ES2272250T3 - Dispositivo de absorcion de choques. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de absorción de choques para un cable sometido a tracción que comprende una funda que puede alojar una porción de cable, eligiéndose la for- ma de la funda de manera que por lo menos una parte de las fuerzas generadas por una tracción sobre dicho cable sea transmitida a la funda por dicha porción de cable, siendo la funda susceptible de sufrir una deformación plástica cuando dicha parte de las fuerzas sobrepasa un valor predeterminado, caracterizado porque la funda (1) está constituida por una pluralidad de elementos fusibles (2, 3) distintos, dispuestos de manera que la parte de las fuerzas transmitidas por la porción de cable alojada en la funda, que engendra dicha deformación plástica, se ejerza de forma secuencial sobre unos elementos fusibles próximos, y porque el dispositivo comprende un medio de retención (12, 13) para retener una porción del cable en el interior de la parte restante de la funda mientras queda por lo me- nos un elemento fusible de funda no roto.

Description

Dispositivo de absorción de choques.

La presente invención se refiere a un dispositivo de absorción de choques para un cable sometido a tracción, que comprende una funda que puede alojar una porción de cable, eligiéndose la forma de la funda de manera que por lo menos una parte de las fuerzas generadas por una tracción sobre dicho cable sea transmitida a la funda por dicha porción de cable, siendo la funda susceptible de sufrir una deformación plástica cuando dicha parte de las fuerzas sobrepasa un valor predeterminado.

La invención se refiere asimismo a una pantalla de protección contra las caídas de piedras.

Las pantallas de protección implantadas en terrenos en pendiente para proteger las zonas situadas aguas abajo contra las caídas de piedras están constituidas a menudo por unas redes de cable de acero. Estas redes están compuestas o bien por unas mallas diagonales cuyas intersecciones están fijadas mediante bridas, estando todo unido con un cable perimetral, o bien por anillos unidos con un cable perimetral mediante unos manguitos. La estructura para la interceptación de piedras grandes puede estar formada asimismo por cables continuos, mantenidos paralelos entre sí mediante tubos de guía y revestidos con una red de hilo metálico, destinada a retener las piedras
pequeñas.

Las pantallas de protección por una parte están ancladas en el terreno por medio de cables de unión, y por otra parte están unidas con unos postes, fijos o articulados. La base de los postes está montada sobre una fundación implantada en el terreno y cada poste se mantiene en posición mediante unos cables tensores dispuestos aguas arriba y laterales, atados a la parte superior del poste.

Con el fin de aumentar la capacidad de absorción de energía de la barrera más allá de los límites de deformación elástica de la red cuando se producen choques debidos a caída de piedras grandes, se montan unos dispositivos de absorción de choques, comúnmente denominados bloques de freno, en los cables tensores así como en los cables de unión, eventualmente en los cables perimetrales.

Un tipo de bloque de freno comúnmente utilizado está constituido por un anillo de cable, interpuesto entre dos segmentos de cable de los cables tensores, que forma un lazo de frenado con la ayuda de una mordaza con dos bridas, apretadas con un par de sujeción predeterminado, que constituyen un bloque de fricción. El perímetro del lazo de frenado es a menudo del orden de 1,5 m. La mordaza, o una placa de rozamiento similar, puede asimismo estar fijada directamente en una porción de cable del cable tensor en forma de lazo. Unos bloques de freno de este tipo están descritos por ejemplo en el documento US 5,435,524. Un inconveniente mayor de este dispositivo de absorción de choques resulta del hecho de que el frenado es función de la sujeción de la placa de rozamiento. Una sujeción demasiado importante impide que el bloque de freno funcione, una sujeción demasiado floja hace que funcione con demasiada facilidad y una absorción baja de energía de fricción. Aunque las bridas estén bloqueadas con un par de sujeción predeterminado, por ejemplo con la ayuda de una llave dinamométrica, esto puede a lo sumo dar garantía de un primer funcionamiento en las condiciones previstas. Desde el momento en que se ha producido un primer desplazamiento del cable de unos cuantos centímetros en el bloque de fricción, ya no se pueden prever puestas en acción ulteriores. Es más, el sistema es muy sensible a las influencias atmosféricas: la oxidación o la humedad modifican la interacción cable/bloque.

