Elevación con grúa tándem de silos de acero: ingeniería, ejecución y gestión de riesgos

La elevación con grúa tándem es un método en el que dos grúas comparten la carga de un componente individual de silo de acero o de un anillo de coraza ensamblado durante el montaje. Se emplea cuando una sola grúa no puede soportar el peso, el alcance o la geometría por sí sola. Lo he especificado en proyectos desde silos de clínker de 8.000 toneladas en Vietnam hasta silos de cemento de 15.000 toneladas en Arabia Saudita, y también he recomendado a clientes no realizarlo cuando las condiciones del emplazamiento no lo permitían. A continuación, expongo lo que realmente importa.

1. Cuándo se hace necesaria la elevación tándem

1.1 Umbrales de peso que obligan a la decisión

Una sola grúa sobre orugas de 250 toneladas puede levantar un anillo de coraza de 12 toneladas a un radio de 18 metros. Eso es cómodo. Sin embargo, una vez que se trata de secciones de techo ensambladas con un peso de 35 a 45 toneladas, o de elevar un conjunto de cono de 20 metros de diámetro a un radio de 28 metros, se supera el límite de la mayoría de las operaciones con una sola grúa sin recurrir a una unidad de 500 toneladas o superior. Y aquí está el problema: una grúa de 500 toneladas no siempre está disponible. En África Occidental, esperé once semanas para que una unidad de 600 toneladas fuese movilizada desde Sudáfrica. El proyecto estaba perdiendo 14.000 dólares al día en costes de espera.

La elevación tándem permite combinar dos grúas de menor capacidad —por ejemplo, dos unidades de 250 toneladas— para manipular cargas que de otro modo requerirían una grúa de gran tamaño. El cálculo no es perfectamente aditivo, sin embargo. Nunca se obtienen 500 toneladas de capacidad combinada. La eficiencia de reparto de carga suele situarse entre el 70 % y el 80 % de la suma teórica, en función de la geometría y del aparejamiento. Por lo tanto, dos grúas de 250 toneladas proporcionan aproximadamente entre 350 y 400 toneladas de capacidad tándem útil, no 500. Téngalo en cuenta o lo lamentará.

1.2 Limitaciones del emplazamiento que eliminan alternativas

Algunos emplazamientos convierten la elevación tándem en la única opción viable. Trabajé en un proyecto de silo de escoria en el norte de China donde el silo debía montarse dentro de una estructura existente: un edificio prefabricado con una altura libre de 24 metros y una separación entre columnas de 6 metros. Ninguna grúa podía acceder al interior. Las planchas de coraza debían introducirse a través de una abertura de 4 metros de ancho y elevarse desde arriba utilizando dos grúas situadas a ambos lados del edificio. Aquí la opción era tándem o nada.

Las instalaciones subterráneas crean otra restricción frecuente. Una planta de cemento en Indonesia tenía una red de alcantarillas pluviales que discurrían directamente bajo la zona prevista para la grúa. No podíamos ubicar allí ninguna grúa pesada sin apuntalar 80 metros de alcantarilla — solo en trabajos de movimiento de tierras el coste ascendía a 380 000 USD. Dos grúas más ligeras a cada lado del corredor de servicios solucionaron el problema sin tocar las alcantarillas.

1.3 Decisiones determinadas por el cronograma

A veces el izaje en tándem se reduce al tiempo, no a la física. Si ya se tienen dos grúas en planta para otros izajes — acero estructural, equipos, tuberías — y añadir una secuencia de izaje en tándem no implica coste de movilización adicional, la economía cambia. He visto proyectos en los que el enfoque en tándem ahorró 3-4 semanas en comparación con esperar a una grúa de mayor capacidad. Con un coste general de 12 000-18 000 USD por día, eso supone un ahorro de 250 000-500 000 USD. Las cuentas son brutales y sencillas.

2. Ingeniería del izaje: distribución de la carga y aparejos

2.1 Cálculo del reparto de carga

Aquí es donde la mayoría de los planes fracasan. No se puede asumir simplemente que cada grúa soporte el 50%. El reparto de carga depende de la geometría — el ángulo de cada eslinga, la posición de los puntos de izaje en relación con el centro de gravedad de la carga y la rigidez de la propia carga. En una sección de techo de silo simétrica con dos puntos de izaje, la distribución puede ser 50/50. En un ensamblaje asimétrico — por ejemplo, un cono con una tolva de descarga desplazada — una grúa puede soportar el 65% mientras la otra soporta el 35%.

