GENERALIDADES
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. Las cubiertas intermedias tendrán resistencia propia y ayudarán a la resistencia total, principalmente como elementos de transmisión de esfuerzos.
Cuando una cubierta intermedia está limitada en eslora o manga, se denomina plataforma y su resistencia será para soportar cargas locales, independizándose casi por completo de la resistencia general del buque.
La estructura de cualquier tipo de cubierta está formada por los siguientes elementos:
1. Forro.
2. Baos.
3. Longitudinales de cubierta.
4. Baos reforzados.
5. Esloras.
FORRO DE CUBIERTA
El forro de cubierta está formado por tracas, dispuestas generalmente en sentido longitudinal, aunque para cubiertas intermedias se pueden colocar transversalmente (figura 1).
Tradicionalmente la cubierta superior disponía de doble curvatura, compuesta por el arrufo y la brusca, cuya misión fundamental es la de conseguir seguridad en el buque mediante la eliminación rápida del agua embarcada sobre la misma durante la navegación.
La curva de arrufo, consistente en elevación de la horizontal en proa y popa, está únicamente definida en los Reglamentos de Franco-Bordo como una función de la eslora, considerándose que en la proa el valor de la elevación ha de ser el doble que en la popa, y en el centro o cuaderna maestra, cero.
La curva de la brusca se ha tomado por lo general casi siempre 1/50 de la manga del buque y de tipo parabólico, aunque en la actualidad se están realizando de tipo poligonal o trapezoidal, manteniendo una zona plana en el centro y caídas hacia los costados.
Esta doble curvatura ha creado problemas constructivos, ya que la maquinaria del Taller de Herreros de Ribera no es apropiada a tales fines y se está llegando a soluciones de tipo poligonal, con lo que se resuelven gran parte de los inconvenientes.
De todas las tracas que definen el forro de la cubierta, tienen gran importancia las laterales que se unen a la de cinta para formar las esquinas superiores de la viga-casco. Estas tracas denominadas de trancanil suelen tener un espesor mayor que el resto y la unión con el forro exterior del costado es de gran importancia, ya que como se dijo anteriormente, es una zona en la que los esfuerzos debidos a momentos Electores son mayores.
Cuando existen aberturas, cosa muy corriente en casi todos los buques mercantes, como son las escotillas de carga y descarga, las tracas que las delimitan tendrán tratamiento especial.
Las cubiertas suelen forrarse muchas veces con madera, con el fin de proteger el acero contra corrosión y elementos abrasivos que las desgasten así como para dar seguridad al paso del personal evitando el deslizamiento con la superficie mojada. La cubierta de madera suele ocupar toda la zona que va a la intemperie, dejando a veces los laterales como canales de agua (figura 2). Esta finalidad que se consigue con la madera puede también obtenerse mediante pinturas especiales, solución muy utilizada en la actualidad.
BAOS
Los bao s son los elementos de soporte de las cubiertas en sentido transversal, pudiéndose distinguir entre baos simples y reforzados.
El bao simple tiene como funciones principales:
1. Contribuir a la resistencia transversal.
2. Ser elementos de soporte de las planchas de la cubierta.
3. Transmitir los esfuerzos que se reciben en la cubierta a los costados a través de las cuadernas.
El bao es elemento tipo perfil comercial, preferentemente ángulo "L" o llanta con bulbo, asignando un escantillón según sea la cubierta resistente o no y cuando la estructura es transversal en el costado existirá un bao por cuaderna; es decir, la separación de los baos es la clara de cuadernas.
En estructuras transversales de cubierta y debido a la necesidad de un reforzamiento por las aberturas de escotillas, se colocarán baos reforzados, con misiones idénticas a las simples pero de mayor escantillón, debiendo por lo tanto ser del tipo armado, en tal caso en forma de "L" o "T",
El bao reforzado cumple misiones específicas con estructuras longitudinales de la cubierta, en las que será:
1. Elemento eficaz de resistencia transversal.
2. Sujeción de los longitudinales de cubierta.
3. Elemento de reforzamiento de las aberturas de las escotillas.
En general el bao reforzado dispondrá de escotes para el paso de los longitudinales pudiendo ser intercostal entre las esloras y mamparos longitudinales.