Para paliar este defecto, se han propuesto otros dispositivos a fricción, independientes de la fuerza de sujeción, en los cuales el cable pasa por unas piezas de contacto o unas poleas a fricción, en el interior de una caja. Los documentos EP-531574, CH-684704, FR-2605653 y FR-2576047 describen unos dispositivos de este tipo. La realización de estos dispositivos es más cara que la de los lazos para fricción descritos anteriormente.

Otro inconveniente importante, común a todos los dispositivos para fricción descritos anteriormente, reside en el hecho de que la absorción de energía sólo se hace por medio del fenómeno de fricción. Este fenómeno no puede inducir la absorción de cantidades de energía muy importantes en un tiempo muy corto.

Para paliar este inconveniente, se han propuesto dispositivos de absorción de choques basados en el principio de la deformación plástica. El documento EP-877122 describe un lazo de disipación de energía para cables portantes que comprende uno o varios segmentos de cable fusibles montados en paralelo mediante pares de manguitos en el cable portante. Los cables fusibles se rompen antes de que el cable portante sufra algún daño. Este dispositivo resulta caro y difícil de instalar cuando el número de segmentos fusibles por lazo de disipación sobrepasa 3 ó 4. Al romperse cada segmento antes de que se someta el segmento siguiente, el impacto de una piedra grande genera una sucesión de choques pulsados que pueden causar la ruptura del conjunto.

El documento EP-494046 describe un dispositivo de absorción del tipo definido de entrada. En este dispositivo, el cable susceptible de sufrir tracciones brutales pasa por el interior de un tubo en forma de una o varias espiras de hélice; los dos extremos de este tubo, que se superponen, están unidos mediante una brida. Una tracción sobre el cable provoca una deformación del tubo, elástica o plástica según la intensidad de la tracción, que se acompaña de una reducción del diámetro de la hélice. Este dispositivo permite una absorción de energía reproductible en el caso de choques de intensidad baja o mediana. Sin embargo, en el caso de choques importantes, difícilmente se puede prever la evolución de la deformación plástica del tubo. Puede localizarse en un lugar de una espira del tubo, y acarrear el pliegue o la ruptura del tubo en ese lugar, mientras que el resto de la espira se encuentra apenas deformado. En este caso, el cable estará a su vez plegado y definitivamente dañado en ese lugar. Este riesgo aumenta en el caso de choques repetidos: una ligera deformación plástica de una zona de la espira inducirá una fuerte deformación plástica localizada de la misma zona cuando se produzcan próximos choques. Unas zonas debilitadas de este tipo pueden ser poco visibles y pueden escapar al control de inspecciones periódicas del
emplazamiento.

El objetivo de la presente invención es proponer unos dispositivos de absorción de choques para cables sometidos a tracción que no presentan los inconvenientes citados anteriormente. En particular, un objetivo de la presente invención es proponer un dispositivo de absorción de choques cuya eficacia sea independiente de factores humanos, como puede ser una sujeción más o menos cuidadosa, durante el montaje. Otro objetivo de la invención es asimismo proponer un dispositivo de absorción cuyo funcionamiento sea independiente de factores meteorológicos. Es también un objetivo de la invención proponer un dispositivo de absorción de choques que, después de la implementación de una parte solamente de su capacidad de absorción de energía, conserve todavía una funcionalidad restante cierta. Es finalmente un objetivo de la invención proponer un dispositivo de absorción de choques cuyo estado de funcionamiento sea fácil de controlar durante unas inspecciones.

Estos objetivos se alcanzan gracias a un dispositivo de absorción de choques del tipo definido de entrada, en el cual la funda está constituida por una pluralidad de elementos fusibles distintos, ubicados de tal manera que la parte de las fuerzas transmitidas por la porción de cable alojada en la funda, que engendra la deformación plástica de la funda, se ejerza de forma secuencial sobre unos elementos fusibles próximos a esta funda, y que comprende un medio de retención para retener una porción del cable en el interior de la parte restante de la funda mientras existe por lo menos un elemento de funda no roto.