Realizo estos cálculos en 3D utilizando la geometría real de las eslingas, no una aproximación en 2D. La diferencia es significativa. En un silo de cenizas volantes de 12 000 toneladas en la India, nuestro croquis en 2D mostraba una distribución 55/45. El modelo en 3D mostraba 62/38 porque las eslingas no eran verticales — estaban a 18° respecto a la vertical, lo que desplazó la carga hacia la eslinga de mayor inclinación. Esa diferencia del 7% era el margen entre un izaje seguro y una alarma de sobrecarga en la Grúa A.

La tabla de carga de cada grúa debe ser reducida según el radio y la configuración reales. Una grúa de 250 toneladas puede mostrar 42 toneladas a un radio de 28 metros con una pluma de 35 metros. Pero si se trabaza sobre estabilizadores al 80% de extensión sobre una superficie con una capacidad portante de 15 kPa, puede ser necesario reducir otro 10-15% adicional por márgenes de estabilidad. Verifique la presión de apoyo sobre el terreno frente a los requisitos del fabricante de la grúa. He visto que las placas de apoyo de la grúa se hundían 40 milímetros en un terreno no preparado durante un izaje en tándem. La carga se desplazó. Nadie resultó herido, pero estuvo cerca.

2.2 Diseño de aparejos y vigas separadoras

Necesita una barra distribuidora — o dos — para distribuir la carga entre las grúas y evitar que las eslingas aplasten los bordes de la placa de la carcasa. Para un anillo de carcasa de silo típico, especifico una barra distribuidora con una capacidad nominal de 1,5 veces la carga máxima de una sola grúa. Así, si la Grúa A puede llegar a soportar 28 toneladas, la barra distribuidora tendrá una capacidad nominal mínima de 42 toneladas. Esto proporciona un factor de seguridad de 1,5 frente a la fluencia, lo cual es estándar según ASME BTH-1 para dispositivos de elevación bajo el gancho.

La propia barra distribuidora añade peso. Una barra distribuidora de acero para una elevación de 15 metros de ancho puede pesar entre 1,5 y 2,5 toneladas. Ese peso se descuenta de la capacidad de la grúa. No lo olvide. He revisado planes de izaje donde el peso del aparejo se omitía por completo: el plan mostraba 35 toneladas de acero del silo, pero el peso real izado era de 37,8 toneladas con aparejo. Al 85 % de la capacidad de la grúa, esas 2,8 toneladas marcaban la diferencia entre luz verde y luz roja.

Las eslingas deben tener una longitud ajustada dentro de un margen de 50 milímetros para un izaje en tándem. Eslingas desiguales significan una distribución de carga desigual. Especifico eslingas planas de cinta de poliéster con un factor de seguridad de 7:1, y exijo que ambas eslingas provengan del mismo lote de fabricación. Distintos lotes pueden presentar diferentes características de elongación bajo carga, lo que cambia la geometría durante el izaje.

2.3 Factores de carga dinámica

Un izaje en tándem no es estático. Cuando se iza, la carga se acelera. Cuando se balancea, se balancea. Cuando se desciende, se desacelera. Cada una de estas acciones introduce fuerzas dinámicas. Para un izaje controlado a una aceleración de 0,5 m/s², se obtiene un factor de amplificación dinámica de 1,05 a 1,1. Para una parada repentina — por ejemplo, cuando un operador de grúa activa la parada de emergencia porque alguien entra en la zona de exclusión — ese factor puede alcanzar 1,3 o más.

EN 13001-2 exige que el diseño estructural de la grúa tenga en cuenta estos factores dinámicos, pero es su plan de izaje el que debe gestionarlos en la práctica. Especifico una velocidad máxima de izaje de 0,3 m/s para izajes en tándem superiores a 20 toneladas. Más lento, sí. Pero la carga se mantiene predecible. Un proyecto en Brasil intentó izar a 0,8 m/s para ahorrar tiempo. La carga osciló 400 milímetros en sentido lateral. Detuvieron la operación, esperaron 20 minutos a que se amortiguara y luego reiniciaron a 0,25 m/s. Lección aprendida.

