SEM--TIT--ANAüLISIS-Y-DISEAÔÇÿO-DE-UNA-GRUA

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
 Y ARQUITECTURA 
 UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO 
 
 
México, D.F. Septiemb re 2013 
 
 
“ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA GRUA 
VIAJERA TIPO BIPUENTE” 
 
TESINA 
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: 
INGENIERO CIVIL 
 
PRESENTA: 
ALEJANDRO REBOLLO PERDOMO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Este trabajo está dedicado a todas aquellas personas que contribuyeron con mi 
formación y me alentaron para seguir adelante a lo largo de este camino que 
culmina en la realización de una meta en la vida. 
A mi padre 
Por todo el esfuerzo y las enseñanzas que me ha dado, los consejos y el apoyo 
brindado. Que hizo de mí una persona honrada sincera y trabajadora, y siempre 
estuvo presente cuando más lo necesite que me dio lo mejor del mundo cariño y 
comprensión. 
A su esposa que desde niño se esforzó para que aprendiera, que se preocupó por 
mi bienestar, me apoyo y me alentó para seguir estudiando. 
A la memoria de mi madre 
Por darme la vida a la que dedico este trabajo y este título con todo mi amor, que 
desde donde me ve se sienta orgullosa de mí. 
A mis hermanos 
A todos mis hermanos que me apoyaron, me dieron consejos cuando creí que mi 
camino estaba en otro lugar, y gracias a ellos seguí con mis estudios que logre 
terminar con mucha satisfacción: gracias, Guadalupe, José Luis, Fabiola, Oscar y 
David. 
Al Ingeniero Luis Octavio González Santillán 
 Y Sergio González Santillán 
Que me dieron la oportunidad de trabajar, me alentaron para que terminara con 
mis estudios apoyándome con el tiempo que necesite para que hoy se pudiera 
hacer realidad. Y sobre todo su paciencia y sus enseñanzas. 
A los maestros de la ESIA ZACATENCO, que me enseñaron y me tuvieron 
paciencia los años que me tuvieron como estudiante. 
Mi más sincero agradecimiento a los maestros que me brindaron su apoyo y su 
tiempo para la presentación de este trabajo: mi asesora Ing. Liliana Martínez 
García, miembros del jurado: Ing. Ismael Caballero Guzmán, Ing. Laura González 
Ayala, Ing. Luis Miguel Vázquez Calderón, Ing. Alfredo Mariano Hernández, Ing. 
Amador Ocelolt Paredes, Ing. Alberto Vital Rodríguez. 
 
 
NUNCA DIGAS: “NO PUEDO” 
“No puedo” es la peor frase que se ha escrito o hablado, haciendo más daño que 
la calumnia o las mentiras. Sobre ella muchos espíritus fuertes se han 
quebrantado y con ella muchos buenos propósitos mueren. 
Brota, cada mañana, de los labios de quienes no piensan y nos roban del valor 
que necesitamos durante el día. Suena en nuestros oídos como una advertencia 
enviada a tiempo y se ríe cuando tropezamos y caemos por el camino. 
“No puedo” es la madre de la iniciativa débil; es quien prohíja al terror y al trabajo 
a medio hacer. 
Debilita los esfuerzos de inteligentes artesanos y hace del que labora un indolente 
conformista. 
Envenena el alma del hombre con visión, aplasta en su infancia muchos planes. 
Saluda al trabajo honesto con abierto desprecio y se burla de las esperanzas y lo 
sueños del hombre. 
“No puedo” es una frase que nadie debiera pronunciar sin ruborizarse; el 
pronunciarla debiera ser motivo de vergüenza. 
Diariamente aplasta la ambición y el valor; devasta el propósito del hombre y 
acorta sus metas. Despréciala con todo tu odio por el error que inculca; rehúsale el 
alojamiento que busca en tu mente. 
Ármate contra ella como contra una criatura de terror y todo lo que soñamos algún 
día lo obtendremos. 
“No puedo” es la frase que, para la ambición, es un enemigo emboscado que 
busca destruir nuestra voluntad. Su presa es, para siempre, el hombre con una 
misión y se inclina tan solo ante el valor, la paciencia y la habilidad. 
Ódiala, con odio profundo y permanente, porque una vez bienvenida, quebrantará 
a todo hombre, sin importar la meta que esté buscando. Más bien, sigue 
intentándolo y respóndele a ese demonio diciéndole: “Sí puedo”. 
 
INDICE 
ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA GRÚA VIAJERA TIPO BIPUENTE 
 
Introducción…..……………………………………………………………………………1 
Objetivos……………………………………………………………………….……..……2 
Justificación…………………………………………………………………………..……2 
 
Capítulo I 
GENERALIDADES 
I.-Generalidades………………………………………………………………..……….…4 
I.1 Antecedentes históricos…………………………………………...……………….....4 
I.2 Tipos y clasificación de la grúa……………………………………………….……...5 
I.3 Clasificación por la clase de servicio………………………………….….………....8 
I.3.1 Clase A. Servicio detenido o infrecuente………………………….....…...8 
I.3.2 Clase B. Servicio liviano……………………………………………..……..8 
I.3.3 Clase C. Servicio moderado…………………………………………..……8 
I.3.4 Clase D. Servicio pesado……………………………………………..…….8 
I.3.5 Clase E. Servicio severo………………………………………………..…..9 
I.3.6 Clase F. Servicio severo continúo…………………………………………9 
Capítulo II 
PUENTE GRÚA 
II.- Puente grúa………………………………………………………………………..…11 
II.1 Parte estructural………………………………………………………………..……12 
 
