Diseño de viga divisoria como parte del diseño de ascensor estándar

Un nuevo método para instalarlos como parte del proceso de instalación de ascensores y sus beneficios.

Este artículo se presentó en Elevcon 2023 en Praga, República Checa.

Palabras clave: Configuraciones de grupo de ascensores, viga divisoria, sistema modular, estándar de diseño, control de calidad, estándar de proceso, informe de diseño, hueco de ascensor, prevención de accidentes, ahorro de tiempo

Resumen

Las vigas divisorias pueden crear dolores de cabeza para los gerentes de proyecto que deben proporcionar paredes de separación en un hueco de ascensor que debería albergar dos o más ascensores. Para evitar accidentes durante la manipulación y soldadura de material de acero pesado, la instalación de las vigas suele encargarse al contratista general o a un subcontratista. Involucrar a un tercero requiere planos de diseño, un proceso de licitación, coordinación, inspección para la aceptación y, finalmente, el procedimiento de queja.

Este artículo presenta un nuevo método de diseño para instalar vigas divisorias como parte del proceso de instalación de ascensores y analiza los múltiples beneficios de esta solución innovadora.

1. Introducción

Es una práctica común que el contratista general construya los huecos de los ascensores para configuraciones de grupo (dúplex, triplex, etc.) sin paredes divisorias (Figura 1). La pared frontal del hueco del ascensor suele quedar completamente abierta. Esto reduce los costos de construcción de concreto y elimina el riesgo de quejas basadas en la evaluación del pozo y cualquier trabajo correctivo posterior que deba realizarse. También proporciona flexibilidad adicional para el diseño del sistema de ascensor, que a menudo se detalla sólo después de que ha comenzado la construcción.

En este caso, el instalador del ascensor utilizará las llamadas vigas divisorias para fijar los carriles guía. El diseño y la adquisición de las vigas divisorias, que normalmente están hechas de acero, suelen realizarse localmente. Esta tarea, incluida la instalación, generalmente se encomienda a una empresa siderúrgica local. En algunos países, es estándar que la empresa de ascensores exija que el trabajo se realice como parte de la construcción del hueco del ascensor. Luego se lleva a cabo bajo la responsabilidad del contratista general.

El diseño y la construcción de la viga divisoria influyen en el confort de marcha del ascensor, especialmente en los modelos de alto rendimiento. En caso de una frenada de emergencia en la que se despliegan los elementos de seguridad, unas vigas divisorias mal instaladas pueden provocar que el dispositivo de seguridad pierda suficiente contacto con los carriles guía, algo que puede tener resultados mortales. Para garantizar que el dispositivo de seguridad funcione correctamente, existen requisitos estrictos con respecto al desplazamiento horizontal máximo del sistema compuesto por rieles guía y viga divisoria. Para los sistemas de alto rendimiento, estos requisitos se definen para garantizar el confort de marcha (evolución de vibraciones y ruidos en la cabina, el vestíbulo y las habitaciones contiguas).

La definición e instalación local de la viga divisoria lleva a la definición de una gran variedad de soluciones que evitan principalmente las inspecciones y controles de calidad por parte del fabricante del ascensor en términos de diseño y ejecución central. Dado que el sistema compuesto por vigas divisorias y carriles guía tiene una influencia significativa en la seguridad y el confort de marcha del ascensor, sería muy bienvenida una solución centralizada y específica para las vigas divisorias (Merz, 2010). 

Para la construcción de las vigas divisorias, la construcción de acero requiere a menudo vigas en I macizas, a las que se les sueldan placas de anclaje en el taller y que luego deben fijarse con anclajes a la pared del pozo directamente en la obra. La solución elegida, especialmente en condiciones sísmicas, es colocar placas de anclaje en hormigón a las que se sueldan las vigas en I durante la instalación. Mover enormes vigas de acero en un entorno de ascensor estrecho requiere equipos de elevación pesados, mientras que los trabajos de soldadura pueden generar chispas. La instalación de las vigas divisorias generalmente se lleva a cabo por separado, antes del montaje del sistema de ascensor, y finaliza antes de que comiencen los trabajos de instalación del ascensor. Debido al riesgo de accidentes al manipular vigas de acero macizas y al riesgo de incendio asociado con las chispas de soldadura, la instalación de las vigas divisorias se encarga preferentemente a un subcontratista (Figura 2). 

