M A N U A L S O B R E

C O N T R O L D E A V E R I A S

P A R A C A P I T A N E S

HECTOR ROZAS PEREIRA

CAPITÁN DE ALTA MAR

AÑO 1995

INDICE

PREAMBULO 2

INTRODUCCION GENERAL 3

Reserva de flotabilidad 3Flotabilidad intacta 3Permeabilidad 4Métodos de cálculo 4Tipos de averias mayores 5

SECCION I. - AVERIAS DE VARADAS 6

1. - Medidas inmediatas 62. - Cálculo de la presión "P" sobre el casco del buque 73. - Cálculo de la estabilidad transversal 84. - Determinando cuando GM vale cero 95. - Análisis y cálculo de posibles escoras 116. - Reflotamiento del buque 147. - Análisis y cálculo de la flotabilidad del buque reflotado 168. - Análisis y cálculo de los esfuerzos longitudinales 179. - Información que Capitán debería recolectar para analizar y

calcular los efectos de una varada 18

SECCION II. - AVERIAS DE COLISION Y/O CONTACTO CON OBJETOS SUMERGIDOS 19

1. - Medidas inmediatas 192. - Cálculo del tiempo que demora la inundación 203. -Cálculo del peso de agua de inundación 214. - Cálculo de la estabilidad transversal 235.- Análisis de la escora 256.- Análisis y cálculo de la flotabilidad y calados 267.- Cálculo de los esfuerzos longitudinales 318.- Información que Capitán debería recolectar para analizar y

calcular los efectos de una inundación 32

PREAMBULO

El presente Manual no pretende ser un tratado sobre la teoría de la estabilidad y flotabilidad dañada de los buques mercantes, sino que, más bien está pensado como una guía de procedimientos prácticos, para ser usado por los Capitanes en los casos de accidentes marítimos que comprometan las condiciones de estabilidad y de notabilidad intacta del buque.

Generalmente, cuando ocurre un accidente con vías de agua hacia el interior del buque, las personas responsables de la seguridad e integridad de la nave, tienden a actuar precipitadamente en un primer momento, tomando acciones conectivas sin ningún cálculo previo que las sustente, las cuales a la postre, en muchos casos, contribuyen a agravar el daño causado por el accidente.

Textos en todos los idiomas se han escrito sobre los efectos de una avería con vías de agua.

En su mayoría, enfocan la emergencia desde un punto de vista meramente teórico y mediante complicados cálculos probabilísticos desarrollan los efectos que una averia abierta al mar, tendría sobre la estabilidad y flotabilidad del buque.

Sin embargo, estos análisis teóricos muy poca utilidad prestan al Capitán, para resolver con sus propios medios y conocimientos una averia real a bordo, de ubicación, dimensiones y condiciones distintas a la averia teórica que sirvió de base para definir las condiciones de flotabilidad del buque.

De esta manera, el Capitán estará obligado a recurrir a la asesoría de organismos externos para que determinen la estabilidad, flotabilidad y esfuerzos en su buque averiado.

Un tiempo precioso se perderá en el necesario intercambio de informaciones y datos, tiempo que en ocasiones, puede marcar la diferencia entre salvar o perder el buque.

El presente Manual pretende entregar algunos lineamientos básicos para resolver a bordo cada situación de emergencia, actuando con una secuencia lógica de acontecimientos, que permitan determinar rápidamente si la situación más comprometida de la averia, afecta a la estabilidad, a la flotabilidad, a los esfuerzos longitudinales, o a todos ellos.

Teniendo presente la anterior premisa, el Manual, en cada caso de averías mayores, analiza los siguientes aspectos:

- Medidas inmediatas en caso de averías.- Cálculo de la estabilidad transversal dañada.- Posibilidades de escoras peligrosas.• Cálculo de la flotabilidad dañada.- Cálculo de los esfuerzos longitudinales.- Acciones correctivas para mantener la estabilidad y flotabilidad del buque.- Información que debe recolectar el Capitán para efectuar los cálculos de estabilidad y

flotabilidad.

INTRODUCCION GENERAL

En una nave intacta al presentarse una averia, la inundación producida por ésta provoca alteraciones en la reserva de flotabilidad, en la estabilidad transversal y longitudinal y en los esfuerzos longitudinales.

Aún cuando por efecto de una averia la estabilidad transversal (GM) inicial aumente, el buque puede hundirse por pérdida total de su reserva de flotabilidad, o por esfuerzos longitudinales sobre los límites de la carga de ruptura, por lo que al presentarse una inundación es necesario analizar la nueva estabilidad, flotabilidad y esfuerzos deformantes.

RESERVA DE FLOTABILIDAD.-

Se llama reserva de flotabilidad al volumen estanco del casco que queda por encima del plano de flotación. A medida que el buque se va cargando, este volumen va disminuyendo y cuando desaparece, la nave ha perdido su reserva de flotabilidad, por lo que se hunde. Aún ¡a más mínima reserva de flotabilidad puede permitir que el buque continúe flotando.

Al producirse una avería con inundación, el volumen ocupado por el agua que entra al compartimento averiado, será igual al aumento de volumen sumergido del casco, e igual a la disminución que sufrirá el volumen de reserva de flotabilidad. Mientras el agua de inundación ocupe un volumen inferior al de la reserva de flotabilidad y la línea de flotación del buque dañado no exceda la tangente a la Línea Margen, el buque no se hundirá.

Con el objeto que la inundación no alcance el volumen de reserva de flotabilidad existente, es que los buques se han subdividido longitudinalmente con mamparos estancos.

FLOTABILIDAD INTACTA.-

Se llama flotabilidad intacta a los espacios que estando dentro de un compartimento inundado no les entra agua.

Si al inundarse una bodega, queda intacto el doble fondo debajo de ella, tendremos bastante flotabilidad intacta, con lo que la pérdida de reserva de flotabilidad será menor, aumentando por lo tanto, en menor cantidad el calado y el KB, aún cuando la disminución de BM será la misma que si se hubiera inundado el doble fondo, pues la pérdida de área de flotación será igual.

