CONSTRUCCIN NAVAL

TEMA 6 1

ESTRUCTURA DE LOS COSTADOS

CONSIDERACIONES GENERALES

FORRO EXTERIOR DE LOS COSTADOS

CUADERNAS

LONGITUDINALES DE COSTADO

BULRCAMAS

PALMEJARES

DISCONTINUIDADES EN LOS COSTADOS

ESTRUCTURA DE LOS COSTADOS

ELECCIN DE LA ESTRUCTURA DEL COSTADO

APNDICES DEL FORRO EXTERIOR

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CONSIDERACIONES GENERALES

Las estructuras laterales de la viga-casco hasta la cubierta resistente, forman los

costados del buque con simetra, respecto al plano de cruja, uno de otro,

distinguindose en cada costado dos zonas delimitadas por la flotacin a plena carga,

con misiones estructurales distintas, ya que la perteneciente a la zona de obra viva estar

sujeta a esfuerzos continuos mientras que la zona superior u obra muerta, recibir

esfuerzos dinmicos. No obstante, esta diferenciacin de las zonas hasta la cubierta

resistente es la que forma la estructura principal de la viga-casco, pudiendo existir sobre

ella una continuacin que ayudar a las necesidades de resistencia.

En el centro del costado los esfuerzos flectores son mnimos por situarse en el

eje neutro del buque, pero mayores esfuerzos cortantes. La estructura de los costados

contribuye eficazmente a las Resistencias Longitudinal y Transversal y los elementos

que la constituyen son los siguientes:

Forro exterior.

Cuadernas.

Bulrcamas.

Longitudinales de costado

Palmejares.

FORRO EXTERIOR DE LOS COSTADOS

El forro exterior es la envolvente lateral de plancha de la viga-casco. Abarca

desde el canto alto de la traca de pantoque hasta la amurada, disponindose en forma

de tracas longitudinales unidas entre s por las costuras. Se las denomina con las letras

E, F, G, H, I etc., teniendo denominacin o entidad propia la que se une con la cubierta,

denominada traca de cinta, la cual recibe mayores esfuerzos de flexin por ser la que

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est ms alejada de la lnea o eje neutro del buque. En el caso de existir ms de una

cubierta, slo una de ellas ser resistente a efectos de la viga-casco y sta ser la que

defina la traca de cinta.

Los Reglamentos de las Sociedades de Clasificacin fijan el ancho mnimo de la

traca de cinta e igualmente fijan los escantillones de las planchas del forro, en funcin

de la eslora, puntal, calado y clara entre cuadernas. Los escantillones del forro exterior

en la parte central del buque, se mantienen en un 40 un 50% de la eslora del mismo. A

partir de esta zona los escantillones disminuyen progresivamente hasta alcanzar los de

las zonas extremas de popa y proa, establecidas asimismo por los Reglamentos. En

buques reforzados contra hielos, las planchas prximas la flotacin tienen mayor

espesor.

Respecto a la situacin de los 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, se colocan los topes alternados de forma que estn en el centro de la

distancia entre los mismos de tracas adyacentes.

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Si se usan medios de soldadura automticos, los topes pueden estar en

prolongacin, formndose cruces de cordones de soldadura.

Este sistema tiene problemas debido a la concentracin de tensiones que se

originan en el punto de cruce de topes y costuras, que pueden dar origen no slo a

deformaciones sino tambin a posibilidad de grietas.

Las tracas del forro, en los piques de proa y popa, reducen su anchura y tienen

que ser absorbidas una por cada dos, denominndose atn o ladrn de traca a la chapa

que proporciona la junta y tope de una traca contigua que va estrechndose por la forma

del buque y que termina en ella, cuyas dos formas son las indicadas en la figura

CUADERNAS

Son elementos transversales de refuerzo de las planchas del costado y su misin es:

1. Reforzar las planchas del forro, contra la presin del exterior del agua.

2. Servir de soportes verticales de los extremos de los baos, a babor y estribor en

todas las cubiertas.

3. Evitar el pandeo del costado.

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4. Contribuir a la resistencia de los esfuerzos dinmicos que recibe el forro

exterior. Sin embargo la rigidez de los mamparos transversales es suficiente,

salvo que los mamparos estn muy separados.

5. Resistir los esfuerzos de vibracin debidos al cabeceo.

Las cuadernas normalmente son perfiles generalmente comerciales Su clculo se hace

en base al mdulo resistente del perfil conjuntamente con su plancha asociada.