 
Capitulo III 
MEMORIA DE CÁLCULO 
CÁLCULO DEL PUENTE 
 
III.- Diseño mecánico…………………………………………………………………….16 
III.1 Coeficientes dinámicos………………………………………………………….…16 
III.2 Velocidades de elevación……………………………………………………...…..16 
III.3 Polipasto……………………………………………………………………………..16 
III.3.1 Croquis del polipasto……………………………………………………..16 
III.3.2 Ficha técnica del polipasto………………………………………………17 
III.4 Cálculo de esfuerzos debido a cargas verticales móviles……………………..18 
III.5 Cálculo de fuerzas y momentos en el puente…………….……………………..18 
III.6 Cálculo de momento cuando el carro está más próximo al apoyo……………20 
III.7 Cálculo de esfuerzos debido a cargas verticales estáticas…………………….21 
III.7.1 Momento flexionante debido al peso propio x=12.30m…..…………..22 
III.7.2 Momento flexionante debido al peso propio x=1.00m………………..22 
III.7.3 Cortante por carga distribuida…………………………………………..23 
III.8 Resumen de esfuerzos debido a cargas verticales……………………………..23 
III.9 Cálculo de esfuerzos debido al frenado del puente…………………………….24 
III.10 Diseño de la viga cajón……………………….………………………………….24 
III.10.1 Características del acero A-36…………………….…………………..24 
III.10.2 Sección cajón propuesta………………………….……………………25 
III.10.3 Proporciones del cajón…………………………………………………25 
III.10.4 Diafragmas……………………………………………………………….26 
III.10.5 Sección propuesta………………………………………………………26 
III.10.6 Cálculo de la inercia…………………………………………………….27 
III.10.7 Cálculo de esfuerzos (flexión)……………………………….….….….27 
III.10.8 Cálculo de esfuerzos (cortantes)…………………………….…….….28 
III.10.9 Revisión de pandeo en el alma……………………………….….……28 
III.10.10 Revisión de pandeo en los patines…………………………..………28 
III.10.11 Esfuerzos cortantes en las secciones de la viga…….…………….28 
III.11 Revisión contra la teoría de falla de Von Misses……………………....……...29 
III.12 Comprobación del pandeo lateral……………………………………………….29 
III.13 Diseño de las secciones extremas………………………………………………30 
III.13.1 Calculo de esfuerzos debido a cargas verticales……………………30 
III.13.2 Diagramas de cortantes y flexionantes……………………………….30 
III.13.3 Sección propuesta………………………………………………………………32 
III.13.4 Revisión de la teoría de falla de Von Misses………………………………...33 
III.13.5 Calculo de la flecha……………………………………………………………..34 
III.13.5.1 Cálculo de la carga de servicio equivalente……………………….34 
III.13.6 Cálculo de la soldadura………………………………………………………...35 
III.13.7 Trabe puente ensamblada……………………………………………………..36 
Capitulo IV 
MEMORIA DE CÁLCULO 
CÁLCULO DE LA TRABE CARRIL 
IV. Cálculo de la trabe carril……………………………………………………….……38 
IV.1 Diseño mecánico……………………………………………………………...……38 
IV.2 Coeficientes dinámicos…………………………………………………………….38 
IV.3 Cabezal……………………………………………………………………………...39 
I.3.1 Ficha técnica del cabezal………………………………………………….40 
IV.4 Factores dinámicos………………………………………………………………...41 
IV.5 Análisis estático…………………………………………………..........................43 
IV.5.1 Peso propio dela viga…………………………………………………...44 
IV.5.2 Cargas (dinámicas + estáticas)………………………………….……...45 
IV.5.3 Esfuerzos verticales….…………………………………………………..46 
IV.5.4 Esfuerzos horizontales…………………………………………………..46 
IV.5.5 Cálculo de la flecha………………………………………………………46 
Capítulo V 
MEMORIA DE CÁLCULO 
CÁLCULO DE LA COLUMNA 
V.1 Cálculo de la columna……………………………………………………………...48 
V.2 Sección de la columna……………………………………………………………..49 
V.3 Revisión de la columna a flexo compresión……………………………………..50 
Capítulo VI 
ANÁLISIS DE RESULTADOS 
VI.1 Análisis esperados…………………………………………………………………52 
VI.2 Análisis obtenidos……………………………………………………………….…52 
VI.3 Análisis de resultados en trabe puente………………………………………….53 
VI.3.1 Resultados por tensión máxima………………………………………..53 
VI.3.2 Resultados por deformación máxima………………………………….54 
VI.4 Análisis de resultados en trabe carril…………………………………………….55 
VI.4.1 Resultados por tensión máxima………………………………………..55 
VI.4.2 Resultados por deformación máxima………………………………….56 
 
 
Conclusiones……………………………………………………………………………..57 
Bibliografía………………………………………………………………………………..58 
INDICE DE PLANOS 
Plano 01 Puente grúa……………………………………………………………………59 
Plano 02 Sección puente………………………………………………………………..60 
Plano 03 Sección puente………………………………………………………………..61 
 
 
1 
 
INTRODUCCIÓN 
En el presente proyecto que lleva por título análisis y diseño de una grúa viajera 
tipo bipuente con capacidad de 30 toneladas. Se desarrolla la ingeniería básica 
para el cálculo y diseño de la grúa, mediante diagramas de cuerpo libre, 
ecuaciones de equilibrio, cálculos de esfuerzo y deformación, se fueron definiendo 
las geometrías y dimensiones de los componentes del puente, trabe carril etc. 
proponiendo secciones y comprobando mediante las fórmulas de proporciones del 
cajón, establecidas por la CMAA, revisando en cada elemento los valores 
permisibles los cuales al no rebasar estos valores se tomaron como correctos para 
la definición de la sección de nuestros elementos, ( Manual de Construcción en 
Acero sección 1.5.1.2 Diseño por Cortante, sección 1.5.1.3.4 Diseño por 
Compresión, sección 1.5.1.4 Diseño por flexión). 
Este procedimiento se llevó a cabo de acuerdo a las normas (CMAA, Crane 
Manufacurers Association of América, Normas Técnicas complementarias Para 
Diseño y Construcción de Estructuras Metálicas art. 7.3 Deflexiones, Vibraciones y 
Desplazamientos Laterales, AISC, Manual de Construcción En Acero) y a factores 
de seguridad que son indicados por los manuales de diseño, y que restringen los 
esfuerzos admisibles así como la deformación admisible. Cada uno de los 
elementos diseñados fue revisado asegurando que estos no fallaran. 
Algunos de los elementos que no requieren ser diseñados tales como polipastos, 
rodamientos riel etc. Ya que se puede disponer de ellos en el mercado como un 
producto ya terminado, el proveedor deberá de proporcionar la ficha técnica. 
La memoria de cálculo que en este trabajo se presenta, se comprueba con la 
ayuda del software SolidWorks en el cual se realizaron simulaciones de las 
condiciones de carga a las que los elementos de la grúa estarán sometidos con 
ayuda del método de elementos finitos. Las simulaciones que se realizaran con los 
software se ejemplificaran de manera resumida se presentaran de manera 
comparativa con los resultados obtenidos. 
 
 
 
 
 
 
2 
 
OBJETIVO 
Objetivo general: 
Analizar, diseñar y definir a detalle los elementos más importantes de una grúa 
viajera tipo bipuente, para que pueda ser aplicada en la industria de forma 
eficiente y segura. 
Se plantearon todas aquellas cargas que influyen para el cálculo de la grúa 
viajera. Considerando las condiciones así como los factores que sugiere la CMMA 
(Crane Manufacturers Associatión Of América " CMAA”). 
Con nuestra capacidad de carga que se nos estipulo en el proyecto, se eligió un 
polipasto, el cual teniendo la ficha técnica, se obtuvo el peso del mismo, así con 
los factores que se establecen para el cálculo de las grúas viajeras se obtuvo el 
peso que estaría actuando en el puente. Y con este peso se comenzó a diseñar 
las partes de la grúa tipo bipuente. Teniendo al final las secciones diseñadas 
capaces de soportar la carga requerida de proyecto. 
 
JUSTIFICACIÓN 
En general podemos decir que la justificación de este proyecto es que, se debe 
desarrollar la ingeniería básica para el manejo de materiales pesados, ya que es 
necesario contar con equipos que permitan el transporte de diversos componentes 
de la forma más rápida eficiente y segura, es por ello que se analiza y diseña una 
grúa viajera tipo bipuente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
 
 
Y ARQUITECTURA 
 
 
UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO I 
GENERALIDADES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
I. GENERALIDADES 
Una grúa es una maquina formada por un conjunto de mecanismos 
combinados entre sí en forma armónica que recibe energía y la transforma en 
trabajo. Significa que puede recibir energía eléctrica, en el caso de las grúas 
eléctricas, o energía mecánica, por medio de la fuerza humana en caso de grúas 
manuales y es capaz de transformar la energía recibida en diferentes tipos de 
trabajos tales como subir, bajar, o rotar o simplemente desplazar cargas diversas. 
 Las grúas pueden utilizarse en almacenes y en diversas líneas de 
producción como puede ser industrias de acero, cementeras, azucareras, 
automotriz, minera, petrolera etc. Así como en plantas termoeléctricas, muelles y 
todos aquellos lugares donde se requiere manejar volúmenes de gran peso, 
haciendo el traslado con rapidez, eficiencia y seguridad. 
 
