República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria Universitaria Universidad Nacional Experimental Marítima del Caribe Vicerrectorado Académico Escuela de Náutica e Ingeniería Ingeniería Marítima Estabilidad del Buque II
TEORÍA DE LA VARADA
Profesor:
Autores:
Díaz, Jorge
Orozco, José
18.934.801
Urbina, Adrián
20.102.342
Valero, Alberto
20.406.432
Catia la mar, junio de 2012
i
ÍNDICE GENERAL ÍNDICE …………………………………………………………………………………………………………………………
ii
LISTA DE ILUSTRACIONES…………………………………………………………………………………………….
iii
RESUMEN…………………………………………………………………………………………………………………….
iv
OBJETIVOS…………………………………………………………………………………………………………………..
v
INTRODUCCION…………………………………………………………………………………………………………..
1
CAPITULO 1: VARADA Y SUS TIPOS
3
CAPITULO 2: DIFERENTES ESCENARIOS POSIBLES EN LA VARADA Y SU EFECTO
5
SOBRE LA ESTABILIDAD.
CAPITULO 3: SUPERACION DE LA VARADA
12
CAPITULO 4: VARADA EN DIQUE
14
CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………………………......
16
BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………………………………………........
18
ii
LISTA DE IMAGENES Imagen
Título
Página
1
Varada en dique seco.
3
2
Varada accidental.
3
3
Inmersión por varada.
5
4
Inmersión para anular el GM.
6
5
Varada fuera del plano transversal que pasa por F.
7
6
Varada en un punto cualquiera considerando la marea.
9
7
Varada fuera del plano diametral.
11
8
Peso a descargar para liberarse de la varada.
12
9
Reacción en el codaste al varar en dique.
14
iii
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL MARITIMA DEL CARIBE CARRERA: INGENIERIA MARITIMA MENCION: OPERACIONES
TEORÍA DE LA VARADA Autores: Orozco, José Urbina, Adrián Valero, Alberto RESUMEN La investigación tuvo como objetivo general Estudiar la varada y su efecto sobre la estabilidad del buque. De acuerdo a dicho objetivo la investigación se enfocó en las distintas formas en las que la varada afecta a la estabilidad del buque. Así mismo se enfocó el estudio de manera sencilla pero coherente, resumiendo las demostraciones y enfatizando en el procedimiento procedimiento para utilizar las formulas formulas expuestas a lo largo de la investigación. Para la obtención de la información se consultaron varios autores, se consultó información en distintos portales online lo que garantiza el manejo de la mejor información proveniente de ambas fuentes. Una técnica que resultó particularmente útil fue la incorporación de imágenes de referencia hacia las distintas consideraciones necesarias para la obtención de las formulas. Descriptores: Varada, Efectos sobre la estabilidad.
iv
Objetivo General Estudiar la varada y su efecto sobre la estabilidad del buque.
Objetivos Específicos Definir la varada y sus tipos. Establecer los diferentes escenarios posibles posibles en la varada y su efecto sobre la estabilidad. Explicar los cálculos necesarios para la movilización de pesos a bordo en aras de la superación de la varada. Exponer las consideraciones generales de la maniobra de varadura en dique.
v
INTRODUCCIÓN Se dice que un buque esta varado cuando el casco del mismo toca y queda agarrado en un fondo marino, lacustre o fluvial, perdiendo la propiedad de flotabilidad. Otro término ampliamente usado y que tiene el mismo significado es “encallar”. Un buque puede vararse en
diferentes tipos de fondos tales como: duros, fangosos o rocosos. La varada puede ser dividida en: voluntaria o involuntaria. En el caso de una varada, las fuerzas consideradas hasta ahora para el buque flotando libremente (desplazamiento y empuje), quedan modificadas al añadir la reacción del buque sobre el fondo. En efecto, al varar, el buque queda soportado en parte por el empuje del agua y en parte por el fondo, siendo en este caso el equilibrio de fuerzas entre el desplazamiento y el empuje la reacción.
