GENERALIDADESSe denominan costados a las estructuras laterales de la viga-casco, disponiendo una con respecto a la otra, simetría de espejo, distinguiéndose en cada costado dos zonas cuya delimitación es la flotación a plena carga, que tendrán misiones estructurales distintas, ya que la perteneciente a la obra viva estará sujeta a esfuerzos continuos mientras que la superior o de obra muerta recibirá esfuerzos dinámicos. No obstante esta diferenciación de las zonas, todo costado, hasta la cubierta resistente formará la estructura principal de la viga-casco, pudiendo existir sobre ella una continuación que ayudará a las necesidades de resistencia. El centro del costado no estará sujeto a esfuerzos máximos flectores, situándose en el mismo el eje neutro del buque, recibiendo, por el contrario, mayores esfuerzos cortantes. La estructura de los costados contribuye eficazmente a las Resistencias Longitudinal y Transversal, y está formada por los siguientes elementos:
1. Forro Exterior.
2. Cuadernas.
3. Longitudinales de Costado.
4. Bulárcamas.
5. Palmejares.
FORRO EXTERIOR DE COSTADOEl forro exterior de costado abarca desde el canto alto de la traca de pan toque hasta la amurada, disponiéndose en forma de tracas longitudinales unidas entre sí por las "costuras". De todas las tracas, tiene entidad propia la que se une con la cubierta, denominada "traca de cinta", la cual recibe mayores esfuerzos de flexión por ser la que está más alejada de la línea neutra. En el caso de existir más de una cubierta, sólo una de ellas será resistente a efectos de la viga-casco y ésta será la que defina la traca de cinta.
El escantillón del forro exterior en la parte central del buque, y entre un 50 % de la eslora al centro, es de mayor magnitud que en proa y popa, pudiendo ser mayor en la zona de la flotación, cuando el buque está reforzado contra hielos.
Respecto a la situación de topes de planchas en las tracas, existen varias tendencias en las que entran como factor importante la calidad de la soldadura. Cuando existe baja calidad de ejecución se colocarán los topes alter nados de forma que estén en el centro de la distancia entre los mismos de tracas adyacentes. Si se usan medios automáticos, los topes pueden estar continuados, de forma que se creen cruces de cordones de soldadura. Este sistema tiene problemas respecto a la concentración de tensiones que se originan en el punto de cruce, que pueden dar origen no sólo a deformaciones sino también posibilidad de grietas. Si el cruce no es perfecto se han de separar una distancia mínima de 150 mm, lo cual reducirá los problemas.
Las tracas del forro, en los piques de proa y popa reducen su anchura y tienen que ser absorbidas una por cada dos, denominándose "atún" o "ladrón de traca", cuyas dos formas son las indicadas en la figura 1.
El forro exterior puede estar interrumpido por discontinuidades, unas generales, como los escobenes, y otras propias del tipo de buque, puertas para buques de pasaje. Estas discontinuidades originarán concentraciones de esfuerzos en los laterales de las mismas que deberán ser reforzados para evitar roturas. El reforzamiento generalmente será con aumentos de espesor de las planchas o bien en algunas ocasiones, mediante la colocación de planchas dobles. Uno de los efectos que suele ocurrir en el forro exterior, independiente de los esfuerzos, y que requiere cálculo extra, es la corrosión y desgaste. A pesar de que este efecto se puede evitar mediante un buen mantenimiento y calidad en las pinturas, muchas veces se suelen aumentar los escantillones.
CUADERNAS
Las cuadernas 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.
Las cuadernas podrán ser de bodega, entrepuente y piques, variando entre ellas casi exclusivamente la separación y las dimensiones, teniendo en cuenta que en una misma sección transversal pueden existir dos tipos distintos, interrumpidos por la cubierta pero con continuidad estructural, en general con consolas a ambos lados.
Los puntos de más interés en las cuadernas son las conexiones con el resto de la estructura, fondo y cubiertas, ya que al ser estas zonas las de máximos esfuerzos de flexión, se requieren uniones sólidas que ayuden a la unión simple de las planchas. Estas conexiones dependerán del tipo de estructura que tenga tanto el fondo como la cubierta, pudiéndose dar los siguientes casos indicados en la figura 2.
Las soluciones a), b), c) y d) de la figura 2, son para buques con doble-fondo, con plancha de margen horizontal (a y b) Y perpendicular al pan toque (c y d). La forma más convencional, pero que presenta problemas al reducir la manga interior de la bodega, es la que la consola de margen toma inclinación hacia arriba, cortándose la cuaderna antes de llegar al forro interior (solución a y c). Frente a este problema, en muchas ocasiones se continúa la cuaderna para que la unión con la varenga se realice bajo la línea del forro interior, en cuyo caso ha de perforarse mediante un escote la chapa de margen; esa solución presenta la gran ventaja de no interrumpir la superficie de bodegas, pero tiene el problema de debilitar la traca de margen, con la necesidad, por supuesto, de acorbatar el perfil, trabajo que debido a la zona en que se encuentra puede presentar problemas constructivos importantes. No obstante este tipo de unión se usa con frecuencia (soluciones b y d).
