Análisis técnico y comparativo de grúas y derricks.

https://www.liebherr.com/es-int/p/71977-5378441

El presente artículo sintetiza las características fundamentales, las diferencias operativas y las aplicaciones industriales de las grúas convencionales y de las grúas derrick, basándose en la normativa internacional y en las especificaciones técnicas de los fabricantes.

Las grúas derrick se definen como estructuras fijas de gran simplicidad y bajo coste, caracterizadas por un mástil central arriostrado que soporta una pluma. Por otro lado, las grúas se distinguen por integrar el mecanismo de izado como parte fundamental de su estructura y, en general, por ofrecer mayor movilidad.

Los puntos clave identificados son:

  • Capacidad y alcance: los derricks pueden elevar hasta 200 toneladas y alcanzar 20 metros, aunque estas cifras varían según el diseño y los requisitos de seguridad.
  • Diferenciación estructural: la presencia de un mástil vertical o torre central es el rasgo distintivo del derrick (que a menudo forma una «V» con la pluma), mientras que en la grúa, la pluma constituye el soporte principal.
  • Especialización operativa: los derricks sobresalen en instalaciones fijas a largo plazo (como puertos) y en trabajos en azoteas debido a su ligereza, mientras que las grúas modernas dominan en movilidad y en los límites superiores de la carga bruta.
  • Seguridad: el despliegue de estos equipos exige protocolos rigurosos de evaluación de riesgos diarios y de análisis de peligros en el lugar de trabajo para cumplir con los estándares de la OSHA y la MSHA.

«Un derrick es un aparato que consiste en un mástil o miembro equivalente sostenido en la cabeza por vientos o tirantes, con o sin pluma, para su uso con un mecanismo de elevación y cables de maniobra»

Definición y estructura de la grúa derrick.

La grúa derrick es una máquina fija apreciada por su sencillez y su alta capacidad de carga en relación con su coste. Según la terminología técnica, está compuesta por un mástil o elemento equivalente sujeto por vientos o tirantes.

Componentes principales:

  • Mástil: elemento vertical fijo a una plataforma o a un zócalo.
  • Pluma: apoyada en la base, puede girar mediante una rótula o una corona giratoria. Trabaja en conjunto con el mástil en un sistema de gran simplicidad estructural.
  • Base o zócalo: lugar donde se sitúan el motor, los cabestrantes y los contrapesos.
  • Sistema de arriostramiento: utiliza tornapuntas o tirantes que suelen formar un tetraedro indeformable. En otros casos, se emplean vientos (cables) o patas rígidas.
  • Mecanismo de elevación: El izado se realiza mediante cables y poleas y el cabrestante puede estar separado de la estructura principal.

Diferenciación técnica: grúas frente a derricks.

La distinción entre ambos aparatos de elevación está recogida en las regulaciones de la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA).

Característica Grúa (Crane) Derrick
Definición OSHA Máquina para elevar, bajar y mover cargas horizontalmente con mecanismo de izado integral. Aparato con mástil sostenido por vientos o tirantes, usado con un mecanismo de izado y cables.
Estructura principal La pluma es el soporte principal del sistema de elevación. Posee un mástil o una torre central en el que se fija la pluma.
Movilidad Pueden ser fijas o móviles (hidráulicas), lo que permite su reposicionamiento. Generalmente estacionarias y altamente especializadas.
Configuración visual Perfil integrado del brazo/pluma con la maquinaria. Perfil en forma de «V» entre el mástil vertical y la pluma inclinada.

Capacidades operativas y aplicaciones industriales

Tanto las grúas como los derricks son fundamentales en proyectos de infraestructura, en puertos, en la industria petrolera y en la manufactura. No obstante, sus ventajas competitivas varían según el escenario.

