Un edificio industrial con grúa requiere conocer el tipo de grúa, la capacidad, la luz, la altura de gancho, la clasificación de servicio, las cargas por rueda y las fuerzas horizontales antes de detallar la estructura de acero. Esos valores alimentan el diseño de la carrilera, las columnas y las cimentaciones. Entre los edificios industriales de acero, los edificios con grúa son aquellos en los que un equipo pasa a formar parte de la estructura. Un puente grúa introduce cargas móviles por rueda, fuerzas de frenado y ciclos de carga repetidos en la estructura en cada turno. Las secciones siguientes explican qué datos de la grúa afectan a la estructura y dónde la grúa se encuentra con la estructura. Terminan con un orden de trabajo para transmitir esos datos entre el propietario, el proveedor de la grúa y el proveedor del edificio.
La guía está dirigida a propietarios de plantas, ingenieros de proyecto y compradores que planifican talleres nuevos o ampliados en mercados como África, el Sudeste Asiático y América Latina. En estos proyectos, el paquete de acero, la grúa y la aprobación del diseño local pueden proceder de partes distintas. La guía no ofrece factores de carga, límites de flecha, dimensiones de elementos ni precios. Esos valores dependen de la normativa aplicable y de la grúa seleccionada, y los profesionales locales confirman el diseño estructural, mecánico y civil final en cada proyecto.
Cómo las cargas de la grúa modifican un edificio industrial con grúa
Las cargas de la grúa se diferencian de las cargas ordinarias de cubierta y de forjado porque se mueven, se detienen y se repiten. Una grúa aplica su propio peso propio y la carga nominal sobre el gancho. También añade fuerzas dinámicas por aceleración, frenado, elevación y descenso, además de fuerzas de impacto por paradas bruscas. El diseñador comprueba entonces la estructura frente a las cargas por rueda, la flexión, la flecha y la fatiga bajo esos efectos combinados, más allá de un peso estático colgado de la cubierta.
Las vigas carrileras son los elementos más expuestos a esa diferencia. Un documento publicado por el Australian Institute of Steel Construction señaló que las vigas carrileras de grúa diseñadas únicamente con supuestos de edificación ordinaria pueden fallar prematuramente en servicio. El mismo documento apuntó a tensiones complejas y muy localizadas en la zona del ala superior. Esas tensiones deben mantenerse lo bastante bajas para que no se desarrollen grietas por fatiga durante la vida útil de la viga. En la práctica, esta guía trata la viga carrilera como un elemento sometido a fatiga, no como una viga de cubierta que resulta que soporta un riel.
El uso de la grúa es el siguiente dato del que depende la estructura. A los puentes grúa se les asignan clasificaciones de servicio, y el curso de educación continua de ASCE sobre edificios con grúa las incluye entre sus temas de diseño. El propietario debe describir por escrito el patrón real de elevación. El proveedor de la grúa puede entonces proponer una clase para ese patrón, en lugar de citar una clase predeterminada de catálogo.
El momento decide qué opciones estructurales siguen abiertas. En un caso práctico publicado por el fabricante de grúas Gorbel, tres puentes grúa previstos para un nuevo edificio de fabricación habrían necesitado cada uno una estructura de soporte autoportante si se hubieran añadido después de la construcción. En cambio, el diseño de las 36 columnas interiores del edificio incluyó las cargas de la grúa, y las grúas se instalaron mientras se levantaba el edificio. Un proyecto no establece una regla general; muestra la opción que este propietario conservó al planificar las grúas con antelación.
Requisitos de grúa de un edificio metálico que deben definirse antes del diseño de la estructura
Los requisitos de grúa de un edificio metálico parten de cómo usará el propietario la grúa, no de una cifra de tonelaje tomada de un catálogo. Las dos listas siguientes son la forma propia de esta guía de organizar los datos. Se basan en los temas de diseño del curso de ASCE sobre edificios con puentes grúa: tipos de grúa y clasificaciones de servicio, el sistema de puente grúa, las vigas carrileras y sus soportes, y la planificación del edificio.
