PDF de Clase 09

Clase 9na Introducción a los sistemas marítimos.(Parte1)
(13 de junio, día de la marina mercante)
Situación Actual de la
Industria Naval
• Reactivación a Nivel Mundial
• Industria Naval Mundial – Uno de los
mejores momentos de su historia
• Crecimiento de la Economía Mundial
• Crecimiento del Comercio Mundial
• Intercambio Comercial 82% MARITIMO
• Crecimiento Sector Naviero - Fletes
Se podría pensar que la misma crisis económica actual (lámina 1), está golpeando
a la industria marítima mundial, sin embargo esto siempre esta desfasado, porque
ya vimos cuanto se demora en hacer un barco. Se demora como 5 o 6 años, por lo
tanto hay un retardo entre lo que esta pasando en este momento y lo que ocurre en
la industria naval.
Como tuve la oportunidad de estar en el canal de Panamá, que es un buen
termómetro, le preguntamos al gerente general del canal, si debido a la crisis por el
canal pasaban menos barcos. La respuesta es que en general la caída no es muy
fuerte, es del orden del 5%, pero lo notable es que lo que cayó son los buques que
transportan automóviles, consecuencia directa de la caída de la industria automotriz
y ese trafico si que cayo notablemente mas de un 70%, cayó de 100 a 30. (Para los
que quieren comprar autos, apúrense porque después va a haber una escasez de
vehículos). Luego de eso vino la quiebra de la GM (general motors), que tendrá
gran impacto en la industria automotriz y la compra por parte de la Fiat de Crysler.
La economía mundial no está creciendo y el comercio mundial está
sustancialmente afectado. En este momento estamos súper afectado por el
comercio que había generado China con el resto del mundo y por lo tanto hay una
contracción fuerte que también afecta a nuestro país.
Cuanto del comercio mundial circula por la vía marítima?... en cuanto a trafico
internacional, esta cifra es en realidad baja, pero la verdad es que es más del 90%.
El restante va por la vía aérea y terrestre.
En Chile, en particular, siempre se ha tratado de que exista mas actividad
especialmente inter-puertos chilenos, lo que se llama cabotaje, trafico nacional,
pero lamentablemente eso no ha ocurrido por diversas circunstancias, por lo que la
carretera se come a esto que se llama cabotaje.
Situación Actual de la
Industria Naval
•
Construcción Naval
– Desde 2006
•
•
•
42% + Nuevas Contratos
10% + Entregas
1.75% Reposición
– Nuevos contratos (A fines del 2007)
•
•
•
1. Corea 23%
2. China 14%
Europa Disminuye 27% Nuevas Const.
Lo que tiene importancia para nosotros (lamina 2), es que la mayor concentración
de la construcción naval esta centrada en China. La construcción naval igual que la
construcción civil (sólo que ésta tiene movilidad) siempre esta en migración,
siempre busca la mano de obra mas barata y los inversionistas entonces concurren
a trasladar sus inversiones para construir barcos, que no son baratas, desde un
país a otro y esto ha venido moviéndose primero desde España, cuando España se
puso caro se movió a Grecia, se puso caro Grecia, se fue a Portugal, luego
atraviesa el océano y se va Japón, cuando japoneses aprenden de construcción y
elevan sus precios, se va a Corea y hoy día estamos en China y próximamente se
trasladará a India, siempre buscando menores costos de mano de obra. Por lo
tanto estamos frente a una industria bastante móvil. Antiguamente la movilidad se
daba por la existencia de bosques, ya que las embarcaciones eran construidas en
madera. La industria se movía hacia donde iba el conquistador e iba encontrando
bosques.
Por eso en Chile se posicionó muy temprano la industria naval en
Constitución y Valdivia, de hecho, el astillero que existe en Constitución, que se
llama Muñoz (ver pagina Web) es el astillero mas antiguo del país y probablemente
el mas antiguo de América. Existe desde la llegada de los conquistadores a la
zona de Constitución.
