cable suspendido

Que es un cable suspendido

Los cables son considerados uno de los elementos esenciales para cualquier forma estructural en el área de ingeniería y arquitectura, son elementos flexibles debido a sus dimensiones transversales pequeñas, en relación con su longitud, logrando así una mayor resistencia a las tensiones que es sometido. Tomando en cuenta las magnitudes que los cables son capaz de soportar por la fuerzas de tracción, son hechos de acero.
Generalmente las formas más usuales donde se pueden observar los cables son en puentes colgantes, puentes estabilizados, ruedas de tranvía, líneas de transmisión, teleféricos, contravientos para torres altas, entre otros. Los cables suspendidos constituyen el elemento principal de carga de la estructura.

                                   

CABLE SUJETO A CARGAS DISTRIBUIDAS 

En este tipo de estructura la fuerza soportada por el cable se encuentra distribuida a lo largo de él, pero la densidad de la carga no será constante como en el caso de cables parabólicos, por esta razón no es considerado un problema común, puesto que normalmente la carga suele tener una distribución constante. Normalmente forman un arco y la fuerza interna en el punto D es una fuerza de tensión T dirigida a lo largo de la tangente de la curva

Para este tipo de cables, se les puede aplicar una condición adicional, y es que en caso de ser simétricos la carga se puede distribuir de igual manera en ambos soportes (teniendo en cuenta también la distribución de la carga).

Además, hay que tener en cuenta (también válido para catenarias y cables parabólicos) que la tensión horizontal será constante y que el punto de mayor tensión será el que se encuentre más arriba. Ahora si Consideramos el caso más general de carga distribuida, se dibuja el diagrama de cuerpo libre de la porción del cable que se extiende desde el punto más bajo C hasta un punto D del cable. Las fuerzas que actúan sobre el cuerpo libre son la fuerza de tensión T0 en C, la cual es horizontal, la fuerza de tensión T en D, la cual está dirigida a lo largo de la tangente al cable en D y la resultante W de la fuerza distribuida, soportada por la porción CD del cable. Ejemplo que se muestra en la figura a continuación:

Cables Parabólicos.

Cuando un hilo está sometido a una carga uniforme por unidad de proyección horizontal, dicho hilo adquiere la forma de una parábola si se desprecia su peso propio respecto al de la carga que debe soportar. Este caso se presenta, en la práctica, en el cálculo de puentes colgantes, en los que el peso del tablero es mucho mayor que el del cable que lo sustenta.

El tablero, o base del puente colgante, lo podemos representar por una carga vertical, p (N/m), uniformemente distribuida a lo largo de la proyección horizontal del cable. La transmisión de carga del tablero al cable se realiza mediante unos cables verticales denominados tirantes, también de peso despreciable frente al del tablero.

Cable de forma catenaria

El tema de cables o hilos, siempre me ha resultado especial. Primero porque incluye una importante carga matemática y segundo porque al ser una palabra demasiado genérica, no es fácil encontrar información sobre este tema en Internet, así que he realizado muchas más búsquedas relativas al tema de cables que de ningún otro tipo de estructura.

En este pos, voy a simplificar y voy a exponer cuáles son los principales tipos de problemas que podemos encontrar. Para ello me volveré a servir del material docente que me enviaron al comprar el libro de Beer and Johnson.

Creo que sobran presentaciones y definiciones, pues todos sabemos lo que es un cable, así que vamos a estudiar directamente los 4 casos más comunes que existen, en función del tipo de carga que le haya sido aplicada. Tenemos que recordar que para el estudio de cables, al menos a este nivel, consideramos que son inextensibles y que estos trabajan exclusivamente a tracción. En muchos manuales también se indica que la longitud es bastante más grande que la sección pero creo que esto resulta bastante obvio.

Para determinar completamente la catenaria es necesario conocer su longitud. Para este fin se pueden considerar las tensiones verticales y horizontales siguiendo el siguiente esquema:

cables con cargas concentradas

Los cables sujetos a cargas puntuales toman una configuración tipo polígono. En este tipo de ejercicios podremos utilizar las tres ecuaciones de la estática más una adicional, como resultado de considerar que un cable es un modelo de viga con un número infinito de rótulas. Esto nos permite tener una condición adicional que consiste en igualar a cero el sumatorio de los momentos para una mitad del cable (ver como se procede en el punto D de las siguientes figuras). Esto resulta de vital importancia pues normalmente tenemos dos soportes fijos con cuatro reacciones, por lo que se necesitan otras 4 ecuaciones.

Además, se pueden utilizar otra condición común, general para todos los cables, y es la condición de tensión máxima en los apoyos (cuando se encuentren en el punto con mayor cota) que se puede obtener de forma vectorial en función de x e y utilizando el teorema de Pitágoras. Un esbozo de este tipo de problema es el siguiente:

Para el análisis de este tipo de cables además hemos considerar que:

1. Las cargas son verticales.
2. El peso del cable se puede despreciar.
3. Los tramos de cable entre dos puntos se pueden tratar prácticamente como si fueran rígidos.

EJERCICIOS