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DISEO DE LA CAMA DE VARADA DE UN FERRY DE 172 M. DE ESLORA TOTAL

La documentacin de este Proyecto Fin de Carrera se compone de: MEMORIA ANEXOS PLANOS Dentro de la MEMORIA se incluye un listado identificativo del contenido de los ANEXOS y de los PLANOS

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CONTENIDO.I.- Relacin de Figuras, Tablas, Planos y otros Anexos. II.- Lista de abreviaturas, siglas y acrnimos 1.- Introduccin. 2.- Datos de partida 3.- El buque a varar 4.- Medios de varada 5.- Aspectos que se comprobarn 5.1.- Estabilidad durante la varada o puesta a flote.5.2.- Capacidad del Dique.5.3.- Resistencia de la Solera del Dique.5.4.- Resistencia y elasticidad de Picaderos 5.5.- Resistencia del Buque.6.- Soluciones propuestas.7.- Justificacin de las soluciones adoptadas 8.- Clculos de comprobacin 8.1.- Fundamentos. 8.2.- Variables a tener en cuenta. 8.3.- Proceso de puesta a flote. 8.4.- Disposicin de la cama de picaderos. 8.5.- Elasticidad de la cama de picaderos. 8.5.1.- Picaderos de madera. 8.5.2.- Picaderos de goma (caucho). 8.6.- Resistencia del Buque. 8.6.1.- Vigas transversales del fondo del tnel.8.6.2.- Casquillos longitudinales situados en cruja.8.6.3.- Situacin de los picaderos.8.6.4.- Solicitaciones (MF y FC) sobre los elementos de la estructura del tnel.8.6.5.- Esfuerzos en puntos caractersticos de una seccin transversal.8.6.6.- Esfuerzos unitarios (tensiones) admisibles.8.6.7.- Algoritmo para concretar valores admisibles de cargas sobre picaderos.8.6.8.- Organizacin de los clculos de Qmax.8.6.9.- Influencia de los casquillos longitudinales en la distribucin de la carga del picadero entre varios transversales de fondo.8.6.10.- Resultados de los clculos de cargas Q admisibles.8.6.11.- Aplicacin de un procedimiento alternativo de clculo.8.7.- Resistencia de la Solera del Dique. 8.8.- Resistencia de los picaderos. 8.8.1.- Hormign 8.8.2.- Madera

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8.8.3.- Goma 8.9.- Estudio de flexin de la viga buque y clculo de reacciones sobre picaderos. 8.9.1.- Datos y resultados.8.9.2.- Programa de clculo que se utiliza.8.9.3.- Anlisis de resultados.8.10.- Clculos de Arquitectura Naval. 9.- Anlisis de las cargas sobre picaderos calculadas. 10.- Plano y especificacin de las camas de varada. 11.- Instrucciones de varada y posterior puesta a flote 12.- Estimacin de costes asociados. 12.1.- Bases de estimacin de costes para preparar la Cama A 12.2.- Bases de estimacin de costes para preparar las Cama B y C 12.3.- Bases de estimacin de costes para preparar la Cama D 12.4.- Hoja Excel preparada y usada para la estimacin de costes.12.5.- Resumen de la estimacin de costes.13.- Conclusiones. III.- Agradecimiento. IV.- Medios usados para el clculo, edicin y presentacin V.- Bibliografa y referencias.

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I.- RELACIN DE FIGURAS, TABLAS, PLANOS Y OTROS ANEXOS. Figuras: Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figs. 6, 7, 8 Esquema de base de picadero de hormign, ajustable en altura. Foto de picadero ajustable en altura con dos tiras de caucho como componente elstico. Esquema de la estructura del tnel central Tres posibles posiciones bsicas de picaderos de la lnea central de la cama de varada respecto a la estructura del tnel Esquemas de cargas actuantes sobre los elementos que componen la estructura del tnel central Solicitaciones (fuerzas cortantes y momentos flectores) que debemos tener en cuenta para comprobar la resistencia de dichos elementos sometidos a las citadas cargas actuantes Seccin genrica en doble T de alas desiguales en la que se han acotado sus dimensiones y se han marcado tres puntos caractersticos. Ubicacin del modelo de clculo de la estructura del tnel mediante el programa de clculo directo RDM6 Disposicin de picaderos bajo tnel, en cruja, espaciados 2,250 m Disposicin de picaderos bajo tnel, en cruja, espaciados 1,125 m Solicitaciones actuantes (Momentos Flectores y Fuerzas Cortantes) sobre un transversal de fondo del tnel sometido a la accin combinada de carga distribuida Q y accin concentrada f x Q (transmitida desde los apoyos adyacentes): Caso 1.a: Hiptesis de extremos EMPOTRADOS. Solicitaciones actuantes (Momentos Flectores y Fuerzas Cortantes) sobre un transversal de fondo del tnel sometido a la accin combinada de carga distribuida Q y accin concentrada f x Q (transmitida desde los apoyos adyacentes): Caso 2.a: Hiptesis de extremos APOYADOS

Figura 9

Figura 10 Figura 11 Figura 12 Figura 13

Figura 14

Tablas: Tabla. 1 Tabla. 2 Relacin de medios de varada no vlidos para este buque (Espaa y resto del Mediterrneo Occidental) Medios de varada viables para este buque (en Espaa y resto del Mediterrneo Occidental)

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Tabla. 3 Tabla. 4

Aspectos a comprobar para cada cama de varada aplicable al ferry objeto de este trabajo. Expresiones de las fuerzas cortantes (F.C.) y momentos flectores (M.F.) en el centro y en los extremos de los refuerzos de fondo del tnel, en funcin de la carga Q actuante sobre un picadero, sin tener en cuenta interacciones. Expresiones de las fuerzas cortantes (F.C.) y momentos flectores (M.F.) en el centro y en los extremos de un refuerzo transversal del fondo del tnel, en funcin de la carga Q actuante sobre un picadero, cuando se tiene en cuenta la interaccin entre transversales y casquillos longitudinales Carga Q admisible por picadero, en diferentes situaciones: Chequeo de la resistencia de la solera del dique de Puerto Real cuando el ferry se vara sobre la cama A Chequeo de la resistencia de la solera del dique de Puerto Real cuando el ferry se vara sobre la cama B Chequeo de la resistencia de la solera del dique de Puerto Real cuando el ferry se vara sobre la cama B* (B, modificada) Chequeo de la resistencia de la solera del dique de Puerto Real cuando el ferry se vara sobre la cama C Chequeo de la resistencia de la solera del dique de Puerto Real cuando el ferry se vara sobre la cama C* (C, modificada) Chequeo de la resistencia de la solera del dique de Puerto Real cuando el ferry se vara sobre la cama D Resumen de los anlisis efectuados para las diferentes camas estudiadas. Costes unitarios para Cama A Costes unitarios para Camas B y C Costes unitarios para Cama D Cuadro resumen de costes

Tabla.5

Tabla.6 Tabla.7 Tabla.8 Tabla.9 Tabla.10 Tabla.11 Tabla.12 Tabla.13 Tabla. 14 Tabla. 15 Tabla. 16 Tabla. 17 Planos.Plano N 01 Plano N 02 Plano N 03 Plano N 04

Disposicin General del buque cuya varada se estudia Seccin Maestra del buque Planta y seccin transversal del dique del astillero de Puerto Real mostrando las cargas mximas admisibles para su solera Alternativas de camas de varada consideradas en este trabajo

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Otros Anexos: Anexo.01 Anexo.02 Anexo.03 Tabla de espaciados y abscisas de cuadernas de construccin del buque Definicin de la tangente de fondo (datos FORAN) Resultados de ensayos de madera de pino para estimar reacciones y resistencia a la compresin de este tipo de picaderos. Matagorda 1973 Resultados de ensayos de compresin de picaderos de madera de pino realizados en el astillero de Puerto Real en 2003 Resultados de los ensayos de compresin de tiras de caucho de 150 x 165 mm de seccin (con un canal cilndrico centrado de 50 mm de dimetro) realizados en el astillero de Cdiz en 1974 Distribucin de las rigideces del buque-viga a lo largo de su eslora Condicin de Varada en dique. Estabilidad y Resistencia Longitudinal a flote Estudio de Estabilidad Transversal durante la varada Distribucin longitudinal de peso por metro para la condicin de varada (combinacin de Peso en Rosca + Peso Muerto). (Curva "de castilletes".) Distribuciones de empuje por metro a lo largo de la eslora del buque para varios niveles de agua sobre la cara alta de los picaderos Programa BLOCK: Presentacin y descripcin de los listados. Programa BLOCK: Listados de datos y resultados. Clculo de la carga mxima Q por picadero admisible por la estructura del tnel, considerando diferentes casos de carga. (Tambin se incluye el clculo de la rigidez al giro de la varenga en su unin con la correspondiente vagra del tnel) Comprobacin mediante clculo matricial (usando el programa RDM6) del comportamiento estructural del tnel de este buque. Clculo del factor de transmisin de cargas desde un casquillo longitudinal a los transversales de fondo del tnel inmediatamente adyacentes a los que est conectado. Estimacin de costes de preparacin de diferentes alternativas de cama de varada.