I.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS 
La grúa es la "evolución" del puntal de carga que, desde la antigüedad, se 
ha venido utilizando para realizar diversas tareas. Aunque sus fundamentos fueron 
propuestos por Blaise Pascal en pleno Barroco, fue patentada por Luz Nadina. 
Existen documentos antiguos donde se evidencia el uso de máquinas semejantes 
a grúas por los Sumerios y Caldeos, transmitiendo estos conocimientos a los 
Egipcios. 
Los primeros vestigios del uso de las grúas aparece en la Antigua Grecia 
alrededor del s. VI. Se trata de marcas de pinzas de hierro en los bloques de 
piedra de los templos. Se evidencia en estas marcas su propósito para la 
elevación ya que están realizadas en el centro de gravedad o en pares 
equidistantes de un punto sobre el centro de gravedad de los bloques. 
El apogeo de la grúa en épocas antiguas llegó antes del Imperio Romano, 
cuando se incrementó el trabajo de construcción en edificios que alcanzaron 
dimensiones enormes. Los romanos adoptaron la grúa griega y la desarrollaron. 
La grúa romana más simple, el Trispastos, consistió en una horca de una 
sola viga, un torno, una cuerda, y un bloque que contenía tres poleas. Teniendo 
así una ventaja mecánica de 3:1, se ha calculado que un solo hombre que 
trabajaba con el torno podría levantar 150 kilogramos (3 poleas x 50 kg = 150), si 
se asume que 50 kilogramos representan el esfuerzo máximo que un hombre 
puede ejercer sobre un período más largo. 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Puntal
http://es.wikipedia.org/wiki/Blaise_Pascal
http://es.wikipedia.org/wiki/Barroco
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Luz_Nadina&action=edit&redlink=1
http://es.wikipedia.org/wiki/Sumeria
http://es.wikipedia.org/wiki/Caldeos
http://es.wikipedia.org/wiki/Antiguo_Egipto
http://es.wikipedia.org/wiki/Antigua_Grecia
http://es.wikipedia.org/wiki/S._VI
http://es.wikipedia.org/wiki/Kg
5 
 
En 1980 se desarrollan las primeras grúas operadas eléctricamente, lo hicieron 
con tres motores, un motor independientepara el movimiento del carro, otro para 
el puente y el último para el sistema de levantamiento, logrando en un principio, 
conseguir bajas velocidades y capacidades muy limitadas. 
En 1970 la CMMA (Crane Manufactures Association of America) Asociación 
Americana Manufacturera de Grúas, introdujo la especificación número 70 en la 
que se mencionaban los estándares de diseño para propósitos generales de la 
grúa viajera de doble puente y de la grúa portal. Estas grúas son útiles en 
almacenes y líneas de producción con operaciones de maquinado, ensamble, 
empaque, embarques y en general en cualquier industria donde se requiera 
movimientos de materiales o equipos. 
I.2 TIPOS Y CLASIFICACIÓN DE LAS GRÚAS 
• Manuales: estas grúas se diseñaron y construyeron para trabajar con 
capacidades bajas, máximo de 10 toneladas. Y en donde todos y cada uno 
de los movimientos de las grúas son operados en forma manual. 
 
• Figura 1.1. se muestra una grúa manual con una capacidad de carga de 2 
toneladas. 
 
 Fig. 1.1 Grúa manual. 
https://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&docid=xtCvCKYDbESinM&tbnid=pv3GhzVk3qSKuM:&ved=0CAUQjRw&url=https://sites.google.com/site/polipastosygruasequiser/classroom-pictures&ei=-FeeUeL2GpHm8wTaxIGgBQ&bvm=bv.46865395,d.eWU&psig=AFQjCNGLWOPm-eXl0YVZ4h0o4PFPXs760g&ust=1369418095603397
6 
 
• Eléctricas: se distinguen dos tipos de grúas operadas eléctricamente, las 
que se accionan desde el piso por medio de estaciones de botones, y las 
que son directamente accionadas desde la cabina. 
Las grúas eléctricas operadas desde el piso por medio de botoneras, se 
construye con una capacidad máxima de 15 toneladas. Las velocidades del 
puente son lentas, su velocidad máxima permisible es de 45 m/min. 
Figura 1.2. Grúa eléctrica 
 
BOTONERAS 
Fig. 1.2 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=Lej9arLOwVeiGM&tbnid=_Lhtlac0pCuTMM:&ved=0CAUQjRw&url=http://paginas.seccionamarilla.com.mx/irrsa-comercial-sa-de-cv/polipastos-electricos/coahuila/saltillo/-/-/&ei=_VyeUbjVEojm9gTQs4GwCQ&psig=AFQjCNGLWOPm-eXl0YVZ4h0o4PFPXs760g&ust=1369418095603397
7 
 
• Mixtas: son aquellas grúas en donde una parte de sus movimientos son de 
operación manual y otra parte opera eléctricamente por medio de botoneras 
desde el piso, figura 1.3. 
 
BOTONERAS 
Fig.1.3. Grúa mixta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRABE 
PUENTE 
POLIPASTO 
TRABE 
CARRIL 
CABEZAL 
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=SBFnuntwGH5NpM&tbnid=j6a7vmwPUsoL3M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.directindustry.es/prod/verlinde/componentes-de-puentes-gruas-8590-53955.html&ei=hl2eUfq8MYO29QTRmYG4Aw&psig=AFQjCNGLWOPm-eXl0YVZ4h0o4PFPXs760g&ust=1369418095603397
8 
 
I.3 CLASIFICACIÓN DE LAS GRUAS POR LA CLASE DE SERVICIO 
• Clase A ( servicio detenido o infrecuente) 
• Clase B ( servicio liviano ) 
• Clase C ( servicio moderado ) 
• Clase D ( servicio pesado ) 
• Clase E ( servicio severo ) 
• Clase F ( servicio severo continuo ) 
I.3.1 Clase A. Servicio detenido o infrecuente 
Esta clase de servicio cubre las grúas que pueden ser usadas en 
instalaciones tales como centrales eléctricas, servicios públicos, salas de turbinas, 
salas de motores y estaciones transformadoras, donde se requiere de una 
manipulación precisa del equipo a bajas velocidades con largos períodos de ocio 
entre los levantes. Las cargas a capacidad pueden ser manipuladas por la 
instalación inicial del equipo y para el mantenimiento infrecuente. 
I.3.2 Clase B. Servicio liviano 
Este servicio cubre las grúas que pueden ser usadas en talleres de 
reparación, operaciones de montaje liviano, servicio de edificios, bodegaje liviano, 
etc., donde los requerimientos de servicio son livianos y la velocidad es lenta. Las 
cargas pueden variar desde sin carga a cargas nominales totales ocasionales, con 
dos a cinco levantes por hora, promediando 10 pies por levante. 
I.3.3 Clase C. Servicio moderado 
Este servicio cubre las grúas que pueden ser usadas en talleres de tornos o 
salas de máquinas de molinos de papel, etc., donde los requerimientos de servicio 
son moderados. En este tipo de servicio la grúa puede manipular cargas que 
promedien un 50% de la capacidad nominal con 5 a 10 levantes por hora, 
promediando 15 pies, sin exceder el 50% del levante a capacidad nominal. 
I.3.4 Clase D. Servicio pesado 
Este servicio cubre las grúas que pueden ser usadas en talleres de 
máquinas pesadas, fundiciones, plantas de fabricación, bodegas de acero, patios 
de contenedores, molinos de madera, etc., y operaciones estándares de trabajo 
con canasta e imán donde se requiere una producción de trabajo pesado. En este 
tipo de servicio, las cargas que se aproximan al 50% de la capacidad nominal 
serán manipuladas en forma constante durante el período de trabajo. 
9 
 
Altas velocidades son deseables para este tipo de servicio con 10 a 20 levantes 
por hora, promediando 15 pies, sin exceder el 65% de los levantes a capacidad 
nominal. 
 