Luego, al disponer de flotabilidad intacta bajo la avería, la altura metacéntrica GM disminuirá, puesto que al disminuir el radio metacéntrico BM, también disminuye la altura del metacentro KM.

Si la flotabilidad intacta queda en la superficie del área inundada, la pérdida de área de flotación es menor, disminuyendo por lo tanto en menor grado la inercia I, BM, KM y GM.

Si se dispone de una flotabilidad intacta asimétrica, la nove escorará a la banda opuesta de esta flotabilidad intacta en caso de inundación.

PERMEABILIDAD

Es el porcentaje del volumen total del compartimento inundado que puede ser ocupado por el agua. Cualquier compartimento que esté libre de obstrucciones como carga, soportes, etc. tiene una permeabilidad de 100 %.

Mientras mayores sean las obstrucciones, menor será la permeabilidad.

Por lo mismo, la reducción de la permeabilidad de la superficie inundada, reducirá en igual proporción la pérdida de área de flotación, la pérdida de inercia I y la disminución de BM, KM y GM.

METODOS DE CALCULO.-

Al producirse una avería puede suceder que el compartimento inundado quede o no en libre comunicación con el mar; por lo que existen dos métodos para determinar los efectos de la inundación sobre la estabilidad y flotabilidad del buque.

1.- METODO DE LA PERDIDA DE FLOTABILIDAD.-

Este método consiste en asumir que la sección inundada ha dejado de formar parte del buque, pasando a formar parte del mar.

Asi, el buque mantiene su desplazamiento y KG inicial.

El volumen de carena se mantiene en cantidad, pero, cambia de forma, aumentando el calado.

El plano de flotación y su momento de inercia transversal y longitudinal disminuyen.

Este método sólo puede usarse si la avería queda en libre comunicación con el mar y no permite el uso de las curvas hidrostáticas para obtener datos de la carena de las condiciones después de la avería.

2 - METODO DEL PESO AGREGADO.-

Este método considera el peso del agua de inundación como peso agregado al desplazamiento inicial y requiere conocer la posición longitudinal, transversal y vertical del centro de gravedad del agua de inundación.

Puede usarse con la avería en libre comunicación o con la avería reparada.

CUADRO COMPARATIVO DE AMBOS METODOS. -

PERDIDA DE FLOTABILIDAD

Usar sólo en averias en libre comunicación.No permite uso curvas hidrostáticas para datos después de la avería.D y Vc se mantienen.Calado aumenta.Area flotación e inercia disminuyen.KG inicial se mantiene.GM final mayor que ->Momento adrizamiento (D x GZ) =

PESO AGREGADO

Usar en cualquier tipo de averías. Permite usar curvas hidrostáticas.

D y Vc aumentan.Calado aumenta.Area flotación e inercia se mantienen. KG aumenta.GM final menor.Mom. adrizamiento ( D + W) GZ

En los cálculos de estabilidad dañada, siempre será más práctico usar el método del peso agregado, ya sea con averias en libre comunicación o con averías cerradas que limitan o restringen la entrada de agua a los compartimentos de la nave.

En cambio, para calcular la nueva flotabilidad, luego de una avería en libre comunicación, con inundación progresiva, resultará más conveniente usar el método de la pérdida de flotabilidad.

TIPOS DE AVERIAS MAYORES.-

Desde un punto de vista de los cálculos requeridos para determinar las nuevas condiciones de estabilidad y flotabilidad dañada, básicamente existen dos tipos de averías mayores.

A.- Averias de varadas yB.- Averías de colisión y/o contacto con objetos sumergidos.

SECCION I

AVERIAS DE VARADAS

En un accidente de varamiento, las alteraciones sobre la estabilidad y flotabilidad del buque son producidas por la presión "P" del fondo sobre la estructura del casco del buque, actuando en la porción de buque varado.

En efecto, cuando una nave sufre un accidente a consecuencia del cual permanece varada, su calado disminuye y su asiento inicial es alterado por la acción de la presión del fondo sobre el buque.

El Empuje del agua sobre la carena del buque, disminuye en la misma proporción que crece la presión "P" en el sector varado, de modo que:D = E + P en todo momento.

Es muy importante conocer lo más exactamente posible el valor de la Presión inicial "Pi", o sea, al momento mismo de varar. Esta Presión inicial depende exclusivamente de las condiciones de varada, del sector de la eslora en que la nave ha varado y de la diferencia de asiento producida al varar.

En cambio, el aumento de "P" mientras baja la marea, dependerá del sector de la eslora varada y de la amplitud de la marea.

A medida que baja la marea, el calado del buque en el punto de varada, disminuirá en la misma cantidad que baja la marea, mientras que los extremos de proa y popa variarán según sea la libre flotación en esos extremos.

Es de considerar que el valor máximo de la Presión "P" se producirá cuando la nave vare en el centro de flotación, mientras que el valor mínimo se produce a! varar en los extremos de proa o popa.

1.- MEDIDAS INMEDIATAS EN CASOS DE VARADAS.-

- Tomar calados de proa y popa antes y ai momento de varar, para determinar la Presión inicial "Pi" del fondo.

- Sondar costados nave para determinar tipo de fondo y sector de buque varado.- Sondar estanques, sentinas y bodegas para determinar posibles vías de agua.- Verificar amplitud y condiciones de marea para estudiar posibilidad de flotar en pleamar.• Verificar las condiciones de estanques de lastres y de servicios, en la eventualidad de

requerir movimiento de líquidos.- Analizar la posibilidad de reparaciones provisorias de las averias con vías de agua al

interior de la nave.- Calcular las condiciones de estabilidad transversal de la nave varada. (Gm) Escora, etc - Analizar las posibilidades de reflotamiento considerando la eventual escora a flote y las vías

de agua en libre comunicación, si las hubiera.

- Calcular las condiciones de flotabilidad del buque reflotado, con vías de agua reparadas o en libre comunicación, según corresponda.

• Calcular el diagrama de esfuerzos longitudinales.

