Arquitectura, Obras y Construcción
Aparatos de elevación motorizados
6.1.- Introducción.
Los comienzos de los dispositivos de elevación son antiguos, tanto que los primeros que se dieron en la historia fueron las palancas, las poleas, los rodillos y los planos inclinados. La realización de grandes trabajos de construcción con este tipo de equipamiento exigía un número elevado de trabajadores.
Hoy en día estos son lo que se conoce como medios estándar en la elevación de cargas. Estos son los que no dependen de una gran tecnicidad o de maquinaria pesada, como pueden ser las poleas o los gatos hidráulicos.
Además de los medios estándar, hoy disponemos de la ingeniería de elevación, que es la rama de la ingeniería que estudia, diseña y ejecuta las maniobras necesarias para la elevación y posicionamiento de cargas. Se suele reservar este término para cargas de especial dificultad en su posicionamiento, por su peso, dimensiones u otras circunstancias. Este término proviene del inglés lifting engineering, empleado habitualmente como sinónimo de Heavy lifting (izado pesado). En castellano se emplea el término SAED (Sistemas Alternativos de Elevación y Desplazamiento) que corresponde a aquellas actividades desarrolladas mediante ingeniería de elevación para la elevación, desplazamiento y posicionamiento de piezas singulares, bien por peso, bien por dimensiones, bien por otras dificultades.
Las maniobras especiales aparecen como complemento de las que se podría llamar maniobras estándar; es decir, el empleo de grúas de cualquier tipo, sin necesidad de desarrollar un estudio o procedimiento específico de maniobra. Es erróneo el concepto de que maniobra especial es toda aquella que no se hace con una grúa. En ocasiones se puede incluir en el concepto de maniobra especial a aquellas que requieren del empleo de grúas.
Factores técnicos:
Estos tipos de dispositivos serán usados cuando exista la imposibilidad de emplear medios estándar. En ocasiones, las cargas son tan elevadas que no hay disponible maquinaria estándar que permita realizar los movimientos, y hay que diseñar equipos a medida.
También es posible que sea necesaria una precisión elevada en los movimientos. En este aspecto destaca el empleo de gatos de cable monitorizados en tiempo real (precisión del orden del milímetro). Determinadas piezas a mover son especialmente delicadas o presentan particularidades en su comportamiento estructural, que obligan al desarrollo de una maniobra especial.
Otras veces es la zona de trabajo la que requiere el desarrollo de estas maniobras, bien por no disponer de espacio para emplazar medios estándar (en el interior de edificios, por ejemplo), bien porque la capacidad portante del terreno sea baja, etc.
En resumen podemos determinar unos factores que justifiquen la utilización de la ingeniería de elevación:
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Movimiento de grandes cargas.
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Requerida elevada precisión en el ajuste de la pieza.
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Particularidades de la pieza.
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Particularidades de la zona de trabajo (interferencias, obstáculos, capacidad portante del terreno).
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Otros factores técnicos menos frecuentes (temperatura de la zona de trabajo, climatología, presencia de mareas; tiempo disponible, como por ejemplo en una línea férrea en explotación, etc.).
Factores económicos:
Existen otro tipo de factores importantes en la toma de decisiones para un trabajo, estos son los factores económicos. Deberemos tener en cuenta estos factores ya que las maniobras realizadas por ingeniería de elevación no suelen ser “competencia” de las maniobras estándar debido a estos factores económicos. Realmente ambos procedimientos de trabajo se complementan. En cualquier caso, la teoría de que “si se puede hacer con medios estándar, es más económico con medios estándar”, no siempre es correcta, y su aplicación ciega puede dar lugar a cometer importantes errores. En unas ocasiones serán más económicas las maniobras especiales y en otras las estándar.
Por ejemplo, si se desea montar un solo reactor petroquímico muy pesado, el montaje con mástiles de izado y gatos de cable compite directamente con el montaje mediante grúas. Incluso menores pesos también pueden competir económicamente. Si en lugar de uno, son más reactores, es más probable que resulte favorable el empleo de grúas.
Como resumen, podemos afirmar que, para tomar una decisión correcta deben analizarse todas las opciones, sin prejuicios o sesgos que puedan provocar errores en la toma de decisiones.
