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Amarre de los buques 263263

12 Amarre de los buques12 Amarre de los buques

12.1 Funciones de las amarras12.1 Funciones de las amarras

La funcin bsica de las amarras es la de mantener sujeto al buque en la posicin asignada,con el mnimo de libertad en su movimiento, de tal manera que pueda asegurar su posicinesttica respecto a puntos fijos de tierra o del fondo.

Sin embargo, las amarras tienen funciones complementarias en cualquier circunstancia enque el buque deba adquirir una relacin de contacto externo con otro buque o tierra.

En el primer caso, las amarras son utilizadas como elementos de unin en operaciones deremolque, como vnculo externo que relaciona ambos buques.

En el segundo caso, las amarras establecen el primer contacto con tierra cuando el buquese encuentra a una razonable distancia de ella y, a partir de entonces, el trabajo de lasamarras, junto con otras asistencias (remolcadores, hlices de maniobra) llevarn al buquehasta dejarlo en su posicin previa o definitiva.

Para cada uso, existir una amarra que se ajuste mejor a las necesidades de trabajo parala que ser solicitada, lo cual determina la eleccin previa.

12.2 Caractersticas de las amarras12.2 Caractersticas de las amarras

Las caractersticas de las amarras se corresponden a la naturaleza de su procedencia yconstitucin. Pueden agruparse en tres grandes bloques: fibras naturales, sintticas ymetlicas.

a) FibFibras naturalesras naturales. Si bien cada da es menor su disponibilidad, todava sonutilizadas en ciertas aplicaciones, aprovechando las ventajas que proporciona.

Maniobra de los buques264264

Ventajas: coste bajo inicial; son bien conocidas por los marinos, aportan uncomportamiento noble si no se ven sometidas a cargas de trabajo alternativas y decorta duracin, flotan cuando estn secas, moderada resistencia a la abrasin,escaso alargamiento cuando estn sometidas a cargas de trabajo, ruido caracters-tico antes de faltar, no funden con el calor.Desventajas: muy vulnerables a las acciones del sol, calor, productos qumicos,absorben agua, aumenta su peso y se incrementa la dificultad en la manipulacin,tienen una vida corta y elevado coste de mantenimiento, a igualdad de resistenciacon otras fibras requieren mayor nmero de personas para su manipulacin segura.

b) Fibras sintticasFibras sintticas. Ocupan un primersimo lugar en el grado de utilizacin, aunquedepende de la fibra considerada, entre ellas el nylon, terileno, polipropileno.Ventajas: alta resistencia a los agentes qumicos, buena resistencia a la abrasin,no se ven afectadas por la influencia del calor, tienen una larga vida. El nylon y elpolipropileno flotan, en especial este ltimo, funden a razonables temperaturascomo el nylon y el terileno. El polipropileno tiene un coste ms bajo que los otrosdos.Desventajas: tienen un coste inicial alto, elevados alargamientos (salvo el terileno).

c) Fibras metlicasFibras metlicas. Los cables son utilizados para determinadas configuraciones(esprines), y especialmente en los equipos de trabajo a tensin constante.Ventajas: bajo coste, larga vida, casi nulo alargamiento, excelente resistencia a laabrasin, no absorben agua, resistentes a los productos qumicos.Desventajas: no flota, poca resistencia a los estrechonazos, requieren elevadomantenimiento (en especial a la corrosin), precisan un nmero elevado depersonas para su manejo.

Para iguales cargas de rotura, las amarras de fibra sinttica poseen dimetros inferiores quea de fibra natural. Si se precisa de una resistencia a la rotura (CR) de 86 tons., losdimetros comparativos segn, la constitucin de la fibra, son:

Tabla 1Tabla 1. Caractersticas comparadas

MATERIAL DE LA AMARRA DIMETRO (mm) MENA (PULG.)

NYLON 72 9

POLIESTER 80 10

POLIPROPILENO 88 11

MANILA SUPERIOR 112 14

CABLE DE ACERO M635 36 4,5

Q 'Ce

2 l s

2Ea


(124)(124)

Las amarras de fibra sinttica bajo el mismo esfuerzo de traccin se alargan unas dos vecesms que las de fibra natural. No dan indicio de rotura hasta que estn a punto de hacerlo.En general, las amarras de fibra sinttica estn ms indicadas para buques pequeos y demediano tonelaje, o para buques que no precisen mantener una posicin muy estricta ylimitada en el atraque (no para buques tanque conectados a brazos de carga con limitadavariacin de la orientacin horizontal).

Respecto a los cables, el lmite de elasticidad es el punto a partir de la cual la relacinalargamiento/esfuerzo deja de ser proporcional, por encima del mismo, el cable quedapermanentemente deformado; mientras el alargamiento en los cables llega al 1,5%, enamarras de nylon puede alcanzar el 30%. Los cables con alma de fibra son ms fciles demanipular y trabajar sobre bitas, cabirones, etc., mientras que los cables con alma de aceroson ms indicados para chigres con tambor de depsito, resistiendo mejor el efecto deaplastamiento.

Las amarras mixtas (sinttica + cable) no son recomendadas, si bien cuando se utilicen,la longitud del largo de sinttico ser de 11 m y una carga de rotura superor en un 25%al del cable al cual se relaciona.

Para una misma disposicin en un amarre, el efecto de elasticidad sobre ellas se distribuye,en un supuesto de 100 tons. de retencin total, en:

cable.... 47 tons., polipropileno.... 2 tons., nylon.... 1 ton.

A igualdad de tamao y dimetro, al doblar la longitud de la estacha, la resistenciasoportada se divide por dos. La fatiga de estrepada (tirn) o trabajo absorbido se calculapor:

en la que "Ce" es la carga lmite elstica, "l" la longitud considerada, "s" la mena de laestacha en mm., y "Ea" el mdulo de elasticidad.Con ella, se puede observar que aumentando la longitud del cable, tambin aumenta eltrabajo absorbido, y por tanto la eficacia de la amarra.