2.- CALCULO DE LA PRESION " P" SOBRE EL CASCO DEL BUQUE.-

Previo a efectuar cualquier cálculo de estabilidad, flotabilidad o esfuerzos de una nave varada, es necesario conocer el valor de la Presión inicial ¨Pi¨ y el valor de la Presión máxima "Pmax", luego que la marea haya bajado en toda su amplitud.

FIGURA 2.-

Al varar el buque, la Presión "P" actuando a una distancia longitudinal "dw", medida desde el centro de flotación CF, provoca un momento longitudinal P x dw, que altera el asiento inicial de la nave, de manera, que el momento producido por "P" es igual al momento de asiento resultante en el buque.

P x dw = t x MTC

Luego:

donde:Pi: Presión inicial al momento de varar.t: diferencia entre el asiento inicial de la nave y el nuevo asiento de la nave varada. dw: distancia longitudinal desde el centro de flotación CF al punto de varada.MTC: Momento para cambiar el asiento 1 cm.

Posteriormente, a medida que baja la marea, la Presión ”P" aumentará gradualmente.Este aumento de la Presión "P" será tanto mayor cuanto más cerca del centro de flotación CF haya varado la nave.

Considerando que en el punto de varada, el calado de la nave disminuirá en la misma cantidad que baja la marea, puede determinarse la siguiente fórmula para calcular el aumento de presión¨P¨

donde:P: aumento de la presión en toneladas, y: disminución de la marea en cms. o pulgs.E: eslora entre perpendiculares en mts. o pies.dw: distancia longitudinal en mts. o pies, medida desde el centro de flotación al punto de

varada.TPC: toneladas por cm. de inmersión.MTC: momento para cambiar el asiento 1 cm.

Luego:

donde:P max: presión máxima durante la varada.P i: presión inicial al momento de varar.Aumento de P: aumento de P considerando la amplitud total de la marea.

Para determinar el valor de la presión "P", en los cálculos anteriores se ha considerado que la avería es cerrada, o sea, sin ingreso de agua al interior del buque.

Si se trata de averia abierta en libre comunicación con el mar, el peso del volumen de agua ingresada a la nave, debe ser adicionado al valor calculado de la presión "P", ya que este volumen de agua de inundación contribuye a aumentar la presión del fondo sobre la estructura de la nave.

3.- CALCULO DE LA ESTABILIDAD TRANSVERSAL.-

FIGURA 3.-

Hemos visto que al varar el buque, su línea do notación WL disminuye a W1 L1 y parte del Empuje del agua se transfiere al punto de varada en la forma de la Presión ¨P¨.

Esta presión "P", actúa como un peso virtual descargado desde la quilla ( o punto de varada, si éste está más alto), cuyo efecto inmediato es una subida de G hacia G` disminuyendo el GM inicial.

Luego: KG' = KG inicial + GG'

También puede calcularse directamente, mediante la siguiente ecuación:

donde:KG’: KG del buque varado.KG: KG antes de varar.D: desplazamiento antes de la varada.P: presión del fondo en el momento considerado.

Luego: GM = KM curvas - KG'

El KM se obtiene de las curvas hidrostáticas para el desplazamiento (D - P) considerado.

4.- DETERMINANDO CUANDO GM VALE CERO.-

Con las fórmulas anteriores se puede calcular el GM para cualquiera condición de la marea bajando y para cualquier valor de la presión "P". entre sus valores de presión inicial "P i" y de presión máxima "P max".

Asi, es posible dibujar una curva de los valores de GM a medida que baja la marea, de manera que, si el GM se hiciera negativo en algún momento de la amplitud de la marea, mediante la curva es posible obtener a que calado y en que etapa de la marea el GM tendrá valor cero.

Para confeccionar un cuadro o curva do valores de GM y obtener en que momento el GM será cero, son recomendados los siguientes pasos.

1.- Conocer el aumento total de la presión ”P" por efecto de bajar la marea en toda su amplitud, usando la fórmula de aumento de P.

2.- Calcular el GM resultante para la presión máxima "P max" al bajar la marea en toda 6u amplitud.

3. - Si este GM resultante fuera negativo, efectuar cálculos de GM mediante tanteo, por ejemplo, por cada 100 o 150 tons. de aumento de P.

4. - Interpolar entre un GM positivo y el GM negativo inmediato, para obtener el GM cero.5. - Para el GM cero se obtiene del cuadro o curva, el desplazamiento, la presión "P" y el

calado correspondiente, usando las curvas hidrostáticas del buque.6. - Conocida la presión "P", necesaria para alcanzar el GM cero, se puede obtener cuanto

deberá bajar la marea para alcanzar este "P", usando para ello la fórmula de aumento "P", de la cual se despeja la variación de marea "y” necesaria para esto efecto.

El siguiente cuadro es un ejemplo del cálculo.

Para ello, hemos considerado que la presión "P" alcanzaré un valor máximo de 600 tons. al bajarla marea en toda su amplitud y hemos efectuado cálculos de tanteo de GM cada 150 tons. deaumento de ”P".

Calado D - P KM KG GM Observaciones(curvas) (curvas) (calculado)5, 00 mts. 4. 626 6, 14 5, 60 0, 54 condición antes de varar4, 85 4. 476 6, 15 5, 78 0, 37 calculado4, 71 4. 326 6, 17 5, 99 0, 18 calculado4, 56 4. 176 6, 19 6, 20 - 0, 01 calculado4, 42 4. 026 6, 22 6, 43 - 0, 21 calculado

Para calcular los distintos KG se usó la siguiente fórmula:

donde:KG' : KG para el "P" consideradoD I : desplazamiento antes de la varada.KG i : KG antes de varar.P : presión "P" considerada.

GM se hace cero prácticamente al calado 4, 56 mts.

Los calados se obtuvieron de las curvas hidrostáticas entrando con el desplazamiento considerado ( D - P ) .

El GM se hará cero al desplazamiento virtual de 4, 176 tons, o sea, cuando la presión "P" tenga un valor de 4. 676 - 4. 176 = 500 tons.