3. Ejecución: Coordinación, comunicación y control

3.1 El rol del director de izaje

Cada elevación en tándem necesita a una persona con autoridad absoluta: el director de izaje. No el operador de la grúa. No el supervisor de eslingado. Una sola persona. Esa persona da todas las órdenes, y todas las órdenes se transmiten por un único canal de radio. He visto elevaciones en tándem fracasar porque dos personas daban instrucciones en canales distintos. La grúa A escuchó "izar" mientras la grúa B escuchó "mantener". La carga se torció 12° en tres segundos. Abortamos.

El director de izaje debe situarse donde pueda ver ambas grúas y la carga simultáneamente. Eso no siempre es posible en un sitio congestionado. En esos casos, posiciono observadores en cada grúa con cámaras que transmiten a la tableta del director de izaje. No es ideal, pero funciona. La clave es que cada operador de grúa reciba órdenes de una únicamente una fuente.

Exijo una reunión previa al izaje — una "reunión informativa de izaje" — con todas las personas involucradas. Eso significa ambos operadores de grúa, ambas personas de señales, el equipo de eslingado, el director de izaje y el oficial de seguridad del sitio. La reunión cubre la secuencia de izaje, el protocolo de comunicación, los criterios de aborto y los procedimientos de emergencia. Toma 20 minutos. Es innegociable. He cancelado izajes porque el operador de la segunda grúa no se presentó a la reunión informativa. Sin reunión informativa, no hay izaje.

3.2 Izaje Sincronizado

Dos grúas que izan a velocidades diferentes inclinarán la carga. Una inclinación de 1° en un ensamble de 15 metros de ancho desplaza el centro de gravedad 130 milímetros. Eso es suficiente para cambiar la distribución de carga en un 5-8%. A 2°, se produce un desplazamiento del 10-15%. A 3°, se entra en la zona de peligro.

Especifico que la inclinación máxima permitida durante una elevación en tándem es de 1.5°. El director de izaje monitorea esto con un inclinómetro montado en la carga — una unidad inalámbrica que transmite a una pantalla. Si la inclinación supera los 1.5°, el izaje se detiene. Ambas grúas mantienen la carga. El director de izaje evalúa y corrige.

El diferencial de velocidad de izaje entre las dos grúas debe ser inferior a 0.1 m/s. Eso requiere operadores que hayan practicado juntos. Si se cuenta con dos operadores que nunca han trabajado en tándem, recomiendo una prueba en seco con una carga de prueba — típicamente el 50% del peso real del izaje — antes de la operación real. La prueba en seco toma una hora. Es el seguro más económico que jamás se podrá adquirir.

3.3 Límites Meteorológicos

El viento es el enemigo de las maniobras de izaje en tándem. Una ráfaga de viento de 15 m/s sobre una superficie de vela de 100 m² — digamos, una sección de techo de silo — genera aproximadamente 14 kN de fuerza lateral. Eso equivale a 1,4 toneladas empujando lateralmente. Las grúas no están diseñadas para cargas laterales durante el izaje. Están diseñadas para elevación vertical con oscilación mínima.

Yo establezco el límite de velocidad del viento en 10 m/s (36 km/h) sostenido, con ráfagas que no superen los 12 m/s. Eso es conservador, pero ya he tenido experiencias previas. Un proyecto en la costa de Vietnam tenía un pronóstico de vientos de 8 m/s. Diez minutos después de iniciado el izaje, una ráfaga alcanzó los 16 m/s. La carga osciló, el indicador de momento de carga de una de las grúas se disparó, y tuvimos que depositar la carga sobre un apeo de emergencia. Toda la secuencia de aborte tomó 45 minutos. Nadie resultó herido, pero el cronograma sufrió un retraso de 6 horas.

