Cómo calcular una estructura de un ascensor

En realidad, no hay demasiado misterio en calcular una estructura autoportante para ascensores para quien sabe realizar un cálculo de estructuras metálicas para otros usos, pero queremos incidir en algunos aspectos que entendemos relevantes, tras la experiencia que hemos recogido en el cálculo de estructuras metálicas para ascensores.

Las estructuras de ascensores, ¡claro qué hay que calcularlas!

Lo primero y más urgente. Puede sonar a obviedad, pero nos hemos encontrado en varias situaciones en las que el instalador del ascensor reconoce que la estructura la ha fabricado un herrero local según su experiencia y no tiene mayor problema en instalarla en cuanto esté disponible. ¿En serio? Luego que “se ha doblado” un travesaño… Si no lo haces, contáctanos inmediatamente

No es que haya que calcular las estructuras, es que deben diseñarse y fabricarse para llevar su marcado CE basado en la norma armonizada UNE-EN 1090-1 «Ejecución de estructuras de acero y aluminio. Parte 1: Requisitos para la evaluación de la conformidad de los componentes estructurales», tal y como recogen los organismos notificados. ¡»Solo» eso! Y por supuesto hay que tener siempre presente un punto de vista global, teniendo en cuenta el diseño completo del ascensor.

Ah, recuerda que las estructuras no están certificadas por la 1090, ¡es tu empresa la que debe estar certificada según dicha norma para poder fabricar este tipo de estructuras! Consulta con tu organismo notificado de cabecera.

Características de los componentes del ascensor que afectan a la estructura general

No vamos a entrar, en este artículo, en temas comunes del cálculo de otras estructuras, como podrían ser el estudio del efecto de viento, nieve, movimientos sísmicos, etc. sobradamente definidos en el Eurocódigo y, como hemos comentado en el prólogo, muy habituales en cualquier apunte de cálculo de estructuras. Obviamente, si la estructura ascensor exterior o interior (en un patio de luces) tiene su importancia, y no poca.

Dicho y aclarado esto. Vamos a ver qué componentes del ascensor condicionan el cálculo de la estructura: principalmente, dos. El chasis de cabina y la bancada. Obviamente, el segundo de ellos, en ascensores de tracción con máquinas eléctricas. Estos componentes son los que interactúan con las guías y éstas transmiten los esfuerzos a través de sus fijaciones a la estructura. Bien, vale, el contrapeso, también, pero es insignificante en comparación con los otros dos… ¡Cierto, tienes razón! Si lleva acuñamiento los esfuerzos serán de importancia y a considerar, así que lo igualaremos a los efectos que produce el chasis de cabina, ¿ok?

Entonces, explicamos con detalle las acciones sobre cada uno de estos elementos :

1. Chasis de cabina. Es el componente que mayores acciones sufre a lo largo de su ciclo de vida útil. Durante su funcionamiento habitual, los modelos pórticos apenas ejercen una fuerza considerable sobre las guías si la instalación se ha realizado adecuadamente; por el contrario, si la disposición es de un modelo mochila, éstas interacciones pueden ser mayores. También, a considerar los efectos en el momento de cargar y descargar viajeros. De todas maneras, el mayor efecto será cuando el ascensor sufra un acuñamiento, cuya frecuencia es muy baja, pues se suele dar en momentos muy concretos y específicos; pero se debe tener en cuenta: en ascensores electromecánicos el efecto es similar a dos veces la carga total del chasis y su cabina, mientras que en ascensores hidráulicos puede ser superior a tres veces dicha carga.
2. Bancada. En los habituales ascensores modernos, donde la maquinaria se coloca en el hueco y no en un cuarto de máquinas, todo el peso de ambos ramales recae sobre la bancada, que suele estar apoyada en las guías de cabina, y a veces, también en las de contrapeso. Es tremendamente difícil realizar un cálculo de guías o de una estructura de este tipo por un medio distinto que no sea el de los elementos finitos ya que resultan ser estructuras con un alto grado de hiperestaticidad.

Detalles importantes en el cálculo de estructuras de ascensor

Hemos tenido ocasión de revisar algunos informes técnicos realizados por otras empresas en este ámbito y quisiéramos apuntar algunos detalles que entendemos son de gran importancia y que deberían considerarse en este tipo de cálculos, porque de lo contrario no estamos llegando a todos los aspectos que realmente le importan al cliente.

