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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DE PARIA“LUIS MARIANO RIVERA”
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA NAVALMENCIÓN: CONSTRUCCIÓN NAVAL
DISEÑO DE UNA CAMA DE VARADA CON CAPACIDADES DIMENSIONALES PARA BUQUES DE
HASTA 110m DE ESLORA.
Trabajo Especial de Grado Presentado como requisito parcial para optar al Título de Técnico Superior Universitario en Tecnología Naval,
Mención Construcción Naval.
TUTOR: AUTORES:INGº NÉSTOR OROZCO GÉNESIS MACHADO
C.I.- 20.374.601YUSMARY DELCINEC.I.- 18.586.154
CARÚPANO, NOVIEMBRE DE 2013
CAPÍTULO
EL PROBLEMA
Planteamiento del Problema
Un buque, a lo largo de su vida operativa, debe entrar varias veces en un
medio de varada para someterse a reconocimientos periódicos y/o trabajos de
mantenimiento de su obra viva, o a reparaciones que la afecten.
Algunas de estas varadas se planifican dentro del programa general de
mantenimiento del buque. Otras, en cambio, resultan necesarias como consecuencia
de un accidente o de una importante avería imprevista.
Cuando se solicita la entrada en cualquier medio de varada hay que prever las
interacciones que tendrán lugar entre dicho medio y el buque, procurando evitar
daños a cualquiera de ellos. Para buques de gran tamaño, se hace necesario contar con
diques que puedan soportar estos tipos de buques, que les permita realizar sus tareas
de reparaciones y mantenimientos.
Desde luego en el estudio de varada de un buque cualquiera se tienen en
cuenta aspectos relacionados con la estabilidad y el trimado, que dependen de las
formas de su carena y de la distribución de los pesos a bordo (Rosca y Peso Muerto).
En el caso de un buque de eslora superior (en este caso hasta 110m) las posibilidades
de jugar con la distribución de pesos para configurar una condición de varada son
bastante limitadas, ya que el Peso en Rosca es una fracción importante del
desplazamiento máximo y los tanques disponibles para lastrar son muy limitados. Por
ello el astillero constructor facilita una recomendación de la situación de pesos para
este tipo de maniobras (la llamada “Condición de Varada”) que es la que se ha
tomado como punto de partida (dato) para este trabajo.
Aunque esta condición de varada se considera como “dato de entrada” para
este trabajo (diseño de la cama de varada), se debe realizar una comprobación de la
estabilidad del buque, con la distribución de pesos definida en tal condición, en el
momento crítico de la varada o puesta a flote.
Naturalmente es necesario comprobar si el medio de varada que se pretende
usar tiene capacidad suficiente para recibir estos buques, es decir si “caben” en él y,
cuando se trate de hacerlo en un dique flotante o en un “syncrolift”, si tiene suficiente
Fuerza Ascensional.
Y otros aspectos muy importantes son los relacionados con la resistencia. Y al
hablar de “resistencia” debemos contemplar no solo la de la estructura del buque
frente a las acciones que se ejercen durante la varada, sino también las capacidades
límites de los apoyos (picaderos) y, en su caso, de la solera del dique correspondiente.
Por ello los aspectos que se comprobarán antes de dar por válido el diseño de
una cama de varada para buques de hasta 110m de eslora, son el Tamaño del Dique
/versus/ Buque, Resistencia de la Solera del Dique, la Resistencia y elasticidad de los
Picaderos y la Resistencia estructural del Buque
Es por estas razones que se plantea la necesidad de crear un diseño de una
cama de varada que permita la entrada de buques de hasta 110m de eslora y que
cumpla con capacidades y condiciones para realizar reparaciones y mantenimiento a
dichos buques. Entre las tareas de mantenimiento se pueden mencionar sincrolift,
sandblasting, waterblasting, entre otras.
1.2.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.2.1.- Objetivo General
Diseñar una cama de varada con capacidades dimensionales para buques de
hasta 110m de eslora.
1.2.2.- Objetivos Específicos
- Describir el funcionamiento de una cama de varada.
- Identificar los tipos de diques que poseen camas de varada.
- Describir los trabajos de mantenimiento para buques que pueden realizarse en
una cama de varada.
- Realizar el diseño de una cama de varada que permita la entrada de buques de
hasta 170 metros de eslora.
1.3.- Justificación.
En el presenta trabajo de investigación se describen los procedimientos
necesarios para diseñar una cama de varada, con ello se pretende implementar y
poner a prueba los conocimientos adquiridos durante el transcurso de la carrera de
Tecnología Naval, en la Mención de Construcción Naval.
Se considera importante el estudio ya que su ejecución podrá orientar a los
estudiantes de Tecnología Naval sobre este tema, así como los demás relacionados al
diseño y construcción de las camas de varada.
Dentro de los beneficios que se obtienen se puede mencionar:
- A los estudiantes de la U.P.T.P. “Luis Mariano Rivera”, contarán con un
material específico que servirá como antecedentes y a la vez como guía para
futuras investigaciones referentes a este tema.
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Antecedentes de la Investigación
Luego de realizar una exhaustiva búsqueda de información acerca de trabajos
realizados con anterioridad y que guardaran relación con la investigación planteada,
se pudo encontrar el siguiente trabajo de investigación.
El realizado por Barrios A. (2009) para optar al título de Ingeniero Técnico
Naval en la Universidad de Cadiz, España. Que tiene por título Diseño de la Cama
de Varada para un ferry de 172 metros de eslora total. El cual tuvo como objetivo
principal Diseñar la cama de Varada para un ferry de 172 m. de eslora total. Para este
trabajo fue necesario tomar en cuenta el peso, la flexibilidad y la resistencia del
buque, la flexibilidad y resistencia de los picaderos y la resistencia de la solera del
dique, además de ello, describir y discutir la influencia de todos estos aspectos,
presentar una lista de de diferentes medios de varada ubicados en el área normal de
operación del buque, se definen (es decir: se diseñan, se comprueban y se especifican)
varias alternativas posibles de camas de varada, considerando lo anterior , y se hace
una estimación de los costes correspondientes a la preparación de dichas camas de
varada. Luego del estudio y aplicación del diseño el investigador concluyó que:
Teniendo en cuenta la zona normal de operación de la Compañía Armadora del buque
propuesto (un Ferry de 172 m. de eslora total) y las características principales de éste,
los medios de varada que podrían recibirlo se han clasificado dentro de los cuatro
tipos siguientes: a) Un gran dique de NN CC, si la planificación de los trabajos de
éste lo permite. b) Un dique flotante con tamaño y fuerza ascensional suficientes
c) Un dique seco de tamaño mediano d) Un gran dique de reparaciones. Se han
definido y comprobado cuatro camas de picaderos (que hemos denominado A, B, C y
D) para el buque propuesto, teniendo en cuenta los aspectos más relevantes de una
varada de reconocimiento o de reparación periódica, es decir: el buque (su peso,
flexibilidad y resistencia); los picaderos (su flexibilidad y resistencia) y la solera del
dique (su resistencia). Los esfuerzos previstos en la estructura del buque durante la
varada en cualquiera de las camas propuestas quedan por debajo de la mitad del
límite elástico del acero usado, excepto en el caso de la cama B: el uso de ésta
implicaría aceptar un factor de utilización del acero de la zona del túnel de hasta un
60%, lo que es algo mayor que lo que se ha apuntado como “deseable”. Entre otras.