Requisitos de uso del propietario
Todo número posterior depende de la descripción operativa del propietario, por lo que este debe ponerla por escrito antes de que alguien presupueste una grúa o una estructura:
- Qué se eleva, cuánto pesan las cargas típicas y máximas, y con qué frecuencia se realizan las elevaciones por turno.
- Qué superficie de forjado debe alcanzar el gancho, incluidas las puertas de carga y las posiciones de las máquinas.
- Si una sola grúa o varias compartirán una carrilera o trabajarán en naves adyacentes.
- Si más adelante se prevé una grúa más pesada o una prolongación de carrilera, para que el primer diseño no lo descarte.
Datos de la grúa facilitados por el proveedor de la grúa
El proveedor de la grúa debe facilitar los datos de la grúa por escrito, porque el diseñador del edificio no puede proyectar los soportes de carrilera solo a partir de una cifra de capacidad:
- Tipo de grúa: monorriel, puente grúa suspendido o puente grúa de viga superior.
- Capacidad nominal, luz del puente y altura de gancho requerida.
- La clasificación de servicio propuesta para el patrón de elevación del propietario.
- Peso propio de la grúa, cargas máximas por rueda y fuerzas horizontales debidas al movimiento del carro y del puente.
- Cualquier requisito de gálibo o de tope de fin de carrera que la grúa necesite en los extremos de la carrilera.
La luz y la altura de gancho también condicionan las dimensiones generales del edificio. Un planificador de dimensiones de edificios puede dar valores de planificación preliminares a partir de estos datos. Esos valores son puntos de partida para el diseño estructural, no dimensiones calculadas. Hasta que se seleccione el proveedor de la grúa, cualquier carga por rueda utilizada para la estructura es una suposición. Los planos deben indicarlo así hasta que los datos de la grúa seleccionada los sustituyan.
Donde la grúa se encuentra con la estructura de acero
La grúa se encuentra con la estructura de acero en unos pocos puntos de interfaz concretos, y cada uno necesita un diseñador identificado en los planos. El curso del Australian Steel Institute sobre vigas carrileras para grúas pesadas enumera los aspectos que se plantean en esos puntos. Entre ellos están los requisitos de flecha del edificio y la interacción entre el edificio y el tipo y las especificaciones de la grúa. La lista también abarca los caminos de cargas longitudinales y laterales (incluidos los errores de excentricidad en el camino de cargas), el sobreconfinamiento de las vigas carrileras a flexión y los detalles de las bases de columna. La fabricación, el montaje, la puesta en servicio y el mantenimiento la completan. Esos temas se traducen en un conjunto breve de decisiones de interfaz:
- Soporte de carrilera: si las vigas carrileras se apoyan en las columnas principales del edificio o en una estructura de soporte independiente.
- Caminos de cargas: cómo las fuerzas laterales y longitudinales de la grúa se transmiten desde el riel, a través del arriostramiento, hasta las cimentaciones sin excentricidad no deseada.
- Conexiones de carrilera: cómo se unen las vigas a sus soportes sin sobreconfinarlas en flexión.
- Bases de columna: qué reacciones, incluidos los casos de carga de la grúa, se transmiten al diseñador de la cimentación.
- Requisitos de flecha: qué requisitos de flecha del edificio y de la carrilera aplican, comprobados frente a los requisitos del proveedor de la grúa y la normativa aplicable.
- Previsiones de mantenimiento: acceso a la carrilera, al riel y a las conexiones para su inspección durante la vida útil del edificio.
En el orden de trabajo aquí utilizado, el tipo de estructura viene después de esas decisiones de interfaz. Un selector de estructura de edificio metálico puede acotar las opciones de estructura una vez conocidos el ancho, la disposición de las columnas y los requisitos de la grúa. No da dimensiones de elementos, por lo que el soporte de carrilera y el camino de cargas siguen necesitando un diseño estructural.
Tanto si la estructura sigue un diseño de edificio metálico preingenierizado como si no, esta guía recomienda confirmar las ménsulas de grúa y los detalles de conexión de la carrilera antes de emitir los planos de taller. El fabricante podrá entonces trabajar con datos de la grúa que el propietario y el proveedor de la grúa ya hayan confirmado.