La separacin de las cuadernas en buques de estructura transversal no debe ser

mayor de 1000 mm, por lo general, siendo la separacin constante a lo largo de bodegas

y cmara de mquinas, pudiendo ser inferior en las zonas de proa y popa,

fundamentalmente en proa, donde harn 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, adems de las diferencias de presiones

cuando la proa se sumerge y emerge alternativamente, lo que da origen a vibraciones

Las cuadernas pueden ser de bodega, de entrepuente y de piques, variando entre

ellas la separacin y las dimensiones, teniendo en cuenta que en una misma seccin

transversal pueden existir dos tipos distintos, interrumpidos por la cubierta pero con

continuidad estructural mediante consolas a ambos lados.

El escantilln de las cuadernas de entrepuente depende del espesor del forro,

situacin del entrepuente, puntal del buque, calado, puntal de entrepuente, etc.

Para conseguir un ahorro de peso no se mantiene la misma seccin del perfil de

la cuaderna en la bodega que en el entrepuente. Las cuadernas de los entrepuentes son

de menor escantilln que las cuadernas de bodega, siendo stas, en general, ms largas y

de mayor escantilln que las de los entrepuentes superiores

Las conexiones de las cuadernas con el resto de la estructura, fondo

y cubierta, al ser s t a s zonas de mximos esfuerzos de flexin, requieren

uniones slidas, que ayuden a las uniones s i m p l e s de las planchas. Las

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conexiones dependern del tipo de estructura que tenga tanto el fondo como la

cubierta pudindose dar los siguientes casos indicados en la figura:

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Las soluciones a, b, c, e y d de la figura anterior son: las a y b, para buques con

doble-fondo y plancha de margen horizontal y las c y d con plancha de margen

perpendicular al pantoque. La forma ms convencional, pero que presenta problemas

al reducir la manga interior de la bodega, es aqulla en la que la consola de margen

tiene inclinacin hacia arriba, cortndose la cuaderna antes de llegar a la Tapa del

Doble Fondo (solucin a y c). Frente a este problema, en muchas ocasiones se

contina la cuaderna para que la unin con la varenga se realice bajo la lnea de la

Tapa de Doble Fondo, en cuyo caso ha de peforarse mediante un escote la chapa de

margen; esta solucin 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.

Cuando el fondo es sencillo, la unin ha de hacerse directa mente a la varenga,

con el nico problema de la interconexin del ala de la varenga con la del perfil, que

slo es fcil cuando ste corresponde a uno en "T". En los casos ms generales, con

perfiles en ngulo o llanta con bulbo, se aprovechar la consola, a la que se colocar

un ala para dar continuidad de formas, soluciones e y f. Asimismo, la consola de

margen podr formar parte de la varenga o ir sobre el ala de la misma.

En general, se puede observar que la unin de las cuadernas con la estructura

del fondo se hace a travs de la consola de margen, con conexin a la varenga.

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Cuando no existen varengas, situacin que slo se presenta en buques con

fondo de estructura longitudinal y costados transversales, se agranda la consola de

margen, conectndola con el primer longitudinal de fondo o vagra, pudiendo la

consola estar dividida por la Tapa de Doble Fondo. Estas soluciones constructivas

pueden ser usadas con fondosencillo o doble fondo, indistintamente.

Para cuadernas de entrepuente las soluciones constructivas en el extremo bajo

son iguales que las de bodegas con forro interior horizontal.

Las cuadernas de pique, al tener stos estructura de fondo sencillo, la unin ser

igual que en bodegas.

Las cuadernas podrn disponer de groeras para el paso de soldadura de las

costuras de tracas del forro exterior.

Las cuadernas se numeran a partir de la correspondiente al tintero del eje del

timn, que se hace coincidir con la cuaderna cero y hacia proa, en nmeros crecientes.

Las cuadernas de trazado suelen ser de 10 a 20 y son utilizadas para el dibujo del

plano de formas y no hay que confundirlas con las constructivas.

La c1ara entre cuadernas, aconsejada por 1os Reg1amentos, no difiere mucho

de la que correspondera a un concepto de peso mnimo, que, por otro lado, no suele

ser el ms econmico; incrementando un poco la clara se reduce el nmero de

cuadernas a montar y soldar. Sin embargo este aumento de la clara entre cuadernas

trae como consecuencia un incremento de escantillones en las planchas del forro.

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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:

1.- Contribucin eficaz a la resistencia longitudinal.

2.- Soportar los esfuerzos dinmicos que recibe el forro exterior y

transmitirlos al resto de la estructura.