LONGITUDINALES DE CUBIERTA
El longitudinal de cubierta es el elemento de soporte de las cubiertas cuando éstas tienen estructura longitudinal, teniendo como misiones:
1. Contribuir eficazmente a la resistencia longitudinal del buque.
2. Transmitir los esfuerzos que recibe la cubierta a los anillos transversales y mamparos.
El longitudinal tiene características similares al bao en cuanto a tipo de elemento y separación, uniéndose a los refuerzos de los mamparos mediante consolas similares a la unión de baos y cuadernas, siendo sujetados entre estas uniones mediante los baos reforzados con o sin ayuda de consolas. En algunas ocasiones el tipo de perfil puede ser exclusivamente de llanta sin ala o tabla.
ESLORAS
Las esloras son elementos reforzados de soporte longitudinal de las cubiertas de gran importancia estructural ya que forman los anillos longitudinales en combinación con los refuerzos de mamparos y vagras.
El número de eslora s generalmente es reducido, dependiendo de la estructura de la cubierta y de las aberturas por escotillas que ésta tenga, existiendo en todo tipo de buques por lo tanto, ya que en estructuras transversales tendrán como misión:
1. Contribuir eficazmente a la estructura longitudinal.
2. Sujetar los baos.
3. Ser puntos de apoyo de puntales.
En estructuras longitudinales la única función de las anteriores que no cumplen es la referente a la sujeción de los baos, ya que éstos no existen.
El tipo de perfil más usado es el de "T", de tipo armado, ya que dispone de simetría y la unión con los otros elementos o forro de mamparos es más efectivo. Cuando la eslora esté en los laterales de las escotillas se suelen usar ángulos en "L", de tipo armado igualmente.
Las esloras suelen ser continuas entre mamparos estancos, a los que unirán de forma efectiva bien directamente o con consolas, lo que dará continuidad estructural.
En los finos de proa y popa las esloras, si son laterales, suelen tomar inclinación con respecto al plano longitudinal con el fin de actuar centradas con la manga del buque en esas zonas. Estas conexiones y características son de gran importancia, ya que en muchos buques son los únicos elementos de soporte de las cubiertas en sentido longitudinal, al mismo tiempo que son básicos para la transmisión de esfuerzos al fondo a través de los puntales.
CONJUNTO ESTRUCTURAL DE LAS CUBIERTAS
Al igual que el resto de la estructura, las cubiertas pueden tener estructura longitudinal y transversal, siendo una u otra casi exclusivamente debida a las necesidades de resistencia que tenga la viga-casco. En ambos casos existen siempre los elementos reforzados, baos reforzados y esloras, siendo los simples que se combinan con ellos los que refuerzan el tipo de estructura.
En el caso de ser la cubierta de estructura longitudinal (figura 3), los baos reforzados se conectarán con los longitudinales de cubierta mediante los escotes que les servirán de sujeción y consolas que los unirán con la tabla del mismo.
Figura 3Las consolas podrán ir a tope con los longitudinales o a solape y el bao reforzado generalmente es intercostal entre las esloras.
Esta estructura repite sus características en el caso transversal, en la que los baos tendrán tratamiento similar a los longitudinales respecto a las esloras, disponiendo por lo tanto de escotes y consolas en los cruces.
En ambos casos, las esloras y baos reforzados tienen alturas iguales, lo cual hará que los cruces entre ambos sean sencillos de alma con alma y tabla con tabla.
CONEXIONES DE LA ESTRUCTURA DE CUBIERTA CON EL RESTO
La conexión de la cubierta con el resto de la estructura son las que se realizan con los costados y con los mamparos tanto longitudinales como transversales, las cuales serán estudiadas cuando se analicen éstos últimos.
La unión entre los costados y cubiertas, es de gran importancia, pues en ella se van a ejercer grandes esfuerzos de tracción y compresión por ser la esquina superior de la viga-casco y por lo tanto en donde los momentos flectores son máximos al mismo tiempo que alternativos.
Dentro del tipo de unión se han de tener en cuenta los tipos de estructuras que pueden tener tanto la cubierta como el costado. Así cuando el Costado y cubierta son transversales se pueden dar dos casos: elementos simples, cuaderna y bao (figura 4), y elementos reforzados, bulárcama y bao reforzado (figura 5).
