Aspectos de seguridad a considerar en izamientos de carga con grúas móviles

Introducción

El presente trabajo describe las características más notables, los aspectos técnicos y los criterios de seguridad de los útiles de elevación de cargas con mayor presencia en los centros de trabajo.

Los equipos de izamiento de carga, son muy requeridos en las industrias de producción en línea, operaciones, construcción y servicios, para realizar actividades que requieren la asistencia de estos equipos por su versatilidad para izar cargas y desplazarlas a sitios inferiores, superiores, y muchas veces para colocarlas en plataformas de cargas para que sean transportadas a otros lugares; sin embargo, si no se consideran algunas previsiones para su uso confiable, algunos de los elementos que los integran pueden presentar fallas; así como, la forma de manejar cada situación en particular de izamiento como lo es la estabilización de la grúa, amarre o deslingado de la carga, plan de izaje, carga portante del suelo, centros de gravedad y momentos de inercia.

Por ello los incidentes por colapsos del equipo, y/o caída de las cargas, son las fallas que se producen y originan consecuencias severas o catastróficas que involucran la pérdida de vidas humanas de personal propio o de terceros; así como, daños a las instalaciones, a medios de producción, y paralización de la misma.

En toda maniobra de izaje, por lógico y obvio que parezca, existe el riesgo de caídas. Las consecuencias y costos asociados pueden ser muy altos si no se toman las medidas adecuadas; es necesario, considerar no solo la caída de materiales y/o equipos que pueden luego presentar desperfectos o quedar inutilizables, sino también en los casos más graves, de pérdida de vidas humanas. Asegurar la protección de los trabajadores frente a los riesgos que ocasionan los equipos de trabajo es uno de los campos más amplios y complejos de la especialidad de seguridad en el trabajo.

Entre los factores más importantes a considerar para el éxito de los trabajos de proyectos donde intervengan maquinarias de elevación; para que, se desarrollen correctamente estos procedimientos se tienen los siguientes:

Consideraciones y precauciones a tener en cuenta

• Certificación y operabilidad del equipo de izamiento: Todo equipo de izamiento de cargas debe estar certificado por un ente reconocido, que avale la inspección del equipo: se le haya realizado la prueba de carga requerida, y reúne las condiciones de operabilidad y seguridad exigidas.
• Certificación del operador del equipo de izamiento: La persona que manipule el equipo de izamiento debe contar con un certificado de un ente reconocido que avale su adiestramiento para el uso y manipulación del equipo y manejo de cargas pesadas.
• Delimitación y Radio de anclaje para el izamiento: Al realizar el izamiento la grúa debe estar anclada en un punto plano, de acuerdo al centro de gravedad y tomando en cuenta el peso de la carga, el radio a delimitar será la longitud del cable de anclaje multiplicado por dos, al delimitar se deberá utilizar cinta de acordonamiento y conos de seguridad para evitar que personal o vehículos se trasladen en las inmediaciones o por debajo de la carga.

Conocer el peso de la carga

Lo principal en un trabajo de izaje debe ser la carga; por lo que es de suma importancia vigilar la seguridad de la misma. lo cual está directamente relacionado al peso que ejerce en el equipo de elevación. Conocer el peso es el factor fundamental para determinar las características del equipo de izaje e incluso la maquinaria ideal para realizar el trabajo. Mientras más peso posea la carga, más resistencia debería tener tanto la máquina en general, como el equipo que se utilizará.

Para determinar el peso exacto de la carga, se debe evaluar ciertas características; tales como, por ejemplo, el material, su forma o diseño, entre otros como:

Peso o Capacidad Nominal: Peso máximo establecido que el equipo de izamiento puede levantar de acuerdo con las condiciones de diseño, capacidad y condición de operación indicadas por el fabricante. Peso establecido: Es el indicado por el fabricante o por la compañía de embalaje.

Peso bruto:    Peso neto + tara.

                       Cálculo del peso de la carga: Se puede hacer mediante la siguiente fórmula. 

                        P = V x Pe.

                       Donde:       P= Peso; V= Volumen. Pe = Peso específico del material.

Tabla de peso específico de algunos materiales.

En la tabla 1, se muestran el peso específico de algunos materiales necesario para determinar el peso de la carga a levantar por el equipo de izaje.

Centro de Gravedad de la carga (CG)

Se define como el punto donde se concentra toda la masa de cualquier objeto. Su ubicación es muy importante antes de realizar los trabajos de elevación; con el fin, de poder colocar de forma correcta las eslingas, cadenas o cualquier otra herramienta que permita asegurar la carga. En la mayoría de casos, donde se presente un objeto de proporciones simétricas, el centro de gravedad es el  punto medio; sin embargo, cuando se tiene una forma asimétrica, se realiza una descomposición del objeto con el fin de situar distintos centros de gravedad y asi finalmente determinarun unico CG.

