Procedimiento para la determinación del capital de fatiga de un cable.

Procedimiento para determinar el capital de fatiga de un cable que sustenta una estructura de ingeniería civil,

comprendiendo el proceso:

- una etapa de medición (S1, S2), en el transcurso de la cual se miden sincronizadamente el esfuerzo normal de tracción en el cable y el esfuerzo de flexión en el cable para obtener el esfuerzo compuesto en el cable;

- una etapa de recuento (S3), en el transcurso de la cual a partir de los esfuerzos compuestos medidos, se realiza un recuento del número de ciclos de esfuerzo en función de la amplitud del esfuerzo;

- una etapa de evaluación del capital de fatiga del cable (S4), en el transcurso de la cual el capital de fatiga del cable se determina comparando el recuento efectuado durante la etapa de recuento con una curva de tipo Wöhler establecida previamente para el cable,

en el que la medición del esfuerzo de flexión en el cable se realiza indirectamente, por ejemplo a partir de una medición de los desplazamientos del cable en un plano que corta su eje y a una distancia conocida del anclaje, y en el que la medición de los desplazamientos del cable se realiza en un amortiguador colocado sobre el cable para amortiguar las vibraciones transversales.

Procedimiento para la determinación del capital de fatiga de un cable

Sector de la técnica La presente invención se refiere a un procedimiento para determinar el capital de fatiga de un cable que sustenta una estructura de ingeniería civil, así como a un dispositivo que permita determinar el capital de fatiga de dicho cable.

Estado de la técnica Un gran número de estructuras de ingeniería civil se sustentan con cables, en particular, pero no exclusivamente, los puentes sostenidos por cables o los puentes colgantes.

Estos cables, por lo general están anclados a la estructura de ingeniería civil mediante un medio de anclaje que podría asimilarse a un empotramiento eventualmente imperfecto. Como resultado, los cables están sujetos además de al esfuerzo de tensión longitudinal a esfuerzos de flexión parásitos que crean localmente unas tensiones de flexión.

Los cables están sujetos a varios tipos de solicitaciones, en particular las solicitaciones denominadas estáticas y dinámicas.

Las solicitaciones estáticas en general se deben a variaciones lentas, por ejemplo, a las variaciones de temperatura, 25 o a las variaciones globales de carga de la estructura de ingeniería civil.

Las solicitaciones dinámicas corresponden a las variaciones más rápidas, por ejemplo, a ráfagas de viento o al paso de un camión sobre la estructura de ingeniería civil.

Las tensiones derivadas de estas solicitaciones, incluso si son inferiores a la capacidad de resistencia del cable, podrían provocar la ruptura de dicho cable si se repiten un número excesivo de veces. Se habla entonces de ruptura por fatiga del material que constituye el cable.

Existen reglas de cálculo que permiten comprobar si las dimensiones de los cables son compatibles con las 35 solicitaciones a las que la estructura deberá someterse durante su vida útil.

En general, estas reglas de cálculo consisten, en primer lugar, en determinar el capital de fatiga o bien el capital inicial del cable. En segundo lugar, se evalúan las solicitaciones a las que se va a someter la estructura en el transcurso de su vida así como la frecuencia de estas solicitaciones. Para terminar, se comprueba que estas solicitaciones evaluadas sólo mermen parcialmente al capital inicial del cable.

Los cables están sujetos a la fatiga, en especial en su zona de anclaje donde las fluctuaciones de tensión o tensiones axiales se suman a las tensiones de flexión. Las tensiones de flexión pueden ser importantes ya que el cable está sometido a variaciones angulares que hacen que dicho cable no esté perfectamente en línea con el

anclaje. La fluctuación de este ángulo de anclaje debido a los movimientos de la estructura, a las vibraciones del cable o incluso a la variación de su catenaria vinculada a las variaciones de tensión, hacen que las tensiones de flexión sean variables e importantes.

Si bien los cálculos permiten evaluar durante el diseño el daño por fatiga de los cables y por lo tanto su vida útil, esos cálculos están limitados por las hipótesis de partida.

Por ejemplo, en el caso de un puente, la fatiga de los cables vinculada al tráfico de vehículos sobre el puente se basa en las estimaciones que podrían sobrepasarse con el tiempo.

