Grúa (máquina)

Durante la Edad Media, los ingenieros persas impulsaron significativamente la tecnología de elevación, tendiendo un puente entre la mecánica antigua y la ingeniería moderna. Al-Jazari (1136-1206), quien trabajaba en la corte artúquida , documentó mecanismos de elevación revolucionarios , incluyendo versiones tempranas del cigüeñal , el árbol de levas y la bomba de pistón , en su Libro del conocimiento de ingeniosos dispositivos mecánicos (1206 d. C.). Estas innovaciones transformaron el bombeo de agua, pasando de sistemas manuales a mecanismos semiautomatizados. Entre las aplicaciones más destacadas se encuentran los sistemas hidráulicos de Damasco , donde las bombas de cadena saqiya, impulsadas por energía hidroeléctrica, suministraron agua a importantes instituciones durante siglos, introduciendo principios mecánicos como la conversión del movimiento rotatorio en movimiento de pistón, que posteriormente se convirtieron en fundamentales para los cabrestantes de grúas modernas. ^{[ 24 ]}

Durante la Alta Edad Media , la grúa de rueda de pisar se reintrodujo a gran escala después de que la tecnología cayera en desuso en Europa occidental con la caída del Imperio Romano de Occidente . ^{[ 25 ]} La referencia más antigua a una rueda de pisar ( magna rota ) reaparece en la literatura de archivo en Francia alrededor de 1225, ^{[ 26 ]} seguida de una representación iluminada en un manuscrito probablemente también de origen francés que data de 1240. ^{[ 27 ]} En navegación, los primeros usos de grúas portuarias están documentados para Utrecht en 1244, Amberes en 1263, Brujas en 1288 y Hamburgo en 1291, ^{[ 28 ]} mientras que en Inglaterra la rueda de pisar no está registrada antes de 1331. ^{[ 29 ]}

En general, el transporte vertical se podía realizar de forma más segura y económica con grúas que con los métodos convencionales. Los ámbitos de aplicación típicos eran los puertos, las minas y, en particular, las obras de construcción, donde la grúa de ruedas desempeñó un papel fundamental en la construcción de las imponentes catedrales góticas .

Sin embargo, tanto las fuentes documentales como las pictóricas de la época sugieren que las máquinas recién introducidas, como las ruedas de pisar o las carretillas, no reemplazaron por completo los métodos que requerían más mano de obra, como las escaleras , los arados y las carretillas de mano . Más bien, la maquinaria antigua y la nueva continuaron coexistiendo en las obras de construcción medievales ^{[ 30 ] y en los puertos [ 28 ]} .

Además de las ruedas de pisar, las representaciones medievales también muestran grúas accionadas manualmente por cabrestantes con radios radiales , manivelas y, en el siglo XV, también por cabrestantes con forma de timón de barco . Para suavizar las irregularidades del impulso y superar los «puntos muertos» en el proceso de elevación, se sabe que los volantes de inercia se utilizaban ya en 1123. ^{[ 31 ]}

No se ha documentado el proceso exacto de reintroducción de la grúa de rueda de pisar, ^{[ 26 ]} aunque su regreso a las obras de construcción debe considerarse indudablemente en estrecha relación con el auge simultáneo de la arquitectura gótica. La reaparición de la grúa de rueda de pisar pudo haber sido resultado de un desarrollo tecnológico del cabrestante , del cual la rueda de pisar evolucionó estructural y mecánicamente. Alternativamente, la rueda de pisar medieval podría representar una reinvención deliberada de su homóloga romana, extraída del De architectura de Vitruvio , disponible en muchas bibliotecas monásticas. Su reintroducción también pudo haber sido inspirada por la observación de las cualidades de ahorro de mano de obra de la rueda hidráulica , con la que las primeras ruedas de pisar compartían muchas similitudes estructurales. ^{[ 29 ]}

La rueda de pisar medieval era una gran rueda de madera que giraba alrededor de un eje central con una superficie de pisada lo suficientemente ancha para que dos trabajadores caminaran uno al lado del otro. Mientras que la rueda anterior de "brazo de compás" tenía radios insertados directamente en el eje central, el tipo más avanzado de "brazo de abrazadera" presentaba brazos dispuestos como cuerdas en el borde de la rueda, ^{[ 32 ]} lo que permitía usar un eje más delgado y, por lo tanto, proporcionaba una mayor ventaja mecánica. ^{[ 33 ]}

Contrariamente a la creencia popular, las grúas en las obras medievales no se colocaban ni sobre los andamios extremadamente ligeros que se usaban en la época ni sobre los delgados muros de las iglesias góticas, incapaces de soportar el peso tanto de la máquina de elevación como de la carga. En cambio, las grúas se colocaban en las etapas iniciales de la construcción en el suelo, a menudo dentro del edificio. Cuando se completaba un nuevo piso y las enormes vigas de amarre del techo conectaban los muros, la grúa se desmontaba y se volvía a montar sobre las vigas del techo, desde donde se trasladaba de un tramo a otro durante la construcción de las bóvedas. ^{[ 34 ]} De este modo, la grúa «crecía» y «se desplazaba» con el edificio, de modo que hoy en día todas las grúas de construcción existentes en Inglaterra se encuentran en las torres de las iglesias, por encima de las bóvedas y debajo del techo, donde permanecieron después de la construcción para elevar materiales para reparaciones. ^{[ 35 ]}

Con menos frecuencia, las iluminaciones medievales también muestran grúas montadas en el exterior de los muros con el soporte de la máquina sujeto a travesaños . ^{[ 36 ]}

A diferencia de las grúas modernas, las grúas y polipastos medievales  —muy parecidos a sus homólogos en Grecia y Roma ^{[ 37 ]}  — eran principalmente capaces de realizar un izamiento vertical y no se utilizaban para mover cargas a una distancia considerable horizontalmente. ^{[ 34 ]} Por consiguiente, el trabajo de elevación se organizaba en el lugar de trabajo de forma diferente a la actual. En la construcción de edificios, por ejemplo, se supone que la grúa elevaba los bloques de piedra directamente desde abajo hasta su lugar, ^{[ 34 ]} o desde un punto opuesto al centro del muro desde donde podía entregar los bloques a dos equipos que trabajaban en cada extremo del muro. ^{[ 37 ]} Además, el operador de la grúa, que normalmente daba órdenes a los trabajadores de la rueda de pisar desde fuera de la grúa, podía manipular el movimiento lateralmente mediante una pequeña cuerda atada a la carga. ^{[ 38 ]} Las grúas giratorias que permitían la rotación de la carga y, por lo tanto, eran particularmente adecuadas para el trabajo en los muelles aparecieron ya en 1340. ^{[ 39 ]} Mientras que los bloques de sillería se levantaban directamente con eslingas, pinzas de Lewis o pinzas del diablo (en alemán, Teufelskralle ), otros objetos se colocaban previamente en contenedores como paletas , cestas , cajas de madera o barriles . ^{[ 40 ]}

