Nave con grúa viajera: qué definir antes de diseñar

En la lista de equipos de un proyecto, la grúa viajera suele ocupar un solo renglón: capacidad en toneladas y poco más. Con ese dato arranca el diseño del edificio. Muchas veces la grúa se cotiza después, cuando la estructura ya tiene forma y cambiarla cuesta.

Casi todo lo que la grúa le pide a la nave depende de datos que no caben en ese renglón. La altura del edificio, por ejemplo, sale del recorrido del gancho. La trabe carril, que es la viga sobre la que corre la grúa, recibe una carga que se repite con cada viaje.

¿Quién diseña lo que sostiene a la grúa?

El proveedor de la grúa se ocupa del equipo: el puente, el carro con su polipasto y los controles. Lo que la sostiene suele quedar en otro contrato. La Especificación 70 de la Crane Manufacturers Association of America (CMAA) cubre las grúas de dos o más trabes que corren sobre el riel. Las de una sola trabe tienen su propia especificación, la 74.

La edición 2020 de la 70 dedica apartados al diseño del edificio, a los espacios libres y a la trabe carril. Ahí dice que la trabe carril, los rieles y los topes normalmente los suministra el comprador, salvo que se especifique otra cosa. Como las demás referencias estadounidenses de este artículo, sirve de guía técnica, y los criterios de cada obra en México los fija su diseñador responsable.

Eso quiere decir que alguien del lado del edificio tiene que diseñar la trabe carril con los datos de una grúa concreta. Si el alcance no lo dice, ese trabajo queda entre dos contratos y cada parte supone que lo hace la otra. Conviene dejar por escrito a quién le toca la trabe carril, el riel, los topes y la alimentación eléctrica a lo largo del recorrido. La hoja de consulta de CMAA pregunta justamente quién suministra los conductores del recorrido.

Tampoco hay una sola manera de apoyar la trabe carril. Puede ir sobre ménsulas en las columnas del edificio, sobre columnas escalonadas o sobre columnas propias para la grúa. En un artículo de 1982 del Engineering Journal de AISC, David T. Ricker contaba que los ingenieros llevaban años discutiendo entre columnas escalonadas y columnas propias. A veces la más económica no era la que más duraba, y el cliente tenía que escoger.

La altura de la nave se calcula desde el gancho

La especificación de CMAA plantea la cuenta en este orden. Del piso a la obstrucción más baja tiene que caber el recorrido de gancho que pide la operación. A eso se suma lo que mide la grúa desde el gancho en su punto más alto hasta la parte más alta del equipo, más un espacio libre. Además, la parte más baja de la grúa tiene que librar la maquinaria y, cuando haga falta, los camiones que pasen debajo. Con esa altura definida se ubica el nivel del riel.

El recorrido de gancho lo define la operación, y no solo hacia arriba. La guía para compradores de CMAA pide incluir las fosas o registros que queden bajo el nivel de piso. Esa profundidad queda abajo del piso y no cambia la altura de la nave, pero el polipasto tiene que llevar el gancho hasta el fondo.

La obstrucción más baja no siempre es la estructura del techo. Para CMAA cuenta cualquier cosa que cuelgue por debajo, como luminarias o tuberías, y hay que considerar cuánto se deflexiona el techo. Ahí entran la red de rociadores y los ductos que se agregan después. Por eso la iluminación y la protección contra incendio de una nave con grúa necesitan desde el anteproyecto una cota de la que no pueden bajar.

El gancho no cubre toda la nave

Una grúa viajera cubre un rectángulo, y ese rectángulo es más chico que la nave. Los topes marcan dónde termina el recorrido, y el gancho tampoco llega hasta las columnas de los lados, porque el carro y los testeros ocupan espacio. La distancia mínima a la que sí llega se conoce como aproximación del gancho, y la da el fabricante.

CMAA pide que las tornapuntas del edificio, las diagonales cortas que unen la columna con la estructura del techo, se diseñen de modo que permitan esas aproximaciones. En el layout, lo práctico es dibujar la zona que el gancho realmente alcanza y acomodar ahí lo que necesita grúa. Una máquina que depende de la grúa para su mantenimiento y queda fuera de esa zona obliga a resolver cada servicio con otro equipo. Este ejercicio va junto con la validación del layout y la definición de la retícula de columnas.

La clase de servicio también es un dato de la estructura

Dos grúas de la misma capacidad pueden trabajar de forma muy distinta. CMAA clasifica el servicio en seis clases, de la A a la F, según el espectro de carga. Van desde el uso ocasional hasta el trabajo continuo en condiciones severas. Su guía para compradores da ejemplos: la clase B corresponde a talleres de reparación y ensamble ligero, con dos a cinco izajes por hora. La clase D incluye talleres pesados, fundiciones y plantas de fabricación, con diez a veinte izajes por hora.