(a) (b)
(a) El elemento más importante es la consola, pudiendo ser colocada a tope con las alas de los perfiles (figura 4, a) o a solape, abarcando la esquina totalmente (figura 4, b). Esta última solución se adopta como medio óptimo, cuando el trancanil es redondeado, que suele darse en algunos buques como los petroleros.
Cuando los elementos que se unen son reforzados, la unión es directa entre almas y tablas, sin necesidad de consola, soldándose por lo tanto a tope ambos elementos.
Como se ha podido observar, este tipo de uniones presentan una gran simplicidad y resistencia pero no siempre se dan estructuras transversales y por lo tanto es necesario ver las distintas combinaciones como son: estructura transversal en el costado y longitudinal en la cubierta (figura 6) y viceversa (figura 7).
En ambos casos la consola que une un elemento con otro hace la esquina resistente, teniendo en cuenta que raramente se unen los elementos transversales a las planchas de cubierta o costado quedando a una distancia que permita la soldadura de las tracas de cinta y trancanil. Las consolas con el elemento transversal, pueden unirse a solape o a tope como se indica en las figuras 6 Y 7, pudiéndose dar los casos representados en la figura 8.
Finalmente, cuando las estructuras son longitudinales en ambas estructuras, no existe una conexión entre los elementos y puede darse el caso de que la unión se realice exclusivamente entre planchas, debiendo crear un elemento tipo consola de grandes dimensiones para reforzar la esquina si fuese necesario; así se da el caso, por ejemplo, en los buques graneleros de disponer de reforzados interiores en los tanques altos que interconectan los longitudinales de cubierta y costado. En la figura 9 se representa una unión simple, y en la figura 10, a través de una estructura combinación de bao reforzado y bulárcama en el interior de un tanque alto.
ESCOTILLAS
Las escotillas son aberturas con cierres no permanentes, que se realizan en las cubiertas con el fin de permitir la carga y descarga de las bodegas, teniendo dimensiones que dependerán de las funciones del buque, llegando en algunos casos, como en los buques portacontenedores a dimensiones tales que ocupan casi la totalidad de la cubierta. Estas discontinuidades que se presentan en las cubiertas y que por otra parte no son posibles de eliminar, originan grandes perturbaciones en la resistencia estructural de la viga-casco, por lo que han de estudiarse detenidamente con el fin de reducir al máximo los problemas, no sólo la falta de resistencia sino también de tipo constructivo.
Dentro del estudio que ha de realizarse de las escotillas, se puede agrupar éste según dos conceptos: la abertura y los cierres, ya que éstos al mismo tiempo que dan estanqueidad han de proporcionar resistencia a la estructura de la cubierta que, como se ha indicado, ha sido debilitada por la abertura.
ABERTURA DE ESCITILLAS
Cualquier abertura que se realice en una estructura, origina una discontinuidad que se refleja especialmente en una disminución de la resistencia y una distribución no uniforme de las líneas de fuerza que la recorren, siendo el origen de concentración de esfuerzos en determinadas zonas. Si se analiza gráficamente la cubierta, la cual es recorrida por una serie de líneas de fuerza, distribuidas uniformemente, a la que se ha practicado una discontinuidad (figura 11),
se puede observar cómo estas líneas toman caminos distintos y se producen concentraciones en zonas como proximidades de la abertura en el sentido longitudinal y en las esquinas de la misma, Esta concentración se puede reflejar en deformaciones, o incluso en la rotura del material, por lo que será necesario hacer un reforzamiento.
Este efecto de aumento de esfuerzos crea otra zona en las que prácticamente no actúan esfuerzos y por lo tanto para efectos de cálculo de resistencia general del casco no debe ser considerada, la cual se sitúa entre aberturas próximas (figura 12), ya que se encuentran modificadas las líneas de fuerza y la continuidad sólo es posible no circulando por esas áreas. El ángulo de entrada y salida se considera como aproximación de 30º.