El esfuerzo necesario para seleccionar, contratar e instruir a un subcontratista en cuanto a la correcta instalación de la viga divisoria es importante. Sin embargo, todavía existe el riesgo de que se produzcan quejas que requieran reelaboración una vez que el hueco del ascensor haya sido evaluado oficialmente. El tiempo necesario para este trabajo previo reduce el tiempo necesario para instalar el sistema de ascensor. También podría provocar un retraso en la entrega del sistema de ascensor al contratista general.

Si las vigas divisorias han sido instaladas y aprobadas por la empresa de ascensores, la conexión del soporte del riel puede resultar problemática. Por lo general, los orificios de fijación deben perforarse in situ; A menudo es necesario ampliar los orificios de fijación preinstalados. En determinados casos, el soporte del carril también se puede soldar a las vigas divisorias. Debido a los riesgos asociados con este trabajo, ninguna otra persona puede trabajar en el hueco del ascensor durante este tiempo y se debe garantizar la protección contra incendios.

Debe evitarse el riesgo de accidentes asociado y el tiempo necesario para realizar las tareas relacionadas es significativo.

El control de calidad durante la instalación y durante el proceso de aceptación por parte de la empresa de ascensores, una vez instaladas las vigas divisorias, es bastante exigente y difícil de conseguir.

2. Sistema modular para estructuras de soporte de edificios           

Los sistemas modulares estandarizados se utilizan desde hace tiempo para crear estructuras de soporte para la fijación y trazado de todo tipo de líneas de suministro en trabajos de instalación en la construcción de edificios, instalaciones y plataformas tanto terrestres como marinas. Estos sistemas se han ampliado para construir plataformas para el posicionamiento de máquinas y equipos, pasarelas, senderos, etc. (Merz, 2014).

Se han desarrollado perfiles y conectores especiales para permitir que los sistemas modulares sean adecuados para su uso en la construcción de vigas divisorias. El diseño se realiza con un software de diseño específico del fabricante que monitorea las cargas de fuerza de todo el diseño y también determina la eventual deformación de las vigas.

En el diseño de modelos de ascensores se pueden integrar sistemas modulares como solución estándar, de modo que se consiga una calidad definida centralmente en el diseño de la viga divisoria. En el diseño del sistema de ascensor también se puede definir de forma centralizada el proceso de instalación de vigas divisorias modulares compuestas por componentes estándar. Esto permite un control central de la calidad del trabajo. Si el proveedor del sistema modular es capaz de suministrar el sistema en todo el mundo, se puede lograr una calidad del haz divisor globalmente uniforme (Merz, 2010).

Como los sistemas modulares generalmente constan de componentes mucho más ligeros en comparación con las vigas de acero estándar, toda la configuración del grupo de ascensores se puede redefinir in situ. El riesgo de accidentes durante la instalación se puede reducir o incluso eliminar.

El sistema modular aquí representado se compone de vigas de acero galvanizadas en caliente de diseño especialmente rígido que, gracias a su perfil especial, permiten una conexión muy flexible de los accesorios, independientemente del fabricante. A ambos lados del perfil de viga están integrados perfiles en C dentados (Figura 3). Esto admite el uso de pernos con cabeza de martillo en T para fijar los soportes del riel. Los pernos con cabeza de martillo en T se pueden mover de forma independiente en el perfil en C, en ambos lados, para el posicionamiento horizontal de los soportes de los rieles, lo que permite una alineación simplificada de los rieles guía. Además de la conexión por fricción durante la fijación de pernos, los dientes internos forman un ajuste que apoya la estabilidad de la conexión. Por lo tanto, ya no es necesario taladrar orificios de fijación ni soldar en la obra (Merz, 2014).

