Un buque grúa , barco grúa , barcaza grúa o grúa flotante es un barco con una grúa especializada en levantar cargas pesadas, que normalmente superan las 1500 t (1476 toneladas largas; 1653 toneladas cortas) en el caso de los barcos modernos. Los buques grúa más grandes se utilizan para la construcción en alta mar . [1]
Las grúas se instalan en monocascos y barcazas convencionales , pero los buques grúa más grandes suelen ser catamaranes o semisumergibles , que proporcionan una mayor estabilidad y un menor movimiento de la plataforma. Muchos buques grúa están equipados con una o más grúas giratorias. Algunos de los buques grúa más grandes utilizan grúas de pórtico fijas ; en estos diseños, la grúa no puede girar en relación con el barco y el buque debe maniobrarse para colocar las cargas. Otros buques utilizan grandes grúas pórtico y se montan sobre la carga. [1]
Hay varias configuraciones principales de buques grúa, generalmente con rangos superpuestos de funcionalidad, pero cada una tiene al menos una ventaja importante sobre las demás en algunas circunstancias y, en consecuencia, todas estas configuraciones coexisten. [1]
Monocascos autopropulsados convencionales para navegación marítima con equipo de grúa de elevación pesada. [1]
Una barcaza con patas de arriostramiento es una barcaza con patas de arriostramiento montadas en un extremo, que puede levantar cargas y arquear las patas de arriostramiento para ajustar el alcance, pero no puede hacer oscilar la carga independientemente de la orientación del casco. Una disposición típica tiene un armazón en forma de A sustancial articulado en la popa, sostenido por estays en la proa. Cuando se ha levantado la carga, la barcaza se maniobra hasta la posición en la que se debe bajar la carga mediante propulsores o remolcadores a bordo, y se baja la carga. Una barcaza con patas de arriostramiento siempre mantiene la carga en la línea de máxima estabilidad estática y puede utilizar lastre en la proa para aumentar el momento adrizante longitudinal para compensar la carga. La disposición con patas de arriostramiento es más económica de fabricar y mantener que una grúa giratoria, pero puede ser menos conveniente ya que todo el buque debe moverse a una posición precisa para levantar y bajar. Es habitual orzar las patas de apoyo antes de levantar a una posición adecuada tanto para levantar como para colocar la carga, ya que orzar con carga es generalmente lento y rara vez es necesario. [1]
Una barcaza grúa de cabeza de martillo para carga pesada tiene una grúa de cabeza de martillo fija, que no gira ni se inclina, pero tiene un alcance constante. Se manejan de manera similar a las barcazas de patas cortas. Este sistema se puede montar en una barcaza catamarán que le permite colocarse a horcajadas sobre un pilar de puente para bajar una sección prefabricada a su lugar. [1]
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Las barcazas de carga pesada tipo catamarán , que constan de dos barcazas conectadas por grúas pórtico en la parte superior, se han utilizado en aguas protegidas, como puertos y ríos. Para reducir los momentos de inclinación de las barcazas, las grúas pórtico se pueden unir a los cascos mediante juntas con pasadores en los extremos, lo que permite cierto balanceo independiente. Las cerchas del pórtico suelen instalarse en ambos extremos de las barcazas, lo que permite elevar cargas largas. [1]
Las plataformas de grúa semisumergibles tienen ventajas cuando el agua es demasiado profunda o la composición del fondo no es adecuada para una grúa autoelevable, y las condiciones del agua son frecuentemente demasiado agitadas para un uso eficiente de los cascos convencionales. La forma del casco semisumergible tiene una respuesta menor y más lenta a las olas y al oleaje, debido a la menor superficie del plano de flotación, y la estabilidad y el momento adrizante se pueden ajustar mediante lastrado para adaptarse a la carga. Los espacios entre las columnas también permiten que las olas pasen entre ellas con poco impacto en el buque. Las desventajas son una menor estabilidad inherente y un costo y una complejidad mucho mayores. [1]
La zona de baja superficie de flotación provoca una respuesta de oleaje reducida, que puede utilizarse como plataforma de tensión mediante el uso de líneas de amarre verticales para anclar pilotes o agrupar pesos en el lecho marino en cantidad suficiente para evitar el oleaje en el estado predominante del mar. En esta configuración, las operaciones sensibles al oleaje se pueden realizar con precisión y control. [1]
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Una barcaza con grúa giratoria es una grúa giratoria montada en una barcaza, que puede girar independientemente del casco cuando transporta una carga. Son muy versátiles, pero también caras, complejas y tienen algunas limitaciones, en particular en los estados del mar en los que pueden operar de forma segura. Por lo general, se operan desde una posición fija y utilizan las capacidades de giro y basculamiento de la grúa para posicionar la punta de la grúa para recoger y colocar la carga [1].