Ello permite calcular anticipadamente en que momento de la amplitud de la marea se alcanzará un calado medio de 4, 56 mts. y un GM igual a cero, mediante la siguiente fórmula:

d o n d e :y : a m p l i t u d e n cms. o pulgs. que debe bajar la marea para alcanzar GM cero.P: presión necesaria en tons. para GM cero.dw: distancia longitudinal en mts. o pies, medida desde el centro de flotación al punto de

varada.

5. - ANALISIS Y CALCULO DE LAS POSIBLES ESCORAS. -

5, 1. - CASO PUNTO DE VARADA FUERA DE LA LINEA DE CRUJIA. -

Si el punto de varada se encuentra fuera de la línea de crujía, el buque experimentará una escora inicial ¨O" inmediatamente después de la varada.

Las sondas tomadas al costado del buque, permiten saber en que punto de la longitud de la eslora estamos varado, pero, no permiten conocer la posición transversal del punto de varada.

No obstante, conocida la escora inicial "O i", la Presión inicial "P i" y el G'M del buque inmediatamente después de varado, podemos calcular la posición transversal del punto de varada, mediante la siguiente ecuación:

Es importante conocer la posición transversal del punto de varada para calcular anticipadamente la escora final que alcanzará el buque, una vez que la marea haya bajado en toda su amplitud y la presión del fondo sobre el casco del buque alcance su valor máximo "Pmax".

Conocida la posición transversal del punto de varada, la escora final "O f” puede calcularse mediante la siguiente fórmula:

donde:O f: escora final al bajar la marea en toda su amplitud.Pmax: Presión máxima.dt: distancia transversal desde la línea de crujía al punto de varada.GMf: GM resultante do la Pmax cuando la marea ha bajado en toda su amplitud.

Esta fórmula para calcular la escora, es aplicable para inclinaciones inferiores a 10 grados.

Si la escora resultante de la fórmula anterior fuera superior a 10 grados, el valor obtenido seriasólo aproximado, debido a que a grandes inclinaciones el metacentro "M" se encuentra fuera de lalinea de crujía, por lo que G, Gt y M no conforman un triángulo rectángulo.

En este caso, el valor exacto de la escora puede obtenerse de la siguiente manera:

1. - De las Curvas Cruzadas de estabilidad se obtienen los valores de KN o GZ para un desplazamiento igual a (D - Pmax ).

2. - Estos KN o GZ se corrigen aplicando el KG final real de la nave, obteniendo así el GZ corregido verticalmente.

3. - El GZ así obtenido, es corregido por la posición transversal del G fuera de la línea de crujía, obteniendo los valores de GZ finales del buque cuyo centro de gravedad G se encuentra fuera de la crujía.

GZ corregido por escora = GZ corregido verticalmente - GG`t x Cos 0

Para ello, el GG't se ha obtenido previamente usando la siguiente ecuación:

Con los valores de GZ corregidos por escora para inclinaciones de 0, 10, 20, 30, etc. grados, se puede dibujar una curva de valores de GZ, los cuales inicialmente serán negativos pura luego cambiar a positivos.

Donde la curva de valores de GZ intercepte al eje de referencia se producirá el GZ cero, o sea, la escora final permanente del buque.

5.2.- CASO PUNTO DE VARADA SE ENCUENTRA EN LA LINEA DE CRUJIA.-

FIGURA 6.-

Si el punto de varada se encuentra en la línea de crujía y la subida del G, por efecto de la aplicación de la presión máxima "Pmax", no sobrepasa al metacentro ”M", el G’M final será positivo y el buque no debería experimentar escora alguna.

En cambio, si el G'M final resulta negativo, el buque tendrá equilibrio inestable, con lo que escorará a una u otra banda, según sea la dirección de la fuerza externa que lo saque de su posición de equilibrio.

Esta escora puede calcularse en forma aproximada usando la siguiente fórmula, la cual ha sido determinada con plena validez para buques de costados rectos (side v/all ships).

Para estudiar el reflotamiento del buque deberá considerarse la posición transversal y longitudinal del punto de varada, de manera analizar los efectos sobre la Presión "P" y sobre la escora del buque, causados por el movimiento de líquidos que se pretende efectuar a bordo.

6. 1. - POSICION TRANSVERSAL DEL PUNTO DE VARADA. -

Si el punto de varada se encuentra fuera de la linea de crujía, el buque experimentará una escora por efecto de la presión "P" actuando sobre la estructura de la nave.Si esta escora no sumerge las aberturas no estancas del buque, ella no implicará el ingreso progresivo de agua de inundación.

Una vez reflotada la nave desaparece la presión "P” del fondo y con ello se elimina la escora.

Si al varar el buque, con vías de agua a su interior, se ha producido una inundación asimétrica que pudiera representar un peligro de volcamiento, esta escora debería corregirse deslastrando en la banda contraria, si ello es posible.

En ningún caso, debería lastrarse en las inmediaciones del área donde el buque ha varado, ya que ello aumentaría el efecto de la presión "P", pudiendo aumentar el daño de la avería.

Como norma general, deberá tenerse presente que si la escora no implica un riesgo inmediato para la estabilidad y flotabilidad del buque, es preferible no adoptar ninguna medida de corrección hasta mientras la nave no haya sido reflotada totalmente.

6. 2. - POSICION LONGITUDINAL DEL PUNTO DE VARADA. -

Básicamente, las medidas de reflotamiento deberán considerar la descarga de pesos desde el área donde el buque ha varado, ya sea, deslastrando estanques y/o moviendo líquidos hacia el extremo opuesto.

6. - REFLOTAMIENTO DEL BUQUE. -

Sin embargo, en ocasiones podría no ser suficiente o no ser posible el deslastre desde el sector varado, en cuyo caso, deberá estudiarse la alternativa de lastrar en el extremo opuesto.

Para este efecto, deberá considerarse que el peso agregado en el extremo opuesto no signifique aumentar la presión "P" en el punto de varada.

FIGURA 7. -

Asi, el lastre o peso agregado en el extremo opuesto deberá actuar sobre el calado en el punto de varada, de modo que el cambio de asiento producido sea igual o superior al efecto de inmersión pareja en el punto de varada.