Las vigas se fijan mediante conectores de pared especiales que tienen una abertura en forma de U. Los conectores de pared se pueden anclar a las paredes independientemente de la viga utilizando un sistema de anclaje similar al que ancla los soportes de riel a las paredes del hueco (Figura 4). Se pueden utilizar anclajes mecánicos o químicos, así como canales de anclaje moldeados en hormigón (Merz, 2018).

Durante la instalación, el trabajo previo a la fijación de los soportes de pared a la pared incluye el uso y manipulación de componentes compactos y de peso reducido, que una sola persona puede colocar y anclar fácilmente. Los sistemas de posicionamiento por láser son particularmente adecuados para su uso en el posicionamiento de los orificios de anclaje. La propia viga divisoria se coloca en la abertura en forma de U una vez fijados ambos soportes de pared.

La viga divisoria tiene un peso modesto (9 kg por metro) en comparación con las vigas de acero estándar, que son más pesadas en un factor de 2 a 3 y, por lo tanto, serán más pesadas y más difíciles de manejar en pozos estrechos. La viga divisoria se puede mover al interior del hueco del ascensor y luego colocarse en el soporte de pared sin ningún dispositivo de elevación o elevación especial (Figura 5). El diseño del soporte de pared garantiza que las vigas divisorias estén aseguradas contra caídas sin necesidad de tomar medidas ni precauciones adicionales.

Después de un posicionamiento horizontal correcto, que también puede utilizarse para alinear los carriles guía, la viga divisoria se fija con pernos pasantes al perfil en U del conector de pared. La instalación de este tipo de viga divisoria la puede realizar de forma segura una sola persona en menos de 30 min.

La instalación simple requiere solo unos pocos pasos concisos y puede documentarse bien en un flujo de proceso estándar que puede ponerse a disposición de los instaladores de todo el mundo a través de un sistema de documentación centralizado. Esto apoya el control de calidad central para un proceso uniforme en todo el mundo para la instalación de vigas divisorias.

En términos de longitud y perforación, ambos soportes de pared están diseñados para soportar una fijación conforme a las especificaciones en combinación con el patrón de agujeros en las vigas divisorias, incluso si la profundidad del hueco incluye tolerancias estructurales. El sistema puede salvar desviaciones de profundidad de pozo de hasta +/- 40 mm, lo que permite que todas las vigas divisorias lleguen a la obra con una longitud uniforme y elimina la necesidad de cortarlas posteriormente a medida (Figura 6).

3. Diseño Técnico de las Vigas Divisoras

El diseño técnico de la viga divisoria se apoya en un software de cálculo específico del fabricante, que se basa en el potente programa de estática RSTAB. Para evaluar las resistencias de carga y el comportamiento de rendimiento del concepto general, se realizan análisis de elementos finitos de componentes mecánicos basados ​​en el software ANSYS 2020 durante el proceso de desarrollo del producto. El software de diseño ha sido certificado por TÜV SÜD.

Se llevaron a cabo cálculos numéricos y pruebas prácticas para calibrar el modelo FE y determinar los datos técnicos de todos los componentes en verificación con pruebas físicas. La Figura 7 muestra un ejemplo de una comparación similar entre las pruebas prácticas y la simulación numérica de un conjunto de vigas divisorias de 2 m de largo a escala real. Se determinaron y documentaron detalladamente las distribuciones de tensiones en los componentes y en el modelo general. Para el caso mostrado (Figura 7), se utilizó la siguiente configuración: modelo de material de S350 para la viga y S355 para los conectores de base con alrededor de 93,000 elementos hexagonales multizona y más de 608,000 nodos. Finalmente, todas las evidencias y datos completos de las simulaciones numéricas se introducen en el software de cálculo para que sirva como base para el diseño técnico.