Situación Actual de la
Industria Naval
• Asia :
Petroleros
Bulkcarrier
Portacontenedores
Graneleros
• Europa : Buques Mayor Valor Agregado
Gaseros (Chinos empezaron)
Ferrys
Cruceros
Aquí (lamina 3) hay una explicación de que tipo de embarcaciones se están
construyendo en qué parte. En el Asia, es decir, China, Japón y Corea,
básicamente petroleros, buques de transporte de graneles secos, porta
contenedores y en Europa se ha quedado la construcción de buques que tienen
mayor valor, como son los buques que transportan gas y los de pasajeros, que
están mas cerca de los centros donde se producen artículos y partes mas caras o
mas lujosas.
Situación Actual de la
Industria Naval
• Construcción y Reparación Naval
– Ambito Mundial – Mercados – Clientes Tecnología
– Gran infraestructura – Gran Inversión
• COMPETIR – ASTILLERO CLASE MUNDIAL
• Buen momento para Astilleros medianos –
Sur y Centro América
– Brasil, Venezuela, Argentina, Chile, Colombia,
Perú
La construcción naval en América latina (lámina 4) no logra despertar, en algún
momento brasil tuvo un crecimiento debido a una demanda interna a fines de los
años 70, llego a ser el 5to en el mundo, pero en el resto de los países se mantiene
como una actividad muy insipiente. El origen de esto, es porque nunca en nuestros
países se ha dado una legislación que motive la construcción naval, mediante
beneficios de tipo tributario o con subsidios. El problema no es no saber hacer
construcción naval, aquí el factor demandante es el crédito, en Chile no hay
instalada una banca capaz de soportar por la vía del crédito, proyectos muy caros.
LA ESTRUCTURA BASICA DE UN BUQUE
Esta fotografía (lámina 5) muestra un buque de investigación oceanográfica del
Perú, que se llama Humbolt y que a veces opera en las instalaciones de Pta.
Arenas. Aquí pueden ver las partes y componentes del buque, para ir viendo cual
es la estructura de un barco.
Luego (misma lamina 5, abajo) podemos verlo en una estructura mas simple,
sacando todas las complejidades anteriores, el casco en si mismo es como un caja
de fósforos (todos los barcos básicamente son iguales).
Si cortamos por la mitad, aparece su estructura de acero. Las embarcaciones se
construyen para el peor escenario siempre, igual que las instalaciones costeras. Si
son barcos que van a navegar en ultramar, entonces tienen que ser diseñados para
el peor temporal estimado o registrado para esa zona. Para instalaciones costeras
el diseño se hará para un período de retorno de 100 años, esto dará los parámetros
para hacer las instalaciones. Generalmente por razones de costos se tiende a
aminorar estos factores.
Esto es un grave error, porque estos son factores
impuestos por la naturaleza. Tenemos aquí mismo un ejemplo en caleta Portales,
donde se construyó un muelle justo donde, por años se ha observado que los
barcos cuando cortan cadenas en los temporales van a dar, frente a la U. Sta.
María. Las embarcaciones por lo tanto pasaron a llevar el muelle y lo destruyeron,
estando ahora el muelle inutilizado para el propósito que fue creado y se ha
construido al lado de él otro más… (plop). Por lo tanto, aquellos que estén
trabajando en proyectos marítimos, en isla de Pascua, isla Juan Fernández, Pta.
Arenas, en Higuerillas, en el Aconcagua o estero Marga marga, no se pueden
considerar los promedios, esto conduce a que en algún momento las condiciones
de servicio van a ser sobrepasadas por las condiciones naturales y los sistemas
serán destruidos.
EL BUQUE COMO VIGA
El casco actua como viga.