Factores relacionados con la seguridad:
Por último podemos destacar un grupo de factores no menos importantes en la toma de decisiones en un trabajo que requiera elevación de cargas. Estos son los factores de seguridad. El tratamiento de la seguridad, como factor que decanta la decisión de realizar una maniobra especial, requiere una adecuada atención. En teoría, ambos procedimientos (el estándar y el especial), si se hacen bien, deben ser seguros. Del mismo modo, ambos procedimientos presentan sus riesgos.
Por tanto, ninguno de estos procedimientos es intrínsecamente seguro o inseguro. Serán factores externos de seguridad los que habitualmente influyan en la decisión y harán más adecuado un procedimiento u otro.
Lo verdaderamente importante en ambos casos es que, tanto si la maniobra es estándar como si es una maniobra especial, el contratista deberá ser solvente desde este punto de vista. Suele ayudar que los equipos sean modernos, y en todos los casos deberá exigírsele la certificación, por entidades externas, de sus equipos críticos (gatos de cable normalmente).
6.1.1.- Definiciones y diferentes clasificaciones de los aparatos de elevación.
Según el Artículo 2º del Capítulo Primero del Reglamento de Aparatos de Elevación y Manutención (RAE):
“Se entiende por aparatos de elevación y manutención a efectos del presente Reglamento, aquellos que sirvan para estos fines, cualquiera que sea su forma de accionamiento, tales como ascensores, montacargas, escaleras mecánicas y transporte continuos, transelevadores, plataformas elevadoras, carretillas de manutención y otros aparatos similares.”
También podemos definir:
Grúa: aparato de elevación de funcionamiento discontinuo, destinado a elevar y distribuir, en el espacio, las cargas suspendidas de un gancho o de cualquier otro accesorio de aprehensión.
Grúa pluma: grúa en la que el accesorio de aprehensión está suspendido de la pluma o de un carro que se desplaza a lo largo de ella.
En el primer caso, la distribución de la carga se puede efectuar por variación del ángulo de inclinación de pluma; en el segundo caso, la posición de la pluma suele ser horizontal, aunque puede utilizarse inclinado hasta formar un determinado ángulo.
Grúa móvil: aparato de elevación de funcionamiento discontinuo, destinado a elevar y distribuir, en el espacio, las cargas suspendidas de un gancho o de cualquier otro accesorio de aprehensión, dotado de medios de propulsión y conducción propios o que formen parte de un conjunto con dichos medios que posibilitan su despleazamiento por vías públicas o terrenos.
Grúa autocargante: aparato de elevación de funcionamiento discontinuo instalado sobre vehículos aptos para transportar materiales t que se utilizan exclusivamente para su carga y descarga
Grúa torre: tipo de grúa pluma de estructura metálica desmontable alimentada por corriente eléctrica especialmente diseñada para trabajar como herramienta en la construcción. Se pueden clasificar por sus características principales:
Por su movilidad se clasifican en:
Fijas: Son las grúas que no incorporan en su funcionamiento maniobras de traslación, es decir, la capacidad de trasladarse a sí mismas de modo autónomo por medio de raíles u otros medios.
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Apoyadas: Son aquellas que centran su gravedad por medio de contrapesos o lastres situados en su base.
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Empotradas: Son aquellas que centran su gravedad en el suelo por medio de un primer tramo de su mecano anclado al suelo encofrándose con hormigón en una zapata o con otros medios análogos.
Móviles: Son aquellas que poseen capacidad de movimiento autónomo.
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Con traslación: Por regla general por medio de raíles convenientemente situados en el suelo.
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Trepadora: Capaces de elevarse por medio de sistemas de trepado (con cables o cremalleras) firmemente hasta el edificio que se construye.
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Telescópica: Capaces de elevarse sobre sí mismas alargándose por medio de tramos anchos y estrechos embebidos unos sobre otros.
Por su pluma:
Grúa de pluma horizontal
Grúa de pluma abatible
Polipasto: Se llama polipasto a una máquina que se utiliza para levantar o mover una carga con una gran ventaja mecánica, porque se necesita aplicar una fuerza mucho menor al peso que hay que mover. Lleva dos o más poleas incorporadas para minimizar el esfuerzo.