El software de cálculo crea un informe completo sobre el diseño del sistema. Se documentan los datos de entrada sobre las fuerzas que actúan sobre los carriles guía, así como el posicionamiento geométrico de los carriles guía mediante las consolas de carril en la viga divisoria. Esto se apoya en un dibujo esquemático de la viga divisoria. El proceso de diseño da como resultado la sugerencia de un perfil de viga específico y un soporte de pared adecuado. Su tasa de capacidad también está documentada en relación con las tensiones en los componentes. Además, la deflexión de las vigas divisorias se muestra en el punto donde los rieles guía se unen a las vigas divisorias (Merz, 2014).

Una interfaz con el software de diseño de anclajes del mismo fabricante admite el diseño simultáneo del anclaje de la viga divisoria a las paredes del pozo y documenta los diferentes sistemas de anclaje propuestos, incluida su tasa de capacidad.

Dependiendo del modelo de ascensor del fabricante y de los requisitos de deformación máxima de los carriles guía y de las vigas divisorias bajo carga, la flexibilidad a la hora de elegir los perfiles de las vigas y los soportes de pared es limitada. Para cada una de estas variaciones, se puede realizar un diseño detallado con el software de cálculo, cuyos resultados luego se documentan en una tabla (Figura 8). La tabla sirve entonces como especificación estándar para los distintos modelos de ascensores ofrecidos a los clientes.

Esto reduce los esfuerzos de planificación local, elimina fuentes de errores y ahorra costes en el diseño e instalación de vigas divisorias instaladas localmente y también apoya el control de calidad central en el diseño de vigas divisorias instaladas localmente. 

4. Las ventajas de las soluciones modulares estandarizadas

Además de la calidad y el desarrollo, la cadena de suministro también encuentra ventajas en la adquisición de un sistema uniforme a nivel mundial para vigas divisorias (Figura 9).

La centralización de las adquisiciones respalda la implementación de economías de escala en las negociaciones de precios. Esto, a su vez, significa que el costo del sistema modular difiere menos del costo de las soluciones adquiridas localmente de lo que podría parecer si se utilizan los precios del sistema modular local como base.

Además, se pueden conseguir ventajas de costes al instalar la viga divisoria mediante el ahorro de tiempo y la eliminación de determinadas herramientas y dispositivos para manipular el material más ligero. Procesar una cantidad reducida de acero para crear una longitud definida de vigas divisorias da como resultado que se utilice menos energía para fabricar las vigas divisorias. Las vigas divisorias construidas a partir de sistemas modulares contribuyen significativamente a lograr los objetivos definidos de huella de carbono exigidos por las distintas empresas de ascensores.

La gran simplificación de la instalación de vigas divisorias, junto con la reducción de los riesgos de accidentes y errores, puede llevar en casos individuales a que el contratista general transfiera el paquete de vigas divisorias al instalador del ascensor, lo que puede contribuir a un aumento de ambos. ventas y ganancias.

 Incluso la estandarización de soluciones con estructuras complejas de paredes divisorias compuestas por pilares y vigas divisorias reduce la posibilidad, en casos individuales, de tener que rediseñar todo el sistema de fijación de carriles para ampliar las distancias entre los soportes de carril (Figura 10). Esto puede dar lugar a que se utilicen perfiles de carril más pequeños, con menores costes y esfuerzo, durante la instalación en el hueco del ascensor.

Una aplicación adicional y más compleja se da en la modernización, donde los ascensores de tracción modernos con diseño sin sala de máquinas (MRL) sustituirán a las antiguas máquinas hidráulicas. Como el diseño hidráulico empuja la cabina hacia arriba desde abajo y a menudo por encima del piso superior del rellano, no se necesitaba ninguna estructura de soporte en el edificio. Desafortunadamente, los ascensores MRL distribuyen las cargas más altas y complejas a la estructura del edificio en y por encima del nivel del rellano superior.

