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LICENCIATURA EN INGENIERÍA MINERO-METALÚRGICA

Instalaciones Minero-Metalúrgicas Cables de Acero para la Industria Minera

Julio-Diciembre 2015

1

Cable de acero: …..

ensamble

transmiten

de

fuerza,

partes….

que

movimiento

y

energía, uno a otro de una manera predeterminada

y para algún fin

deseado…

Webster´s Third New International Dictionary

2

Componentes Básicos del Cable de Acero Masa del cable de acero suministrado Masa por unidad de longitud: Indica el peso aproximado por metro de cable. La existencia o no de engrase, tipo de grasa así como la posible existencia de materiales de recubrimiento y/o de relleno, darán lugar a variaciones de la masa por unidad de longitud.

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Tres Tipos de Almas de Cables

Alma de Torón

Alma de Fibra

Alma de Cable Independiente

4

Tipos de Torcido y Preformado Preformado El preformado de cables significa que a los cordones o torones se les da previamente la forma que tendrán en el cable terminado, de manera que al cortar un cable, todos ellos permanecerán en su lugar.

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Tipos de Torcido y Preformado Ventajas de cable preformado 1.- Mayor resistencia a la fatiga por flexión. 2.- Mayor flexibilidad. 3.- Mayor facilidad de manejo e instalación por no tener tendencia a formar cocas. 4.- Menor rotación con relación a su eje, lo que implica menor desgaste del cable y de las poleas. 5.- Mayor resistencia a las vibraciones. 6.- Mayor facilidad de manejo durante la colocación de casquillos. 7.- Mayor facilidad para realizar empalmes. 8.- Mayor uniformidad de enrollado en el tambor.

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Tipos de Torcido y Preformado

Tipos de Torcido Los cables de acero se fabrican en Torcido Regular o en Torcido Lang

7

Tipos de Torcido y Preformado En el Torcido Regular, los alambres del torón llevan una dirección opuesta a la que llevan los torones exteriores.

Regular Derecho

Regular Izquierdo

8

Tipos de Torcido y Preformado En el Torcido Lang, los alambres del torón llevan la misma dirección que llevan los torones exteriores.

Lang Derecho

Lang Izquierdo

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Construcciones de Cable Más Comunes

La identificación del cable se establece por: 1.- El número de torones o cordones del cable.

2.- La cantidad de alambres en cada torón.

3.- La colocación geométrica de los alambres en el torón.

4.- El tipo de alma.

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Designación del cable La composición de un cable se expresa en la práctica de forma abreviada, mediante una notación compuesta por tres signos, cuya forma genérica es: AxB+C Donde: • A es el número de cordones • B es el número de alambres de cada cordón • C es el número de almas textiles

Cuando el alma del cable no es textil, o sea formada por alambres, se sustituye la última cifra C, por una notación entre paréntesis que indica la composición de dicha alma. Si los cordones o ramales del cable son otros cables, se sustituye la segunda cifra B por una notación entre paréntesis que indica la composición. 11

Ejemplo Cordones

1x7+0

1 x 19 + 0

1 x 37 + 0

Cables normales

6x7+1

6 x 19 + 1

6 x 37 + 1

Cables especiales

6 x 36 + (7 x 7 + 0)

Ejemplo: Un cable constituido por 6 cordones de 19 alambres cada cordón, dispuestos alrededor de una alma compuesta por un cordón metálico formado por 7 cordones que contienen 7 hilos cada uno, se representaría por.

6 x 19 + (7 x 7 + 0) Relleno 12

Fórmula abreviada Constituida por tres cifras, las dos primeras separadas por el signo “x” y las dos últimas por el signo “+”. 1.- No. de cordones del cable

2.- No. de alambres de los cordones 3.- No. de almas del cable

6 x 19 + 1

Cable de 6 cordones, 19 alambres y 1 alma 13

Fórmula desarrollada Se añade al segundo número un paréntesis que contiene la disposición de los alambres dentro del cordón.