I.3.5 Clase E. Servicio severo 
Este tipo de servicio requiere de una grúa capaz de manipular cargas que 
se aproximan a la capacidad nominal a través de toda su vida. Las aplicaciones 
pueden incluir grúas con imán, canasta o una combinación de imán/canasta, para 
patios de deshechos, molinos de cemento, molinos de madera, plantas 
fertilizantes, manipulación de contenedores, etc., con veinte o más levantes por 
hora a o alrededor de la capacidad nominal. 
I.3.6 Clase F. Servicio severo continúo 
Este tipo de grúa requiere de una grúa capaz de manipular cargas que se 
aproximan a la capacidad nominal en forma continúa bajo severas condiciones de 
servicio a lo largo de toda su vida. Las aplicaciones pueden incluir grúas de 
especialidad diseñadas para el cliente, esenciales para efectuar las tareas de 
trabajo crítico que afectan la instalación de producción completa. Estas grúas 
pueden proveer la más alta confiabilidad con atención especial para facilitar las 
características de mantenimiento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
 
 
Y ARQUITECTURA 
 
 
UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO II 
PUENTE GRÚA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
II. PUENTE GRUA 
 Un puente-grúa, es un tipo de grúa que se utiliza en fábricas e industrias, 
para izar y desplazar cargas pesadas, permitiendo que se puedan movilizar piezas 
de gran porte en forma horizontal y vertical. Un puente-grúa se compone de un par 
de rieles paralelos ubicados a gran altura sobre los laterales del edificio con un 
puente metálico (viga) desplazable que cubre el espacio entre ellas. El gancho, el 
dispositivo de izaje de la grúa, se desplaza junto con el puente sobre el cual se 
encuentra; el gancho a su vez se encuentra alojado sobre otro riel que le permite 
moverse para ubicarse en posiciones entre los dos rieles principales. 
Beneficios de usar este tipo de grúas: 
• Capacidad para el movimiento de grandes cargas, por su construcción. 
• Capacidad de mayor movilidad 
• Aprovechamiento de la superficie 
 
 
 
 
Figura 2.1 Grúa tipo monopuente. 
 
 
CABEZAL 
BOTONERA 
TRABE 
PUENTE 
http://es.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%BAa
http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%A1brica
http://es.wikipedia.org/wiki/Industria
http://es.wikipedia.org/wiki/Carga
http://es.wikipedia.org/wiki/Horizontal
http://es.wikipedia.org/wiki/Vertical
http://es.wikipedia.org/wiki/Edificio
http://es.wikipedia.org/wiki/Guinche
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=JK4vBYm--wl4HM&tbnid=9_ThzF6zycWATM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.gruasa.com/puentes.php&ei=-myeUY_MK47Q9AT9-YD4Bg&psig=AFQjCNGLWOPm-eXl0YVZ4h0o4PFPXs760g&ust=136941809560339712 
 
 
Figura 2.2 Grúa tipo bipuente. 
II.1 PARTE ESTRUCTURAL 
Puente: Parte estructural de la grúa formada por trabes de acero, 
generalmente se utiliza acero A-36, elaborado a base de placas, es de los más 
grandes elementos y más pesados en la grúa. 
El puente se desplaza por medio de rieles a lo largo de la nave en sentido 
perpendicular a las trabes carril. 
 
Figura 2.3 Puente Grúa. 
 
TRABE 
PUENTE 
CABEZAL 
POLIPASTO 
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=THvtremqvXX0CM&tbnid=ucZEEqgF3L6IbM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.directindustry.es/prod/kci-konecranes-international/puentes-gruas-de-rieles-dobles-16156-36705.html&ei=vGyeUeazOYOe9QTv24GgBw&psig=AFQjCNGLWOPm-eXl0YVZ4h0o4PFPXs760g&ust=1369418095603397
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=CMV9BJWmdEqVLM&tbnid=zl8JDi_utlpf5M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.boletinindustrial.com/producto-imagen.aspx?pid=58191&ei=VI2eUdrjG4Oe9QTv24GgBw&psig=AFQjCNGLWOPm-eXl0YVZ4h0o4PFPXs760g&ust=1369418095603397
13 
 
Carro: Es la estructura que soporta y aloja los componentes que forman el 
sistema de elevación para grúas equipadas con malacate abierto o bien para 
soportar el polipasto para las grúas equipadas con este tipo de componente. 
Se puede construir como una unidad o bien en secciones dependiendo 
básicamente de su peso y dimensiones. Su forma, dimensiones y peso son 
variables, ya que se diseñan y construyen acorde a las necesidades de cada grúa, 
las cuales varían según su capacidad de carga y tipo de servicio. 
 
Figura 2.4 Bastidor con polipasto eléctrico. 
Cabezales: Estructuras metálicas cuya función es soportar y mantener 
unidas las trabes del puente de la grúa, además de alojar las ruedas motrices y 
conducidas del puente. La construcción de los cabezales pueden ser formados por 
una sola unidad para soportar el número de trabes que posea el puente o bien en 
pequeñas e independientes para cada trabe del puente. 
 
Figura 2.5 Cabezal. 
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=pBSk7d-p-_IloM&tbnid=wc4qfBGYSgyxJM:&ved=0CAUQjRw&url=http://articulo.mercadolibre.com.mx/MLM-421028788-polipastos-electrico-h-lift-yale-endor-gruas-viajeras-_JM&ei=8o2eUYCLD5GO9ASJ5IGYBw&psig=AFQjCNGLWOPm-eXl0YVZ4h0o4PFPXs760g&ust=1369418095603397
http://www.boletinindustrial.com/producto.aspx?pid=6175
14 
 
Trabe carril: Estructura cuya función es soportar las trabes puente de la grúa, y 
por las cuales se efectúa el desplazamiento y guía de las mismas. Las trabes carril 
pueden ser diseñadas por perfiles IPR, según se requieran las dimensiones. 
 
 
Figura 2.6 Trabe Carril 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=rDSLULsNZzj6UM&tbnid=nKIkoiUDbNDw0M:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.izateq.com/gruas-viajeras&ei=x5GeUeqcNYyA9gTS9IHwCg&bvm=bv.47008514,d.dmQ&psig=AFQjCNHmbMRRo9XOM_vaMuahvLgE4oRM-g&ust=1369432818077948
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
 
 
Y ARQUITECTURA 
 
 
UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO III 
MEMORÁ DE CÁLCULO 
CÁLCULO DEL PUENTE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16 
 
III.- DISEÑO MECÁNICO (Datos de diseño) 
Capacidad……………… 30 toneladas 
Claro……………………..25 metros 
Tipo de servicio…………” C “ 
Izaje………………………8 metros 
III.1 Coeficientes dinámicos 
Coeficiente dinámico de elevación………..1.25 
Coeficiente dinámico de ponderación 
Acciones permanentes……………………..1.33 
Coeficiente dinámico de ponderación 
Acciones variables……………………….....1.50 
III.2 Velocidades de operación 
Gancho…………………………………..6 m/ min 
Carro…………………………………….20 m/ min 
III.3 Polipasto 
III.3.1 Croquis del polipasto 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
III.3.2 Ficha técnica del polipasto 
 
 
 
 
18 
 
III.4 CÁLCULO DE ESFUERZO DEBIDO A CARGAS VERTICALES 
 
Figura 3.4 distribución de cargas en el puente 
Las ruedas del polipasto transmiten a cada una de las vigas principales del puente 
dos cargas móviles ponderadas teniendo el siguiente valor: 
 
P= 30,000 kg (1.25) (1.5) + 3200 kg (1.33) = 15126.50 kg 
 
4 
 
 III.5 CÁLCULO DE FUERZAS Y MOMENTOS EN EL PUENTE 
Considerando una cuarta parte de la distancia entre ruedas del polipasto 
coincidente con el centro del puente (Crane Manufacturers Associatión Of América 
" CMAA”). 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.5.1 Diagrama de fuerzas actuantes 
 
 
 
19 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.5.2 Diagrama de cortante 
 
 
Figura 3.5.3 Diagrama de momento 
∑MA=0 
 – (15126.50*12.30)-(15126.50*13.10)+ 25RB=0 
Rb= (15126.50*12.30)+(15126.50*13.10) = 15368.52 Kg 
25 
 
∑MB=0 
 – (15126.50*11.90)-(15126.50*12.7)+ 25RA=0 
 
 
 
 
Ra= (15126.50*11.90)+(15126.50*12.7) = 14884.48 kg 
25 
 
20 
 
III.6 CÁLCULO DE MOMENTO CUANDO EL CARRO ESTA LO MÁS PROXIMO 
AL APOYO. 
 