Es notable que las grúas medievales rara vez contaban con trinquetes o frenos para evitar que la carga retrocediera. ^{[ 41 ]} Esta curiosa ausencia se explica por la elevada fuerza de fricción ejercida por las ruedas de rodadura medievales, que normalmente impedía que la rueda acelerara sin control. ^{[ 38 ]}

Según el "estado actual del conocimiento", desconocido en la antigüedad, las grúas portuarias fijas se consideran un desarrollo reciente de la Edad Media. ^{[ 28 ]} La grúa portuaria típica era una estructura pivotante equipada con ruedas de doble banda de rodadura. Estas grúas se colocaban en los muelles para la carga y descarga de mercancías, donde reemplazaban o complementaban métodos de elevación más antiguos como balancines , cabrestantes y vertederas . ^{[ 28 ]}

Se pueden identificar dos tipos diferentes de grúas portuarias con una distribución geográfica variable: mientras que las grúas pórtico, que pivotaban sobre un eje vertical central, eran comunes en las costas flamencas y holandesas, los puertos marítimos y fluviales alemanes solían contar con grúas torre, donde el cabrestante y las ruedas dentadas se ubicaban en una torre sólida, con solo el brazo de la pluma y el techo girando. ^{[ 42 ]} Las grúas de muelle no se adoptaron en la región mediterránea ni en los puertos italianos altamente desarrollados, donde las autoridades continuaron dependiendo del método más laborioso de descarga de mercancías mediante rampas, más allá de la Edad Media. ^{[ 43 ]}

A diferencia de las grúas de construcción, donde la velocidad de trabajo estaba determinada por el avance relativamente lento de los albañiles, las grúas portuarias solían tener ruedas de doble pisada para acelerar la carga. Las dos ruedas de pisada, cuyo diámetro se estima en 4  m o más, estaban fijadas a cada lado del eje y giraban juntas. ^{[ 28 ]} Su capacidad era de 2 a 3 toneladas, lo que aparentemente correspondía al tamaño habitual de la carga marítima. ^{[ 28 ]} Hoy en día, según un estudio, quince grúas portuarias de ruedas de pisada de la época preindustrial aún existen en toda Europa. ^{[ 44 ]} Algunas grúas portuarias estaban especializadas en el montaje de mástiles en veleros de nueva construcción, como en Gdańsk , Colonia y Bremen . ^{[ 42 ]} Además de estas grúas fijas, las grúas flotantes , que podían desplegarse de forma flexible en toda la dársena portuaria, comenzaron a utilizarse en el siglo XIV. ^{[ 42 ]}

En la época de los veleros, se utilizaba un casco de remos (o grúa flotante) como grúa flotante en la construcción y reparación naval , principalmente para colocar los mástiles inferiores de un barco en construcción o reparación. Unas plumas, conocidas como grúas flotantes, se fijaban a la base de los mástiles inferiores o vigas del casco, sostenidas desde la parte superior de estos. Posteriormente, se utilizaban poleas y aparejos para tareas como la colocación o retirada de los mástiles inferiores del buque en construcción o reparación. Estos mástiles inferiores eran las vigas individuales más grandes y macizas a bordo de un barco, y su erección sin la ayuda de un casco de remos o una grúa de mástiles en tierra era extremadamente difícil. ^{[ 45 ]}

El concepto de cascos de escota se originó en la Marina Real Británica en la década de 1690 y persistió en Gran Bretaña hasta principios del siglo XIX. La mayoría de los cascos de escota eran buques de guerra dados de baja; el Chatham , construido en 1694, fue el primero de solo tres buques construidos específicamente para este fin. ^{[ 46 ]} Hubo al menos seis cascos de escota en servicio en Gran Bretaña en algún momento a lo largo del siglo XVIII. El concepto se extendió a Francia en la década de 1740 con la puesta en servicio de un casco de escota en el puerto de Rochefort. ^{[ 47 ]}

Según las normas estadounidenses para grúas móviles , la carga nominal con limitación de estabilidad para una grúa sobre orugas es del 75 % de la carga de vuelco, y para las grúas con estabilizadores es del 85 % de la carga de vuelco. Estos requisitos están establecidos por la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos en el volumen ASME B30.5-2018, Grúas Móviles y Locomotoras . ^{[ 57 ] [ 58 ]}

Las normas europeas (EN 13000:2010) adoptan principios similares, pero con diferentes factores de seguridad que reflejan distintas filosofías regulatorias respecto a la tolerancia al riesgo . ^{[ 59 ]} Para las grúas móviles con estabilizadores , la capacidad nominal según las normas europeas suele ser del 80 % de la carga de vuelco, mientras que las grúas sobre orugas tienen una capacidad nominal del 70 % de la carga de vuelco. ^{[ 59 ]}

Los márgenes de seguridad suelen oscilar entre el 10 y el 25 % por encima de la capacidad nominal de una grúa. Sin embargo, el funcionamiento regular cerca o por encima de la capacidad nominal aumenta significativamente el desgaste de los componentes, lo que se traduce en mayores costes de mantenimiento y una vida útil reducida. El diseño debe tener en cuenta los ciclos de fatiga , con una vida útil típica de 20 años o 2 millones de ciclos de carga según la norma ISO 12482-1:2014. ^{[ 60 ]}

Para las grúas móviles con estabilizadores , la estabilidad depende fundamentalmente de las condiciones del terreno. La almohadilla típica del estabilizador ejerce presiones de 50 a 200 kPa (7 a 29 psi ). Las normas de ingeniería exigen evaluaciones de la capacidad portante del suelo antes de la instalación de la grúa, con el uso obligatorio de esteras de madera o apuntalamiento diseñado cuando las presiones ejercidas por la grúa superan la presión portante admisible del terreno. Una preparación inadecuada del terreno es una de las principales causas de accidentes por vuelco de grúas, especialmente en obras con condiciones de suelo variables . ^{[ 61 ]}