Cuando el fondo es sencillo, la unión ha de hacerse directamente a la varenga, con el único problema de la interconexión de la tabla de la varenga con la del perfil que sólo es fácil cuando éste corresponde a uno en "T". En los casos más generales, con perfiles en ángulo o llanta con bulbo, se aprovechará la consola a la que se le colocará una tabla para dar continuidad de formas (figura 2, e y f). Asimismo, la consola de margen podrá formar parte de la varenga o ir sobre la tabla de la misma.
Como casos generales, se puede observar que la unión de las cuadernas con la estructura del fondo se hace a través de la consola de margen, que suele disponer de tabla, armada o afaldillada, y que la conexión es a la varenga. Cuando no existiesen varengas, situación que sólo se presenta en buques con fondo de estructura longitudinal y costados transversales, se agrandará la consola de margen, hasta que conecte con el primer longitudinal de fondo o vagra, pudiendo la consola estar dividida por el forro interior. Estas soluciones constructivas pueden ser usadas con fondo sencillo o doble-fondo, indistintamente (figura 3).
En cuanto a la unión con las cubiertas, aunque es similar se estudiará una vez vistos los baos.
Para cuadernas de entrepuente las soluciones constructivas del extremo bajo son iguales que las de bodegas con forro interior horizontal, pudiéndose dar el caso de soldadura directa la cabeza del perfil a la plancha de trancanil, sustitutiva en cubiertas de la de margen. Las cuadernas de pique, al tener éstos estructura de fondo sencillo, la unión será igual que en bodegas.
Las cuadernas podrán disponer de groeras para el paso de soldadura de las costuras de tracas del forro exterior.
LONGITUDINALES DE COSTADO
Los longitudinales de costado son elementos de soporte de estructura similar a las cuadernas, pero en sentido longitudinal, los cuales tienen como funciones:
a) Contribuir eficazmente a la resistencia longitudinal.
b) Ser soporte de los esfuerzos dinámicos que recibe el forro exterior y transmitido al resto de la estructura.
La separación de los longitudinales de costado es similar a la de las cuadernas, entre 700 y 1.000 mm., siendo continuos a lo largo de la eslora, Cuando existan mamparos transversales estancos, la continuidad se dará por consolas, o bien atravesándolos por escotes que posteriormente se acorbatarán.
En general, el uso de longitudinales de costado es para buques de eslora superior a los 130 mts., los cuales requieren una gran resistencia longitudinal, lo que hará que los perfiles usados sean de escantillón superior 11 las cuadernas, obligando a veces a perfiles armados en forma de “T” o “L”. Puede darse el caso que los longitudinales de costado no ocupen la totalidad de la eslora del buque, disponiendo éste de zonas como la Cámara de Máquinas, con cuadernas y bodegas con longitudinales, o bien en buques con entrepuentes de estructura transversal y bodegas longitudinales.
BULARCAMAS
Las bulárcamas son elementos de resistencia transversal, que forman secciones reforzadas con las varengas y baos reforzados. Son elementos de gran resistencia que existen tanto en buques con estructura transversal como longitudinal, colocándose en el primer caso alternado con las cuadernas y equidistante entre sí. En buques con estructura longitudinal son las bulárcamas de gran importancia, pues son los únicos elementos transversales estructuralmente.
Por estas causas son misiones de las bulárcamas las siguientes:
a) Ser elementos fundamentales en la resistencia transversal del buque.
b) Ser soportes eficaces del forro exterior del costado.
c) Ser sujeción de los longitudinales de costado, recibiendo los esfuerzos que éstos trasmitan.
La estructura de una bulárcama está formada por un alma de plancha, que podrá disponer de escotes para el paso de longitudinales si existen, con una tabla, formando "T" o "L".
Cuando existen mamparos longitudinales, la bulárcama tendrá en el mismo plano transversal y sobre el mamparo un elemento similar denominado "contrabulárcama", unida mediante traviesas, para formar un anillo de gran resistencia estructural.
A todo el conjunto, de uso muy generalizado en buques petroleros, se le del10mina "bulárcama", aunque realmente sean varios refuerzos independientes.
La unión de la bulárcama con la estructura del fondo se hace de forma directa, ya que la anchura del alma es tal que no requiere de consolas de margen. Así cuando el fondo es sencillo (figura 4.a), sólo será necesario dar una pequeña curvatura a la parte lateral de la varenga que unirá con pié de la bulárcama.
