Cargas accidentales en grúas: 5 casos de diseño en GB/T 3811-2008

Las cargas accidentales en grúas son aquellas que no se producen con frecuencia durante su funcionamiento normal, pero que pueden surgir ocasionalmente. Incluyen cargas causadas por el viento, la nieve, el hielo, los cambios de temperatura y la inclinación de la grúa durante su uso. Estas cargas generalmente no se consideran en los cálculos de fallas por fatiga.

Este artículo resume cinco tipos de cargas accidentales en grúas y sus métodos de cálculo: carga lateral horizontal Ps durante la inclinación, carga de pendiente, carga de viento, carga de nieve y hielo, y carga causada por cambios de temperatura.

1. Carga accidental de grúa por inclinación: Ps

La carga lateral horizontal generada durante la inclinación de la grúa es una carga ocasional causada por la reacción de un dispositivo de guía, como un rodillo guía o la pestaña de una rueda, cuando una grúa o carro con ruedas se desplaza longitudinal o transversalmente en estado estacionario.

Dónde:

• ∑P — Suma de las cargas máximas de las ruedas: la suma de las cargas máximas de las ruedas que ocurren con frecuencia en las ruedas asociadas con la distancia entre ejes efectiva en el carro final en el lado sometido a la carga lateral.
• λ — Coeficiente de carga lateral horizontal. Depende de la relación S/B (o S/a), donde S es la luz de la grúa, B es la distancia entre ejes de la grúa y a es la distancia efectiva entre ejes. Determine λ a partir de la figura siguiente.

Para una grúa multirrueda, utilizar la distancia entre ejes efectiva a en lugar de la distancia entre ejes de la grúa B proporciona una base más razonable para calcular la fuerza lateral horizontal. Los principios para determinar la distancia entre ejes efectiva se describen en la cláusula D.2 de la norma GB/T 3811-2008, páginas 134-135.

Ps proporciona una base teórica para comprobar el diseño del conjunto de la rueda horizontal. Para conocer los síntomas y causas de funcionamiento relacionados, consulte esta guía. Desgaste de las ruedas de la grúa aérea y desviación de los rieles.

2. Carga en pendiente de la grúa

La carga de pendiente de una grúa es el componente, que actúa a lo largo de la superficie inclinada de una pendiente, carretera o vía férrea, del peso propio de la grúa y la carga de elevación nominal.

1. Grúas móviles: Cuando se requieran cálculos, tenga en cuenta las condiciones reales de la carretera o del terreno.
2. Grúas montadas sobre raíles, incluidas las grúas ferroviarias: Cuando la pendiente de la vía no supera 0,5% (0,29°), no se considera la carga de pendiente. En caso contrario, calcule la carga de pendiente utilizando la pendiente real.
3. Según las tolerancias de rectitud superior del riel de la grúa en la Tabla 2 de GB/T 10183.1-2018, Grúas: Tolerancias de ruedas y vías de desplazamiento y traslación - Parte 1: GeneralidadesLa pendiente de la vía de una grúa puente o pórtico sobre raíles no debe exceder 1/1000 para la clase de tolerancia 2, ni 0,5/1000 para la clase de tolerancia 1 cuando la velocidad de desplazamiento de la grúa puente sea ≥112 m/min. La pendiente de la vía del carro no debe exceder 0,5/1000 para la clase de tolerancia 2 o 1. Esta es una inferencia equivalente y la opinión personal del autor original; no se ha encontrado ningún requisito explícito de pendiente general.
4. Grúa pórtico para construcción naval: Deben utilizarse raíles soldados y la pendiente de la vía de desplazamiento no debe superar 1/1000 (GB/T 27997-2026).
5. Apilador retráctil: La pendiente del terreno no debe exceder 3% (GB/T 26474-2026).
6. Grúa pórtico para contenedores con neumáticos de caucho: La pendiente del terreno en la trayectoria de desplazamiento no debe exceder 1%, y la pendiente local no debe exceder 3% (GB/T 14783-2009).

En función de estos requisitos, si la instalación de la vía en obra cumple con la norma aplicable, ¿es innecesario calcular la carga de pendiente para una grúa montada sobre raíles? Si es necesario calcular la carga de pendiente, ¿indica esto que la condición de instalación especificada no cumple con la norma? Estas son algunas de las preguntas planteadas en el artículo original.

3. Carga de viento de la grúa PW

Se debe considerar la carga de viento para las grúas que operan al aire libre. Se supone que la carga de viento es una carga estática que actúa en la dirección horizontal más desfavorable. Seleccione la presión de viento calculada según el tipo de grúa y la zona de operación.

3.1 Presión del viento calculada

Dónde:

• p — Presión del viento calculada, en newtons por metro cuadrado (N/m²).
• Vs — Velocidad del viento calculada, en metros por segundo (m/s).

La velocidad del viento calculada es la velocidad de la ráfaga de viento a una altura de 10 m sobre terreno abierto, expresada como la velocidad media instantánea del viento durante un intervalo de 3 s.

En condiciones de servicio, la velocidad de la ráfaga de viento es 1,5 veces la velocidad media del viento en un intervalo de 10 minutos.

En caso de que el sistema esté fuera de servicio, la velocidad de la ráfaga de viento es 1,4 veces la velocidad media del viento en un intervalo de 10 minutos.

3.2 Carga de viento en servicio PWⅡ

La carga de viento en servicio es la fuerza máxima del viento que una grúa debe ser capaz de soportar mientras está en funcionamiento.

