Esfuerzo de arrufo y quebranto
Los esfuerzos de arrufo y quebranto, en ingeniería náutica, son combinaciones de fuerzas que sufren los navíos por diferentes causas y que ponen en peligro su integridad estructural. Se llama esfuerzo de arrufo al que tiende precisamente a exagerar el arrufo, esto es, la curvatura o elevación simultánea de la proa y la popa frente al plano horizontal del barco. Se llama esfuerzo de quebranto al efecto contrario.
Esfuerzos dinámicos
Cuando un buque navega entre las olas, su estructura atraviesa crestas y valles como muestra la figura. Cuando la longitud de la onda es aproximadamente igual a la eslora se produce la situación graficada que es la más desfavorable a la estructura de la nave.
En el caso superior, la proa y popa reciben más empuje que el centro del buque ( que se halla en un seno) y esto combinado al desplazamiento generan tres fuerzas que podemos considerar representadas por las flechas que tienden a colapsar la estructura como un libro que se cierra. Se dice entonces que la viga buque esta sometida al esfuerzo de arrufo.
La situación inversa, esto es, la sección media en una cresta mientras que proa y popa en respectivos senos tienden a quebrar al casco como una rama. Esto es lo que se conoce como esfuerzo de quebranto. Lógicamente, conforme el buque progresa entre las olas esta situación alterna entre una y otra.
Esfuerzos estáticos
Estos esfuerzos también pueden darse en aguas tranquilas si la distribución de carga en el buque no es la adecuada. Es el caso de una nave con la bodega central cargada y las bodegas extremas vacías, que se ve afectada por el esfuerzo de arrufo (1), mientras que una bodega central vacía y extremas abarrotadas generaran un esfuerzo de quebranto (2).
Por esta razón es vital para la seguridad de una nave conocer estos esfuerzos que combinados pueden sobrepasar los valores calculados de resistencia ocasionando la pérdida de vidas y bienes
Elementos de Arquitectura Naval. Antonio Mandelli .Librería editorial Alsina Buenos Aires 1986. ISBN 950-553-026-9 (pag 174).
Obtenido de «http://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_de_arrufo_y_quebranto»
Cuando los egipcios se atrevieron por primera vez a navegar por el mar Mediterráneo y el mar Rojo con sus embrcaciones fluviales, se encontraron con que incuso las olas más pequeñas desmoronaban la frágil estructura del casco, desprovisto de quilla y de cuadernas. Mejoraron la resistencia general del casco reforzando las tablas de sicomoro y las ligazones; incrementaron la altura del francobordo para evitar que las olas barrieran la cubierta y la protegieron con fuertes brazolas. Pero el problema principal era el quebranto que sufría el casco al remontar olas de una cierta magnitud. El quebranto es la deformación que se origina en un casco cuando la parte media de éste se sitúa sobre la cresta de una ola, y la proa y la popa caen al no estar sumergidas. Esta deformación somete al casco a importantes esfuerzos y, en los barcos de la antigüedad, provocaba su rotura súbita o terminaba por dañar su estructura, causando vías de agua imposibles de taponar que causaban el naufragio de la embarcación.
Para solucionar este grave inconveniente, los fenicios desarrollaron más tarde la quilla, pero los árboles egipcios no tenían el suficiente grosor y longitud. Entonces, idearon un sistema que consistía en un cabo grueso de muchos cordones que discurría longitudinalmente a lo largo de la línea de crujía, sostenido y guiado por unas horquillas. Este cabo se aferraba a la proa y a la popa, y se tensaba torciéndolo mediante una palanca o tortor insertado transversalmente en los cordones. Este ingenioso sistema hacía las funciones de una quilla a la inversa, ya que sostenía la proa y la popa en la cresta de las olas, aumentando considerablemente la resistencia longitudinal del casco.
