Diseño de Gruas de Pedestal
Diseño de Gruas de Pedestal
Diseño de Gruas de Pedestal
P.2.0361.01
SEGUNDA EDICION
ABRIL, 2002
DISEÑO DE GRÚAS DE PEDESTAL PARA
PLATAFORMAS MARINAS
Segunda Edición P.2.0361.01:2002 UNT
PREFACIO
Pemex Exploración y Producción (PEP) en cumplimiento del decreto con el que se reforman, adicionan y
derogan diversas disposiciones de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, publicado en el Diario
Oficial de la Federación de fecha 20 de mayo de 1997 y con la facultad que le confiere, la Ley de
Adquisiciones, Arrendamientos y Servicios del Sector Público y la Ley de Obras Públicas y Servicios
Relacionados con las Mismas, expide la presente especificación la cual aplica en el diseño de grúas de
pedestal para plataformas marinas.
Esta especificación se elaboró tomando como base la primera edición de la norma No. 2.361.01, emitida
en 1998 por Petroleos Mexicanos, de la que se llevó a cabo su revisión, adecuación y actualización, a fin de
adaptarla a los requerimientos de Pemex Exploración y Producción.
Subdirección de Planeación
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INDICE DE CONTENIDO
Página
0. Introducción. ........................................................................ 3
1. Objetivo. ............................................................................... 3
2. Alcance. ............................................................................... 3
3. Actualización. ....................................................................... 3
5. Referencias. ......................................................................... 3
6. Definiciones. ........................................................................ 3
8. Desarrollo. ............................................................................ 7
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A las personas e instituciones que hagan uso de Es el ángulo arriba o abajo de la horizontal,
este documento normativo técnico, se solicita formado por el eje longitudinal de la base de la
comuniquen por escrito las observaciones que pluma.
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Es un dispositivo compuesto por el gancho La carga dinámica indicada, es aquella que puede
principal y una polea ranurada para una línea ser elevada existiendo movimiento relativo entre la
doble o triple de cable o poleas múltiples para grúa y la carga, antes de su izaje.
cuatro o más cables.
6.13 Carga estática indicada.
6.4 Balata de freno.
La carga estática indicada, es aquella que puede
Es la parte del freno que está en contacto con el ser elevada sin que exista movimiento relativo
tambor y sirve para controlar el movimiento de entre la grúa y la carga, es decir, que se mueva
izaje. verticalmente estando la grúa en reposo.
Es un dispositivo colocado después de la cabeza Es la carga cuya línea de acción forma un ángulo
de la pluma, en el cual se desliza el cable del con el plano vertical de la pluma.
gancho auxiliar.
6.15 Carga nominal.
6.6 Cable de acero.
Es la carga máxima expresada en toneladas
Es un elemento flexible, multifilar, usualmente métricas, para la cual la grúa debe ser diseñada y
compuesto por un corazón (también multifilar), construida.
alrededor del cual se enredan helicoidalmente un
cierto número de cables multifilares. 6.16 Caseta.
6.7 Cable de izaje. Lugar destinado al operador de la grúa y donde se
localizan los controles de la misma.
Es el cable que soporta al aparejo de izaje.
6.17 Cilindro elevador de la pluma.
6.8 Cable de retención.
Es un dispositivo hidráulico, que sostiene la pluma
Es un cable fijo de acero, que mantiene una
y controla el ángulo de la misma.
distancia constante entre los puntos de enlace con
los componentes por él conectados.
6.18 Coeficiente dinámico.
6.9 Cable metálico del izador.
Es un factor que multiplicado por la carga máxima,
se obtiene la carga de diseño
Es un cable de acero que opera sobre un tambor
para controlar la posición del ángulo de la pluma.
6.19 Cojinete de giro.
6.10 Capacidad estimada.
Cojinete de balines o rodillos, capaz de soportar
Es la carga máxima y sus radios de aplicación cargas radiales, axiales y momentos, cuando la
especificados por el fabricante, los cuales quedan grúa está en operación.
cubiertos por la garantía.
6.20 Componente crítica.
6.11 Carga de trabajo.
Es cualquier miembro de la grúa que su falla
Es la carga externa aplicada a la grúa incluyendo conducirá a la pérdida de control de carga o a la
el aparejo de izaje y las eslingas. inestabilidad de la máquina.