Ejemplo: 6x19(1+9+9)+1 Si el cable es del tipo Seale, Filler o Warrington, se incluye la palabra detrás del paréntesis. Ejemplo: 6x19(1+9+9)Seale+1

Cable de 6 cordones, 19 alambres y 1 alma 14

Si el cable no tiene almas textiles, la última cifra es un cero. Ejemplo: 7x7+0

Cable de 7 cordones, 7 alambre y 0 almas

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Tipos de cables redondos Tipos de cables redondos (los más frecuentes) en función de su tipo de alma: • De alma textil: La siguiente imagen muestra un cable 6x7+1, es decir, de 6 cordones, de 7 alambres cada uno y 1 alma textil. • De alma de cordón: Con el alma formada por un cordón igual que el resto de los cordones que conforman el cable, la figura muestra un cable del tipo 7x7+0. • De alma de cable: El alma es otro cable, con sus cordones y su alma, tal y como se ve en la figura que muestra un cable 6x19+(7x7+0), con la composición del alma entre paréntesis.

De alma textil

De alma de cordón

De alma de cable

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Cables con alambres de igual diámetro • Alambres de forma circular Cada capa tiene 6 alambres más que la precedente

Diferentes tipos de cables de igual diámetro

17

Cables con alambres de diferente diámetro Existen tres tipos bien definidos: • SEALE: Las dos últimas capas llevan igual número de hilos.

Cables tipo SEALE 18

• WARRINGTON: La capa exterior lleva alambres de dos diámetros distintos.

Cables tipo WARRINGTON

19

• FILLER-WIRE: Con hilos más finos para llenar los huecos existentes entre las capas. Tienen más sección metálica y mayor resistencia al aplastamiento

Cables tipo FILLER-WIRE

20

Cordones de alambre de forma especial • Con alambres de formas especiales en sus capas exteriores

Cables con cordones de forma especial

21

Cordón de forma no circular • De perímetro triangular o elíptico

Cables con cordones de forma no circular

22

6 x 19 alma de fibra

6 x 19 Seale alma de fibra 23

6 x 37 alma de fibra

7x7+0 24

6 x 31 alma de fibra

6 x 36 alma de fibra 25

6 x 19 Filler alma de fibra

6 x 36 IWRC

26

Símbolos para almas de cables basadas en la ISO17893

27

Tipos de almas de acero en cables de alambre

28

Tipos especiales de cables

Cable trenzado

Cable plano

El cable trenzado consiste de varias cuerdas redondas entrelazadas o trenzadas juntas. La dirección de la disposición de la mitad de las cuerdas es derecha y la otra mitad izquierda. Esto significa que los cables trenzados son no rotatorios.

Los cables planos consisten de unidades de cables ensamblados conocidos como “reddies”, cada uno con cuatro cuerdas por medio de lo cual seis, ocho o diez reddies son colocados lado con lado alternando la disposición izquierda y derecha. 29

Bases para la Selección del Cable Selección del cable adecuado Son muy diversos los factores que influyen en la vida del cable de acero; para obtener un mejor servicio al seleccionarlo deben tomarse en cuenta los siguientes puntos: • Capacidad de carga adecuada. • Resistencia a la fatiga. • Resistencia a la abrasión. • Resistencia a la corrosión.

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Carga de Rotura del Cable Para el cable de extracción, se pueden definir tres tipos de carga de rotura:

• Carga de rotura nominal o calculada: Carga teórica de rotura, se calcula multiplicando el área de la sección metálica de los alambres por la resistencia nominal de los alambres (que esta normalizada entre 160 y 180 kg/mm2). • Carga de rotura real: Carga máxima que soporta el cable antes de fallar. Según la norma UNE7326, se determina por un ensayo destructivo de tracción, sometiendo el cable a tracción hasta producir su falla.