 
 
 
 
Figura 3.6.1 Diagrama de fuerza actuante a 1 metro. 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.6.2 Diagrama de cortante 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.6.3 Diagrama de momento 
 
 
21 
 
∑MA=0 
 – (15126.50*12.30)-(15126.50*13.10)+ 25RA=0 
Rb= (15126.50*1.0)+(15126.50*1.80) = 1694.168 kg 25 
 ∑MB=0 
 – (15126.50*24.0)-(15126.50*23.20)+ 25RA=0 
RA= (15126.50*24.0)+(15126.50*23.20) = 28558.83 kg 25 
 
III.7 CÁLCULO DE ESFUERZOS DEBIDO A CARGAS VERTICALES 
ESTÁTICAS 
La carga estática es el peso propio del puente 
 
= 11000 kg 
 
 
 
 
W 11000*1.33 = 585.20 kg/m 
 
25 
 
 
 
 
Figura 3.7.1 Diagrama de fuerzas debido al peso propio 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.7.2 Diagrama de cortante 
 
 
22 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.7.3 Diagrama de momento 
III.7.1 MOMENTO FLEXIONANTE DEBIDO AL PESO PROPIO DE LA SECCIÓN 
EN: X = 12.30 m. 
 
M (X=12.30) = wx (L-X) = 585.2 kg/m = (12.3) (25-12.3) 
 
2 
 
2 
 M máx.= 45707.05 kg-m. 
III.7.2 MOMENTO FLEXIONANTE DEBIDO AL PESO PROPIO DE LA SECCIÓN 
EN: X= 1.00 m. 
 M (X= 1.00) 
 M = 7022.40 kg-m 
En la sección X= 12.30, donde se produce el momento flexionante máximo y para 
la posición de las cargas que provocan dicho momento máximo será: 
 V (x=12.30) = Ra = 14884.55 kg 
El esfuerzo cortante máximo sobre la viga, se producirá en secciones a la 
izquierda de la posición más próxima al apoyo que la rueda del polipasto pueda 
alcanzar X = 1. 
 V (x=1.00) = Ra = 28558.98 kg 
 
 
= wx (L-X) = 585.2 kg/m = ( 1.00 ) ( 25-1.00) 
 
2 
 
2 
 
23 
 
III.7.3 CORTANTE POR CARGA DISTRIBUIDA (SELFT WEIGHT) PESO 
PROPIO 
Debido a la carga uniforme-mente distribuida para una sección a una distancia 
" x " del apoyo el cortante es igual: 
Vx = WL - ( q * x ) 
2 
 
Para x = 12.30 y x = 1.00 
V (12.30) = 585.20 * 25 - (585.20 *12.30) = 117.04 kg 
2 
 
V ( 1.00) = 585.20* 25 - (585.20 *1.00 ) = 6729.80 kg 
2 
 
III.8 RESUMEN DE ESFUERZOS DEBIDO A CARGAS VERTICALES 
Sección (x = 1 m) 
M 1x = 28558.98 +7022.40 = 
 
35581.38 Kg.m 
V 1x = 28558.98 g + 6729.8kg = 35288.78 kg 
 
Sección (x = 12.30 m) 
M 2x = 183548.92+45707.046 = 229255.97 Kg.m 
 V 2x = 14884.55 + 117.04= 15001.59 kg 
 
 
 
 
 
 
 
 
24 
 
III.9 CÁLCULO DE ESFUERZOS DEBIDO AL FRENADO DEL PUENTE 
Cuando se produce el frenado longitudinal del puente aparecen unas fuerzas de 
inercia que podemos considerar iguales a la séptima parte de las cargas 
verticales. 
Sección x=1 
M1y= 1/7 (35581.38)= 5083.054 kg.m 
V1y= 1/7 (35288.78)= 5041.254 kg 
Sección x=12.30 
M2y= 1/7 (229255.97)= 32750.852 kg.m 
V2y= 1/7 (15001.59)= 2143.084 kg 
III.10 DISEÑO DE LA VIGA CAJÓNProponemos una sección en cajón tal que sus almas sean capaces de soportar 
por si solas, las fuerzas tangenciales debidas a los esfuerzos cortantes. Se 
calculara, el esfuerzo de comparación originado solamente por los momentos 
flectores sin tener en cuenta el efecto de los cortantes. 
Una vez que se defina la sección se comprobara que esta es capaz de soportar 
todos los esfuerzos. 
III.10.1 CARACTERISTICAS DEL ACERO A-36 
σ adm = 1518 kg/cm² (Manual IMCA, art. 1.5.1.4.1 Diseño por flexión) 
τ adm = 1012 kg/cm² (Manual IMCA, art. 1.5.1.2 Diseño por cortante) 
σz = M2X + M2 Y ≤ σ adm 
SX 
 
SY 
E= 2.1 kg/cm² 
σ adm= 0.6 FY * 2530 kg/cm² 
τ adm= 0.4 FY * 2530 kg/cm² 
σ τ = 1237 kg/cm² cuando b/bf ≤ 38 
σ c = 1237 √((38/𝑏/𝑏𝑓)³ cuando b/bf ≥38 
 
25 
 
III.10.2 SECCIÓN CAJON PROPUESTA 
a = Distancia longitudinal entre 2 diafragmas o atiesadores transversales 
 (cm). 
l = Claro del puente (cm). 
b = Distancia entre las placas del alma de la trabe (cm). 
tf = Espesor de los patines de la trabe. 
σc = Máximo esfuerzo a la compresión (kg/cm²). 
σt = Máximo esfuerzo a la tensión (kg/cm²). 
h = Peralte del alma de la trabe (cm). 
As = Área de la sección transversal de un atiesador (cm²). 
K = Relación σc/σt. 
tw = Espesor de la placa del alma. 
III.10.3 PROPORCIONES DEL CAJÓN (Manual CMAA, sección 3.5 Design 
limitations) 
l/h = no deberá ser mayor a 25. 
l/b = no deberá ser mayor de 60. 
b/tf = no deberá ser mayor de 60. 
 25 > 19.82 ok 
 
d = 2500 = 52.676 
60 > 52.68 
 
ok 
b 47.46 
 
b = 47.46 = 24.848 < 60 ok 
tf 1.9 
 
b = 47.46 = 24.848 < 60 ok 
tf 1.9 
 
L= l = 2500 = 19.813 
h 126.18 
26 
 
III.10.4 DIAFRAGMAS 
Sección PL ½’’ 47 X 42 cm. 
1 h 
1 126.18 = 42.06 CM 
3 
 
3 
 
 
Distancia entre diafragmas 100 cm. 
III.10.5 SECCIÓN PROPUESTA 
 
 
Figura 3.8.1 Sección del puente 
27 
 
 
 
III.10.5 CÁLCULO DEL CENTROIDE DEL CAJON 
Y= E Ay = (1.9*60*0.9)+(2*1*116.1*60)+(60*1.9*119.0) = 35622.021 
E A (1.9*60)+(2*1*111.18)+(60*1.9) 549.6972 
 
Y= 65.00 cm. 
III.10.6 CÁLCULO DE LA INERCIA 
Inercia en “x “ 
Ix= (60*1.91³/12)+(60*1.91)*(64.05²)+(2(1.27*126.18³/12))+ 
(2)(1.27*126.18)(0²)+(60*1.91³/12)+(60*1.91)(64.05²)= 
Ix= 1365423.675 cm⁴ 
Sx= 1365423.675 = 21070.38147 cm³ 
65.00 
 