Estos mecanismos se utilizan mucho en los talleres o industrias que cargan elementos y materiales muy pesados para hacer más rápida y fácil la elevación y colocación de estas piezas en las diferentes máquinas-herramientas que hay en los talleres o almacenes, así como cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan.
Suelen estar sujetos a un brazo giratorio que hay acoplado a una máquina, o pueden ser móviles guiados por ríeles colocados en los techos de las naves industriales.
Los polipastos tienen varios tamaños o potencia de elevación; los pequeños se manipulan a mano y los más grandes llevan incorporados un motor eléctrico.
6.1.1.1. - En función de su concepción
Estructura giratoria: aquella cuya estructura superior completa, incluida pluma y equipo de mando, giran sobre su base.
De pluma giratoria: aquella cuya estructura superior, incluida la pluma, sin equipo de mando, gira sobre su base.
De pluma fija: aquella cuya estructura superior, incluida la pluma, es fija respecto a su base.
Grúa articulada: aquella cuya estructura superior, incluida la pluma, es fija respecto a una base articulada.
6.1.1.2.- En función de su elemento de aprehensión
Por elemento de aprehensión podemos entender aquel mediante el cuál la grúa puede hacer levantar cualquier tipo de carga.
Gancho: instrumento corvo y por lo común puntiagudo en uno o ambos extremos, que sirve para prender, agarrar o colgar algo.
Horquilla: son las que llevan los toritos para cargas pequeñas normalmente paletizadas.
Electroimán: Para transportar piezas metálicas, funcionando con la electricidad, cuando pasa corriente, el imán se activa cogiendo la carga y cuando se corta la corriente, el imán se desactiva y la carga es soltada.
Cuchara: Pieza cóncava de gran tamaño y movible, que sirve para el arranque, transporte y descarga de materiales disgregados. Se escogerá en función de la consistencia de los materiales a granel que vamos a transportar.
Pinza/Garra: Se utilizan para coger cargas con una geometría especial, ya sean raíles para la construcción de vías para ferrocarril o tuberías de PVC, objetos redondos…
6.1.1.3.- En función de las posibilidades de traslación
Fijas: No tienen la capacidad de trasladarse a sí mismas de modo autónomo. Por ejemplo sería el sistema de elevación de las obras, con las grúas torre, en la que la grúa se encuentra fija.
Móviles: son aquellas que poseen capacidad de movimiento autónomo. Por ejemplo encontramos las grúas puente, también en algunas grúas autopropulsadas, ya sean sobre neumáticos o sobre orugas.
6.1.1.4.- En función de su dispositivo de mando.
Mando desde el suelo:
Desplazable a lo largo del puente: permite guiar la marga manualmente y permite mantener una distancia de seguridad entre el conductor y la carga.
Mando suspendido del carro: el conductor está próximo a la carga y puede guiarla manualmente. Adecuado para trabajos de mantenimiento y montaje. En este tipo de mando podemos encontrar los puente grúa muy utilizados en talleres mecánicos donde se trabaja con maquinaria pesada
Mando suspendido de un pinto fijo.
Mando por radio. Se utilizara cuando el conductor no pueda acompañar a la grúa como por ejemplo en centrales nucleares, instalación de depuración de aguas…
Mando desde la cabina:
Cabina montada en el sistema de elevación: este sistema se emplea para conseguir una buena visibilidad para el conductor.
Cabina abierta/cerrada: fija en un extremo del aparato desde donde el operador puede controlar la carga y manipularla con seguridad.
Mando por radio Mando suspendido del carro Mando desde cabina
6.1.1.5.- En función de su posibilidad de orientación.
Elevación: Capacidad para mover hacia arriba o abajo la carga.
Distribución: Colocar la carga más próxima o alejada de la base.
Orientación: Girar la grúa tomando como eje de giro el centro del mástil de la grúa.
Traslación: Desplazar la base de la grúa.
6.1.1.6.- En función de su modo de apoyo.
Montada sobre ruedas: aquella cuya base está equipada de ruedas para su desplazamiento, que puede ser de desplazamiento rápido, todo-terreno o mixta (desplazamiento rápido todo-terreno).