Para evitar los problemas derivados de las aberturas de escotillas han de tomarse en cuenta los siguientes principios:
a) Se deberán reforzar las planchas y elementos de soporte en los laterales longitudinales de las escotillas. Con este reforzamiento se compensará en parte el acero eliminado por la abertura, al mismo tiempo que se harán más resistentes para la mayor concentración de esfuerzos.
b)Las esquinas de la abertura se realizarán redondeadas para facilitar la continuidad de las líneas de fuerza a la vez que evitar por la misma causa, fracturas en la plancha.
c)Para compensar la pérdida de resistencia y disponer de máxima resistencia contra esfuerzos en las esquinas, se colocarán planchas de diamante o dobles en las mismas, aumentando de esta forma el espesor y el reparto de esfuerzos por lo tanto será más adecuado. Estas planchas se soldarán con las adyacentes cuidando mantener una continuidad con los sistemas apropiados.
d)Todo el reforzamiento en base a elementos de soporte se hará de tal modo que su resistencia sea máxima, basándose fundamentalmente en la colocación de esloras y baos reforzados en los laterales, tanto longitudinales como transversales de las aberturas, así como en el resto, tratando de transmitir al máximo los esfuerzos a las estructuras de costado y mamparos y al fondo a través de los puntales.
e) Se tratará de dar resistencia a la cubierta con la colocación de elementos específicos, como son las brazolas y cierres metálicos de las escotillas.
Siguiendo estos principios como elementos estructurales con características especiales se pueden considerar:
1. Forro de cubierta de escantillón superior en los laterales de las aberturas.
2. Esquinas redondeadas y de mayor espesor o plancha doble.
3. Elementos estructurales reforzados, esloras y baos reforzados, en el perímetro de la escotilla, así como elementos de transmisión a los costados y mamparos.
4. Puntales próximos a la abertura para transmisión de los esfuerzos al fondo del buque.
5. Brazolas que aumenten la resistencia suministrada por los refuerzos estructurales.
El conjunto estructural de una escotilla por lo tanto se puede representar tal como se indica en la figura 13, para el plancheado, y la figura 14 para el reforzamiento que se consideró con estructura transversal de la cubierta.
Cuando la estructura es longitudinal en la cubierta, será necesario la colocación de baos reforzados que coincidirán con las estructuras reforzadas de costados, bulárcamas, y de fondo, varengas, no existiendo por lo tanto baos sino longitudinales, en cuyo caso la sección AA y CC de la figura 14 se transforma tal como se indica en la figura 15.
Transversalmente las modificaciones son similares, teniendo sólo como principal detalle el que las consolas que están uniendo los baos con las esloras del borde de la escotilla e irán hasta el longitudinal de cubierta adyacente (figura 16), estando situadas en el mismo plano que los barraganetes de las brazolas de la escotilla.
Respecto a los otros elementos estructurales que aparecen en el reforzamiento de las escotillas, es de hacer notar los puntales y las brazolas. Los primeros aunque su estructura es igual casi siempre, como se verá más adelante, la única salvedad de importancia es el número de ellos, que podrá ser tal que coincida uno en cada esquina de la escotilla, o bien en el centro de la escotilla o conjuntamente ambas soluciones. En cualquier caso, el apoyo se tratará de hacer en cruce de bao reforzado y eslora. En algunas ocasiones se divide la bodega por un mamparo longitudinal en crujía, lo que actuará como apoyo centrado y similar a si existiera un puntal único en el mismo plano.
Las brazolas de escotilla, que además de la misión básica de reforzamiento de abertura, cumplen funciones de seguridad contra estanqueidad en la cubierta superior o de franco-bordo, deberán su forma y construcción al tipo de cierre que disponga la escotilla. Así la forma clásica de tapas de escotilla, formada por galeotas y cuarteles, deben tener un barraganete de altura no total para poder situar el refuerzo como plano de apoyo de los galápago s que cinchen los encerados (figura 17).
Este tipo de brazola, que no requiere una superficie ancha en el tope, sino todo lo contrario, por lo que suele estar reforzada por elementos verticales, es muy distinta a las que en la actualidad disponen los buques con cierres metálicos y de movimiento automatizado, que requieren de una superficie plana para la instalación de raíles y juntas de estanqueidad y en cuyo caso suele disponerse de un barraganete total y de gran resistencia incluso con tabla. La parte alta superior, interior a la bodega puede estar reforzada y protegida mediante una media caña de acero que facilitará la entrada de carga al mismo tiempo que realiza sus funciones básicas.