El trabajo anteriormente citado guarda relación directa con el tema en
cuestión, ya que se busca realizar un diseño de una cama de varada que permita alojar
naves de hasta 110m de eslora.
2.2. Bases Teóricas
Cama de Construcción
Sobre el piso o firme de la grada de construcción del astillero, se construye lo
que se llama cama de construcción, cuya misión, entre otras, es facilitar el trabajo de
los soldadores y otros en el fondo del buque, en su parte exterior; y además permitir
la colocación de la cama de lanzamiento, así como la del plano inclinado que forman
las camas de imadas, por encima de las cuales se va a deslizar dicha cama o cuna
junto con el buque, hasta el agua.
En la siguiente figura, vemos el fondo de un buque plano, apoyado en su cama
de construcción, formada por tres hileras de apoyos longitudinales. El apoyo del
centro recibe el nombre de picaderos centrales, y están formados por:
1. Picadero base, formado de bloques normalmente de madera, de quita y pon,
situados en el eje de simetría del piso de la grada.
2. Dos cuñones de madera.
3. Otro picadero, formado por bloques de madera de forma prismática.
4. Caja de arena: Consiste en una caja prismática, una de cuyas áreas se puede
deslizar verticalmente mediante una corredera, y que en su interior tiene un
saquete de arena.
5. Solera, bloque de madera que se apoya directamente en el saquete de arena de
la caja descrita anteriormente.
fig. 1. Disposición de los picaderos centrales
Fig. 2. Cama de lanzamiento o cuna
A. Piso de la grada.
B. Fondo plano del buque.
La altura total de los picaderos centrales oscila de 1,20 metros a 1,50.
Igualmente son los apoyos del pantoque, solo que no suelen tener el mismo firme que
los de la quilla. Al conjunto de los apoyos del pantoque, se les llama calzadas o
almohadas de pantoque.
Cama de lanzamiento o cuna, y plano de inclinación de lanzamiento llamado
cama de imadas o simplemente imadas.
Los dibujos de las figuras anteriores se corresponden, o sea, que se pueden
superponer, para más claridad es por lo que se representan por separado. En la figura
1, el peso del buque se apoya totalmente en la cama de construcción. Entonces en el
momento oportuno (función del ritmo de la construcción del buque y tiempo que falta
para la botadura), se empieza a construir debajo de él, la cama de lanzamiento o cuna,
y la cama de imadas por donde se va a deslizar la cuna con el buque.
En la figura 2 tenemos la sección transversal en las proximidades de la
sección media del mismo buque anterior, gravitando ahora exclusivamente sobre su
cama de lanzamiento, y ya con la cama de construcción deshecha, y listo para la
botadura.
Observando dicha figura 2 tenemos:
a) Los bloques prismáticos de madera (1) y (2) forman la cama de imadas
(constituyen una especie de raíles de deslizamiento) afirmadas al piso o firme
de la grada y que en su recorrido llegan hasta a sumergirse en el agua, de
acuerdo con las necesidades de la botadura, como ya estudiaremos más
adelante.
b) El bloque número (3) se llama anguila. Esta está forman digamos como el
patín de la cama de deslizamiento, y se deslizan sobre la pista, formada por las
imadas. La separación transversal entre imadas es de un tercio del la manga
del buque. Las anguilas a veces van unidas entre sí por una barra transversal
rígida, y en sentido longitudinal forman bloques independientes. A veces van
unidas a la cubierta superior del buque, en sentido vertical, mediante cables
(sujeción de la cama de lanzamiento o cuna al buque, para que se mantengan
unidos al flotar éste). La unión de las anguilas al fondo del buque, se hace, a
través de las cuñas y embonos de apoyo, en función naturalmente del enorme
peso del buque que gravita sobre el conjunto. Las cuñas y embono tienen los
números (4) y (5).
c) Veamos ahora brevemente cómo pasa el peso del buque a gravitar, desde la
cama de construcción a la de lanzamiento.
Con el buque apoyado en la cama de construcción, se construye la cama de
imadas, en primer lugar.
Después sobre las imadas y habiendo dado previamente una sustancia
deslizante de rozamiento, se colocan encima y de una forma ordenada en sentido
longitudinal, los distintos bloques formados por las anguilas. Para este menester, o
sea, para colocar las anguilas encima de las imadas, debe haber una distancia cómoda
entre el fondo del buque y la superficie alta de las imadas. Colocados los bloques de
las anguilas, debe quedar una altura vertical entre la superficie superior de estas y el
fondo del buque, de más de de 150 milímetros, para encajar las cuñas y embonos,
mencionados anteriormente; se colocan ambos por encima de las anguilas, pero sin
que las cuñas aprieten todavía el embono sobre el fondo del buque, o sea, pasarlo a
gravitar casi por completo sobre las cama de lanzamiento.
En estas condiciones hay dos caminos a seguir, según el tonelaje de los
buques: En los de poco tonelaje, a todo lo largo de su eslora, y en forma preparada de
antemano, se empiezan a golpear estas cuñas, que acabarán levantando el buque, lo
suficiente, para que gravite sobre la superficie de rozamiento anguila-imada, y por
tanto, ya se puede deshacer la cama de construcción, que ha quedado libre de la
presión producida por el peso del buque.
En los buques de gran tonelaje, no se levantan éstos, sino lo que se hace es
bajarlos; para lo cual, se aprietan las cuñas como las anteriores, cuando se considera
suficientemente acuñado, se actúa sobre las cajas de arena que ya hemos explicado.
Recordemos, que una de las tapas laterales de la caja es de corredera; todas las tapas
laterales de las distintas cajas se van abriendo, después al saquete de arena que hay
dentro, se le da una cuchillada; la arena empieza a salir, presionada por el bloque de
madera que gravita sobre ella (solera), que a su vez está presionada por el peso del
buque. En resumen que la solera entra como un pistón dentro de la caja de arena, y
con ello baja el buque.
Aspectos a considerar para la varada de un buque.
Estabilidad durante la varada o puesta a flote.
Cuando un buque entra a varar en un dique lo hace generalmente con asiento
por popa. De esta manera, será este extremo del buque el que comience a tocar la
cama de picaderos, cuando el nivel de agua en el interior del dique haya bajado lo
suficiente.
A partir de este instante y una vez asegurada la posición del buque, continúa
el proceso de achique del dique. Al disminuir la altura de agua aumenta la reacción
sobre los picaderos del extremo de popa y el buque va reduciendo su asiento hasta
quedar apoyado totalmente sobre la cama. Este proceso lo denominamos “giro”
alrededor de la popa.
A medida que el buque va girando sobre su popa, va aumentando la reacción
localizada en dicho extremo. El instante más crítico es el inmediatamente anterior a
aquél en que queda apoyado sobre toda la cama, por las dos razones siguientes:
a) En ese instante la reacción localizada en popa (teóricamente en un punto, pero
en la práctica a lo largo de unos cuantos picaderos, debido a la flexibilidad de
éstos y de la propia estructura del buque) es máxima.
b) La pérdida de estabilidad transversal es función directa de la magnitud de la
reacción de la cama y en este instante el buque todavía no se encuentra sujeto
por los apoyos laterales. El “Anexo 1” a esta Memoria describe en detalle
cómo evaluar la estabilidad transversal de un buque durante la varada o puesta
a flote en dique y recoge los cálculos específicos realizados para el buque
objeto de este trabajo partiendo de la distribución de pesos contenida en la
“Condición de Varada”.