Montada sobre cadenas: aquella cuya base está equipada de cadenas para su desplazamiento.
Montada sobre bases especiales: aquella cuya base está equipada para su desplazamiento de otros distintos de ruedas o cadenas.
6.1.2.- Parámetros de los principales tipos de aparatos de elevación.
6.1.2.1.- Parámetros de carga.
Momento de carga M = L. Q: producto de la carga nominal correspondiente (Q) por su radio o alcance (L).
Momento de vuelco MA = A. Q: producto de la carga nominal correspondiente (Q) por la distancia de su proyección al eje de vuelco (A).
Masa neta, Gk: masa de la grúa sin contrapesos, carburante, lubricante y agua.
Masa total, Go: masa total de la grúa en orden de marcha, con contrapesos, carburante, lubricante y agua.
Carga sobre un apoyo, P: valor de la carga máxima vertical transmitida a través de un apoyo al camino de rodadura o al suelo.
Diagrama de cargas y alcances: correlación de cargas y alcances para cada longitud de pluma y configuración de trabajo.
Cargas sobre estabilizadores: Diagrama de cargas que expresa las diferentes capacidades de elevación cuando la grúa trabaja firmemente apoyada sobre los estabilizadores y debidamente nivelada.
Cargas sobre ruedas: diagrama de cargas que expresa las diferentes capacidades de elevación cuando la grúa trabaja apoyada únicamente sobre las ruedas de desplazamiento de la base.
Cargas en 360°: diagrama de cargas sobre estabilizadores o sobre ruedas referido a la zona de trabajo en giro total de la estructura de 360°.
Cargas sobre el lateral: diagrama sobre estabilizadores o sobre ruedas referido a la zona de trabajo que determine el fabricante, con la pluma orientada hacia los dos laterales de la base de la grúa.
Cargas por detrás: diagrama de cargas sobre estabilizadores o sobre ruedas referido a la zona de trabajo que determine el fabricante, con la pluma orientada hacia la parte posterior de la base de la grúa según el sentido de marcha.
Cargas por delante: diagrama de cargas sobre estabilizadores o sobre ruedas referido a la zona de trabajo que determine el fabricante, con la pluma orientada hacia la parte anterior de la base de la grúa según el sentido de marcha.
Coeficiente de estabilidad: es la relación expresada en tanto por ciento, entre las capacidades de carga de un diagrama y las que produciría el equilibrio inestable de la máquina.
6.1.2.2. Parámetros dimensionales de los aparatos de elevación.
Alcance o radio, L: distancia horizontal entre el eje de orientación de la parte giratoria y el eje vertical de elevación, estando el aparato de elevación instalado sobre un emplazamiento horizontal.
Alcance a partir del eje de vuelco, A: distancia horizontal entre el eje de vuelco y el eje vertical del elemento de aprehensión sin carga, estando el aparato de elevación instalado sobre un emplazamiento horizontal.
Amplitud de alcance: distancia horizontal entre los ejes verticales de las posiciones extremas del elemento de aprehensión para una determinada longitud de pluma. A la posición extrema más próxima al eje de giro se le denomina alcance mínimo, a la más alejada, alcance máximo.
Longitud de pluma: es, para cada configuración, la distancia, expresada en metros entre el eje del giro vertical de la pluma y el eje de las poleas de izado de carga.
Longitud de plumín: es, para cada configuración, la distancia, expresada en metros entre el punto de fijación a la pluma y el eje de sus poleas de izado de carga.
Angulo de la pluma: es el formado por el eje longitudinal de la pluma con el plano horizontal.
Angulo del plumín: es el formado entre el eje longitudinal del plumín y el eje longitudinal de la pluma que lo soporta.
Zona de barrido trasero, r: radio máximo de la parte giratoria de la grúa en el lado opuesto a la pluma.
Altura de elevación, H: distancia vertical entre el nivel de apoyo de la grúa y el dispositivo de aprehensión cuando éste se encuentra en la posición más elevada de trabajo:
Para ganchos y horquillas, la medida se toma a su superficie de apoyo.
Para otros dispositivos de aprehensión, la medida se toma a su punto más bajo (en posición cerrada).
La altura de elevación se tomará sin carga y con la grúa instalada sobre un terreno horizontal.