Verifique el pronóstico meteorológico para la duración total del izaje más dos horas. Las maniobras en tándem toman más tiempo que los izajes con una sola grúa — la sobrecarga de coordinación añade un 30-50% al cronograma. Un izaje que tomaría 40 minutos con una sola grúa podría tomar 60-70 minutos con dos. Planifique para ello.

4. Gestión de Riesgos y Modos de Falla Comunes

4.1 Desplazamiento de la Carga y Falla de Eslingas

La falla más común en las maniobras de izaje en tándem no es el colapso de una grúa — es el desplazamiento de la carga. La carga se desplaza, una de las grúas asume más de su cuota correspondiente, y ya sea que el indicador de momento de carga de la grúa se dispare (mejor caso) o que se supere el margen estructural de la grúa (peor caso). He visto tres desplazamientos de carga en 15 años. Los tres fueron causados por el deslizamiento de las eslingas sobre bordes sin protección.

Cada borde afilado que entra en contacto con una eslinga necesita protección de borde. Especifico un acolchado mínimo de 10 mm de espesor de caucho o poliuretano en todos los bordes dentro de un radio de 500 mm desde un punto de contacto con la eslinga. Para placas de casco con bordes laminados, el radio puede ser de 6 mm — demasiado reducido para una eslinga de poliéster sin protección. Una eslinga cargada sobre un borde con radio de 6 mm pierde entre un 30 % y un 40 % de su resistencia debido a la concentración de tensión local. Eso no es teórico. Lo he probado. Una eslinga con capacidad nominal de 20 toneladas falló a 12,8 toneladas sobre un borde sin protección.

4.2 Fallo de comunicación

La pérdida de la señal de radio durante una maniobra de izaje en tándem es un incidente crítico. Ambos operadores deben escibir cada orden de manera simultánea. Si un operador pierde el contacto por radio y el otro no, se produce una situación en la que una grúa responde a las órdenes y la otra mantiene la carga o — peor aún — continúa ejecutando la última instrucción recibida.

Exijo dos canales de comunicación independientes: un sistema de radio principal en una frecuencia dedicada y un sistema de respaldo — ya sea una segunda radio en una frecuencia diferente o un intercomunicador por cable entre el director de izaje y cada grúa. Ambos sistemas se prueban antes del izaje. Si alguno falla, el izaje se detiene. Sin excepciones.

Las señales manuales no son un sustituto de la comunicación por radio en una maniobra de izaje en tándem. La distancia entre grúa puede ser de 30 a 50 metros. A esa distancia, las señales manuales son poco fiables. He visto a señalizadores utilizar señales manuales porque la batería de la radio se agotó. Los operadores interpretaron las señales de forma diferente. La carga se inclinó 2,1°. Abortamos la maniobra. Utilicen radios.

4.3 Errores de configuración de grúa

Las tablas de carga de las grúa son específicas de cada configuración. Una grúa de 250 toneladas con pluma de 40 metros, extensión de estabilizadores al 100 % y 6,5 toneladas de contrapeso retiradas para el transporte tendrá una tabla de carga completamente diferente a la misma grúa con el contrapeso completo. He revisado planes de izaje en los que la configuración de la grúa en obra no coincidía con la configuración utilizada para el plan de izaje. El plan asumía un contrapeso del 100 %. La grúa tenía un 70 %. Eso representa una reducción del 30 % en la capacidad — en una maniobra en tándem donde ya se está operando al 80 % de la capacidad, eso es catastrófico.

Verifique físicamente la configuración de la grúa. Recorra la grúa. Compruebe los bloques de contrapeso. Cuéntelos. Compruebe la extensión de los estabilizadores: ¿están completamente extendidos o parcialmente? Compruebe la longitud de la pluma: ¿es la longitud especificada en el plan? He detectado errores de configuración en tres proyectos. En uno, la grúa tenía 2 toneladas menos de contrpeso de lo especificado. En otro, los estabilizadores estaban al 75 % de extensión en lugar del 100 %. Ambos habrían provocado sobrecargas durante el izaje tandem.