En estos primeros barcos que navegaban por el mar se atisba a popa la incipiente aparición del alcázar, como una superestructura destinada a guarnir las espadillas de gobierno y el lugar donde se situaba el mando de la embarcación. Las velas eran cuadradas y bastante más altas que anchas. Disponían de una verga con dos brazas amarradas a cada extremo que la orientaban respecto al viento. Estas velas no podían portar más allá de los 110º de incidencia del viento, por lo que eran arriadas y el palo abatido cuando se encontraban con vientos contrarios, situación en la que entraban en juego los remeros.
Materiales de Construcción de barcos. Una amplia variedad de materiales es usada en la construcción de barcos: La madera - el material tradicional para la construcción de barco que era y todavía es usado para la construcción del mástil y el casco. Es boyante, barato, extensamente disponible y manejable. Esto no es en particularmente resistente a la abrasión y se puede deteriorar si se le permiten al agua dulce u organismos marítimo penetrar en esta. Maderas resistentes a la pudrición como el cedro y el roble generalmente son seleccionadas para la construcción de barcos de madera. El pegamento, tornillos y/o clavos son usados para unir los componentes de madera.
Algunos tipos de construcción de madera incluyen: Carabela, en el cual un casco liso está formado por tablones de madera atados a un marco. Los tablones pueden ser encorvados en el corte transversal como bastones de barril. Los tablones de carabela generalmente son calafateados con estuma o algodón que se coloca en las juntas de los tablones y se cubre con alguna sustancia de prueba de agua. Esto toma su nombre de un tipo de barco arcaico y como se cree, ha provenido de el Mediterráneo. Otro método de construcción de barcos de madera es lapstrake, una técnica originalmente identificada con los vikingos, en la cual los tablones de madera son fijados uno con otro con un traslapo leve que es biselado para un ajuste apto. Los tablones pueden ser unidos mecánicamente el uno al otro con remaches de cobre, uñas de hierro inclinadas, tornillos o con pegamento. A menudo, marcos de madera doblados a vapor son encajados dentro del casco. Esta técnica es conocida como clinker en Gran Bretaña y también como construcción ajustada. También existe el método de usar planchas de plywood fijas a un marco. El chapeado puede ser laminado en un casco redondo o usado en planchas solas. Estos cascos generalmente tienen uno o varios lomos. Un método de construcción de barcos de paneles de plywood es conocido como el método de puntada-y-pegamento, donde los paneles prefabricados de plywood son pegados en el borde y reforzados con fibra de vidrio sin el empleo de un marco. Cables metálicos o plásticos encorvan los paneles planos en formas tridimensionales curvadas. Estos cascos generalmente tienen uno o varios lomos.
Algunos tipos de construcción de madera incluyen: Carabela, en el cual un casco liso está formado por tablones de madera atados a un marco. Los tablones pueden ser encorvados en el corte transversal como bastones de barril. Los tablones de carabela generalmente son calafateados con estuma o algodón que se coloca en las juntas de los tablones y se cubre con alguna sustancia de prueba de agua. Esto toma su nombre de un tipo de barco arcaico y como se cree, ha provenido de el Mediterráneo. Otro método de construcción de barcos de madera es lapstrake, una técnica originalmente identificada con los vikingos, en la cual los tablones de madera son fijados uno con otro con un traslapo leve que es biselado para un ajuste apto. Los tablones pueden ser unidos mecánicamente el uno al otro con remaches de cobre, uñas de hierro inclinadas, tornillos o con pegamento. A menudo, marcos de madera doblados a vapor son encajados dentro del casco. Esta técnica es conocida como clinker en Gran Bretaña y también como construcción ajustada. También existe el método de usar planchas de plywood fijas a un marco. El chapeado puede ser laminado en un casco redondo o usado en planchas solas. Estos cascos generalmente tienen uno o varios lomos. Un método de construcción de barcos de paneles de plywood es conocido como el método de puntada-y-pegamento, donde los paneles prefabricados de plywood son pegados en el borde y reforzados con fibra de vidrio sin el empleo de un marco. Cables metálicos o plásticos encorvan los paneles planos en formas tridimensionales curvadas. Estos cascos generalmente tienen uno o varios lomos.