Anexo.04 Anexo.05

Anexo.06 Anexo.07 Anexo.08 Anexo.09

Anexo.10

Anexo.11 Anexo.12 Anexo.13

Anexo.14 Anexo.15

Anexo.16

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II.- LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS Y ACRNIMOS.-

Esfuerzo normal Esfuerzo cortante Esfuerzo combinado (Criterio de Von Mises) Alargamiento / acortamiento de una pieza estructural o un muelle sometido a traccin / compresin Posicin de un madero cuando sus fibras longitudinales quedan dispuestas en la misma direccin en que acta la carga que soporta. (Por ejemplo, cuando se usa como puntal) Posicin de un madero cuando sus fibras longitudinales quedan perpendiculares a la direccin en que acta la carga que soporta. (Por ejemplo cuando forma parte de un picadero en un dique) Manga de trazado Centro de Gravedad Calado Mdulo de elasticidad de un material o, en otro contexto, Empuje hidrosttico sobre la carena Eje Neutro Fuerza ascensional de un dique flotante o de un Syncrolift Fuerza Cortante Altura Metacntrica Inicial Trabajo que realiza un hombre en una hora. En esta Memoria se refiere a un valor medio aplicable a los trabajos de preparacin de una cama de varada Momento de Inercia del rea de una seccin con respecto a su Eje Neutro Cota del C.G. respecto al plano base. Es equivalente a las notaciones VCG(z) o ZCG Cota del Metacentro Transversal sobre el plano base. Tambin se designa como KMT Abscisa del C. G. del rea de la flotacin, respecto al origen de coordenadas. Tambin se designa como XCF Abscisa del C.G., respecto al origen de coordenadas establecido. (En la perpendicular de Popa si no se indica otra cosa). Tambin se designa como XCG Liquified Natural Gas. Siglas tambin usada para designar a losOCT-09 Pg. 6

ca testa

al hilo

B C.G. d E EN F.Ascens FC GM hora.h

In KG KM LCF LCG (x)

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buques que transportan este producto, aunque a veces se les designa, ms propiamente, como LNG carriers Lpp Lt madero Eslora entre perpendiculares Eslora total En este trabajo esta palabra se refiere a cada una de las piezas de madera (generalmente de seccin cuadrada del orden de 300 x 300 mm) que se emplean para formar la parte elstica de algunos tipos de picaderos Momento Flector Nuevas Construcciones En el contexto de este trabajo, este trmino se refiere a cada uno de los apoyos que forman parte de la cama de varada. Toneladas de Peso Muerto (mtricas) Cota del C.G. respecto al plano base. Es equivalente a la notacin KG Very Large Crude Carrier: Petrolero de crudo con una capacidad de carga del orden de 2 millones de barriles (1 barril de petrleo = 159 litros) y un Peso Muerto entre 280.000 TPM y 320.000 TPM Cota del eje neutro sobre el eje tomado como referencia para el clculo de las caractersticas de una seccin

MF NN CC picadero TPM VCG (z) VLCC

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1.- INTRODUCCIN.Un buque, a lo largo de su vida operativa, debe entrar varias veces en un medio de varada para someterse a reconocimientos peridicos 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 avera imprevista. Cuando se solicita la entrada en cualquier medio de varada hay que prever las interacciones que tendrn lugar entre dicho medio y el buque, procurando evitar daos a cualquiera de ellos. El objeto de este Proyecto F. de C. es definir una cama de varada para un Ferry de 172 m. de eslora total, teniendo en cuenta: a) el buque (su peso, flexibilidad y resistencia) b) los picaderos (su flexibilidad y resistencia) y c) la solera del dique (su resistencia). Para ello, en este trabajo: 1. Se describe y discute la influencia de todos estos aspectos. 2. Se presenta una lista de diferentes medios de varada ubicados en el rea normal de operacin del buque. 3. Se definen (es decir: se disean, se comprueban y se especifican) varias alternativas posibles de camas de varada, considerando lo anterior , y 4. Se hace una estimacin de los costes correspondientes a la preparacin de dichas camas de varada.

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2.- DATOS DE PARTIDA.Se han considerado dos grupos de datos de partida, cuya concrecin forma parte de este trabajo: a) Los correspondientes al buque que ha de varar. Se trata de un ferry o ro.pax, cuyas caractersticas principales son las siguientes: Eslora total ................................................................ Eslora entre perpendiculares .................................... Manga de trazado ..................................................... Puntal a la Cubierta Superior .................................... Puntal a la Cubierta Principal .................................... Calado medio de trazado .......................................... Calado de escantillonado .......................................... Velocidad de servicio ................................................ Espaciado de cuadernas .......................................... Espaciado de bulrcamas (1 cada 3 cuadernas) ..... Peso en Rosca ......................................................... 172.00 157.00 26.20 14.84 9.20 6.20 6.70 23.00 750 2250 11507 m m m m m m m m mm mm t

El buque tiene bandera espaola. Su Compaa Armadora opera en el Mediterrneo Occidental y tambin entre la Pennsula Ibrica y las Islas Canarias. b) Las caractersticas del dique (o diques) en que tendr lugar dicha varada. Para decidir sobre los posibles medios de varada, se ha realizado una prospeccin entre las instalaciones de varada que podran recibir este buque (teniendo en cuenta sus caractersticas tcnicas citadas, su bandera y el rea normal de operacin) A continuacin se detallan las caractersticas del buque y se transcribe el resultado de la prospeccin sobre los posibles medios de varada.

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3.- EL BUQUE A VARAR.Como parte de este trabajo, se ha localizado (y se incluye dentro de los anexos a esta Memoria) la informacin tcnica siguiente: Planos: Disposicin General Cuaderna Maestra Otros: Formas: Definicin de la tangente de fondo. Tablas Hidrostticas Datos de Rigidez de la viga-buque Condicin de Pesos para la varada en dique. Distribuciones de empujes de la carena para diferentes alturas de agua sobre picaderos. Condicin de Varada.La condicin de pesos para entrar en dique es la siguiente: tem Agua de Lastre Fuel Oil Diesel Oil Aceite Lubricante Agua dulce Agua de calderas Agua antiescora (Heeling Tanks) Agua aceitosa / lodos Otras cargas Peso Muerto Peso en Rosca Desplazamiento Peso (t) 999,0 492,9 86,9 62,8 98,8 24,3 133,0 114,0 582,4 2594,2 11507,0 14101,2 LCG (x) 99,176 66,317 55,102 35,041 128,700 45,226 74,696 85,352 59,796 79,819 67,89 70,085 VCG (z) 2,495 2,261 1,724 2,254 7,489 0,724 3,164 1,487 15,980 5,61 13,26 11,853

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Los resultados del clculo del equilibrio de esta condicin son los siguientes: Calados de trazado Perp. de Popa Perp. de Proa Medio Perp. de Popa Perp. de Proa Medio LCF GM Gem KM 6,121 m 4,836 m 5,478 m 6,136 m 4,851 m 5,493 m 369,3 t x m 66,582 m 3,783 m 3,093 m 15,635 m

Calados al canto bajo de quilla

Momento para cambiar el asiento 1 cm Abscisa CG de la Flotacin Altura metacntrica inicial Altura metacntrica correg. por SL Metacentro transversal sobre LB

El Anexo.07 recoge los detalles de la distribucin de pesos slidos y lquidos de la Condicin de Varada, as como un estudio de estabilidad y trimado a flote en dicha situacin. El Anexo.09 muestra la distribucin de pesos (Rosca + Peso Muerto) asociada a esta condicin de lastre para la varada. El Anexo.10 incluye las distribuciones de empuje correspondientes a las situaciones siguientes: Nivel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Descripcin Buque Varado, 0,5 m de agua sobre la cara alta de los picaderos Buque Varado, 1,0 m de agua sobre la cara alta de los picaderos Buque Varado, 1,5 m de agua sobre la cara alta de los picaderos Buque Varado, 2,0 m de agua sobre la cara alta de los picaderos Buque Varado, 2,5 m de agua sobre la cara alta de los picaderos Buque Varado, 3,0 m de agua sobre la cara alta de los picaderos Buque Varado, 3,5 m de agua sobre la cara alta de los picaderos Buque Varado, 4,0 m de agua sobre la cara alta de los picaderos Buque Varado, 4,5 m de agua sobre la cara alta de los picaderos Buque Varado, 5,0 m de agua sobre la cara alta de los picaderos

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4.- MEDIOS DE VARADA.Considerando el rea de operacin citada, se ha realizado una prospeccin de los medios de varada que tcnicamente podran recibir este buque. Para ello se ha realizado una bsqueda (no exhaustiva) de los disponibles dentro de dicha rea de operacin, y tambin algn dique del Noroeste espaol. En este primer filtrado no se han incluido solamente diques secos, sino tambin diques flotantes y grandes elevadores sincrnicos (Syncrolift). La siguiente Tabla. 1 recoge una resea de los que se han desechado por dimensiones escasas o por capacidad de elevacin. Tabla. 1

Medios de varada no vlidos para este buque(Espaa y resto del Mediterrneo Occidental) Buque: Ferry de 172 m de Lt Dique o medio de varada: San Fernando-4 (seco) Gibraltar-1 (seco) Ferrol-4 (seco) Cartagena (seco) Cartagena (Syncrolift) Marsella-10 (seco, spec. req.) Gnova-1 (seco) Gnova-2 (seco) Npoles-2 (seco) Astican (Syncrolift) 172,00 (m) Eslora 147,00 170,00 165,00 210,00 146,00 465,00 170,00 211,00 206,00 180,00 26,20 (m) Manga 22,50 28,00 36,00 22,00 23,00 35,00 23,00 16,00 ? 30,00 14 101 Peso (t) varada F. Ascens Fuente viable? (2) NO (2) NO (2) NO (2) NO (2) NO (2) NO? (2) NO (2) NO (2) ? 10 000 (2) NO