Apoyo a lo largo de su eslora
Elementos transversales:
conexion entre longitudinales
Peso del buque vs. Empuje
“El esfuerzo por carga que
soporta la viga-casco a lo
largo de su eslora, sera la
diferencia entre el peso y el
empuje,
por
metro
de
estructura”
Los barcos (lamina 6), están sometidos a esfuerzos de tracción, compresión, corte
y flexión. Estos son los esfuerzos que sufre una embarcación cuando esta
navegando y éstos se trasladan a cada miembro estructural del buque, por es hay
que tener cuidado también cuando se diseñan sistemas que son flotantes, de que
no pueden tener ninguna cosa liviana que no sea solidaria con el resto de los
componentes, de manera que no pueda trasmitir de igual forma estos esfuerzos.
Hay que pensar que esta viga esta también sometida a fuerzas de empuje que
actúan hacia arriba y hacia abajo. De un lado esta el peso y del otro la boyantes y
esos pesos deben estar en equilibrio. Podemos ver aquí un barco típico que actúa
como una viga, están simulados pesos en ciertas zonas, tenemos boyantes en otra
zona, las que tienen que estar en equilibrio absoluto. Entonces si los pesos son
excesivos respecto al empuje de la boyantes, el barco o viga se desforma.
Debemos asegurarnos, por tanto, que los elementos longitudinales y transversales,
estén conectados y bien conectados, para que se produzca una correcta trasmisión
de los esfuerzos. Cuando en un barco se cortan elementos estructurales, se
produce una discontinuidad, lo que es mucho mas grave que cuando ocurre esto
mismo en tierra, porque se produce una suerte de escalada de elementos
estructurales que se van cortando.
VARIACION LOCAL DE PESO Y EMPUJE EN UN
BUQUE FLOTANDO EN AGUAS TRANQUILAS,
CORTE Y FLEXION
EXISTEN CARGAS
PREDOMINANTES
MOMENTOS FLECTORES :
TRACCION EN SU FIBRA ALTA
COMPRESION EN LA BAJA
ESFUERZOS CORTANTES
VALOR MAXIMO DEL MOMENTO
FLECTOR EN EL CENTRO DEL
BUQUE
DEFORMACION POR ESFUERZO
CORTANTE NULA EN EL CENTRO
Y MAXIMA ¼ ESLORA DESDE
LOS EXTREMOS
Aquí tenemos una visión mas detallada de la viga (lámina 7), la primera (arriba)
tiene una condición totalmente estática. Luego vemos distintos casos en donde
dependiendo de la ubicación de los pesos, la viga irá sufriendo distintas
deformaciones, de tipo cóncavo o convexo según cada caso. Lo que se muestra
en las figuras D y E, es la deformación derivada del paso de una ola.
Si miramos esto, que esta sucediendo con cierta frecuencia, la viga se está
deformando cóncava y convexa todo el tiempo, incluso cuando el mar se ve
estático, está ejerciendo deformaciones constantes todo el tiempo sobre el casco.
Este esfuerzo constante que termina por cortar las estructuras se llama fatiga de
material. Cortándose estas estructuras, el barco falla, se quiebra y se hunde.
Ustedes como arquitectos y diseñadores, no van a hacer estos cálculos, pero
deben tener claro la existencia de éste problema, para resolverlo junto a los
especialistas en cálculo estructural, los que manejan los protocolos y reglas para
diseñar una embarcación. Existe un tercer enemigo para las estructuras, que es la
corrosión. El acero va sufriendo un proceso de desgaste y si bien existen métodos
que permiten controlarla, debemos tenerla presente al momento de pensar una
obra náutica o marítima. Tanto muelles como cualquier instalación que está en la
orilla del mar, va a sufrir éste desgaste, debilitándose paulatinamente sus
elementos estructurantes. La corrosión no se produce porque los elementos estén
en contacto con el agua, sino por que lo hacen con el agua y el aire
alternadamente, esta combinación produce oxidación y cuando comienza es muy
rápida su propagación.