5. Caso de estudio: silo de clínker de 10 000 toneladas — planta de cemento, Vietnam central

Parámetros del proyecto

Diámetro del silo: 22,4 metros. Altura del silo: 48 metros. Peso del conjunto de cubierta: 38,6 toneladas incluyendo la estructura de acero, canaletas de aire y ductería preacoplada. Restricción del emplazamiento: zanja existente para transportador de 6 metros de ancho situada a 12 metros al sur del eje central del silo. Grúas disponibles: dos Liebherr LTM 1250-6.1 (capacidad de 250 toneladas cada una). Alcance máximo requerido con una sola grúa: radio de 32 metros.

Motivo de la selección del izaje tandem

Una sola grúa de 250 toneladas a un radio de 32 metros dispone de aproximadamente 22 toneladas de capacidad disponible después de deducir el peso del aparejo. Esto está muy por debajo de las 38,6 toneladas del conjunto de cubierta. Una grúa de 500 toneladas estaba disponible, pero habría requerido el cierre de la zanja del transportador durante 14 días para su montaje, lo que supondría 190 000 USD de pérdida de producción. El cierre de la zanja era inaceptable.

El izaje tandem con dos grúas de 250 toneladas posicionadas en lados opuestos de la zanja nos proporcionó una capacidad combinada de aproximadamente 36 toneladas en la geometría requerida, tras aplicar un factor de eficiencia tandem del 75 % y deducir 2,8 toneladas por la viga distribuida y las eslingas. Esto nos dejaba 33,2 toneladas de capacidad útil frente a una carga de 38,6 toneladas. Todavía insuficiente.

La solución: retiramos la ductería del conjunto de cubierta e izamos por separado. Esto redujo el peso del izaje tandem a 31,4 toneladas. Con 33,2 toneladas de capacidad, disponíamos de un margen del 5,4 %. Ajustado, pero aceptable conforme a EN 13001-2 para un izaje planificado con revisión completa de ingeniería.

Ejecución

Capacidad portante del terreno: verificada en 165 kPa mediante ensayo de carga con placa. Placas de apoyo para las grúas: placas de material compuesto de madera de 2,4 m × 2,4 m × 200 mm bajo cada estabilizador. Viga distribuida: fabricada a medida, 14 metros de longitud, capacidad nominal de 50 toneladas, peso de 1,8 toneladas. Eslingas: cuatro eslingas de poliéster, 8 metros de longitud, carga máxima de trabajo de 10 toneladas cada una, del mismo lote de fabricación.

Charla de izado: 25 minutos con todo el personal. Comunicación: radio principal en el Canal 7, radio de respaldo en el Canal 12. Viento: 6 m/s sostenidos, ráfagas de hasta 8 m/s. Duración del izado: 55 minutos desde la primera orden de levantamiento hasta la colocación de la carga en el borde del casco. Inclinación máxima registrada: 1,1°. Sin incidentes.

Los ductos se izaron dos días después como un izado con grúa única — 7,2 toneladas a un radio de 28 metros, muy dentro de la capacidad de la grúa de 250 toneladas. Costo adicional total del enfoque en tándem en comparación con esperar una grúa de 500 toneladas: aproximadamente $45 000 incluyendo la barra separadora personalizada, el aparejo adicional y el izado extra de los ductos. Ahorros frente al cierre de la zanja: $190 000. Beneficio neto: $145 000.

6. Alternativas al izado en tándem

6.1 Sistemas de pórticos hidráulicos

Los pórticos hidráulicos pueden levantar entre 50 y 500 toneladas con sincronización precisa — el sistema hidráulico mantiene un levantamiento uniforme en todos los puntos de forma automática. No se requiere coordinación por radio. La desventaja: los pórticos son lentos. Un izado de 40 toneladas que toma 55 minutos con grúas en tándem podría tomar de 4 a 6 horas con un pórtico. Y los pórticos necesitan una cimentación firme y nivelada — típicamente una losa de hormigón armado o una base de grava altamente compactada. En terrenos blandos, los pórticos se hunden.

He utilizado pórticos en tres proyectos. Los tres fueron en espacios confinados donde el acceso de grúas era imposible. Si se cuenta con acceso de grúas, las grúas son más rápidas y versátiles.

6.2 Gatos de torones

Los gatos de torones son los especialistas en izados pesados. Un solo gato de torones puede levantar entre 200 y 400 toneladas. Múltiples gatos — 4, 8, 12 — pueden levantar miles de toneladas con una precisión de milímetros. Se utilizan en lanzamientos de tableros de puentes, instalaciones de módulos marítimos y, ocasionalmente, en izados de techos de silos en espacios extremadamente confinados.