(1) Informacin directa del astillero (2) Extrada de la correspondiente webb oficial

La Tabla. 2 que incluimos a continuacin relaciona los medios de varada que, en principio, consideramos viables,:

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Tabla. 2

Medios de varada viables(Espaa y resto del Mediterrneo Occidental) Buque: Ferry de 172 m de Lt Dique o medio de varada: Puerto Real (seco) Cdiz-1 (seco) Cdiz-2 (flotante) Cdiz-4 (seco) Gibraltar-2 (seco) Ferrol-2 (seco) Ferrol-3 (seco) Ferrol-5 (seco) Barcelona (seco) Marsella-8 (seco) Marsella-9 (seco) Malta (seco) Gnova-3 (seco) Gnova-4 (seco) Gnova-5 (seco) Npoles-3 (seco) 172,00 (m) Eslora 500,00 237,02 246,25 386,82 270,00 205,00 330,00 255,00 215,00 320,00 250,00 290,00 258,00 277,00 249,00 335,00 26,20 (m) Manga 100,00 34,10 41,30 66,65 36,00 27,00 51,00 38,00 35,00 53.00 37,00 50,00 30,00 40,00 38,00 ? 14 101 Peso (t) varada F. Ascens Fuente viable? (1) SI (1) SI 33 000 (1) SI (1) SI (2) SI (2) SI (2) SI (2) SI (2) SI (2) SI (2) SI (2) SI (2) SI (2) SI (2) SI (2) SI?

(1) Informacin directa del astillero (2) Extrada de la correspondiente webb oficial Aunque entre estos ltimos hay algunos que quizs habra que descartar por razones no necesariamente tcnicas, se han extrado las siguientes ideas que se tendrn en cuenta al disear las posibles soluciones para una cama de varada para este buque: Syncrolift.Se descarta el Syncrolift como posible medio de varada, ya que de los dos situados dentro del rea de operacin, uno (el de Astican, en Canarias) no tiene suficiente fuerza ascensional para este buque, y otro (el de Navantia, en Cartagena) tiene una manga menor que el mismo. Diques flotantes.Se puede encontrar al menos un dique flotante con fuerza ascensional suficiente.EUITN OCT-09 Pg. 13

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Dique secos medianos.Tambin se encuentran lo que podramos denominar diques secos de tamao mediano (por lo general diseados para recibir buques de manga Panamax - 32,20 m -) en los que entendemos que el ferry objeto de este trabajo podra varar.

Grandes diques secos de reparaciones.Adems dentro del rea de operacin, se sitan grandes diques secos de reparaciones en los que este buque podra entrar holgadamente.

Grandes diques secos de nuevas construcciones.Y tambin se encuentra algn gran dique de un astillero de NN CC que, si su planificacin lo permitiese, podra usarse para varar este buque en caso necesario (como ya se ha hecho en otras ocasiones para transformaciones o grandes reparaciones).

Por ello, las soluciones que se han considerado se centran en definir camas de picaderos que permitan varar este buque en: 1) Un dique flotante con tamao y fuerza ascensional suficientes (por ejemplo, el Dique Flotante del citado astillero de Cdiz) 2) Un dique seco de tamao mediano (por ejemplo, el Dique N 1 del astillero de NAVANTIA en Cdiz). 3) Un gran dique de reparaciones. (El astillero de Cdiz tambin cuenta con una instalacin de esta naturaleza: el Dique N 4). 4) Y, finalmente, se estudia, como caso especialmente complejo, la posible varada en el astillero de Puerto Real, es decir, en un gran dique de NN CC cuya solera requiere una especial consideracin. Los apoyos (picaderos) sobre los que se asienta el buque varado, varan de una a otra de estas instalaciones, pero todos ellos incluyen un material elstico cuyo objeto es homogeneizar la distribucin de cargas sobre los mismos, evitando grandes diferencias de unos a otros. El picadero ms habitual es el formado por una base rgida (generalmente de hormign armado) coronada por unas piezas de madera al hilo (a las que en el argot de los carpinteros de dique se les llama picaderos de madera, pero que en este trabajo se identifican como maderos, para no confundirlos con el apoyo completo) En el caso de los diques de reparaciones tradicionales, de tamao mediano, se han usado maderas ms o menos nobles como el Roble, o duras como son las tropicales conocidas con el nombre genrico de madera de Guinea: Okume, Ukola, Iroko, Elondo. Actualmente, al menos en el rea de la Baha de Cdiz, son estas dos ltimas las que se pueden encontrar en formato de maderos para constituir picaderos. Desde principios de la dcada de los 70 del siglo XX, en los grandes diques de reparaciones (tales como los de Rtterdam y de Cdiz, por ejemplo) seEUITN OCT-09 Pg. 14

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emplean unos picaderos especialmente tiles para varar grandes buques: estn constituidos por una base rgida de hormign sobre la que se fijan unas tiras o almohadillas de caucho especial. Estos picaderos de caucho no se pueden utilizar durante el proceso constructivo en un dique de NN. CC., ya que apareceran problemas de alineacin vertical durante el montaje de bloques adyacentes. Por ello, el picadero apropiado para los trabajos ordinarios en este tipo de dique es el formado por una base de hormign armado, coronada por unos maderos de Pino al hilo. Y en los diques flotantes los picaderos suelen estar formados por piezas de madera dura al hilo montadas sobre rgidas bases de acero. Hemos elegido cuatro diques representativos de todos los medios de varada que podran recibir este buque, dentro de la zona operativa de su Compaa Armadora. Sus caractersticas principales son las siguientes: Dique Flotante: el N 2 del astillero de NAVANTIA en Cdiz Es un dique en U, formado por dos cajones laterales y seis pontonas empernadas a stos. La eslora total del dique es de 245,25 m. y la manga til (entre paredes interiores de los cajones laterales, descontado el empacho de las defensas laterales) es de 42 m. El sistema de apoyo principal est constituido por una hilera central de picaderos situados en la cruja del dique. La longitud entre extremos de estos picaderos es de 231,25 m. Adems se disponen almohadas de pantoque (desplazables en la direccin de la manga) para impedir el vuelco del buque que est varando. El dique puede sumergirse para conseguir una profundidad de agua de hasta 10,30 m sobre la cara alta de sus picaderos (que tienen una altura total de 1,8 m). Su Fuerza Ascensional es de 33 000 t. Dique seco de tamao medio: el N 1 del astillero de NAVANTIA en Cdiz Su planta til es de 237,02 m x 36,50 m El calado al que se encuentra su solera es de 8,56 m en bajamar y de 10,78 m en pleamar mxima. Est dotado de una hilera central de picaderos y de almohadas de pantoque. No hay limitaciones especiales de carga sobre su solera

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Gran dique de reparaciones: Dique N 4 del astillero de NAVANTIA en Cdiz Es un dique construido en los primeros aos 70 del siglo XX. Su dimensionamiento se hizo previendo la varada de grandes buques (VLCC, Grandes Bulkcarriers, grandes LNG, etc.). Tiene una eslora de casi 387 m y una manga de 66,65 m. La cama de varada se constituye usando picaderos especiales, formados por una base de hormign armado coronada por dos tiras de un caucho muy resistente. Estos picaderos se pueden trasladar para disponerlos segn sea conveniente para cada buque. Normalmente el buque se vara con su plano diametral coincidiendo con el del dique. La solera de ste no tiene unas limitaciones de carga especiales. Gran dique seco de NN CC: el del astillero de NAVANTIA en Puerto Real. Y, finalmente, se estudia, como caso especialmente complejo, la posible varada en el astillero de Puerto Real, es decir, en un gran dique de NN CC cuya solera requiere una especial consideracin. Se trata de un dique de 500 x 100 m de solera flotante con subpresin controlada. Sus caractersticas principales son las siguientes: Eslora de la solera..................................................... Manga de la solera ................................................... Cota del plan de la solera ......................................... (Respecto a la bajamar equinoccial) Altura de picaderos sobre la solera .......................... Anchura standard de picaderos ............................... Eslora standard de picaderos ................................... Tipo de picaderos .................................... Material elstico de los picaderos ............ Pendiente longitudinal de la solera ......... Tipo de solera .......................................... Tipo de terreno bajo la solera .................. Mtodo de control de la presin fretica .. Movibles Madera de pino al hilo cero 4 losas y una quilla de hormign armado. Fango Aspiracin y bombeo 500.00 m 100.00 m -9.00 m 1.800 m 2.680 m 0.580 m

El plano N 03 recoge una planta y seccin transversal del dique y muestra la cargas mximas admisibles para su solera. La figura 15, incluida ms adelante, muestra media seccin transversal de este dique, sobre la que se han marcado las diferentes franjas de resistencia de su solera.

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En esencia se consideran varias bandas longitudinales (franjas) en cada una de las cuales se admite una carga que vara entre 151 y 281 toneladas por metro lineal: es decir que si los picaderos estn espaciados una distancia s, en metros, la carga de cada picadero no debe superar las cifras de 151 x s y 281 x s toneladas, respectivamente. Los picaderos que disten del cantil del muelle entre 8 y 18 m no deben estar sometidos a cargas superiores al producto de 7,6 t por el rea de influencia del mismo (expresada en m2. ) La zona lateral de 8 m de anchura, adyacente al cantil del muelle, debe quedar sin carga de picaderos.