Acero (antes se usaba hierro) - usado en hoja para cascos metálicos o para miembros aislados estructurales. Es fuerte, pero pesado. El material se oxida al no ser protegido del agua. Componentes modernos de acero son soldados o fundidos juntos. Hasta mediados de los años 1900, hojas de acero fueron remachadas juntas. Aluminio - usado en hojas para cascos metálicos o para miembros estructurales aislados . Muchos mástiles son hechos de aluminio. El material requiere técnicas especiales de fabricación, instrumentos de construcción y habilidades de construcción. Mientras es fácil cortar, el aluminio es difícil de soldar, y también requiere tratamientos térmicos como la precipitación que se refuerza para la mayor parte de sus usos. La corrosión es una preocupación con el aluminio, en particular debajo de la línea de flotación.
Fibra de vidrio (plástico Reforzado por cristal o GRP) - Típicamente usado para producción de barcos debido a su capacidad de reutilizar un molde hembra como la fundación para la forma del barco. La estructura resultante es fuerte en la tensión, pero a menudo tiene que ser reforzada con muchas capas pesadas de fibra de vidrio saturada por resina o reforzada con madera o espuma para proporcionar la rigidez. Cascos GRP son en gran parte libre de corrosión aunque no son normalmente a prueba de fuego. Estos pueden ser de fibra de vidrio sólida o de tipo emparedado, en el cual un corazón de balsa, espuma o material similar es aplicado después de que la capa externa de fibra de vidrio es puesta al molde, pero antes de que la piel interior sea puesta. Este es similar al siguiente tipo, el compuesto, pero por lo general no es clasificado como el compuesto, ya que el material principal en este caso no proporciona mucha fuerza adicional. Este realmente, sin embargo, aumenta la rigidez, lo que significa que menos resina y paño de fibra de vidrio pueden ser usados para ahorrar peso. La mayor parte de barcos de fibra de vidrio actualmente son hechos en un molde abierto, con la fibra de vidrio y la resina aplicada a mano. Algunos ahora son construidos por la infusión al vacío donde las fibras son presentadas y la resina es tirada en el molde por la presión atmosférica. Esto puede producir partes más fuertes con más cristal y menos resina, pero requiere materiales especiales y conocimiento más técnico.
Compuesto - Mientras GRP, madera, e incluso cascos de hormigón son técnicamente hechos de materiales compuestos, el término "compuesto" a menudo es usado para plásticos reforzados con otras fibras además de cristal. Moldeado en frío se refiere a un tipo de construcción de cascos únicos que usan delgadas tiras de madera aplicada a una serie de formas en ángulos de 45 grados a la línea central. A menudo llaman a este método la diagonal doble porque un mínimo de dos capas es recomendado, cada una ocurriendo opuesta a ángulos de 45 grados. "El moldeado en frío" es ahora un término relativamente arcaico porque el contrastante método de construir barcos "moldeado caliente", en el cual se usaban hornos para calentar y curar la resina, no ha sido usado extensamente desde la 2da. Guerra Mundial. Ahora casi toda la curación es hecha a temperatura ambiente. Otros tipos de compuestos incluyen la tira envainada, que usa (por lo general) una capa sencilla de tiras paralelas a la línea escarpada. Los materiales compuestos en cuestión entonces son aplicados al molde en forma de un plástico (por lo general el epoxi, el poliéster, o vinylester) y una especie de paño de fibra (fibra de vidrio, kevlar, dynel, fibra de carbón, etc.), de ahí el casco terminado es "un compuesto" de fibra y resina. Estos métodos a menudo dan proporciones de fuerza-a-peso que se acercan a el de aluminio, requiriendo instrumentos menos especializados y habilidades.