Ubicación del Centro de Gravedad de la carga ( CG) de formas simetricas:

En la figura 1, se muetra el Centro de Gravedad (CG): Es un punto fijo en un cuerpo, por donde pasa la línea de acción del peso .

En los cuerpos cuya figura es simétrica, el centro de gravedad se encuentra en la intersección de sus diagonales.

Figura1. Centro de Gravedad (CG) para un cuerpo simétrico.

Método gráfico para determinar el centro de gravedad de objetos asimétricos.

En la figura 2, se muestra los pasos a seguir para el cálculo del CG en objetos asimétricos.

• Descomponer la forma de la carga en rectángulos.
• Hallar el centro de gravedad de cada rectángulo (en el plano).
• Unir los centros de gravedad con una línea.
• Formar triángulos.
• Tomar las bisectrices de los triángulos.
• El Centro de Gravedad estará, aproximadamente en el centro de la
• línea resultante, de unir los puntos de corte de las bisectrices.

Figura 2. Cálculo grafico del CG para objetos asimétricos.

A.-   Primer método

A.1.  Centro de gravedad de tres cuerpos:

Ejemplo: Figura 3, se muestran gráficamente los datos y pasos a seguir para la realización del cálculo matemático.

• Se calcula el centro de gravedad de la M1 Y M2
• Se suman las masas M1 Y M2 = 4 + 8 = 12 Kg
• Se Calcula el porcentaje de masa de M1 Y M2: 4/12 = 0,33 Y 8/12 = 0,66

0,33 X 6 = 1,98 @ 2 Y 0,66 X 6 = 3,96 @ 4

• Se calcula el centro de gravedad de MA Y M3
•  Se suman las masas MA YM3 = 12 + 16 = 28 Kg
• Se calcula el porcentaje de masa de MA Y M3

   12/28 = 0,43 Y 16/28 = 0,57

• 0,43 X 3 = 1,29 @ 1,3 Y 0,57 X 3 = 1,71 @ 1,7

Figura 3. Ejemplo de cálculo de CG.

B.- Segundo método (plano de coordenadas X e Y).

En la figura 4, se muestran los pasos a seguir por este metodo.

• P1 = 4 Kg., X1 = 0, Y1 = 0
• P2 = 8 Kg., X2 = 6 M, Y2 = 0
• P3 = 16 Kg., X3 = 4 M, Y3 = 3 M
•  Se calcula el centro de gravedad en“x”

• X= åPX/ åP = (4 X 0) + (8 X 6) + (16 X 4)/(4 + 8 +16) = (48 + 64)/28 = 112/28 = 4

•  Se calcula el centro de gravedad en “Y”

• Y= åPY/ åP = (4 X 0) + (8 X 0) + (16 X 3)/(4 + 8 +16) = 48/28 = 1,71

Figura 4. Ejemplo de cálculo del CG (plano de coordenadas).

Gancho de izaje

Es un conector en forma de “J”  (Figura 5), donde se puede colocar otros conectores en su extremo abierto (asiento) y donde se hace el acople de las argollas, ganchos y ojetes de las eslingas al aparejo de una de un equipo de carga.  Son dispositivos para la elevación, bajada y traslado de cargas por efecto de un motor que lo sujeta con la ayuda de un cable principal y unas cadenas denominadas eslingas que sujetan las cargas a desplazar.

Figura 5. Gancho de izaje.

Se utiliza principalmente para hacer el acople entre la carga y su respectiva eslinga y el aparejo de izaje ya sea de una grúa móvil, puente grúa, camión grúa o side boom y va acompañado de un elemento giratorio, también es usado como conector entre la carga y una eslinga de 2 o más ramales.

El Gancho de carga: Antes de cada uso, se debe inspeccionar visualmente de acuerdo con los siguientes pasos:

Paso 1: Inspeccione el gancho para detectar daños. Busque cuidadosamente fisuras, filos, rebabas, deformidades o abolladuras. Chequear doblamientos o deformaciones.

Paso 2: Inspeccione el gancho para detectar corrosión o contaminación excesivas que afecten su funcionamiento. La cerradura y el seguro deben operar fácilmente sin dificultad. La cerradura y el seguro deben cerrar completamente. El seguro debe prevenir que se abra el gancho cuando esté cerrado.

Paso 3: Inspecciones las marcaciones de los ganchos. Las marcaciones deben permanecer y estar completamente legibles.

Paso 4: Inspeccione cada componente de acuerdo a las instrucciones del fabricante

Equilibrio en cargas izadas y ubicación del gancho de carga

Toda  carga al ser izada tenderá a buscar el equilibrio estable, es decir buscará la situación en que su punto de amarre  esté  en el mismo  vertical que su centro de gravedad y por encima de éste (Figura 6).