Cuando es doble-fondo, la bulárcama se soldará directamente al forro interior, tanto alma como tabla, pudiendo sustituir el pie de la bulárcama a la consola de margen (figura 4.b). Este tipo de uniones son de gran facilidad y muy efectivas para formar los anillos transversales.
PALMEJARESLos palmejares son elementos reforzados en sentido longitudinal, disponiendo de poca importancia en la resistencia longitudinal del buque, por ser elementos muy aislados. Como misiones fundamentales de los palmejares son:
a) Ser soporte del forro exterior.
b) Ser sujeción de las cuadernas, para mantener su posición con respecto al forro y trasmitir los esfuerzos de las mismas al resto de la estructura.
Los palmejares están formados por alma de plancha y tabla, con aligeramientos para paso de las cuadernas cuando estén en estructuras transversales, como es lo normal, teniendo un escantillón similar a las bulárcamas para efectos de hacer cruces eficaces (figura 5).
El palmejar se interrumpe no sólo en el cruce con la bulárcama, sino también en mamparos, realizándose la conexión mediante consolas, teniendo en cuenta que casi siempre coincidirá el plano del palmejar con el de los refuerzos horizontales de los mamparos, tanto transversales como longitudinales, formando anillos longitudinales reforzados en sentido horizontal.
Cuando la estructura de costado es longitudinal, el número de palmejares se reduce e incluso no es necesario su colocación, debido a que la escasa resistencia longitudinal que da es suministrada por los longitudinales del costado y la función de sujeción sólo se limita a las bulárcamas, a las cuales se les puede dar a través de consolas que conectan con los elementos sencillos.
En general el número de palmejares suele ser mínimo en estructuras de costado, uno o dos y dependiendo por supuesto del puntal de bodega o entrepuente.
ABERTURAS EN LOS COSTADOS
En algunos tipos de buques, tales como ferrys, roll-on/roIl-off, son necesarias aberturas en los costados para el movimiento de personal y carga, que han de ser normalizadas de tal manera que no afecten de forma sustancial a la resistencia estructural, tanto transversal como longitudinal, al mismo tiempo que garanticen los cierres una perfecta estanqueidad.
cuando se realiza una abertura en una plancha de forro se ha de tener en cuenta el efecto negativo que se produce con respecto a la resistencia del conjunto, ya que se crea por una parte una reducción de material y por otra se cortan las líneas de fuerza que circulan a lo largo del acero cuando éste está sujeto a esfuerzos en alguna de sus partes, principio en el que se basa la transmisión de la que se lleva hablando en todos los puntos anteriores.
Especificando para cada uno de estos puntos, se ha de tener en cuenta que la resistencia de la estructura está dada por las planchas y los elementos de soporte, como son las cuadernas, longitudinales, etc. La abertura por lo general va a afectar ambos y la compensación puede realizarse mediante los siguientes principios:
a) Reforzamiento de las planchas que rodean la abertura mediante espesores más grandes que los que existían sin la misma.
b) Aumento de los elementos de soporte, de forma que aquellos que se interrumpan se unan a otros y el conjunto antes y después de la abertura tenga igual resistencia.
c) Colocación de cierres que una vez apretados, además de la estanqueidad, proporcionen resistencia a la estructura.
A efectos de evitar en las esquinas concentraciones de esfuerzos, por una superposición y ruptura de las líneas de fuerza, se deberán hacer redondeadas o con grandes refuerzos. Siguiendo esta serie de principios se puede garantizar cualquier tipo de abertura.
En la figura 6 se puede apreciar la modificación de la estructura, pudiéndose comparar entre la misma con o sin abertura. Es de destacar que los principios anteriormente indicados se han cumplido, primero con un alimento de espesor en la plancha que rodea a la abertura, y en segundo lugar con el reforzado alrededor de la misma que recibirá esfuerzos de las cuadernas y bulárcama en sentido transversal y del palmejar longitudinalmente, creándose un doble palmejar a ambos lados y una doble bulárcama que en general se puede decir que forman una estructura similar a una brazola interior. Solo faltaría la estructura resistente del cierre que deberá estar compuesta de plancha reforzada con elementos de soporte, tipo llanta o perfil que tenga una estructura similar a la general del costado.
CONJUNTO ESTRUCTURAL DE LOS COSTADOSComo se ha visto, los costados del buque están formados por planchas en forma de tracas longitudinales con un reforzado de elementos en sentido longitudinal o transversal.
En sentido longitudinal los esfuerzos están concentrados en la parte baja y alta, es decir en las zonas de pan toque y en las intersecciones con la cubierta principal, traca de cinta, disminuyendo a medida que se alejan de estas zonas, hasta que al Ilegal' a la línea neutra son nulos. Esta línea está situada en el costado, por lo tanto los requerimientos estructurales son mínimos, y por lo general la plancha del forro exterior suele tener casi la resistencia longitudinal necesaria para todo el conjunto, pudiéndose dar por medio de longitudinales de costado la que falte.