Capacidad del Dique.
Las dimensiones que hay que contrastar son: eslora (aunque en un dique
flotante se puede admitir que sobresalgan algo los extremos del buque), manga y
calado sobre los picaderos.
Y, como se ha dicho antes, si se trata de un dique flotante o de un “syncrolift”,
hay que comprobar si su Fuerza Ascensional es suficiente para levantar el buque en
su condición de varada
Resistencia de la Solera del Dique.
a) Caso de diques flotantes:
En un dique flotante, los parámetros que limitan la posible varada son las
Dimensiones (Lt, B y d) y el Peso del Buque /versus/ la Fuerza Ascensional del
dique.
Las cargas sobre sus picaderos pueden homogeneizarse controlando la flexión
del dique mediante una apropiada distribución del “lastre de maniobra”. Jugando con
dicha distribución, se obliga al dique a flexar “copiando” la flecha de la viga buque
(al menos parcialmente). Por ello, y teniendo en cuenta los criterios de diseño de los
diques flotantes, podemos establecer que: si el peso del buque en la condición de
varada no supera la Fuerza ascensional del dique, y se trata de un buque de
proporciones normales (es decir, no estamos hablando de un “artefacto” con un gran
peso concentrado a lo largo de una eslora pequeña) no hay que hacer comprobaciones
especiales acerca de la resistencia de la “solera”, es decir de la llamada “cubierta de
pontona” en el caso de un dique flotante
b) Caso de Diques secos.
En diques secos excavados en roca, pilotados o de gravedad, la resistencia de
la solera no suele ser un factor limitante.
Pero en ciertos diques, las Cargas Máximas sobre la Solera están
especificadas. Se ha estudiado un caso complejo: la varada en el del astillero de
Puerto Real, (en el que los buques se sitúan descentrados respecto a la crujía del
dique y cuya solera es especialmente sensible)
Resistencia y elasticidad de Picaderos
En las diferentes alternativas que se plantearán, se considerarán varios tipos de
picaderos, atendiendo tanto a la base rígida como al colchón elástico:
Base rígida
– de altura fija
– de altura regulable
Parte elástica
– Madera de pino
– Madera de Guinea
– Caucho
Se establecerán los límites seguros de carga tanto de la base rígida como del
colchón elástico.
Resistencia del Buque.
La resistencia Global de la estructura del buque no se pone en riesgo durante
una varada o puesta ordinaria, ya que:
- Son operaciones más bien estáticas, muy controladas durante su ejecución,
- Que se realizan en ausencia de olas,
- En las que el buque va a quedar soportado en una porción muy grande de su
eslora y,
- La condición de equilibrio a flote tiene un asiento pequeño en relación con la
pendiente longitudinal de la cama de varada
Otra cosa sería si el buque que entra en dique viene muy dañado (como
consecuencia de un importante accidente, por ejemplo) y su estructura está muy
afectada y/o hay que limitar mucho el número y distribución de los picaderos que
conforman la cama de varada.
Pero esto último sería un caso especial que habría que tratar cuidadosamente y
que se aleja de lo que podríamos denominar “varada normal de reconocimiento y
carenado”. En tal caso el diseño de la cama de picaderos está subordinado no solo a
las características del buque, sino al estado en que éste se encuentre tras el accidente.
Este supuesto queda fuera del alcance de este trabajo.
Lo que sí que debe hacerse en cualquier caso es analizar cómo afecta la varada
a la estructura local de fondo. Esta estructura es la que recibe directamente la reacción
de las cargas sobre picaderos y podría sufrir deformaciones como consecuencia de
ello.
Dicho análisis debe incluir el estudio interactivo de los siguientes parámetros:
• Tamaño del picadero
• Posición del picadero
• Carga sobre el picadero
• Disposición estructural del fondo
Si la mayoría de los picaderos se sitúan bajo elementos especialmente rígidos
del fondo (por ejemplo vagras o varengas) no hay que temer que se produzcan
deformaciones locales, pero si hay una zona relativamente grande en la que los
picaderos quedan situados bajo paneles de plancha, con o sin refuerzos secundarios,
puede producirse deformación del fondo.
Cálculos de comprobación
Un buque de acero varado sobre una cama de picaderos en un dique seco se
puede considerar como una viga de rigidez variable a lo largo de su longitud,
soportada por un conjunto de muelles (que modelizarían la flexibilidad de los
picaderos) y sometida a una curva de carga determinada por la distribución de su
peso, el de los lastres y los consumos embarcados.
Durante la inundación del dique para poner a flote el buque, aparecen otras
fuerzas (debidas al empuje hidrostático sobre la carena) que modifican la curva de
cargas actuante sobre la viga-buque, provocando una alteración de las reacciones
sobre los apoyos.
Viceversa, a lo largo de la operación de varada, la secuencia de variación de
las reacciones se invierte, pero desde el punto de vista del cálculo el proceso es
equivalente.
Para definir apropiadamente una cama de varada es necesario conocer las
magnitudes de las reacciones que soportarán sus picaderos durante la varada, estancia
y puesta a flote del buque. El interés de este conocimiento se debe a que la magnitud
de la reacción sobre un picadero en un instante dado es el parámetro que gobierna la
solicitación estructural entre los tres elementos que están interactuando: el buque, la
solera del dique y el propio picadero.
Por un lado, el fondo del buque recibe directamente la presión que ejerce el
picadero, de acuerdo con el principio físico de Acción y Reacción. Esta presión es,
naturalmente, el cociente entre la carga total sobre el picadero y la superficie
horizontal de contacto. Habrá que comprobar que esta parte de la estructura es capaz
de resistir las presiones máximas que ejerzan los picaderos, que se distribuirá sobre la
base de contacto de éste con dicha solera.
Si se trata de un dique cimentado sobre roca (directamente o a través de
pilotes) no habrá muchas limitaciones para esta carga. Pero si la solera es una losa de
hormigón armado que “flota” en un lecho fangoso, será necesario comprobar que no
se exceden las cargas consideradas en el proyecto de la misma.
Finalmente, el propio picadero tiene una resistencia limitada. Hay que
contemplar la resistencia de la parte rígida (acero u hormigón armado) y la del
material elástico que se interpone entre ésta y el fondo del buque (madera o caucho).
Los párrafos que siguen describen las variables que juegan un papel relevante
durante la maniobra de varada (o en la subsiguiente puesta a flote) y el proceso de
cálculo seguido.
Variables a tener en cuenta para la varada o puesta a flote de un buque.
Los principales aspectos a considerar en el estudio de las maniobras de varada
o de puesta a flote de un buque en un dique son los siguientes:
a) Formas del buque (distribución de los empujes hidrostáticos)
b) Estado de Pesos (Rosca, Consumos, posible carga, lastres)
c) Rigidez del buque-viga (Inercia y área efectiva a cizalla)
d) Elasticidad de la cama de picaderos
e) Resistencia del buque
f) Resistencia de la solera del dique
g) Resistencia de los picaderos.