El punto de quiebre para este efecto, puede determinarse mediante la siguiente ecuación:

donde:d: distancia longitudinal mínima, medida desde el centro de flotación CF, donde

puede lastrarse en el extremo opuesto. dw: distancia longitudinal medida desde el centro de flotación CF al punto de varada.E: eslora entre perpendiculares.

Calculado este punto de quiebre, deberá analizarse si la capacidad de lastre disponible desde este punto hacia popa (si éste fuera el extremo opuesto), es suficiente para sentar el buque y desvarar la proa.

7. - ANALISIS Y CALCULO DE LA FLOTABILIDAD DEL BUQUEREFLOTADO. -

Las nuevas condiciones de flotabilidad y calados del buque deben ser analizadas y calculadas previamente a tomar la decisión de reflotamiento, considerando para ello, el ingreso de agua de inundación, el tipo de averia y el movimiento de líquidos efectuado en la nave, con respecto de las condiciones anteriores al accidente de varada.

Para este efecto, pueden distinguirse tres casos.

7. 1. - CASO AVERIA CERRADA, SIN INGRESO DE AGUA DE INUNDACION AL INTERIOR DEL BUQUE. -

Las nuevas condiciones de flotabilidad y calados del buque, se calcularán considerando los calados antes de varar y el movimiento longitudinal de líquidos efectuado para reflotar la nave.

7. 2. - CASO AVERIA ABIERTA Y REPARADA, CON INGRESO DE AGUA DE INUNDACIÓN AL INTERIOR DEL BUQUE. -

En este caso, el agua de inundación ha sido limitada, ya sea, por la reparación de la avería o por alguna cubierta estanca ubicada por encima de la avería, que impide la inundación progresiva.

Las nuevas condiciones de flotabilidad y calados se calcularán respecto de los calados antes de varar, considerando el agua de inundación como un peso agregado a la nave a una distancia determinada desde el centro de flotación.

Los movimientos de líquidos efectuados para reflotar el buque, también deberán tenerse en cuenta para determinar las variaciones en el asiento.

En ambos casos anteriores, las nuevas condiciones do flotabilidad del buque reflotado, deberían permitir la continuación del viaje hasta un puerto seguro para efectuar reparaciones definitivas.

7.3.- CASO AVERIA ABIERTA EN LIBRE COMUNICACION CON EL MAR E INGRESO DE AGUA DE INUNDACION PROGRESIVA AL BUQUE.-

Cuando la averia no es posible de reparar antes del reflotamiento y la inundación no se encuentra limitada por alguna cubierta estanca ubicada por encima de la averia, constituye el caso más delicado de análisis.

Las nuevas condiciones de flotabilidad y calados del buque reflotado, deberán calcularse conforme al Método de Pérdida de Flotabilidad, como se explica más adelante en el análisis de los efectos de una averia de colisión y/o de contacto con objetos sumergidos.

Si los resultados obtenidos de este cálculo, determinan un calado de proa y de popa por debajo de la Linea Margen, el buque mantendrá una reserva de flotabilidad, que debería permitirle continuar viaje hasta puerto seguro.

En cambio, si los calados resultantes indican que en uno de los extremos del buque, proa o popa, la Línea Margen quedará sumergida, el buque reflotado sufrirá la inundación progresiva je los compartimentos adyacentes y finalmente se hundirá.

Enfrentado a esta situación, el Capitán deberá analizar y ponderar las siguientes alternativas de acción, considerando principalmente la disponibilidad para contar con ayuda externa oportuna.

ALTERNATIVA "A”. -

Permanecer varado en él mismo lugar en espera de asistencia, tratando de mantener controlada la presión ”P“ del fondo, para evitar que sus efectos sobre la estabilidad causen el volcamiento del buque y/o que sus efectos deformantes dañen la estmctura de la nave al punto de sobrepasar la carga de ruptura.

ALTERNATIVA "B¨. -

Buscar un lugar cercano y seguro donde varar voluntaría y convenientemente el buque reflotado, para facilitar las reparaciones de la avería abierta al mar

8. - ANALISIS Y CALCULO DE LOS ESFUERZOS LONGITUDINALES.

8. 1. - ESFUERZOS LONGITUDINALES DEL BUQUE VARADO. -

Mientras el buque permanezca varado, los esfuerzos longitudinales pueden calcularse para cualquiera etapa de la marea, conociendo la Presión "P" del fondo en el momento considerado, pero, principalmente deberán calcularse para la más baja marea, cuando la Presión "P" del fondo alcanza su valor máximo.

Para efectos de este cálculo, la presión "P" del fondo se considerará como un peso virtual descargado desde la posición longitudinal en que; se encuentra el punto de varada.

Si el buque ha sufrido la inundación del compartimento averiado, el peso de esta agua de inundación deberá adicionarse al valor de la presión "P".

Para efectuar estos cálculos será necesario contar con el cálculo de esfuerzos longitudinales anteriores a la avería de varada, el cual deberá ser corregido por el efecto de la presión "P", considerando a ésta como un peso virtualmcnte descargado.

Si los esfuerzos longitudinales así obtenidos, en algún punto de la eslora del buque sobrepasaran los limites máximos permitidos, antes de efectuar cualquier movimiento de líquidos para reducirlos, deberá considerarse prioritariamente el efecto que este movimiento de líquidos tendrá sobre la escora y sobre el valor de la presión "P".

Cualquiera acción que se tome, en ningún caso deberá significar un aumento en el valor de la presión "P" en el punto de varada.

8. 2. - ESFUERZOS LONGITUDINALES DEL BUQUE REFLOTADO. -

Es preciso considerar que una vez reflotado el buque, la presión "P" del fondo desaparecerá automáticamente y los esfuerzos longitudinales anteriores a la averia, solamente se verán alterados por el efecto del agua de inundación que haya ingresado al buque.

Para calcular los nuevos esfuerzos longitudinales del buque reflotado, el agua de inundación que pudiera haber ingresado, se tomará como un peso cargado en m posición longitudinal del compartimento averiado.