Aplicaciones específicas

  • Instalaciones a largo plazo: los derricks son el estándar para cargas repetitivas y uniformes, como la carga y descarga de buques en puertos.
  • Operaciones en azoteas: debido a su construcción más ligera, los derricks son preferibles para trabajos en azoteas. Es más seguro y económico que utilizar una grúa de gran tamaño desde el suelo.
  • Maniobras pesadas y montaje industrial: se emplean derricks, tanto fijos como semimóviles, en entornos portuarios para el izado de cargas de gran tonelaje.

Límites de carga y alcance

  • Capacidad de carga: se han registrado derricks capaces de elevar hasta 200 toneladas. Sin embargo, las grúas modernas tienden a superar a los derricks en los límites máximos de peso absoluto.
  • Alcance: de hasta 20 metros, aunque no existen límites universales, ya que dependen del radio de trabajo, del diseño del arriostramiento y de las condiciones de seguridad.
http://gruisacr.com/producto/especial-dr-derrick/

Limitaciones de giro y variantes de diseño.

La geometría del derrick condiciona su radio de acción. El diseño clásico presenta limitaciones que la ingeniería moderna ha resuelto mediante diversas configuraciones.

  • Limitación de 270°: en configuraciones con soportes rígidos (tirantes), el mástil no puede realizar un giro completo para evitar colisionar con los anclajes.
  • Solución de giro total (360°):
    • Sustitución de soportes rígidos por tres o más cables (vientos) dispuestos en forma de paraguas.
    • El diseño de la pluma tiene una altura inferior a la del mástil para permitir el paso libre bajo los cables.
  • Variantes modernas: existen diseños en los que el mástil no es completamente vertical, lo que permite un movimiento completo. Estas configuraciones de derrick se integran a menudo en grúas sobre orugas o móviles de gran capacidad para potenciar el izado pesado mediante sistemas de lastre de derrick.
Grúa Derrick. https://www.liebherr.com/es-int/gr%C3%BAas-automotrices-y-sobre-orugas/gr%C3%BAas-sobre-orugas/gr%C3%BAas-sobre-orugas-lr/tecnolog%C3%ADa/derrick-y-sistemas-de-lastre-5387347

Seguridad y gestión de riesgos en operaciones de izado

La operación de estos equipos conlleva riesgos significativos que requieren una gestión profesional y el cumplimiento de normativas como las de la OSHA y la MSHA.

Medidas de seguridad imprescindibles

Para garantizar una filosofía de «cero accidentes», se deben realizar los siguientes procedimientos en cada proyecto:

  • Evaluaciones previas al izado: análisis detallado del trabajo antes de iniciar las maniobras.
  • Evaluaciones diarias de riesgo: revisión constante de las condiciones del lugar y del equipo.
  • Análisis de peligros in situ: identificación de obstáculos o de condiciones climáticas adversas.
  • Auditorías de gestión rutinarias: supervisión de los procesos para asegurar el cumplimiento de los estándares de seguridad.

La experiencia del operador y la comunicación efectiva son las herramientas más importantes para la seguridad, más allá de las especificaciones técnicas del equipo.

En esta conversación puedes escuchar las ideas más interesantes sobre este tema.

Este vídeo resume bien los conceptos fundamentales de esta distinción entre grúas y derricks.

Derrick_Strategic_Blueprint

En este vídeo se distinguen las grúas torre y los derricks.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

¿Qué es una cabria?

Figura. Cabria abandonada en El Centenillo, Jaén. https://es.wikipedia.org/wiki/Cabria_(construcci%C3%B3n)

La cabria, también denominada trípode de izado, es un dispositivo clásico de elevación de muy sencilla construcción cuyo nombre proviene del latín caprea («cabra»), por la semejanza de su estructura con las patas traseras de este animal en posición de salto. Su uso está documentado desde la Antigüedad griega y romana. Consiste en dos vigas ensambladas en un ángulo agudo, sostenidas por una tercera que forma un trípode con ellas, o bien por una o varias amarras.