Si una estacha de dimetro 300 mm proporciona 50 tons., otra de 200 mm aporta la mitad(25 tons).

12.3 Seleccin de la amarra requerida y su nmero12.3 Seleccin de la amarra requerida y su nmero

Si bien el nmero de amarras que deben equipar un buque viene determinado por elnumeral de equipo (EN), es habitual que se vean incrementadas hasta el doble de las


mismas. Para grandes buques (EN 14.600) la Sociedad de Clasificacin Bureau Veritasindica un nmero de 21 amarras de 200 m de longitud cada una, con una carga de rotura(CR) no inferor a 75 tons. No es prudente equipar el buque con amarras de CR superoral que le corresponda por su EN, ya que podran arrancar el equipo de cubierta dispuestopara su firme.

En trminos generales, para eslora inferor a 90 m no hay requisitos procedentes por suclasificacin, la suma de toda la resistencia de los cabos no ser inferor a la CR de lacadena de las anclas, el cable de remolque no ser inferor al 40% de la CR de la cadenadel ancla, la fuerza de traccin de los chigres de cada costado no ser inferor a 1,5 la CRde los cabos exigidos, el freno de los chigres debe empezar a ceder al llegar al 50% de laCR del cabo cuando se encuentre en la primera capa de estiba en el tambor.

Para buques de gran desplazamiento o la mxima rigidez en el atraque, son ms adecuadoslos cables de acero, ya que presentan la menor elasticidad, disponen de mayor resistenciaa la rotura, y por su menor dimetro permiten su arrollamiento en carretes. No obstante,los primeros cabos que deben darse durante la maniobra de atraque son los de fibrasinttica, al ser ms elsticas y mejor retencin del movimiento de traslacin del buque.

En cuanto al nmero de amarras requerido para un amarre seguro depende mucho delcritero de los responsables, tanto de a bordo por parte del capitn u oficial de guardia,como ajenos al buque, como son el prctico, mooring master, o resultante del mtodo yprocedimiento de amarre que siga una determinada terminal, de tipo convencional, seaislands, monoboya, jetties, etc. Porcentajes de utilizacin por mtodo de amarre puede ser:

Tabla 2Tabla 2. Porcentaje en tipos de amarre

TIPO DE AMARRE

PM BUQUE COSTA- CAMPO MONO- POPA MUER-DO BOYAS BOYA MUELLE TOS

10 KT A 25 KT 85% 10% - 2% 3%

25 KT A 60 KT 70% 15% 3% 2% 10%

MAYOR A 60 KT 52% 35% 8% - 5%

Siendo el mtodo de atraque, y por tanto de amarre, el de costado, el nmero de amarrasy su distribucin respecto al atraque, para buques petroleros y para bulkcarriers, son:


Tabla 3. Tabla 3. Nmero de amarras por tonelaje

TIPO LARG TRAV ESPR ESPR TRAV LARG TOTALPROA PROA PROA POPA POPA POPA

B/T 60 KT 4 2 2 2 2 3 15

BULK < 20KT 3 1 1 1 0 3 9

20 - 40 KT 3 1 1 1 0 3 9

> 40 KT 3 2 2 2 1 3 13

En determinadas terminales que reciben grandes buques, conforme a las disposiciones allestablecidas (Ras Tanura), se indica el nmero de cables a dar en funcin del peso muertodel buque; para los buques con amarras de fibra y de cable, estas se utilizarn para unamisma finalidad de largos, travs o esprines. En condiciones metereolgicas adversas, losbuques mayormente equipados con cables tienen proridad de atraque sobre los de fibrasinttica que debern fondear hasta la mejora de las condiciones ambientales. Si estosltimos estuvieran ya atracados, pararn las operaciones de carga, desconectarn losbrazos de acople y permanecern en esas condiciones hasta que mejore el tiempo. Encualquier caso se prohibe el uso de amarras de nylon.

En otras (Kharg), adems de disposiciones y nmero similares, se hace referencia a lascondiciones atmosfricas lmites, por ejemplo, fuerza del viento de 35 nudos en cualquierdireccin, fuerza del viento entre 25 a 30 nudos con ngulos de incidencia de 45 enrelacin a la direccin del atraque, viento de 20 nudos en conjuncin con olas de ms de1 m, viento de ms de 20 nudos con ngulos de 45 o fuerza del viento superor a 25nudos para aquellos buques que necesiten ciabogar para atracar en la parte interna de lospantalanes.

12.4 Fuerzas que deben soportar las amarras12.4 Fuerzas que deben soportar las amarras

Las amarras debern soportar el movimiento del buque, desde el primer momento que sedan a tierra para llevar el buque al atraque, crear el movimiento necesaro para moverlo en

Sv ' Ssin2 Sh ' Scos2

Rl ' Scos2cos2 Rt ' Scos2sin2


(125)(125)

(126)(126)

el atraque hasta posicionarlo en el segmento asignado y, posterormente, mientras dure suestancia en el atraque, los que sean motivados por los agentes externos al actar sobre elbuque, principalmente a causa del viento, corriente, oleaje, interacciones por el pasoprximo de otros buques, mareas, cambios bruscos de calado y hielos a la deriva.

No obstante, las fuerzas generadas sobre los buques variarn sustancialmente de uno aotro buque en funcin, no solo de los parmetros influyentes que se vern posterormentepor naturaleza de las superestructuras y calado, sino tambin por la configuracin de laproa, ya que segn la misma alteran el flujo del viento con generacin de fuerzas desuccin que se desarrollan alrededor de las proas de tipo cilndrico y ngulos de incidenciadel viento, comprendidas entre los 40 y 100, no significativas en los buques con proa deconfiguracin convencional.