Como consecuencia de la varada, el barco queda soportado (empuje) en parte por el agua que le sigue rodeando y por la reacción que ejerce el fondo, que irá aumentando aumentando en la medida en que, por ejemplo, baje la marea. Hay varadas varadas en arena que afectan afectan a toda la quilla (fondos) por igual, las cuales no plantean excesivos problemas, y otras que se concentran en un punto, y que pueden afectar gravemente a la flotabilidad, a la estabilidad y a la resistencia estructural del buque. Cuando un buque se vara en un punto cualquiera distinto del centro de flotación “F” le produce una alteración en asiento hacia el extremo contrario al de la varada y una escora hacia el costado opuesto al de varada. Al encallar un buque se procede en primera instancia a salir de la misma por nuestros propios medios antes de solicitar auxilio. Para que un buque quede libre de su varada, se debe aplicar un momento igual pero contrario al que origina la varada. Al entrar un buque a dique, luego que se achica el agua del interior de la fosa, si fuera un dique seco, en caso de dique un flotante se deslastra para que ascienda. El buque va a tocar
1
primeramente la parte de popa de la quilla llamada codaste, debido a que los buques en condiciones normales al entrar tienen un asiento apopante. Al ir bajando el nivel del agua, la reacción en el codaste va aumentando hasta apoyar toda la quilla y la estabilidad disminuye.
2
CAPÍTULO I
Se dice que un buque esta varado cuando el casco del mismo toca y queda agarrado en un fondo marino, lacustre o fluvial, perdiendo la propiedad de flotabilidad. Otro término ampliamente usado y que tiene el mismo significado es “encallar”. Un buque puede var arse en
diferentes tipos de fondos tales como: duros, fangosos o rocosos. La varada puede ser dividida en: voluntaria o involuntaria.
Imagen 1: Varada en dique seco.
Imagen 2: Varada accidental.
Por varada voluntaria se tiene que es aquella que es llevada a cabo teniendo un conocimiento previo de la maniobra a realizar para evitar el daño del casco, sistema de gobierno y propulsión del buque. Ejemplo: La varada en dique seco para realizar operaciones de mantenimiento al buque. Por varada involuntaria se entiende a aquella que ocurre de manera accidental debido a adversos factores meteorológicos o a fallas humanas. En este sentido conviene mencionar dos casos: a) La varada en un río o puerto, sin riesgo, con recursos y facilidades para quedar quedar a flote, y b) La varada ocurrida en una costa costa o en un banco de arena o coral, alejado de puerto en malas condiciones de mar, viento y asistencia. La varada se produce al tocar el casco el fondo y quedar de alguna manera impedido en sus movimientos. Como consecuencia de la varada, el barco queda soportado (empuje) en parte por el agua que le sigue rodeando y por la reacción que ejerce el fondo, que irá aumentando aumentando en la medida en que, por ejemplo, ejemplo, baje la marea. Hay varadas en arena que que afectan a toda la quilla (fondos) por igual, las cuales no plantean excesivos problemas, y otras que se concentran en un
3
punto, y que pueden afectar gravemente a la flotabilidad, a la estabilidad y a la resistencia estructural del buque. En el caso de una varada, las fuerzas consideradas hasta ahora para el buque flotando libremente (desplazamiento y empuje), quedan modificadas al añadir la reacción del buque sobre el fondo. En efecto, al varar, el buque queda soportado en parte por el empuje del agua y en parte por el fondo, siendo en este caso el equilibrio de fuerzas entre el desplazamiento y el empuje la reacción.
4
CAPÍTULO II
Considerando el lugar en donde se encuentre el punto de varada con respecto a los distintos planos del buque se consideraran casos distintos, cada uno con sus efectos particulares sobre la estabilidad transversal y longitudinal del buque. En tal sentido se tienen:
Estudio de la varada en la vertical del centro de flotación a. Varada en la vertical del centro de flotación.
Imagen 3: Inmersión por Varada.
El buque continúa con el mismo Desplazamiento “D” ejerciendo sus efectos en el mismo punto “G”, pero el Empuje del agua se ha reducido en una cantidad “R” y esta cantidad perdida se encuentra actuando en el punto “A” (lugar donde o currió la varada).