Estable: Cuando el centro de gravedad del sólido se encuentra por debajo del punto de amarre, en este caso el cuerpo tiende a la verticalidad.

Inestable: Cuando el centro de gravedad está por encima del punto de amarre. En cuanto el centro de gravedad sale de la vertical, el cuerpo cae rotando alrededor del punto de amarre.

Ubicación del gancho de carga.

La altura máxima de recorrido del gancho de la grúa es la distancia vertical entre el nivel más bajo del suelo (incluido el foso, si existe) y el gancho de carga, cuando éste se encuentra en la posición más elevada de trabajo (Figura. 7).

Figura 7. Equilibrio de cargas y ubicación del gancho de carga.

Eslingas:

Es una cinta de dimensiones específicas provista de ganchos para soportar grandes cargas. Son flexibles y muy resistentes, hechas de material textil, fibras químicas o también de cables de acero.

Figura 8. Tipos de eslingas.

La carga máxima de utilización de las eslingas textiles viene identificada por una serie de colores de acuerdo a códigos internacionales (figura 8).

Figura 8. Color específico de una eslinda sintética en función de la carga.

Muchos factores influyen en la selección de los cables más apropiados para cada aplicación de la grúa. La resistencia del cable, pese a ser de mayor importancia, es solamente uno de estos factores; es, por tanto, necesario y esencial usar cables del tamaño, tipo y construcción exigidos por el fabricante para cada aplicación de la grúa. Las eslingas deben marcarse claramente con la carga máxima de seguridad y con un número de identificación, es decir, todas las eslingas deben estar marcadas la capacidad de carga en kilogramos.

Solo se debe utilizar eslingas para los cuales se ha extendido un certificado válido de ensayo, de ese modo se pueden utilizar en un izaje. Antes de utilizar cualquier accesorio para izaje como las eslingas se recomiendan que se sean revisados por un trabajador competente, eslingas en malas condiciones deben ser retiradas del servicio.

Cálculo de la tensión ejercida en las eslingas.

En la figura 9. se muestra la representación gráfica para determinar la tensión ejercida en las eslingas.

• ∑X = 0
• åY = Tc*SENθ  – W = 0
• Tensión en C = W/SENθ
• La longitud de las eslingas debe ser C mayor e igual a 2B.

En la tabla 2, se presentan información a considerar para la selección de eslingas.

Grilletes

Están fabricados de acero y consisten en una pieza de forma “U” (Figura 10), con un pasador de acero forjado que atraviesa sus dos extremos, que sirve para conectar en forma permanente un ojal con otros elementos de sujeción.

Figura 10. Tipos de grilletas.

Son conectores de dos piezas, un cuerpo y un pasador roscado flexible y resistente, se utiliza para hacer el acople entre la carga y una eslinga. No remplace el pasador original por ningún otro tipo de elemento que sustituya su función, todos los grilletes deben ser certificados por el fabricante y llevar en alto relieve la capacidad máxima de carga de diseño.

Los grilletes se utilizan en sistemas de elevación, así como en sistemas estáticos, como elementos de unión para cable, cadena y otros terminales. Los grilletes con cabeza de punzón suelen aplicarse en operaciones tanto de carga como de sujeción no permanentes. Los grilletes con tuerca de seguridad se recomiendan para instalaciones permanentes o de largo plazo o donde la carga pudiera deslizarse sobre el bulón del grillete provocando una rotación del mismo.

Pasos para la inspección visual grilletas.

Paso 1: Examinar el grillete para detectar daños. buscar cuidadosamente fisuras, abolladuras. chequear doblamientos o deformaciones.

Paso 2: Inspeccionar el grillete para detectar problemas en el pasador o en roscado y de esta manera poder establecer seguridad en los aparejos.

Paso 3: Revisar las marcaciones de los grilletes. Las marcaciones deben permanecer y estar completamente legibles.

Paso 4: Analizar cada componente de acuerdo a las instrucciones del fabricante.

Paso 5: Reconocer desgaste en puntos clave del grillete el cual nunca debe exceder el 10%.

Paso 6: Inspeccionar indicios de temperatura excesiva, incluyendo salpicaduras de soldadura, impactos o daños por chispas eléctricas o evidencia de soldadura.

Paso 7: Reconocer componentes de remplazo no autorizados o no validados por el fabricante del aparejo.

Tablas para la selección de Grilletas.