9. - INFORMACION QUE EL CAPITAN DEBERIA RECOLECTAR PARA ANALIZAR Y CALCULAR LOS EFECTOS DE UNA VARADA. -

9. 1. - INFORMACION ANTERIOR A LA VARADA. -

- Calados, desplazamiento, KG y GM del buque.- Cálculo de la curva de Esfuerzos Longitudinales.- Distribución de los líquidos en los estanques.- Plano de Estiba de la carga.- Curvas Hidrostáticas y Curvas Cruzadas de estabilidad.

Para efectos de obrar con rapidez, es conveniente mantener actualizados los datos anteriores durante toda la travesía.

9.2. - INFORMACION DESPUES DE LA VARADA. -

• Calados inmediatamente de producida la varada.- Hora de la varada y condición de la marea.- Amplitud de la marea.- Hora y altura de la próxima pleamar y bajamar.- Elementos disponibles a bordo para contener una inundación.- Planos de Arreglo General y de Capacidad.- Planos del área afectada.

SECCION II

AVERIAS DE COLISION Y/O CONTACTO CON OBJETOSSUMERGIDOS. -

En un accidente de colisión o de contacto con objetos sumergidos, las alteraciones sobre la estabilidad y flotabilidad del buque estarán determinadas por la cantidad do agua de inundación y la posición vertical, transversal y longitudinal de la inundación.

Por su parte, la capacidad del buque para resistir la inundación dependerá del valor inicial de sus calados, del GM transversal inicial, de la permeabilidad del compartimento inundado y de las condiciones del tiempo atmosférico.

Asimismo, la conformación estructural del buque contribuirá a limitar la extensión de la inundación, ya sea, en el sentido transversal, vertical y/o longitudinal.

Los mamparos estancos transversales permitirán limitar la longitud de la inundación, mientras que los mamparos estancos longitudinales y/o los estanques laterales altos ayudarán a reducir la extensión transversal o profundidad de la inundación.

Los doblefondos y cubiertas estancas horizontales permitirán limitar la extensión vertical de la inundación.

1. - MEDIDAS INMEDIATAS EN CASO DE COLISION Y/O DE CONTACTO CON OBJETOS SUMERGIDOS. -

- Sondar estanques, sentinas y bodegas para verificar vías de agua.- Determinar la extensión y ubicación de la averia bajo la línea de agua.- Determinar la extensión longitudinal, transversal y vertical de la inundación.- Determinar la permeabilidad de los compartimentos inundados.- Analizar la posibilidad de reparaciones provisorias con los elementos disponibles a bordo.- Determinar el tiempo que demorarán en inundarse los compartimentos averiados.- Determinar el peso agregado por la inundación, considerando la extensión de ella y la

permeabilidad de los compartimentos inundados.- Calcular las nuevas condiciones de estabilidad transversal del buque.- Calcular las nuevas condiciones de flotabilidad y calados del buque.- Calcular los nuevos esfuerzos longitudinales del buque.- Analizar si las nuevas condiciones de estabilidad, flotabilidad y esfuerzos y las condiciones de

tiempo, permitirían continuar viaje hasta el puerto de destino, o hacen aconsejable desviarse a puerto seguro para efectuar reparaciones inmediatas.

2. - CALCULO DEL TIEMPO QUE DEMORA LA INUNDACION. -

FIGURA 8. -

Al inundarse un compartimento en libro comunicación con el mar, la velocidad de ingreso del agua de inundación dependerá de la altura "h" da la columna de agua, medida desde la linea de flotación WL.

siendo:

El caudal "Q" de agua ingresada será directamente proporcional al área de la averia y a la velocidad de ingreso del agua.

Conocido el volumen de inundación admisible del compartimento averiado puede determinarse el tiempo que demorará en inundarse completa o parcialmente, según sea el caso, mediante la siguiente ecuación:

El volumen de inundación admisible se puede determinar como se indica en el párrafo 3 de esta sección.

En su defecto, también puede calcularse considerando que el compartimento se inundará completamente, pero, teniendo en debida consideración la permeabilidad actual del compartimento.

Es muy importante para el Capitán conocer el tiempo que demorará la inundación, porque ello debería permitirle priorizar los cálculos que deberá efectuar y las medidas de emergencia que será necesario adoptar para reducir el caudal de agua de inundación que está ingresando al buque.

Siendo caudal

3. - CALCULO DEL PESO DEL AGUA DE INUNDACION. -

Al producirse una avería por debajo de la línea de flotación y en libre comunicación con el mar, la cantidad de agua de inundación que ingrese al compartimento averiado estará limitada longitudinal y transversalmente por los mamparos transversales y longitudinales del compartimento respectivamente.

La extensión vertical de la inundación dependerá de las cubiertas estancas horizontales ubicadas por debajo de la línea de flotación.

Por lo tanto, desde un punto de vista de la extensión vertical pueden distinguirse dos tipos de inundación, a saber, inundación sucesiva e inundación limitada.

3.1. - CALCULO DEL PESO AGREGADO EN UNA INUNDACION SUCESIVA. -

Para este efecto, es preciso calcular primeramente el aumento de calado parejo del buque, de manera conocer la altura que alcanzará la inundación.

Si el compartimento averiado no está limitado por una cubierta estanca ubicada bajo la línea de flotación, la inundación alcanzará hasta que el nivel del agua en el compartimento averiado equipare el nivel exterior del mar.

Conforme al Principio de Equilibrio Hidrostático el volumen de agua ingresada al compartimento averiado, será igual al aumento de Volumen de Carena del buque.

Este mayor volumen de carena significará un aumento del calado, el cual puede calcularse mediante la ecuación de la inundación sucesiva.

FIGURA 9. -

3. 2. - CALCULO DEL PESO AGREGADO EN UNA INUNDACION LIMITADA. -

FIGURA 10. -

El nuevo calado medio del buque será:

Luego, el peso del agua de inundación se calculará mediante la siguiente ecuación:

donde:hIbCi

PermAf

aumento de calado parejo del buque. largo del compartimento inundado. ancho del compartimento inundado.calado inicial del buque. Si la inundación no compromete el doblefondo bajo ella, el valor de "Ci" en la fórmula de la inundación sucesiva será: ( Ci - altura del D. F. ) permeabilidad del compartimento inundado, área de flotación del buque.