Transversalmente existen las bulárcamas y los mamparos transversales que podrían dar una resistencia apropiada; no obstante los escantillones y separación tan poca de las bulárcamas serían tan grandes que sería un problema la utilización de bodegas, requiriéndose por lo tanto las cuadernas para hacer un reforzado más uniforme.
Las principales combinaciones de los elementos de soporte, tanto simple como reforzado, cumplen con los siguientes principios:
a) Siempre existen bulárcamas.
b) Para buques de más de 130 mts. de eslora se recomiendan estructuras con longitudinales de costado.
c) Para buques pequeños se recomiendan cuadernas sujetas por uno o dos palmejares, cuando la altura del puntal así lo requiera.
En la figura 7 se pueden observar las dos formas clásicas de hacer un costado. En la solución (a) se trata una estructura transversal y en la (b) longitudinal.
APENDICES DEL FORRO EXTERIORSon apéndices del forro exterior:
1. La quilla de balance.
2. Los cintones.
Quilla de balance
La mayoría de los buques tienen en la zona del pantoque un angular perpendicular a la traca, que tiene como misión fundamental reducir el balanceo del buque. Además como funciones secundarias ayudará a la resistencia longitudinal de la viga-casco y protegerá las planchas contra golpes.
La acción contra el movimiento que tiene la quilla de balance es relativamente pequeña pero efectiva y virtualmente con un bajo costo de construcción. La situación puede ser estudiada para cada buque, siendo en general la zona central la que con su colocación tiene mayores efectos, estando en el interior de la superficie limitada por los planos de manga máxima y plano del fondo según la astilla muerta, pudiéndose extender hasta proa y popa en un 75 % de la eslora.
El perfil que suele usarse para quilla de balance es la llanta con bulbo, que podrá soldarse directamente a la traca de pan toque o a través de una pletina (figura 8), a la que se soldará o remachará, ya que es siempre conveniente que la unión no sea resistente para que cuando existan esfuerzos localizados esta se desprenda sin afectar a la traca de pantoque.
Para ésta solución se suelen usar soldaduras discontinuas que reduzcan el área efectiva de sujeción (figura 9).
Los esfuerzos máximos que la quilla trasmite al casco se encuentra en los extremos de proa y popa, para lo que requiere que éstos estén reforzados, trabajo que se hace generalmente con una plancha doble con formas redondeadas,
Figura 10
al mismo tiempo que se reduce la sección horizontal, para que el efecto de presión del agua sea mínima y creciente hacia el interior (figura 10)
al mismo tiempo que se reduce la sección horizontal, para que el efecto de presión del agua sea mínima y creciente hacia el interior (figura 10)
La anchura máxima que suelen tener las quillas de balance es de 400 mm., por lo general.
Cintones.
Los cintones son estructuras exteriores al casco (apéndices) que sirven millo defensa del mismo contra golpes que el casco pueda recibir de agentes exteriores, siendo sólo usado en buques que requieren mucho contacto con muelles o como en el caso de remolcadores, con otros buques, disponiendo en cada caso de estructuras específicas así como situación definida.
El cintón es una estructura compuesta de materiales rígidos combinados con otros flexibles, acero y madera o goma, pudiendo ser en algunos casos exclusivamente de acero, pero con la salvedad de buscar en éste cierta flexibilidad. La forma más normal de esta estructura es la indicada en la figura 11en la que al mismo tiempo se pueden observar detalles de su colocación, que ha de ser en lugar de gran reforzamiento interior, ya que aunque los esfuerzos que se reciban a través del cintón van a ser amortiguados por éste, es necesario que la estructura los reciba y los trasmita lo más ampliamente posible al resto de la misma, evitando por lo tanto deformaciones locales.
Cintones.
Los cintones son estructuras exteriores al casco (apéndices) que sirven millo defensa del mismo contra golpes que el casco pueda recibir de agentes exteriores, siendo sólo usado en buques que requieren mucho contacto con muelles o como en el caso de remolcadores, con otros buques, disponiendo en cada caso de estructuras específicas así como situación definida.
El cintón es una estructura compuesta de materiales rígidos combinados con otros flexibles, acero y madera o goma, pudiendo ser en algunos casos exclusivamente de acero, pero con la salvedad de buscar en éste cierta flexibilidad. La forma más normal de esta estructura es la indicada en la figura 11en la que al mismo tiempo se pueden observar detalles de su colocación, que ha de ser en lugar de gran reforzamiento interior, ya que aunque los esfuerzos que se reciban a través del cintón van a ser amortiguados por éste, es necesario que la estructura los reciba y los trasmita lo más ampliamente posible al resto de la misma, evitando por lo tanto deformaciones locales.