CONDICIONES DE QUEBRADO Y
ARRUFO EN UN BUQUE
EL TIPO
DE OLA (TEORICA)
POR EXPERIENCIA
Y ESTADISTICA
ESFUERZO
DE
ESFUERZO
POR
ES AQUELLA
CUYA LONGITUD ES LA ESLORAARRUFO
DEL BUQUE Y
QUEBRANTO
ALTURA 1/20 DE SU LONGITUD.
ESTA PONDRA EN DOS SITUACIONES CRITICAS A LA NAVE.....
Simulando el tipo de ola (figura 8), aquí nos encontramos con la peor situación, en
donde la longitud de ola es igual a la eslora de la embarcación, provocando los
mayores esfuerzos de tensión y compresión en la viga. Esto repetido durante un
período prolongado de tiempo acelera dramáticamente la fatiga de los elementos
estructurales. Un modo de minimizar la fatiga en ésta condición de navegación, es
bajar la velocidad, de manera de disminuir la cantidad de veces en que la
estructura se ve sometida a los esfuerzos ya descritos.
Existe por un lado la estructura principal del barco, pero además están todos los
elementos adicionados a esta estructura, como el motor principal, todos los
sistemas de navegación, elementos de salvataje, etc. Como una embarcación esta
en constante movimiento, y vaivén, estos esfuerzos son traspasados a las
fijaciones (pernos) que los sostienen, los que también deben estar muy bien
pensados y calculados para que no se fatiguen y lleguen a soltarse provocando
riesgos de caídas o desestibas. Mesas, sillas, puertas de alacenas, cajones y
cajoneras, tienen un modo de trabarlas o están directamente fijas a la estructura
por esta razón de la movilidad, cosa que no es primordial en el diseño en tierra. Un
barco tiene 3 grados de libertad: sube y baja, cabecea longitudinalmente y oscila
transversalmente. Por ejemplo, en los buque generalmente no se usas ampolletas
de rosca, porque terminan por caerse al desatornillarse por estos constantes
movimientos, se usan con un sistema llamado de bayoneta, además tienen doble
filamento para que las vibraciones no acorten demasiado su vida útil.
DISTRIBUCION DE TENSIONES LONGITUDINALES
EN UNA VIGA SOMETIDA A FLEXION
Tensiones de
Tracción
• Las fibras superiores de la
viga se alargan mientras que
las inferiores se contraen.
• La fibra no deformada se
encuentra en el eje neutro.
• Las
tensiones
crecen
gradualmente del centro a
los extremos.
Eje Neutro
Tensiones de
Compresión
(lámina 9) aquí vemos una amplificación de una plancha de acero y nos muestra
que siempre una parte de la plancha queda en tensión, otra en compresión y existe
un eje neutro que no sufre esfuerzos. Los especialistas (lámina 10, abajo) han
definido zonas mas criticas de la estructura del barco, zonas donde se pone
especial atención y se construye con mejores materiales. Por ejemplo, zonas de
carga, que coincide con la zona central de la embarcación.
ZONAS CRITICAS
LOS ESTUDIOS DE RESISTENCIA LONGITUDINAL CONSIDERAN LOS
VALORES CRITICOS DE ARRUFO Y QUEBRANTO
PROBLEMAS DE FATIGA: ESTIBA Y DISTRIBUCION DE PESOS A
BORDO (CARGAMENTO, LASTRE Y COMBUSTIBLE) , CURVA DE
PESOS POR METRO DE ESTRUCTURA..
CURVA DE EMPUJES: EVITANDO CIRCUNSTANCIAS CRITICAS DEL
ESTADO DE LA MAR, MEDIANTE CAMBIOS DE RUMBO Y VELOCIDAD
ESFUERZOS TRANSVERSALES
ACTUAN PERPENDICULARMENTE A LO LARGO DE LA ESLORA Y SON
DE DOS TIPOS:
LA PRESION HIDROSTATICA DEL
AGUA, INTENTANDO DEFORMAR
LA OBRA VIVA, PARA EVITAR ESTE
EFECTO SE CUENTA CON LOS
ELEMENTOS
ESTRUCTURALES
CORRESPONDIENTES DEL CASCO
Y EL FORRO DEL CASCO QUE
ACTUAN
LONGITUDINALMENTE.