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. Las cubiertas intermedias tendrán resistencia propia y ayudarán a la resistencia total, principalmente como elementos de transmisión de esfuerzos.
Cuando una cubierta intermedia está limitada en eslora o manga, se denomina plataforma y su resistencia será para soportar cargas locales, independizándose casi por completo de la resistencia general del buque.
La estructura de cualquier tipo de cubierta está formada por los siguientes elementos:
1. Forro.
2. Baos.
3. Longitudinales de cubierta.
4. Baos reforzados.
5. Esloras.
FORRO DE CUBIERTA
El forro de cubierta está formado por tracas, dispuestas generalmente en sentido longitudinal, aunque para cubiertas intermedias se pueden colocar transversalmente (figura 1).
Tradicionalmente la cubierta superior disponía de doble curvatura, compuesta por el arrufo y la brusca, cuya misión fundamental es la de conseguir seguridad en el buque mediante la eliminación rápida del agua embarcada sobre la misma durante la navegación.
(a) (b)
Figura 1
La curva de arrufo, consistente en elevación de la horizontal en proa y popa, está únicamente definida en los Reglamentos de Franco-Bordo como una función de la eslora, considerándose que en la proa el valor de la elevación ha de ser el doble que en la popa, y en el centro o cuaderna maestra, cero.
La curva de la brusca se ha tomado por lo general casi siempre 1/50 de la manga del buque y de tipo parabólico, aunque en la actualidad se están realizando de tipo poligonal o trapezoidal, manteniendo una zona plana en el centro y caídas hacia los costados.
Esta doble curvatura ha creado problemas constructivos, ya que la maquinaria del Taller de Herreros de Ribera no es apropiada a tales fines y se está llegando a soluciones de tipo poligonal, con lo que se resuelven gran parte de los inconvenientes.
De todas las tracas que definen el forro de la cubierta, tienen gran importancia las laterales que se unen a la de cinta para formar las esquinas superiores de la viga-casco. Estas tracas denominadas de trancanil suelen tener un espesor mayor que el resto y la unión con el forro exterior del costado es de gran importancia, ya que como se dijo anteriormente, es una zona en la que los esfuerzos debidos a momentos Electores son mayores.
Cuando existen aberturas, cosa muy corriente en casi todos los buques mercantes, como son las escotillas de carga y descarga, las tracas que las delimitan tendrán tratamiento especial.
Las cubiertas suelen forrarse muchas veces con madera, con el fin de proteger el acero contra corrosión y elementos abrasivos que las desgasten así como para dar seguridad al paso del personal evitando el deslizamiento con la superficie mojada. La cubierta de madera suele ocupar toda la zona que va a la intemperie, dejando a veces los laterales como canales de agua (figura 2). Esta finalidad que se consigue con la madera puede también obtenerse mediante pinturas especiales, solución muy utilizada en la actualidad.
Figura 2
BAOS
Los bao s son los elementos de soporte de las cubiertas en sentido transversal, pudiéndose distinguir entre baos simples y reforzados.
El bao simple tiene como funciones principales:
1. Contribuir a la resistencia transversal.
2. Ser elementos de soporte de las planchas de la cubierta.
3. Transmitir los esfuerzos que se reciben en la cubierta a los costados a través de las cuadernas.
El bao es elemento tipo perfil comercial, preferentemente ángulo "L" o llanta con bulbo, asignando un escantillón según sea la cubierta resistente o no y cuando la estructura es transversal en el costado existirá un bao por cuaderna; es decir, la separación de los baos es la clara de cuadernas.
En estructuras transversales de cubierta y debido a la necesidad de un reforzamiento por las aberturas de escotillas, se colocarán baos reforzados, con misiones idénticas a las simples pero de mayor escantillón, debiendo por lo tanto ser del tipo armado, en tal caso en forma de "L" o "T",
El bao reforzado cumple misiones específicas con estructuras longitudinales de la cubierta, en las que será:
1. Elemento eficaz de resistencia transversal.
2. Sujeción de los longitudinales de cubierta.
3. Elemento de reforzamiento de las aberturas de las escotillas.
En general el bao reforzado dispondrá de escotes para el paso de los longitudinales pudiendo ser intercostal entre las esloras y mamparos longitudinales.