Los tres primeros aspectos son intrínsecos de cada buque. Los restantes
aspectos (Elasticidad de la Cama de Picaderos y Resistencias del buque, de la solera
del dique y de los propios picaderos) constituyen una parte importante del trabajo de
diseño y comprobación de cada cama de varada, por lo que se detallan ampliamente
en párrafos siguientes.
Proceso de puesta a flote.
Cuando el dique está en seco o mientras el agua se mantiene por debajo del
fondo del buque, el peso total de éste (incluidos sus lastres y otros eventuales
componentes del Peso Muerto) descansa sobre los picaderos, por lo que la suma de
cargas sobre los mismos es mayor en esta situación que en cualquier otra en la que el
agua sobrepase la cara alta de la cama de varada.
En la situación de puesta a flote de un gran buque (un V.L.C.C., por ejemplo),
hay una gran concentración de pesos a popa, por lo que se hace necesario lastrar en la
zona de proa para conseguir una posición de equilibrio a flote con un trimado
razonablemente pequeño. Esto conduce a una condición de Quebranto de la viga-
buque.
Por otra parte, a medida que el agua va rebasando el nivel de la cara alta de los
picaderos, va sometiendo al buque a una distribución de empujes bastante fuerte en la
zona cilíndrica, pero muy débil en los finos de proa y popa: esto agudizará la
situación de Quebranto.
El resultado del efecto combinado de pesos y empujes en estas primeras fases
de la maniobra es una tendencia del buque a levantar su zona central (aliviando la
carga sobre los picaderos de esta zona) y a apoyarse aún más fuertemente en los
extremos de proa y de popa, en los que ocasionalmente se llegan a producir
reacciones muy superiores a las que tenían lugar antes del comienzo de la inundación
del dique.
Por supuesto que si el estado de lastres correspondiese a una posición de
equilibrio a flote con mucho trimado, se producirían grandes reacciones en la zona de
mayor calado a flote (proa o popa), pues el buque “giraría” alrededor de esa zona.
Disposición de la cama de picaderos.
La concepción de una cama de picaderos para soportar un buque dado es
diferente según el tipo de medio de varada de que se trate.
En un dique orientado a la construcción de nuevas unidades, la cama de
picaderos se diseña específicamente para el buque o serie de buques a construir,
atendiendo a las siguientes consideraciones:
- Todos los picaderos deben colocarse dentro de la línea de tangencia que limita
la zona plana del fondo.
- Los picaderos que soportarán la quilla se colocan con un espaciado (“paso”)
de 1 a 2 metros entre sí, cuidando que no haya coincidencia con los tapones de
fondo o cualquier otro acceso situado en la parte plana del fondo.
- Los picaderos de las hileras laterales se colocan en coincidencia con los
elementos principales (bulárcamas, mamparos longitudinales y transversales)
- Los topes y costuras de unión de los bloques deben quedar fuera del contacto
con los picaderos y separados alrededor de 100 mm.
- Se procurará que cada bloque de fondo se apoye de manera que (aún sin unir
al resto del casco) tenga equilibrio estable.
- Condicionantes de la solera del dique.
En cambio, en un dique seco para reparación naval se diseña la cama de
picaderos de manera que puedan vararse, con las mínimas modificaciones, el mayor
número posible de buques de tamaños compatibles con el del dique.
Por ejemplo en los grandes diques de reparación, es frecuente que la cama se
componga de:
- una hilera central de picaderos espaciados entre 1 y 2 metros.
- una o dos hileras laterales, más espaciadas longitudinalmente, para cubrir la
zona donde suelen situarse los mamparos longitudinales de los petroleros que
se piensen varar en el dique.
- picaderos auxiliares de pantoque.
En un dique de reparación de tamaño medio, la cama “standard” suele estar
formada por una hilera central de picaderos (espaciados entre 1 y 1,5 m) y algunos
apoyos laterales que se disponen principalmente para eliminar el riesgo de vuelco del
buque. Esta cama standard suele ser válida para la mayoría de los casos de varada,
pero habrá que preparar una cama especial cuando se dé una o más de las siguientes
circunstancias:
a) el buque que va a entrar en dique presenta concentración de pesos en alguno
de los extremos, ó
b) se temen posibles deformaciones del fondo debido a la disposición estructural
de éste,
c) o bien se trata de varar el buque para realizar una reparación del área incluida
dentro de la tangente de fondo,
Elasticidad de la cama de picaderos.
Si la cama de varada fuese completamente rígida, se producirían fuertes
concentraciones de reacción bajo los elementos resistentes del casco: Especialmente
durante el proceso de giro o pivotamiento del buque sobre uno de los apoyos
extremos (generalmente el de popa) cuando el nivel de agua en el interior del dique
alcanza un valor adecuado para que se equilibren los momentos del peso y del empuje
respecto al centro de dicho apoyo.
Por ello, a fin de suavizar la distribución de presiones sobre los picaderos que
constituyen la cama de construcción o varada en un dique, los apoyos se disponen con
una cierta elasticidad. Esto se consigue colocando un material apropiado (madera o
caucho) en su parte superior, de manera que dicho elemento elástico quede
interpuesto entre la base rígida del picadero y el fondo del buque.
Picaderos de madera.
Tradicionalmente se ha venido empleando la madera como elemento elástico
entre el fondo del casco y la solera del dique. A veces los picaderos se construyen
totalmente de madera y en otras se dispone una base rígida de hormigón y, encima,
unos picaderos o bloques de madera.
En los diques de carena o reparación naval se han empleado maderas duras
como Ukola u Okume “al hilo”, es decir, con las fibras dispuestas horizontalmente.
Hoy en día no es fácil encontrar estas especies pero se puede emplear Iroko o Elondo
(“Talli”, en inglés). El módulo de elasticidad de estas maderas así dispuestas es del
orden de 10.000 a 15.000 kg/cm2 = 1,472 kN/mm2.
En los diques de construcción se emplean maderas más blandas y económicas
como el pino, también dispuestas “al hilo”. Es importante tener un conocimiento
apropiado del comportamiento elástico de los picaderos. Por ello, en su día se
analizaron los resultados de ensayos de compresión de probetas de madera de pino
realizados en 1973 en el astillero de Matagorda.
Sobre la base de dicho análisis podemos concluir que es conservador manejar
una cifra de 3.000 kg/cm2 = 0,294 kN/mm2 para este tipo de apoyos.
Es recomendable, en todos los casos en los que se usan apoyos independientes
de la propia solera del dique, disponer una tabla muy delgada (de unos 5 a 10 mm de
espesor) de pino nuevo, o incluso una madera algo más blanda, entre dicha solera y la
parte rígida del picadero, generalmente construida en hormigón. También es
conveniente disponer una tabla similar sobre las caras altas de los picaderos. De esta
manera se suavizan los posibles efectos desfavorables de alguna pequeña
desalineación entre la cara baja de los picaderos y la solera del dique o entre la cara
alta de los mismos y el fondo del buque. (Concentraciones de reacciones que pueden
causar grietas o deformaciones).
En cualquier caso, hay que insistir en la importancia de verificar la nivelación
(de la parte superior del conjunto de los picaderos de la cama dentro de un plano)
antes de iniciar el montaje de los bloques de una nueva construcción o de varar el
buque en dique. Lo correcto es cepillar la cara alta de todos los picaderos (antes de
colocarle la tablita de madera blanda que se ha mencionado arriba) hasta que todos
queden dentro de un plano. Después de este cepillado nivelador es cuando se deben
disponer las láminas de homogenización de presiones.
