- 1. Vigas y buques. Analogias Figura 1.1 - Barras en traccin y
compresin. Figura 1.2 - Cuerpo de peso y seccin transversal
uniformes, flotando en aguas tranquilas. Figura 1.3 - Fuerzas que
actuan en un buque flotando en aguas tranquilas.
2. Vigas y buques. Analogias Figura 1.4 - Calados relativos de
cinco zonas de un buque flotando en aguas tranquilas. Figura 1.5 -
Analogia de carga viga/buque Figura 1.6 - Buque en condicin de
quebranto. Figura 1.7 Buque en condicin de arrufo. 3. Analogias
Figura 1.8 - Corte longitudinal de una viga compuesta. a) viga
compuesta descargada. b) viga compuesta sometida a flexin. c)
tensiones en las superficies de contacto, indicadas en un trozo de
la viga compuesta. Figura 1.9 Viga rectangular sometida a flexin 4.
Analogias Figura 1.10. Distribucin de tensiones longitudinales en
una viga sometida a flexin. Figura 1.11. Ubicacin del eje neutro en
tres figuras geometricas simetricas. 5. Figura 1.12. -Metodo
prctico para determinar la posicin del eje neutro en una figura
plana irregular 1) dibujar el perfil en un carton y recortarlo. 2)
suspender el cartn recortado de un hilo en A, con un pequeo peso w
en el extremo del mismo y quedar en la posicin indicada en (a). 3)
marcar en el cartn dos puntos A y B alineados con el hilo y unirlos
con una lnea. Sobre la misma debe encontrarse el centro de gravedad
G. 4) suspender el cartn en C como se indica en (b) y efectuar el
mismo procedimiento que en (3). Sobre la lnea CD debe encontrarse
tambin el centro de gravedad. Esto es evidente dado que en la
interseccin de las lneas AB y CD debe estar G. 5) una vez
determinado G, el eje neutro puede dibujarse como se indica en (c).
6. Figura 1.13 Determinacin del momento de inercia I. de la seccin
transversal de una viga 7. Figura 1.14. - Determinacin del mdulo
resistente de la seccin transversal de una viga 8. Figura 1.15.
Propiedades de distintas secciones En la figura se muestran cuatro
secciones transversales de las siguientes proporciones y formas: a)
Un rectangulo de altura igual a la mitad del largo. b) Un
rectangulo de altura igual a dos veces el largo. c) Un perfil doble
T. d) Una viga cajon. e) Las cuatro figuras tienen la misma
superficie y son vigas que tienen igual peso por unidad de
longitud. 9. Figuar 1.16. Comparacion entre la seccion transversal
de un perfil doble T y ls de un buque de una sola cubierta A la
viga doble T se la compara con la seccion transversal de un buque.
La parte principal del casco del buque se puede considerar como una
viga cajon, donde el fondo y la cubierta son las alas y el forro
del costado el alma. Su diferencia respecto a la viga doble T es
que esta ultima tiene solamente un alma central y el buque tiene
dos, una en cada costado 10. Figura 1.17. Propiedades geometricas
de perfiles doble T modificados Cuando la viga buque esta cargada
con las fuerzas que produce el mar y la carga del buque, este se
flexionara como una viga y las alas superior e inferior seran
sometidas a tensiones de traccion y compresion respectivamente,
cuando este en condicion de quebranto. Estas tensiones se
invertiran cuando el buque este en condicion de arrufo. 11. Figura
1.18. Distribucion en la viga buque, de las tensiones de flexion,
en el costado del casco Las fuerzas de empuje que ejerce el mar
sobre el casco cambian continuamente, sometiendo a las estructuras
del fondo y cubierta a sucesivas inversiones de tension (de
traccion y compresion), cuando el buque pasa de la cresta al seno
de las olas. En cada instante dado, la tension resultante a traves
de una cualquiera de las alas (cubierta o fondo) es bastante
uniforme, mientras que las tensiones en el costado del casco varian
uniformemente, desde cero en el eje neutro al valor que existia en
las alas, segun muestra la figura. Mas adelante se vera la
influencia del rolido y/o cabeceo 12. Figura 1.19. Cubiertas
resistentes en diferentes tipos de buque a) buque mercante de tres
islas b) buque mercante de sobreestructura alargada c) buque
mercante con cubierta de abrigo d) portaviones con cubierta de
hangares como cubierta resistente e) portaviones con cubierta de
vuelo como cubierta resistente 13. Figura 1.20. Seccion media de un
buque mercante tipico, donde se muestran los componentes primarios
y secundario de la viga buque. a) sistema de construccion
transversal de un buque de carga general. b) sistema de
construccion longitudinal en un buque tanque. 1) las lineas de
trazo grueso continuo indican los componentes primarios de la viga
buque. 2) las lineas de punto indican los componentes seundarios de
la viga buque. 14. Figura 1.21. - Definiciones Buque: puede
definirse como buque todo flotador dotado o no de propulsion propia
y destinado a un fin comercial, militar, cientifico, auxiliar,
deportivo u otro cualquiera. Es una caja estanca de forma adecuada
a su funcion, llamado casco , sobre el cual se erige una
superestructura. Parte del casco esta sumergido,constituyendo la
obra viva o carena y el resto emerge llamandosele obra muerta.