El término "elemento fusible" designa, en el sentido de la presente invención, un elemento susceptible de sufrir una deformación plástica bajo el efecto de una tensión mecánica, y luego una ruptura, cuando las tensiones mecánicas sobrepasan una cierta intensidad. De conformidad con la invención, los elementos fusibles absorben la energía de un choque primero mediante deformación plástica y luego mediante ruptura. Dado que los elementos fusibles se deforman plásticamente y luego se rompen de forma secuencial, cuando el dispositivo ha sufrido un choque suficiente para deformar y eventualmente romper una primera parte solamente de los elementos fusibles, una segunda parte de los elementos sigue quedando funcionalmente intacta. Gracias al medio de retención, que mantiene una porción de cable en el interior de la parte restante de la funda, esta parte restante puede todavía absorber un choque correspondiente al número de elementos que quedan intactos. Al final del proceso de deformación y de ruptura de la funda, el cable está completamente liberado y trabaja según sus características propias.

Preferentemente, la funda del dispositivo de absorción de choque es capaz de alojar la porción de cable, que le transmite las fuerzas de tracción que se ejercen sobre el cable, en forma de asa o de lazo, y presenta por lo menos una abertura a través de la cual los dos ramales del cable que prolongan la porción en forma de asa o de lazo pueden pasar. De este modo, en caso de tracción sobre el cable, el elemento fusible que bordea la abertura es el primero en sufrir una deformación. Y luego la deformación, seguida de la ruptura, se propaga de elemento en
elemento.

Según un modo de ejecución preferido de la invención, los elementos fusibles son anillos apilables, cuyas dimensiones son tales que dejan pasar por su abertura la porción de cable citada anteriormente en forma de asa, y la funda está constituida por un apilamiento de estos anillos apilables, acoplados entre sí mediante un medio de mantenimiento de apilamiento.

Estos anillos pueden ser discos de diversas formas. Los anillos del apilamiento pueden ser circulares. Asimismo pueden presentar una forma elíptica. La forma de los anillos puede variar en función de su posición en el apilamiento; en particular, los anillos de la parte central del apilamiento pueden ser circulares mientras que los anillos situados en uno de los extremos, o en los dos, pueden presentar una forma elíptica para preservar el cable. Los anillos pueden presentar la misma rigidez a lo largo del apilamiento, asimismo la rigidez puede variar a lo largo del apilamiento, o bien mediante la elección de las dimensiones de los anillos o bien mediante una elección de la naturaleza de los materiales. En particular, los anillos destinados a romperse los últimos pueden ser más resistentes para favorecer el paso del comportamiento del conjunto cable + dispositivo amortiguador al comportamiento mecánico del cable
solo.

En particular, estos anillos pueden ser arandelas metálicas soldadas entre sí mediante por lo menos un cordón de soldadura que mantiene su apilamiento. Asimismo es posible alojar el apilamiento de anillos en una cubierta protectora común, como puede ser un tubo de materia plástica moldeado o ajustado sobre los anillos, o similar.

Preferentemente, las dimensiones de los anillos, en particular el grosor, y la naturaleza del material de los anillos se eligen de tal modo que, bajo el efecto de una tracción sobre el cable, un elemento de la funda comienza a deformarse antes de que el elemento anterior sometido antes esté totalmente roto. Esta elección de material y de dimensiones evita la aparición de fuerzas o choques pulsados, o en todo caso disminuye su amplitud.

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Toda pieza susceptible de retener y bloquear una porción de cable introducida en el interior de la funda es susceptible de servir como medio de retención. Un medio de retención particularmente sencillo de realizar está constituido por un eje cuya longitud es superior a la mayor dimensión interior de los anillos. Se desliza este eje por el interior de la parte extrema superior del asa o lazo que sobresale del extremo del apilamiento opuesto al por donde salen los dos ramales. Un eje de este tipo puede tener una forma general cilíndrica y presentar dos concavidades de tales formas que entran en contacto y se adaptan contra dos porciones de la superficie del anillo que constituye uno de los extremos del apilamiento.