Por otro lado, el resultado de la retencin que ejerce una amarra no vendr solamente dadopor la carga de rotura (CR) que puede soportar, sino por la resultante que proporcione laorientacin de la misma respecto a los puntos de firme en tierra y de salida del buque,correspondiendo a la diagonal del paraleppedo que la contiene, con notables prdidas deeficacia respecto a la terica amarra pura que alcanzara la mencionada CR propia porconstitucin de la amarra.

La eficacia de las amarras, segn lo dicho anterormente, depende de los ngulos verticaly horizontal en los que se descomponga la acometida de la amarra (Fig. 12.1).

En el plano vertical se obtendr:

mientras que en el plano horizontal:

en las que el valor "S" corresponde a la carga de rotura (CR) de la amarra.

. Se mejora la eficacia de la retencin, bajando el punto de amarra a bordo para hacer ms pequeo el ngulo vertical.. Tambin, alejando el punto de amarre en tierra, hasta lograr valores del ngulo inferores a 25E, si a 30 m. se requieren 8 estachas, a 60 m solo precisan 2 estachas.. Aumentando la longitud del cabo, siguiendo el principio de que al aumentar al doble su longitud, se divide por 2 la resistencia que debe de soportar.

22


Fig. 12.1 Retencin resultante de cada amarra

Fig. 12.2 Distribucin de las amarras

. Los esprines deben tener una direccin de acometida, lo ms paralelo posible al eje longitudinal para que el ngulo de abertura sea muy pequeo, aportando el mximo de eficacia.

En cuanto a la distribucin de las amarras por grupos, la capacidad de retencin delconjunto se tiende a pasar de un sistema tradicional de largos y esprines a otro sistema deamarre en que las estachas sujeten al buque en su misma eslora, mediante el uso detraveses y esprines, (Fig. 12.2).

25E

15E15E

10E

15E15E

10E

25E


Fig. 12.3 Disposicin de amarras segn instalaciones portuarias

Con el mtodo tradicional de los grupos A y B, efectuado en un muelle tpico, lascapacidades de retencin son:

a) Capacidad a la resistencia transversal,A = 2A.sen30E.cos30 = 0,87A

b) Capacidad a la resitencia longitudinal,B = 1B.cos30E + 1A.cos30E.cos30E = 0,87B + 0,75A

Con el nuevo mtodo, los ngulos de acometida no deben superar los 15E respecto a lahorizontal ni 25E respecto a la vertical.

Con el amarre en la propia eslora, en atraques especiales, las capacidades de retencinpasan a ser:

a) Capacidad de resistencia transversal, C = 2Cb) Capacidad de resistencia longitudinal, B = 1B

Es evidente el notable aumento de la retencin cuando el buque es retenido en su mismaeslora; sin embargo, solo es posible para amarres y buques especficos, en cuyasinstalaciones se hayan previsto las caractersticas de los buques que deban acoger, talescomo pantalanes, jetties, duques de alba, etc. Mientras, en las instalaciones portuarias sinespecial intencionalidad, vlidas para todo tipo de buque de tonelajes medios, tal tipo deamarre resulta imposible de llevar a cabo, ya que los puntos de amarre sobre muelle estnmuy prximos al nivel del mar y, por tanto, las amarras adquieren importantes inclinacionessuperores a las requeridas (Fig. 12.3).

P P

Fx

Fy

Mxy

Epp

Epp2

Epp2

p r


Fig. 12.4 Efecto de los agentes externos

12.5 Efectos de los agentes externos sobre las amarras12.5 Efectos de los agentes externos sobre las amarras

El efecto del viento sobre el buque puede descomponerse en una fuerza longitudinal y otratransversal, siendo los parmetros influyentes, el rea expuesta y el ngulo de ataquerespecto a la lnea proa-popa. La aplicacin de ambas fuerzas determina un momento degiro, cuyo sentido depender del punto de aplicacin sobre el buque, segn cabeza y giro.

Por su parte, los efectos de la corriente son del mismo tenor que los producidos por elviento, si bien presentan una mayor dificultad en su cuantificacin, al intervenir un tercercondicionante, que es la relacin S/C existente en el momento considerado.

El efecto de las olas, hasta hoy poco considerado al tratarse de puertos abrigados a la mar,adquiere una nueva preponderancia al realizarse operaciones de carga en mar abierto,alejadas de socaires de la costa, que generalmente deben corregirse considerando laelasticidad de las amarras y la provisin de defensas especiales (Fig. 12.4).

La importante accin de los hielos en movimiento sobre el buque es de muy difcildeterminacin, si bien en los lmites aceptables de hielo disperso, el control del amarreseguro puede lograrse con esprines adicionales.

En cuanto a la cuantificacin de las fuerzas que puede soportar un determinado mtodo deamarre, el planteamiento aceptado como clsico ha sido incrementado cuando se ha tratadodel amarre seguro de los grandes buques, en los que cualquier accin sobre ellos, losefectos se ven multiplicados por causa del aumento sustancial de las superficies expuestasy las dificultades que representan para su control.


As, mientras un estudio realizado en el ao 1967 estableca unas condiciones de tiempo(1)

a soportar por cualquier tipo de buque, tales como: V = 33', I = 2,5' con ngulos deto cteincidencia no superores a los 5E desde la proa o desde la popa, otro posteror ,(2)

aumentaba las condiciones de diseo a velocidades del viento a 60' en cualquier direccin,I = 3' en la direccin Pr-Pp, o bien 2' si la direccin de la corriente abra 10E de la proacteo de la popa, o bien 0,75' cuando la corriente ejerciera el mximo efecto sobre el buque,siempre en los tres supuestos con una relacin S/C de 1,1, en ausencia de olas.

12.6 Caractersticas del equipo de fuerza relacionadas con las amarras12.6 Caractersticas del equipo de fuerza relacionadas con las amarras

Las cargas a soportar por las amarras no deben superar el 55% de la carga de rotura delos cables (55%CR), siempre bajo el supuesto de su buen estado, conservacin,mantenimiento y estiba adecuada, la disponibilidad simtrica e idnea de los puntos deamarre en las cubiertas de maniobra y nmero suficiente de alavantes, guas, polingulos,gateras, etc.