El izado se realiza mediante un torno o cabrestante fijo situado entre las dos vigas principales, junto con un sistema de poleas y cuerdas o cables que pasa por el vértice del trípode, desde el cual queda suspendida la carga.

Existen varias tipologías. La cabria trípode es la más habitual y versátil. La cabria de puntales, destinada a cargas más pesadas, incorpora refuerzos adicionales en su estructura. La cabria de tijera, similar a la trípode, pero con las patas cruzadas, ofrece mayor estabilidad en terrenos irregulares. La mayoría son de brazo fijo, aunque en algunos casos también se construyen con brazo inclinable.

Una de sus principales ventajas operativas es la desmontabilidad: la cabria puede desarmarse en elementos fácilmente transportables y reinstalarse en otro punto de la obra a medida que esta avanza en extensión o en altura. En conjunto, se trata de un procedimiento sencillo y económico para elevar cargas pesadas. Las capacidades de 150 a 200 toneladas son posibles en diseños de gran sección y adecuado arriostramiento, existiendo cabrias portuarias de hasta 400 toneladas, aunque la capacidad real depende siempre del diseño, la longitud de las vigas y las condiciones de seguridad.

https://www.insst.es/documentacion/colecciones-tecnicas/ntp-notas-tecnicas-de-prevencion/5-serie-ntp-numeros-156-a-190-ano-1986/ntp-167-aparejos-cabrias-y-garruchas

En su configuración clásica, la cabria carece de un sistema de giro horizontal integrado. El desplazamiento horizontal se logra mediante arrastre, tracción o reposicionamiento de la propia estructura, sin que el brazo gire en torno a un eje. Esta es una diferencia clave respecto de las grúas giratorias, como las grúas derrick con corona giratoria.

Las cabrias se han empleado históricamente en puertos, en el montaje de estructuras y en obras que requieren un equipo de izado sencillo y económico. Su montaje sobre barcazas o pontones es frecuente tanto en operaciones portuarias como en obras hidráulicas. También tienen un uso ampliamente documentado en la ejecución de pozos, donde su configuración permite extraer con facilidad el material excavado. Además de en la construcción, se han utilizado en minería para extraer mineral, y el personal en jaulas y montacargas también está documentado; la cabria es el mecanismo fundamental de todo castillete minero.

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Izado defectuoso de pasarela metálica

Las operaciones de izado de grandes cargas son, en ocasiones, los procedimientos más complicados en determinadas construcciones. En el vídeo que os paso a continuación podemos ver cómo una pasarela metálica de 40 toneladas, valorada en más de un millón de euros, se ha deformado por haber cambiado el sistema de izado previsto en proyecto. En efecto, la estructura se iba a levantar con una única grúa de 500 toneladas, pero en el último momento, se cambió el procedimiento de izado a dos grúas más pequeñas, una de 350 toneladas y otra telescópica. Lo que ocurrió es que la estructura levantada en tándem introdujo esfuerzos no previstos en el proyecto y provocó la deformación del puente. Por cierto, el vídeo se grabó el 21 de febrero de 2013 en Omagh, Irlanda del Norte. Espero que os guste. Agradezco a Enrique Montalar el enlace.

Montaje de vigas artesa en pasos superiores

ala014Las vigas artesa prefabricadas constituyen elementos de sección en forma de U abierta con alas hacia el exterior de la viga. Este tipo de estructuras supuso un salto tecnológico en la prefabricación de los años 80 del siglo XX. Conforman una sección celular cerrada, situada entre la sección en cajón y la doble T. Se emplean para luces de pilas entre 25 y 45 m con vanos simplemente apoyados, llegando hasta los 60 m con vanos en cantilever. Lo habitual es disponer un par de piezas en sección transversal, con separaciones entre 5,5 y 6,5 m, con anchos de tablero entre 11,0 y 14,0 m. Son habituales los cantos de 1/20 de la luz, con cantos típicos entre 0,80 y 2,60 m. También es una sección muy adecuada para tableros de puentes de AVE, con un ancho de tablero de 14,0 m.