Cemento reforzado por acero (ferrocemento) - Fuerte y duradero. Primero desarrollado a mediados del siglo XIX en Francia. Usado para construir buques durante la guerra. Extensamente refinado en astilleros de Nueva Zelanda en los años 50 y se hizo popular entre los constructores aficionados de barcos de vela en los años 70 y 80, porque el coste material era barato aunque el elemento tiempo de trabajo fuera alto. El peso de un barco de ferrocemento terminado es comparable con el de un barco tradicionalmente construido en madera. Como tal ellos a menudo son construidos para ir más despacio. Los cascos construidos correctamente de ferrocemento requieren de mas mano de obra que el acero o la fibra de vidrio, así hay pocos ejemplos de astilleros comerciales que usan este material. La inhabilidad de producir barcos d ferrocemento en masa ha conducido a tener pocos ejemplos alrededor. Muchos barcos de ferrocemento construidos en patios traseros tienen un estilo áspero, grumoso, que ha ayudado a dar una pobre reputación al material. El método de ferrocemento es fácil de hacer, pero es también fácil hacerlo mal. Esto ha a llevado a algunos desastrosos barcos 'construidos en casa. Los barcos de ferrocemento correctamente diseñados, construidos y enyesados tienen cascos lisos con líneas finas, y por lo tanto a menudo se confunden con barcos de madera o fibra de vidrio.
Fibra de vidrio (plástico Reforzado por cristal o GRP) - Típicamente usado para producción de barcos debido a su capacidad de reutilizar un molde hembra como la fundación para la forma del barco. La estructura resultante es fuerte en la tensión, pero a menudo tiene que ser reforzada con muchas capas pesadas de fibra de vidrio saturada por resina o reforzada con madera o espuma para proporcionar la rigidez. Cascos GRP son en gran parte libre de corrosión aunque no son normalmente a prueba de fuego. Estos pueden ser de fibra de vidrio sólida o de tipo emparedado, en el cual un corazón de balsa, espuma o material similar es aplicado después de que la capa externa de fibra de vidrio es puesta al molde, pero antes de que la piel interior sea puesta. Este es similar al siguiente tipo, el compuesto, pero por lo general no es clasificado como el compuesto, ya que el material principal en este caso no proporciona mucha fuerza adicional. Este realmente, sin embargo, aumenta la rigidez, lo que significa que menos resina y paño de fibra de vidrio pueden ser usados para ahorrar peso. La mayor parte de barcos de fibra de vidrio actualmente son hechos en un molde abierto, con la fibra de vidrio y la resina aplicada a mano. Algunos ahora son construidos por la infusión al vacío donde las fibras son presentadas y la resina es tirada en el molde por la presión atmosférica. Esto puede producir partes más fuertes con más cristal y menos resina, pero requiere materiales especiales y conocimiento más técnico.
Compuesto - Mientras GRP, madera, e incluso cascos de hormigón son técnicamente hechos de materiales compuestos, el término "compuesto" a menudo es usado para plásticos reforzados con otras fibras además de cristal. Moldeado en frío se refiere a un tipo de construcción de cascos únicos que usan delgadas tiras de madera aplicada a una serie de formas en ángulos de 45 grados a la línea central. A menudo llaman a este método la diagonal doble porque un mínimo de dos capas es recomendado, cada una ocurriendo opuesta a ángulos de 45 grados. "El moldeado en frío" es ahora un término relativamente arcaico porque el contrastante método de construir barcos "moldeado caliente", en el cual se usaban hornos para calentar y curar la resina, no ha sido usado extensamente desde la 2da. Guerra Mundial. Ahora casi toda la curación es hecha a temperatura ambiente. Otros tipos de compuestos incluyen la tira envainada, que usa (por lo general) una capa sencilla de tiras paralelas a la línea escarpada. Los materiales compuestos en cuestión entonces son aplicados al molde en forma de un plástico (por lo general el epoxi, el poliéster, o vinylester) y una especie de paño de fibra (fibra de vidrio, kevlar, dynel, fibra de carbón, etc.), de ahí el casco terminado es "un compuesto" de fibra y resina. Estos métodos a menudo dan proporciones de fuerza-a-peso que se acercan a el de aluminio, requiriendo instrumentos menos especializados y habilidades.