Las maquinillas de maniobra tendrn una carga de trabajo no superor al 33% de la cargade rotura (CR) del cable, siendo la velocidad de carga en la primera capa de 1,5 m/s, perosiempre superor a 0,5 m/s, la carga mnima del freno ser del 60% de la CR del cable,debiendo lascar antes de faltar si fuera superada. El nmero de capas disminuye lacapacidad de aguante; puede decirse que si para una capa la capacidad es de 100%, al aumentar el nmero de capas a 5, la capacidad de retencin se reduce al 70%.

El radio de los guiacabos ser como mnimo 10 veces el dimetro del cable que conduce,mientras que para guas Panam el radio aumenta a 12 veces el dimetro.

Sin embargo, un amarre seguro no solo depender del buque, sus amarras y equipamiento,sino tambin de las condiciones que presenten las instalaciones portuarias que debanacogerlas, por las que de ser deficientes representaran los puntos dbiles de la seguridadestacionaria del buque, destacando de ellas las siguientes:

. Nmero suficiente de norays, bolardos, ganchos de amarre. Evitar sobrecargas por nmero excesivo de amarras sobre ellos.. Puntos de amarre en tierra separados entre 15 a 20 m para buques de tipo medio y de 35 a 50 m para grandes buques.. Los duques distanciados a distancias no superores al 40% ni inferor al 25% de la eslora de los buques que puedan recibir.. Disponibilidad de defensas portuarias de acuerdo con las dimensiones de los buques y las condiciones de tiempo que son habituales en la zona considerada.


12.7 Procedimiento para el clculo de las fuerzas sobre el buque12.7 Procedimiento para el clculo de las fuerzas sobre el buque

Las necesidades de amarre de un buque no pueden estar supeditadas solamente al critero,ms o menos razonado del profesional, sino al resultado de un estudio riguroso quecuantifique realmente las fuerzas que las amarras debern soportar bajo los supuestos dela accin de los agentes externos que intervengan, por prediccin o medicin puntuales,durante el atraque y permanencia en puerto. No son extraos aquellos casos en que a partirde una condicin de amarre dada se incrementa el nmero de amarras segn el critero deloficial de guardia, mientras que en otras, cuando la intensidad de los elementos semanifiesta con toda su virulencia, empiezan a faltar amarras poniendo en peligro laseguridad del buque, requiriendo en esos momentos el mximo de esfuerzo humano, nosiempre disponible segn la hora del da en que suceda, para poder controlar una situacinextremadamente difcil.

El procedimiento ms adecuado, que garantice la seguridad del buque amarrado desde elmismo momento de su atraque, consiste en el conocimiento a priori de las fuerzas a quepodr verse sometido el buque, en base a un supuesto de fuerzas sobre el buque que secorresponda con los mximos que se relacionen con la zona que ocupe el buque.

El mtodo de clculo se basa en el mencionado estudio realizado por The British ResearchAssociation en 1.967 aplicable a los buques con superestructuras habituales en aquellosdas y por tanto tambin vlidos a los actales que presenten tal diseo y, por otra parte,tambin de la misma procedencia, aunque 15 aos ms tarde, aplicable a los grandesbuques del tipo VLCC (Very Large Crude Carrier) que por sus especiales caractersticasprecisan de un tratamiento de clculo especfico.

La importancia de los mtodos radica en la posibilidad de ser aprovechados, no solo parasu aplicacin en el amarre, sino tambin a cualquier caso en que se ejerzan efectosexternos sobre el buque procedentes de los agentes metereolgicos y de mar, por ello,vlidos para los parmetros de fondeo, en maniobras de remolque, en atraques para laaccin de las hlices de maniobra y las de propulsin, etc., pudiendo decir que, a partir deeste momento, todo tipo de maniobra podr cuantificarse en cuanto a las variables externasy por ello se tendrn criteros que anteponer para el completo control de las mismas,llegando a poder justificar las acciones emprendidas, incluso aquellas que aconsejen noiniciar una maniobra, ante la seguridad de no disponer de los suficientes elementos pararealizarla con seguridad. No obstante, si bien el clculo es especfico para cada buque, lacuantificacin de las fuerzas sobre el buque que aportan los mtodos, no deben tomarsecomo totalmente exactos, si bien representan una excelente aproximacin.

12.7.1 Mtodo aplicable a buques no especiales12.7.1 Mtodo aplicable a buques no especiales

Para el clculo de la fuerza resultante del viento, se aplica:

Fv ' Cv.Al.Vv2

Fxv ' Fv.cos$ Fyv ' Fv.sin$

Mv ' Cmv.Epp.Al.Vv2


(127)(127)

(128)(128)

(129)(129)

en la que C se obtiene de las curvas que aporta el mtodo (Fig. 12.5 y 12.6), para dosvtipos de superestructuras, puente en el centro o puente a popa. A es el rea lateral proyectada, en la condicin de carga (lastre o cargado), l medidos en pies cuadrados V es la velocidad del viento en nudosv F viene dado en libras (dividiendo por 2.240 se obtienen toneladas)v

Si F es la fuerza que representa la accin del viento sobre el buque, el paso siguiente esvobtener su descomposicin en una fuerza longitudinal en el sentido de la eslora y unafuerza lateral en el sentido de la manga.

Para ello, en primer lugar se tiene en cuenta la relacin existente entre la direccin delviento (ngulo alfa) y la direccin de la fuerza resultante (ngulo beta). El ngulo resultantese obtiene en las figuras 12.7 y 12.8.