LONGITUDINALES DE CUBIERTA
El longitudinal de cubierta es el elemento de soporte de las cubiertas cuando éstas tienen estructura longitudinal, teniendo como misiones:
1. Contribuir eficazmente a la resistencia longitudinal del buque.
2. Transmitir los esfuerzos que recibe la cubierta a los anillos transversales y mamparos.
El longitudinal tiene características similares al bao en cuanto a tipo de elemento y separación, uniéndose a los refuerzos de los mamparos mediante consolas similares a la unión de baos y cuadernas, siendo sujetados entre estas uniones mediante los baos reforzados con o sin ayuda de consolas. En algunas ocasiones el tipo de perfil puede ser exclusivamente de llanta sin ala o tabla.
ESLORAS
Las esloras son elementos reforzados de soporte longitudinal de las cubiertas de gran importancia estructural ya que forman los anillos longitudinales en combinación con los refuerzos de mamparos y vagras.
El número de eslora s generalmente es reducido, dependiendo de la estructura de la cubierta y de las aberturas por escotillas que ésta tenga, existiendo en todo tipo de buques por lo tanto, ya que en estructuras transversales tendrán como misión:
1. Contribuir eficazmente a la estructura longitudinal.
2. Sujetar los baos.
3. Ser puntos de apoyo de puntales.
En estructuras longitudinales la única función de las anteriores que no cumplen es la referente a la sujeción de los baos, ya que éstos no existen.
El tipo de perfil más usado es el de "T", de tipo armado, ya que dispone de simetría y la unión con los otros elementos o forro de mamparos es más efectivo. Cuando la eslora esté en los laterales de las escotillas se suelen usar ángulos en "L", de tipo armado igualmente.
Las esloras suelen ser continuas entre mamparos estancos, a los que unirán de forma efectiva bien directamente o con consolas, lo que dará continuidad estructural.
En los finos de proa y popa las esloras, si son laterales, suelen tomar inclinación con respecto al plano longitudinal con el fin de actuar centradas con la manga del buque en esas zonas. Estas conexiones y características son de gran importancia, ya que en muchos buques son los únicos elementos de soporte de las cubiertas en sentido longitudinal, al mismo tiempo que son básicos para la transmisión de esfuerzos al fondo a través de los puntales.
CONJUNTO ESTRUCTURAL DE LAS CUBIERTAS
Al igual que el resto de la estructura, las cubiertas pueden tener estructura longitudinal y transversal, siendo una u otra casi exclusivamente debida a las necesidades de resistencia que tenga la viga-casco. En ambos casos existen siempre los elementos reforzados, baos reforzados y esloras, siendo los simples que se combinan con ellos los que refuerzan el tipo de estructura.
En el caso de ser la cubierta de estructura longitudinal (figura 3), los baos reforzados se conectarán con los longitudinales de cubierta mediante los escotes que les servirán de sujeción y consolas que los unirán con la tabla del mismo.
Figura 3Las consolas podrán ir a tope con los longitudinales o a solape y el bao reforzado generalmente es intercostal entre las esloras.
Esta estructura repite sus características en el caso transversal, en la que los baos tendrán tratamiento similar a los longitudinales respecto a las esloras, disponiendo por lo tanto de escotes y consolas en los cruces.
En ambos casos, las esloras y baos reforzados tienen alturas iguales, lo cual hará que los cruces entre ambos sean sencillos de alma con alma y tabla con tabla.
Figura 3
CONEXIONES DE LA ESTRUCTURA DE CUBIERTA CON EL RESTO
La conexión de la cubierta con el resto de la estructura son las que se realizan con los costados y con los mamparos tanto longitudinales como transversales, las cuales serán estudiadas cuando se analicen éstos últimos.
La unión entre los costados y cubiertas, es de gran importancia, pues en ella se van a ejercer grandes esfuerzos de tracción y compresión por ser la esquina superior de la viga-casco y por lo tanto en donde los momentos flectores son máximos al mismo tiempo que alternativos.
Dentro del tipo de unión se han de tener en cuenta los tipos de estructuras que pueden tener tanto la cubierta como el costado. Así cuando el Costado y cubierta son transversales se pueden dar dos casos: elementos simples, cuaderna y bao (figura 4), y elementos reforzados, bulárcama y bao reforzado (figura 5).