El v alor del apoyo “R” es igual al peso de la rebanada del volumen de carena formada por las líneas de flotación L 0F0 y L1F1. Por lo tanto, la emersión I se puede calcular así:
La estabilidad se verá disminuida porque al aplicar la fuerza de reacc ión “R” en el fondo es como que se quitara un peso de ese lugar, entonces el centro de gravedad “G” de buque se elevará una distancia GG’, que está dada por la formula de descarga de un peso p:
5
La altura metacéntrica se calculará con la siguiente ecuación: Como el buque cambia de carena al disminuir los calados, como producto de la varada, el metacentro que estaba en M desciende de sciende a la posición M’, por lo tanto:
Para que la estabilidad se anule el G’M’ debe ser igual a cero (G’M’=0) para ello después de sustituir y reducir se llaga a que la “R” para que se anule la estabilidad es:
En tal sentido la variación del calado la calculamos será:
y así el cálculo de los calados
y si llegara a bajar la marea y el buque emergiera hasta
estos calados, su GM se anularía quedando la nave inestable con el peligro de darse vuelta.
Imagen 4: Inmersión para anular el GM
6
Estudio de la varada en un punto cualquiera. Cuando un buque se vara en un punto cualquiera distinto del centro de flotación “F” le
produce una alteración en asiento hacia el extremo contrario al de la varada y una escora hacia el costado opuesto al de varada. a) Varada fuera del plano transversal que pasa por el centro de flotación F En esta condición de varada en el punto “A”, los calados van a tener una disminución en centro de flotación “F” y una alteración en el asiento de signo contrario al punto de varada, es
decir que si el punto de varada se halla a popa, la alteración será negativa o aproante y si el punto de varada se encuentra a proa, la alteración será positiva o apopante.
Imagen 5: Varada fuera del plano transversal que pasa por F
Considerando lo anterior podemos establecer lo siguiente:
p =R = peso a descargar en el punto “A” que debe ser igual a “R”.
dL = dF = distancia longitudinal del peso a descargar a “F” que es igual a la distancia del punto de varada “A” al de la flotación “F”.
De lo anterior podemos deducir que:
7
Luego de conocer a “R” según la ecuación anterior se procede a la movilización de carga
con el fin de reflotar el buque. Ahora bien para conocer los calados en los cuales se anula la estabilidad se procede de la siguiente manera:
Los calados al anularse la estabilidad serán:
Sabemos que la emersión será:
b) Varada en un punto cualquiera considerando la marea.
Después que un buque vara, una de las precauciones más importantes, es la de considerar el estado de la marea (si fuera en un río si éste está bajando o creciendo); ya que si en el momento de la varada es baja mar, el buque tiene posibilidades de quedar a flote en pleamar, porque al crecer la marea la reacción r eacción R va a ser menor, dependiendo de la amplitud de la misma. Sucede lo contrario si un buque vara en pleamar y luego comienza a bajar la marea, entonces la reacción se va haciendo mayor, el calado medio y la estabilidad van disminuyendo. Por lo expuesto, la condición más delicada cuando se encalla, es la del instante de la pleamar o próximo a ella, entonces se deben efectuar los cálculos de estabilidad para cuando llegue la altura mínima de la marea o bajamar, donde la altura metacéntrica GM se puede anular o pasar a valores negativos, produciéndole al buque una escora que en caso extremo puede dar la vuelta de campana.
8
Supongamos en la Imagen 6, el buque se encuentra varado en el punto “A” y luego desciende la marea una altura sn. Conociendo la d istancia de la varada del punto “A” al centro de flotación “F”, “d F”, se puede calcular la reacción R' causada en el punto A por descenso de la marea, la cual se sumará a la reacción “R” provocada por la varada inicialmente.
La distancia del descenso de la marea la identificamos en la figura 4, con la siguiente ecuación:
Imagen 6: Varada en un punto cualquiera considerando la marea.
A por la marea.
Despejamos “R’” quien es la reacción por el descenso de la marea:
Los calados luego del descenso de la marea, habiendo previamente calculándola reacción R', se hallan de la siguiente manera: Calado de proa al bajarla marea = Cpr= Cprf – – I ± apr. Calado de popa al bajarla marea = Cpp = Cppf I ± app.
9
Cprf= Calado de proa al varar Cppf = Cppf = Calado de popa al varar
Recordemos que para hallar la reacción que anulaba la estabilidad era mediante la ecuación:
Para que se anule la estabilidad del buque considerando el descenso de la marea, se tiene que cumplir la siguiente igualdad:
Estando el buque varado y conociendo R’, reacción por descenso de la marea para anular
la estabilidad, se puede calcular la altura que debe bajar la marea para que el buque quede en equilibrio inestable.