Cemento reforzado por acero (ferrocemento) - Fuerte y duradero. Primero desarrollado a mediados del siglo XIX en Francia. Usado para construir buques durante la guerra. Extensamente refinado en astilleros de Nueva Zelanda en los años 50 y se hizo popular entre los constructores aficionados de barcos de vela en los años 70 y 80, porque el coste material era barato aunque el elemento tiempo de trabajo fuera alto. El peso de un barco de ferrocemento terminado es comparable con el de un barco tradicionalmente construido en madera. Como tal ellos a menudo son construidos para ir más despacio. Los cascos construidos correctamente de ferrocemento requieren de mas mano de obra que el acero o la fibra de vidrio, así hay pocos ejemplos de astilleros comerciales que usan este material. La inhabilidad de producir barcos d ferrocemento en masa ha conducido a tener pocos ejemplos alrededor. Muchos barcos de ferrocemento construidos en patios traseros tienen un estilo áspero, grumoso, que ha ayudado a dar una pobre reputación al material. El método de ferrocemento es fácil de hacer, pero es también fácil hacerlo mal. Esto ha a llevado a algunos desastrosos barcos 'construidos en casa. Los barcos de ferrocemento correctamente diseñados, construidos y enyesados tienen cascos lisos con líneas finas, y por lo tanto a menudo se confunden con barcos de madera o fibra de vidrio.
SOLUCION Y OPINION
Los barcos a lo largo de la historia como podran leer han sido fabricados de diversos materiales para su resistencia, longevidad y fuerza, han psado desde la madera hasta el hierro y han sido reforzados por fibra de vidrio con resinas hepoxicas hasta lo que hoy en dia conocemos como fibra de carbono la cual los ha vuelto mucho mas ligero y mas resistentes ala friccion y el desgastamiento del medio ambiente , pero por mi parte yo opino que por mas que los materiales y la mente del ser humano vallan evolucionando , jamas podran vencer la fuerza de la madre naturaleza , la cual siempre es muy imprewdecible y somos seres humanos los cuales cometemos erroresy un minimo error en altas condiciones climatologicas pueden producir una gran catastrofe como lo puede ser la ruptura de la quilla en un barco la cual es como la columna vertebral de el y por lo tanto quedaria inservible y ala deriva, yo creo que la mayor solucion a este problema puede ser la prevencion, tanto del capitan del barco al esta en alta mar como tambien el mantenimiento y mejoras del barco para prevenir una catastrofe mayor.
Los barcos a lo largo de la historia como podran leer han sido fabricados de diversos materiales para su resistencia, longevidad y fuerza, han psado desde la madera hasta el hierro y han sido reforzados por fibra de vidrio con resinas hepoxicas hasta lo que hoy en dia conocemos como fibra de carbono la cual los ha vuelto mucho mas ligero y mas resistentes ala friccion y el desgastamiento del medio ambiente , pero por mi parte yo opino que por mas que los materiales y la mente del ser humano vallan evolucionando , jamas podran vencer la fuerza de la madre naturaleza , la cual siempre es muy imprewdecible y somos seres humanos los cuales cometemos erroresy un minimo error en altas condiciones climatologicas pueden producir una gran catastrofe como lo puede ser la ruptura de la quilla en un barco la cual es como la columna vertebral de el y por lo tanto quedaria inservible y ala deriva, yo creo que la mayor solucion a este problema puede ser la prevencion, tanto del capitan del barco al esta en alta mar como tambien el mantenimiento y mejoras del barco para prevenir una catastrofe mayor.
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