La disposición es un equilibrio entre los requisitos estructurales y de estabilidad y la versatilidad de alcance, la capacidad de carga y el costo. Una de las ventajas de la grúa giratoria es la capacidad de alcanzar cargas transportadas en la cubierta del propio buque. En comparación con las grúas terrestres, las cargas dinámicas adicionales y el movimiento en alta mar complican la operación y la seguridad. La posición y el movimiento de la punta de la pluma se ven afectados por los seis grados de libertad, magnificados por la distancia desde los centros de movimiento del buque, y varían durante una operación de elevación a medida que la posición de la punta se mueve en relación con el buque. [1]
Una barcaza de construcción autoelevable es una barcaza equipada con cuatro a ocho patas, cada una con un sistema de elevación que puede agarrar la pata y moverla hacia arriba o hacia abajo en relación con el casco, bloquearla en su lugar y moverla hacia atrás a lo largo de la pata para agarrarla nuevamente para una operación de elevación adicional. El casco se levanta por encima de las puntas de las olas en la posición de trabajo, y la masa de la barcaza y cualquier carga adicional se sostienen en las bases de las patas, que preferiblemente deben distribuir la carga lo más uniformemente posible. Durante la operación de elevación, la barcaza se asegura en su lugar mediante una extensión tensa de anclajes de amarre. Una vez en la altura de trabajo, las patas se pueden soltar una a la vez y se pueden hincar más profundamente con martillos para hincar pilotes para una mayor estabilidad. La extracción es básicamente un procedimiento similar a la inversa, con las patas que se sacan del suelo una a la vez después de que el casco esté a flote, mientras que la extensión del ancla limita las fuerzas laterales impuestas por las olas. Se puede utilizar chorro de agua, tensión sostenida y/o inyección de agua a baja presión en la base de la pata para liberar las patas firmemente incrustadas. Estas plataformas no responden al movimiento en función de las condiciones del mar, pero necesitan condiciones de calma ocasionales para moverse. El rendimiento depende en gran medida de las características del fondo marino. [1]
Las tres principales medidas de capacidad son la carga, el alcance y la altura de elevación. Otros factores importantes son el calado del casco, la profundidad a la que se puede bajar el gancho (para trabajos en alta mar) y los límites del estado del mar para el tránsito y la elevación. [1]
La interacción de los seis grados de libertad del buque, la respuesta al estado del mar y al viento, y la posición y el movimiento del bloque superior debido a la geometría de la grúa y al movimiento operativo, pueden hacer que el bloque superior describa una trayectoria tridimensional compleja en el espacio. La trayectoria de la carga es aún más compleja, y puede haber varias resonancias del buque, la grúa y la carga que deben gestionarse, generalmente pasando por esas condiciones tan pronto como sea razonablemente posible, pero los sistemas de compensación de movimiento pueden ayudar en ocasiones. Las aceleraciones, las cargas bruscas y los impactos entre la carga y el entorno deben minimizarse y limitarse a niveles que no provoquen daños inaceptables. Algunas de estas respuestas son inherentes a la combinación de buque, grúa y carga, y otras dependen del estado del mar y de las fuerzas del viento. La recogida y el descenso son las etapas críticas para las cargas de impacto. Durante la recogida puede haber un movimiento relativo entre el soporte sobre el que se apoya la carga y el gancho, y si la carga no puede levantarse antes de que se cierre el hueco, se producirá un impacto. De manera similar, al depositar la carga, se debe hacer lo más suavemente posible y, una vez en contacto, se debe dejar que se asiente lo antes posible para evitar volver a levantarla y golpear la estructura base. [1]
En la Europa medieval , ya en el siglo XIV se introdujeron buques grúa que podían desplegarse de forma flexible en toda la cuenca del puerto. [2]
Durante la era de la vela , el casco de aparejo se utilizó ampliamente como grúa flotante para tareas que requerían elevación pesada. En esa época, los componentes más pesados de los barcos eran los mástiles principales, y los cascos de aparejo eran esenciales para quitarlos y reemplazarlos, pero también se usaban para otros fines. Algunos buques grúa tenían motores para propulsarse, otros necesitaban ser remolcados con un remolcador .
En 1920, el acorazado USS Kearsarge, construido en 1898, fue reconvertido en buque grúa al instalarle una grúa con capacidad de 250 toneladas . Más tarde, pasó a llamarse Buque grúa nº 1. [3] Se utilizó, entre otras cosas, para colocar cañones y otros elementos pesados en otros acorazados en construcción. Otra hazaña notable fue el izado del submarino USS Squalus en 1939.