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Es el peso usado como suplemento al peso del Es el eslabón que une la cadena con el eslabón de
izaje. Usualmente se fija en la parte trasera de la acoplamiento. Este eslabón será de acero de
superestructura. aleación y soldado.
Miembro principal de una estructura reticular, tipo Es una banda de acero de forma circular, forrada
pluma. de un material resistente a la fricción, calor y
desgaste, que actúa por contracción externa o
6.25 Diámetro de paso. expansión interna.
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Es un marco estructural, que sirve para controlar la Es una pieza tubular, que actúa como eje de
pluma. rotación y como conexión a la plataforma.
6.43 Mecanismo de izaje de la pluma. Son los puntos de contacto de una capa de cables
con una capa anterior.
Medio de soporte y control del ángulo de la pluma.
6.54 Refuerzos de la pluma.
6.44 Mecanismo de seguridad. Son refuerzos utilizados en las secciones críticas
de la grúa, perpendiculares a la cuerda y los
Es un dispositivo que se usa para impedir que la cuales pueden ser de placa o de perno.
superestructura se levante de su base y que los
rodillos se salgan de sus pistas. Este mecanismo 6.55 Retenedor.
es la conexión entre la superestructura y el
pedestal. Es un dispositivo usado para evitar que el ángulo
de la pluma sobrepase la posición límite
6.45 Miembros de la pluma. establecida.
Son las piezas de ángulo estructural que unen las 6.56 Retenida flotante.
cuerdas de la pluma.
Marco equipado con poleas acanaladas y
6.46 Pasador del pivote de la pluma. conectado a la pluma por medio de cables.
6.57 Sistema auxiliar de izaje.
Es el punto sobre el cual gira la pluma en un plano
vertical. Es un sistema secundario de cables, usualmente
con una capacidad de carga, menor que el sistema
6.47 Pedestal. principal.
También conocido como base, es la subestructura 6.58 Tambor.
que soporta y sobre la cual se monta la
superestructura giratoria. Es un cilindro bridado en sus extremos y sobre el
cual se enrolla el cable.
6.48 Perno central.
6.59 Torno.
Es el perno o flecha vertical que actúa como centro Parte del tambor en el que se enrolla el cable.
de rotación y conecta la superestructura giratoria y
la base de montaje.
6.49 Pluma.
7. Símbolos y Abreviaturas.
Es el miembro articulado a la superestructura,
usado como soporte de la garrucha de elevación.
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La altura máxima de ola (100 años) con período a) Para condiciones estáticas, la carga de
máximo de 16 segundos, es de 16.7 metros. diseño aplicada verticalmente en la cabeza de la
pluma, debe ser 1.33 veces el valor de la carga
La altura máxima de ola (1 año) con período nominal estática deseada y se debe aplicar
máximo de 9 segundos es de 7.9 metros. simultáneamente con una carga horizontal de 2%
de la carga de diseño vertical, más la carga
muerta.
La altura máxima de cresta (1 año) es de 10.7
metros.
b) Para condiciones dinámicas, la carga de
diseño aplicada verticalmente en la cabeza de la
La longitud máxima de ola (1 año) es de 305
grúa, debe ser el coeficiente Cb multiplicado por la
metros.
carga nominal dinámica. Dicha carga de diseño se
debe aplicar con sus correspondientes cargas
8.4 Para fines de diseño, se debe considerar horizontales más la carga muerta.
que la plataforma marina es fija.
El fabricante debe calcular el coeficiente dinámico
8.5 Diseño. Cb de acuerdo con la información proporcionada
por Pemex Exploración y Producción, pero éste no
8.5.1 General. debe ser menor de 1.33. Cuando Pemex
Exploración y Producción no proporcione
La grúa suministrada por el fabricante, debe información para el cálculo, el valor del Cb debe ser
satisfacer las condiciones de operación y los de 2.0.
requisitos mínimos de diseño establecidos en esta
especificación. El diseño debe ser regido por los 8.7 Pedestal y poste central.