TRANSVERSALMENTE, SOLO SE
OPONE EL ESPESOR DE LA
PLANCHA,
QUE
ES
EL
PARAMETRO MENOR DE LAS
MISMAS
A continuación vemos los esfuerzos transversales (lámina 11). La presión ejercida
por el agua sobre el costado del buque, sobre la cáscara o planchaje, como
también sobre el fondo, tiende a generar una deformación. Como existe una
columna de agua que empuja hacia arriba, es el casco quien recibe este empuje y
debe estar preparado para no deformarse ante este esfuerzo. Si sumamos a esto
la corrosión, evidentemente estas deformaciones podrán aumentar, porque va a
disminuir el espesor del material.
ESFUERZOS TRANSVERSALES
LA DEFORMACION TRANSVERSAL
POR ESFUERZOS DE INERCIA, AL
INCLINARSE EL BUQUE A UNA BANDA,
POR LA ACCION DEL PERFIL DE LA
OLA. LA ESQUINA DEL MARCO
TRANSVERSAL A LO LARGO DE LA
VIGA CASCO, SE ALEJA DEL EJE
NEUTRO Y LAS FUERZAS DE INERCIA,
POR
TANTO
SE
ACENTÚAN:
INCREMENTADAS
POR
LA
ACELERACION
TANGENCIAL
DEL
MOVIMIENTO OSCILATORIO.
EL COSTADO O PARTES LATERALES DEL CASCO, EN PARTICULAR LA
TRACA DE CINTA Y LA TRACA DE LA CUBIERTA SUPERIOR, A LA QUE SE
UNE.
ELEMENTOS DE RESISTENCIA DEL COSTADO Y CUBIERTA, LOS BAOS Y
CUADERNAS, PRINCIPALMENTE EN SU ZONA DE UNIÓN.
Aquí podemos ver como se produce la deformación transversal (figura 11), o lo que
se llaman esfuerzos de inercia transversal. Al inclinarse el buque a una banda por
acción del empuje de una ola, los puntos de unión de cubierta y casco son
extraordinariamente requeridos para soportar grandes esfuerzos, evitando que el
buque se destruya. Estos puntos de conexión, son puntos frágiles, es en donde la
estructura sufre más y tiende a romperse.
ESFUERZOS LOCALES
CARGAS EXTERNAS, COMO LA
PRESION EN LA ZONA DEL
FONDO DEL CASCO QUE TOCA
PRIMERO LA “CAMA DE
PICADEROS” A LA ENTRADA
ENDIQUE O EN UNA VARADA
CASUAL.
Aquí se ven ahora algunas condiciones de esfuerzos locales (lámina 12). Como los
barcos también deben estar diseñados para, cada cierto tiempo, sacarlos del agua
y llevarlos a dique (ej. Dique de Valparaíso), se hace un “cama” capas de recoger la
figura del casco y soportar su peso sin deformar la estructura. Por lo general un
buque no entra a dique cuando esta con carga, porque no es la condición en la que
fue construido en seco tampoco.
ESFUERZOS LOCALES
CARGAS INTERNAS
CONCENTRADAS:
MAQUINAS PROPULSORAS,
CALDERAS,
SUPERESTRUCTURA,ETC.
Aquí tenemos el tema de las cargas internas (lámina 13). Existen algunos equipos
extremadamente pesados, que concentran la carga en ciertas áreas de la
embarcación. El motor principal, las calderas, los generadores eléctricos, etc. En
estos casos los diseños de sus fundaciones y sus interconexiones con el resto de
los sistemas y estructuras del barco, deben ser especialmente hechas para
soportar estos esfuerzos adicionales. Súmese a ello, que cuando el motor esta
andando, esta provocando un movimiento vertical, que es el que hacer rotar el eje,
ésta vibración esta siendo totalmente trasmitida al resto del casco.