En 1942, los buques grúa, también conocidos como "Heavy Lift Ships" , SS Empire Elgar ( PQ 16 ), SS Empire Bard ( PQ 15 ) y SS Empire Purcell (PQ 16) fueron enviados a los puertos árticos rusos de Archangelsk , Murmansk y Molotovsk (que luego pasó a llamarse Sererodvinsk). Su función era permitir la descarga de los convoyes árticos en los casos en que las instalaciones portuarias habían sido destruidas por los bombarderos alemanes o eran inexistentes (como en el muelle Bakaritsa de Archangelsk). [4] [5] [6]
En 1949, J. Ray McDermott mandó construir la Derrick Barge Four , una barcaza equipada con una grúa giratoria capaz de levantar 150 toneladas. La llegada de este tipo de buques cambió el rumbo de la industria de la construcción offshore . En lugar de construir plataformas petrolíferas en partes, se podían construir en tierra firme cubiertas y estructuras modulares. Para su uso en la parte poco profunda del Golfo de México , cuna de la industria offshore, estas barcazas eran suficientes.
En 1963, Heerema transformó un petrolero noruego , el Sunnaas , en un buque grúa con capacidad de 300 toneladas, el primero en la industria offshore que tenía forma de barco. Se lo rebautizó como Global Adventurer . Este tipo de buque grúa se adaptaba mejor al duro entorno del Mar del Norte .
En 1978, Heerema hizo construir dos buques grúa semisumergibles, el Hermod y el Balder , cada uno con una grúa de 2.000 toneladas y otra de 3.000 toneladas. Más tarde, ambos fueron mejorados para una mayor capacidad. Este tipo de buque grúa era mucho menos sensible al oleaje del mar, por lo que era posible operar en el Mar del Norte durante los meses de invierno. La alta estabilidad también permitió elevaciones más pesadas de las que eran posibles con un monocasco. La mayor capacidad de las grúas redujo el tiempo de instalación de una plataforma de una temporada completa a unas pocas semanas. Inspirados por este éxito, se construyeron buques similares. En 1985 se lanzó el DB-102 para McDermott, con dos grúas con una capacidad de 6.000 toneladas cada una. Micoperi encargó el M7000 en 1986, diseñado con dos grúas de 7.000 toneladas cada una.
Sin embargo, debido a un exceso de petróleo a mediados de la década de 1980 , el auge de la industria offshore había terminado, lo que resultó en colaboraciones. En 1988, se formó una empresa conjunta entre Heerema y McDermott, HeereMac. En 1990, Micoperi tuvo que solicitar la quiebra. Saipem , a principios de la década de 1970 un gran contratista de elevación pesada, pero solo un pequeño jugador en este campo a fines de la década de 1980, adquirió M7000 de Micoperi en 1995, rebautizándolo más tarde como Saipem 7000. En 1997, Heerema se hizo cargo del DB-102 de McDermott después de la interrupción de su empresa conjunta. [7] El barco pasó a llamarse Thialf y posteriormente se actualizó en 2000 a una capacidad de elevación de dos veces 7.100 toneladas.
Thialf puede utilizar ambas grúas en tándem para levantar 14.200 t (14.000 toneladas largas; 15.700 toneladas cortas) en un radio de 31,2 m (102 pies); en comparación, Saipem 7000 puede utilizar ambas grúas para levantar una carga más pequeña de 14.000 t (14.000 toneladas largas; 15.000 toneladas cortas) en un radio más amplio de 41 m (135 pies). [8]
En 2000, Thialf estableció un récord de elevación más pesada al levantar las 11.883 t (11.695 toneladas largas; 13.099 toneladas cortas) cubiertas superiores del Shearwater para Shell. [9] [10] El Saipem 7000 estableció un nuevo récord en octubre de 2004 al levantar 12.150 t (11.960 toneladas largas; 13.390 toneladas cortas) de la cubierta Sabratha. [11] [12]
En el marco del posicionamiento dinámico, Saipem 7000 estableció otro récord en 2010 al levantar las cubiertas superiores del BP Valhall Production de 11.600 t (11.400 toneladas largas; 12.800 toneladas cortas) . [12]
Poco después de su finalización, Sleipnir completó una elevación récord de 15.300 t (15.100 toneladas largas; 16.900 toneladas cortas) para las partes superiores del proyecto Leviatán para Noble Energy , en septiembre de 2019. [13]
En el evento, la cubierta zarpó de Ulsan el 28 de septiembre de 2004, con un peso de 12.100 toneladas, incluido el aparejo, después de haber sido deslizada hasta el buque de transporte Dockwise Transshelf utilizando gatos hidráulicos y de cable.
El 30 de octubre, el Transshelf llegó al sitio en alta mar, luego de un viaje de cuatro semanas a través del Canal de Suez. Dos días después, el Saipem 7000 acopló la cubierta a la cubierta en una operación de cuatro horas. La autoridad certificadora Lloyd's Register confirmó el peso como un récord mundial para una sola elevación en alta mar. Sin embargo, Saipem debería superar su propio logro a finales de este año cuando el mismo buque levante las partes superiores de la plataforma Piltun hasta su lugar en alta mar en la isla de Sakhalin.
