Esfuerzo de diseño:
El diseño de elementos con base en su resistencia consiste en evitar que los esfuerzos máximos igualen o sobrepasen los valores de esfuerzo que producen la falla en la estructura de un buque. Entonces, el esfuerzo máximo en un elemento debe ser menor que la resistencia de fluencia (para prevenir la falla por deformación plástica) y que la resistencia a la rotura (para prevenir la falla por fractura total). Estos objetivos se pueden lograr manipulando dimensiones geometrías, materiales, tratamientos térmicos, entre otros factores que puedan afectar la estructura de la embarcación, es decir, el esfuerzo máximo al que esta sometido la estructura debe ser menor que la resistencia que este pueda soportar.
Es importante tener en cuenta a la hora de fabricar cualquier estructura flotante los materiales y los valores precisos de las dimensiones de los elementos a diseñar. Para ello se utiliza el concepto de ‘esfuerzo de diseño’, conocido también como ‘esfuerzo admisible o permisible’, ‘esfuerzo de trabajo’ y ‘esfuerzo de seguridad’. Teniendo en cuenta que este concepto se basa en el máximo esfuerzo que debe soportar una embarcación para cumpla su funcionamiento de forma segura, con el fin de evitar las fallas del mismo.
Los elementos principales que conforman el casco son la quilla, cuaderna, mamparo, puntales y la cubierta, estos a su vez están sometidos a mayores esfuerzos, tanto estáticos como dinámicos. Por esta razón se debe hacer un diseño acorde y resistente para el buen funcionamiento de dicha embarcación.
Quilla:
Es la pieza central e inferior de un buque que va de proa a popa y sirve de base y afianzamiento a las cuadernas (costillas del esqueleto) al cuerpo del buque.
Es por ello que se encuentra sometida a mucho estrés y esfuerzo. Para reforzar a este elemento longitudinal, tan importante, se le superpone otra pieza robusta llamada sobrequilla.
Así mismo otras acepciones utilizadas en arquitectura naval son las quillas de balance, piezas longitudinales que los barcos llevan adosadas en los pantoques con una inclinación de unos 45º, para aminorar los balances.
Cuadernas:
Las cuadernas son cada una de las costillas por las que están formados los barcos, recorriéndole de babor a estribor y estructurando el casco del navío, estas están sometidas a esfuerzos de deformación constantes, debido a que en este elemento del buque existen o actúan fuerzas de diversas partes del buque, ya sean fuera de éste o dentro del mismo.
También son elementos de soporte del costado, situados según secciones transversales que tienen como funciones:
a) Contribuir a la resistencia transversal del buque.
b) Ser soporte de los esfuerzos dinámicos que recibe el forro exterior y transmitido al resto de la estructura.
c) Aumentar la esbeltez del costado para evitar el pandeo del mismo.
La cuaderna está constituida por un perfil, generalmente comercial, cuyo cálculo se hará en base al módulo resistente del mismo, asociado con un trozo de plancha. La separación de las cuadernas, en buques de estructura transversal no será mayor de 1.000 mm, por lo general, siendo separación constante a lo largo de bodegas y cámara de máquinas, pudiendo ser inferior en las zonas de proa y popa, fundamentalmente cn proa, donde harán de reforzamiento de la estructura contra el macheteo por cabezada, es decir golpes de mar con la fuerza correspondiente a la velocidad combinada del buque y las olas, además de las diferencias de presiones cuando la proa se sumerge y emerge alternativamente, lo que da origen a vibraciones.
También son elementos de soporte del costado, situados según secciones transversales que tienen como funciones:
a) Contribuir a la resistencia transversal del buque.
b) Ser soporte de los esfuerzos dinámicos que recibe el forro exterior y transmitido al resto de la estructura.
c) Aumentar la esbeltez del costado para evitar el pandeo del mismo.
La cuaderna está constituida por un perfil, generalmente comercial, cuyo cálculo se hará en base al módulo resistente del mismo, asociado con un trozo de plancha. La separación de las cuadernas, en buques de estructura transversal no será mayor de 1.000 mm, por lo general, siendo separación constante a lo largo de bodegas y cámara de máquinas, pudiendo ser inferior en las zonas de proa y popa, fundamentalmente cn proa, donde harán de reforzamiento de la estructura contra el macheteo por cabezada, es decir golpes de mar con la fuerza correspondiente a la velocidad combinada del buque y las olas, además de las diferencias de presiones cuando la proa se sumerge y emerge alternativamente, lo que da origen a vibraciones.