Las normas para grúas montadas en buques o plataformas marinas son algo más estrictas debido a la carga dinámica que soporta la grúa por el movimiento del buque . ^{[ 62 ]} Para cargas no asociadas con operaciones tripuladas, las cargas admisibles deben tener en cuenta las aceleraciones dinámicas , incluyendo 1,75 g vertical, 0,75 g longitudinal y 0,75 g transversal, lo que significa que una carga estática de 2000 kg requiere una capacidad de grúa de 3500 kg en el mar. Además, debe considerarse la estabilidad del buque o plataforma. ^{[ 63 ]}

En grúas fijas montadas sobre pedestal o mástil, el momento producido por la pluma, el brazo y la carga es contrarrestado por la base del pedestal o el mástil. La tensión dentro de la base debe ser menor que la tensión de fluencia del material, de lo contrario la grúa fallará. ^{[ 64 ]} El diseño debe tener en cuenta la carga de fatiga , las oscilaciones inducidas por el viento y los efectos de la dilatación térmica durante la vida útil de la grúa.

El factor de elevación dinámico (DLF), también conocido como factor dinámico de diseño, es un parámetro crítico en el diseño y operación de grúas. Considera los efectos dinámicos que pueden aumentar la carga sobre la estructura y los componentes de una grúa durante las operaciones de elevación. ^{[ 65 ] [ 66 ]} Estos efectos incluyen la aceleración y desaceleración de la carga durante el izamiento, el movimiento de la grúa, como el giro o la elevación , el balanceo de las cargas suspendidas, las fuerzas del viento que actúan sobre la grúa, la carga y el aparejo, y el error del operador u otros eventos inesperados. ^{[ 67 ] [ 68 ]}

El factor de carga dinámica (DLF) para un nuevo diseño de grúa se puede determinar mediante cálculos analíticos y modelos matemáticos, siguiendo las especificaciones de diseño pertinentes . También se pueden utilizar métodos más sofisticados, como el análisis de elementos finitos u otras técnicas de simulación, para modelar el comportamiento de la grúa bajo diversas condiciones de carga, según lo considere apropiado el diseñador o la autoridad certificadora. Para verificar el DLF real, se pueden realizar pruebas de carga controlada en la grúa terminada utilizando instrumentación como celdas de carga , acelerómetros y extensómetros . Este proceso suele formar parte de la homologación de la grúa . ^{[ 65 ]}

Las grúas de pluma suelen tener un DLF más bajo (${\textstyle \psi \approx 1.3}$) en comparación con las grúas pórtico móviles (${\displaystyle \psi \approx 1.6}$) porque son más rígidos. ^{[ 69 ]} Para las grúas de cuchara , el DLF puede aumentar entre un 20 % y un 30 %, lo que refleja las cargas de choque causadas por la liberación del material elevado. ^{[ 65 ]} El DLF generalmente disminuye a medida que aumenta la masa del objeto elevado, ya que las grúas tienden a operar a velocidades más bajas con cargas más pesadas para garantizar la seguridad y la estabilidad.

En el izamiento en alta mar, donde la grúa y/o el objeto a levantar se encuentran en un buque flotante , el DLF es mayor en comparación con los izamientos en tierra debido al movimiento adicional causado por la acción de las olas . ^{[ 65 ] [ 62 ]} Los movimientos del buque inducidos por las olas, incluidos el cabeceo , el balanceo y el cabeceo , se transmiten a lo largo del cable de izamiento, lo que provoca que las cargas sumergidas se aceleren en respuesta a las fuerzas inducidas por los movimientos del buque, con una tensión máxima igual al peso más los efectos de inercia más los efectos de arrastre . El DLF aumenta aún más cuando se levantan objetos bajo el agua o a través de la zona de salpicaduras . ^{[ 70 ]} Para los izamientos en alta mar, el DLF generalmente disminuye de 1,3 a 100 toneladas a 1,1 a 2500 toneladas, ya que las cargas más pesadas requieren operaciones más lentas y controladas. ^{[ 71 ]}

Las velocidades de viento de diseño según la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (ASCE) 7-16 e ISO 4302:2016 son 20 m/s (72 km/h ) para condiciones de servicio y 42 m/s (150 km/h) para supervivencia fuera de servicio. ^{[ 72 ]} La fuerza del viento sobre una carga se puede calcular como${\displaystyle F_{\text{viento}}=0.613\times C_{d}\times A\times V^{2}}$dónde${\displaystyle C_{d}}$es el coeficiente de arrastre (normalmente 1,0-2,0 dependiendo de la forma de la carga),${\displaystyle A}$es el área proyectada en m ² , y${\displaystyle V}$es la velocidad del viento en m/s. ^{[ 72 ]}

Las investigaciones demuestran que los factores humanos influyen significativamente en los eventos de carga dinámica durante las operaciones de grúa. ^{[ 73 ]} Las grúas modernas incorporan sistemas de control electrónico que limitan las tasas de aceleración mediante mecanismos de " arranque suave ", lo que reduce el DLF y mejora la suavidad operativa, al tiempo que reduce el estrés mecánico en los componentes de la grúa.

La carga de trabajo es el peso total que una grúa está diseñada para levantar de forma segura en condiciones normales de funcionamiento: ^{[ 65 ]}

${\displaystyle W=g\cdot (m_{\text{wll}}+m_{a})}$

dónde${\displaystyle W}$es la carga de trabajo,${\displaystyle g}$es la aceleración de la gravedad (9,81 m/s²),${\displaystyle m_{\text{wll}}}$es la masa máxima levantada (límite de carga de trabajo o carga de trabajo segura), y${\displaystyle m_{a}}$es la masa de los aparatos de elevación o partes de la grúa que se mueven con la masa elevada.

El DLF se utiliza entonces como multiplicador para determinar la fuerza aplicada a la estructura y los componentes de la grúa: ^{[ 65 ]}

${\displaystyle F_{d}=\psi \cdot W}$

dónde${\displaystyle F_{d}}$es la fuerza de diseño y${\displaystyle \psi }$es el DLF.