La maniobra de colocación de este tipo de vigas requiere grúas de gran capacidad de carga y una perfecta coordinación para su puesta en obra. En el vídeo que os presento se puede ver el izado e instalación de una viga artesa típica. Hay que tener en cuenta que los pesos de estas piezas pueden llegar a más de 2300 kP/m, lo que supone izados del orden de 100 toneladas. En estos casos queda perfectamente justificada la optimización en coste y en peso de las piezas.

 [politube2]65124:450:358[/politube2]

Referencias:

PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2018). An optimization-LCA of a prestressed concrete precast bridge. Sustainability, 10(3):685. (link)

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2013). Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing. Engineering Structures48:342-352. DOI:10.1016/j.engstruct.2012.09.014. ISSN: 0141-0296.(link)

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; LUZ, A. (2014). Diseño automático de tableros óptimos de puentes de carretera de vigas artesa prefabricadas mediante algoritmos meméticos híbridos. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 30(3), 145-154. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.rimni.2013.04.010. (link)

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2015). A memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement. Journal of Structural Engineering ASCE, 141(2): 04014114. DOI:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001058 

MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges based on embodied energy. Journal of Cleaner Production, 120:231-240. (link)

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction, 49:123-134. DOI: 10.1016/j.autcon.2014.10.013 (link)

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2017). Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 17(4):738-749. (link)

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Manipulación de contenedores en puertos

Pilas de contenedores en la terminal de Keppel en Singapur. Wikipedia.

Un contenedor o container (en inglés) es un recipiente de carga para el transporte marítimo o fluvial, transporte terrestre y transporte multimodal. Se trata de unidades estancas que protegen las mercancías de la climatología y que están fabricadas de acuerdo con la normativa ISO (International Organization for Standardization), en concreto, ISO 668.

Los muelles de los puertos traen de serie una serie de elementos (infraestructura básica) con los cuales pueden cambiar el tipo de transporte (marítimo-terrestre). Estos elementos no son los más eficientes, así que se recurre al mercado para conseguir maquinaria especializada y, con ello, optimizar el tiempo, lo que, a la larga, supondrá un resultado económicamente positivo (a pesar de la gran cantidad que habrá que desembolsar por dichos equipos).

Contenedor marítimo de 20 pies

Entre los equipos especializados en la manipulación de los contenedores, podemos destacar los siguientes:

  • Grúa pórtico (Gantry crane): Grúa que consta de un puente elevado o pórtico, soportado por dos patas a modo de arco angulado, con capacidad para desplazar los contenedores en los tres sentidos posibles (vertical, horizontal y lateral), maniobrando sobre raíles (Rail Gantry Crane o Trastainer) o sobre neumáticos (Rubber Tire Gantry, RTG) en un espacio limitado.
  • Grúa apiladora de alcance (Reacher-staker crane): Permite alcanzar contenedores estibados de uno sobre tres y formar bloques de hasta cuatro filas.
  • Grúa de puerto (Quay crane o Portainer): Grúa con la que se introducen los contenedores en un barco portacontenedores.
  • Carretilla pórtico: Carretilla elevadora para la manipulación de los contenedores en las terminales portuarias.
  • Sidelifter: Camión grúa con elevador lateral, utilizado para la carga y descarga de contenedores en vagones de ferrocarril.

A continuación, os dejo algunos vídeos en los que podemos ver la manipulación de contenedores por parte de varias de las máquinas mencionadas. Espero que os gusten.