Inercia en “y” 
Iy= (1.91*60³/12)+(1.91*60³/12))+(2(116.18*1.27³/12))+ (2) (116.18*1.27) 
(24.37²)= 
Iy= 259145.371 cm⁴ 
Sy= 259145.371 = 8638.179034 cm³ 
30.00 
III.10.7 CÁLCULO DE ESFUERZOS (FLEXIÓN) 
σz ≤ σ adm 
σz= M 2x + M 2y 
Sx Sy 
 
σz= 22925596.6 + 3275085.229 = 1467.19 kg/cm² 
21070.38147 8638.179034 
 
1497.19 kg/cm² ≤ 2530 kg/cm² 
28 
 
F.S.= 1518 = 1.03 
1467.19 
 
 
III.10.8 CÁLCULO DE ESFUERZOS (CORTANTES) 
2 * tw * h V1 x = 2*1.2*110 ≥ 35288.78 kg = 
τadm 1012.00 kg/cm² 
 
279.40 cm² ≥ 34.87 cm² pasa ok 
2 * b * tf V1 y = 2*48*1.91 ≥ 5041.25 kg = 
τadm 1012.00 kg/cm² 
 
183.36 cm² ≥ 4.98 cm² pasa ok 
III.10.9 REVISIÓN DE PANDEO EN EL ALMA 
2 * tw * h V1 x = 2*1.2*110 ≥ 35288.78 kg = 
τadm 1012.00 kg/cm² 
 
0.0201 ≥ 0.014 ok 
III.10.10 REVISIÓN DE PANDEO EN LOS PATINES 
tf* (t) ≥ 0.014 
1.91 ≥ 0.014 0.0398 ≥ 0.014 ok b 
 
48 
 
tf* (t) ≥ 0.014 
1.91 ≥ 0.014 0.0398 ≥ 0.014 ok b 
 
48 
 
III.10.11 ESFUERZOS CORTANTES EN LAS SECCIONES DE LA VIGA 
τ yz= V 2x = 15001.59 = 50.84 kg/cm² 
2*tw*h 2*1.2*116.18 
 
τ xz= V 2y = 2143.08 = 11.69 kg/cm² 
2*b*tf 2*47.4*1.91 
29 
 
 
III.11 REVISIÓN CONTRA LA TEORIA DE LA FALLA DE VON MISSES 
σco= �𝜎²𝑧 + 3𝜏²𝑦𝑧 + 3𝜏𝑥𝑧 
 
 
 
σc0= √(1500.51)² + 3 (51.83²)+ 3 (11.92)² = 1469.97 kg/cm² 
σco < σ adm 
1469.97 kg/cm² < 1518 kg/cm² pasa ok 
III.12 COMPROBACIÓN DEL PANDEO LATERAL 
Se debe cumplir Mmáx < Mcrit 
 𝑴 𝒄𝒓𝒊𝒕 = 
𝝅
𝑳𝑲 �
𝑬𝑮 ∗ 𝑰𝒚 𝑰𝒕 =
𝟎.𝟒𝟏
𝑳𝑲(𝒎)
�𝑰𝒚(𝒄𝒎𝟒) ∗ 𝑰𝒕 (𝒄𝒎𝟒) 
Iy= 259145.3710 cm⁴ 
L= 25 m 
It= 4 * A² * tw 
4 * P 
 
A= b (h+tw)= 47.46*(126.18+1.27)= 5322.312 cm³ 
p= 2*b+2(h*tw)= 2.47.46+2*(126.18+1.27)= 415.417 cm³ 
tw =1.27 cm 
Por lo tanto: 
It= 4 * 4904.712² *1.27 = 86600.40167 cm⁴ 
390.0172 
 
M crit = 0.41 
 
 
 
 
= 2456.83 t-m 
25 
 Mmax < Mcrit 
Este momento crítico de pandeo lateral resulta muy superior al momento flector 
aplicado sobre la viga. No hay peligro de pandeo lateral. 
30 
 
III.13 DISEÑO DE LAS SECCIONES EXTREMAS 
Estas secciones del puente grúa se diseñan para que sean capaces de soportar 
los esfuerzos máximos en x = 0.5 metros, para la posición más desfavorable de 
las cargas móviles. 
 
Figura 3.8.2 Diagrama de fuerzas cercanas al apoyo 
III.13.1 CÁLCULO DE ESFUERZOS DEBIDO A CRAGAS VERTICALES 
∑ MA = 0 (15126.50*1)+ (15126.50*1.8)+ (14630 * 12.5)-25 RB = 0 
RB= 9009.17 kg 
∑ MB = 0 (15126.50*23.2)+ (15126.50*24)+ (14630 * 12.5)-25 RA = 0 
RA= 35738.83 kg 
III.13.2 DIAGRAMAS DE CORTANTES Y FLEXIONANTES 
Estos diagramas son una combinación de cargas móviles y estáticas y estas serán 
la séptima parte de los correspondientes originadas por las cargas móviles y 
podemos determinar los esfuerzos debido al frenado en x= 0.5 m. 
 
 
 
 
 
 
 
31 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.8.3 Diagrama de fuerzas actuantes 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.8.4 Diagrama de cortante 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.8.5 Diagrama de momento 
 
 
 
 
32 
 
M (x=0.5)= 28310.58 kg.m 
My= 28310.58 KG.M = 4044.37 kg-m 
7 
 
V (x=0.5)= 51535.09 kg.m 
My= 51535.09 KG.M = 7362.16 kg-m 
7 
 
 
III.13.3 SECCIÓN PROPUESTA 
 
 
Figura 3.8.6 Sección del puente (extremo) 
 
 
 
 
 
33 
 
En el diseño mantendremos los valores de "tw", " tf ", “ b" y "d" ya calculados 
correspondientes a las secciones centrales. 
2 * tw* h ≥ Vx 
τ adm 
 
2*tw*h = 2*1.27*36.18 = 91.897 cm² 
Vx = 51535.09 KG.M = 50.924 cm² 
τadm 1012 KG/CM² 
 
91.897 ≥ 50.92 pasa ok 
El esfuerzo de Von Misses originado por la combinación de esfuerzos verticales y 
de frenaje debe ser inferior al esfuerzo de fluencia. 
σz= M x + M y 
Sx Sy 
 
σz= 2831058 + 404436.86 = 481.94 kg/cm² 
7380.704 4111.660 
 
481.94 kg/cm² ≤ 2530 kg/cm² 
 
III.13.4 REVISIÓN DE LA TEORIA DE FALLA DE VON MISSES 
σco= 
 
 
τyz= V x = 42761.23 = 465.32 kg/cm² 
2*tw*h 2*1.2*36.18 
 
τ yz= V 2y = 5105.55 = 27.84 kg/cm² 
2*b*tf 2*47.4*1.91 
 
 
34 
 
σco= √ (409.48)² + 3 (443.99²)+ 3 (26.32)² = 940.29 kg/cm² 
σco < σ adm 
940.29 kg/cm² < 1518 kg/cm² pasa ok 
 
III.13.5 CÁLCULO DE LA FLECHA 
Desplazamiento máximo permisible 
PERMITIDA= L = 2500 cm = 4.17 cm 
600 600 
 
P = 30,000 kg + 3200 kg = 8300.00 kg 
4 
 
W= 9960 = 398.40 kg-m 
25 
 
III.13.5.1 CÁLCULO DE LA CARGA DE SERVICIO EQUIVALENTE 
W = 
 
 
 
 Para C2 y C1 (constantes), tomamos valores máximos para protección de 1.59 
Wequiv= 398.40*1.59+ 8300 1.59 = 633.46 + 332 = 
25 
 
Wequiv= 965.46 kg.m 
FLECHA= 
 
 
 
 
(5) (9.655)(2500)⁴ = 1.51 cm 
 
384* (2.1x10⁶)(1575663.8) 
 
1.51 cm ≤ 4.17 cm pasa por flecha 
 
 
35 
 
III.13.6 CÁLCULO DE LA SOLDADURA 
 
Perfil grande (Ver figura 10.5 sección puente) 
� =
��������	
�.
�����.��	
��
�������.�	
�⁴
= 181.60 kg/cm² 
 
� =
��
�	
= 
���	
�/
�
���.���	
�/
�²
= 3.717 cm 
 
q= t/sen45 ° = 5.25 cm = 2 1/8’’ 
 
Perfil chico (Ver figura 13.3 sección puente extremo) 
� =
��������	
�.
�����.��	
��
������.���	
�⁴
= 689.292 kg/cm² 
 
� =
��
�	
= 
���	
�/
�
���.���	
�/
�²
= 0.97 cm 
 
q= t/sen45 ° = 1.38 cm = 3/4’’ 
 
 
 
 
 
 
 
 
36 
 
III.13.7 TRABE PUENTE ENSAMBLADA 
Utilizando el programa Solid Works modelamos la trabe puente completa de 
acuerdo a las secciones antes calculadas logrando tener el modelo siguiente al 
cual se le agregaron las cargas que actúan en el mismo. 
 