El DLF se puede calcular utilizando: ^{[ 65 ] [ 74 ]}

${\displaystyle \psi =1+V_{R}\cdot {\sqrt {C/(W\cdot g)}}}$

dónde${\displaystyle V_{R}}$es la velocidad relativa entre el objeto levantado y el equipo de elevación en el momento de la recogida, y${\displaystyle C}$es la rigidez del sistema de la grúa en el punto de elevación. La velocidad relativa depende de los requisitos operativos de la grúa y la rigidez del sistema se puede determinar mediante cálculo o pruebas de deflexión de carga . ^{[ 65 ]}

Las pruebas de homologación modernas emplean instrumentación sofisticada para medir con precisión las cargas dinámicas durante el funcionamiento de la grúa. ^{[ 75 ]} Las celdas de carga proporcionan mediciones con una precisión de ±0,5 % a escala completa, mientras que los acelerómetros triaxiales capaces de medir aceleraciones de hasta 100 g se montan en las secciones de la pluma y los bloques de carga . Los extensómetros adheridos a los elementos estructurales críticos miden la distribución de tensiones y, para aplicaciones en alta mar, los sistemas GPS con una precisión de posición de ±2 cm rastrean la compensación del movimiento de las olas . Los registradores de datos de alta velocidad con frecuencias de muestreo de 500-1000 Hz capturan picos de respuesta dinámica rápidos que podrían pasar desapercibidos a frecuencias de muestreo más bajas.

La configuración más básica de grúa montada sobre camión es un "camión grúa" o "cargador de camión", que cuenta con una grúa telescópica giratoria montada en la parte trasera sobre el chasis de un camión comercial. ^{[ 76 ] [ 77 ]}

Las grúas montadas sobre camión, más grandes y robustas, están construidas específicamente para este fin y constan de dos partes: el chasis, a menudo denominado inferior , y el componente de elevación, que incluye la pluma, denominado superior . Estas partes se acoplan mediante una plataforma giratoria, lo que permite que la parte superior oscile lateralmente. Estas modernas grúas hidráulicas sobre camión suelen ser máquinas monomotor, que impulsa tanto el chasis como la grúa. La parte superior se acciona generalmente mediante un sistema hidráulico que pasa por la plataforma giratoria desde la bomba montada en el chasis. En los diseños más antiguos de grúas hidráulicas sobre camión, había dos motores. Uno en el chasis impulsaba la grúa y accionaba una bomba hidráulica para los estabilizadores y gatos. El otro motor accionaba la parte superior mediante su propia bomba hidráulica. Muchos operadores veteranos prefieren el sistema de dos motores debido a las fugas en los sellos de la plataforma giratoria de las grúas de diseño más reciente y envejecidas. Hiab inventó la primera grúa hidráulica montada sobre camión del mundo en 1947. ^{[ 78 ]} El nombre Hiab proviene de la abreviatura comúnmente utilizada de Hydrauliska Industri AB, una empresa fundada en Hudiksvall, Suecia, en 1944 por Eric Sundin, un fabricante de esquís que vio una forma de utilizar el motor de un camión para impulsar grúas de carga mediante el uso de sistemas hidráulicos.

Generalmente, estas grúas pueden circular por autopistas, eliminando la necesidad de equipos especiales para su transporte, a menos que existan restricciones de peso u otras limitaciones de tamaño, como las leyes locales. En tal caso, la mayoría de las grúas de mayor tamaño están equipadas con remolques especiales para distribuir la carga entre más ejes o pueden desmontarse para cumplir con los requisitos. Un ejemplo son los contrapesos. A menudo, una grúa va seguida de otro camión que transporta los contrapesos que se retiran para el transporte. Además, algunas grúas pueden desmontar toda la superestructura. Sin embargo, esto suele ser un problema solo en grúas grandes y se realiza principalmente con grúas convencionales como la Link-Belt HC-238. Al trabajar en la obra, los estabilizadores se extienden horizontalmente desde el chasis y luego verticalmente para nivelar y estabilizar la grúa mientras está parada y elevando . Muchas grúas montadas sobre camión tienen capacidad de desplazamiento lento (unos pocos kilómetros por hora) mientras suspenden una carga. Es fundamental tener mucho cuidado de no balancear la carga lateralmente, ya que la mayor parte de la estabilidad antivuelco reside en la rigidez de la suspensión del chasis. La mayoría de las grúas de este tipo también cuentan con contrapesos móviles para una estabilización adicional a la que proporcionan los estabilizadores. Las cargas suspendidas directamente en la parte trasera son las más estables, puesto que la mayor parte del peso de la grúa actúa como contrapeso. Los operadores de grúas utilizan tablas precalculadas de fábrica (o sistemas de seguridad electrónicos ) para determinar las cargas máximas seguras para trabajos estacionarios (con estabilizadores) y cargas (sobre neumáticos), así como las velocidades de desplazamiento.

Las grúas sobre camión varían en capacidad de elevación desde aproximadamente 14,5 toneladas cortas (12,9 toneladas largas ; 13,2 t ) hasta aproximadamente 2240 toneladas cortas (2000 toneladas largas; 2032 t) . ^{[ 79 ] [ 80 ]} Aunque la mayoría solo gira unos 180 grados, las grúas montadas sobre camión más caras pueden girar 360 grados completos.  

• Ejemplos de grúas montadas sobre camiones
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  Grúa para automóviles de las Tropas Ferroviarias de Rusia
• 
  Grúa montada sobre camión construyendo un puente
• 
  Una grúa montada sobre camión en configuración de transporte por carretera.

Una grúa de carga (también llamada grúa articulada o de brazo articulado ) es un brazo articulado de accionamiento hidráulico instalado en un camión o remolque , que se utiliza para cargar y descargar la mercancía del vehículo. Sus numerosas secciones articuladas se pueden plegar para ocupar poco espacio cuando la grúa no está en uso. Una o más de las secciones pueden ser telescópicas . A menudo, la grúa cuenta con cierto grado de automatización y puede descargar o plegarse por sí sola sin necesidad de intervención del operador.

A diferencia de la mayoría de las grúas, el operador debe desplazarse alrededor del vehículo para poder ver la carga; por lo tanto, las grúas modernas pueden estar equipadas con un sistema de control portátil, ya sea por cable o por radio, para complementar las palancas de control hidráulico montadas en la grúa.

