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La ingeniería y la arquitectura han sido ciencias que van de la mano desde sus comienzos. Las grandes edificaciones y el desarrollo arquitectónico de diferentes construcciones son el resultado de esta combinación. Por esta razón se ha hecho importante que en diversas áreas (como la naval, por ejemplo) se desarrollen en conjunto. La base de estas construcciones siempre será una correcta estructuración: La ingeniería básica de estructuras navales hace parte del proceso de creación y diseño de cada una de las partes que conforman los edificios y mecanismos del ámbito marítimo.
Ingeniería básica de estructuras navales: sistema estructural
El cálculo estructural naval difiere de cualquier otro tipo cálculo estructural. Fundamentalmente en, que el objeto de estudio no es un elemento estático, el buque está sometido a unas cargas medioambientales que condicionan todo el cálculo. Además, en el cálculo de cargas estas mismas están sometidas a aceleraciones derivadas de ese movimiento impredecible del mar.
Por esta razón, se pueden encontrar distintas formas de construir y de calcular, a esto se le llama sistema estructural. Por lo que, se podría definir como la forma en que se disponen los elementos constituyentes de la estructura. Esto para para soportar de la manera más efectiva las cargas a las que está sometida. Para aproximarse a la definición de los diferentes sistemas antes se deberán presentar los elementos de los que están compuestos.
Los elementos plancha o terciarios, son los elementos plancha que forman el contorno de la estructura, tanto el forro del buque, como los mamparos y cubiertas de las que está constituido, estos elementos aseguran la estanqueidad o no de los compartimentos del barco. Los elementos ordinarios o secundarios, son los elementos plancha que no generan la suficiente resistencia estructural para soportar las cargas, por lo que en ellos se sueldan elementos rigidizadores y perfiles.
Estos perfiles pueden ser de múltiples tipos dependiendo de las normas y estándares constructivos que se utilicen, ISO, JIS, NAE, etc. Suelen ser elementos comerciales. Los elementos primarios son los que en última instancia soportan las cargas que le transmiten los elementos plancha y ordinarios, son elementos fuertes y normalmente no comerciales en forma de T armada, entre los elementos primarios se encuentran las bulárcamas, baos fuertes, puntales, esloras, vagras y varengas.
Sistema estructural longitudinal
El sistema estructural longitudinal se define como el que orienta los elementos ordinarios de las cubiertas y forro, paralelos a crujía. Al disponer estos elementos, los primarios transversales, bulárcamas y baos, se dispondrán normalmente cada tres o cuatro claras de cuadernas, delimitando así un elemento plancha o panel elemental de plancha (Elementary Plate Panel, e.p.p.), orientado en sentido longitudinal.
Los beneficios de este tipo de estructura se observan en la construcción de buques grandes y los esfuerzos longitudinales a los que está sometido, derivados de las condiciones del mar, hacen que sean mayores a medida que la eslora del barco crece, por lo que orientando los elementos ordinarios longitudinalmente se consigue que contribuyan en la inercia de la sección maestra y, por consiguiente, en su módulo.
Esto beneficia al peso de la estructura, ya que en caso de no disponer de los elementos longitudinales se tendría que suplir el módulo con elementos plancha, haciendo el buque más pesado. Es común encontrar este tipo de estructura en cualquier clase de buque que tenga una eslora superior a 90 m, aunque siempre hay excepciones dependiendo de la tipología del buque.
Sistema estructural transversal
El sistema estructural transversal se define como el que orienta los elementos ordinarios de las cubiertas y forro, perpendiculares a crujía. Al disponer estos elementos, los primarios transversales, bulárcamas y baos, se dispondrán al contrario que el sistema longitudinal cada seis u ocho claras de cuadernas, ya que en este sistema los elementos primarios importantes son los palmejares y esloras fuertes, delimitando así un e.p.p. orientado en sentido transversal.
Este tipo de estructura se dispone cuando los esfuerzos longitudinales son de menor magnitud que los esfuerzos transversales, debidos a la carga o tamaño del buque. Normalmente, este sistema estructural es utilizado en buques pequeños, por debajo de 65 o 90 m de eslora. En menores esloras los efectos de la resistencia longitudinal son menores, en algunos casos no limitantes frente a las cargas internas del buque (cargas de bodega).
Sistema estructural mixto
Este tipo de sistema estructural derivado de los anteriores en el que se aprovechan los beneficios de ambos sistemas. El sistema mixto normalmente aprovecha el sistema transversal para el costado del barco y mantiene las cubiertas en sistema estructural, obteniendo beneficios de ambos sistemas. Este sistema es muy raro encontrarlo en buques de más de 120 m de eslora. Los beneficios presentados por el sistema transversal empiezan a penalizar uno de los parámetros más importantes, el peso de acero, penalizando estabilidad.
Metodología de cálculo
Una vez presentados los sistemas estructurales, se puede definir la metodología de cálculo dependiendo de los parámetros del buque, tipo y sistema estructural. El primer paso para el cálculo estructural es el cálculo de la llamada eslora de escantillonado (L). La formulación de esta eslora está recogida por la International Association of Classification Societies (IACS) e implementada por todas las sociedades de clasificación.
La longitud de la regla L, o eslora de escantillonado, es la distancia, en metros, medida en la línea de flotación al calado de escantillonado. Además de la medida desde la intersección con la roda hasta la parte más a popa del codaste, o el centro de la mecha del timón si no hay codaste. L no debe ser inferior al 96 %, y no es necesario que sea mayor que el 97 % de la eslora de la flotación en el calado de escantillonado.
En los buques sin mecha de timón (por ejemplo, los buques equipados con propulsores azimutales), la longitud de la regla L debe tomarse igual al 97 % de la longitud extrema de la línea de flotación en el calado de escantillonado. En barcos con una disposición inusual de popa y proa, la longitud de la regla L será considerada particularmente. El calado de escantillonado, es el calado máximo al que va a estar navegando el buque. El calado de francobordo de verano, ese valor es el que se debe tomar como referencia para el cálculo de la Eslora de Escantillonado.
Modos de fallo
Si se encuentran daños estructurales en el barco las cargas que actúan sobre el mismo exceden el límite estructural, se puede encontrar un escenario no deseable. Por lo que, el diseñador tiene que tener planeado que en ningún momento la estructura excede las cargas de diseño para las que están calculadas. En cualquier caso, solo existen dos hechos por los que la estructura falla; que la carga de diseño se ha excedido o que está fallando de un modo distinto al de cálculo.
De esta manera, en los buques se estudian los siguientes modos de fallo en límites estructurales:
- Elástico
- A pandeo
- Fatiga
La ingeniería básica de estructuras navales aplicada
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