(a) (b)
Figura 4
(a) El elemento más importante es la consola, pudiendo ser colocada a tope con las alas de los perfiles (figura 4, a) o a solape, abarcando la esquina totalmente (figura 4, b). Esta última solución se adopta como medio óptimo, cuando el trancanil es redondeado, que suele darse en algunos buques como los petroleros.
Cuando los elementos que se unen son reforzados, la unión es directa entre almas y tablas, sin necesidad de consola, soldándose por lo tanto a tope ambos elementos.
Fugura 5
Figura 6 y 7
En ambos casos la consola que une un elemento con otro hace la esquina resistente, teniendo en cuenta que raramente se unen los elementos transversales a las planchas de cubierta o costado quedando a una distancia que permita la soldadura de las tracas de cinta y trancanil. Las consolas con el elemento transversal, pueden unirse a solape o a tope como se indica en las figuras 6 Y 7, pudiéndose dar los casos representados en la figura 8.
Figura 8
Finalmente, cuando las estructuras son longitudinales en ambas estructuras, no existe una conexión entre los elementos y puede darse el caso de que la unión se realice exclusivamente entre planchas, debiendo crear un elemento tipo consola de grandes dimensiones para reforzar la esquina si fuese necesario; así se da el caso, por ejemplo, en los buques graneleros de disponer de reforzados interiores en los tanques altos que interconectan los longitudinales de cubierta y costado. En la figura 9 se representa una unión simple, y en la figura 10, a través de una estructura combinación de bao reforzado y bulárcama en el interior de un tanque alto.
Figuras 9 y 10
ESCOTILLAS
Las escotillas son aberturas con cierres no permanentes, que se realizan en las cubiertas con el fin de permitir la carga y descarga de las bodegas, teniendo dimensiones que dependerán de las funciones del buque, llegando en algunos casos, como en los buques portacontenedores a dimensiones tales que ocupan casi la totalidad de la cubierta. Estas discontinuidades que se presentan en las cubiertas y que por otra parte no son posibles de eliminar, originan grandes perturbaciones en la resistencia estructural de la viga-casco, por lo que han de estudiarse detenidamente con el fin de reducir al máximo los problemas, no sólo la falta de resistencia sino también de tipo constructivo.
Dentro del estudio que ha de realizarse de las escotillas, se puede agrupar éste según dos conceptos: la abertura y los cierres, ya que éstos al mismo tiempo que dan estanqueidad han de proporcionar resistencia a la estructura de la cubierta que, como se ha indicado, ha sido debilitada por la abertura.
ABERTURA DE ESCITILLAS
Cualquier abertura que se realice en una estructura, origina una discontinuidad que se refleja especialmente en una disminución de la resistencia y una distribución no uniforme de las líneas de fuerza que la recorren, siendo el origen de concentración de esfuerzos en determinadas zonas. Si se analiza gráficamente la cubierta, la cual es recorrida por una serie de líneas de fuerza, distribuidas uniformemente, a la que se ha practicado una discontinuidad (figura 11),
Figura 11
se puede observar cómo estas líneas toman caminos distintos y se producen concentraciones en zonas como proximidades de la abertura en el sentido longitudinal y en las esquinas de la misma, Esta concentración se puede reflejar en deformaciones, o incluso en la rotura del material, por lo que será necesario hacer un reforzamiento.
Este efecto de aumento de esfuerzos crea otra zona en las que prácticamente no actúan esfuerzos y por lo tanto para efectos de cálculo de resistencia general del casco no debe ser considerada, la cual se sitúa entre aberturas próximas (figura 12), ya que se encuentran modificadas las líneas de fuerza y la continuidad sólo es posible no circulando por esas áreas. El ángulo de entrada y salida se considera como aproximación de 30º.