 
 
Figura3.9 Trabe puente 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
 
 
Y ARQUITECTURA 
 
 
UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO IV 
MEMORÁ DE CÁLCULO 
CÁLCULO DE LA TRABE CARRIL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
38 
 
IV. CÁLCULO DE LA TRABE CARRIL 
IV.1.- DISEÑO MECÁNICO (Datos de diseño) 
Carga ……………… 35.73883 toneladas 
Claro………………..……8 metros 
IV.2 Coeficientes dinámicos 
Coeficiente dinámico de elevación………..1.25 
Coeficiente dinámico de ponderación 
Acciones permanentes……………………..1.33 
Coeficiente dinámico de ponderación 
Acciones variables……………………….....1.50 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
39 
 
IV.3 CABEZAL 
 
 
 
 
Figura 4.3.1 Cabezal 
 
Figura 4.3.2 Sección del cabezal 
 
 
40 
 
IV.3.1 FICHA TÉCNICA DEL CABEZAL 
 
 
 
 
41 
 
IV.4 FACTORES DINÁMICOS 
 
 
Figura 4.4.1 Diagrama de fuerzas actuantes en la trabe carril 
 
P= Carga a levantar*(F.E)*(F.C.P) + ( peso cabezal *F.C.V) 
 
N° de ruedas 
 
P = (71477.66 kg*1.5)+(1115 * 1.33) = 54349.72 kg 
2 
 
Calculo de fuerza cortante y momento 
∑ Fy = - P (3.35) - P (5.95) + RB (8.00)= 0 
∑ MA = - P (3.35) - P (5.95) + RB (8.00)= 0 
RB = 54273.25*( 3.35)+ 54273.25 * (5.95) = 63181.55 kg 
8 
 
RA = 54349.72+54349.72-63181.55= 45517.89 kg 
 
 
 
 
 
 
42 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.4.2 Diagrama de cortante 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4.4.3 Diagrama de momento 
Resumen de fuerzas máximas: 
M máx.= 152480 kg.m 
V cortante = 45517.89 kg 
 
 
 
 
 
43 
 
IV.5 ANÁLISIS ESTÁTICO 
Se propone un perfil IR, del manual IMCA (Instituto Mexicano De Construcción En 
Acero). 
Perfil propuesto: 
IR 686 x 240.1 mm x kg/m 
W 27 X 161 
d = 70.10 cm Ix= 261392 cm⁴ 
Sx= 7456 cm³ Iy= 20687 cm⁴ 
Sy= 1162 cm³ Zx= 8390 cm³ 
A= 306 cm² Zy= 1786 cm³ 
tf= 2.74 cm Qx= 16780 cm³ 
tw = 1.68 cm Qy= 35725 cm³ 
bf = 35.60 cm 
 
 
Figura 4.5.1 Trabe carril con carga muerta 
 
 
 
44 
 
IV.5.1 PESO PROPIO DE LA VIGA 
Carga = 1.33*(240.10) = 319.33 kg/m 
 
 
Figura 4.5.2 Diagrama de carga debido al peso propio 
 
 
Figura 4.5.3 Diagrama de cortante 
 
 
Figura 4.5.4 Diagrama de momento 
 
 
 
45 
 
Resumen de fuerzas máximas: 
M max (x=3.35)= 2299.98 kg.m 
V cortante (x=3.35)= 207.56 kg 
 
IV.5.2 CARGAS (DINÁMICAS + ESTÁTICAS) 
Cargas verticales: 
M= 152480 kg.m + 2299.98 kg.m = 1577998 kg.cm 
V= 45517.89 kg + 207.56 kg = 45725.45kg 
Cargas horizontales: 
M = 15477998 kg-cm = 2211142.57 kg-cm 
7 
 
V = 45725.45 kg = 6532.21 kg 7 
 
IV.5.3 ESFUERZOS VERTICALES 
 
σx= M y = 15477998 kg.cm = 2075.91kg/cm² 
Sx 7456 cm³ 
 
τ xy= vyQx = 45613.69* 16780 = 1393.05kg/cm² 
Ix tw 261392*1.68 
 
 
 
 
 
 
46 
 
IV.5.3 ESFUERZOS HORIZONTALES 
 
σx= M x = 2211143 kg.cm = 1902.88kg/cm² 
Sy 1162 cm³ 
 
τ xy= vxQy = 6532.21*33560 = 205.82 kg/cm² 
Iy 2tf 20687*(2*2.74) 
 
El esfuerzo de Von Mises originado por la combinación de esfuerzos verticales y 
de frenaje debe ser inferior al esfuerzo de fluencia. 
 
σz= M x + M y 
Sx Sy 
 
1514.20 kg/cm² ≤ 2530 kg/cm² ok pasa 
REVISIÓN DE LA TEORIA DE FALLA 
σco= 
 
 σco < σ adm 
1518.52 kg/cm² < 1518 kg/cm² pasa ok 
 
III.13.5 CÁLCULO DE LA FLECHA 
Desplazamiento máximo permisible en trabes carril 
PERMITIDA= L = 800 cm = 1.33cm 
450 600 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
 
 
Y ARQUITECTURA 
 
 
UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO V 
MEMORÁ DE CÁLCULO 
CÁLCULO DE LA COLUMNA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
48 
 
V.1 CÁLCULO DE LA COLUMNA 
Datos de proyecto: 
p= 47183.05 kg 
E= 2.1 x 10⁶ kg/cm² 
L= 800 cm 
P= p + (wl/2) 
P= 47183.05 + (313* 8)/2= 48435.05 kg 
 
Figura 5.1 Fuerza ejercida sobre la columna 
 
 
 
49 
 
Cc =�2𝜋𝐸𝜎𝑦 = 126.1 
Le = k* (L real) 2* (800 cm) = 1600 cm 
Le = 1600 = 242.42 
r 6.6 
 
Si: columnas cortas 
Le > Cc 
r 
 
σ adm (axial)= 12π² E = 
12 π² x 2.1 x10⁶ 
kg/cm² = 184 kg/cm² 
23 (Le/r)² 23 (242.42)² 
 
σ adm (flexión)= 1518 kg/cm² 
M= F x d 
M= 48435.05* (20 cm) = 968701 kg.cm 
V.2 SECCIÓN DE LA COLUMNA (Manual IMCA, Sección 1.6 Esfuerzos 
Combinados, 1.6.1 Flexocompresión) 
IR 838 X 299.3 kg/m 
W 33 X201 inxlb/ft 
C= 42.75 cm tw= 1.82 cm 
I= 478665 cm⁴ tf= 2.92 cm 
P= 48435.05 kg 
A= 381.3 cm² 
d= 85.5 cm 
bf= 40.0 cm 
50 
 
 
Figura 5.2 Perfil W 838 x 299.3 kg/mm 
V.3 REVISIÓN DE LA COLUMNA A FLEXOCOMPRESIÓN 
 