La separacin 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 existen

mamparos transversales estancos, la continuidad se realiza mediante consolas, o bien

atravesndolos por escotes que posteriormente se deben acorbatar

En general, el uso de longitudinales de costado es para buques de gran eslora,

que requieren una gran resistencia longitudinal, lo que supone que los perfiles que se

utilicen sean de escantilln superior a los de las cuadernas, obligando a veces a

utilizar 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

ste de zonas como la Cmara de Mquinas, con cuadernas y bodegas con

longitudinales, o bien en buques con entrepuentes de estructura transversal y bodegas

longitudinales.

BULRCAMAS

Son refuerzos transversales de gran resistencia, existentes en buques tanto con

estructura transversal como longitudinal. Cuando la estructura es transversal, se

colocan cada cierto nmero de claras de cuadernas. En estructura longitudinal de

costado son los nicos elementos transversales estructuralmente.

Las bulrcamas cumplen las funciones siguientes:

1 - Son refuerzos fundamentales en resistencia transversal.

2 Son refuerzos del forro del costado.

3- Son soportes de los baos reforzados.

4 - Son soportes de los longitudinales de costado.

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La estructura de una bulrcama est formada por un alma de plancha, que

dispondr de escotes para el paso de los longitudinales, si existen, y un ala, que

formar con aquella un perfil T o L.

Cuando existen mamparos longitudinales, la bulrcama tiene en el mismo plano

transversal y sobre el mamparo un elemento similar, denominado contrabulrcama que

son vigas verticales que refuerzan el mamparo longitudinal.

La bulrcama une, en su parte superior con el bao reforzado, por la parte

inferior con las varengas del fondo, y a la contrabulrcama mediante vigas intermedias,

formando anillos de gran resistencia estructural. Esta construccin estructural es de uso

generalizado en los petroleros, llamndose, por extensin, a todos los refuerzos

bulrcama, aunque son independientes.

Los refuerzos intermedios del anillo, soportan las presiones interiores con el

tanque lleno y transmiten al mamparo longitudinal los esfuerzos que soporta el forro.

La unin de las bulrcamas con la estructura del fondo, se hace de forma

directa, ya que la anchura del alma es suficiente para no requerir consolas, tanto si el

buque tiene fondo sencillo, como cuando el buque tiene doble-fondo.

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Cuando existe doble-fondo, la bulrcama se suelda directamente al forro interior,

tanto el alma como la tabla, pudiendo sustituir el pie de la bulrcama a la consola de

margen. Este tipo de uniones son fciles de realizar y muy efectivas para formar anillos

transversales.

PALMEJARES

Son elementos de refuerzo de las planchas del forro, dispuestos en sentido

longitudinal.

Los palmejares estn formados por un alma de plancha y un ala. Tienen

aligeramientos para el paso de las cuadernas. Se interrumpen en su cruce con las

bulrcamas y tambin en los mamparos, realizndose la conexin mediante consolas,

teniendo en cuenta que casi siempre coincide su plano con el de los refuerzos

longitudinales de los mamparos, tanto transversales como longitudinales, formando

anillos longitudinales. Su escantilln es similar al de las bulrcamas, a efectos de hacer

cruces eficaces.

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Dada su limitada longitud, su importancia en la resistencia longitudinal es

escasa. Cuando la estructura de costado es longitudinal, el nmero de palmejares se

reduce e incluso no es necesaria su colocacin, debido a que la escasa resistencia

longitudinal que ste aporta, es suministrada por los longitudinales de costado y la

funcin de sujecin slo se limita a las bulrcamas a travs de consolas.

Las misiones estructurales de los palmejares son:

1.- Reforzar las planchas del forro.

2.- Ser soporte de las cuadernas, para mantener su posicin respecto al

forro, y transmitir los esfuerzos que reciben por impactos del mar en las planchas del

forro.

DISCONTINUIDADES EN LOS COSTADOS

En algunos tipos de buques, ferrys, roll on/roll off, es necesario tener aberturas

en los costados, para movimiento de personal y carga, y que deben estar normalizadas

de tal manera que no afecten de forma sustancial a la resistencia estructural, tanto

transversal como longitudinal.

Las aberturas representan discontinuidades en los costados que han de ser

reforzadas para que no afecten de forma importante a la resistencia del conjunto de la

estructura, ya que una discontinuidad produce un efecto negativo en la resistencia del

conjunto, puesto que se reduce material y adems se modifican las lneas de fuerza que

recorren el acero del costado, dando lugar a concentracin de esfuerzos que pueden ser

causa potencial de fracturas en las uniones soldadas y en la propia plancha, por lo cual

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las esquinas de las aberturas deben ser redondeadas para disminuir la concentracin de

esfuerzos.