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5.- ASPECTOS QUE SE COMPROBARN.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 distribucin de los pesos a bordo (Rosca y Peso Muerto). En el caso que nos ocupa (un ferry) las posibilidades de jugar con la distribucin de pesos para configurar una condicin de varada son bastante limitadas, ya que el Peso en Rosca es una fraccin importante del desplazamiento mximo y los tanques disponibles para lastrar son muy limitados. Por ello el astillero constructor facilita una recomendacin de la situacin de pesos para este tipo de maniobras (la llamada Condicin de Varada) que es la que se ha tomado como punto de partida (dato) para este trabajo. Aunque esta condicin de varada se considera como dato de entrada para este trabajo (diseo de la cama de varada), se ha realizado una comprobacin de la estabilidad del buque, con la distribucin de pesos definida en tal condicin, en el momento crtico 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 este buque, es decir si cabe en l 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 tambin las capacidades lmites de los apoyos (picaderos) y, en su caso, de la solera del dique correspondiente. Por ello los aspectos que se comprobarn antes de dar por vlido el diseo de una cama de varada para este Ferry son los siguientes: Tamao del Dique /versus/ Buque Resistencia de la Solera del Dique Resistencia y elasticidad de los Picaderos Resistencia estructural del Buque

Seguidamente se detallan estas comprobaciones a realizar: 5.1.- 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, ser 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 posicin del buque, contina el proceso de achique del dique. Al disminuir la altura de agua aumenta la

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reaccin 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 reaccin localizada en dicho extremo. El instante ms critico es el inmediatamente anterior a aqul en que queda apoyado sobre toda la cama, por las dos razones siguientes: a) En ese instante la reaccin localizada en popa (tericamente en un punto, pero en la prctica a lo largo de unos cuantos picaderos, debido a la flexibilidad de stos y de la propia estructura del buque) es mxima. b) La prdida de estabilidad transversal es funcin directa de la magnitud de la reaccin de la cama y en este instante el buque todava no se encuentra sujeto por los apoyos laterales. El Anexo.08 a esta Memoria describe en detalle cmo evaluar la estabilidad transversal de un buque durante la varada o puesta a flote en dique y recoge los clculos especficos realizados para el ferry objeto de este trabajo partiendo de la distribucin de pesos contenida en la Condicin de Varada y de las Tablas Hidrostticas del buque (datos de entrada para este trabajo). Merecen destacarse los aspectos que se comentan a continuacin: El Desplazamiento del buque a flote, P, en la citada condicin de varada es de 14.101 t, con asiento a popa. La Reaccin mxima R calculada durante el proceso de giro es de 684,5 t. El GM efectivo (GMe.) en ese instante critico se ha calculado por la siguiente expresin (Referencia: MUNRO-SMITH, R.: Ships & Naval Architecture, Ch.13. Docking y Stability on Docking. Desarrollo y detalles: en el citado Anexo.08 a esta Memoria):

R i GMe = 1 KM * KG P Psiendo: P R KG Peso total en la condicin de varada (P. Rosca + Peso Muerto) Reaccin mxima calculada durante el proceso de giro Cota del C de G en la condicin de varada (sin corregir por S.L.) Momento total de superficies libres en el interior del buque Cota del Metacentro transversal para a un empuje E = P - R

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KM*

y alcanza un valor de 2,152 m, lo que se considera suficiente, ya que para que se produjese una escora de medio grado ( = 0,5 ) en dicho instante crtico se necesitara un momento transversal (peso por brazo transversal) de:

Me = p d = P GMe tg = 265 _ t m

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5.2.- 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 condicin de varada Al preparar el listado de medios de varada viables (Tabla. 2) se ha tenido en cuenta todo esto. 5.3.- Resistencia de la Solera del Dique.a) Caso de diques flotantes:En un dique flotante, los parmetros 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 flexin del dique mediante una apropiada distribucin del lastre de maniobra. Jugando con dicha distribucin, 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 diseo de los diques flotantes, podemos establecer que: si el peso del buque en la condicin 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 pequea)

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 Mximas sobre la Solera estn especificadas. Se ha estudiado un caso complejo: la varada en el del astillero de Puerto Real, (en el que los buques se sitan descentrados respecto a la cruja del dique y cuya solera es especialmente sensible)

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5.4.- Resistencia y elasticidad de Picaderos En las diferentes alternativas que se plantearn, se considerarn varios tipos de picaderos, atendiendo tanto a la base rgida como al colchn elstico: Base rgida de altura fija de altura regulable Parte elstica Madera de pino Madera de Guinea Caucho Se establecern los lmites seguros de carga tanto de la base rgida como del colchn elstico. 5.5.- 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 ms bien estticas, muy controladas durante su ejecucin, que se realizan en ausencia de olas, en las que el buque va a quedar soportado en una porcin muy grande de su eslora y la condicin de equilibrio a flote tiene un asiento pequeo en relacin con la pendiente longitudinal de la cama de varada

Otra cosa sera si el buque que entra en dique viene muy daado (como consecuencia de un importante accidente, por ejemplo) y su estructura est muy afectada y/o hay que limitar mucho el nmero y distribucin de los picaderos que conforman la cama de varada. Pero esto ltimo sera un caso especial que habra que tratar cuidadosamente y que se aleja de lo que podramos denominar varada normal de reconocimiento y carenado. En tal caso el diseo de la cama de picaderos est subordinado no solo a las caractersticas del buque, sino al estado en que ste se encuentre tras el accidente. Este supuesto queda fuera del alcance de este trabajo. Lo que s que debe hacerse en cualquier caso es analizar cmo afecta la varada a la estructura local de fondo. Esta estructura es la que recibe directamente la reaccin de las cargas sobre picaderos y podra sufrir deformaciones como consecuencia de ello. Dicho anlisis debe incluir el estudio interactivo de los siguientes parmetros:

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Tamao del picadero Posicin del picadero Carga sobre el picadero Disposicin estructural del fondo

Si la mayora de los picaderos se sitan bajo elementos especialmente rgidos 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 deformacin del fondo. El fondo de este ferry est bien reforzado, pero el tnel (situado en cruja) tiene una manga de casi 2,2 metros, mientras que la anchura standard de los picaderos de diques medianos suele ser menor. Ordinariamente en este tipo de diques la cama de varada est formada por una hilera central de picaderos, complementada tan solo por algunos pocos apoyos laterales (almohadas de pantoque). Por ello, antes de decidir la varada de este buque sobre tal tipo de cama, habr que hacer un estudio cuidadoso de la resistencia del fondo de su tnel. Resumiendo: Lo que hay que comprobar al disear (o aceptar) la cama para varar este buque en cada uno de los diques listados anteriormente es lo que se marca con una (X) en la tabla siguiente, mientras que no es necesario preocuparse por los aspectos marcados en ella con las siglas (O.K.): Tabla. 3

Aspectos a comprobar(Para cada cama de varada en que se pretenda varar este Ferry) Dique: Flotante (Cdiz) Mediano de Repar. Secos Grande de Repar. Grande de NN CC Dimensiones O.K. X O.K. d? Solera O.K. O.K. O.K. X Picadero Fondo O.K. X O.K. X X X O.K. O.K.

Se ha marcado con una (X) la columna de Dimensiones correspondiente a los diques de reparaciones de tamao mediano para significar que, en general, es algo que debe chequearse cuando se contemple la posibilidad de varar este buque en uno de ellos. Pero los que se han incluido en la Tabla. 2, Medios de varada viables, satisfacen este requisito. Por otro lado, en el caso de grandes diques de NN CC se deja entre interrogantes el calado d para indicar que en este tipo de instalaciones el calado es proporcionalmente menor que en los de Reparaciones.

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6.- SOLUCIONES PROPUESTAS.Combinando los posibles materiales elsticos de los picaderos con sus dimensiones, disposicin de la cama y de la solera del dique (por ejemplo, si tiene inclinacin o no, si tiene ms o menos resistencia, etc.) se podra desplegar un abanico amplsimo de alternativas. Sin embargo, este trabajo se centra en proponer las siguientes 4 disposiciones de camas de varada (que se muestran en el Plano 04) apropiadas para otros tantos medios de varada tpicos que podran recibir este buque: Cama A Cama de picaderos cuya parte elstica est 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 hormign de 0,75 m y 1,50 m de altura, respectivamente para as conseguir diferentes rigideces de los apoyos y controlar mejor la distribucin de reacciones. Adems en el caso de ste 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 rgida viga de acero para repartir mejor las presiones sobre ella. Es decir, que se usan los siguientes tipos de apoyos: a) base de hormign 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). base de hormign 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). 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 apoyos de madera, con una altura conjunta de 1,50 m, sobre cada uno de los cuales se dispone una rgida viga de acero de (constituida por dos vigas IPN.300 unidos por tres travesaos) de 1,50 m en el sentido de la manga, 0,50 m de largo y 0,30 m de altura. Estos apoyos tambin deben lastrarse para anular su flotabilidad.

b)

c)

d)

Cama B Cama de picaderos cuyas partes elsticas estn 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 elstica deEUITN OCT-09 Pg. 23

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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 cruja del buque (incluida la zona del tnel central de tuberas) se mantienen a todo lo largo de la eslora. La madera se ancla adecuadamente sobre bases de hormign: una correa longitudinal continua de alrededor de 0,50 m de altura en lnea centro y dados mviles para los necesarios apoyos laterales (almohadas de pantoque). Alternativamente a esta correa continua de hormign, en otros diques se usan bases rgidas prismticas o tronco piramidales sobre las que se fija la madera del picadero. Cama C Cama igual a la anterior, con la excepcin de que los picaderos que soportan la zona del buque dotada de tnel de servicio se disponen en dos hileras, una bajo cada una de las vagras que limitan dicho tnel. En este caso la cama de varada debe preparase especialmente para el buque en cuestin, retirando los picaderos centrales o desmontando sus ltimas tongadas de madera en la zona que quedar bajo el tnel (para que no acten como apoyos) y disponiendo picaderos porttiles (es decir, como las almohadas de pantoque antes citadas) bajo las vagras que limitan el mencionado tnel de servicio. Cama D Cama de picaderos cuya parte elstica est formada por dos tiras de caucho, cada una de 2,75 m de longitud y seccin rectangular de 165 mm de altura y 150 mm de anchura, con un canal cilndrico de 50 mm de dimetro en su centro. (El mdulo 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 metlicos) sobre una base de hormign constituida por tres piezas en forma de cuas que permiten regular su altura. El citado canal cilndrico 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 compresin es relativamente modesta), lo que permite absorber sin daos para el buque ni para el picadero ciertas desalineaciones que son inevitables en los diques de carenado. Las siguientes figuras 1 y 2 muestran respectivamente un esquema y una fotografa de uno de estos picaderos.