Para evitar el deslizamiento del eje fuera de esta posición, en particular porque bajo el efecto del viento o de una tracción, el cable tensor o cable produce sacudidas, el eje puede presentar unos medios de fijación que permiten fijarlo al cable y/o al anillo que constituye el extremo del dispositivo por donde sobresale el asa o el lazo de cable. Este anillo puede presentar unas concavidades o taladros o pestañas correspondientes.

Al entendido en la técnica, le irán apareciendo otras propiedades y ventajas de la invención en la descripción presentada a continuación de un modo de realización preferido, en referencia al dibujo, en el cual:

- la figura 1 es una vista en perspectiva de un dispositivo de absorción de choques con un cable introducido en la funda,

- la figura 2 es una vista en sección de una arandela,

- la figura 3 es una vista en perspectiva de un eje de extremo del dispositivo,

- la figura 4 muestra el eje de la figura 3 acoplado al apilamiento,

- las figuras 5, 6, 7 y 8 son fotos que muestran un dispositivo de absorción de choques respectivamente antes del inicio de un ensayo de tracción, después del inicio del ensayo, en el transcurso del ensayo y hacia el final del
ensayo,

- la figura 9 muestra tres diagramas Alargamiento del cable/Fuerza de tracción.

La figura 1 muestra la funda (1) de un dispositivo de absorción de choques, constituida por un apilamiento de arandelas metálicas 2, 3. Las arandelas 2 situadas en medio del apilamiento son de forma circular, mientras que las arandelas o discos de extremo 3 son de forma ligeramente elíptica. Las arandelas están soldadas entre sí mediante dos cordones de soldadura, de los cuales uno, 4, es visible en la figura 1, estándole el segundo sensiblemente diametralmente opuesto. Estos cordones de soldadura son suficientes para garantizar el mantenimiento del apilamiento, a la vez que aseguran una unión mecánica entre las arandelas relativamente floja, de modo que éstas, bajo el efecto de fuerzas de deformación, presentan sus comportamientos mecánicos propios. La forma de una porción de un cable metálico trenzado C es tal que forma un asa, cuya parte extrema superior 5 sobresale del extremo inferior del apilamiento, mientras que los dos ramales 6 y 7 que prolongan el asa en dirección de los dos extremos del cable, vuelven a salir los dos por el extremo superior del apilamiento. El eje 13 dispuesto a través de la última arandela bloquea la parte extrema superior 5 del asa con respecto al apilamiento e impide que el cable se escape. Los extremos del eje 13, que descansan sobre la última arandela, están afinados y soldados mediante dos puntos a esta
arandela.

Otro modo de ejecución de este eje es visible en la figura 3. Este eje, 12, de forma generalmente cilíndrica, presenta dos planos 8 y 9, para limitar la deformación de la arandela de extremo y descansa sobre la última arandela mediante estos dos planos 8 y 9 como lo muestra la figura 4. Este eje está asimismo atravesado por dos agujeros 10 y 11. Estos agujeros permiten asegurar, mediante la utilización de unos medios no representados, como pueden ser unos hilos metálicos anudados, el mantenimiento de la posición del eje 12 en contacto con la parte extrema superior del asa formada por el cable, aunque el freno sea violentamente sacudido por una tempestad o por una tracción violenta sobre un extremo del cable. El diámetro del eje 12 es aproximadamente la mitad del diámetro exterior de las
arandelas.

La figura 2 muestra un corte de una arandela, e ilustra sus parámetros geométricos, esto es la longitud de la arandela L en la dirección de su eje, el grosor de la arandela E y el diámetro exterior de la arandela D. La rigidez de una arandela es proporcional a su grosor E, y la rigidez del dispositivo de absorción depende principalmente del grosor E de las arandelas, para un material dado. La rigidez del dispositivo es por otro lado proporcional al módulo de elasticidad del material. El acero 37-2 se ha revelado un material ventajoso, ni demasiado rígido, lo cual acarrearía una ruptura inmediata bajo el efecto de una tensión sin deformación plástica previa, ni demasiado flexible, lo cual acarrearía una deformación y una destrucción casi simultánea de un número demasiado elevado de
arandelas.