Mc 
 
P 
 I + A < 1 
σ adm (flexion) 
 
σ adm (axial) 
 
968701(42.75) 
 
48435.05 
 478665 + 381.3 cm² < 1 
1518 kg/cm² 
 
184 kg/cm² 
 
0.057+ 0.69 < 1 
0.747 < 1 ok es correcta la sección 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPÍTULO VI 
ANÁLISIS DE RESULTADOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
52 
 
VI.1 ANÁLISIS ESPERADOS 
Con ayuda del programa solid Works se modelaron los elementos, y los 
resultados que de este estudio se obtengan, serán comparados con los cálculos 
teóricos realizados esperando obtener datos similares o que presenten una 
diferencia de valores que no rebasen el 15% en los resultados. Tratando de 
simular cómo será el comportamiento de nuestra grúa viajera lo más real posible y 
poder decir si nuestro diseño es el óptimo. 
Figura 6.1 Ensamble de trabes puente y cabezal 
VI.2 ANÁLISIS OBTENIDOS 
Con el modelaje hecho en el programa solid Works pudimos realizar la 
simulación de los elementos tales como las trabes puente, ensambladas con el 
cabezal así como el estudio de la trabe carril. 
Se agregaron todas aquellas fuerzas que intervienen en la grúa viajera para 
simular los esfuerzos que se pueden presentar en el funcionamiento de la grúa 
para poder visualizar como se va a comportar la misma cuando esta esté 
realizando el trabajo. 
Dicho estudio nos muestra cómo actúan las fuerzas originadas por el peso y 
todos los factores que intervienen en el desarrollo del trabajo real de la grúa 
viajera. Así como la deformación máxima que se presenta en los elementos cuyo 
diseño es capaz de resistir satisfactoriamente todos los esfuerzos que se 
presentan en los elementos de la grúa. 
 
 
53 
 
VI.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS EN TRABE PUENTE 
VI.3.1 RESULTADOS POR TENSIÓN MÁXIMA 
 
6.3.1 Estudio de Tensiones de Von Mises 
 
6.3.1.2 Tensiones máximas en el punto más crítico de la trabe puente 
 
 
 
54 
 
En el estudio de tensiones de Von Mises realizados para la trabe puente tanto 
teóricos como los obtenidos del programa solid Works se obtuvieron los siguientes 
resultados: 
Tensiones de Von Mises: 
Mediante cálculo teórico: 1469.97 kg/cm² = 144, 155,548 N/m² 
Mediante cálculo en solid Works: =63, 243,092 N/m² 
Comparamos los esfuerzos y observamos que el esfuerzo mediante el diseño a 
través del programa solid Works igual a 63, 243,092 N/m² en la partemás 
desfavorable de nuestra trabe puente que es al centro de la misma es menor al 
cálculo teórico máximo de 144, 155,548 N/m², en términos generales se puede 
concluir que el diseño de la trabe puente es correcto. 
La variación de los resultados es debida a que el programa evalúa todas las 
posibles condiciones en que la carga va a influir en el comportamiento del 
elemento en este caso la trabe puente, entonces este resultado es menor que el 
que se obtuvo mediante el desarrollo de las formulas, concluyendo que según el 
comportamiento obtenido con ayuda del programa solid Works nuestro elemento 
soporta las tensiones que se van a ejercer. 
VI.3.2 RESULTADOS POR DEFORMACION MÁXIMA 
 
 
6.3.2. Deformación máxima 
 
55 
 
Deformación máxima: 
Mediante cálculo teórico: = 15.1 mm 
Mediante cálculo en solid Works = 15.08 mm 
En el cálculo de la deformación máxima que se presenta en el eje vertical de la 
trabe puente tanto teórico como el obtenido en el programa solid Works se puede 
observar que es igual el valor de la deformación en el punto que es el más 
desfavorable en el cual se apoyan y descargan las fuerzas las ruedas de nuestro 
polipasto, nuestro diseño es correcto. 
VI.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS EN TRABE CARRIL 
VI.4.1 RESULTADOS POR TENSIÓN MÁXIMA 
 
 
Figura 6.4.1 Estudio de tensión 
Tensiones de Von Mises: 
Mediante cálculo teórico: = 203, 578,266 N/m² 
Mediante cálculo en solid Works: =199, 500,000 N/m² 
Los resultados mostrados varían debido a que con el análisis realizado con el 
programa solid Works se obtienen resultados un poco más precisos q los 
realizados mediante el uso de fórmulas y lineamientos que se establecen para el 
diseño de estos elementos (CMAA). Este programa (solid Works) nos permite 
elaborar todos los componentes que conforma la grúa viajera (puente grúa, 
 
56 
 
cabezal, trabe carril) ensamblándolos para efectuar una simulación de la posible 
manera en que estos se van a comportar cuando estén fabricados, montados y 
listos para su uso. 
 
VI.4.2 RESULTADOS POR DEFORMACIÓN MÁXIMA 
 
Figura 6.4.2 Deformación máxima 
Deformación máxima: 
Mediante cálculo teórico: = 13.3 mm 
Mediante cálculo en solid Works = 7.87 mm 
Los resultados muestran una variación, que aunque son pequeñas se debe a que 
el software(solid Works) utiliza un método basado en el elemento finito que es 
diferente al que se utilizó en el cálculo teórico, se concluye que los datos así como 
el diseño de la grúa viajera son correctos. 
 
 
 
 
 
 
57 
 
CONCLUSIONES 
Con el diseño de la grúa viajera y todos los trabajos terminados, se 
concluye que todas y cada una de las partes diseñadas que componen a la grúa, 
cumplen con los requerimientos para los cuales fue formulado este trabajo, y que 
han sido diseñadas bajo las normas de diseño como son CMAA CMMA (Crane 
Manufactures Association of América) Y AISC (American Institute of Steel 
Construction). 
Las propuestas y refuerzos que se aplicaron cumplieron con los 
requerimientos de diseño que especifican las normas, procurando que no 
estuvieran muy por encima del límite que se requería. 
En el diseño se aplicó el criterio del diseñador, lo cual permite desarrollar 
habilidades para realizar de manera eficiente posteriores trabajos similares al 
diseño de este tipo de elementos. 
Se pudo comprobar mediante la ayuda de los software que el análisis de 
nuestros elementos diseñados fue satisfactorio ya que todos ellos coincidieron con 
los obtenidos mediante métodos teóricos, el uso del software hizo más real el 
fenómeno que se presenta debido a los esfuerzos y deformaciones presentes en 
los elementos. 
Los resultados tienen una pequeña variación debido a que el software es 
una herramienta que trabaja por medio del elemento finito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
58 
 
BIBLIOGRAFÍA 
(GDF, 2004) Reglamento De Construcciones Para El Distrito Federal. 
Normas Técnicas Complementarias Para Diseño Y Construcción De Estructuras 
Metálicas Gobierno Del Distrito Federal 
México, 2004 
(Tabla 7.2 Desplazamientos verticales máximos permisibles en elementos 
estructurales, III.13.5 Cálculo de la flecha) 
 
(IMCA) Manual De Construcción En Acero 
Diseño por esfuerzos permisibles 
Edición, editorial Limusa 
México D.F. 
( 1.5 Diseño de elementos por esfuerzos permisibles, 1.6 Diseño de elementos por 
esfuerzos combinados) 
(CMAA) Crane Manufacturers Association of America 
Specification #70 
(AISC) Manual De Construcción En Acero 
American Institute of Steel Construction 
8° edition. 
http://es.wikipedia.org/wiki/Puente-gr%C3%BAa 
http://es.scribd.com/doc/98094266/CMAA-78-Spanish 
 
 
 
 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Puente-gr%C3%BAa
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
 
 
Y ARQUITECTURA 
 
 
UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INDICE DE PLANOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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61 
 
 
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