Se considera que la presión del viento durante el funcionamiento es constante en toda la altura de la grúa, sin tener en cuenta la variación con la altura.

Cuando se utiliza un dispositivo de medición de la velocidad del viento para evitar el funcionamiento por encima de la velocidad límite del viento, normalmente se instala en el punto más alto de la grúa.

La presión del viento calculada durante el servicio se divide en PⅠ y PⅡ. Las presiones y velocidades del viento correspondientes se muestran a continuación. Si un fabricante utiliza velocidades o presiones del viento diferentes a los valores tabulados, estos valores deberán indicarse en la documentación de diseño y las instrucciones de operación de la grúa. En la práctica, normalmente prevalece la especificación técnica del proyecto.

• PⅠ es la presión del viento calculada para las condiciones de servicio. Se utiliza para calcular la resistencia en la selección de la potencia del motor y para la verificación térmica.
• PⅡ es la presión máxima del viento calculada para la condición de servicio. Se utiliza para calcular la resistencia de los componentes del mecanismo y las estructuras metálicas, la rigidez y estabilidad estructural, la capacidad de sobrecarga del accionamiento, la estabilidad general de la grúa frente al vuelco y la seguridad antideslizante frente al viento.

3.3 Carga de viento en servicio que actúa sobre la grúa

Dónde:

• PWⅠ — Carga de viento normal en servicio que actúa sobre la grúa, en newtons (N).
• PWⅡ — Carga máxima de viento en servicio que actúa sobre la grúa, en newtons (N).
• C — Coeficiente de fuerza del viento.
• PⅠ y PⅡ: Las dos presiones de viento calculadas en servicio, en N/m².
• A — Área sólida de barlovento del componente de la grúa perpendicular a la dirección del viento, en metros cuadrados (m²). Es igual al área de barlovento del contorno A0 multiplicada por la relación de solidez Φ de la cara de barlovento: A=A0Φ.
• θ — Ángulo entre la dirección del viento y el eje longitudinal del componente o la superficie de la estructura (θ≤90°), en grados.

La carga total de viento sobre la estructura de la grúa es la suma de las cargas de viento que actúan sobre sus partes individuales.

1. Para el coeficiente de fuerza del viento C, consulte la cláusula 4.2.2.3 de GB/T 3811-2008. Esta incluye coeficientes de fuerza del viento para elementos individuales, estructuras de celosía de un solo plano y torres de celosía cuadradas.
2. El área de barlovento A está relacionada con el factor de reducción de apantallamiento. Por ejemplo, para el cálculo del área de barlovento de las vigas principales de una grúa pórtico de doble viga, consulte la cláusula 4.2.2.3.6 de la norma GB/T 3811-2008. Esta cláusula abarca la reducción de apantallamiento para dos elementos, la reducción de apantallamiento para los elementos enumerados en la norma original, las relaciones de separación y otros factores.

Para la selección práctica de equipos una vez establecida la carga de diseño, consulte KSCRANE. Guía de selección de sistemas de protección contra el viento para grúas pórtico.

3.4 Carga de viento que actúa sobre la carga izada

Dónde:

• PWQⅠ — Carga de viento normal en servicio que actúa sobre la carga levantada, en newtons (N).
• PWQⅡ — Carga máxima de viento en servicio que actúa sobre la carga levantada, en newtons (N).
• AQ — Área máxima de barlovento de la carga izada, en metros cuadrados (m²).

Cuando una grúa manipule cargas de dimensiones y formas específicas, determine la zona de barlovento a partir de las dimensiones y el perfil correspondientes. Si se desconoce la zona, estímela de acuerdo con la cláusula E.5 del Anexo E de la norma GB/T 3811-2008.

4. Cargas de nieve y hielo

En determinadas regiones, se tendrán en cuenta las cargas de nieve y hielo. Asimismo, se considerará el aumento de la superficie expuesta al viento provocado por la acumulación de hielo y nieve.

5. Cargas causadas por cambios de temperatura

Esta sección es teórica y se proporciona a título informativo. Generalmente, no se considera la carga térmica. Sin embargo, deberá tenerse en cuenta en ciertas regiones donde la temperatura durante la instalación de la grúa difiere considerablemente de la temperatura durante su uso, o para estructuras estáticamente indeterminadas de gran envergadura. Un ejemplo es una grúa pórtico con dos patas rígidas y una luz de 30 m o más. En estos casos, la dilatación o contracción restringida de los elementos estructurales causada por los cambios de temperatura genera una carga. El cálculo puede basarse en la información pertinente proporcionada por el usuario.

6. GB/T 45680-2025 para la evaluación de la carga de viento en grúas

GB/T 45680-2025, Grúas: Evaluación de la carga de viento(Consulta sobre las normas chinas para grúas)Se trata de una nueva norma de primera edición para el cálculo de cargas de viento en grúas. Es una adaptación modificada (MOD) de la norma ISO 4302:2016. Fue publicada el 30 de mayo de 2025, entró en vigor el 1 de diciembre de 2025 y se aplica al cálculo de cargas de viento en grúas tanto en servicio como fuera de servicio.

La velocidad del viento en servicio será la velocidad del viento medida en el punto más alto de la grúa.

Para obtener una descripción general del hardware disponible que se utiliza después de la evaluación de la carga de viento, consulte Accesorios para dispositivos cortavientos de grúas pórtico.

cristal

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