( ( )
sn = distancia que debe descender la marea para que el buque quede inestable. c)
Varada fuera del plano diametral
Supongamos que el punto de varada es en el punto A, a una distancia del plano diametral dt, Imagen 7; entonces el buque se escorará hacia el costado opuesto a la varada un ángulo θ, porque la reacción “R” que ejerce sobre el casco equivale a descargar un peso p = R en el punto de
varada.
10
Imagen 7: Varada fuera del plano diametral.
Si conocemos la distancia d t al punto de varada “A” y la reacción “R”, la escora θ, no tendrá objeto calcularla debido a que la podemos obtener en el clinómetro del buque. La altura metacéntrica G'M' la podemos calcular por la fórmula:
Pues bien, este G’M’ esta corregido por la reacción “R” y por superficies libres de
tanques con líquidos. Si se desea calcular la escora en que quedará el buque, conociendo el descenso de la marea sn, se procede de la siguiente manera: Se calcula la reacción R' por descenso de marea por la fórmula siguiente:
La reacción en el punto A después del descenso de la marea será la suma de R (reacción al varar) más la R' (reacción por descenso de la marea) m area) que la llamaremos R”. R" = R + R' Entonces la escora θ considerando el descenso de la marea en una altura
intermedia o en bajamar, se calcula mediante la ecuación:
[ ] 11
CAPÍTULO III
Al encallar un buque se procede en primera instancia a salir de la misma por nuestros propios medios antes de solicitar auxilio. Para que un buque quede libre de su varada, se debe aplicar un momento igual pero contrario al que origina la varada. Por lo dicho anteriormente, un buque al varar en un punto “A” produce una reacción “R” en ese punto, si se descarga un peso “p” igual a “R” sobre la vertical de “A”, la reacción “R” se
anulará y el buque quedará libre de la varada. Muchas veces no se puede efectuar esa operación de descarga sobre la vertical del punto de varada, entonces se procede a producir un momento para anular al de varada mediante descarga, traslado o carga de pesos. En la imagen 8, un buque se encuentra varado en un punto “A” que está a una distancia dF a proa del centro de flotación “F”, este buque puede quedar libre de la varada de las siguientes
maneras: a) Descargando pesos que se encuentran hacia proa de “F”.
b) Trasladando pesos longitudinalmente de proa hacia popa. c) Cargando pesos hacia popa de “F”. d) Efectuando operaciones combinadas según indican los ítems a, b y c.
Imagen 8: Peso a descargar para liberarse de la varada. 12
Si el punto de varada “A” estuviera a popa de “F” se procedería en forma inversa a lo dicho
anteriormente. Supongamos el caso de la imagen 8, y se quiera sacar el buque de la varada mediante la descarga de un peso p que se halla a una distancia “d L” del centro de flotación “F”, para ello se
establece la igualdad de momentos siguientes:
Donde: p es el peso que se debe descargar para quedar libre de la varada.
13
CAPÍTULO IV
Al entrar un buque a dique, luego que se achica el agua del interior de la fosa, si fuera un dique seco, en caso de dique un flotante se deslastra para que ascienda. El buque va a tocar primeramente la parte de popa de la quilla llamada codaste, debido a que los buques en condiciones normales al entrar tienen un asiento apopante. Al ir bajando el nivel del agua, la reacción en el codaste va aumentando hasta apoyar toda la quilla y la estabilidad disminuye. Calculo de la reacción en el codaste. Supongamos en la Imagen 9, donde un buque al entrar a dique tiene la línea de flotación L0F0; el punto “A”, donde se apoya el codaste sobre los picaderos; la línea de flotación cuando el buque apoya toda la quilla sobre los picaderos es L'F'; mientras que L"F" es la línea de flotación que tendrá el buque apoyado sobre los picaderos al mover el buque, pero como no lo rotamos, lo hacemos con la línea de flotación según se indica en la figura.
Imagen 9: Reacción en el codaste al varar en dique. Los valores de la reacción reacc ión “R” serán los siguientes:
a) Al tocar los picaderos, R =0 (cero)
b) en un punto intermedio de su asiento,
c) al apoyar toda la quilla sobre los picaderos,
14
Como se puede apreciar en el dibujo esta distancia “dF” es casi igual a “dpp” que es la distancia del centro de flotación “F” a la perpendicular de popa “ppp”.