En el Reino Unido y Canadá, este tipo de grúa se conoce coloquialmente como " Hiab ", en parte porque este fabricante inventó la grúa de carga y fue el primero en el mercado británico, y en parte porque el nombre distintivo se mostraba de forma destacada en el brazo de la pluma. ^{[ 81 ]}

Una grúa sobre ruedas es una grúa de carga montada sobre un chasis con ruedas. Este chasis puede desplazarse sobre el remolque. Gracias a su movilidad, la grúa es ligera, lo que permite transportar mayor cantidad de mercancías.

Una grúa telescópica tiene una pluma compuesta por varios tubos encajados uno dentro del otro. Un cilindro hidráulico u otro mecanismo motorizado extiende o retrae los tubos para aumentar o disminuir la longitud total de la pluma. Este tipo de plumas se utilizan a menudo en proyectos de construcción de corta duración, operaciones de rescate, izado y descarga de embarcaciones, etc. Su tamaño compacto las hace adaptables a numerosas aplicaciones móviles.

Aunque no todas las grúas telescópicas son grúas móviles, muchas de ellas están montadas sobre camiones.

Una grúa torre telescópica tiene un mástil telescópico y, a menudo, una superestructura (pluma) en la parte superior para que funcione como una grúa torre. Algunas grúas torre telescópicas también tienen una pluma telescópica.

Una grúa todoterreno tiene una pluma montada sobre un tren de rodaje con cuatro neumáticos de goma, diseñada para operaciones de elevación y transporte fuera de carretera . Los estabilizadores se utilizan para nivelar y estabilizar la grúa durante el izamiento. ^{[ 82 ]}

Estas grúas telescópicas son máquinas monomotor, con el mismo motor que impulsa tanto el tren de rodaje como la grúa, de forma similar a una grúa sobre orugas. El motor suele estar montado en el tren de rodaje en lugar de en la parte superior, como en las grúas sobre orugas. La mayoría cuenta con tracción y dirección en las cuatro ruedas para desplazarse por terrenos más estrechos y resbaladizos que una grúa sobre camión estándar, con menor preparación del terreno.

Una grúa todoterreno es un híbrido que combina la capacidad de circular por carretera de una grúa montada sobre camión con la maniobrabilidad en obra de una grúa para terrenos difíciles. Puede desplazarse a gran velocidad por carreteras públicas y maniobrar en terrenos irregulares en la obra gracias a su tracción integral y dirección tipo cangrejo.

Los AT tienen de 2 a 12 ejes y están diseñados para levantar cargas de hasta 2000 toneladas (2205 toneladas cortas ; 1968 toneladas largas ) . ^{[ 83 ]}

Una grúa sobre orugas tiene su pluma montada sobre un tren de rodaje equipado con orugas que proporcionan estabilidad y movilidad. Las grúas sobre orugas tienen una capacidad de elevación que oscila entre aproximadamente 40 y 4000 toneladas largas (de 44,8 a 4480,0 toneladas cortas; de 40,6 a 4064,2 t) , como se observa en la grúa sobre orugas XGC88000 . ^{[ 84 ]} 

La principal ventaja de una grúa sobre orugas es su fácil movilidad y uso, ya que puede operar en obras con mínimas mejoras y se mantiene estable sobre sus orugas sin necesidad de estabilizadores. Sus orugas anchas distribuyen el peso sobre una gran superficie y son mucho mejores que las ruedas para desplazarse por terrenos blandos sin hundirse. Una grúa sobre orugas también puede transportar carga. Su principal desventaja es su peso, lo que dificulta y encarece su transporte. Normalmente, una grúa sobre orugas de gran tamaño debe desmontarse al menos en pluma y cabina y transportarse en camiones, vagones de ferrocarril o barcos hasta su siguiente ubicación. ^{[ 85 ]}

Una grúa de carga y transporte es similar a una grúa móvil en que está diseñada para circular por vías públicas; sin embargo, las grúas de carga y transporte carecen de patas estabilizadoras y están diseñadas para levantar la carga y transportarla a su destino, dentro de un radio pequeño, para luego poder desplazarse al siguiente trabajo. Este tipo de grúas son populares en Australia, donde las distancias entre los lugares de trabajo son considerables. Un fabricante popular en Australia era Franna, que posteriormente fue adquirido por Terex, y ahora todas las grúas de carga y transporte se conocen comúnmente como "Frannas", aunque puedan ser fabricadas por otros fabricantes. Casi todas las empresas de grúas medianas y grandes de Australia poseen al menos una, y muchas cuentan con flotas de estas grúas. La capacidad de elevación máxima oscila entre 10 y 40 toneladas (9,8 y 39,4 toneladas largas; 11 y 44 toneladas cortas) , aunque esta disminuye considerablemente a medida que la carga se aleja del frente de la grúa. Las grúas de carga y transporte han reemplazado el trabajo que normalmente realizaban las grúas montadas sobre camión, ya que el tiempo de preparación es mucho más rápido. Muchos astilleros de fabricación de acero también utilizan grúas de carga y transporte, ya que pueden desplazarse con las secciones de acero fabricadas y colocarlas donde se requieran con relativa facilidad. 

Las grúas de carga y transporte más pequeñas pueden estar basadas en un chasis de tractor articulado, con la pluma montada sobre las ruedas delanteras. En Australia, se las conoce popularmente como "grúas oscilantes". ^{[ 86 ]}

Una grúa de plataforma móvil es una pequeña grúa de cuatro ruedas con una pluma giratoria de 360 ​​grados ubicada justo en el centro y una cabina para el operador situada en un extremo, debajo de la pluma. La sección trasera alberga el motor y la zona sobre las ruedas es una plataforma plana. Invención estadounidense, la grúa de plataforma móvil puede izar una carga en un espacio reducido, colocarla en la plataforma alrededor de la cabina o el motor y posteriormente trasladarla a otro lugar. El principio de la grúa de plataforma móvil es la versión estadounidense de la grúa de elevación y transporte, y ambas permiten mover la carga a corta distancia.