Los resultados anteriores corresponden a valores del módulo de Elasticidad
“E“ menores que los que hemos podido encontrar en la literatura técnica tradicional
(por ejemplo: Hütte, tomo III) o en publicaciones recientes especializadas sobre el
uso de la madera (Forest Product Laboratory, USA.Gov.: Wood Handbook), por lo
que, adoptando una posición conservadora respecto a la seguridad, los cálculos se han
realizado:
- Considerando un módulo de elasticidad de 3.000 kg/cm2 = 0,294 kN/mm2.
- Admitiendo una presión máxima de 20 kg/cm2 sobre la madera de estos
picaderos de pino.
Picaderos de goma (caucho)
Cuando se pretende aportar elasticidad a la cama de varada de un buque
parece que el uso del caucho debería ser la primera opción a considerar. Pero las
fuertes presiones que se ejercerían sobre los elementos elásticos, la agresividad
ambiente de un dique de reparaciones (pintura; agentes disolventes; llama del soplete
oxiacetilénico; soldadura, etc.) y el mayor coste del caucho frente a otras opciones
habían hecho prohibitivo su uso.
Sin embargo al final de la década de los 60 del siglo XX, los picaderos del
entonces nuevo gran dique de reparaciones de Verolme (en Rotterdam) se formaron
disponiendo en la parte superior de una base rígida dos tiras de un caucho muy
resistente. La operación del dique con este nuevo tipo de picaderos fue un éxito.
Por ello cuando, poco después, a comienzos de los años 70, se estaban
decidiendo los apoyos del nuevo dique de reparaciones del astillero de Cádiz y se
buscaba un material apropiado para la parte elástica de los picaderos, se pensó en usar
caucho, y el astillero estableció contacto con una empresa española (Ibercaucho) que
suministró el material requerido, con unas excelentes cualidades tanto elásticas como
de resistencia a la agresividad del medio y a un precio razonable.
Cada picadero tiene en su parte superior dos tiras de caucho de 2,75 m de
longitud, 0,15 m de ancho y 0,165 m de altura. Cada tira tiene un canal cilíndrico
longitudinal de 50 mm. de diámetro, que le dota de mucha mayor elasticidad en su
primer tramo de la deformación, permitiendo absorber apreciables errores de
nivelación de la cama.
El módulo de elasticidad del material de estos picaderos es algo variable a lo
largo del proceso de compresión de las tiras de caucho como consecuencia de la
presencia del canal de 50 mm antes citado y a la propia naturaleza del caucho. El
apoyo cede sensiblemente en la primera fase y pasa a rigidizarse más a medida que
crece la carga de compresión. El módulo de elasticidad “equivalente” a lo largo de
este proceso va creciendo desde unos 30 kg/cm2 hasta unos 150 kg/cm2 para las
mayores cargas, o sea de 0,003 a 0,015 kN/mm2.
Resistencia del Buque.
Hay que asegurar que los esfuerzos sobre la viga-buque no serán excesivos a
lo largo de cada una de las fases de la maniobra. Cuando se trata de varar trozos de
buques, o buques con fuertes daños en el casco, hay que estudiar este aspecto con
cuidado, pero en el caso que nos ocupa (buque completo) no hay que temer que la
resistencia longitudinal sea un problema durante la varada ni durante la puesta a flote.
Lo que sí debe estudiarse es el nivel de esfuerzos locales en la estructura del
fondo, para evaluar el riesgo de que allí se produzcan deformaciones locales.
CAPITULO III
MARCO METODOLOGICO
La determinación de una metodología que permita llevar a cabo un proyecto
de investigación de manera organizada y satisfactoria, debe contener las técnicas,
métodos y procedimientos que contribuyan a alcanzar los objetivos específicos del
proyecto, por lo que es necesario establecer o identificar, primordialmente, el tipo de
investigación que se pretende realizar, ya que así se fijan las diferencias, similitudes y
conexiones entre el objeto de estudio y las variables referentes al mismo.
3.1.- Tipo de Investigación.
La presente investigación está enmarcada dentro de la modalidad de Proyecto
Factible, puesto que pretende proporcionar una posible solución a un problema de
tipo práctico, apoyándose en una investigación de campo y documental, que implica
explorar, describir, explicar y proponer diferentes alternativas de cambio, mediante lo
cual se fundamentan las características del diseño, según lo observado en el estudio
realizado, con la finalidad de dar respuesta a la propuesta planteada de diseñar una
cama de varada que permita el alojamiento de buques de hasta 110m de eslora.
En este sentido, en el Manual para realizar Trabajos de Grado de Maestrías y
Tesis Doctorales de la Universidad Pedagógica Experimental Libertador (UPEL), se
define:
Un Proyecto Factible consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales, que pueden referirse a la formulación de políticas, programas, tecnologías, métodos o procesos. El proyecto debe tener apoyo en una investigación de
tipo documental, de campo o un diseño que incluya ambas modalidades. (2006, p.7).
3.2.- Diseño de la Investigación.
Según afirmación dada por Arias (2006), el término diseño de investigación se
refiere a la estrategia que adopta el investigador para responder al problema
planteado.
En vista de que en ésta investigación, no se llevarán a cabo experimentos que
involucren la manipulación de variables, sino que por el contrario se observarán los
fenómenos en su contexto natural, a través de una investigación Documental y de
Campo para luego ser analizados, tal y como lo indica Sabino C., (2000) “La
investigación documental es la forma como se recoge o consultan los documentos, en
un estudio amplio todo material permanente, es decir, donde se puede acudir como
fuente en cualquier momento y lugar sin que se altere su naturaleza”. (p. 49). La
investigación realizada es de tipo documental, ya que la fuente principal de todos los
datos utilizados en el basamento teórico fue extraído de documentos como son: tesis
de grado, manuales, libros, páginas web (internet), etc., que sirvieron de apoyo para el
desarrollo de los objetivos planteados.
De igual manera este diseño de investigación corresponde a lo expresado por
Sampiere (1998) cuando señala:
La investigación de campo consiste en la búsqueda de conocimientos científicos basada en una estructura de recolección de datos, obtenidos directamente de la realidad en estudio para la obtención de información que contribuya a la elaboración de la estructura teórica de la misma, de donde habrían de hacerse inferencias deductivas en el momento de interpretar datos. (pág. 58).
3.3.- Nivel de la Investigación.
La presente investigación está basada en la medición de conceptos y
descripción del comportamiento y características relacionadas de manera directa con
el objeto de estudio, por lo que el nivel de la misma es del tipo Descriptivo. Según
Hernández, Fernández y Baptista, la definen de la siguiente manera:
La investigación Descriptiva, “busca especificar propiedades, características y
rasgos importantes de cualquier fenómeno que se analice. Describe tendencias de un
grupo o población, lo que a su vez se traduce en una poca profundidad de los
conocimientos.” (2006, p. 103).
3.4.- Técnicas e instrumentos de recolección de datos.