• Carga de rotura garantizada: Carga de rotura nominal multiplicada por el coeficiente de cableado, que es un coeficiente que depende del tipo de cable y varía en función del trenzado de los cordones y del tipo de cableado. Este tipo de carga debe ser menor que la carga de rotura real; es decir, se debe de garantizar una carga por debajo de la cual el cable no fallaría. 31

Bases para la Selección del Cable Capacidad de carga adecuada Es contar con la suficiente resistencia a la ruptura del cable seleccionado para soportar la carga de trabajo considerando el factor de seguridad adecuado.

El Factor de Seguridad de un cable de acero es la relación entre la resistencia a la ruptura mínima garantizada del cable y la carga máxima de trabajo a la cual estará sujeto.

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Coeficientes de seguridad El coeficiente de seguridad de trabajo de un cable es el cociente entre la carga de rotura efectiva y la carga que realmente debe soportar el cable.

K=Cre/Q Donde: K= Coeficiente de seguridad Cre= Carga de rotura efectiva Q= Carga a la que va a ser sometido el cable

k>6

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Bases para la Selección del Cable

Resistencia a la fatiga Se considera como la capacidad de soportar los efectos de flexión y la vibración a los que está expuesto un cable durante su trabajo.

Resistencia a la abrasión Se considera como la propiedad de obtener el mínimo desgaste por fricción en relación directa a la severidad de los factores abrasivos a los que pueda estar sujeto el cable.

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Bases para la Selección del Cable De éstas dos últimas propiedades del cable, observamos tendencias opuestas en el comportamiento del cable; es decir, que mientras por un lado aumentamos el diámetro de los alambres exteriores del cable buscando una mayor resistencia a la abrasión, por otro lado estamos disminuyendo su resistencia a la fatiga por flexión en esos mismos alambres; la Gráfica 1 muestra la relación entre estos dos aspectos.

Gráfica 1. Relación entre la resistencia a la fatiga y la resistencia a la abrasión.

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Bases para la Selección del Cable Rotación en cable de acero Una característica importante que distingue las diferentes construcciones es la resistencia a la rotación del cable bajo carga. La Figura 1 ilustra esta propiedad para diferentes tipos de cables resistentes a la rotación en comparación con un cable 6x25 Filler con alma de acero. Figura 1. Grado de rotación contra porcentaje de carga de resistencia nominal para varios tipos de cables.

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Bases para la Selección del Cable Cable resistente a la rotación • Con un cable convencional, una carga externa crea un momento de fuerzas que intenta desenrollar el cable y rotar la carga.

• Un cable antigiratorio tiene el alma de acero, que es un cable independiente, cerrado en la dirección opuesta a la de los torones externos. Bajo carga, el alma intenta girar el cable en una dirección, mientras que los torones externos intentan girar en la dirección opuesta. • El diseño geométrico es tal que los momentos de fuerzas en el alma y en los torones externos se compensan, de forma que incluso con grandes alturas de elevación el cable nunca gira. 37

Manejo, Almacenamiento e instalación

Instrucciones para el manejo del cable de acero Es muy importante manejar el cable de acero correctamente para evitarle daños antes de ser utilizado.

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Manejo, Almacenamiento e instalación Instrucciones para el manejo del cable de acero

OK

NO

Para extraer cable de un carrete es conveniente colocar una barra a través del centro de éste, levantarlo de tal forma que gire libremente. Debe cuidarse que el cable no se afloje y se salga por los costados del carrete.

Nunca debe permitirse al desenrollar o enrollar un cable que se formen bucles; es necesario manejarlo en tal forma que conserve su paso original evitando que se apriete o afloje. 39

Manejo, Almacenamiento e instalación Instrucciones para el manejo del cable de acero

OK

NO

Cuando el cable se maneja en rollos, una persona debe sujetar el extremo del cable mientras que otra rueda el rollo sobre el piso, evitando espirales.