Las manipuladoras telescópicas son camiones similares a las carretillas elevadoras que cuentan con un conjunto de horquillas montadas en una pluma telescópica extensible, como una grúa. Las primeras manipuladoras telescópicas solo elevaban en una dirección y no giraban; ^{[ 87 ]} sin embargo, varios fabricantes han diseñado manipuladoras telescópicas que giran 360 grados mediante una plataforma giratoria, y estas máquinas son prácticamente idénticas a la grúa todoterreno. Estos nuevos modelos de manipuladoras/grúas telescópicas de 360 ​​grados tienen estabilizadores que deben bajarse antes de elevar; sin embargo, su diseño se ha simplificado para que puedan desplegarse más rápidamente. Estas máquinas se utilizan a menudo para manipular palés de ladrillos e instalar cerchas en muchas obras de construcción nuevas, y han reducido considerablemente el trabajo de las pequeñas grúas telescópicas montadas sobre camión. Muchas fuerzas armadas del mundo han adquirido manipuladoras telescópicas, algunas de ellas de los tipos totalmente giratorios, mucho más caros. Su capacidad todoterreno y su versatilidad en obra para descargar palés con horquillas o elevar como una grúa las convierten en una valiosa pieza de maquinaria.

Una grúa de colocación de bloques es un tipo de grúa. Se utilizaban para instalar los grandes bloques de piedra que se empleaban para construir rompeolas , espigones y muelles de piedra .

En 1949, Hans Liebherr construyó la primera grúa torre móvil, la TK10 . ^{[ 88 ] [ 89 ]}

Las grúas torre son una forma moderna de grúa de equilibrio que consta de las mismas partes básicas. Fijadas al suelo sobre una losa de hormigón (y a veces sujetas a los laterales de las estructuras), las grúas torre suelen ofrecer la mejor combinación de altura y capacidad de elevación, y se utilizan en la construcción de edificios altos. La base se une al mástil, que le da altura a la grúa. Además, el mástil se une a la unidad de giro (engranaje y motor) que permite que la grúa rote. Sobre la unidad de giro se encuentran tres partes principales: la pluma horizontal larga (brazo de trabajo), la contrapluma más corta y la cabina del operador.

La optimización de la ubicación de las grúas torre en las obras de construcción tiene un efecto importante en los costos de transporte de materiales de un proyecto, ^{[ 90 ]} pero los operadores de obra deben asegurarse de evaluar dónde la pluma sobrevolará la propiedad de otros propietarios e inquilinos mientras gira sobre el sitio. Según la ley inglesa, un propietario también es dueño del espacio aéreo sobre su propiedad y los promotores deberán acordar los términos con los propietarios de propiedades colindantes antes de sobrevolar sus terrenos. ^{[ 91 ]}

La pluma horizontal larga es la parte de la grúa que soporta la carga. La contrapluma sostiene un contrapeso, generalmente de bloques de hormigón, mientras que la pluma principal suspende la carga desde y hacia el centro de la grúa. El operador de la grúa puede sentarse en una cabina en la parte superior de la torre o controlar la grúa mediante control remoto por radio desde el suelo. En el primer caso, la cabina del operador suele estar ubicada en la parte superior de la torre, unida a la plataforma giratoria, pero también puede estar montada en la pluma o a media altura de la torre. El operador de la grúa acciona el gancho de elevación mediante motores eléctricos que manipulan los cables de acero a través de un sistema de poleas. El gancho se encuentra en el brazo horizontal largo para levantar la carga, que también contiene su motor.

Para enganchar y desenganchar las cargas, el operador suele trabajar en conjunto con un señalizador (conocido como "dogger", "rigger" o "swamper"). Generalmente se comunican por radio y siempre utilizan señales manuales. El aparejador o dogger dirige el cronograma de izamientos de la grúa y es responsable de la seguridad del aparejo y las cargas.

Las grúas torre pueden alcanzar una altura bajo el gancho de más de 100 metros. ^{[ 92 ]}

• Ejemplos de grúas torre
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  Grúa torre en la cima del Mont Blanc
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  Cabina de grúa torre
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  Grúa torre con pluma abatible
• Una grúa torre gira sobre su eje antes de bajar el gancho de elevación.
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  Grúas torre teleoperadas en una obra de construcción con estructura prefabricada.

Componentes

Las grúas torre se utilizan ampliamente en la construcción y otras industrias para izar y mover materiales. Existen muchos tipos de grúas torre. Si bien difieren en su tipo, las partes principales son las mismas, como se detalla a continuación:

• Mástil : la torre principal de soporte de la grúa. Está fabricado con secciones de acero reticuladas que se conectan entre sí durante la instalación.
• Unidad de giro : la unidad de giro se encuentra en la parte superior del mástil. Este es el motor que permite que la grúa gire.
• Cabina de control : en la mayoría de las grúas torre, la cabina de control se ubica justo encima de la unidad de giro. Contiene los controles de operación, el sistema indicador de movimiento de carga (LMI), la escala, el anemómetro, etc.
• Pluma : la pluma, o brazo de operación, se extiende horizontalmente desde la grúa. Una pluma abatible puede moverse hacia arriba y hacia abajo; una pluma fija tiene un carro rodante que se desplaza por la parte inferior para mover las cargas horizontalmente.
• Pluma de contrapeso : sostiene los contrapesos, el motor del polipasto, el tambor del polipasto y la electrónica. (En muchos diseños antiguos de grúas torre, los dispositivos de elevación y la electrónica se ubicaban en la base del mástil). ^{[ 93 ]}
• Cabrestante de elevación : El conjunto del cabrestante de elevación consta del propio cabrestante (motor, caja de engranajes, tambor de elevación, cable de elevación y frenos), el controlador del motor de elevación y componentes de soporte, como la plataforma. Muchas grúas torre cuentan con transmisiones de dos o más velocidades.
• Gancho : el gancho se utiliza para conectar el material a la grúa, suspendido del cable de elevación ya sea en la punta (en grúas de pluma abatible) o a través del carro (en grúas de pluma horizontal).
• Contrapesos : Se montan grandes contrapesos móviles de hormigón en la parte trasera de la plataforma de transporte para compensar el peso de las mercancías elevadas y mantener el centro de gravedad sobre la torre de soporte. ^{[ 94 ]}

Grúas torre autoerigibles

Generalmente, las grúas torre autoerigibles, operadas por peatones, se transportan como una sola unidad y pueden ser ensambladas por un técnico cualificado sin la ayuda de una grúa móvil de mayor tamaño. Son grúas de giro inferior que se apoyan sobre estabilizadores, carecen de contrapeso, tienen sus contrapesos y lastre en la base del mástil, no pueden elevarse por sí mismas, tienen una capacidad reducida en comparación con las grúas torre estándar y rara vez cuentan con cabina de operador.