Además, los efectos dinámicos vinculados al paso de convoyes, especialmente convoyes de pesos pesados, a fecha de hoy no se determinan buen con los cálculos. Por último, ciertos efectos dinámicos, vinculados con el estado de la calzada, sencillamente no son predecibles.

Los efectos dinámicos del viento además, resultan difíciles de cuantificar. Las vibraciones, su amplitud y las frecuencias de ocurrencia se desconocen en gran medida a la hora de diseñar el sistema. Resulta por tanto interesante poder seguir la evolución del capital de fatiga inicial del cable que sustenta una estructura, durante el transcurso de la vida de dicha estructura.

De esta manera, las acciones de mantenimiento o de mejora pueden planificarse en caso de producirse un consumo 65 anormalmente rápido del capital de fatiga o cuando éste esté prácticamente agotado.

El artículo de Gilles Hovhanessian, quot;Health Monitoring of Cable Stayed Structures: Experience and Impplementationquot;, 2006 IMAC-XXIV, Conference & Exposition on Structural Dynamics, noviembre de 2010, XP55010940, describe técnicas de vigilancia de la carga y de observación de las respuestas de las estructuras atirantadas.

Objeto de la invención Un objeto de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento que permita determinar el capital de fatiga de un cable que sustente una estructura de ingeniería civil.

La invención propone de este modo un procedimiento para determinar el capital de fatiga de un cable que sustenta una estructura de ingeniería civil, definiéndose el procedimiento en la reivindicación 1 adjunta. Además, se definen modos de realización de este procedimiento en las reivindicaciones 2-9.

Ventajosamente, el procedimiento de acuerdo con la invención permite conocer la carga real a la que se somete el cable y por extrapolación estimar la carga pasada y futura así como la evolución del capital de fatiga de dicho cable.

Un procedimiento para la determinación del capital de fatiga de un cable, de acuerdo con la invención, puede además incluir una o varias de las características opcionales indicadas más adelante, consideradas individualmente o según todas las combinaciones posibles:

- la medición del esfuerzo de flexión en el cable se realiza a partir de una o varias galgas de deformación colocadas sobre o en el anclaje o sobre el cable; y/o

-la medición de los desplazamientos se obtiene con la ayuda de mediciones acelerométricas integradas dos 25 veces; y/o

- la medición de los desplazamientos se obtiene con la ayuda de velocidades obtenidas mediante un geófono integradas una vez; y/o

- la etapa de medición se realiza durante un período de medición lo más breve posible para que sea económica, pero lo suficientemente larga como para que sea representativa y permita una extrapolación realista de las cargas anteriores y posteriores al período de medición; dicha duración es típicamente de aproximadamente una semana o de un mes; y/o

- el sensor de movimiento utilizado para la medición de flexión está integrado en un amortiguador utilizado para limitar las vibraciones de los cables; y/o

-el sensor de movimiento integrado en el amortiguador se utiliza asimismo para medir el recorrido acumulado 35 en el amortiguador y seguir su envejecimiento.

La invención se refiere asimismo a un dispositivo que permita determinar el capital de fatiga de un cable que sustenta una estructura de ingeniería civil, estando el dispositivo definido en la reivindicación 10, con un modo de realización particular definido en la reivindicación 11.

Descripción de las figuras La invención se entenderá mejor tras la lectura de la siguiente descripción, que se proporciona únicamente a modo de ejemplo y que se hace con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 ilustra las diferentes etapas de un procedimiento de acuerdo con un modo de realización de la invención; y

- la figura 2 es una vista esquemática de un puente atirantado que consta de un dispositivo de acuerdo con la invención.

En aras de la claridad, los diferentes elementos representados en las figuras no están necesariamente a escala.

Descripción detallada de la invención 55 La invención tiene por objeto permitir la determinación del capital de fatiga de al menos un cable que sustenta una estructura de ingeniería civil. La estructura de ingeniería civil puede ser de cualquier naturaleza, en particular un puente colgante o un puente sostenido por cables. De acuerdo con un modo de realización, un procedimiento de acuerdo con la invención comprende:

- una etapa de medición en tracción S1;

- una etapa de medición en flexión S2;

- una etapa de recuento S3; y

- una etapa de determinación del capital de fatiga del cable S4.