Durante el desarrollo de un proyecto de investigación de Tecnología Naval,
una de las etapas básicas que fundamentan el esquema de trabajo, es la recolección de
datos e información, para luego ser analizada y clasificada. Toda la información
recaudada es parte importante de cada uno de los componentes del diseño final al que
se quiere llegar en la investigación. Las técnicas de recolección de datos e
información necesaria, varían desde la revisión bibliográfica y consultas abiertas o
entrevistas no estructuradas, hasta la observación en sitio de ciertos parámetros que
permiten verificar las condiciones a las que estará sometido el proyecto.
Según Sabino (1996), la observación se establece como: "Un instrumento de
registro sistemático"; que sirve para percibir activamente la realidad exterior y el
propósito de obtener los datos que previamente han sido definidos de interés para esta
investigación dentro del mayor grado de objetividad. Es por ello, que la observación
es participante, debido que el observador: "Será parte de un grupo de trabajo donde se
tendrá mejor visión de las necesidades del diseño a proponer logrando discutir in situ
sobre el problema planteado", (Tamayo y Tamayo, 2000). Se podrá llevar planeada,
cuidadosa y sistemáticamente, con control minucioso por escrito en cuadernos de
campo, diarios, cuadros de trabajo, gráficos y mapas, en el momento que se tomen los
datos y siguiendo los principios básicos de validez y confiabilidad.
A fin de garantizar la confiabilidad de los resultados propuestos al final de la
presente investigación, se emplearán las técnicas de recolección de datos
directamente en las fuentes primarias disponibles en la Institución (Biblioteca y
Departamento de Tecnología Naval), las cuales constituyen un aporte esencial al
desarrollo del proyecto.
La Consulta Bibliográfica, consiste en la revisión del material bibliográfico
que se encuentre disponible sobre el tema y el empleo de textos especializados, por lo
que se utiliza la información referente al proyecto, la cual la proporcionan libros,
diversos Trabajos Especiales de Grado de Tecnología Naval, publicaciones,
documentos y bibliografías, tanto de embarcaciones con características similares al
objeto de estudio como de diferentes aspectos relacionados con el tema.
Hernández, Fernández y Baptista, definen la revisión o consulta bibliográfica
así:
La revisión de la literatura consiste en detectar, obtener y consultar la bibliografía y otros materiales que puedan ser útiles para los propósitos de estudio, de donde se va a extraer y recopilar información relevante y necesaria que afecta al problema de investigación. (2006, p.123).
CAPÍTULO IV
PROCEDIMIENTO
En el presente capítulo se determinarán las técnicas y procedimientos
utilizados para el diseño de una cama de varada con capacidades dimensionales para
buques de hasta 110m de eslora, además de señalar las herramientas y equipos
utilizados para el diseño de la cama de varada antes mencionada.
1.1. Flujograma
Fuente: propia
4.2. Descripción de la Cama de Varada
Es un medio el cual es utilizado para someter al buque a reconocimientos
periódicos y para realizarle mantenimiento en su obra viva, contando con la
disposición de una cama de picaderos el cual soporta el peso de un buque según las
dimensiones, en este caso es de 170 mts de eslora, para el cálculo de las dimensiones
de la cama de varada se debe tener en cuenta las siguientes disposiciones: eslora,
manga y calado del buque.
Cálculo para la cama de varada
Recopilación de la información
Disposiciones para el diseño de la cama de varada
4.3. Procedimientos para el Diseño de la Cama de Varada para buques de hasta
110m de eslora.
4.3.1. Recopilación de Información
La recopilación de la información necesaria para el desarrollo del presente trabajo
de investigación, se dirigió a fuentes electrónica y se realizó la revisión de textos
bibliográficos, lo cual permitió la recolección de información pertinente para la
elaboración de dicho trabajo, proporcionando conocimientos acerca del diseño y
construcción de camas de varadas, diques secos, entre.
La recopilación de información ayudará en las siguientes disposiciones:
El primer lugar contempla reunir suficiente información del buque .Para eso
es necesario que el Amador suministre los siguientes planos:
Arreglo General
Plano de Forma
Plano de Varada Original (Docking Plan)
Plano de Tapones
Sección Maestra
Desarrollo del Forro
Condición de Asiento y Estabilidad
Distribución de Carga
Con esta información técnica, se debe sintetizar:
Tipo de embarcación (Banqueros, cargueros, gabarra, pesqueros, atunero,
fragatas, submarinos, transporte, yate, Draga, Lanchas etc)
Eslora, Manga, Calados a Popa y Proa.
Desplazamiento máximo y de varada.
Asiento permitido mínimo
Astilla Muerta
Posición de los elementos estructurales longitudinales y transversales.
Condición de Carga
Posición de los tapones de Drenaje
Posiciones de los apéndices como Toberas, sonar, estabilizadores, propelas,
codaste, motor de proa, bulbo, ecosonda, correderas, válvulas, compuertas,
ánodos etc.
En siguiente lugar, investigar y saber donde el Buque se varará, aun por el
peso y las dimensiones se pueden deducir, pero depende de la programación que la
División de control de Producción haga a al respecto.
Por lo tanto, dependiente del medio de Varada (cama de varada) seleccionado
se efectuara la distribución de los apoyos (picaderos o carros) conforme a los
requerimientos y disponibilidad físicas correspondientes
4.3.2. Disposiciones para el diseño de la cama de varadas para buques de hasta
170 m de eslora.
Combinando los posibles materiales elásticos de los picaderos con sus
dimensiones, disposición de la cama y de la solera del dique (por ejemplo, si tiene
inclinación o no, si tiene más o menos resistencia, etc.) se podría desplegar un
abanico amplísimo de alternativas.
Sin embargo, este trabajo se centra en proponer las siguientes 4 disposiciones
de camas de varada apropiadas para otros tantos medios de varada típicos que podrían
recibir este buque:
Cama A
Cama de picaderos cuya parte elástica está formada por maderos de pino al
hilo, con dimensiones en planta de 2,68 m x 0,58 m y con tres posibles alturas de
madera: 1,80 m (todo madera), 1,050 m y 0,30 m sobre unas bases de hormigón de
0,75 m y 1,50 m de altura, respectivamente para así conseguir diferentes rigideces de
los apoyos y controlar mejor la distribución de reacciones.
Además en el caso de éste buque en cuya zona de proa la tangente de fondo se
afina muy acusadamente (y sobre gran parte de la eslora), se considera aconsejable
disponer en dicha zona picaderos de madera coronados por una rígida viga de acero
para repartir mejor las presiones sobre ella.
Es decir, que se usan los siguientes tipos de apoyos:
a) base de hormigón de 1,50 m de altura sobre la que se disponen maderos de
pino de 0,30 m de altura. (Altura total del picadero: 1,50 + 0,30 = 1,80 m).
b) base de hormigón de 0,75 m de altura sobre la que se disponen varios maderos
de pino alcanzando una altura de 1,05 m (Altura total del picadero: 0,75 +
1,05 = 1,80 m).
c) apoyos completamente construidos de madera (es decir con una altura de
madera de 1,8 m). Estos picaderos se disponen en conjuntos o bloques de
varios de ellos arriostrados mediante perfiles de acero y lastrados
convenientemente para anular su flotabilidad
d) apoyos de madera, con una altura conjunta de 1,50 m, sobre cada uno de los
cuales se dispone una rígida viga de acero de (constituida por dos vigas
IPN.300 unidos por tres travesaños) de 1,50 m en el sentido de la manga, 0,50
m de largo y 0,30 m de altura. Estos apoyos también deben lastrarse para
anular su flotabilidad.
