Teoria para Sistema Defensa

SISTEMA DE DEFENSA

CONCEPTO

Toda embarcación que navega se desplaza animada por un alto grado de energía cinética, que en el momento del atraque genera esfuerzos de tal magnitud que produciría daños irreparables a embarcaciones y estructuras portuarias si no se interpusiera un sistema apto para controlarlos y reducirlos a límites aceptables.

Por tal razón existe la necesidad de contar con medios adecuados para lograr una efectiva protección tanto para las obras civiles como para las embarcaciones, dimensionados técnico-económicamente en función de la magnitud de los riesgos potenciales.

Así surge el SISTEMA DE DEFENSA, al que se define como el conjunto de elementos capaces de absorber las energías típicas que estadísticamente tendrán lugar durante la vida útil de las estructuras del muelle para todas las condiciones de atraque realizadas de acuerdo con los procedimientos normales, siempre que no ocurran accidentes o pérdidas de control de las embarcaciones mientras se aproximan al muelle.

El estudio de la amortiguación del impacto de los buques, cuyas dimensiones estaban en  constante aumento hasta hace pocos años, es objeto continuo perfeccionamiento para obtener sistemas aptos para absorber energías cada vez mayores, transmitiendo cargas compatibles con las mismas a las embarcaciones y a las obras de atraque.

METODOLOGIA DE DISEÑO

En cuanto al diseño de los sistemas de defensa, se han desarrollado dos conceptos bien definidos. El primero parte del supuesto de un comportamiento rígido de la obra de atraque, en la cual, los elementos adicionales (defensas) deben absorber la totalidad de la energía puesta en juego. Este criterio es perfectamente compatible con muros de gravedad o muelles sobre pilotes inclinados.

El segundo concepto, basado en un mejor conocimiento de la interrelación estructura/ suelo, asume que la obra de atraque es parte integrante del sistema de defensa, en el cual los elementos adicionados (defensas) absorben la fracción de energía no disipada por la deformación elástica de las estructuras. Como ejemplo, se puede citar a los delfines constituidos por un monopilote metálico empotrado a gran profundidad en el suelo subyacente.

En ambos casos el estudio de elementos elásticos (defensas), de gran capacidad de deformación en función de las cargas soportadas, permite la construcción de obras mucho más livianas y económicas.

El desarrollo de estos dispositivos ha puesto de manifiesto la enorme capacidad de disipación de energía que poseen los compuestos de caucho. Junto a su gran durabilidad y economía, hace que todos los sistemas de defensa que se diseñan actualmente utilicen primordialmente este elastómero.

Otra función importante de estos componentes económicos y de rápida reposición, es la de actuar como elementos fusibles, en el caso de producirse accidentes durante las operaciones de atraque, protegiendo tanto la embarcación como la integridad de las estructuras, conservando la capacidad operativa de ambas.

DEFENSAS DE GOMA 

Hasta los comienzos de la década del 60, los sistemas de defensa de muelles empleaban principalmente madera y eventualmente pilotes protegidos con este material.

El propósito de las defensas de madera era evitar daños y desgaste al muelle y al casco de los buques, reduciendo la presión de contacto entre ambos mediante el incremento de la superficie de contacto. Dado que la madera admite bajas deformaciones elásticas, estos elementos protectores no son aptos para absorber energía cinética.

El continuo incremento en las dimensiones de los buques, hizo necesario desarrollar nuevos sistemas de defensa que permitieran absorber la totalidad de la energía de atraque de las embarcaciones.

Las defensas de goma, a diferencia de las rígidas, permiten la absorción de elevados valores de energía cinética mediante la deformación elástica y el pandeo del cuerpo de la defensa.

La sucesiva evolución de las defensas elásticas se ha guiado por la búsqueda de diseños de alta capacidad de absorción de energía con una reacción transmitida a la estructura proporcionalmente menor.

Curvas características

Sometiendo una defensa elástica a un ensayo de compresión normal se obtiene la relación entre carga aplicada (reacción) y la deflexión correspondiente, obteniendo una curva donde R = R(x) [fig.1], siendo R la reacción de la defensa y x la deflexión de la misma, expresada en porcentaje de la altura original.

La energía E = E(x), que es capaz de absorber la defensa en función del grado de compresión, surge integrando la curva de reacción. Así se obtiene la curva correspondiente a la energía [fig.1].

Las distintas formas de defensa de goma pueden agruparse en dos tipos, de acuerdo a la naturaleza de sus curvas características: defensas de reacción constante, y defensas de módulo elástico constante.

Las defensas de reacción constante, como las defensas trapeciales y ARCO, tienen curvas características como las mostradas en la figura [fig. 2]. Se observa que la reacción R crece rápidamente como consecuencia de la compresión elástica en el primer tramo de la curva. Luego de alcanzado el valor Ra, la reacción se aplana en la zona intermedia, donde prevalece el efecto de pandeo de la sección de la defensa. Si la compresión continúa, la parte hueca de la defensa se cierra, cesando el pandeo, y reanudando la compresión elástica de la goma, lo que produce un marcado aumento de la reacción. La deflexión correspondiente al punto Xo es la
más eficiente para la operación de la defensa, ya que la relación E/R toma allí su valor máximo: es el punto de diseño de la defensa y sus valores característicos son Eo y Ro.

Figura 1

[pic 1]

Las defensas de módulo elástico constante poseen en cambio curvas caracte-rísticas similares a la de la figura [fig. 3]. A este género pertenecen las defensas cilíndricas. En este caso se observa un incremento gradual de la reacción a medida que avanza la compresión, hasta el punto Xo donde sube rápidamente debido al cierre de la sección hueca. Con el mismo concepto del caso anterior, en este punto Xo se maximiza la relación E/R y es por lo tanto el punto de diseño.

Figura 3

[pic 2]

PROPIEDADES DEL VIENTO Y DEL AGUA

Las principales propiedades del viento y del agua son presentadas a continuación.

Propiedades del agua salada al nivel del mar a 15ºC

Masa volumétrica, ρw  1026 Kg/m3

Peso volumétrico, γw    10060 N/m3

Volumen por long ton (LT)  0.9904 m3/LT

Viscosidad cinemática, ν   1.191Ε−6 μ2/σεγ

Propiedades del agua dulce al nivel del mar a 15ºC

Masa volumétrica, ρw    999 Kg/m3

Peso volumétrico, γw     9797 N/m3

Volumen por long ton (LT)   1.0171 m3/LT

Volumen por tonelada métrica  1.001 m3/t

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