En algunos casos, las grúas torre autoerigibles más pequeñas pueden tener ejes instalados de forma permanente en la sección de la torre para facilitar las maniobras de la grúa en la obra.

Las grúas torre también pueden usar un sistema de elevación hidráulica para levantarse y añadir nuevas secciones sin necesidad de otras grúas más allá de la etapa de ensamblaje inicial. De esta manera, pueden alcanzar prácticamente cualquier altura necesaria para construir los rascacielos más altos cuando están ancladas a un edificio a medida que este se eleva. La altura máxima sin soporte de una grúa torre es de aproximadamente 80 metros (265  pies). ^{[ 97 ]} Para ver un video de una grúa elevándose, consulte "Crane Building Itself" en YouTube. ^{[ 98 ]}

Para ver otra animación de una grúa de este tipo en funcionamiento, consulte "SAS Tower Construction Simulation" en YouTube. ^{[ 99 ]} Aquí, la grúa se utiliza para erigir un andamio que, a su vez, contiene un pórtico para elevar secciones de la aguja de un puente.

Muchas grúas torre están diseñadas para "saltar" por etapas, elevándose así al siguiente nivel. Un ejemplo especializado de grúa trepadora fue presentado por Lagerwey Wind y Enercon para la construcción de una torre de aerogenerador . En este caso, en lugar de erigir una grúa grande, una grúa trepadora más pequeña puede elevarse junto con la estructura, subir la carcasa del generador hasta la parte superior, añadir las palas del rotor y, finalmente, descender.

Un apilador retráctil es un vehículo utilizado para la manipulación de contenedores de carga intermodal en terminales pequeñas o puertos medianos. Los apiladores retráctiles pueden transportar contenedores a cortas distancias con gran rapidez y apilarlos en distintas filas según su accesibilidad.

Una grúa de elevación lateral es un camión o semirremolque de carretera , capaz de izar y transportar contenedores estándar ISO . El izamiento de contenedores se realiza con polipastos paralelos similares a los de una grúa, que pueden levantar un contenedor desde el suelo o desde un vehículo ferroviario .

Portador a horcajadas

Una grúa pórtico se utiliza para mover y apilar contenedores intermodales . Su funcionamiento es similar al de una grúa pórtico convencional, pero su función se asemeja a la de una grúa de carga y descarga, ya que se utiliza para trasladar contenedores de un lugar a otro.

Las grúas de anillo son algunas de las grúas terrestres más grandes y pesadas jamás diseñadas. Una vía en forma de anillo soporta la superestructura principal, lo que permite manejar cargas extremadamente pesadas (hasta miles de toneladas).

La grúa de pluma fija, o de doble voladizo , es una grúa de pluma fija que consta de una torre arriostrada de acero sobre la que gira un gran voladizo doble horizontal ; la parte delantera de este voladizo o pluma soporta el carro de elevación, y la pluma se extiende hacia atrás para servir de soporte a la maquinaria y al contrapeso. Además de los movimientos de elevación y giro, se proporciona un movimiento de "desplazamiento horizontal", mediante el cual el carro de elevación, con la carga suspendida, puede moverse hacia dentro y hacia fuera a lo largo de la pluma sin alterar el nivel de la carga. Este movimiento horizontal de la carga es una característica distintiva del diseño de grúas posteriores. ^{[ 101 ]} Estas grúas se construyen generalmente en grandes dimensiones y pueden levantar hasta 350  toneladas. ^{[ 102 ]}

El diseño de la grúa Hammerkran se desarrolló primero en Alemania a principios del siglo XIX y fue adoptado y perfeccionado para su uso en astilleros británicos para apoyar el programa de construcción de acorazados entre 1904 y 1914. La capacidad de la grúa Hammerkran para levantar grandes pesos fue útil para instalar piezas de gran tamaño en los acorazados , como placas de blindaje y cañones . También se instalaron grúas voladizas gigantes en astilleros navales de Japón y Estados Unidos . El gobierno británico también instaló una grúa voladiza gigante en la Base Naval de Singapur (1938) y, posteriormente, se instaló una copia en el Astillero Naval de Garden Island en Sídney (1951). Estas grúas proporcionaron apoyo para las reparaciones de la flota de batalla que operaba lejos de Gran Bretaña .

En el Imperio Británico, la empresa de ingeniería Sir William Arrol & Co. fue el principal fabricante de grúas voladizas gigantes; la compañía construyó un total de catorce. De las sesenta construidas en el mundo, quedan pocas; siete en Inglaterra y Escocia de aproximadamente quince en todo el mundo. ^{[ 103 ]}

La grúa Titan Clydebank es una de las cuatro grúas escocesas que hay en el río Clyde y se conserva como atracción turística.

Normalmente, una grúa con pluma articulada suele tener el gancho moviéndose hacia arriba y hacia abajo a medida que la pluma se desplaza (o gira ). Una grúa de pluma abatible nivelada es una grúa de este diseño común, pero con un mecanismo adicional para mantener el gancho al mismo nivel cuando la pluma gira hacia adentro o hacia afuera.

Una grúa puente , también conocida como grúa aérea, es un tipo de grúa cuyo mecanismo de gancho y cable se desplaza a lo largo de una viga horizontal que, a su vez, se desliza sobre dos rieles ampliamente separados. Suele ubicarse en naves industriales largas y se desplaza sobre rieles a lo largo de las dos paredes principales del edificio. Es similar a una grúa pórtico . Las grúas aéreas suelen tener una estructura de viga simple o doble. Pueden construirse con vigas de acero convencionales o con vigas cajón más complejas. En la imagen de la derecha se muestra una grúa puente de viga cajón simple con el polipasto y el sistema operados mediante un control colgante. Las grúas puente de doble viga son más comunes cuando se requieren sistemas de mayor capacidad, a partir de 10 toneladas . La ventaja de la configuración de viga cajón radica en un sistema con menor peso propio y mayor resistencia estructural. También se incluye un polipasto para elevar las cargas, el puente, que abarca la zona cubierta por la grúa, y un carro para desplazarse a lo largo del puente.