Con la fuerza resultante F y el ngulo de aplicacin beta se podrn obtener la fuerzavlongitudinal (F ) y transversal (F ):xv yv

La fuerza resultante, al no ser aplicada en el centro de gravedad del buque, crear unmomento de giro en el buque con un efecto de incremento de la fuerza en una de lascabezas y una disminucin en la otra. El momento de giro se calcula por:

en la que C es el coeficiente del momento, para dos condiciones de carga obtenible enmv las figuras 12.9 y 12.10, segn la situacin de las superestructuras. E es la eslora entre perpendiculares del buque medida en pies.pp M viene dado en libras/pie.v

El signo que aporta el coeficiente (C ) debe ser interpretado en el sentido de giro de lasmvagujas del reloj cuando es positivo y negativo en el caso contraro.

Finalmente, el valor de (M ) se dividir por la distancia de aplicacin que corresponda avcada cabeza (E dC ), obtenindose los valores a sumar o restar a la fuerza transversalFmedia aplicada a cada cabeza por igual (F /2).yv


Fig. 12.5 Coeficiente (C ) para superestructura en el centrov


Fig. 12.6 Coeficiente (C ) para superestructuras a Popav


Fig. 12.7 ngulo beta para superestructura en el medio

Fig. 12.8 ngulo beta para superestructuras a popa


Fig. 12.9 Coeficiente (C ) para superestructuras en el centromv


Fig. 12.10 Coeficiente (C ) para superestructuras a popamv

Fc ' Cc .EF .C. fc .Ic2

Fxc ' Fc.cos$ Fyc ' Fc.sin$

Mc ' Cmc. EF2. C. Ic

2. fc


(130)(130)

(131)(131)

(132)(132)

Respecto al efecto de la corriente sobre el buque, el planteamiento de clculo es similar,adecundose los parmetros del buque que son afectados bajo la lnea de flotacin, porello, las frmulas de aplicacin son las siguientes:

en la que C es el coeficiente de la fuerza resultante por la corriente (Fig. 12.11).c E es la eslora en la lnea de flotacin, en pies.F C es el calado buque, en pies. f es el factor de correccin por la relacin S/C, (Fig. 12.12).c I es la intensidad de la corriente, en nudos.c F es la fuerza resultante producida por la corriente, en libras.c

Para ello, en primer lugar se tiene en cuenta la relacin existente entre la direccin de lacorriente (ngulo alfa) y la direccin de la fuerza resultante (ngulo beta). El nguloresultante se obtiene en la figura 12.13.

Con la fuerza resultante F y el ngulo de aplicacin beta se podrn obtener la fuerzaclongitudinal (F ) y transversal (F ):xc yc

La fuerza resultante, al no ser aplicada en el centro de gravedad del buque, crear unmomento de giro en el buque con un efecto de incremento de la fuerza en una de lascabezas y una disminucin en la otra. El momento de giro se calcula por:

en la que C es el coeficiente del momento, obtenido en la figura 12.14.mc M viene dado en libras/pie.c

El signo que aporta el coeficiente (C ) debe ser interpretado en el sentido de giro de lasmcagujas del reloj cuando es positivo y negativo en el caso contraro.

Finalmente, el valor de (M ) se dividir por la distancia de aplicacin que corresponda accada cabeza (E + - dC ), obtenindose los valores a sumar o restar a la fuerza transversalFmedia aplicada a cada cabeza por igual (F /2).yc


Fig. 12.11 Coeficiente de la fuerza resultante de la corriente


Fig. 12.12 Factor de correccin por relacin S/C

Fig. 12.13 ngulo beta como direccin de la fuerza resultante


Fig. 12.14 Coeficiente del momento resultante por corriente

P P

Fx

Eep

Epp2

Epp2

Fypp Fypr

p r


Fig. 12.15 Representacin de las fuerzas sobre el buque

La cuantificacin final de las fuerzas conjuntas del viento y de la corriente sobre el buquepuede resumirse en una tabla de resultados y su aplicacin al buque en una fuerzalongitudinal y una fuerza trasversal en cada cabeza (Fig. 12.15).

Tabla 1Tabla 1. Resumen de la cuantificacin de fuerzas

FUERZA CALCULADA A PROA A POPA LONGIT.

Transv. fuerza vto.

Transv. momento vto.

Longit. fuerza vto.

Transv. fuerza cte.

Transv. momento cte.

Longit. fuerza cte.

Totales .............

Vv10 ' Vvh(10/h)1/7


(133)(133)

12.7.2 Mtodo aplicable a buques de gran desplazamiento12.7.2 Mtodo aplicable a buques de gran desplazamiento

Se incluyeron otras consideraciones en el nuevo mtodo, necesarias para su aplicacin alos buques de gran desplazamiento del tipo VLCC.

En primer lugar se tuvieron en cuenta las alteraciones en el flujo provocado por el viento,segn la forma de la proa del buque, con un cambio significativo en el valor del coeficientede la fuerza longitudinal, en especial para un buque en lastre. Se generaban grandes fuerzasde succin alrededor de las proas cilndricas y para ngulos de incidencia de vientocomprendidos entre 40E y 100E.

Se normaliz la velocidad del viento equivalente a 10 m, por lo que cualquier medicin auna elevacin diferente, la velocidad debe ser calculada por:

Se aportaron coeficientes de corriente para diversas relaciones de S/C, ajustadas a lascaractersticas de gran calado que muestran dichos buques en la realidad.

La velocidad de la corriente debe ser ajustada a un gradiente vertical medio, en funcin delporcentaje del calado del buque en el que se conoce su intensidad y tambin por la relacinde S/C en la que se encuentra el buque. El valor del coeficiente corrector "k" se obtienede la figura 12.16.

Se tuvo en cuenta el valor de la densidad del agente perturbador (aire, agua) en unidades(Kg.s /m , equivalente mtrico de 32,2 lb/p , que constituye la definicin de ingeniera de2) 4 3

densidad en el sistema gravitacional ingls.

Tabla 2Tabla 2. Densidades del medio segn temperaturas.