Profundidad de descenso, h: distancia vertical entre el nivel de apoyo de la grúa y el dispositivo de aprehensión, estando éste en su posición de trabajo más baja:
Para ganchos y horquillas, la medida se toma a su superficie de apoyo.
Para los otros dispositivos de aprehensión, la medida se toma a su punto más bajo (en posición cerrada).
La profundidad de descenso se tomará sin carga y con la grúa instalada sobre un terreno horizontal.
11. Amplitud de elevación, D: distancia vertical entre la posición de trabajo superior e inferior del dispositivo de aprehensión.
6.1.2.3.- Velocidades de los movimientos de trabajo.
Velocidad máxima de elevación y descenso de la carga, Vn: velocidad controlada vertical de la carga elevada en régimen establecido.
Velocidad de giro, W: velocidad angular de la rotación de la estructura giratoria de una grúa en régimen establecido. Se determina para el máximo alcance de carga, instalada la grúa sobre un emplazamiento horizontal y con una velocidad del viento, a una altura de 10 metros inferior a 3 metros/segundo.
Velocidad de traslación, Vk: velocidad de desplazamiento de la grúa en el régimen establecido. Se determina con el aparato en carga y desplazándose sobre una vía o una superficie horizontal, y con una velocidad de viento, a una altura de 10 metros inferior a 3 metros/segundo.
Velocidad de variación del alcance, Vr (por elevación y descenso de la pluma): velocidad medida del desplazamiento horizontal de la carga en el régimen establecido. Se determinan en la carrera de elevación de la pluma a partir de su alcance máximo, hasta su alcance mínimo, o viceversa, estando la grúa instalada sobre un terreno horizontal y con una velocidad de viento que no sobrepase, a 10 metros de altura, 3 metros/segundo.
Tiempo de elevación de pluma, t(2): tiempo mínimo necesario para elevar la pluma desde su posición de alcance máximo a la de alcance mínimo. Se determina realizando la operación de elevación de la pluma estando la grúa instalada sobre un terreno horizontal y con una velocidad de viento que no sobrepase, a 10 metros de altura, 3 metros/segundo.
Tiempo de telescopado de pluma, tt: tiempo necesario para pasar de la posición de pluma totalmente recogida a totalmente extendida. Se determina realizando la operación de telescopado estando la pluma en su ángulo máximo de inclinación, estando la grúa instalada sobre un terreno horizontal y con una velocidad de viento que no sobrepase, a 10 metros de altura, 3 metros/segundo.
6.1.2.4.- Parámetros relacionados con el camino de rodadura.
Vía (k): distancia horizontal entre los ejes de carriles o de las ruedas del tren de rodadura, medida transversalmente al eje longitudinal de desplazamiento.
Distancia entre ejes (B): distancia entre los ejes del tren de rodadura, medida paralelamente al eje longitudinal de desplazamiento.
Peso por eje (GE): peso que soporta sobre la totalidad de las ruedas acopladas a un eje.
Distancia entre ejes de estabilizadores (Bo): distancia entre los ejes verticales de los apoyos de los estabilizadores, medida según el eje longitudinal de desplazamiento de la grúa.
Amplitud de los estabilizadores (Ko): distancia máxima entre los ejes verticales de los apoyos de los estabilizadores, medida transversalmente al eje longitudinal de desplazamiento de la grúa.
Pendiente superable (i): pendiente máxima, expresada en porcentaje, que la grúa puede superar.
Contorno de apoyo: contorno formado por la proyección sobre el suelo de las líneas que unen los ejes verticales de los elementos de apoyo de la grúa.
Radio de la circunferencia del espacio del borde interior (Rk): radio de la circunferencia interior medida sobre un plano vertical tangente al punto más exterior que describe la rueda de menor radio, cuando la grúa efectúa la curva de menor radio (véase esquema del punto 10).
Radio de la circunferencia del espacio del borde exterior (entre bordillos) (R): radio de la circunferencia medida sobre un plano de la circunferencia medida sobre un plano vertical tangente al punto más exterior del neumático cuando la grúa está efectuando su curva de menor radio. Es igual al radio de la circunferencia de giro más el ancho total del neumático en ese plano (véase esquema del punto 10).