Mamparos:
Los mamparos son diafragmas verticales y horizontales que dividen interiormente el casco, pudiendo ser al mismo tiempo estructuras resistentes que contribuyen a la resistencia general de la viga-casco.
Cuyas funciones principales son:
a) Contribuir eficazmente a la resistencia transversal o longitudinal, según sea su dirección.
b) Ser soporte eficaz de las cubiertas, costados y fondo.
c) Trasmitir los esfuerzos de una parte de la estructura a otra.
Para la mayor distribución de los esfuerzos y la estanqueidad de la embarcación son necesarios los siguientes mamparos:
1. Mamparo de Colisión de Proa.
2. Mamparo de Prensaestopa.
3. Mamparos de Proa y Popa de Cámara de Máquinas.
4. Mamparos del Túnel del Eje.
Para la mayor distribución de los esfuerzos y la estanqueidad de la embarcación son necesarios los siguientes mamparos:
1. Mamparo de Colisión de Proa.
2. Mamparo de Prensaestopa.
3. Mamparos de Proa y Popa de Cámara de Máquinas.
4. Mamparos del Túnel del Eje.
Puntales:
Los puntales son estructuras simples verticales que tienen como misiones:
a) Trasmitir los esfuerzos que recibe la cubierta y el peso de la misma a la estructura del fondo.
b) Evitar el hundimiento de la cubierta.
c) Mantener una resistencia frente a esfuerzos verticales.
El puntal estará sometido principalmente a esfuerzos de compresión y debido a su esbeltez ha de ser calculado fundamentalmente contra pandeo. Como esfuerzos de tipo secundario están los que la carga puede ejercer por desplazamiento horizontal de la misma con el balanceo del buque.
Los puntales se situarán generalmente en las bodegas, ya que la falta de resistencia de las cubiertas por la necesidad de disponer de escotillas de carga y descarga, hace que estas tengan que estar soportadas, al mismo tiempo que las cargas sobre cubierta son superiores por la instalación de grúas o posteleros, que aunque casi siempre se colocan sobre mamparos, la trasmisión de esfuerzos al resto de la estructura es inevitable.
Cubiertas:
Se denominan cubiertas las estructuras horizontales que cierran o delimitan la viga-casco, abarcando por lo general, de babor a estribor y de proa a popa. Según la situación de la cubierta, ésta podrá ser resistente, de franco-bordo o intermedia.
La cubierta resistente es la que forma la estructura superior de la viga casco, y tiene como misión fundamental por lo tanto contribuir de forma eficaz a la resistencia total del buque, uniéndose con los costados y mamparos.
La cubierta de franco-bordo es la más alta con medios de cierre permanentes y será la que dé estanqueidad en la parte superior al casco, pudiendo ser al mismo tiempo la resistente, como es el caso de buques con una sola cubierta.
Las cubiertas intermedias son las que se encuentran debajo de las anteriormente definidas, teniendo como misión exclusivamente la de subdividir horizontalmente el interior de la viga-casco por necesidades de carga.
La estructura de cualquier tipo de cubierta está formada por los siguientes elementos para su mayor resistencia:
1. Forro.
2. Baos.
3. Longitudinales de cubierta.
4. Baos reforzados.
5. Esloras.
La cubierta de franco-bordo es la más alta con medios de cierre permanentes y será la que dé estanqueidad en la parte superior al casco, pudiendo ser al mismo tiempo la resistente, como es el caso de buques con una sola cubierta.
Las cubiertas intermedias son las que se encuentran debajo de las anteriormente definidas, teniendo como misión exclusivamente la de subdividir horizontalmente el interior de la viga-casco por necesidades de carga.
La estructura de cualquier tipo de cubierta está formada por los siguientes elementos para su mayor resistencia:
1. Forro.
2. Baos.
3. Longitudinales de cubierta.
4. Baos reforzados.
5. Esloras.