Si se desenrolla cable de un rollo que esté descansando horizontalmente sobre el suelo, éste formará espirales, que al menor descuido se convertirán en “cocas”, dañando el cable.

40

Manejo, Almacenamiento e instalación Instrucciones para el manejo del cable de acero

OK

“COCA”

Cuando se pasa cable de un carrete a otro, éste debe sacarse de forma horizontal del carrete lleno al carrete donde se va a enrollar, es decir, de arriba a arriba o de abajo a abajo; de esta forma se elimina la posibilidad de forzar el devanado original del cable.

Debe tenerse mucho cuidado para evitar la formación de “cocas” en el cable. 41

Manejo, Almacenamiento e instalación Recomendaciones Generales • Guardar el cable bajo techo y evitar en lo posible el contacto con

humedad, gases o algún otro medio que pudiera alterar sus propiedades. • Al colocar un cable nuevo en algún dispositivo, se recomienda permitir al cable trabajar algunos ciclos sin carga primero, después con la mitad de la carga y por último con la carga completa, con la finalidad de que éste se “acomode”. • Lubricar el cable periódicamente. • Verificar el estado de las ranuras de las poleas, tambores y en general por donde pasa el cable. 42

Manejo, Almacenamiento e instalación Terminales de Cable • Las terminales de un cable llegan a ser puntos de gran importancia para la transmisión de fuerza de un cable. • Cada tipo de terminal se adapta a un trabajo en específico. • Existen eficiencias determinadas para cada tipo de terminal.

• Es posible realizar cálculos de fuerza, basados en los factores de eficiencia.

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Manejo, Almacenamiento e instalación Terminales de Cable

Las terminales de cable están disponibles en varios diseños, algunos desarrollados para aplicaciones particulares. 44

Manejo, Almacenamiento e instalación Devanado del cable en un tambor • El enrollamiento incorrecto del cable en un tambor puede provocar problemas de aplastamiento y deformación en el cable.

• Para evitar estos inconvenientes deberá elegirse el sentido de enrollamiento del cable en función de las condiciones de operación y fabricación del cable.

45

Manejo, Almacenamiento e instalación Devanado del cable en un tambor

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Manejo, Almacenamiento e instalación Devanado del cable en un tambor La fórmula es: L=(A+D)xAxBxKx0.3048

L= Longitud del cable en metros A= Altura ocupada por el cable en el barril en pulgadas B= Ancho interno del barril en pulgadas D= Diámetro del barril en pulgadas K= 0.2618/(diámetro del cable)2 H= Diámetro del disco en pulgadas X= Claro en pulgadas 47

Operación e Inspección del Cable de Acero Poleas y Tambores • En la mayoría de aplicaciones del cable de acero, éste tiene un recorrido que implica el paso a través de poleas y/o en enrollamiento en tambores o malacates.

• Por lo que es importante considerar algunos aspectos básicos para el buen desempeño del cable durante se aplicación.

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Operación e Inspección del Cable de Acero Poleas y Tambores Diámetros mínimos recomendados en poleas y tambores (D/d)

6x7

42

6x36WS

23

19x7 ó 18x7

34

6x43FS

23

6x19S

34

6x41WS

20

6x21F

30

6x41SF

20

6x26WS

30

6x49SWS

20

8x19S

26

8x25F

20

6x25F

26

19x19

20

6x31WS

26

35x7

20

6x37FS

26

8x36WS

18 49

Operación e Inspección del Cable de Acero

Ángulo de desviación El ángulo de desviación es el que se forma entre la línea que se extiende del centro del tambor y la línea que va del centro de la polea a la orilla interior de la cara lateral del tambor. Este ángulo no deberá exceder 11/2° en el caso de tambores lisos y 2° en el caso de tambores ranurados.

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Operación e Inspección del Cable de Acero Medición del diámetro del cable Es importante la verificación del diámetro del cable antes de su instalación para estar seguros de que cumple con los requisitos para el equipo. Un diámetro bajo del cable podría implicar ruptura del mismo debido al exceso de carga. Un diámetro alto se verá reflejado por un desgaste prematuro.