Se pueden utilizar sistemas de soporte modulares para diseñar y construir una estructura de jaula donde se ensamblan la máquina del elevador de tracción y los rieles (Figura 11). La estructura de soporte modular absorbe las fuerzas de los componentes del ascensor y las distribuye al edificio mediante su anclaje en la losa superior del rellano.

 Se puede desarrollar un diseño modular estándar adecuado para un tipo de ascensor de tracción específico del fabricante que admita una instalación simple y rápida con mucho menos ruido y polvo, como lo harían las actividades de construcción tradicionales que involucran miembros de concreto y acero para producir dicha estructura.

5. Conclusiones

Hay buenas razones para omitir el diseño de una pared divisoria in situ en los huecos de ascensores para configuraciones de grupo. La calidad de la fijación e instalación de los carriles guía es importante para la seguridad y el confort de marcha del sistema de ascensor. Se deben erigir estructuras de soporte para sujetar los rieles guía entre los sistemas de ascensor. La planificación, el diseño y la instalación de estas estructuras de soporte generalmente se encargan a un subcontratista local. Este proceso representa un desafío importante para el proceso central de control de calidad y conlleva riesgos considerables relacionados con accidentes, costos adicionales y retrasos en la instalación.

En muchas industrias, los sistemas modulares se han establecido desde hace mucho tiempo para su uso en el diseño de estructuras de soporte. Los proveedores mundiales de estos sistemas modulares respaldan los estándares globales para estructuras de soporte de diseño modular en la industria. Los sistemas modulares se han ampliado de tal manera que son adecuados para su uso en el diseño de construcciones de muros de separación para instalaciones multiplex en instalaciones de ascensores (Figura 12).

La especificación de soluciones estándar, basadas en este tipo de sistema modular para vigas divisorias utilizadas en determinados modelos de sistemas, permite un control central de calidad y un aseguramiento de la calidad en relación con la construcción de estructuras de muros divisorios. La estandarización de la solución va acompañada de una unificación del proceso de instalación, que se caracteriza por la manipulación de componentes ligeros que se ensamblan in situ sin necesidad de procesos de separación o unión en caliente (como soldadura, etc.). Esto conlleva toda una serie de ventajas relacionadas con la prevención del riesgo de accidentes, así como el ahorro de tiempo y dinero, y la integración de la instalación del sistema de pared de separación en el proceso de montaje de los sistemas de ascensor.

Cuando la estructura de partición se especifica en las normas como parte integral del modelo de sistema de ascensor, el costo de proporcionarla puede incorporarse a las herramientas de suministro de los fabricantes de ascensores.

Las numerosas ventajas que suponen los sistemas modulares a la hora de crear estructuras de tabiques divisorios harán que, con toda probabilidad, estas soluciones se consoliden en el futuro a nivel mundial.

Agradecimientos

Gracias al Dr. Alexander Eberlein, líder del equipo especial en la Oficina de Gestión de Proyectos Corporativos de Hilti, FL-Schaan en Liechtenstein por su apoyo en los detalles sobre el FEM (método de elementos finitos) para respaldar el cálculo del diseño de vigas divisorias de ascensores.

Referencias

1. Merz, M. (2010). Comportamiento práctico ante tensiones de un sistema completo de fijación de rieles. Elevator Technology 18: Actas de ELEVCON 2010 (A. Lustig), Lucerna, p. 248-257. Elevator World, 2011, 59(6).
2. Merz, M. (2014). Los sistemas de soporte modulares reemplazan la estructura de soporte soldada. Elevator Technology 20: Actas de ELEVCON, 20 (A. Lustig), París, 214-226.
3. Merz, M. (2018). Valor Añadido de Anclajes siguiendo una Norma de Aprobación/Evaluación. Elevator Technology 22: Actas de ELEVCON, 22 (A. Lustig), Berlín, 12-23.