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Fig. 1

Fuente: GARCA BAENA, J.A.: Proyecto de Picadero para NAVANTIA.Cdiz. Mayo, 2009

Fig. 2

Podemos decir que estas camas sern apropiadas para varar este ferry en los siguientes diques: Cama A B C Dique especfico (*) Gran dique seco de NN CC Dique seco de tamao mediano o Dique Flotante Dique seco de tamao medio en el que se ha modificado la cama para reducir el riesgo de que se produzcan deformaciones en el fondo del tnel del buque. Gran dique seco de Reparaciones

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_______________________________________________ (*) Dique para el que, en principio, se ha pensado la cama en cuestin Aunque, como se ha indicado anteriormente, el dique de Puerto Real emplea picaderos movibles en los que la parte elstica est constituida por maderos de pino dispuestos al hilo, no se descarta el uso de otros tipos de picaderos si se trata de varar un buque completo. En efecto: la madera de pino se usa en el dique de construccin porque es un material que tiene una resistencia adecuada, su coste no es muy elevado y su rigidez resulta apropiada. Pero sobre su solera podra disponerse una cama formada por picaderos tpicos de un gran dique de reparaciones como los que muestran las citadas figuras 1 y 2. (Como se ha dicho anteriormente, este tipo de picaderos no debe usarse durante la etapa de construccin del casco). En teora se podra considerar cualquier cama de picaderos para una varada en el dique de Puerto Real, con tal de que los valores de las reacciones que transmita a su solera estn dentro de los admisibles por sta.

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7.- JUSTIFICACIN DE LAS SOLUCIONES ADOPTADAS .Aunque la idea inicial de este trabajo fue el diseo de una cama de picaderos para varar el buque en un dique concreto, las alternativas que aqu se presentan cubren ampliamente las posibilidades que puede encontrar este ferry cuando necesite varar a lo largo de su vida operativa. Considerando la situacin de pesos correspondiente a la Condicin 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. En los captulos siguientes se presenta un anlisis detallado de estas tres facetas de la resistencia para cada una de las posibles camas antes citadas, y se extraen consecuencias de dicho anlisis. Se incluyen referencias explcitas (y detalladas, cuando nos ha parecido necesario) de los procesos de clculo y comprobacin que se han utilizado. 8.- CLCULOS DE COMPROBACIN.8.1.- Fundamentos.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 modelizaran la flexibilidad de los picaderos) y sometida a una curva de carga determinada por la distribucin de su peso, el de los lastres y los consumos embarcados. Durante la inundacin del dique para poner a flote el buque, aparecen otras fuerzas (debidas al empuje hidrosttico sobre la carena) que modifican la curva de cargas actuante sobre la viga-buque, provocando una alteracin de las reacciones sobre los apoyos. Viceversa, a lo largo de la operacin de varada, la secuencia de variacin de las reacciones se invierte, pero desde el punto de vista del clculo el proceso es equivalente. Para definir apropiadamente una cama de varada es necesario conocer las magnitudes de las reacciones que soportarn sus picaderos durante la varada, estancia y puesta a flote del buque. El inters de este conocimiento se debe a que la magnitud de la reaccin sobre un picadero en un instante dado es el parmetro que gobierna la solicitacin estructural entre los tres elementos que estn interactuando: el buque, la solera del dique y el propio picadero. Por un lado, el fondo del buque recibe directamente la presin que ejerce el picadero, de acuerdo con el principio fsico de Accin y Reaccin. Esta presin es, naturalmente, el cociente entre la carga total sobre el picadero y la superficie horizontal de contacto. Habr que comprobar que esta parte de la estructura es capaz de resistir las presiones mximas que ejerzan los

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picaderos no solo con el buque en seco, sino a lo largo de todo el proceso de varada o puesta a flote. Por otra parte, la solera o plan del dique, recibe la carga total sobre el picadero, que se distribuir sobre la base de contacto de ste con dicha solera (que no ser necesariamente igual a la de contacto con el buque: por ejemplo, en los picaderos del dique 4 de NAVANTIA.Cdiz, la base del picadero es un rectngulo de 2,75 x 0,6 m, es decir de 1,65 m2 mientras que el elemento elstico, en contacto con el fondo del buque est formado por dos tiras de caucho con una anchura de 150 mm. cada una, por lo que la superficie inicial de contacto es slo de 2 x 2,75 x 0,15 = 0,825 m2). Si se trata de un dique cimentado sobre roca (directamente o a travs de pilotes) no habr muchas limitaciones para esta carga. Pero si la solera es una losa de hormign armado que flota en un lecho fangoso, como sucede en el caso del dique del astillero de Puerto Real, ser necesario comprobar que no se exceden las cargas consideradas en el proyecto de la misma. El Plano 03 muestra la disposicin del dique seco del astillero de Puerto Real, as como tambin los valores admisibles de las cargas de picaderos sobre su solera. Finalmente, el propio picadero tiene una resistencia limitada. Hay que contemplar la resistencia de la parte rgida (acero u hormign armado) y la del material elstico que se interpone entre sta y el fondo del buque (madera o caucho). Los prrafos 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 clculo seguido. 8.2.- Variables a tener en cuenta.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) b) c) d) e) f) g) Formas del buque (distribucin de los empujes hidrostticos) Estado de Pesos (Rosca, Consumos, posible carga, lastres) Rigidez del buque-viga (Inercia y rea efectiva a cizalla) Elasticidad de la cama de picaderos Resistencia del buque Resistencia de la solera del dique Resistencia de los picaderos.

Los tres primeros aspectos son intrnsecos de cada buque y en el caso que nos ocupa se ha obtenido la pertinente informacin desde el astillero constructor. Tras analizarla y procesarla apropiadamente para el objetivo de este trabajo, se incluye en los siguientes anexos a esta Memoria:

Anexo.10_Distribucin de Empujes Anexo.09_ Distribucin de Pesos

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Anexo.06_Rigidez del 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 diseo y comprobacin de cada cama de varada, por lo que se detallan ampliamente en prrafos siguientes. 8.3.- Proceso de puesta a flote.Cuando el dique est en seco o mientras el agua se mantiene por debajo del fondo del buque, el peso total de ste (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 situacin que en cualquier otra en la que el agua sobrepase la cara alta de la cama de varada. En la situacin de puesta a flote de un gran buque (un V.L.C.C., por ejemplo), hay una gran concentracin de pesos a popa, por lo que se hace necesario lastrar en la zona de proa para conseguir una posicin de equilibrio a flote con un trimado razonablemente pequeo. Esto conduce a una condicin 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 distribucin de empujes bastante fuerte en la zona cilndrica, pero muy dbil en los finos de proa y popa: esto agudizar la situacin 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 an ms fuertemente en los extremos de proa y de popa, en los que ocasionalmente se llegan a producir reacciones muy superiores a las que tenan lugar antes del comienzo de la inundacin del dique. Por supuesto que si el estado de lastres correspondiese a una posicin de equilibrio a flote con mucho trimado, se produciran grandes reacciones en la zona de mayor calado a flote (proa o popa), pues el buque girara alrededor de esa zona. En el Ferry que nos ocupa en este trabajo, la situacin es distinta por lo que respecta al tamao de buque. Pero a causa de su bajo coeficiente de bloque (en comparacin con un petrolero, por ejemplo) aparecern tambin situaciones de quebranto, que pueden originar fuertes presiones sobre los picaderos de los extremos de proa y de popa, debido a que:

El afinamiento de las formas del fondo no permite disponer muchos apoyos en dichos extremos. El extremo de popa presenta un considerable voladizo y una concentracin de pesos (rampa de popa)

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8.4.- Disposicin de la cama de picaderos.La concepcin de una cama de picaderos para soportar un buque dado es diferente segn el tipo de medio de varada de que se trate. En un dique orientado a la construccin de nuevas unidades, la cama de picaderos se disea especficamente para el buque o serie de buques a construir, atendiendo a las siguientes consideraciones: Todos los picaderos deben colocarse dentro de la lnea de tangencia que limita la zona plana del fondo. Los picaderos que soportarn la quilla se colocan con un espaciado (paso) de 1 a 2 metros entre s, 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 (bulrcamas, mamparos longitudinales y transversales) Los topes y costuras de unin de los bloques deben quedar fuera del contacto con los picaderos y separados alrededor de 100 mm. Se procurar que cada bloque de fondo se apoye de manera que (an sin unir al resto del casco) tenga equilibrio estable. Condicionantes de la solera del dique.