Plano de simetria longitudinal: plano de crujia (plano basico de
referencia para el diseno) 15. Figura 1.22. - Representaciones
geometricas Secciones principales a considerar: a) corte del casco
con un plano horizontal (paralelo al de construccion) se obtiene la
linea de agua. b) corte transversal perpendicular al plano de
crujia y al plano de construccion, se obtiene la seccion
transversal c) corte con un plano paralelo al de crujia, se obtine
un vertical. 16. Figura 1.23. - Definiciones 17. Figura 1.24. -
Francobordo Marca de Plinsoll 18. Figura 1.25. Coeficientes de
forma de la carena 19. Figura 1.26 cont. Coeficientes de forma de
la carena 20. PRINCIPIO DE ARQUMIDES Equilibrio de un cuerpo
flotante Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido
recibe un empuje vertical, hacia arriba, igual al peso del fluido
desalojado por el cuerpo En el caso del buque, el volumen
desalojado por el cuerpo es el volumen de la carena Entonces si =
peso especfico del fluido, tenemos EMPUJE = . V Esta expresin solo
habla del empuje; el cuerpo puede no estar en equilibrio El peso
del agua desalojado por el buque es, por definicin, designado con
el nombre de desplazamiento. Este principio puede expresarse como:
EMPUJE = DESPLAZAMIENTO 21. Figura 1.27. Equilibrio de un cuerpo
flotante 1) PRIMERA CONDICIN BSICA DEL EQUILIBRIO DEL BUQUE P: peso
del cuerpo E: empuje PESO = EMPUJE PESO = DESPLAZAMIENTO * * Esta
expresin si determina un estado de equilibrio Recordemos: ACCION =
REACCIN un edificio en equilibrio A R P = E en buquessimilar a: 22.
Ejemplos: a)Determinar el empuje que recibe una esfera de 2m de
dimetro totalmente sumergida en agua de mar. ( =1,025 t/m3). Rta:
E=4,3 T b) Si la esfera de a) pesa 2,5 T Qu volumen deber emerger
para que la misma quede flotando en la superficie de mar? Rta: 1,75
m3 23. PESOS EN EL BUQUE Equilibrio de un cuerpo flotante
Combustible y Lubric Agua Provisiones Carga Tripulacin Variables
Condicin de carga InvariablePeso propio (vacio) pesos = P Por la 1
condicin: PESO TOTAL = DESPLAZAMIENTO (VER EJEMPLO) 24. CENTRO DE
CARENA: Se demuestra que el empuje que recibe el buque es una
fuerza que pasa siempre por el baricentro (o centro de volumen) de
la carena, llamado centro de empuje o centro de carena o centro de
gravedad del volumen de lquido desplazado por el buque. (Fsica:
Baricentros de Volmenes ). Este punto se designa con la letra B.
25. Figura 1.27. Equilibrio de un cuerpo flotante 2) SEGUNDA
CONDICIN BSICA DEL EQUILIBRIO DEL BUQUE E pasa por el centro de
carena B P pasa por el centro de gravedad del buque G E = P pero:
El centro de gravedad G y el centro de carena B del buque deben
estar sobre la misma vertical EQUILIBRIO DE UN BUQUE 1) P = E 2) G
y B a la misma vertical 26. Figura 1.28. Buque NN: Pesos y centros
de gravedad. 27. Figura 1.29. Metacentro. Estabilidad transversal
inicial 28. Figura 1.30. - Posicion del centro de carena y radio
metacentrico El metacentro transversal M, por definicion, se
encuentra sobre la vertical que pasa por el centro de carena B del
buque adrizado. Luego, su posicion estara dada por una sola
coordenada: su distancia BM a dicho centro. 29. Figura 1.31.