Carretilla portacontenedores:

Grúa portacontenedores:

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

Grúa torre trepadora

Las nuevas tecnologías han facilitado la labor docente en la asignatura de “Procedimientos de construcción”. Aún recuerdo cuando, en los años 80, nuestro profesor Hermelando Corbí nos enseñaba catálogos de máquinas y, con un proyector de opacos, intentaba explicarnos el funcionamiento de algún medio auxiliar. Era una tarea algo complicada, ya que se trataba de explicar la obra en las cuatro paredes del aula. El PowerPoint, los vídeos o las animaciones en 3D han provocado que tiráramos a la basura kilos de transparencias que, hasta hace apenas 10 años, utilizábamos habitualmente para exponer en nuestras clases.

Hoy en día, las nuevas tecnologías pueden llevar las obras no solo a clase, sino también a casa de cada uno de nuestros futuros ingenieros. Como ejemplo, quería mostraros un vídeo sobre el proceso de trepa de una grúa torre, que es difícil de explicar en la pizarra o con transparencias.

La grúa torre trepadora es un medio auxiliar para el izado de cargas que se instala sobre la estructura de una obra en construcción y se desplaza de abajo hacia arriba por sus propios medios a medida que avanza la obra. Os paso un par de vídeos que espero que os gusten, y también la referencia del libro de apuntes que usamos en clase.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Grúa derrick

La grúa Derrick es una grúa formada por un mástil de estructura de celosía sujeto por vientos, un brazo de la misma estructura unido al mástil por su extremo inferior y sujeto al mástil mediante cables por su extremo superior, un cabrestante situado en el suelo y un cable que se envía a través de poleas situadas en el brazo. Sobre este sencillo modelo existen muchas variaciones; la más corriente es la grúa, cuya base lleva ruedas y se mueve sobre ellas.

Son máquinas fijas, muy sencillas, de bajo costo y gran capacidad de carga. El tipo más usual consta de un mástil vertical fijo a una plataforma o zócalo, situado en posición mediante dos tornapuntas o tirantes que forman un tetraedro indeformable. Estas grúas se utilizan cuando hay espacio para colocar la base. En ella se sitúan un motor, los cabrestantes y los contrapesos. Apoyada en la base, se encuentra una pluma que puede girar mediante una rótula o una corona giratoria, de la cual cuelgan las cargas.

Una limitación característica de ciertas configuraciones arriostradas es la restricción del giro del mástil a unos 270°, impuesta para evitar que colisione con los tirantes. No obstante, esta restricción no es común a todas las grúas derrick; en algunos diseños, el ángulo de giro y la geometría del arriostramiento se resuelven de manera distinta.

https://www.liebherr.com/es-int/p/71977-5378441

Este inconveniente puede eliminarse sustituyendo los soportes rígidos por tres o más cables atirantados en disposición de paraguas y reduciendo la altura de la pluma por debajo de la del mástil. El uso de múltiples vientos es una solución conocida para liberar el giro y mejorar la estabilidad, aunque la geometría exacta varía según el fabricante y la aplicación.

Existen otras variantes en las que es posible realizar un giro completo, con el mástil en una posición no estrictamente vertical. Es bastante frecuente encontrar diseños de este tipo integrados en otros modelos de grúas, tanto móviles como de puerto, con gran capacidad de carga. En algunas variantes industriales y portuarias, la configuración derrick se incorpora como equipo fijo o semimóvil para maniobras de gran tonelaje.

Grúa Derrick. https://www.liebherr.com/es-int/gr%C3%BAas-automotrices-y-sobre-orugas/gr%C3%BAas-sobre-orugas/gr%C3%BAas-sobre-orugas-lr/tecnolog%C3%ADa/derrick-y-sistemas-de-lastre-5387347

La capacidad de carga y el alcance de estas grúas dependen del diseño, del radio de trabajo, del tipo de arriostramiento y de las condiciones de seguridad; a modo de referencia, existen derricks capaces de elevar cargas de hasta 200 t y alcanzar hasta 20 m, aunque estos valores no constituyen límites universales para la tipología.

Os paso a continuación un vídeo en el que podréis ver en funcionamiento un derrick. Espero que os guste.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.