: peso del agua de inundación.: largo del compartimento inundado.: ancho del compartimento inundado.: calado inicial + aumento de calado. Si la inundación no ha comprometido al doblefondo bajo ella, la altura del D. F. debe restarse al calado.

: permeabilidad del compartimento inundado.: densidad del agua de mar.

NOTA. - Si el compartimento averiado no es de formas rectangulares, deberá considerarse el coeficiente de fineza para determinar su área y el coeficiente do block para calcular el volumen de inundación.

donde:WwI

bCf

perm1,025

En este caso, el volumen de agua de inundación estará limitado por el largo, ancho y altura del compartimento averiado.

De esta manera, el peso de agua de inundación so calculará en la siguiente ecuación:

donde:Ww : peso del agua de inundación.I : largo del compartimento inundado,b : ancho del compartimento inundado.H : altura de la inundación.perm : permeabilidad del compartimento inundado.1, 025 : densidad del agua de mar.

4. - CALCULO DE LA ESTABILIDAD TRANSVERSAL. -

FIGURA 11. -

Cuando se inunda un compartimento en libre comunicación con el mar, se producen las siguientes alteraciones en el KG vertical del buque.

a). - GG1: una subida o bajada del G, según el centro gravedad "g" de la inundación seencuentre sobre o bajo el "G" del buque.

b). -G1G2 : una subida virtual del G por efecto de superficies libres.c). - G2G3: una subida virtual del G por efecto do la libre comunicación.

La inundación asimétrica del buque en un compartimento en libre comunicación, causa un desplazamiento transversal del G, fuera de la linea de crujía, con lo cual se crea un momento escorante que reduce la estabilidad ( G Z ) del buque.

Esta reducción de la estabilidad ( GZ ) es similar al efecto que tendría sobre la estabilidad, una subida virtual del centro de gravedad, desde G2 hasta G3.

Las alteraciones de G pueden calcularse mediante las siguientes ecuaciones:

4. 1. - EFECTO DEL PESO AGREGADO. -

donde: Ww dv Di

: peso del agua de inundación.: distancia vertical entre "G" del buque y el "g" de la inundación. : desplazamiento inicial del buque.

4. 2. - EFECTO DE SUPERFICIES LIBRES. -

para planos rectangulares

para planos trapezoidales

donde:I: largo del compartimento inundado, b: ancho del compartimento inundado.Vc: volumen de carena del buque.K: coeficiente de inercia del plano de flotación, el cual se obtiene de la siguiente tabla,

entrando con el coeficiente de fineza del plano de flotación.

Cf K0, 70 0, 0420, 75 0, 0480, 80 0, 0550, 85 0, 0620, 90 0, 069

4. 3. - EFECTO DE LA LIBRE COMUNICACION. -

: área del plano inundado = I x b x coef. fineza: distancia transversal desde la linea crujía al centro de gravedad "g" de la inundación. : Volumen de carena del buque.

En las ecuaciones anteriores, KM se obtiene do las Curvas Hidrostáticas del buque entrando con el desplazamiento final igual a ( D¡ + Ww).

5. - ANALISIS DE LA ESCORA. -

Al producirse una inundación asimétrica en un compartimento en libre comunicación, el buque experimentará una escora hacia la banda inundada.

Esta escora responde a la siguiente ecuación:

Como se explica en el párrafo 5. 1 de la Sección I, esta fórmula para calcular la escora es válida sólo para inclinaciones menores de 10 °.

Si en un cálculo de averia supuesta se deseara estimar el valor exacto de la escora para inclinaciones mayores de 10°, esta escora deberá determinarse usando las curvas de GZ para el desplazamiento final y el KG final del buque averiado, siguiendo el procedimiento indicado en el párrafo 5. 1 de la Sección I.

: peso del agua de inundación.: distancia transversal desde línea crujía al centro de gravedad de la inundación. : desplazamiento final del buque = (D¡ + Ww): GM final corregido por todos los efectos actuando sobre G.

donde: WwyDfGMf

donde:áreayVc

Luego:

Del mismo modo, si la inundación producida en el buque fuera simétrica, de banda a banda, y GM final resultare negativo, la escora permanente podrá determinarse como se indica en el párrafo 5. 2 de la Sección I.

No obstante, en un caso real de inundación por colisión o por contacto con objetos sumergidos, no será necesario calcular la escora del buque, ya que ésta se producirá inmediatamente con el ingreso de agua de inundación asimétrica, pudiendo leerse en los instrumentos que el buque tenga para estos electos.

Si la inclinación producida sumerge las aberturas no estancas del buque, la inundación progresiva provocará el volcamiento de la nave.

En esta eventualidad, el Capitán deberá actuar rápidamente para agotar los medios de adrizamiento, deslastrando desde la banda sumergida y/o lastrando en la banda contraria.

En cambio, si la inclinación producida no sumerge las aberturas no estancas, o sea, no es mayor que el ángulo de inundación del buque para eso calado, no existirá un peligro inmediato de volcamiento.

En esta situación más favorable, el Capitán deberá analizar y ponderar el efecto que las medidas de adrizamiento para corregir la escora, tendrán sobre la flotabilidad del buque.

Si el adrizamiento del buque significara reducir aún más la reserva de flotabilidad, al extremo que la linea de flotación tangente peligrosamente en la Línea Margen, en ocasiones, podría ser preferible mantener el buque con cierto ángulo do escora, en beneficío de mantener una mejor reserva de flotabilidad.

En situaciones de extremo apremio y ponderadas las alternativas disponibles, el Capitán deberá considerar la posibilidad de varar su nave, voluntaria y convenientemente, en un lugar seguro para resguardar la propiedad común y efectuar las reparaciones de emergencia que los medios disponibles a bordo y el posible apoyo externo lo permitan.