Lista de verificación de entrega de un edificio con grúa para taller de acero
Un edificio con grúa para taller de acero es más fácil de coordinar cuando cada dato relacionado con la grúa tiene una fuente y un verificador designados. La tabla siguiente es un método de trabajo sugerido. No es un requisito normativo ni una asignación contractual de la responsabilidad de diseño. Los contratos de compra de la grúa y del edificio deben establecer el reparto real.
| Dato | Fuente sugerida | Verificador sugerido | Qué controla |
|---|---|---|---|
| Patrón de elevación y área de cobertura del gancho | Propietario | Proveedor de la grúa | Tipo de grúa y clasificación de servicio |
| Tipo de grúa, capacidad, luz y altura de gancho | Proveedor de la grúa | Propietario y diseñador del edificio | Posición de la carrilera y datos de altura del edificio |
| Peso propio, cargas por rueda y fuerzas horizontales | Proveedor de la grúa, por escrito | Diseñador estructural del edificio | Diseño de vigas carrileras, ménsulas y columnas |
| Disposición del soporte de carrilera | Diseñador estructural del edificio | Ingeniero responsable del proyecto local | Si las columnas de la estructura soportan la carrilera |
| Camino de cargas lateral y longitudinal y reacciones en la base de las columnas | Diseñador estructural del edificio | Diseñador de cimentaciones local | Disposición del arriostramiento y diseño de cimentaciones |
| Requisitos de flecha y alineación | Requisitos del proveedor de la grúa y diseñador del edificio | Ingeniero local bajo la normativa aplicable | Funcionalidad de la carrilera de la grúa |
| Alcance de suministro para vigas carrileras, ménsulas, rieles y topes de fin de carrera | Proveedor del edificio de acero y proveedor de la grúa | Propietario, por escrito | Vacíos en los que ningún paquete incluye un componente |
La última fila merece una decisión explícita. En los edificios de taller con estructura de acero, las vigas carrileras y las ménsulas pueden pertenecer al paquete del edificio o al paquete de la grúa. Si esa cuestión de alcance queda sin resolver, ningún proveedor diseña la conexión entre ambos.
También es necesario confirmar los servicios del proveedor. Antes de confiar en un proveedor de edificios para esta coordinación, pregunte qué apoyo de diseño ofrece realmente y cómo recibirá y devolverá los datos de la grúa. Pregunte también qué componentes relacionados con la grúa están incluidos en su alcance de suministro. Las respuestas varían según el proveedor, por lo que conviene confirmarlas en la cotización y en el contrato en lugar de inferirlas de un folleto.
Los proyectos de exportación añaden una verificación más: qué normativa aplicará la autoridad local a las cargas de la grúa y a la funcionalidad. El ingeniero responsable del proyecto local debe confirmar esa base de diseño antes de finalizar el diseño de la estructura.
Añadir una grúa a un edificio industrial existente
Un edificio existente solo puede recibir una nueva grúa después de que un ingeniero verifique sus columnas para las cargas de la grúa, y algunas columnas podrían necesitar refuerzo. Las guías publicadas por los proveedores de grúas consideran esa verificación de las columnas como punto de partida.
Cuando la estructura existente no pueda soportar la grúa, esas guías indican dos opciones. Una es reforzar las columnas existentes. La otra es una carrilera autoportante que no dependa de la estructura del edificio. El ingeniero elige la opción a partir de la verificación de las columnas.
Como paso preparatorio sugerido, antes de contactar a los proveedores de grúas, reúna los planos estructurales originales, las cargas de diseño utilizadas y cualquier información sobre cimentaciones. Si esos registros faltan, mantenga pendiente el pedido de la grúa hasta que el ingeniero complete la verificación de las columnas.