Entonces podemos establecer sin mucho error, que: dF =dpp =E/2 ± F Estos valores se sustituyen en las fórmulas anteriores. Si la cama de los picaderos tuviera una pendiente i que está dada en centímetros por metro, la resistencia máxima estará dada por:
Calculo de la estabilidad al apoyar toda la quilla sobre los picaderos. Al ir descendiendo el agua e ir aumentando la resistencia
“
R la estabilidad del buque va ”
disminuyendo debido a que el centro de gravedad del buque se eleva porque la reacción
R
“
”
que actúa como si se desembarcara un peso del punto de apoyo de la varada y que sería en el codaste.
El metacentro
M
“
”
disminuye de altura generalmente debido a la forma de la carena
puesto que por lo general disminuye la superficie de flotación al disminuir el calado. Cuando un buque un buque apoya toda la quilla sobre los picaderos, la altura metacéntrica GM se hace mínima, y puede llagar a ser negativa, escorándose el buque hacia un costado. Por ello, se debe efectuar el cálculo de esta altura metacéntrica y colocar picaderos laterales denominados escoras, los cuales se calculan previamente a la entrada a dique.
15
CONCLUSIONES Se dice que un buque esta varado cuando el casco del mismo toca y queda agarrado en un fondo marino, lacustre o fluvial, perdiendo la propiedad de flotabilidad. Otro término ampliamente usado y que tiene el mismo significado es “encallar”. Un buque puede vararse en
diferentes tipos de fondos tales como: duros, fangosos o rocosos. La varada puede ser dividida en: voluntaria o involuntaria. Por varada voluntaria se tiene que es aquella que es llevada a cabo teniendo un conocimiento previo de la maniobra a realizar para evitar el daño del casco, sistema de gobierno y propulsión del buque. Ejemplo: La varada en dique seco para realizar operaciones de mantenimiento al buque. Por varada involuntaria se entiende a aquella que ocurre de manera accidental debido a adversos factores meteorológicos o a fallas humanas. En este sentido conviene mencionar dos casos: a) La varada en un río o puerto, sin riesgo, con recursos y facilidades para quedar a flote, y b) La varada ocurrida en una costa o en un banco de arena o coral, alejado de puerto en malas condiciones de mar, viento y asistencia. En el caso de una varada, las fuerzas consideradas hasta ahora para el buque flotando libremente (desplazamiento y empuje), quedan modificadas al añadir la reacción del buque sobre el fondo. En efecto, al varar, el buque queda soportado en parte por el empuje del agua y en parte por el fondo, siendo en este caso el equilibrio de fuerzas entre el desplazamiento y el empuje la reacción.
Considerando el lugar en donde se encuentre el punto de varada con respecto a los distintos planos del buque se consideraran casos distintos, cada uno con sus efectos particulares sobre la estabilidad transversal y longitudinal del buque. En tal sentido se tienen:
Varada en la vertical del centro de flotación.
Varada en un punto cualquiera.
Varada en un punto cualquiera considerando la marea.
Varada fuera del plano diametral.
16
Al encallar un buque se procede en primera instancia a salir de la misma por nuestros propios medios antes de solicitar auxilio. Para que un buque quede libre de su varada, se debe aplicar un momento igual pero contrario al que origina la varada. En la práctica las operaciones generales para superar una situación de varada son:
Descargando pesos que se encuentran hacia el extremo contrario a la varada con respecto a “F”.
Trasladando pesos longitudinalmente del extremo cercano a la varada hacia el extremo opuesto.
Cargando pesos en el extremo opuesto de la varada con respecto a “F”.
Efectuando operaciones combinadas combinadas según indican los ítems a, b y c. Al entrar un buque a dique, luego que se achica el agua del interior de la fosa, si fuera un
dique seco, en caso de dique un flotante se deslastra para que ascienda. El buque va a tocar primeramente la parte de popa de la quilla llamada codaste, debido a que los buques en condiciones normales al entrar tienen un asiento apopante. Al ir bajando el nivel del agua, la reacción en el codaste va aumentando hasta apoyar toda la quilla y la estabilidad disminuye.
17
BIBLIOGRAFÍA
Mandelli, Antonio. Elemento de Arquitectura Naval. 3ra Edición. 1986.
Olivella Puig, Joan. Teoría del Buque. Estabilidad, varada e inundación. 1996.
Pereira B, Heber. Teoría del Buque. Estabilidad. 1984.
Glosario Náutica. Terminología Básica. Varada. 06/11/2012. [Online]. Disponible: http://charter.costasur.com/es/varada.html
18