La resistencia de la estructura est dada por las planchas y los elementos de

soporte, como son las cuadernas, longitudinales, etc. La abertura por lo general va a

afectar a ambos y la compensacin debe realizarse mediante los siguientes principios:

1.- Reforzamiento de las planchas que rodean la abertura mediante

espesores ms grandes de los que existan sin la misma.

2.- Aumento de los elementos de soporte, de forma que aquellos que se

interrumpan se unan a otros y el conjunto antes y despus ele la abertura tenga igual

resistencia.

3.- Colocacin de cierres que una vez apretados, adems de la

estanqueidad, proporcionen resistencia a la estructura. A efectos de evitar en las

esquinas concentraciones de esfuerzos, por una superposicin y ruptura ele las lneas

de fuerza, se debern hacer redondeadas o con grandes refuerzos. Siguiendo esta serie

de principios se puede garantizar cualquier tipo de abertura.

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En la figura se puede apreciar la modificacin de la estructura, pudindose

comparar entre la misma con o sin abertura.

Es de destacar que los principios anteriormente indicados se cumplen, primero

con un aumento de espesor en la plancha que rodea a la abertura, y segundo con el

reforzado alrededor de la misma que recibir los esfuerzos que soportan las cuadernas

y la bulrcama en sentido transversal y del palmejar en sentido longitudinal,

crendose un doble palmejar a ambos lados y una doble bulrcama que en general

forman una estructura similar a una brazola interior.

La estructura resistente del cierre deber tambin estar compuesta de plancha

reforzada con elementos de soporte, tipo llanta o perfil que tengan una estructura

similar a la general del costado.

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Otro problema que presentan las discontinuidades en la estructura de costado,

es la estanqueidad de los medios de cierre, pues como el forro debe garantizar la

estanqueidad del casco, problema que debe quedar resuelto a satisfaccin de la

Administracin y de las Sociedades de Clasificacin, no instalndose portas que su

punto ms bajo est por debajo de la lnea de flotacin de mxima carga

ESTRUCTURA DE LOS COSTADOS

Los costados del buque estn formados por planchas que forman tracas

longitudinales reforzadas con elementos en sentido longitudinal o transversal.

En sentido longitudinal los esfuerzos estn concentrados en la parte baja y alta,

es decir en las zonas de pantoque y en la interseccin con la cubierta principal, en la

traca de cinta, disminuyendo a medida que se alejan de estas zonas, siendo nulos en

lnea neutra. Los requerimientos estructurales en la zona de la lnea neutra son

mnimos, y por lo general la plancha del forro exterior suele tener casi la resistencia

longitudinal necesaria para todo el conjunto, pudindose aportar por medio de

longitudinales de costado la que falte.

Transversalmente con las bulrcamas y los mamparos transversales podra

darse la resistencia apropiada; sin embargo, dados los grandes escantillones y una

separacin tan pequea, sera un problema para la utilizacin de las bodegas, por tanto

las cuadernas daran un reforzado ms uniforme.

En las posibles combinaciones de los elementos de refuerzo del costado, tanto

simples como reforzados, deben tenerse en cuenta los siguientes principios:

1. Para buques de gran eslora, 100 m o mayores se recomienda

estructura longitudinal, con longitudinales de costado y bulrcamas.

2. En buques menores de 100 m de eslora recomiendan cuadernas

sujetas por uno o dos palmejares, cuando la altura del puntal as lo

requiera.

En la figura siguiente se pueden observar las dos formas clsicas de construir

un costado. La solucin (a) es una estructura transversal y en la (b) longitudinal.

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ELECCIN DE LA ESTRUCTURA DE COSTADO

Para la eleccin de la estructura del costado hay que tener en cuenta las

necesidades estructurales y las de carga, ambas con igual importancia, buscando el

lmite de ambas condiciones ya que slo existen dos opciones posibles, o estructura

transversal o estructura longitudinal, ya que crear como se haca en el fondo, estructuras

que puedan tapar los elementos de soporte puede reducir grandemente el volumen de la

bodega e incluso aumentara considerablemente el peso de la estructura.

Los dos puntos anteriormente citados son casi de igual importancia, pues si se da

preferencia a las condiciones estructurales, se puede ver afectado el volumen de carga, o

incluso la facilidad de carga y descarga. Frente a este problema, tampoco se puede dar

total prioridad a las caractersticas que requiera la carga, ya que podra condicionar a

malas estructuras, con baja resistencia longitudinal, que pondran en peligro la

seguridad del buque. Por lo tanto la nica solucin posible es buscar el lmite de ambas

condiciones.