El uso más común de las grúas puente se da en la industria siderúrgica . En cada etapa del proceso de fabricación, hasta que el acero sale de la fábrica como producto terminado, se manipula con una grúa puente. Las materias primas se vierten en un horno con una grúa, el acero caliente se almacena para su enfriamiento con una grúa puente, las bobinas terminadas se levantan y cargan en camiones y trenes con una grúa puente, y el fabricante o estampador utiliza una grúa puente para manipular el acero en su fábrica. La industria automotriz utiliza grúas puente para la manipulación de materias primas. Las grúas de estación de trabajo más pequeñas manejan cargas más ligeras en un área de trabajo, como una fresadora o sierra CNC .

Casi todas las fábricas de papel utilizan grúas puente para el mantenimiento regular que requiere la extracción de rodillos de prensa pesados ​​y otros equipos. Las grúas puente se utilizan en la construcción inicial de las máquinas de papel porque facilitan la instalación de los pesados ​​tambores de secado de papel de hierro fundido y otros equipos de gran tamaño, algunos de los cuales pesan hasta 70 toneladas.

En muchos casos, el coste de una grúa puente puede compensarse en gran medida con el ahorro derivado de no alquilar grúas móviles en la construcción de una instalación que utiliza gran cantidad de equipos de procesamiento pesados.

Esta grúa puente eléctrica es el tipo más común de grúa puente, presente en muchas fábricas. Estas grúas se operan eléctricamente mediante un mando colgante, un control remoto por radio/infrarrojos o desde una cabina de operador acoplada a la grúa.

Una grúa pórtico cuenta con un polipasto en una caseta de máquinas fija o sobre un carro que se desplaza horizontalmente a lo largo de rieles, generalmente montados sobre una viga simple (monoviga) o doble (biviga). El bastidor de la grúa se apoya en un sistema de pórtico con vigas ecualizadas y ruedas que se mueven sobre el riel del pórtico, normalmente perpendiculares a la dirección de desplazamiento del carro. Estas grúas existen en todos los tamaños, y algunas pueden mover cargas muy pesadas, especialmente los ejemplares de gran tamaño utilizados en astilleros o instalaciones industriales. Una versión especial es la grúa portacontenedores (o grúa "Portainer", nombre que le dio su primer fabricante), diseñada para la carga y descarga de contenedores en puerto.

La mayoría de las grúas portacontenedores son de este tipo.

Una grúa de pluma es un tipo de grúa —que no debe confundirse con una grúa equipada con una pluma para extender su brazo principal— en la que un elemento horizontal ( pluma o brazo ), que soporta un polipasto móvil, está fijado a una pared o a un pilar anclado al suelo. Las grúas de pluma se utilizan en instalaciones industriales y en vehículos militares. La pluma puede girar en un arco para proporcionar movimiento lateral adicional o estar fija. Grúas similares, a menudo conocidas simplemente como polipastos, se instalaban en el último piso de los almacenes para permitir el izado de mercancías a todos los pisos.

Las grúas para manipulación de graneles están diseñadas desde el principio para utilizar una cuchara o cangilón, en lugar de un gancho y una eslinga. Se utilizan para cargas a granel, como carbón, minerales, chatarra, etc.

Una grúa con mecanismo de horquilla se utiliza en almacenes automatizados (controlados por ordenador) (conocidos como sistemas automatizados de almacenamiento y recuperación (AS/RS)). La grúa se desplaza sobre raíles en un pasillo del almacén. La horquilla puede elevarse o descenderse a cualquier nivel de la estantería y extenderse dentro de ella para almacenar y recuperar el producto. En algunos casos, el producto puede ser tan grande como un automóvil . Las grúas apiladoras se utilizan a menudo en los grandes almacenes frigoríficos de los fabricantes de alimentos congelados. Esta automatización evita que los operarios de carretillas elevadoras tengan que trabajar a temperaturas bajo cero todos los días.

Las grúas flotantes se utilizan principalmente en la construcción de puentes y puertos , pero también para la carga y descarga ocasional de cargas especialmente pesadas o voluminosas en barcos. Algunas grúas flotantes están montadas sobre pontones , otras son barcazas grúa especializadas con una capacidad de elevación superior a 10 000 toneladas cortas (8 929 toneladas largas ; 9 072 t ) y se han utilizado para transportar secciones completas de puentes. Las grúas flotantes también se han utilizado para el salvamento de barcos hundidos . 

Los buques grúa se utilizan con frecuencia en la construcción marítima . Las grúas giratorias más grandes se encuentran en el SSCV Sleipnir , que cuenta con dos grúas con una capacidad de 10 000 toneladas (11 023 toneladas cortas ; 9 842 toneladas largas ) cada una. Durante 50 años, la grúa más grande de este tipo fue " Herman el Alemán " en el astillero naval de Long Beach , una de las tres construidas por la Alemania nazi y capturadas en la guerra. La grúa fue vendida al Canal de Panamá en 1996, donde ahora se la conoce como Titan . ^{[ 104 ]}

Las grúas de cubierta, también conocidas como grúas de a bordo o de carga, ^{[ 105 ]} se ubican en barcos y embarcaciones y se utilizan para operaciones de carga donde no hay instalaciones de descarga en tierra, para izar y arriar cargas (como dragas de mariscos y redes de pesca) al agua, y para la descarga y recuperación de pequeñas embarcaciones. La mayoría son diésel-hidráulicas o electrohidráulicas, y cuentan con una interfaz de control cada vez más automatizada. ^{[ 106 ]}

Una grúa ferroviaria cuenta con ruedas con pestañas para su uso en vías férreas. La forma más sencilla es una grúa montada sobre una plataforma . Existen dispositivos más avanzados diseñados específicamente para este fin. Se utilizan diferentes tipos de grúas para trabajos de mantenimiento , operaciones de recuperación y carga de mercancías en depósitos y plantas de tratamiento de chatarra.

Las grúas aéreas, o "grúas del cielo", suelen ser helicópteros diseñados para levantar grandes cargas. Los helicópteros pueden acceder a zonas de difícil acceso para las grúas convencionales y realizar trabajos de elevación en ellas. Se utilizan con frecuencia para elevar cargas en centros comerciales y edificios de gran altura. Pueden levantar cualquier objeto dentro de su capacidad, como unidades de aire acondicionado, automóviles, barcos, piscinas, etc. También participan en labores de socorro tras desastres naturales para la limpieza y, durante incendios forestales, pueden transportar grandes cantidades de agua para extinguirlos.

Algunas grúas aéreas, en su mayoría prototipos, también han utilizado aeronaves más ligeras que el aire, como los dirigibles .