La longitud L de las arandelas es importante en lo que se refiere al funcionamiento de conjunto del dispositivo. Si las arandelas son largas, aparecen unos choques sucesivos cuando las arandelas se parten una tras otra. Si las arandelas son cortas, tienen tendencia a pasar unas por encima de otras en el transcurso del fenómeno de deformación. Para unas arandelas de acero 37-2, la longitud de las arandelas se sitúa preferentemente entre 5 y 12 mm. Se obtienen los mejores resultados con una longitud de 7 mm, independientemente del grosor E de la arandela. En cambio, la fuerza necesaria para el funcionamiento del dispositivo, es decir la deformación y ruptura sucesiva de las arandelas, depende poco de la longitud L de las arandelas.

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Ejemplo 1

Desarrollo del proceso de destrucción de un amortiguador de choques

El ensayo se lleva a cabo en un apilamiento de 65 arandelas de 7 mm de longitud, de 70 mm de diámetro y de 5 mm de grosor. La foto de la figura 5 muestra el dispositivo intacto, al inicio del ensayo. Los dos ramales de cable están ligeramente tensados. La fuerza de tracción pone el eje situado en la parte de arriba de la foto, rodeado por la parte extrema superior del asa formada por el cable, contra la arandela superior. Como se puede ver en la foto, las arandelas cercanas al eje son ovaladas, situándose el eje mayor en el plano mediano de la parte extrema superior del asa del cable. Cuando aumenta la fuerza de tracción sobre los dos ramales del cable, las primeras arandelas de la parte inferior comienzan a deformarse. La foto de la figura 6 muestra el inicio de la destrucción del dispositivo: la arandela núm. 1 ya está rota, las arandelas núm. 2 y 3 están fuertemente deformadas, las arandelas 4 y 5 comienzan a deformarse, las otras arandelas están todavía en su estado inicial. La foto 7 muestra el dispositivo en la fase mediana del ensayo: en la parte inferior de la foto se ven numerosas arandelas partidas, las tres arandelas de la parte inferior de la parte restante del dispositivo están en curso de deformación. Las arandelas situadas por encima no están deformadas todavía. La foto de la figura 8 muestra una fase del ensayo cercana al final, es decir las últimas cuatro arandelas justo antes de su ruptura.

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Ejemplo 2

Influencia del grosor de las arandelas en la energía absorbida

La figura 9 muestra tres diagramas A/F, alargamiento del cable/fuerza de tracción aplicada, para tres apilamientos de arandelas de Ac 37-2 de la misma longitud total, 750 mm, que presentan el mismo diámetro exterior, 70 mm, teniendo cada arandela una longitud individual de 7 mm. El grosor de cada arandela es respectivamente de 6 mm, 5 mm y 4 mm. Estos ensayos muestran que la fuerza de ruptura sigue siendo sensiblemente constante, sin pulsaciones importantes, durante la ruptura secuencial del dispositivo. La fuerza de ruptura crece con el grosor: las fuerzas medias son respectivamente de 120, 85 y 55 kN para unos grosores respectivos de 6, 5 y 4 mm. La energía absorbida es respectivamente de 180 Kj, 127 Kj y 82 Kj. Los ensayos muestran asimismo que el alargamiento del cable durante la operación se debe sustancialmente a la desaparición de la porción en asa, sin alargamiento plástico notable del cable en sí.

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Ejemplo 3

La tabla 1 resume los resultados de ensayos efectuados con dos aceros diferentes y unas arandelas de diferentes dimensiones. La tabla ilustra la influencia del grosor y de la longitud de las arandelas en el comportamiento del dispositivo en curso de destrucción.

El conjunto de los ensayos muestra que hay una buena correlación entre las dimensiones de las arandelas y la fuerza de funcionamiento del dispositivo.