Para cargas a granel, slidas o lquidas, la estructura transversal con grandes

bulrcamas no afecta para la carga, mientras que la estructura longitudinal puede dar

problemas para la limpieza total de la bodega, al quedar carga acumulada sobre los

refuerzos longitudinales. Cuando la carga es lquida se soluciona mediante

aligeramientos en los longitudinales, mientras que para graneles slidos hay que evitar

estos problemas.

Para cargas embaladas o contenedores, las grandes bulrcamas reducen

considerablemente la capacidad de las bodegas, por lo que es necesario reducir

escantillones, lo que obliga a colocar cuadernas, dado que la construccin de una

estructura con bulrcamas pequeas y longitudinales lleva consigo problemas en el

cruce de ambos refuerzos.

Pueden, sin embargo, existir soluciones que combinen ambas estructuras, como

por ejemplo en los Bulk-carrier. En ellos, la estructura del costado es una combinacin

de estructura longitudinal y transversal, llevando tanques laterales con estructura

longitudinal, mientras que la zona interior de las bodegas lleva estructura transversal.

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APNDICES DEL FORRO EXTERIOR

Los apndices del forro exterior del costado, son:

1.- Las quillas de balance

2.- Los cintones.

1.- Las quillas de balance son apndices del casco, que se disponen a babor y a

estribor, en la zona del pantoque y perpendicularmente a la traca, y cuya misin

fundamental es reducir el balanceo del buque.

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La accin contra el movimiento que tiene la quilla de balance es relativamente

pequea, pero efectiva y con bajo coste de construccin.

Para cada buque habr que estudiar la mejor situacin, pero generalmente se

sitan en la zona central, donde su colocacin tiene mayores efectos, y estando

comprendida dentro del rea limitada por la vertical trazada por el plano de la manga

mxima y la lnea de astilla muerta en el plano de fondo, pudindose extender hasta

proa y popa un 75% de la eslora, para no sufrir averas, ni en las varadas ni en las

maniobras de atraque.

La superficie de las quillas tiene que estar comprendida entre ciertos lmites,

para no aumentar demasiado la resistencia a la marcha y no disminuir mucho la potencia

evolutiva del buque.

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El perfil que se usa generalmente para la construccin de las quillas de balance

es el de llanta con bulbo, que se suelda a una pletina. En su construccin se pueden

tomar diversas soluciones, con la particularidad comn de que, en caso de rotura, el

forro no debe sufrir dao.

Se suelen usar soldaduras de forma discontnua que reduzcan el rea de sujecin,

haciendo que no sea resistente la unin.

Los extremos de las quillas de balance, estn reforzados, dado que en stos se

dan los esfuerzos mximos, como consecuencia de los balances, cabeceos y golpes de

mar que transmite el casco.

Este reforzado se hace, generalmente, con una plancha doble con formas

redondeadas, al mismo tiempo que se reduce la seccin horizontal, para que el efecto de

presin de agua sea mnimo y creciente hacia el interior.

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2.- Los cintones son estructuras exteriores del casco que sirven de defensas del

mismo contra golpes locales, que el casco pueda recibir en el contacto con muelles,

remolques, etc.

Segn el servicio que vaya a realizar el buque se disponen cintones especficos,

as como su situacin y altura necesaria, teniendo muy en cuenta una buena transmisin

de los esfuerzos que reciban, evitando deformaciones locales.

Los remolcadores de puerto, por ejemplo, cuya misin es auxiliar a los buques

en los atraques y desatraques, precisan tener dos o tres filas de cintones a lo largo de sus

costados.

El cintn es una estructura compuesta de materiales rgidos combinados con

otros flexibles, acero y madera o goma, La madera se coloca entre pletinas de acero.

Los cintones pueden ser de medio redondo, medio tubos laminados o de

secciones diversas, fabricados con planchas de acero laminado, segn el tamao del

buque y su servicio.

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Los verduguillos son cintones que se utilizan para proteger el casco de las uas

del ancla, cuando sta es izada.

BIBLIOGRAFA

1.- Construccin Naval II. Fernndez Gonzlez, Francisco. E.T.S.I.N

2.- Estructura del buque. Tecnologa y clculo. Lpez Garca GM.

3.- La estructura del buque. Construccin Naval I. Ramrez Snchez, Francisco Javier.

4.- Ship Desing and Construction. The Society of Naval Architects and Marine

Engineers. Taggart