ESFUERZOS LOCALES
IMPACTO POR CHOQUE
CONTRA EL AGUA POR
EFECTO DEL CABECEO DEL
BUQUE NAVEGANDO, EN
PARTICULAR CON MAL TIEMPO
Y RUMBOS PROXIMOS Y
OPUESTOS AL TRASLADO DEL
PERFIL DE LA OLA Y
VELOCIDAD EXCESIVA. ESTOS
DEBEN SER ABSORBIDOS POR
EL MAMPARO DE COLISIÓN EN
PROA.
Aquí hay fotografías que grafican muy bien lo que llamamos esfuerzos locales
(lamina 14), es cuando el barco va navegando y se encuentra en estos escenarios
donde sufre impactos y esfuerzos adicionales. Impactos por choques con el agua y
por efecto del cabeceo, en particular por mal tiempo, rumbos próximos y opuestos
al traslado del perfil de la ola, con velocidad excesiva, por eso que a veces es
necesario disminuir la velocidad para minimizar estas situaciones.
ELEMENTOS ESTRUCTURALES
DEL BUQUE
MAMPAROS VERTICALES Y
TRANSVERSALES
Esta es una identificación de las estructuras del buque (lámina 15), las estructuras
al modo de murallas, las llamamos mamparos y hay dos mamparos muy
importantes en el buque: el mamparo a proa y el mamparo a popa. Ambos
mamparos son importantes puesto que si el buque choca o es chocado, igual como
ocurre con los automóviles, lo común es que sea en su parte delantera o trasera, es
importante que aún destruyéndose la estructura de proa o popa, las filtraciones
provocadas no se extiendan al resto de la embarcación, terminando en una
inundación prolongada y en el hundimiento.
ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEL
BUQUE
BLOQUE ESQUEMATICO DE FORRO
CUBIERTAS Y MAMPAROS
Así se ve (lámina 16) una vista esquemática y general de un barco, en el que si es
un barco de carga, los espacios centrales serán de carga y los laterales de lastre o
agua. Luego (lamina 17, abajo) una vista mas ampliada y detallada de la caja del
buque, donde están todos sus elementos estructurantes. En el fondo del buque al
centro, su columna vertebral, es la quilla. Es una estructura longitudinal altamente
resistente, al modo del chasis de un automóvil o camión. Hay una serie de
denominaciones para tener noción de cómo se llaman las partes de un barco.
ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEL
BUQUE
BLOQUE FORMADO POR EL FORRO Y
DEMAS ELEMENTOS ESTRUCTURALES
ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEL
BUQUE
MAMPAROS TRANSVERSALES,
LONGITUDINALES Y BULARCAMAS
Aquí (lámina 18), vemos con mas detalle como es la construcción de un barco. Las
estructuras longitudinales son importantes para recibir el planchaje que conforma el
casco. Los mamparos que aparecen acá, con su forma plegada, sirven para
construir con mayor facilidad y resistencia los espacios interiores del buque.
ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEL
BUQUE
MAMPAROS Y BULARCAMAS
Existen una serie de estructuras longitudinales y transversales, muy bien
dispuestas (alineadas) que van dando la forma al casco y aportando rigidez
también. En todos los elementos principales que se pueden apreciar (lamina 19,
arriba) existen unas perforaciones, que tienen varios propósitos. Uno es alivianar la
estructura, puesto que el corazón de un elemento estructural no aporta resistencia,
sino más bien puro peso. Ahora, si se trata de un estanque, por las perforaciones
el líquido puede fluir libremente. En algunos casos cuando la estructura es mayor y
la perforación también, permite el paso hasta de una persona para efectos de
registro de las estructuras o sistemas. (no se refiere a materiales y características)