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Operación e Inspección del Cable de Acero Diámetro y sección útil • El diámetro nominal de un cable es aquel que se encuentra en las tablas, con la correspondiente tolerancia. El diámetro real, es el del círculo máximo que circunscribe a la sección recta del mismo; comúnmente se expresa en mm. • La sección útil de un cable es la suma de las secciones de cada uno de los alambres que lo componen. La sección útil de un cable no debe calcularse nunca a partir de su diámetro.

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Operación e Inspección del Cable de Acero Tolerancias • Para diámetros en pulgadas: -0% a +5% • Para diámetros en mm: -1% a +4%

Límites para diámetros de cable Diámetro Nominal

Límites Permitidos

Hasta 1/8”

-0

+8%

Mayores de 1/8” hasta 3/16”

-0

+7%

Mayores de 3/16” hasta 5/16”

-0

+6%

Mayores a 5/16”

-0

+5%

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Operación e Inspección del Cable de Acero Poleas y Tambores Es de gran importancia la revisión de las ranuras de poleas y tambores. Los aspectos más importantes por verificar son: • Tamaño de la ranura • Contorno de la ranura

• Cantidad de desgaste

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Operación e Inspección del Cable de Acero Poleas y Tambores

La inspección de ranuras se realiza utilizando un calibrador de poleas.

El contacto calibrador-polea debe ser aproximadamente de 150°. Ranuras de poleas de mayor o menor tamaño a las requeridas, resultará en desgaste prematuro de las mismas y el cable.

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Operación e Inspección del Cable de Acero

Poleas y Tambores • Para ranuras nuevas o remaquinadas se sugiere que sea de 7.5% mayor en relación al diámetro nominal del cable.

• Para poleas usadas se sugiere que la ranura no sea menor de 5% del diámetro nominal del cable.

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Operación e Inspección del Cable de Acero Lubricación de los cables de acero Las siguientes son algunas características de un buen lubricante para cable: • Debe estar libre de ácidos y alcalinos. • Debe contar con suficiente adherencia para permanecer en el cable. • Debe tener una viscosidad adecuada que le permita penetrar a los espacios entre los torones y alambres. • No debe ser soluble en el medio donde esté trabajando el cable. • Debe proporcionar una alta película protectora. • Debe ser resistente a la oxidación.

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Métodos para aplicar lubricación

Goteo

Rociado

Con Pincel

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Operación e Inspección del Cable de Acero Inspección del Cable • Abrasión

• Resistencia • Reducción del diámetro

• Corrosión • Distorsión • “Jaulas de Pájaro” • Fallas localizadas • Calentamiento • Exposición del alma • Daño en las terminales • Aplastamiento •Fracturas de alambre

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Operación e Inspección del Cable de Acero Criterios de reemplazo de un cable • Grupos locales de alambres rotos visibles (máximo de 3 en uno de los torones). • Deterioro o daño de las terminales (3 alambres rotos como máximo en una distancia de 6 mm de la terminal).

• Deterioro del alma (disminución del diámetro del cable). • Uso normal (reducción máxima de diámetro: 10% el diámetro nominal en cables de 6 y 8 torones, y 3% en cables multitorones). • Corrosión interna.

• Corrosión externa (considerar el grado de afectación). • Deformación (considerar el grado de severidad). • Daño por temperatura. 60

Operación e Inspección del Cable de Acero Ejemplos típicos de cables deteriorados • Falla mecánica debida al movimiento del cable sobre superficies cortantes bajo tensión.

• Pequeña sección desgastada con fracturas de fatiga, provocadas por trabajo en poleas con exceso de diámetro, o sobre rodillos de soporte pequeño. 61

Operación e Inspección del Cable de Acero Ejemplos típicos de cables deteriorados • Dos secciones paralelas de alambres rotos son indicadores de trabajo en poleas de diámetro pequeño.