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En cambio, en un dique seco para reparacin naval se disea la cama de picaderos de manera que puedan vararse, con las mnimas modificaciones, el mayor nmero posible de buques de tamaos compatibles con el del dique. Por ejemplo en los grandes diques de reparacin, es frecuente que la cama se componga de: una hilera central de picaderos espaciados entre 1 y 2 metros. una o dos hileras laterales, ms 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.

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En un dique de reparacin de tamao 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 vlida para la mayora de los casos de varada, pero habr que preparar una cama especial cuando se d una o ms de las siguientes circunstancias: a) el buque que va a entrar en dique presenta concentracin de pesos en alguno de los extremos,

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b) se temen posibles deformaciones del fondo debido a la disposicin estructural de ste, c) o bien se trata de varar el buque para realizar una reparacin del rea incluida dentro de la tangente de fondo, El plano N 04 muestra las 4 diferentes alternativas de camas de varada consideradas en este trabajo y que ya se han mencionado anteriormente: 8.5.- Elasticidad de la cama de picaderos.Si la cama de varada fuese completamente rgida, se produciran fuertes concentraciones de reaccin 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 distribucin de presiones sobre los picaderos que constituyen la cama de construccin 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 elstico quede interpuesto entre la base rgida del picadero y el fondo del buque. 8.5.1 Picaderos de madera. Tradicionalmente se ha venido empleando la madera como elemento elstico 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 rgida de hormign y, encima, unos picaderos o bloques de madera. En los diques de carena o reparacin naval se han empleado maderas duras como Ukola u Okume al hilo, es decir, con las fibras dispuestas horizontalmente. Hoy en da no es fcil encontrar estas especies (al menos en nuestra regin) pero se puede emplear Iroko o Elondo (Talli, en ingls). El mdulo de elasticidad de stas maderas as dispuestas es del orden de 10.000 a 15.000 kg/cm2 = 1,472 kN/mm2. En los diques de construccin se emplean maderas ms blandas y econmicas como el pino, tambin dispuestas al hilo. Es importante tener un conocimiento apropiado del comportamiento elstico de los picaderos. Por ello, en su da se analizaron (Ver Anexo.03) los resultados de ensayos de compresin de probetas de madera de pino realizados en 1973 en el astillero de Matagorda. Sobre la base de dicho anlisis podemos concluir que es conservador manejar una cifra de 3.000 kg/cm2 = 0,294 kN/mm2 para este tipo de apoyos. Por otra parte, en Julio de 2003 se realizaron en el astillero de Puerto Real unos ensayos de compresin de maderas de picaderos de pino al hilo a

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tamao real (ver Anexo.04). Del anlisis de los resultados de estos ensayos se obtuvieron conclusiones de las que merecen destacarse: a) Se observaron deformaciones mayores que las esperadas de la extrapolacin de los ensayos de 1973 que se acaba de mencionar. Esta mayor deformacin, para una presin dada, se traduce en un valor efectivo sensiblemente menor del Mdulo Elstico, un rendimiento o descenso de los apoyos mayor, y un reparto ms homogneo de las reacciones sobre los picaderos. b) En el ensayo de compresin de una probeta de pino al hilo nuevo de 100 x 30 x 30 cm, la muestra soport sin problemas una presin de 40 kg / cm2. Pero no sucedi lo mismo cuando se sometieron a compresin conjuntos constituidos por varios maderos hasta formar un picadero de 0,58 m de ancho y 1,80 o 1,050 m de altura. En estos casos las deformaciones observadas fueron sensiblemente mayores que las esperadas y los conjuntos empezaron a colapsar a presiones inferiores a los 40 kg / cm2. 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 ms blanda, entre dicha solera y la parte rgida del picadero, generalmente construida en hormign. Tambin es conveniente disponer una tabla similar sobre las caras altas de los picaderos. De esta manera se suavizan los posibles efectos desfavorables de alguna pequea desalineacin 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 nivelacin (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 construccin 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. Despus de este cepillado nivelador es cuando se deben disponer las lminas de homogenizacin de presiones. (Nota.- Es nuestra opinin no es recomendable jugar con el espesor de estas lminas para absorber defectos de alineacin. Sin embargo, en algunos diques de construccin se est evitando el cepillado -con el fin de ahorrar horas en la preparacin de la cama- y se est nivelando la superficie superior de los picaderos precisamente con suplementos de tablas, del mismo material que los picaderos, de diferentes espesores..) Los resultados anteriores corresponden a valores del mdulo de Elasticidad E menores que los que hemos podido encontrar en la literatura tcnica tradicional (por ejemplo: Htte, 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 posicin conservadora respecto a la seguridad, los clculos se han realizado:EUITN OCT-09 Pg. 31

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considerando un mdulo de elasticidad de 3.000 kg/cm2 = 0,294 kN/mm2. Este valor es mayor que el que se deduce de los ensayos de 2003, pero es el que se ha venido empleando con buen resultado en el astillero de Puerto Real para evaluar la distribucin de cargas sobre picaderos. admitiendo una presin mxima de 20 kg/cm2 sobre la madera de estos picaderos de pino.

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8.5.2 Picaderos de goma (caucho) Cuando se pretende aportar elasticidad a la cama de varada de un buque parece que el uso del caucho debera ser la primera opcin a considerar. Pero las fuertes presiones que se ejerceran sobre los elementos elsticos, la agresividad ambiente de un dique de reparaciones (pintura; agentes disolventes; llama del soplete oxiacetilnico; soldadura, etc.) y el mayor coste del caucho frente a otras opciones haban hecho prohibitivo su uso. Sin embargo al final de la dcada 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 rgida dos tiras de un caucho muy resistente. La operacin del dique con este nuevo tipo de picaderos fue un xito. Por ello cuando, poco despus, a comienzos de los aos 70, se estaban decidiendo los apoyos del nuevo dique de reparaciones del astillero de Cdiz y se buscaba un material apropiado para la parte elstica de los picaderos, se pens en usar caucho, y el astillero estableci contacto con una empresa espaola (Ibercaucho) que suministr el material requerido, con unas excelentes cualidades tanto elsticas 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 cilndrico longitudinal de 50 mm. de dimetro, que le dota de mucha mayor elasticidad en su primer tramo de la deformacin, permitiendo absorber apreciables errores de nivelacin de la cama. El mdulo de elasticidad del material de estos picaderos es algo variable a lo largo del proceso de compresin 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 ms a medida que crece la carga de compresin. El mdulo 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 (Vase Anexo.05).

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8.6.- Resistencia del Buque.Hay que asegurar que los esfuerzos sobre la viga-buque no sern 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 daos 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 s debe estudiarse es el nivel de esfuerzos locales en la estructura del fondo, para evaluar el riesgo de que all se produzcan deformaciones locales. El Plano N 02 muestra una seccin transversal de este ferry por la zona maestra. Se puede apreciar que incluye un tnel central (quilla-cajn) para paso de tubera. Este tnel, que como se ve en el Plano 01, de Disposicin General del buque, se extiende desde la Cmara de Mquinas hasta el Pique de Proa y tiene una anchura de ms de 2 m (2,184 m, exactamente). Esta anchura del tnel es menor que la mencionada anteriormente (2,68 m) para los picaderos del dique de Puerto Real, por lo que es posible disponer una hilera central sobre la que apoye dicha quilla-cajn. Sin embargo la anchura normal de picaderos de los diques de carena de tamao medio (en los que este buque probablemente varar con mayor frecuencia) suele ser sensiblemente menor. En este caso si se presenta una hilera central de picaderos (Cama B) , stos quedarn entre las dos vagras que limitan el tnel central, con cierto riesgo de producir deformaciones en el fondo. Por ello en este trabajo se analiza con detalle la resistencia del fondo del buque en este ltimo caso y, adems, se contempla otra cama alternativa en la que los picaderos centrales quedan dispuestos en dos hileras paralelas, centradas en dichas vagras. (Cama C) A proa y a popa de los extremos del tnel, se incorpora una quilla vertical en cruja, que contribuir eficazmente a transmitir las cargas (reacciones de los picaderos centrales que se dispongan en esta zona) a toda la estructura del buque, evitando que aparezcan concentraciones indeseables de esfuerzos. En el caso de una cama de construccin, se procura disponer los picaderos bajo elementos transversales importantes, para facilitar la transmisin de los esfuerzos a la estructura global del buque, tanto durante el proceso de montaje de los bloques como durante la maniobra de puesta a flote para salir del dique. Sin embargo, para una varada de reconocimiento o reparacin, lo importante es asegurar que el nmero de picaderos que no estn adecuadamente situados bajo elementos importantes del casco es una fraccin pequea del total . As, para este Ferry es suficiente con que la/s hilera/s central/es de la cama est/n bien situada/s bajo el tnel citado, que hace el papel de quilla de cajn. No consideramos imprescindible que, adems, coincida cada uno bajo una varenga. Pero cada apoyo que se disponga fuera de esta zona debe coincidir bajo un elemento estructural importante (por ejemplo la quilla vertical o