Radio de la circunferencia del espacio del giro (entre paredes) (Ro): radio de la circunferencia que abarca los puntos más exteriores de proyección de la grúa, mientras ésta efectúa su curva de menor radio
Velocidad de desplazamiento en ruta, Vo: velocidad máxima de desplazamiento de la grúa en orden de marcha, accionada por sus propios medios.
6.1.2.5.- Parámetros generales :
Clasificación de la grúa y sus mecanismos: de acuerdo con la norma UNE 58-531-89.
Zona de proximidad: espacio de seguridad que precisa la grúa durante su fase de trabajo.
6.1.3.- Vocabulario y términos técnicos utilizados en el campo de las grúas, aparatos de elevación y equipos correspondientes.
Aparejo: sistema de poleas y de cables destinado a hacer variar las fuerzas y las velocidades.
Base de grúa: dispositivo que soporta la estructura de la grúa. Dispone de sistemas propios de propulsión para poderse trasladar mediante ruedas, cadenas u otros sistemas.
Cabina: habitáculo destinado al manejo y/o conducción de la grúa y que alberga a los mandos y al operador.
Contrapeso: masa fijada sobre la estructura de la grúa para ayudar a equilibrar las acciones de la carga.
Corona de orientación: elementos destinados a transmitir los esfuerzos (momento de carga, fuerzas horizontales y verticales) de la estructura giratoria a la base de la grúa y que es accionado por el mecanismo de orientación de la estructura giratoria.
Dispositivo de puesta en veleta o giro libre: sistema que asegura la libre orientación de la estructura giratoria ante la acción del viento en la condición de fuera de servicio. Se puede utilizar, asimismo, para la autoalineación vertical de la pluma con la carga, antes de comenzar la maniobra de izado.
Estabilizadores: dispositivos destinados a aumentar y/o asegurar la base de apoyo de una grúa en posición de trabajo.
Estructura giratoria: estructura orientable capaz de soportar la pluma, contrapeso y todos los mecanismos de accionamiento de la grúa. No aloja necesariamente a los mecanismos de traslado de la grúa.
Final de carrera de órgano de aprehensión: dispositivo de seguridad que impide que el órgano de aprehensión se halle muy próximo a la cabeza de la pluma o plumín.
Indicador del ángulo de pluma: dispositivo que permite la lectura, desde la cabina del operador, del ángulo de inclinación de la pluma en cada momento.
Indicador de carga en gancho: dispositivo que permite la lectura, desde la cabina del operador, de la carga que soporta el órgano de aprehensión en cada momento.
Indicador de longitud de pluma: dispositivo que permite la lectura, desde la cabina del operador, de la longitud de pluma en cada momento para aquellas grúas equipadas con pluma telescópica.
Indicador de momento de carga: dispositivo automático de seguridad que detecta para cada posición de trabajo la carga máxima que se puede manipular.
Limitador de cargas: dispositivo automático de seguridad que detecta para cada posición de trabajo la carga máxima que se puede manipular, cortando el movimiento ascendente del mecanismo de elevación y aquellos movimientos que supongan aumentar los máximos momentos de carga prefijados en el correspondiente diagrama de cargas.
Mecanismos de elevación: mecanismo que sirve para elevar y bajar la carga en la grúa y en el que el esfuerzo es transmitido por un elemento flexible (cable) desde un tambor motor.
Mecanismos de extensión de la pluma: mecanismos que sirven para variar el alcance y la altura de elevación por variación de la longitud de la pluma telescópica.
Mecanismo de inclinación de la pluma: mecanismo que sirve para variar el alcance y la altura de elevación por variación del ángulo de inclinación de la pluma.
Mecanismo de orientación: mecanismo que asegura la rotación en un plano horizontal de la estructura giratoria de la grúa.
Órgano de aprehensión: dispositivo (gancho, cuchara, electroimán, etc.) que sirve para suspender, coger o soportar la carga.
Pluma: componente estructural de la grúa capaz de soportar el órgano de aprehensión cargado, asegurando el alcance y la altura de elevación solicitados.
Suplemento de apoyo: elementos que son capaces de transmitir al suelo las acciones de la grúa.
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