El costo es significativo. Un sistema de gatos de torones de 4 puntos para un izado de 40 toneladas podría costar entre $80 000 y $120 000 en alquiler y montaje. Para un techo de silo de 40 toneladas, eso resulta excesivo. Los gatos de torones son rentables a partir de 150 toneladas o cuando se requiere una precisión de colocación de milímetros. Por debajo de ese umbral, las grúas son más económicas.

Preguntas frecuentes

Q1: ¿Cuál es el peso máximo que se puede levantar con dos grúas de 250 toneladas en tándem?

La capacidad combinada teórica es de 500 toneladas, pero la capacidad práctica en tándem es del 70-80 % de esa cifra — aproximadamente 350-400 toneladas — dependiendo de la geometría, los ángulos de las eslingas y el peso del aparejo. Para una maniobra de izaje específica, es necesario calcular la distribución real de la carga en función del centro de gravedad y la geometría de las eslingas. Nunca se debe asumir una distribución 50/50. He observado distribuciones tan desiguales como 68/32 en cargas asimétricas. Siempre realice los cálculos correspondientes para cada maniobra de izaje específica.

Q2: ¿Es necesario que ambas grúas sean del mismo modelo?

No es obligatorio, pero resulta conveniente. Diferentes modelos de grúas presentan distintas velocidades de izaje, diferentes características en sus tablas de carga y diferentes tiempos de respuesta a las entradas del operador. Si se empareja una grúa de 250 toneladas con una de 200 toneladas, la unidad de menor capacidad alcanzará su límite antes, y será necesario gestionar el izaje de modo que la grúa de mayor capacidad asuma la mayor parte de la carga. He realizado maniobras de izaje en tándem con modelos mixtos de forma satisfactoria, pero prefiero el emparejamiento de grúas del mismo modelo siempre que sea posible. La sincronización de la velocidad de izaje es mejor y los operadores pueden anticipar el comportamiento de la otra grúa.

Q3: ¿Qué normativas rigen el izaje con grúas en tándem?

Las normativas principales son EN 13001 (seguridad de grúas — diseño general), EN 13852 (grúas offshore, pero los principios de distribución de carga son aplicables) y ASME B30.5 para grúas móviles en Norteamérica. En materia de aparejos, ASME BTH-1 contempla los dispositivos de izaje por debajo del gancho. En China, GB/T 3811 es aplicable al diseño de grúas y GB 6067 regula la seguridad de las mismas. El plan de izaje debe hacer referencia a la normativa aplicable en su jurisdicción y ser revisado por un ingeniero cualificado — no por el operador de la grúa ni por el responsable de la obra, sino por un ingeniero estructural o de izajes con experiencia en maniobras en tándem.

El enfoque de Manxing en la erección compleja de silos

En Manxing, hemos ejecutado proyectos EPC de silos en más de 30 países — almacenamiento de cemento, clinker, ceniza volante, carbón, escoria y áridos. El izaje con grúas en tándem es una herramienta dentro de nuestra metodología de erección, no una opción por defecto. Evaluamos cada maniobra de izaje frente a la gama completa de opciones disponibles: grúa individual, grúas en tándem, pórtico hidráulico, gato de cable o montaje por deslizamiento. El método adecuado depende de la carga, del emplazamiento, del cronograma y del perfil de riesgo — no del equipo que casualmente esté disponible.

Si está planeando un proyecto de silos y la geometría de montaje es compleja — estructuras existentes, corredores de servicios, restricciones de altura o cargas que superan la capacidad de una sola grúa — podemos ayudarle a evaluar las opciones. Nuestro equipo de ingeniería ha diseñado planes de izaje en tándem, planes de izaje con pórtico y secuencias de montaje híbridas para silos con capacidades de hasta 20.000 toneladas. No hacemos suposiciones. Calculamos, verificamos y luego ejecutamos.

Contacte al equipo de ingeniería de Manxing para una evaluación de montaje específica del sitio: manxingstorage.com