Cama B
Cama de picaderos cuyas partes elásticas están formadas por bloques de
madera dura (Elondo o Iroko, es la madera “dura” de origen africano que se
comercializa en nuestra zona). Las dimensiones totales de la parte elástica de cada
uno de estos picaderos son: ancho = 1,20 m; eslora = 0,60 m; altura 0,80 m)
Los apoyos a lo largo de la crujía del buque (incluida la zona del túnel central
de tuberías) se mantienen a todo lo largo de la eslora.
La madera se ancla adecuadamente sobre bases de hormigón: una correa
longitudinal continua de alrededor de 0,50 m de altura en línea centro y dados
móviles para los necesarios apoyos laterales (almohadas de pantoque).
Alternativamente a esta correa continua de hormigón, en otros diques se usan bases
rígidas prismáticas o tronco piramidales sobre las que se fija la madera del picadero.
Cama C
Cama igual a la anterior, con la excepción de que los picaderos que soportan
la zona del buque dotada de túnel de servicio se disponen en dos hileras, una bajo
cada una de las vagras que limitan dicho túnel. En este caso la cama de varada debe
preparase especialmente para el buque en cuestión, retirando los picaderos centrales o
desmontando sus últimas tongadas de madera en la zona que quedará bajo el túnel
(para que no actúen como apoyos) y disponiendo picaderos portátiles (es decir, como
las almohadas de pantoque antes citadas) bajo las vagras que limitan el mencionado
túnel de servicio.
Cama D
Cama de picaderos cuya parte elástica está formada por dos tiras de caucho,
cada una de 2,75 m de longitud y sección rectangular de 165 mm de altura y 150 mm
de anchura, con un canal cilíndrico de 50 mm de diámetro en su centro. (El módulo
de elasticidad efectivo de este material es de E = 0,090 t/ cm2 = 0,009 kN / mm2)
Estas dos tiras de caucho se disponen (convenientemente trincadas mediante
flejes metálicos) sobre una base de hormigón constituida por tres piezas en forma de
cuñas que permiten regular su altura.
El citado canal cilíndrico de 50 mm proporciona una gran flexibilidad en la
primera fase de la toma de contacto entre el buque y el picadero (la fuerza necesaria
para vencer los primeros 40 o 50 mm de compresión es relativamente modesta), lo
que permite absorber sin daños para el buque ni para el picadero ciertas
desalineaciones que son inevitables en los diques de carenado.
Podemos decir que estas camas serán apropiadas para varar este buque en los
siguientes diques:
Cama Dique específico
A Gran dique seco de NN CC
B Dique seco de tamaño mediano o Dique Flotante
C Dique seco de tamaño medio en el que se ha modificado la cama para
reducir el riesgo de que se produzcan deformaciones en el fondo del
túnel del buque.
D Gran dique seco de Reparaciones
La cama es el conjunto de elementos (madera, concreto y acero) sobre el que
reposa el buque durante su reparación o construcción.
Estos elementos se apoyan sobre la grada o plataforma de forma tal que
puedan distribuir la carga en forma homogénea a lo largo del barco.
Los elementos que constituyen la cama son los picaderos, están generalmente
formados por las siguientes piezas:
ANCHO ALTO LONGITUD
Bloques 305 300 Variable
Tablones 305 Variable
Cuñas 5 % a 7 % de pendiente
Calzo de quilla 305 105 1000 Aprox.
Estas dimensiones dependen del tipo de picadero.
La máxima carga admisible para los picaderos situados en otras hileras se
determina teniendo en cuenta su posición en una sección transversal del dique.
4.3.2.1. Resistencia de los picaderos
4.3.2.1.1. Hormigón
La carga máxima de diseño de las bases de hormigón armado que se usan para
los picaderos que tienen una altura de madera menor de 1,8 m o incorporan dos tiras
de caucho como elemento elástico, es de 700 t.
4.3.2.1.2. Madera
La presión máxima sobre maderos de pino al hilo que se ha estado
considerando en el astillero de Puerto Real para el diseño de las camas de picaderos
ha sido de 40 kg/cm2, lo que para un picadero de 2,68 x 0,58 m de planta, resulta una
carga máxima de 0,040 x 268 x 58 = 622 t.
Sin embargo, se considera conveniente limitar la presión aceptable a unos 20
kg/cm2, al menos para conjuntos formados por varios maderos de pino al hilo
apilados verticalmente (especialmente para los picaderos con una altura total de
madera de 1,80 m). Para picaderos de 2,68 x 0,58 m de base esto supone una carga
máxima de 0,020 x 268 x 58 = 311 t.
Para picaderos de diques de reparaciones, realizados en madera dura (Iroko,
Elondo, Okume o Ukola), con unas dimensiones en planta de 1,20 x 0,60 m, se
considera apropiado limitar la presión a una cifra de 60 kg/cm2, con lo que la carga
sobre el picadero no debería exceder de 0,060 x 120 x 60 = 432 t.
4.3.2.1.3. Goma
El picadero cuya parte elástica está constituida por dos tiras de caucho de
2,75m de longitud y 150 x 165 mm de sección, es capaz de soportar más de 700 t sin
perder la elasticidad del material de dichas tiras.
4.4. Cálculo para el diseño de la cama de varada para buques de hasta 110m de
eslora.
4.4.1. Cálculo de la presión de contacto
Generalmente, se procede a partir del desplazamiento de varada el cual es ½
del desplazamiento máximo.
El valor exacto lo dicta el oficial d abordo (primer piloto) ya que debe colocar
su buque considerando la restricción del asiento (máximo 4’ 0’) con un
desplazamiento mínimo.
Si inicialmente no se ha podido obtener esa información, se debe estimar de
la siguiente manera:
4.4.1.1. Cálculo del Desplazamiento máximo
D= L x B x D x Cb x γ
Donde:
L= Eslora entre perpendiculares. (m)
B= Manga (m)
D= Calado Máximo (m)
Cb = Coeficiente de forma
γ = Densidad del agua (T/m3)
Luego:
Dvarada=1/2 D (máximo)
Con este valor y conociendo la superficie total de contacto, la cual es: S= N.de
soletas x la cantidad utilizada, tendremos:
PRESION= D varada (t)
Superficie (m2)
Este método se compara con los valores limites de resistencia de la madera
utilizada y también con los refuerzos de resistencia de la estructura del barco los
cuales son según la experiencia:
Para los barcos varados en la fosa máximo: 130T/m2
Para barcos varados en Syncrolift: 80T /m2
4.4.1.2. Cálculo en cada bloque de un picadero
Carga=Cargalinealmáximacercano alCG x distancia de los picaderos
La distancia entre picaderos se asume igual a la distancia entre cuadernas
donde éstos se apoyarán.
Áreade picadero requerida= Carga porbloqueCarga permisible en los picaderos
Áreatotal de picaderos=Carga cercanoal CG x Longitud de laquillaCarga admimsible en picaderos
Conociendo el tamaño de los picaderos y el área total de picaderos se puede
calcular la cantidad de picaderos a colocar en la quilla del buque.
