Esfuerzos Cortantes Y Flectores

INTRODUCCIÓN

La construcción naval se puede definir como una especialidad de la Arquitectura Naval, en la que se proyecta y construye la estructura del buque.

El buque se puede definir a su vez, como un flotador con la maquinaria necesaria para su propulsión y servicios, y los espacios necesarios para la carga, tripulación y pasaje. Este buque consta esencialmente de una especie de cajón o prisma rectangular estanco al agua, al que exteriormente se le da una forma adecuada para la propulsión y estabilidad, y que recibe el nombre de “CASCO”. Sobre este casco se sitúa la SUPERESTRUCTURA, o bien forma parte del mismo. (fig. 1)

Existen en ciertos países del mundo sociedades clasificadoras de buques, que tienen unos reglamentos por los cuales se rigen los constructores de todas las Factorías, en lo que respecta a la resistencia del buque, a la maquinaria, instalaciones frigoríficas, etc.,etc.

El escantillonado ( espesor y dimensiones) de estos elementos, viene calculado en los reglamentos de las sociedades Clasificadoras en función de ciertas dimensiones del buque y de su calado de verano o calado en el del Disco de Máxima Carga.

Las definiciones por las formas del buque son enumeradas de forma precisa, pero en general son las siguientes:

1)ESLORA (L): El largo medido sobre la línea de carga de verano, desde el canto externo de la roda hasta la mecha del timón.

2)MANGA (B): La anchura máxima medida por fuera de las cuadernas, y por dentro, por tanto, de las planchas que forman el costado del buque.

3)PUNTAL (D): La altura medida verticalmente en la mitad de la eslora del buque ( cuaderna maestra normalmente), desde la carga interna de la plancha de quilla, hasta el canto superior del bao de la cubierta más alta corrida, en su intersección con el costado.

4)CALADO (d): Es el calado en el centro del Disco de Máxima Carga, o sea, la altura vertical medida en la Cuaderna Maestra, entre la cara interna o superior de la plancha de quilla, y el centro del disco.

Se respetan las siglas usadas para el dimensionado del buque, porque son las utilizadas por las Compañías Clasificadoras, y si bien sus reglamentos están traducidos, las fórmulas empíricas con las que se calcula el escantillonado de los distintos elementos estructurales, son las mismas que en el idioma original.

En general y mientras específicamente no digamos lo contrario, la expresión casco y buque las usaremos indistintamente en Construcción Naval, de acuerdo con la definición de Casco que hicimos al principio.

Antes de hacer una somera descripción de los “ESFUERZOS”, a que como toda estructura, está sometido el buque, porque conociendo estos esfuerzos, podremos ya justificar desde el principio, el “porqué” ciertos elementos estructurales van así y no de otra forma.

Los “ESFUERZOS” a que está sometido el buque, son debidos a la acción de causas externas e internas, y el casco tiene que estar diseñado y construido para soportarlos con un razonable margen de seguridad.

Estos esfuerzos son variados en carácter e importancia, pero los podemos reducir a dos grandes grupos: a) Esfuerzos Estructurales, longitudinales y transversales ( sobre la estructura integral del buque). b) Esfuerzos locales ( esfuerzos sobre secciones determinadas del buque).

DISEÑO ESTRUCTURAL

LA VIGA BUQUE:

El buque puede ser, en realidad, concebido como una viga flotante similar, desde el punto de vista del estudio de su resistencia, a una viga de una construcción terrestre, con una diferencia notable, sin embargo: mientras las vigas comunes se apoyan normalmente en dos o más puntos definidos, el buque lo hace en toda su extensión, ya que es soportado por el agua. Es frecuente, al referirse al buque en tales condiciones, considerarlo como una viga formada por todos aquellos elementos que se extiende de proa a popa de modo continuo, tales como el forro del casco, las cubiertas, los refuerzos longitudinales del fondo y cubiertas, etc. los elementos transversales desempeñan en la viga–buque, en realidad, el papel de elementos de conexión entre aquellos. Tal el casco de las cuadernas, baos, etc.

Supongamos un buque, por ejemplo, un carguero corriente con su máquina al centro, cargado en sus bodegas y flotando en aguas tranquilas. Imaginémoslo por un instante dividido idealmente en trozos ( punteados) de proa a popa y analicemos independientemente uno de esos trozos, por ejemplo, el rayado de la figura. Las fuerzas actuantes sobre ese trozo serán, evidentemente: a) peso propio (compuesto, a su vez, por el peso del casco, superestructuras, maquinas, etc., comprendidos en el mismo); b) peso de la carga, combustible y agua contenidos en dicho trozo, y c) el empuje, igual, por el principio de Arquímedes, al peso del agua desalojada por la carena de dicho trozo. Como este trozo no se halla de por si en equilibrio, ya que no flota libremente, pues forma parte del total del buque, no habrá razón para que la suma de los pesos a) y b) sea igual al empuje c). Por tanto, existirá una resultante hacia arriba o hacia abajo actuante sobre ese trozo de viga–buque. Repitiendo el razonamiento para cada uno de los trozos en que se ha imaginado subdividido el buque, se obtendrá e cada caso una cierta resultante parcial.

Es fácil ver que en la zona central del buque los empujes que actúan sobre cada trozo son grandes debido a la forma llena de la carena en esa zona, en tanto que los pesos, principalmente máquinas y alojamientos, relativamente livianos con relación al volumen que ocupan dentro del casco. Por tanto, en esa zona las resultantes parciales estarán dirigidas hacia arriba. En los extremos de proa y de popa se produce el caso inverso, ya que, debido a la forma más afinada de la carena, los empujes son menores, en tanto que los pesos, principalmente carga en las bodegas, son considerables con respecto al volumen que ocupado. En consecuencia, en los extremos las resultantes parciales estarán dirigidas hacia abajo. La viga-buque, considerada aisladamente, estará, pues, sometida a las fuerzas mencionadas. Estas fuerzas originarán tensiones internas perfectamente determinables por los métodos de la resistencia de materiales. Así, en el caso considerado habrá momentos flectores y esfuerzos de cortes a lo largo de la viga-buque que tratarán de deformarla, como se indica en (c) y (d), respectivamente. El momento flector, según puede demostrarse, alcanzará su máximo valor en el centro del buque, en tanto que el esfuerzo de corte, nulo en el centro, será máximo en puntos situados aproximadamente ¼ de la eslora desde los extremos.

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