requisitos específicos del proyecto y asentados en
las hojas de datos. 8.7.1 El pedestal y poste central se deben
diseñar para soportar la carga muerta, más 1.5
8.6 Carga nominal. veces la carga de diseño.
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TABLA No. 1
COMPONENTES
1 Cuerda de la pluma x x x
2 Pasador del pivote de la pluma x x x
3 Mecanismo de izaje de la pluma x x x
4 Cable metálico del izador x x x
5 Miembro de la pluma x x x
6 Punto de carga x x x
7 Armadura tipo “warren” x x x
8 Refuerzo de la pluma x x x
9 Retenedor x x x
10 Brazo de extensión o aguilón x x x
11 Caseta x x x
12 Contrapeso x
13 Aparejo flotante x x
14 Marco tipo “A” x x x
15 Aparejo de izaje x x x
16 Poste central x
17 Cable de izaje x x x
18 Aparejo del gancho auxiliar x x x
19 Pedestal x x x
20 Cable de retención x x
21 Cojinete de giro x x
22 Sistema auxiliar de izaje del tambor x
23 Sistema auxiliar de izaje x x x
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10
6
23
23
17
3,4 18
17
9
15
5
7
14
4 8
11 19
21
TIPO "A"
10
6
23
10
20
18
6
13
18 23
17 3,4
17
15 15
20
7
17
7
28
14
13 1
9
8 5
3, 4 9
5 8
16
14 1
11 22
11
2
12 19
21
2
TIPO "B"
TIPO " C "
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TABLA No. 2
II C ASTM A-441
(la resistencia varia c/ espesor) 290-345 42-50 435-485 63-70 min.
ASTM A-572 G-42
(para 50.8 mm espesor) 290 42 415 min. 60 min.
ASTM A-572 G-50
(para 12.7 mm espesor) 345 50 450 min. 65 min.
ASTM A-588
(para 50.8 mm espesor) 345 50 485 min. 70 min.
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TABLA No. 3
TUBERIA DE ACERO ESTRUCTURAL
I A ASTM A-524
(la resistencia varia c/ espesor) 205-240 30-35 380-585 55-85
II C API 5L G-X42
(2% máx. expansión en frío) 290 42 415 min. 60 min.
API 5L G-X52
(2% máx. expansión en frío) 360 52 455 min. 66 min.
ASTM A-500 G-B 290-320 42-46 400 min. 58 min.
ASTM A-618 345 50 485 min. 70 min.
TABLA No. 4
COMPOSICION QUIMICA
Análisis de Colada
Para placas arriba de 3.81 mm (1 ½pulg) de espesor, se permite 1.60% máx. de Mn.
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La pluma debe ser construida en secciones 8.10.2 La capacidad del tambor debe ser tal,
máximas de 6.09 m (20 pies), el ensamble de que se pueda acomodar el cable de la longitud y
estas secciones deben ser por soldadura, pernos o diámetro nominal necesarios, para la realización
tornillos según las recomendaciones de Pemex de las funciones requeridas en el manejo de la
Exploración y Producción. carga.
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Entendiéndose por diámetro de paso del tambor, el 8.12.1 Armadura del cojinete de giro.
diámetro de raíz del mismo, más el diámetro
nominal del cable La armadura del cojinete de giro, es el elemento de
conexión entre la superestructura y el pedestal.
8.10.7 Los tambores que se utilicen en el Esta conexión permite la rotación de la grúa así
movimiento de carga y soporte de la pluma, deben como sostener el momento y las cargas axiales y
proveerse con un mecanismo de trinquete y perno. radiales, impuestos por la operación de la grúa. La
Dicho mecanismo debe operarse desde la cabina. armadura debe cumplir con las siguientes
condiciones:
8.10.8 Todos los tambores deben ser ranurados
8.12.2 Resistencia a la fatiga.
helicoidalmente o de acuerdo con la experiencia
del fabricante. Ver SAE HS 4200, 1enero,1999. Los elementos sujetos a ciclos repetitivos de
esfuerzos, deben diseñarse para resistir la
8.11 Mecanismo de giro. degradación debida a la fatiga. El cálculo de vida
por fatiga debe cumplir con ANSI B3.15 y B3.16,
El mecanismo de giro es el medio que facilita los ASME B30.16-1998.
giros de la estructura superior de la pluma. Dicho
mecanismo debe ser capaz de arrancar y parar 8.12.3 Resistencia a la ruptura.
suavemente, con una aceleración y retardo
controlables, por medio de: El criterio de diseño para la armadura incluyendo
los sujetadores, debe ser el esfuerzo máximo
calculado con la carga muerta, más 3.75 veces la
a) Un freno con potencia de agarre en carga de diseño.
ambos sentidos para limitar o frenar el movimiento
de la superestructura, sin retardar el movimiento 8.12.4 Medio ambiente.
de rotación. Este freno debe ser controlado desde
la cabina por el operador de la grúa. Los cojinetes deben ser sellados para protegerlos
de materias extrañas y contra la contaminación
b) Si el freno, es de tipo automático, la ambiental.
palanca de frenado debe regresar a su posición
neutral, no debe frenar de forma violenta y detener 8.12.5 Claros.
el movimiento de rotación.