4.4.1.3. Cálculo de los picaderos laterales
Estos tienen la función de evitar el movimiento lateral del buque y soportar el
efecto de la fuerza lateral de viento y un posible terremoto.
Definir la velocidad del viento en la zona: se puede tomar 100 nudos como
valor extremo
Calcular el área lateral del casco y superestructura expuesta a la acción del
viento.
Determinar el valor aproximado de la presión del viento: 0.004 x Velocidad
del viento en nudos al cuadrado.
F viento=Pviento x Atotal expuesta
Donde:
Fviento = Fuerza del viento
Pviento = Presión del viento
Atotal expuesta = Área total expuesta
Determinar la altura del CG del área lateral de acuerdo con las dimensiones
del casco
M viento=Fviento x hCG
Donde:
Mviento = Momento del viento
Fviento = Fuerza del viento
HCG = altura del CG del área lateral
Determinar la posición de los bloques laterales: Estos deben estar colocados
debajo de los refuerzos longitudinales mas grandes (vagras) o debajo de mamparos
longitudinales
Fuerza vertical sobre los picaderos laterales por la acción del viento: momento
del viento/distancia entre bloques laterales
Determinar el peso del casco soportado por los picaderos laterales: Se asume
como práctica común que los picaderos laterales soportarán en total un 15% del peso
del buque. Es decir que la línea de picaderos de cada costado del buque soportará un
7.5% del peso del mismo.
Determinar la fuerza ejercida sobre el buque por un eventual terremoto: Se asume que
sobre el buque actúa una fuerza equivalente al 20% de su peso en caso de un
terremoto.
Calcular el momento producido por la fuerza del terremoto: Como dicha
fuerza actúa sobre el centro de gravedad del buque, el momento se calcula
multiplicando la fuerza por la altura del centro de gravedad del buque sobre la quilla.
FMt=MtD
Donde:
FMT = Fuerza que actúa sobre los picaderos por efecto de un terremoto
Mt= Momento producido por el terremoto
D = Distancia desde los bloques laterales al centro del buque.
FPL=FMT+Fviento+PC
Donde:
FPL= fuerza total sobre los picaderos laterales
FMT = Fuerza del terremoto
Fviento = fuerza del viento
Pc = Peso del casco sobre los picaderos laterales
Carga permisible para los picaderos laterales: 800 psi (se utiliza un valor más
alto que para los picaderos centrales, equivalente al límite de proporcionalidad para
ciertas maderas como el pino). En caso de un terremoto, éstos se aplastarán pero
soportarán el movimiento.
APicaderos=F Picaderoslaterales
CPermisible
Donde:
APicaderos = Área necesaria de picaderos laterales.
Fpicaderos laterales = Fuerza total en los picaderos laterales
CPermisible = carga permisible.
NºPicade ros=A total
Apicadero
Nºpicaderos= Número de picaderos laterales por cada costado.
Atotal = Área total de picaderos.
Apicadero = Área de cada picadero.
4.4.1.4. Calcular la Reacción en el Picadero del Extremo de Popa
M asiento=asiento x100 xMTC
Donde:
Masiento = Momento del asiento del buque.
MCT = momento por centímetro de asiento
reacciónPicadero1=M asiento
DCF
Donde:
Reacción picadero 1 = Reacción en el primer picadero
Masiento = Momento del asiento del buque
DCF = Distancia desde el centro de flotación del buque hasta el primer picadero
En caso de que la reacción produzca una carga en el picadero superior a la
permisible, se deberán colocar materiales más resistentes en éste último picadero.
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
Una vez culminado el presente trabajo de investigación titulado diseño de una
cama de varada con capacidades dimensionales para buques de hasta 110m de eslora,
se puede llegar a las siguientes conclusiones:
- Aunque la idea inicial de este trabajo fue el diseño de una cama de picaderos
para varar el buque en un dique concreto, las alternativas que aquí se
presentan cubren ampliamente las posibilidades que puede encontrar este
buque cuando necesite varar a lo largo de su vida operativa.
- Considerando la situación de pesos correspondiente a la “Condición de
Varada” facilitada por el astillero constructor, se estudian y analizan los
aspectos relacionados con la resistencia (del buque, de los apoyos y de la
solera del dique) durante las operaciones de varada, estancia y consecuente
puesta a flote en dique.
- Un buque de acero varado sobre una cama de picaderos en un dique seco se
puede considerar como una viga de rigidez variable a lo largo de su longitud,
soportada por un conjunto de muelles (que modelizarían la flexibilidad de los
picaderos) y sometida a una curva de carga determinada por la distribución de
su peso, el de los lastres y los consumos embarcados.
- Durante la inundación del dique para poner a flote el buque, aparecen otras
fuerzas (debidas al empuje hidrostático sobre la carena) que modifican la
curva de cargas actuante sobre la viga-buque, provocando una alteración de
las reacciones sobre los apoyos.
- Viceversa, a lo largo de la operación de varada, la secuencia de variación de
las reacciones se invierte, pero desde el punto de vista del cálculo el proceso
es equivalente.
- Para definir apropiadamente una cama de varada es necesario conocer las
magnitudes de las reacciones que soportarán sus picaderos durante la varada,
estancia y puesta a flote del buque. El interés de este conocimiento se debe a
que la magnitud de la reacción sobre un picadero en un instante dado es el
parámetro que gobierna la solicitación estructural entre los tres elementos que
están interactuando: el buque, la solera del dique y el propio picadero.
- Finalmente, el propio picadero tiene una resistencia limitada. Hay que
contemplar la resistencia de la parte rígida (acero u hormigón armado) y la del
material elástico que se interpone entre ésta y el fondo del buque (madera o
caucho).
Recomendaciones
En consideración a las conclusiones anteriormente expuestas se realizan las
siguientes recomendaciones:
- Motivar a los estudiantes de las carreras de Ingeniería Mecánica a realizar más
proyectos como este facilitar el proceso de enseñanza a aprendizaje en cuanto
a diseño y construcción de medios de varada como son los diques secos,
camas de varadas, entre otros.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AEDE: Proyecto de Liquidación del Dique Seco de Puerto Real. Doc. “B.3 Solera”,
1970. Archivo del Dpto. de Planta del Astillero de Puerto Real
AESA: Docks nºs 1, 2, 4. General Arrangement. Plano fechado en Nov.1999
AESA: Ensayos de elasticidad de tiras de caucho realizados en el astillero de Cádiz
en 1974. Documentos archivados en el Dpto. Técnico del Astillero de Puerto
Real.
AESA: Ensayos de Maderas realizados en Matagorda en 1972. Documentos
archivados en el Dpto. Técnico del Astillero de Puerto Real. Chapter 4:
Mechanical Properties of Wood.
GARCÍA BAENA, J.A. (INGTAR): Proyecto de Picadero para NAVANTIA.Cádiz.
Mayo, 2009
Hütte: Manual del Ingeniero. Tomo I (Fundamentos Teóricos). Editorial Gustavo Gili,
S. A. Barcelona, 1964
Hütte: Manual del Ingeniero. Tomo III (Construcción de Obras). Editorial Gustavo
Gili, S. A. Barcelona, 1964
IZAR: Ensayos de Madera realizados en el astillero de Puerto Real en 2003.
Resultados archivados en el Dpto. Técnico del Astillero de Puerto Real.