6. - CALCULO Y ANALISIS DE LA FLOTABILIDAD Y CALADOS. -

Para calcular y analizar los nuevos calados deberán distinguirse dos situaciones de inundación.

Inundación limitada por alguna cubierta estanca horizontal ubicada bajo la linea de flotación inicial, en cuyo caso el agua de inundación solamente podrá alcanzar hasta la altura de esta cubierta, e

Inundación sucesiva, en la cual el agua de inundación alcanzará en altura hasta que el nivel interior del agua en el compartimento averiado, equipare el nivel exterior del mar.

FIGURA 12. -

En este caso, los calados finales correspondientes a la línea de flotación "W2L2", pueden calcularse considerando el agua de inundación como un peso agregado al buque, usando los métodos normales de cálculo de calados

El peso del agua de inundación so determinará como se indica en el párrafo 3. 2 de esta Sección.

Los calados correspondientes a la línea de flotación final W2L2 se calcularán por la siguiente ecuación:

donde: Cpr f Cpp f Cpr ¡ Cpp¡ Ww dl

: calado proa final, después de la inundación.: calado popa final, después de la inundación.: calado proa inicial, antes de la inundación.: calado popa inicial, antes de la inundación.: peso del agua de inundación.: distancia longitudinal, medida desde el centro de flotación CF al centro del compartimento inundado.

dist. C. F. -> F. P.: distancia longitudinal desdo el centro de flotación CF a la perpendicular de proa F. P.

dist. C. F. -> A. P.: distancia longitudinal desde el centro de flotación CF a la perpendicular de popa A. P.

E: eslora entre perpendiculares.

6. 2. - INUNDACION SUCESIVA. -

FIGURA 13. -

Para calcular los calados finales de la línea de flotación W2L2 con una inundación sucesiva, es más práctico y rápido usar el método de la Pérdida de Flotabilidad.

Este método asume que el compartimento inundado ha dejado de formar parte del buque, pasando a formar parte del mar.

De esta manera, el buque mantiene en cantidad su volumen de carena inicial, pero, cambiando de forma debido al aumento de calado parejo.

El área de flotación del buque se reduce en lo misma proporción que representa el área inundada, considerando la permeabilidad de área que corresponda, o sea, (I x b x perm. ).

Esta reducción del área de flotación causa un desplazamiento longitudinal del CF hacia el extremo opuesto al compartimento inundado, ubicándose en la posición de CFW. Por lo tanto, el buque ahora cambiará su asiento pivoteando en el nuevo centro de flotación CFW.

El momento de inercia del plano de flotación también se verá reducido respecto de la inercia inicial, debido a la pérdida de una paite del área de flotación.

NOTA. - Si el área inundada no es rectangular, la expresión

longitudinal perdida, cambia por la expresión (I3 x b x K ), donde "K" es elcoeficiente de inercia que se puede obtener de la tabla indicada un el párrafo 4. 2 de esta Sección.

6. 2. 4. - CALCULO DEL NUEVO RADIO METACENTRICO LONGITUDINAL ”BML". -

Conocida la nueva inercia longitudinal es posible calcular el nuevo BML en la siguiente ecuación:

: nuevo radio metacéntrico longitudinal.: volumen de carena inicial, antes do la inundación.

donde:MTC: momento de asiento por 1 cm. para el buque de nuevas formas, distintas al buque para el

cual fueron calculadas las curvas hidrostáticas.D: desplazamiento inicial del buque.BML: nuevo radio metacéntrico longitudinal. E: eslora entre perpendiculares.

6. 2. 6. - CALCULO DE LOS CALADOS FINALES. -

donde:BMLvc

6. 2. 5. - CALCULO DEL MOMENTO DE ASIENTO POR CMS. "MTC" PARA APLICAR EN LOS CALCULOS DE CALADOS. -

Siendo:

para calcular la inercia

7. - CALCULO DE LOS NUEVOS ESFUERZOS LONGITUDINALES. -

Los nuevos esfuerzos longitudinales del buque averiado se calcularán considerando el agua de inundación que pudiera haber ingresado al buque, corno un nuevo peso agregado en la posición longitudinal del compartimento o de los compartimentos inundados.

Para ello, el cálculo de esfuerzos del puerto de salida deberá corregirse agregando como peso cargado el peso del agua de inundación que el buque pudiera haber embarcado en el compartimento averiado

: largo del compartimento inundado.: ancho del compartimento inundado.: calado medio inicial, antes de la avería.: área de flotación inicial, antes de la inundación.: permeabilidad de volumen del compartimento inundado.: distancia longitudinal desde el centro do flotación CF al centro del compartimento inundado.

: desplazamiento longitudinal del centro de flotación CF hasta el nuevo centro de flotación "CFW".

dist. CFW -> F. P. : distancia desde el nuevo centro de flotación CFW a la perpendicular de proa. dist. CFW -> A. P.: distancia desde el nuevo centro de flotación CFW a la perpendicular de popa.E: eslora entre perpendiculares.MTC: nuevo momento para cambiar el asiento en 1 cm.Ww: peso del agua de inundación, el cual se obtiene de la siguiente ecuación:

donde:IbCiAFiperm.dw

Z

8. - INFORMACION QUE EL CAPITAN DEBERIA RECOLECTAR PARA ANALIZAR Y CALCULAR LOS EFECTOS DE UNA INUNDACION. -

8.1. - INFORMACION ANTERIOR A LA INUNDACION. -,

• Calados, desplazamiento, KG y GM del buque.- Cálculo de esfuerzos longitudinales.• Distribución de líquidos en los estanques.- Plano de estiba de la carga.• Curvas Hidrostáticas y Curvas Cruzadas de estabilidad.

8. 2. - INFORMACION DESPUES DE OCURRIDA LA INUNDACION. -

- Extensión y profundidad de la avería bajo la línea de flotación.- Compartimentos afectados por la inundación.- Permeabilidad de los compartimentos inundados.- Elementos disponibles a bordo para contener la inundación.- Planos de Arreglo General y de Capacidad.- Planos y diagramas del sector averiado.