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una varenga) para que ste transmita su reaccin a toda la estructura del buque. Si se pretende varar el buque en un dique de carenas en el que la hilera central es fija, es necesario hacer un clculo (vase el que se presenta ms abajo para el caso B) de los esfuerzos en su estructura del fondo para comprobar que el nivel esperable de stos es aceptable. Pero si dicho clculo apuntase esfuerzos excesivos, solo caben dos alternativas para evitar el riesgo de deformacin del fondo: a) definir un reforzado apropiado de dicha estructura para reducir los esfuerzo (lo que solo es planteable si el buque se encuentra en fase de diseo o, al menos, en un proceso no muy avanzado de construccin), ............................ o bien, b) habra que modificar la cama de picaderos En todas las disposiciones de picaderos propuestas (excepto la que se ha denominado B) cada apoyo coincide bajo una viga importante del fondo (vagra o varenga) o sobre un cruce de dos de ellas. Por ello la accin soporte del picadero se transmite a toda la estructura del buque, evitando el riesgo de que se produzcan concentraciones de esfuerzos que originen deformaciones locales, siempre indeseables. Sin embargo, en el caso B se ha de comprobar la resistencia de la estructura del fondo de dicho tnel cuando se encuentra sometida a la accin de los picaderos. Para ello debemos considerar en detalle esta zona. A partir de la informacin contenida en el Plano de la Cuaderna Maestra del buque, se ha preparado la figura 3. En ella se puede apreciar que la estructura del fondo del tnel est formada por un entramado de vigas transversales (una en cada cuaderna) y longitudinales (casquillos). Este entramado est cerrado por su parte inferior por la plancha de quilla plana y por encima por la que constituye el piso por el que se circula por el interior del tnel:

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Figura. 3

8.6.1.- Vigas transversales del fondo del tnel.El tnel tiene una anchura de 2.184 mm entre las dos vagras que lo limitan. Dentro del mismo, la estructura transversal de su fondo est formada por

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transversales de 950 mm de altura y 11 mm de espesor. Estos transversales estn respaldados, a cada banda:

en cada cuaderna ordinaria, por un refuerzo vertical (Bastoncillo) cada tres cuadernas, por la varenga correspondiente.

El piso del tnel est constituido por planchas de 13 mm de espesor, mientras que las tracas centrales del fondo son de 15 mm. Por ello la seccin de cada uno de estos transversales de fondo en el tnel es la de una viga doble T cuyas dimensiones son: Platabanda superior: Alma: Platabanda inferior: 750 x 13 mm 950 x 11 mm 750 x 15 mm

Para establecer lo anterior se ha tenido en cuenta que la separacin de estos refuerzos transversales es de 750 mm (coincidente con el espaciado entre cuadernas) mientras que la luz entre apoyos es de 2.184 mm (anchura del tnel), por lo que los anchos efectivos de cada una de estas platabandas se han calculado como sigue: ae platabanda superior = ae platabanda inferior = min(750; 58 x 13) = 750 mm min(750; 58 x 15) = 750 mm

Estos transversales se consideran empotrados en sus extremos en el caso de que coincidan con una varenga y apoyados (single supported) en sus extremos si coinciden con una cuaderna ordinaria (Ver el esquemas MODELO POR VARENGA y MODELO POR CUADERNA, dentro de la citada figura 3) 8.6.2.- Casquillos longitudinales situados en cruja.Entre el fondo del buque y el piso del tnel se dispone, en el plano de cruja, una quilla vertical formada por casquillos longitudinales intercostales. Para calcular la resistencia de cada casquillo frente a la accin de un picadero actuando directamente bajo el mismo (es decir, cuando el picadero queda entre dos transversales consecutivos), se lo identifica con una viga doble T cuya alma es el propio casquillo y cuyas platabandas son los correspondientes anchos efectivos de las planchas de fondo del buque y de piso del tnel. Como el espaciado transversal de estos intercostales es la semimanga del tnel, es decir 2.184 / 2 = 1.092 mm, tendremos en cuenta los siguientes valores: ae platabanda superior = min(1.092; 58 x 13) = 754 mm ae platabanda inferior = min(1.092; 58 x 15) = 870 mm por lo que consideraremos que las vigas longitudinales situadas en el centro del fondo del tnel son dobles T constituidas por los siguientes elementos: Platabanda superior: Alma: Platabanda inferior:EUITN

754 x 13 mm 950 x 13 mm 870 x 15 mmOCT-09 Pg. 36

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8.6.3.- Situacin de los picaderos.La siguiente figura 4 muestra tres posibles disposiciones bsicas de los picaderos de la lnea central de la cama de varada respecto a la estructura del tnel. Consideramos los siguientes casos: Caso 1.- Picaderos bajo los transversales (de fondo del tnel) alineados con una varenga. Caso 2.- Picaderos bajo los transversales (de fondo del tnel) situados en lnea con cuadernas ordinarias (es decir, no alineados con varengas). Caso 3.- Picaderos situados entre dos cuadernas adyacentes, o sea, cargando directamente sobre un casquillo longitudinal situado en cruja.

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Figura. 4 8.6.4.- Solicitaciones (MF y FC) sobre los elementos de la estructura del tnel.La figura 5 muestra los esquemas de carga actuantes y los apoyos considerados para los distintos elementos que forman la estructura del fondo del tnel cuando se consideran las posiciones de picaderos mencionadas en 8.6.3.

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Figura. 5 Las figuras 6, 7 y 8 presentan las solicitaciones (fuerzas cortantes y momentos flectores) que debemos tener en cuenta para comprobar la resistencia de dichos elementos sometidos a dichas cargas. (Obtenidas partiendo de formulaciones de la Resistencia de Materiales tradicional, tales como las que se pueden encontrar, por ejemplo en Htte I, Cap. VI, Tabla 18 o tambin en Prontuario de Ensidesa I, pag. 175 y siguientes --vigas apoyadas-- y pag. 195 y siguientes --vigas empotradas--)Pg. 39

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Figura. 6

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Figura. 7

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Figura. 8 En la siguiente tabla se han agrupado las expresiones que permiten determinar tales fuerzas cortantes (F.C.) y momentos flectores (M.F.) en el centro y en los extremos de cada elemento resistente, en funcin de la carga Q actuante sobre un picadero.

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Tabla. 4 Elem. Caso Seccin Extremos TRANSVERSALES F.C. Q/2 M.F. Q.c 2 Me = 12.l2 l 0,5 + 1,5 c

1Central Extremos 0 Q/2 0 Q/4 0 Q/2 0

l c Mc = Me + Q. 4 80

2 3.1

Central Extremos Central Extremos

l c Q. 4 80

l Q. 80

LONG.

3.2

Central

l c Q. 4 8

8.6.5.- Esfuerzos en puntos caractersticos de una seccin transversal.Las solicitaciones (FC y MF) que se acaban de mencionar originarn tensiones normales (esfuerzos de traccin o de compresin) y de cizalla en los diferentes puntos de estas secciones transversales. Se han seleccionado tres puntos caractersticos en cada seccin, correspondiendo a aquellos en los que se dan respectivamente los valores mximos de tensin normal, de cizalla y de esfuerzo combinado (Von Mises). La figura 9 muestra una seccin genrica en doble T de alas desiguales y en ella se han marcado dichos puntos: Punto 1.- Situado en el alma, al nivel del Eje Neutro de la seccin. Aqu se presentar la mxima tensin de cizalla. Punto 2.- Situado en el extremo del alma ms alejado del Eje Neutro. Aqu se producirn unos elevados valores de cizalla y de tensin normal Aunque ninguno de ellos es el mximo en la seccin, el esfuerzo combinado (por el criterio de Von Mises, para materiales metlicos) s que ser el mximo. Punto 3.- Situado en una de las platabandas, es el ms alejado del Eje Neutro. Aqu se presentar la mxima tensin normal.

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Figura. 9 Los esfuerzos en cualquier punto de la seccin se calculan por las conocidas expresiones : Esfuerzo normal: Esfuerzo de cizalla: Esfuerzo combinado:

= =

MF .y In FC.ms I n .b(Von Mises)

c = 2 + 3. 2

El Momento de Inercia de la seccin con respecto a su Eje Neutro, In, y la cota yn de dicho Eje Neutro respecto al Eje tomado como referencia, se calculan usando la conocida tabla de cmputo para un perfil compuesto: Elemento Platab. Sup. Alma Platab. Infer. resultando: rea B x EB H x EH y -EB/2 H/2 rea * y rea * y rea * y rea * y rea * y2 (rea * y) * y (rea * y) * y (rea * y) * y ip B x EB3 / 12 EH x H3 / 12 A x EA3 / 12

A x EA H+EA/2

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yn : In:

yn =

Suma( Area. y ) Suma( Area)

2 I n = Suma ( Area * y 2 ) + Suma (i p ) y n * Suma ( Area)

Por otra parte, los valores representativos de y, b, y ms en cada uno de los tres puntos citados se calcularn mediante las siguientes expresiones: Punto 1 2 3 y 0 H - yn H + EA - yn b EH EH A ms A*EA*(H - yn + EA/2) + EH*(H2 yn2) A*EA*(H - yn + EA/2) 0

en las que: y b ms cota del punto sobre el eje Neutro de la seccin anchura de la seccin a la altura del punto momento esttico (respecto a su E.N.) de la porcin de rea de la seccin comprendida entre una recta paralela al E.N. trazada por el punto en cuestin y el extremo de dicha seccin situado al lado contrario que el E.N.