Definición del pliego de condiciones del edificio industrial con grúa
El orden de las decisiones importa más que cualquier cifra individual en un edificio con grúa industrial. Primero se define el patrón de izaje del propietario. Luego se obtienen del tipo de grúa seleccionado las cargas por rueda, las fuerzas horizontales y la clasificación de servicio por escrito. A continuación, se fija la disposición del soporte del camino de rodadura y el camino de cargas. Solo entonces se define el bastidor y se entregan las reacciones en la base de columna al diseñador de cimentación. Cada paso depende del anterior, y saltarse alguno deja el bastidor diseñado con datos supuestos de la grúa. Con un pliego de condiciones completo, la viga de camino de rodadura puede detallarse como un elemento solicitado a fatiga. Sus soportes, conexiones y alcance de suministro ya estarán acordados entre los paquetes de la grúa y del edificio.
Preguntas frecuentes
¿Se puede agregar una grúa suspendida a un edificio de acero que no fue diseñado para ella?
En ocasiones se puede agregar una grúa suspendida, pero solo después de que un ingeniero verifique si las columnas existentes resisten las cargas de grúa. Si las columnas no son adecuadas, las guías del proveedor describen dos opciones: reforzarlas o instalar un camino de rodadura autoportante que no dependa de la estructura del edificio. Reunir los planos originales y las cargas de diseño antes de iniciar esa verificación es un paso preparatorio recomendado.
¿Qué información sobre la grúa necesita el proveedor del edificio de acero antes de cotizar?
El proveedor del edificio de acero necesita el tipo de grúa, la capacidad nominal, la luz, la altura de gancho y la clasificación de servicio. También necesita el peso propio de la grúa, las cargas por rueda y las fuerzas horizontales proporcionadas por el proveedor de la grúa. El patrón de izaje del propietario, el área de cobertura y el número de grúas completan el pliego de condiciones. Sin las cargas por rueda, cualquier cotización del bastidor se basará en datos supuestos de la grúa.
¿Deben las vigas de camino de rodadura apoyarse en las columnas del edificio o en una estructura separada?
Las vigas de camino de rodadura pueden apoyarse en las columnas principales del edificio o en una estructura de soporte independiente. El ingeniero estructural decide cuál opción adoptar tras analizar las cargas. En un edificio nuevo, el ingeniero puede incluir las cargas de grúa en el diseño de las columnas desde el inicio. Sea cual sea la opción elegida, los contratos de compra deben especificar qué paquete suministra los soportes del camino de rodadura.
¿Qué información sobre la cimentación necesita un edificio con grúa?
La información que se sugiere entregar al diseñador de cimentación local son las reacciones en la base de columna, incluidas las hipótesis de carga de grúa confirmadas, además de los caminos de carga lateral y longitudinal. El diseñador del edificio debe transmitir ambas cosas conjuntamente. El diseñador de cimentación local confirmará entonces el diseño de cimentación para el proyecto.
¿Quién decide la clasificación de servicio de la grúa?
El proveedor de la grúa debe proponer la clasificación de servicio a partir del patrón de izaje escrito por el propietario. La clasificación de servicio es uno de los temas de diseño en el curso de ASCE sobre edificios con grúas suspendidas. El diseñador del edificio debe entonces trabajar a partir de la clase que el proveedor de la grúa confirme por escrito.
Further Reading
- Diseño de edificios con grúas suspendidas (Webinar bajo demanda) — ASCE, educación continua profesional. Describe los tipos de grúa, las clasificaciones de servicio, las vigas de camino de rodadura y sus soportes, y la planificación de edificios con grúas; es un esquema de curso, no una norma de diseño.
- Diseño de vigas de camino de rodadura de grúas pesadas y estructuras de acero de soporte — Australian Steel Institute, curso. Enumera los requisitos de flecha, los caminos de carga, los detalles de la base de columna y los problemas de mantenimiento en la interfaz grúa-estructura; redactado para un contexto de diseño australiano.
- Vigas de camino de rodadura de grúa (B. E. Gorenc) — Australian Institute of Steel Construction, registro de documento técnico. Respalda el principio de que las vigas de camino de rodadura requieren un diseño consciente de la fatiga, más allá de las suposiciones habituales de los edificios; el documento data de 1976, por lo que debe usarse para principios, no para valores normativos actuales.