En las Tablas 3a y 3b se muestran las tablas para la selección de grilletas en función del tipo:

Grapas

En la Tabla 4 se presentan el tipo de grapa en función de las pulgadas de los cables,

Estos accesorios, conocidos también como abrazaderas, son utilizados en las terminaciones de cables, los cuales están elaborados por un conjunto de piezas metálicas formadas por un perno “U” con sus extremos terrajados y una plancha o base perforada. (Figura 11).

Figura 11. Grapas usadas para Izajes.

Grapas para cables de acero.

En la tabla 5, se puede apreciar el tipo de grapa en función del diámetro del cable de acero.

Cálculo de fuerzas ejercidas por los puntos de apoyo de la grúa

A continuación, se presenta un procedimiento a seguir para la realización de los cálculos necesarios para determinar las fuerzas que actúan sobre el suelo durante un proceso de carga de acuerdo a información mostrada en la figura 12.

Figura. 12. Fuerzas ejercidas por puntos de apoyo de un equipo de izaje.

Cálculo de fuerzas que actúan sobre el suelo durante el izamiento

Sumatoria de fuerzas:

• ΣFx =0
• ΣFy = -F1 – F2 + N1 + N2
• ΣFy= -40 – 10 + N1 + N2 = -50 + N1 + N2
• N1 + N2 = 50 Ton.          (1)

Sumatoria de Momentos:

• ΣM2 =0
• ΣM2 = -N1*(6 M) + N2*(0 M) + F1*(3 M) – F2*(6 M)
• ΣM2 = -N1*(6 M) + N2*(0 M) + 40*(3 M) – 10*(6 M)
• N1*(6) = 60 Ton.
• N1 = 60/6 = 10 Ton.
• N1 = 10 Ton.

Como la ecuación (1) ES N1 + N2 = 50 TON., entonces se sustituyen los valores de N1 en la ecuación (1) y se despeja N2.

• N2 + 10 = 50 Ton.
• N2 = 50 – 10 = 40 Ton:
• N2 = 40 Ton.

Fuerza sobre los apoyos delanteros:

               F3=40/2=20 Ton.

Dato: Carga portante del suelo (P1=1,9 Kg/CM²)

Dato: Área de cada pata    = 0,85 M²    = AP                                                     

Presión ejercida por cada pata sobre el suelo.

               P=F3/AP=20/0,85= 23529 Kg/M²

23529Kg/M²   X    1 M²/10000 CM²   = 2,4 Kg/CM²

La fuerza ejercida por los apoyos de la grúa es mayor que la carga portante del suelo, por esta razón no se puede realizar el izamiento.

Cálculo del área de los apoyos de la grúa para levantar el peso en un suelo cuya carga portante es de P1 = 1,9 Kg/CM^2.

P1= F3/AP = 1,9 Kg/CM² = 20000 Kg/AP

          AP = 20000 Kg /1,9 Kg/CM² = 10526,32 CM² = 1,052632 M²

El área a considerar en cada apoyo de la grúa debe ser de 1,052632 M²

           P= F3 / AP = 20 / 1,052632 = 18999 Kg / M²

18999 Kg/ M² X  1 M²/10000CM²   = 1,8999 Kg /CM²

Normas COVENIN a consultar

3088 – 2000              3224 – 1990             3177 – 1995           

3089 – 2000               3210 – 1996            3511 – 1999

3131 – 2000               3268 – 1996            3176 – 1995

3175 – 1995               3211 – 1996            3512 – 1999

3132 – 1994               3188 – 2000            1611 – 1996

3174 – 2000               3212 – 1996            3267 – 1996

3510 – 1999                3223 – 1996            3333 – 1997

3331 – 1997                3332 – 1997            3329 – 1997

Conclusiones

No solo los certificados de los equipos accesorios y personal son importantes: también se deben revisar inspeccionar y chequear las condiciones del suelo, sea terreno natural, compactado, ya este cubierto con asfalto, con losas de concreto, en cualquiera de las áreas de las industrias, así como en campo travieso.

Referencias Bibliogáficas

1. Normas COVENIN.
2. Rafael R Ruda. “manual de operación para izaje de carga.
3. GRÚAS. Emilio Larrodé y Antonio Miravete. Editado por el servicio de publicaciones del centro Politécnico Superior de la Universidad de Zaragoza.

Sobre el Autor

Ramón J Reyes A. Ingeniero  Industrial, con  Post  Grado  en  Salud  Ocupacional,  dedicado  y  formado  en  el  área  de  Seguridad  Industrial Ambiente  y  Salud  Ocupacional,  con  33  años de  experiencia  en Seguridad,  operaciones de plantas termoeléctricas,   construcción  de  plantas  industriales, petroleras, petroquímicas y gas así como en la instalación de plataformas para  cabezales de pozos y instalación de anclas para el agarre de FSO  usados como tanque de almacenamiento y despacho  de crudos

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