Los ensayos muestran asimismo que el cable está muy poco marcado después de un primer funcionamiento del dispositivo de absorción de energía; por lo tanto sigue siendo funcional y utilizable. Una vez ha funcionado el dispositivo, el cable sigue estando tensado y se dispone todavía de toda su resistencia propia para garantizar la función para la cual ha estado previsto.

Se desprende del conjunto de la descripción presentada anteriormente que este dispositivo de absorción de choques es extremadamente sencillo de realizar y muy eficaz para disipar una cantidad de energía importante. Una elección juiciosa de las dimensiones permite adaptarlo a las utilizaciones más variadas.

Si el dispositivo está montado en un cable tensor de pantalla de protección contra las caídas de piedras, el dispositivo puede absorber la energía cinética de piedras que caen en la red y el cable sigue reteniendo el conjunto de las masas.

Durante las inspecciones de control, es fácil ver si ha funcionado el dispositivo, ya que se puede observar fácilmente la ruptura de las arandelas. El cambio del cable no es necesario después de un primer funcionamiento del cable si queda una mayoría de arandelas no destruidas.

TABLA 1

1

Claims (14)

1. Dispositivo de absorción de choques para un cable sometido a tracción que comprende una funda que puede alojar una porción de cable, eligiéndose la forma de la funda de manera que por lo menos una parte de las fuerzas generadas por una tracción sobre dicho cable sea transmitida a la funda por dicha porción de cable, siendo la funda susceptible de sufrir una deformación plástica cuando dicha parte de las fuerzas sobrepasa un valor predeterminado, caracterizado porque la funda (1) está constituida por una pluralidad de elementos fusibles (2, 3) distintos, dispuestos de manera que la parte de las fuerzas transmitidas por la porción de cable alojada en la funda, que engendra dicha deformación plástica, se ejerza de forma secuencial sobre unos elementos fusibles próximos, y porque el dispositivo comprende un medio de retención (12, 13) para retener una porción del cable en el interior de la parte restante de la funda mientras queda por lo menos un elemento fusible de funda no roto.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la funda (1) es capaz de alojar dicha porción de cable en forma de asa o de lazo y presenta por lo menos una abertura por la cual los dos ramales (6, 7) que prolongan la porción de cable en forma de asa o de lazo pueden pasar.

3. Dispositivo según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los elementos fusibles (2, 3) son anillos apilables, cuyas dimensiones permiten el paso de dicha porción de cable en forma de asa y porque la funda (1) está constituida por un apilamiento de dichos anillos apilables, acoplados entre sí mediante un medio de mantenimiento de apilamiento (4).

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos anillos son arandelas (2, 3) soldadas entre sí mediante por lo menos un cordón de soldadura (4).

5. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque dichos anillos se mantienen apilados mediante una cubierta protectora.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque las dimensiones de los anillos y la naturaleza de los materiales que los constituyen se eligen de tal modo que en el transcurso de la deformación de la funda (1), un elemento comienza a deformarse antes de que el elemento anterior esté roto.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque dichas arandelas están constituidas por acero 37-2, y presentan una longitud (2) comprendida entre 5 y 12 mm, en particular una longitud de alrededor de 7 mm.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque los anillos (2) de la parte central del apilamiento son circulares y porque los anillos (3) de por lo menos una parte de extremo de dicho apilamiento son elípticos.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado porque la rigidez de los anillos varía en función de su posición en el apilamiento.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizado porque dicho medio de retención es un eje (12, 13) cuya longitud es superior a la mayor dimensión interior de los anillos.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizado porque dicho medio de retención es un eje cilíndrico (12) que presenta dos concavidades (8, 9) cuyas formas son tales que se adaptan contra dos porciones de la superficie del anillo que constituye uno de los extremos del apilamiento.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque el eje (12) presenta unos medios de fijación (10, 11) que permiten fijarlo al cable.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones de 10 a 12, caracterizado porque el eje (12) está fijado, en particular mediante soldadura, al último anillo.

14. Pantalla de protección contra las caídas de piedras, caracterizada porque comprende por lo menos un dispositivo de absorción de choques según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.