Figura 12
Para evitar los problemas derivados de las aberturas de escotillas han de tomarse en cuenta los siguientes principios:
a) Se deberán reforzar las planchas y elementos de soporte en los laterales longitudinales de las escotillas. Con este reforzamiento se compensará en parte el acero eliminado por la abertura, al mismo tiempo que se harán más resistentes para la mayor concentración de esfuerzos.
b)Las esquinas de la abertura se realizarán redondeadas para facilitar la continuidad de las líneas de fuerza a la vez que evitar por la misma causa, fracturas en la plancha.
c)Para compensar la pérdida de resistencia y disponer de máxima resistencia contra esfuerzos en las esquinas, se colocarán planchas de diamante o dobles en las mismas, aumentando de esta forma el espesor y el reparto de esfuerzos por lo tanto será más adecuado. Estas planchas se soldarán con las adyacentes cuidando mantener una continuidad con los sistemas apropiados.
d)Todo el reforzamiento en base a elementos de soporte se hará de tal modo que su resistencia sea máxima, basándose fundamentalmente en la colocación de esloras y baos reforzados en los laterales, tanto longitudinales como transversales de las aberturas, así como en el resto, tratando de transmitir al máximo los esfuerzos a las estructuras de costado y mamparos y al fondo a través de los puntales.
e) Se tratará de dar resistencia a la cubierta con la colocación de elementos específicos, como son las brazolas y cierres metálicos de las escotillas.
Siguiendo estos principios como elementos estructurales con características especiales se pueden considerar:
1. Forro de cubierta de escantillón superior en los laterales de las aberturas.
2. Esquinas redondeadas y de mayor espesor o plancha doble.
3. Elementos estructurales reforzados, esloras y baos reforzados, en el perímetro de la escotilla, así como elementos de transmisión a los costados y mamparos.
4. Puntales próximos a la abertura para transmisión de los esfuerzos al fondo del buque.
5. Brazolas que aumenten la resistencia suministrada por los refuerzos estructurales.
Figura 13
El conjunto estructural de una escotilla por lo tanto se puede representar tal como se indica en la figura 13, para el plancheado, y la figura 14 para el reforzamiento que se consideró con estructura transversal de la cubierta.
Cuando la estructura es longitudinal en la cubierta, será necesario la colocación de baos reforzados que coincidirán con las estructuras reforzadas de costados, bulárcamas, y de fondo, varengas, no existiendo por lo tanto baos sino longitudinales, en cuyo caso la sección AA y CC de la figura 14 se transforma tal como se indica en la figura 15.
Figura 14
Figura 15
Transversalmente las modificaciones son similares, teniendo sólo como principal detalle el que las consolas que están uniendo los baos con las esloras del borde de la escotilla e irán hasta el longitudinal de cubierta adyacente (figura 16), estando situadas en el mismo plano que los barraganetes de las brazolas de la escotilla.
Figura 16
Respecto a los otros elementos estructurales que aparecen en el reforzamiento de las escotillas, es de hacer notar los puntales y las brazolas. Los primeros aunque su estructura es igual casi siempre, como se verá más adelante, la única salvedad de importancia es el número de ellos, que podrá ser tal que coincida uno en cada esquina de la escotilla, o bien en el centro de la escotilla o conjuntamente ambas soluciones. En cualquier caso, el apoyo se tratará de hacer en cruce de bao reforzado y eslora. En algunas ocasiones se divide la bodega por un mamparo longitudinal en crujía, lo que actuará como apoyo centrado y similar a si existiera un puntal único en el mismo plano.
Las brazolas de escotilla, que además de la misión básica de reforzamiento de abertura, cumplen funciones de seguridad contra estanqueidad en la cubierta superior o de franco-bordo, deberán su forma y construcción al tipo de cierre que disponga la escotilla. Así la forma clásica de tapas de escotilla, formada por galeotas y cuarteles, deben tener un barraganete de altura no total para poder situar el refuerzo como plano de apoyo de los galápago s que cinchen los encerados (figura 17).
Figura 17
Este tipo de brazola, que no requiere una superficie ancha en el tope, sino todo lo contrario, por lo que suele estar reforzada por elementos verticales, es muy distinta a las que en la actualidad disponen los buques con cierres metálicos y de movimiento automatizado, que requieren de una superficie plana para la instalación de raíles y juntas de estanqueidad y en cuyo caso suele disponerse de un barraganete total y de gran resistencia incluso con tabla. La parte alta superior, interior a la bodega puede estar reforzada y protegida mediante una media caña de acero que facilitará la entrada de carga al mismo tiempo que realiza sus funciones básicas.