TEMPERATURAS

MEDIO 0E C 10E C 20E C 30E C 40E C

AIRE 0,1335 0,1288 0,1248 O,1193 0,1146

AGUA DULCE 102,21 102,05 101,79 101,42

AGUA SALAD 104,84 104,68 104,47 104,16

Fxv ' Cxv.(kv

7.600).Vv

2.At Fxc ' Cxc.(kc

7.600).Vc

2.C.Epp

Fyv ' Cxv.(kv

7.600).Vv

2.Al Fyc ' Cyc.(kc

7.600).Vc

2.C.Epp

Mxyv ' Cxyv.(kv

7.600).Vv

2.Al.Epp Mxyc ' Cxyc.(kc

7.600).Vc

2.C.Epp2


Fig. 12.16 Factor K de correccin a la intensidad de la corriente

(134)(134)

(135)(135)

(136)(136)

El mtodo de clculo de las fuerzas externas sobre el buque se puede conseguir por ladeterminacin de dos fuerzas (longitudinal y transversal) y el momento de una fuerza, obien, por tres fuerzas (1 longitudinal y 2 transversales aplicadas cada una en una cabezade maniobra).

Las ecuaciones para el primer procedimiento, para los efectos del viento y la corriente son:

Viento Corriente

Fypr 'Fy2

%MxyEpp

Fypp 'Fy2

&MxyEpp

Fxv ' Cxv.(kv

7.600).Vv

2.At Fxc ' Cxc.(kc

7.600).Vc

2.C.Epp

Fyprv ' Cyprv.(kv

7.600).Vv

2.Al Fyprc ' Cyprc.(kc

7.600).Vc

2.C.Epp

Fyppv ' Cypp v.(kv

7.600).Vv

2.Al Fyppc ' Cypp c.(kc

7.600).Vc

2.C.Epp

Fy ' Fypr % Fypp Fypp ' Fy & Fypr

Mxy ' Fypr.E2

& Fypp.E2

' Fypr.E2

& (Fy & Fypr).E2

2Mxy ' E.Fypr & E.Fy % E.Fypr ' 2.E.Fypr & E.Fy

Fypr 'Fy2

%MxyE

(demostrado)

Fypr 'Fy2

%MxyE

'

Cy.kv

7600.V 2.Al

2%

Cxy.kv

7600.V 2.Al.E

E

Fypr 'Cy.

kv7600

.V 2.Al % 2.Cxy.kv

7600.V 2.Al

2'

Cy % 2.Cxy2

.V 2.Akv

7600

para que cumpla Cypr 'Cy2

% Cxy


(137)(137)

(138)(138)

(139)(139)

(140)(140)

La diferencia bsica del segundo procedimiento radica en la forma en que se aplican albuque la fuerza lateral y el momento de giro, desarrollando fuerzas laterales en lasperpendiculares de proa y popa, en sustitucin de la fuerza lateral que anterormenteactaba en la interseccin de las lneas centrales, pasando por el planteamiento intermedio,de que el valor de las fuerzas laterales aplicadas en las perpendiculares de las cabezas es:

hasta llegar a las frmulas definitivas del segundo procedimiento:

Viento Corriente

consiguindose por la siguiente demostracin:


Siempre que se cumpla la ltima condicin, el mtodo del segundo procedimiento ser igualal citado como primer procedimiento.

Finalmente, las variables contenidas en las ecuaciones correspondiente a las dimensionesy caractersticas de los buques implicados (VLCC) deben constar en tablas para su rpiday cmoda disponibilidad, ejemplo de un modelo, podra ser el siguiente:

Tabla 3Tabla 3. Caractersticas y dimensiones principales de VLCC

P.M. Et Epp M D C Al At Al AtC C

KTons m m m m x 10 m3 2

150 280 268 53,5M.C. 14,7 2,5 1,2 4,9 1,2

Last 3,8 5,5 1,8 1,9 0,4

280 342 325 53,2M.C. 22,3 3,2 1,1 6,8 1,2

Last 9,4 7,4 1,9 2,5 0,6

400 362 350 70,5M.C. 21,8 3,2 1,3 7,5 1,6

Last 8,6 8,1 2,4 2,6 0,8

500 408 390 71,1M.C. 23,9 4,8 2,1 10,4 2,5

Last 7,8 11,1 3,5 4,1 1,1

Para el clculo de las fuerzas provocadas por el viento y la corriente, siguiendo el mtodode las tres fuerzas, se aplicarn las ecuaciones citadas para estos fenmenos, en losnmeros 138, 139 y 140. Los coeficientes de aplicacin correspondientes se obtienen apartir de las grficas que se aportan en el mtodo original contenidos en la gua yrecomendaciones para el amarre seguro de los VLCC, publicado por la OCMIF, es decir, loscoeficientes:(C ), (C y C ), (C ), (C y C ), que referidos a los efectos de la corriente estnxv yprv yppv xc yprc yppcrelacionadas a distintos valores de S/C (Grficos del Anexo I).

En todo caso, el ngulo de incidencia del agente externo considerado debe contarse a partirde la proa (0E) hacia popa en una u otra banda (180E).

Del anlisis de las curvas que aportan los coeficientes, es curoso observar que los efectosque manifiestan sobre el buque no siempre son los esperados, en especial en la direccinen que se aplica la fuerza longitudinal debida al viento en proa cilndricas, o en ambas proasbajo el efecto de la corriente, ya que cambia de signo repetidamente, lo que indica fuerzaslongitudinales avante y otras atrs, no lgicas.