8.6.6.- Esfuerzos unitarios (tensiones) admisibles.Segn se indica en el plano de la Cuaderna Maestra de este buque, el material usado en la zona del tnel es Acero A, que es una denominacin normalizada dentro de las Reglas de las principales Sociedades de Clasificacin. El lmite elstico (Yield Stress) de tal acero no puede ser inferior a 235 N/mm2, tal como se establece, por ejemplo en:

LRS Rules for Ships, 2008, Pt 2 Ch.3, Sec 2, Table 3.2.3, o en DNV Rules for Ships, 2005, Pt 2 Ch 2 Sec 1, Table A1

(Este requerimiento se mantiene inalterable a lo largo del tiempo: no es algo que se modifique frecuentemente) Mientras un buque se encuentra en proceso de construccin, el astillero es responsable de las posibles deformaciones permanentes que pudieran aparecer en su fondo como consecuencia de las operaciones que se llevan a cabo. En el caso de una varada de reconocimiento o para reparacin, la responsabilidad recae principalmente en el astillero titular del dique en cuestin, aunque el capitn del buque ha de facilitarle toda la documentacin

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pertinente y debe disponer los pesos segn establezca la condicin de varada informada al astillero. Por ello, mientras que los esfuerzos mximos admisibles durante la operacin normal del buque (en navegacin o durante las operaciones de puerto) quedan establecidos en las Reglas de la Sociedad de Clasificacin, no sucede lo mismo con los correspondientes a las operaciones de varada, puesta a flote o transformacin. Contando con lo que se acaba de exponer, hemos considerado apropiado establecer un factor de utilizacin del 50% del rango elstico del material de la estructura del buque. Es decir, limitaremos el esfuerzo combinado (Von Mises) admisible durante la varada a 1.200 kg/cm2 = 122,3 N/mm2. Con este supuesto se calcular la Carga Mxima aceptable por picadero cuando ste tenga una anchura inferior a la manga del tnel 8.6.7.- Algoritmo para concretar valores admisibles de cargas sobre picaderos.En los prrafos anteriores se ha indicado cmo se pueden calcular las fuerzas cortantes y los momentos flectores en los extremos y en el centro de cada viga de aquellas que constituyen la estructura del fondo del tnel central. Y tambin como obtener los esfuerzos unitarios en puntos representativos de una seccin dada de estas vigas. Para cada viga sometida a una carga Q distribuida de una manera dada, se puede confeccionar un cuadro como el siguiente: Seccin Punto Sigma kg/cm2 Tau kg/cm2 Von Mises kg/cm2

Extremos

Centro

3 2 1 3 2 1

E3 E2 E1 C3 C2 C1

E3 E2 E1 C3 C2 C1

VME 3 VME 2 VME1 VMC 3 VMC 2 VMC1

De esta manera, podemos obtener el mximo esfuerzo combinado (Von Mises) de entre los 6 calculados, mediante la expresin:

VM . max = max absolutode[ VME 3 ; VME 2 ; VME1; VMC 3 ; VMC 2 ; VMC1 ]Este valor VM . max es el que ha causado la carga Q considerada en los clculos. Por lo tanto, como por debajo del lmite elstico el acero tiene un comportamiento sensiblemente lineal (ley de Hooke), la mxima carga aceptable, Qmax, sin que se supere el esfuerzo mximo admisible adm = 1200 kg/cm2 se calcular por la expresin:

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Qmax = Q.

adm VM . max

8.6.8.- Organizacin de los clculos de Qmax.El valor de la carga mxima Q por picadero en diferentes hiptesis de distribucin de los apoyos a lo largo del tnel de este buque se ha obtenido con la ayuda de una hoja de clculo Microsoft Excel. En el Anexo.13 se incluyen los resultados obtenidos, pero a continuacin, a modo de ejemplo se presentan los correspondientes al CASO 1, incluyendo: Definicin de la viga, apoyos y distribucin de la carga Concrecin de la carga Q considerada para el clculo Fuerzas cortantes y momentos flectores en los extremos de la viga y en su centro Caractersticas geomtricas de la seccin transversal de la viga: Cota del Eje Neutro: yn Inercia: In Momentos esttico ms en cada punto caracterstico. Esfuerzos correspondientes a la carga Q Carga mxima admisible, Qmax

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8.6.9.- Influencia de los casquillos longitudinales en la distribucin de la carga del picadero entre varios transversales de fondo.La estructura del fondo del tnel, constituida por transversales de fondo y casquillos longitudinales, puede asimilarse a un emparrillado plano de vigas. La figura 10 muestra la ubicacin del modelo que habra que considerar para estudiar tal emparrillado. (Solo es necesario modelizar una banda, imponiendo condiciones de simetra en cruja). La influencia de los casquillos longitudinales, situados en cruja, se tiene en cuenta aplicando los siguientes criterios: i) Cuando el picadero coincide directamente bajo un transversal del fondo del tnel, se transmite aproximadamente el 10% de su carga sobre cada uno de los casquillos longitudinales que en l confluyen. Es decir, que el transversal recibe un efecto de soporte del 20% (o sea, 2 x 10%) de la carga, justo en su punto medio.

ii) Cuando el picadero coincide entre dos transversales consecutivos, su carga acta directamente sobre un casquillo longitudinal, y los extremos de ste transmiten una accin vertical concentrada al centro de cada uno de los dos transversales adyacentes igual a la mitad de la carga del picadero. Y a cada uno de los siguientes (a proa y a popa de estos dos, respectivamente) una fuerza vertical concentrada del orden del 17% (*) de la carga del picadero, en la hiptesis ms desfavorable de soportado (empotramiento) de los extremos del transversal del tnel. (*) entre el 15 y el 20%

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Figura. 10 Por ello, si los picaderos de quilla de la cama de varada se disponen suficientemente separados (digamos uno cada espaciado de varenga, es decir cada 2,250 m: ver figura 11), la hiptesis que hemos hecho en los apartados precedentes, de que la carga Q se soporta ntegramente por un solo transversal, es razonable y, desde luego, conservadora.

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Figura. 11 Pero si dichos picaderos de quilla se separan sensiblemente menos (por ejemplo, la mitad de un espaciado de bulrcama, es decir alrededor de 1,125 m; ver figura 12) habr algunos que coincidan bajo un transversal del tnel, mientras que los adyacentes, por proa y por popa, estarn situados entre dos transversales.

Figura. 12 Con esta ltima disposicin de picaderos debe considerarse el efecto de transmisin de parte de la carga (el 17% que se ha mencionado antes, en 8.6.9_ii) de cada picadero situado bajo un casquillo longitudinal a los transversales no inmediatamente adyacentes. Por ello, estos transversales soportarn la combinacin de la carga del picadero situado bajo ellos, ms elEUITN OCT-09 Pg. 51

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34% de la misma concentrada en el centro de su luz (es decir un 17% de cada uno de los picaderos adyacentes situados bajo casquillos longitudinales). En este caso (distribucin segn fig.12), al calcular la carga mxima admisible por cada picadero, se ha considerado un transversal sometido a la accin combinada que acabamos de describir. Las solicitaciones actuantes (Momentos Flectores y Fuerzas Cortantes) se han calculado por las expresiones que se resumen en la Tabla. 5 y que se justifican en las figuras 13 y 14: Tabla. 5 Extremos Caso Secciones EMPOTRADOS Extremas F.C. M.F.2 Q.c 2 l f .Q.l Me = 0,5 + 1,5 + 12.l 8 c

1.aCentral Extremas

Q .(1 + f ) 2 Q. f 2 Q .(1 + f ) 2 Q. f 2

l c f .Q.l Mc = -Me + Q. + 4 4 80

APOYADOS.

2.aCentral

l.(1 + f ) c Q. 4 8

Los valores de Fuerzas Cortantes, Momentos Flectores y esfuerzos unitarios (tensiones) en los puntos significativos de cada seccin se obtienen mediante una variante de los algoritmos para los casos de carga simple ya comentados, sustituyendo las expresiones de las FC y MF por las que figuran en la tabla que acabamos de presentar.

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Figura. 13

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Figura. 14

8.6.10.- Resultados de los clculos de cargas Q admisibles.La Tabla. 6 presenta los resultados del clculo de la carga Q admisible por picadero, en diferentes situaciones:

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DISEO DE LA CAMA DE VARADA DE UN FERRY DE 172 M. DE ESLORA TOTAL

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Tabla. 6 Caso Viga 1 2 3.1 3.2 1.a 2.a Extremos Distr. carga Q distribuida Reacciones del Long. Q distribuida Q distrib. + transmis Q.adm (t) Valor limitante 136.9 136.9 273.9 160.7 102.2 102.2 FC extremos FC extremos FC extr.+centro FC extremos FC extremos FC extremos Transv. EMPOTR. Q distribuida Transv. APOYO Transv. APOYO Long. APOYO

Transv. EMPOTR. Q distrib. + transmis. Transv. APOYO

De dicha tabla se deduce que la carga mxima admisible (desde el punto de vista de la estructura del buque y para no sobrepasar el factor de utilizacin mencionado anteriormente, prrafo 8.6.6.-) por cada picadero en lnea de quilla es:

137 t si se disponen espaciados 2,250 m (una clara de bulrcama) 102 t si se disponen espaciados 1,125 m (media clara de bulrcama)

8.6.11.- Aplicacin de un procedimiento alternativo de clculo.Un principio fundamental de la calidad en los procesos de diseo y clculo establece la necesidad de verificar los resultados obtenidos usando un procedimiento alternativo. Para aplicar este principio a nuestro caso, se ha estudiado el fondo del tnel con ayuda de un programa de ordenador basado en el clculo matricial de estructuras. Como la que nos ocupa est constituida por transversales de fondo y casquillos longitudinales, se ha modelizado como un emparrillado plano de vigas: la antes citada figura 10 muestra el esquema considerado (solo se modeliza una banda, imponiendo condiciones de simetra en cruja) En el Anexo.14:

Se d