• Estudio con elementos shell en el análisis MEF. Es habitual que veamos cálculos con elementos barra, por se mucho más sencillo su cálculo, pero ello nos impide ver detalles importantes, como por ejemplo, las zonas de los perfiles que no trabajan adecuadamente, aquellos que están sobredimensionados o la abolladura, que puede conllevar el colapso por inestabilidad geométrica (difícil, pero,…).

• Estudio de uniones soldados y atornilladas. Es raro el caso, por no decir que no hemos encontrado ninguno, en el que se detalle y garantice, mediante el cálculo, la seguridad de las uniones. SAMAT, para el tema de uniones atornilladas, utiliza una característica de ANSYS, el submodelado, con el que podemos poner una lupa en las uniones que nos interesen y estudiarlas con todo el detalle, ¡incluyendo el par de apriete requerido!

• Estudio de elementos de encuentro. Como casi siempre este tipo de cálculos se realiza con la modelización mediante barras, nos perdemos la interacción en los nudos donde se unen varios perfiles, y despreciamos el efecto que puede tener sobre los cristales del cerramiento, por ejemplo.
• Análisis modal. Es conveniente conocer las frecuencias naturales de vibración de la estructura, además es indispensable para cálculos sísmicos.
• Interacciones del edificio con la estructura y viceversa. Aunque suelen llamarse estructuras autoportantes, rara vez lo son, ya que suelen arrisotrarse en los forjados del edificio, por esta razón se deben calcular las reacciones a éste; así como las que van a la solera, con especial importancia a aquellos edificios que dispongan de un espacio transitable por debajo del ascensor, lo que nos obligará a tener especial cuidado con este punto. Del mismo modo, no se suelen contemplar los efectos que el edificio puede ejercer sobre la estructura, como por ejemplo, qué ocurriría en caso de un seísmo. Igualmente, conviene tener presente los efectos térmicos y la diferencia de los coeficientes de dilatación entre el acero y el hormigón y diseñar los encuentros para evitar efectos indeseables: una unión entre ambos excesivamente rígida podría conllevar la aparición de altas tensiones.

Que ocurre si no calculas la estructura

Que puedes tener gravísimos problemas. Como le podía haber pasado a esta comunidad de vecinos.

Te cuento un caso reciente: una comunidad de vecinos tenía parada la instalación de dos ascensores porque la empresa que los iba a instalar les solicitaba el cálculo estructural de las estructura, lógico y normal. Por alguna extraña razón que desconozco, mejor dicho, que me callo porque no viene al caso, la empresa fabricante de las estructuras no le había dado los cálculos correspondientes a dicha comunidad.

Por ello, nos los encargó a nosotros.

Bien, como pronto averiguamos, las estructuras no cumplían con el cálculo y tuvimos que reforzarlas para que otra empresa realizara los trabajos de reforzamiento de dichas estructura según nuestros análisis y diseños.

Gracias a nuestra intervención las estructuras ahora son seguras y se podrán instalar los ascensores que tanto ansían y esperan la comunidad propietaria.

Ah, respondiendo a la pregunta inicial sobre qué ocurre si no calculas. Los problemas pueden ser severos, poco significantes o catastróficos. Y me temo que en el caso que nos ocupó hubieran sido de este último tipo porque los travesaños de la estructura eran muy endebles. Podría pasar que:

• Apareceriera una leve deformación elástica temporal de travesaños o pilares sin consecuencias significativas: un tema más estético que estructural; pero, ¿a quién le gusta ver convarse una viga que soporta una estructura que utilizas todos los días? A mi, no.
• Por la fatiga de materiales, podrían aparecer deformaciones permanentes, que no siendo peligrosas, pudieran implicar un mal funcionamiento del ascensor al desalinearse las guías de cabina o del contrapeso.
• Si el dimensionamiento de ciertos elementos es mucho menor de lo requerido ante un acuñamiento del ascensor, podría darse el caso de un arrancamiento de un travesaño que soporta las guías del ascensor, lo cual podría ser catastrófico puesto que afectaría gravemente a la integridad estructural del aparato.

Conclusión

En resumen, calcular una estructura metálica de ascensores no es complejo, ¡pero estemos atentos a las características propias de este tipo de estructuras! Si necesita apoyo en este sentido, no dude en consultarnos… Y si te interesa automatizar diseños 3D de estructuras: aquí 😉