• Desgaste excesivo asociado con presiones elevadas.

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Operación e Inspección del Cable de Acero Ejemplos típicos de cables deteriorados • Desgaste excesivo en un cable de Torcido Lang, provocado por abrasión en los puntos de cruce de un devanado de capas múltiples.

• Corrosión severa causada por exposición del cable en ambientes químicamente agresivos. 63

Operación e Inspección del Cable de Acero Ejemplos típicos de cables deteriorados • Presencia típica de alambres rotos debido a una gran fatiga por flexión.

• Ejemplo típico de deformación mecánica severa del cable provocada por la formación de una “coca”. 64

Operación e Inspección del Cable de Acero Ejemplos típicos de cables deteriorados • “Jaula de pájaro” en un cable resistente a la rotación debida a una torsión inadecuada. Ejemplo típico en el extremo del anclaje de algunas grúas.

• Exposición del alma independiente de acero como resultado de cargas bruscas repentinas aplicadas al cable. 65

Operación e Inspección del Cable de Acero Prueba para medir la elongación de cables

Comportamiento del decaimiento de la elongación de un cable tipo Warrington 66

Operación e Inspección del Cable de Acero • Los cables deben revisarse diariamente a una velocidad ≥ a 1m/s para buscar deformaciones o roturas; y semanalmente a una velocidad ≤ a 1m/s, observando el número de alambres rotos, deformaciones, disminuciones de la sección y otros deterioros.

• Del cable depende la seguridad de la extracción. Es un elemento que tiene que revisarse de manera periódica y registrar estas revisiones en un libro de incidencias. Las revisiones de los cables son obligatorias y deben ser realizadas por organismos autorizados, cumpliendo con las especificaciones técnicas oficiales y las disposiciones internas de la empresa minera.

67

Operación e Inspección del Cable de Acero

Revisión de un cable de extracción

Equipo electromagnético de revisión de cables y salida gráfica de una revisión.

68

Utilización de cables Los cables suelen salir de fábrica en:

• Rollos o carretes. • Debidamente engrasados y protegidos contra elementos y ambientes oxidantes o corrosivos. Durante su transporte y almacenamiento debe evitarse:

• Que el rollo ruede por el suelo, a fin de que no se produzcan adherencias de polvo o arena que actuarían como abrasivos y obligarían a una limpieza y posterior engrase, antes de su utilización. • No debe recibir golpes o presiones que provoquen raspaduras o roturas de los alambres. • Deben protegerse de las temperaturas elevadas, que provocan una pérdida del engrase original. 69

Instalación del cable • El principal riesgo al desenrollar y manipular un cable es la formación de bucles o codos. Por ello, cuando se trate de arrollarlo en un tambor, es conveniente hacerlo directamente, procurando que el cable no se arrastre por el suelo y manteniendo el mismo sentido de enrollado.

Antes de instalar un cable debe verificarse:

• Que las poleas y tambores por los que deba pasar no presenten resaltes o puntos que pueden dañar el cable. • Que el cable pase correctamente por las poleas y por los canales del tambor. • Para la manipulación de los cables en general, los operarios deben utilizar guantes de cuero. 70

Corte de cables

Previamente al corte de un cable debe asegurarse: • Que no se produzca el descableado del mismo. • Ni el deslizamiento entre las distintas capas de torones. • Ni el deshilachado general del cable.

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Referencias • Carga, Transporte y Extracción en Minería Subterránea; María B. Díaz Aguado; SEPTEM Ediciones.

• Wire Ropes, Tension, Endurance, Reliability; K. Feyrer, Springer. • Grúas; Emilio Larrodé y Antonio Miravete; Publidisa, 1996. • Manejo de cargas, riesgos y medidas preventivas; Luis María Azcuénaga Linaza, Fundación CONFEMETAL.

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