En el manual de mantenimiento de la grúa, debe
c) También se debe proveer de un freno quedar especificado el método de mediación de los
dinámico de fricción, que sirva para retardar, parar claros permitidos, cuando el cojinete de giro es de
o detener el movimiento de rotación de la rodillos o bolas y dicho cojinete tenga que ser
superestructura; dicho freno se debe controlar reemplazado.
desde la cabina del operador.
8.12.6 Sujetadores.
8.12 Seguro de giro.
Son seguros roscados, que se usan para conectar
Se debe proveer de un seguro de giro, de diseño la armadura del cojinete de giro al pedestal o a la
mecánico que no dependa de la fricción, para superestructura. Dichos pernos de conexión deben
mantener fija a la superestructura en una o más estar espaciados uniformemente sobre una
posiciones, su diseño debe ser tal que resista el circunferencia de montaje. Se puede prescindir de
momento máximo desarrollado por el mecanismo un perno o que la distribución de estos no sea
de giro y cuya función es prevenir cualquier uniforme, según el criterio del fabricante, siempre y
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8.13.5 Todos los rodamientos de las poleas, 8.14.4 Todos los cables de alambre deben ser
excepto los lubricados permanentemente, deben lubricados e impregnados con alguna substancia
proveerse de algún medio de lubricación. recomendada por el fabricante durante el proceso
de fabricación y en cantidades que mejor se
8.13.6 Todas las poleas incluyendo las del adapten a la zona en que se van a usar.
aparejo de izaje, deben ser provistas de una
protección que evite que el cable se salga de la 8.15 Cabinas.
ranura de la polea.
Todas las cabinas deben construirse con la
8.13.7 La relación entre el diámetro de paso de finalidad de proteger la maquinaria de la
la polea y el diámetro nominal del cable, debe ser superestructura, frenos, embrague y el equipo de
como mínimo de 18. control de la grúa, si por acuerdo entre el
fabricante y PEP, algunos de los equipos
8.14 Cable. mencionados no tuvieran esta protección, dichos
equipos se deben proteger adecuadamente contra
8.14.1 La construcción del cable debe ser la la acción corrosiva del ambiente marino.
recomendada por el fabricante de la grúa. Para su
selección se debe usar como guía el API Spec 9A. 8.15.1 Cabina del operador.
Los cables resistentes a la rotación o con alma de
fibra, no son recomendables en los sistemas de La cabina del operador debe ser totalmente
izajes. cerrada, debidamente apoyada y con ventanas en
los cuatro lados así como el techo y piso, para que
8.14.2 Factores de diseño. la visibilidad del operador sea completa. También
debe tener una o más puertas según se
El factor de diseño se obtiene dividiendo la especifique en la hoja de datos.
resistencia nominal total de todos los componentes
del cable entre las siguientes cargas: 8.15.2 Ventanas.
8.14.2.1 Para cables de izaje, la carga levantada.
Todas las ventanas laterales, deben poder abrirse
por dentro y ser de cristal de seguridad. Todas las
8.14.2.2 Para otros cables, la carga muerta, más ventanas deben contar con seguros para que no
el 75% de la carga de diseño. se abran accidentalmente.
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La grúa debe tener los aparejos y escaleras que Debe ser un motor diesel con potencia y velocidad
por necesidades de operación y/o mantenimiento especificada en la hoja de datos.
se requieran.
No se deben aceptar motores de gas o gasolina. El
8.15.7 Nivel de ruido motor diesel debe cumplir con la especificación
API RP2C general del IMP-G-218 Motor Diesel
A menos que se especifique otra cosa, el nivel de Motriz y API Espec. 7B-11C.
ruido en la cabina del operador, no debe exceder
de: 8.18 Control e instrumentación.
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En caso de que una protección sea poco práctica, Pemex Exploración y Producción debe tener
debe ser responsabilidad del fabricante advertirlo acceso confidencial al diseño, cálculos, dibujos
por medio de señales apropiadas. Estas señales asociados y cualquier otra información específica
deben cumplir con el código SAE Prácticas del fabricante, para asegurarse que la grúa cumple
Recomendadas J115. con esta especificación.