S(f) ' ( Af 5

)&B/f4

.m 2.s

S(f) ' 23,9.y.m0.expy 2(f&fo)

2

0,0085.[y(f&fo) % 0,042]m 2.s

F ' 2.g.E.k.S(f).R 2(f).df


(142)(142)

(143)(143)

(144)(144)

12.8 Clculo de las fuerzas producidas por oleaje12.8 Clculo de las fuerzas producidas por oleaje

Las fuerzas generadas por el oleaje sobre los buques son muy difciles de cuantificar, porlo que la mayora de los mtodos de clculo para las amarras supone al buque abrigado delas olas y suficientemente controladas por la retencin de las amarras establecidas para elviento y la corriente. No obstante, las consecuencias de la deriva de grandes buquessometidos al oleaje cuando se encuentran estacionaros (averiados) en mar abierta, condujoa una serie de estudios con el objetivo de conocer, lo mejor posible, tales efectos. Elestudio principal fue llevado a cabo por compaas miembros de la OCIMF, el InstitutoNorteamericano de Marina Mercante (AIMS), la Unin Internacional de Salvamento (ISU)y el Instituto Nacional Martimo Britnico (NMI), que culmin con un informe exhaustivo .(3)

En el estudio se utiliz el espectro ocenico para aguas profundas recomendado por ladoceava ITTC, aplicable cuando la sonda sea mayor a los 40 m., expresada por laecuacin:

en la que (f) es la frecuencia en hercios y A y B son constantes.

y el espectro costero de crestado corto segn el conocido Darbyshire Coastal WaterFormulation, que considera un fetch de viento de 100 millas nuticas, aplicable en aguaspoco profundas con sonda inferor a los 40 m, expresada por la ecuacin:

donde "y" es una funcin dependiente del fetch de viento y m y f son funciones de "y"o oy de la velocidad del viento.

Las energas desarrolladas por dichos espectros en distintos estados del mar se representanen la figura 12.17.

De acuerdo con la linealizacin de la teora de las olas, un mar irregular puede ser descritocomo una superposicin lineal de olas regulares, y las fuerzas de deriva medias en este marirregular pueden obtenerse superponiendo las fuerzas asociadas con cada una de lascomponentes espectrales. La frmula de superposicin es:

donde "g" es la aceleracin de la gravedad, "d" es la densidad del agua, E la eslora delbuque, S(f) la densidad espectral de las olas.

Fm ' g.E.R2.f.A 2


(145)(145)

Fig. 12.17 Espectro de los estados de la mar

La fuerza media de una ola regular de amplitud "A" y frecuencia "f", es:

Fxo ' Xo Fypro 'Yo2

%MoEpp

Fyppo 'Yo2

&MoEpp


(146)(146)

Del estudio se obtuvieron las siguientes conclusiones:

. El sentido de las fuerzas X y Y , as como el sentido del momento de giro M , dependeo o odel ngulo de incidencia de las olas sobre el buque y de la magnitud de sus caractersticasprincipales.. Las fuerzas de deriva generadas por las olas varan en funcin de su frecuencia yamplitud, es decir, en funcin de su perodo y altura.. En general, las fuerzas y momentos de deriva inducidos por las olas son ms grandes queaquellas y aquellos inducidos por los vientos correspondientes al estado de la mar encuestin.. Las fuerzas longitudinales (X ), medidas sobre los modelos amarrados, se dirigieron haciaoproa en la mayora de las condiciones de los modelos de una sola hlice.. La forma de las curvas de los momentos y de las fuerzas de deriva, calculadasanalticamente, estuvieron en concordancia, tanto en olas regulares, como en lasirregulares.. Se puede decir, de manera razonable, que las concordancias entre las fuerzas y losmomentos calculados y los medidos experimentalmente, son buenas. Desde luego, que talconcordancia se da mejor en determinados ngulos de incidencia que en otros.. El sentido de la pequea fuerza longitudinal producida por las mares de travs obtenidade forma experimental, no coincide con el obtenido analticamente. Se tomar como vlidoel experimental.. En trminos generales, pueden utilizarse los datos experimentales para calcular las fuerzasgeneradas por las olas sobre un buque amarrado.Los mencionados valores de X 0 y M0, Y 0 se obtienen de la grfica del Anexo II.

12.8.1 Mtodo de clculo de las fuerzas generadas por el oleaje12.8.1 Mtodo de clculo de las fuerzas generadas por el oleaje

El mtodo empleado para el clculo de las fuerzas generadas por el oleaje es similar alplanteamiento expresado por las ecuaciones incluidas en el nE 137, es decir:

Estas ecuaciones as deducidas darn el valor de la fuerza lateral del oleaje en lasperpendiculares de proa y popa, y la fuerza longitudinal correspondiente. Respecto a lasgrficas que se incluyen en el mtodo mencionado, los ngulos de incidencia se cuentana partir de la proa en el sentido contraro al de las agujas del reloj, es decir, se dan valorespara ngulos correspondientes al costado de Br. de 0E a 180E, distinto del sistemaempleado para el viento y la corriente en sentido directo, de all que deba prestarse laatencin en la aplicacin de los signos a cada fuerza o momento, cambiando el signocuando se reciban por el costado de Er.


Fig. 12.18 Relacin altura de las olas/velocidad del viento

Fig. 12.19 Relacin perodo de las olas/velocidad del viento


Para un mismo buque, el conocimiento de los efectos que pueden producir las fuerzas delos tres agentes externos (viento, corriente y oleaje) representar la posibilidad de adopcinde acciones correctoras y de prevencin, cuando en un momento dado sea necesaro suaplicacin a cualesquiera de las circunstancias que envuelven todo tipo de maniobra(fondeo, remolque, amarre).

El cuadro resumen deber incluir las fuerzas a los ngulos de incidencia de mximo efecto,o cada un cierto nmero de grados, ejemplo del mismo podra consistir en:

Peso muerto (P.M.): ..... Condicin carga : .....Velocidad viento : ..... Intensidad corriente: .....

NGULO INCIDENCIA DEL ELEMENTO

FUERZA 0E 30E 60E 90E 120E 150E 180E

Fxv

Fyprv

Fyppv

Fxc

Fyprc

Fyppc

Fxo

Fypro

Fyppo

La cuantificacin de las fuerzas externas sobre el buque en relacin al amarre permiteelaborar el clculo de la capacidad de retencin de una determinada disposicin.