En el transcurso de las etapas de medición en tracción S1 y de medición en flexión S2, las mediciones se realizan de manera que puedan estimarse las tensiones ahí donde los esfuerzos sean máximos, es decir por lo general, en la Según un modo de realización de la invención, durante la etapa de medición en tracción S1, la medición del esfuerzo normal de tracción en el cable puede realizarse directamente mediante cualquier medio conocido por los expertos en la materia. Por ejemplo, la medición del esfuerzo normal en tracción puede realizarse mediante una celda de esfuerzo. En... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para determinar el capital de fatiga de un cable que sustenta una estructura de ingeniería civil, comprendiendo el proceso:

-una etapa de medición (S1, S2) , en el transcurso de la cual se miden sincronizadamente el esfuerzo normal de tracción en el cable y el esfuerzo de flexión en el cable para obtener el esfuerzo compuesto en el cable;

- una etapa de recuento (S3) , en el transcurso de la cual a partir de los esfuerzos compuestos medidos, se realiza un recuento del número de ciclos de esfuerzo en función de la amplitud del esfuerzo;

-una etapa de evaluación del capital de fatiga del cable (S4) , en el transcurso de la cual el capital de fatiga del 10 cable se determina comparando el recuento efectuado durante la etapa de recuento con una curva de tipo

Wöhler establecida previamente para el cable, en el que la medición del esfuerzo de flexión en el cable se realiza indirectamente, por ejemplo a partir de una medición de los desplazamientos del cable en un plano que corta su eje y a una distancia conocida del anclaje, y en el que la medición de los desplazamientos del cable se realiza en un amortiguador colocado sobre el cable para amortiguar las vibraciones transversales.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior, en el que la medición del esfuerzo normal de tracción en el cable se realiza directamente, por ejemplo, con la ayuda de una celda de esfuerzo.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la medición del esfuerzo normal de tracción en el cable se realiza indirectamente, por ejemplo con la ayuda de una galga de deformación colocada sobre el anclaje o sobre el cable, con la ayuda de una medición de fuerza sobre un alambre de entre la pluralidad de alambres del cable, o bien por el método de la cuerda vibrante y con la ayuda de una medición de las frecuencias propias de vibración del cable.

4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las mediciones en tracción y/o en flexión se realizan a una frecuencia de aproximadamente 1 Hz a 1 kHz.

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de medición

no se realiza de manera continuada desde la instalación del cable, y según la cual los datos medidos se utilizan para realizar una extrapolación de las cargas anteriores y posteriores al periodo de medición.

6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de medición se realiza ininterrumpidamente desde la instalación del cable de manera que se midan los esfuerzo de tracción y de 35 flexión en el cable desde su instalación.

7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de recuento se realiza mediante un recuento de tipo gota de agua.

8. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se utiliza un registro histórico o una extrapolación de los esfuerzos pasados para comparar la fatiga a la que se ha sometido realmente el cable con las hipótesis previstas en el momento de la construcción.

9. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se utilizan unas 45 extrapolaciones de esfuerzos futuros para estimar una capacidad o duración de vida útil residual del cable con respecto a la fatiga.

10. Dispositivo que permite determinar el capital de fatiga de un cable (2) que sustenta una estructura de ingeniería civil (1) , comprendiendo el dispositivo unos medios para aplicar un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de 50 las reivindicaciones anteriores, que comprenda, a saber:

- unos medios de medición del esfuerzo global de tracción (8) en el cable (2) ;

- unos medios de medición del esfuerzo global de flexión (10) en el cable (2) con la ayuda de un sensor integrado en un amortiguador que comprende un dispositivo de anclaje del cable a la estructura de ingeniería civil,

-unos medios de recuento (12) del número de ciclos de esfuerzo en función de la amplitud de los esfuerzos en tracción y en flexión a los que el cable está sometido; y

- unos medios de comparación (14) del recuento efectuado por los medios de recuento con una curva de tipo Wöhler previamente establecida para el cable.

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10 que comprende además unos medios de alerta (16) que permitan informar automáticamente cuando la capacidad del cable o su vida útil residual se haya reducido por debajo de un umbral predeterminado.