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9. Concordancia con otras normas. Bolts, Steel, Heat Treated, 120/150 ksi Mínimum
Tensile Strenght)
Esta especificación no concuerda con ninguna
norma nacional o internacional. 10.2.4 A36/A36M-00 Especificación estándar
para acero estructural (Standard Specification for
Structural Steel).
10. Bibliografía.
10.2.5 A131/A131M-01 Especificación estándar
- acero estructural para barcos (Standard
10.1 PEP Pemex Exploración y Specification for Structural steel for Ships).
Producción.
10.2.6 A285/A285M-90 (2001) Especificación
10.1.1 P.2.0203.01 "Clasificación de áreas estándar de placas para recipientes a presión de
peligrosas y selección de equipo eléctrico", 1ª acero al carbón con esfuerzo a la tensión bajo e
Edición, Septiembre 2000. intermedio (Standard Specification for Pressure
Vessel Plates, Carbon Steel, Low - and
10.1.2 P.2.411.01 "Sistemas de protección Intermediate - Tensile Strenght).
anticorrosiva a base de recubrimientos", 1ª Edición,
Noviembre 1998. 10.2.7 A516/A516M-90 (2001) Especificación
estándar de placas para recipientes a presión de
10.1.3 P.3.0301.01 "Embalaje y marcado para acero al carbón para servicio de temperatura
embarque de equipos y materiales". moderado y bajo (Standard Specification for
Pressure Vessel Plates, Carbon Steel, for
10.1.4 P.3.0351.01 "Aplicación e inspección de Moderate and Lower - Temperature Service).
recubrimientos anticorrosivos".
10.2.8 A573/A573M00a Especificación estándar
10.1.5 P.3.0403.01 "Colores y letreros para para placas de acero al carbón estructural de
identificación de instalaciones y equipo de tenasidad mejorada (Standard Specification for
transporte", 2ª Edición, Mayo 2001. Structural Carbon Steel Plates of Improved
Toughness).
10.2 ASTM Sociedad Americana para
Pruebas de Materiales (American Society for 10.2.9 A709/A709M-01 Especificación estándar
Testing Materials). para carbono y aleación de alta y baja resistencia
de acero estructural para barras, placas y perfiles,
aleación enfriada y templada de placas de acero
10.2.1 295/98 Especificación estándar
estructural para puentes (Standard Specification
Acero para cojinetes anti - fricción de alto
For Carbon and High - Strength Low - Alloy
contenido de carbono, (Standard Specification for
structural Steel Shapes, Plates and Barsand
Hig - Carbon Anti-Friction Bearing Steel).
Quenched -and-Tempered Alloy Structural steel
Plates for Bridges).
10.2.2 E45/97e2 Método estándar de prueba
para determinar la inclusión de acero (Standard
10.2.10 A441/A441M Descontinuada en 1989.
Test Methods for Determing the Inclusion of Steel).
No hay norma ó estándar que la sustituya:
Especificación para acero estructural de aleación
10.2.3 A325-01 Especificación estándar para baja de manganeso - vanadio para alto esfuerzo
pernos estructurales de acero tratados con calor, (Specification for High Strength Low Alloy
tratados a un esfuerzo mínimo a la tensión de Structural Manganese- Vanadium Steel. No
120/150 ksi (Standard Specification for Structural Replacement).
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10.3 API Intitulo Americano del Petróleo 10.5.1 B30.1-1998 Código de Seguridad para
(American Petroleum Institute). Gatos, 15 abril, 1998.
10.3.2 API 2D Práctica recomendada para la 10.6 AISC Instituto Americano del Acero
operación y mantenimiento de grúas costa-afuera, y la Construcción (American Institute for Steel
1 de agosto de 1999 (Recomended Practice for Construction).
operation and Maintenance of Offshore Cranes).
10.6.1 Especificación para el Diseño,
10.3.3 API 2H Especificación para placas de Fabricación y erección de Estructuras de Acero
acero al carbón-manganeso de juntas tubulares de para Edificios, 9ª Edición (Specification for the
plataformas costa-afuera, 1 de agosto de 1999 Design, Fabrication and Erection of Structural Steel
(Specification for Carbon-Manganese Steel Plate for Buildings).
Offshore Plataform Tubular Joins).
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