Equilibrio de un cuerpo flotante 30. Figura 1.32. Equilibrio de un
cuerpo flotante a) equilibrio estable b) equilibrio inestable c)
equilibrio indiferente 31. Figura 1.33. Equilibrio de un cuerpo
flotante 32. Figura 1.34. Estabilidad del buque a pequenos angulos
de escora Rotaciones del buque a) a angulos pequenos de escora b) a
angulos grandes de escora c) con asientos longitudinales 33. Figura
1.35. Traslacion transversal de pesos La traslacion se hace en el
sentido de la manga 34. CURSO DE DISEO NAVAL PROBLEMAS: TEOREMA DE
ARQUIMEDES, FLOTABILIDAD, COEFICIENTES DE FORMA . Aplicaciones a
embarcaciones.- Bibliografa con ejercicios: 1.- Arquitectura Naval.
Cuasi esttica. Determinstica. Probabilstica de Nelson Nosiglia.
Editorial Poligrafik. 2.- Elementos de arquitectura naval de
Antonio Mandelli. Editorial Alsina. 3.- Gua para estructuras de
buques de Amelio M, DArcangelo. Editorial Cornell Maritime Press,
Inc. (Maryland) 4.- Proyecto de buques de Ral Aleman. Editorial
Centro de Estudiantes de Ingeniera La Lnea Recta. UBA 5 .- Naval
Architecture, examples and theory de B. Baxter. Editorial Charles
Griffin & Company LTG. London and High Wycombe. 35. Ejercicios
propuestos con sus resultados:- N 1: Determinar el Empuje que
recibe una esfera de 2 metros de dimetro totalmente sumergida en el
mar. Rta.: 4,3 t N 2: Si la esfera del ejemplo anterior pesa 2,5 t
qu volumen debe emerger para que la misma quede flotando en la
superficie de mar? Rta.: 1,75 m3 N 3: Un trozo de madera homgenea
de 0,6 t/m3 de 2m x 4m y 1,50m de altura. Determinar su inmersin.
Rta.: 0,88m de inmersin. 36. N 4: Un buque tiene 120m de eslora,
18m de manga y 7,50m de calado. Su coeficiente prismtico es 0,78 y
el de seccin maestra 0,98. Cul es su volumen de carena y su
desplazamiento en agua salada? Recordar que: el coeficiente
prismtico: p= volumen de carena / volumen del cilindro = V / Am x
L, donde V = volumen de carena; Am = seccin maestra y L = eslora el
coeficiente de seccin maestra: m= Am / B x H, donde B = manga y H =
calado Rtas.: Vcarena = 12.383m3 y Empuje = 12.693t. N 5: Cul es la
relacin entre el volumen total de un tmpano y el volumen de la
parte que emerge al flotar aqul en agua salada? Peso especfico del
hielo 0,935. Rta.: 11,39 37. N 6: Cunto debe pesar una esfera de
80cm de dimetro para sumergirse en agua dulce exactamente hasta la
mitad? Rta.: 134,041kg. N 7: Una esfera de 20cm de dimetro pesa
2kg. Se la une a otra esfera del mismo dimetro y 5kg. de peso por
medio de un hilo (de peso y volumen despreciable) y se las arroja
al agua dulce. Qu volumen emerger de la esfera liviana? Rta.:
1370cm3 N 8: Un globo esfrico inflado con gas de peso especfico
igual a 0,00009 tiene un volumen de 10m3. El peso de la envuelta es
de 5kg.. Cul es la fuerza ascensional (diferencia entre empuje y
peso) en aire de peso especfico igual a 0,001293? Rta.: 7,03kg. 38.
N 9: Una mina submarina tiene un volumen de 0,7m3 y un peso de
300kg. Cul ser el esfuerzo en el cable que la sujeta al muerto
(peso de lastre apoyado en el fondo) en agua dulce? Rta.: 400kg N
10: Un cilindro se coloca en agua dulce y se constata que se hunde
25cm mantenindose vertical. Puesto en otro lquido se hunde tan solo
18cm. Cul es el peso especfico de este ltimo lquido? Rta.: 1,389
39. N 11: Un buque desplaza 15.000t. El peso del buque vaco es de
5.500t y el del combustible, lubricante, agua dulce, provisiones,
tripulacin y efectos de 1.170t. Cul es el porte bruto y el neto?
Recordar: Porte bruto =sumatoria de todos los pesos, excepto el
propio = Desplazamiento Peso propio Porte neto =porte bruto menos
combustible, lubricante, agua dulce, provisiones, tripulacin y
efectos Rta.: 9.500t y 8.330t