La propia especificación reconoce que muchas operaciones no caen claramente en una clase. En esos casos, la elección sale de platicar el servicio con el fabricante o con otra persona calificada. Operaciones tiene que llegar a esa plática con números: izajes por hora, horas de trabajo al día y qué tan seguido se levanta la carga completa.

Ese dato también le importa a la estructura. Cada viaje de la grúa carga y descarga la trabe carril, y esa repetición produce fatiga. En su artículo de 1982, Ricker escribió que pocas estructuras sufren un rango de esfuerzos tan extremo y tanta fatiga como una trabe carril. La Guía de Diseño 7 de AISC trata la fatiga de las trabes carril entre sus temas. Si la clase de servicio se queda en la cotización de la grúa, la trabe se diseña con un supuesto.

Lo que la planta va a necesitar después

CMAA recomienda que la selección de una grúa considere también las operaciones futuras, porque pueden aumentar la carga o la exigencia del servicio. Del lado del edificio pasa algo parecido. Al diseñar la trabe carril conviene considerar también los cambios futuros de capacidad, la llegada de otras grúas y la posible extensión del recorrido.

Si el plan de la planta contempla una segunda grúa en la misma nave, o una ampliación que alargue el recorrido, hay que decirlo antes de diseñar. Con varias grúas sobre la misma vía, la NOM-006-STPS-2023 pide además materiales amortiguadores para el caso de un choque. En nuestra guía de ampliaciones, una cimentación que ya contemplaba el crecimiento aparece entre las condiciones que hacen conveniente ampliar.

El caso contrario también aparece. Agregar una grúa a una nave que se diseñó sin ella obliga a revisar columnas, contraventeo y cimentación con los datos de la grúa elegida. En una nave rentada, además, hay que ver si el contrato permite la modificación y quién la autoriza. La due diligence técnica es buen momento para hacer esa pregunta.

El riel se revisa antes de montar la grúa

La especificación de CMAA pide rieles rectos, paralelos, nivelados, a la misma elevación y con la separación indicada, dentro de las tolerancias de una tabla. También advierte que la desalineación en las juntas del riel puede ser un factor importante en fallas de ruedas, ejes y rodamientos. Y deja en manos del dueño, o de quien especifica el equipo, la exactitud de las dimensiones del edificio.

El sistema tiene que absorber las imprecisiones de la obra: cimentaciones que no quedaron exactas, columnas fuera de plomo, trabes con curvatura de fabricación. Por eso los apoyos de la trabe carril necesitan margen de ajuste. También conviene medir el riel instalado antes de que llegue el proveedor de la grúa y guardar ese levantamiento en el expediente de la nave.

Antes de poner la grúa a trabajar

En México, la NOM-006-STPS-2023 regula el almacenamiento y manejo de materiales con maquinaria, grúas incluidas. Se publicó en el Diario Oficial de la Federación el 7 de marzo de 2024 y sustituyó a la versión de 2014. Pide procedimientos de instalación que consideren la estabilidad, el anclaje y la resistencia del piso o terreno, así como las distancias de seguridad respecto de construcciones y estructuras.

Para la operación, la norma pide un letrero visible con la carga máxima de utilización. La grúa solo la pueden operar personas capacitadas y autorizadas por el patrón. Si se modifica su estructura, sus mecanismos o cualquier parte que altere su funcionamiento, hay que hacerle las pruebas de carga que indique el fabricante antes de volver a operarla. Conviene que la entrega técnica reúna esta documentación junto con los planos finales de la trabe carril.

Quién entrega cada dato

Información para diseñar una nave con grúa viajera

Responsable	Información para el proyecto
Operación de la planta	Piezas y dispositivos que se van a mover, zona que debe cubrir el gancho, recorrido de gancho con fosas incluidas, izajes por hora, horas de trabajo al día y planes de crecimiento
Proveedor de la grúa	Capacidad, claro, pesos de la grúa y del carro, cargas y separación de ruedas, altura del equipo, espacios libres, aproximaciones del gancho, riel y topes
Diseño estructural	Trabe carril, apoyos en columnas, contraventeo y cimentación, revisados con las cargas y la clase de servicio de la grúa elegida
Instalaciones	Cotas límite para luminarias, tuberías y ductos, y alimentación eléctrica a lo largo del recorrido
Supervisión de obra	Levantamiento del riel instalado y registro de tolerancias antes del montaje de la grúa
Entrega técnica	Letrero de capacidad, procedimientos que pide la NOM-006-STPS-2023, pruebas indicadas por el fabricante y planos finales

El reparto cambia según el contrato. Lo que no puede pasar es que un renglón llegue vacío al cierre de la estructura.

Si tu planta va a operar con grúa, o quieres agregarle una a una nave existente, escríbenos con los datos de la grúa y el layout. Con eso revisamos qué le falta al proyecto del edificio para recibirla.