Transcripción y traducción del capítulo 6-11 del libro:

Structural Steel Designers Handbook

Autores: Frederick S. Merritt, Boris Bresler, Thomas C. Kavanagh, John B. Scalzi

Editorial: McGraw Hill, New York, 1972

6.11. Cargas en grúas de carril. Varios tipos de grúas pueden ser usados en estructuras industriales. Entre las más comunes están las siguientes:

- Grúa viajera de puente (overead traveling bridge crane): los rieles de la grúa están puestos en ambos lados del pasillo. Un ensamble elevado, es cargado por una unidad de puente sobre rieles, que se mueven en una dirección paralela a los rieles de la grúa. Vigas de soporte están colocadas en ambos lados del pasillo.

- Monocarril (monorail): Un ensamble elevado es soportado por una única viga de soporte, que a su vez, es soportada por el cielo raso o la estructura de techo.

Las vigas de soporte de la grúa para bajas capacidades son usualmente apoyadas en soportes puestos en las columnas. Para grúas de gran capacidad a menudo requieren columnas de soporte o columnas dobles.

El diseño de estructuras de grúas involucra una cantidad importante de consideraciones, tales como la determinación de las cargas máximas de las ruedas, tolerancia al impacto, efectos debido a operar la grúa en uno o varios pasillos, fuerzas de tracción y frenado, los esfuerzos al detener la grúa, las cargas cíclicas y la fatiga. Muchos diseñadores tienen su proprio criterio para esas consideraciones. Algunos criterios de diseño sugeridos son los siguientes:

- Si se tiene únicamente una grúa en el claro se permiten las cargas máximas de ruedas, capacidad de impacto vertical, capacidad de empuje lateral y capacidad de tracción especificados.

- Si son como máximo 2 grúas acopladas juntas, se permiten las cargas máximas de ruedas, el 50% del la capacidad de empuje lateral en cada grúa y un 50% de la capacidad de tracción. Sin cargas de impacto.

- Una grúa en un pasillo, y otra en el pasillo adyacente se permite la carga máxima de ruedas y la capacidad de carga de impacto. Se puede usar toda la capacidad de empuje lateral y de tracción de la grúa, produciendo el máximo de ambas fuerzas.

- Si se tienen 2 grúas en un pasillo, y otras 2 en un pasillo adyacente se permiten las cargas máximas en las ruedas. En un pasillo se utiliza un 50% de la capacidad de empuje lateral, produciendo el máximo empuje lateral, y en las grúas del otro pasillo sin empuje lateral. Para ambos pasillos no se permite carga de impacto ni de tracción.

- Cuando las vigas de soporte de la grúas son diseñadas y detalladas como vigas simplemente apoyadas, no se permitirá uniones directas entre vigas que restrinjan la rotación entre fin e inicio de las vigas adyacentes.

- Soportes y tirantes en las esquinas no se permiten.

- Las conexiones deben permitir desplazamiento longitudinal debido a la deflexión de las vigas de soporte.

- La máxima deflexión con toda la carga viva aplicada no puede exceder 1/750 veces el claro.

- Conexiones rígidas entre una columna y el alma de la viga de soporte deben ser evitadas. Conexiones del ala superior de la viga de soporte con la columna debe tener la capacidad de transmitir esfuerzos de empuje lateral, pero no impedir otros movimientos en el final de la viga.

- Cambios abruptos en la sección de las vigas de soporte debe ser evitados, así como detalles de soldadura que afecten negativamente la duración por fatiga.

- Las vigas de grúas viajeras y los marcos de soporte deben ser diseñados para soportar la carga máxima de las ruedas, con el espacio definido por el fabricante de la grúa. Los elementos de soporte también deben ser diseñados para varias combinaciones de carga. Aumentos en la carga máxima de las ruedas para tomar en cuenta alguna inclinación en el carril o el brazo de otras grúas, deben ser considerado también.

- Si no se cuenta con la especificación de la carga las ruedas para el equipo especificado, las cargas minimas de la tabla 6-10 pueden ser usadas para iniciar, y después ser comprobadas cuando la especificación de la carga esté disponible.

- La carga de impacto, empuje lateral y fuerzas de tracción deben ser asumidas como un porcentaje de la carga máxima de las ruedas, o la carga máxima a levantar por la grúa. Algunos ejemplos están en la tabla 6-11.

- Cuando la viga de la grúa es cargada sobre soportes en las columnas, el impacto que producen las cargas de la grúa y el momento debido a la excentricidad deben ser tomados en cuenta en el diseño de las columnas y en los pernos de anclaje, pero no en el diseño de las fundaciones.

- La grúa viajera debe ser diseñada para fuerzas que pueden ser ejercidas por la grúa contra los frenos de la misma. Para el tope de desaceleración lineal, la fuerzo longitudinal total puede ser calculada con la siguiente fórmula:

F=W V2

2gd

Donde:

W: Peso de la grúa sin carga (kips)

V: velocidad máxima de la grúa (fps)

g: gravedad (32.2 ft per sec2)

d: distancia de compression (ft) (entre el tope de la grúa y del carril)

Del resultado se utiliza F/2 para cada carril.

Tabla 6-10 Assumed Minimum Loads for Cranes*    

Capacity (tons) Span c to c rails (ft)

Wheel base (ft)

(Wheel load (kips)

Clearance Rail weight (lb per yd)

   

Vertical (ft)

Side (in)    

Electric Cranes    5 40 8,5 13 6 10 30      60 9,0 15          10 40 9,0 19 6 10 40      60 9,5 21          15 40 9,5 25 7 12 60      60 10,0 29          20 40 10,0 33 7 12 60      60 10,5 36          25 40 10,0 40 8 12 60      60 10,5 44          30 40 10,5 48 8 12 60      60 11,0 52          40 40 11,0 64 9 14 60      60 12,0 70          50 40 11,0 72 9 14 80      60 12,0 80          60 40 13,0 88 9 16 80      60 14,0 94          

Hand Cranes    2 30 4,0 3,1 4 7 30      50 5,0 4,0          4 30 4,0 5,4 4,5 8 30      50 5,0 6,5          6 30 6,0 8,0 5 9 40      50 7,0 9,2          10 30 7,0 13,0 5 10 40      50 8,0 14,4          20 30 7,0 26,0 5,5 10 60      50 8,0 28,0          

Minimum Distance between Adjacent Wheels for Two Cranes**Crane capacity (tons)

5 10 15 20 25 30 40 50

Distance (ft) 2,5 3,0 3,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

* "Structural Engineering Handbook", General Services Administration          ** Cranes assumed to have two-wheel carriages            

Table 6-11 Crane Impact, Side thrust, and Traction Forces*

Crane type, includes cab or radio-controlled cranes

Vertical Impact, % of max wheel loads**

Side thrust, % of lifted load (each 

side)

Tractive force, % of max load on driven wheels

Mill crane 25 20 20Ladle cranes 20 15 20

Bucket and magnet cranes 25 50 20

Soaking-pit cranes 25 100 *** 20

Cranes for stripping 25

50% of wt*** of ingot and mold

20

Motor-room maintenance cranes

20 15 20

Pendant-control-type cranes 10 15 20

* From "Specification for Steel Construction for the Operating Works and Division od U.S. Steel Corporation", American Bridge Division Engineering Department

**Vertical-impact stresses shall be considered applied to the crane girders and their connections to the framework, but shall not be included in the design of supporting columns, columns bases, or fundations*** or, 20% of the combined weigth of the lifted load, trolley, column, ram , or other material hangling device rigidly guided in a vertical position during hoisting action