En ella deben considerarse todos los parmetros que aportan las amarras, desde sus largoscomo los ngulos de acometida hasta su firme en tierra (Fig. 12.20), en el que "l " es laelongitud externa del cable, "l " la longitud interna, "l " la longitud verdadera considerandoi vel ngulo de acometida, "L" la longitud total de la amarra, "H" es la diferencia de alturaentre los firmes en tierra y a bordo,

2ly H

Dolphinde amarre

Traveses

"

"

le

li

Dolphinde amarre

Plataformade carga

Springs

H 2le


Fig. 12.20 Disposicin y parmetros de las amarras

El tipeo para preparar el clculo definitivo de la retencin de los grupos de amarras de unadisposicin, puede ser vlida la que se presenta a continuacin:

CARACTERSTICA DE CADA AMARRA DE UNA DISPOSICIN

NE " l H 2 L cos2 cos" cos"/L cos "/Le 2

1

2

TOTAL

3

4

5

6

TOTAL

Ry ' 0,55CR.j ( cos2"

L). Lc

cos"c.cos2c

Nom Ry ' 0,55CR.N EFICACIA 'Nom Ry

Ry

Rx ' 0,55CR.cos".cos2 Nom Rx ' 0,55CR.N


(147)(147)

(148)(148)

(149)(149)

El primer total de la tabla corresponde a la suma de todos las amarras de un mismo grupoen la misma cabeza (2 en el ejemplo), las amarras 3 y 4 corresponden a los esprines deproa y popa respectivamente (se ha supuesto 1 en cada cabeza de maniobra), y las amarras5 y 6 son las representantes de las amarras dadas a popa (2 en el ejemplo), que sontotalizadas.

La distribucin de las tensiones entre las diversas amarras de una disposicin viene dadaen funcin de la geometra de toda la disposicin, no pudiendo ser estudiada la retencinde forma individual, sino en conjunto.

En el caso de la retencin lateral, la tensin desarrollada por cualquier amarra esproporcional a cos(alfa)/L, donde alfa es el ngulo horizontal formado por una amarra y elverdadero travs. La componente de esta tensin efectiva en resistir a la fuerza lateral esproporcional a cos (alfa)/L.2

En toda disposicin de amarre existir una amarra por grupo, llamada crtica, quecorresponde a la que trabaja en las mejores condiciones con bajos valores de (alfa) y L. Laeficacia de cualquier amarra en retener un esfuerzo dado est relacionada con la geometrade la amarra crtica. Es detectada por el clculo por tener el ms alto valor de cos(alfa)/L.

Mientras que una pequea pretensin en necesaria para eliminar el seno en su tendido, sudesigual aplicacin o poca vigilancia al respecto, hacen nulos sus beneficios en el conjuntodel amarre.

La retencin lateral se obtendr de las siguientes ecuaciones:

La capacidad de retencin nominal de las amarras y la eficacia de la disposicin es:

En cuanto a la retencin longitudinal, las ecuaciones a utilizar son:

La capacidad de retencin de la amarra crtica se obtiene aplicndola sola a dicha amarra.

En disposiciones cuyas inclinaciones verticales sean superores a 25E, se mejora laprecisin en el clculo de la retencin empleando la siguiente ecuacin:

Ry ' 0,55CR.j ( cos2".cos22

L.

Lccos"c.cos2c

)

Amarra crtica ' cos".cos2L

ms elevado

N ' Mxima fuerza a anular por grupoEfectividad de la retencin


(150)(150)

(151)(151)

(152)(152)

En la anterior ecuacin, la amarra crtica es la que posee el valor ms alto de:

Finalmente, el nmero de estachas (N) en la disposicin de amarre, tanto para la retencintransversal como la longitudinal, se obtiene de la ecuacin:

12.9 Definicin de un plan de amarre12.9 Definicin de un plan de amarre

El plan de amarre, especfico para cada buque, deber contener diversas partes, por las queen su conjunto pueda abarcarse todas las posibilidades de acaecimientos normales einesperados, por la que se deba ejecutarse acciones precisas por la tripulacin de guardiadurante la permanencia del buque en el atraque.

La primera parte incluye la propia definicin de las necesidades al atraque, en las que sehabrn considerado las fuerzas a soportar dadas las condiciones meteorolgicas presentesy previstas en las prximas horas/das. Esta parte define el amarre seguro en condicionesconocidas.

Una segunda parte debe incluir las maniobras de emergencia que podrn sucederse antesitaciones inesperadas o extraordinarias, que puedan afectar a la seguridad del buque, alas que se aportarn soluciones lgicas o especiales, y que sern conocidas por todos losresponsables de cubierta.

Otra parte se dedicar a las instrucciones que debe recibir y ejecutar la gente de cubiertacon responsabilidad de guardia, en especial la de cabos, con un listado de acciones yoperaciones concreto y exhaustivo, de las que se espera un cumplimiento puntual y unaesmerada atencin por parte de los interesados.De esta parte, tendrn copia, no solo los marineros interesados sino tambin el contra-maestre, y por supuesto el oficial de guardia para su seguimiento en un momento dado.

Finalmente, se tendr disponible un plan de mantenimiento de todo el equipo de amarre,desde engrase, presin, movimiento, cuidados, etc. que puedan requerir las maquinillas,


chigres, tensores, etc., que equipen el buque en cada cabeza de maniobra y cajas decubierta. La fiabilidad de su buen funcionamiento ser garanta de la seguridad del amarre.

La totalidad del plan de amarre estar disponible para su consulta por los oficiales deguardia y personal de cubierta, y posiblemente deba distribuirse una copia al personal detierra, si as fuera exigido.

c: los autores, 1998; Edicions UPC, 1998. Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorizacin escrita de los titulares del "copyright", bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproduccin total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografa y el tratamiento informtico, y la distribucin de ejemplares de ella mediante alquiler o prstamo pblicos.c2: los autores, 1998; Edicions UPC, 1998.

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