Las tensiones experimentadas por un
buque flotando en aguas tranquilas y cuando este se encuentre en mar abierto se
pueden considerar convenientemente por separado.
Corte Vertical y Dobles Longitudinal en Aguas
Tranquilas
Si un
cuerpo homogéneo de sección transversal uniforme y peso está flotando en aguas
tranquilas, en cualquier sección el peso y las fuerzas de flotabilidad son
iguales y opuestas. Por lo tanto no hay una fuerza resultante en una sección y
el cuerpo no será tensionado ni deformado. Un buque flotando en aguas
tranquilas tiene una distribución irregular del peso debido a la distribución
de la carga y a la distribución de sus pesos estructurales. La distribución de
flotabilidad es también no uniforme ya que el área de la sección bajo el agua
no es constante a lo largo de la eslora. El peso total y la flotabilidad total
son equilibrados, pero en cada sección habrá una fuerza resultante o de carga,
ya sea un exceso de flotabilidad o exceso de carga. Desde que el buque
permanece inmóvil hay fuerzas verticales hacia arriba y hacia abajo que tienden
a torcerlo (véase la Figura) que se refieren como fuerzas de corte en vertical,
tendiendo a cortar el material vertical en el casco.
El
buque que se muestra en la Figura se cargará de forma similar a la viga que se
muestra debajo de él, y tienden a doblarse de una manera similar, debido a la
variación en la carga vertical. Puede ser visto que las fibras superiores de la
viga estarían en tensión; semejantemente el material que forma la cubierta de
la nave con este cargamento. Por el contrario las fibras inferiores de la viga,
y del mismo modo el material que forma la parte inferior de la nave, estará en
compresión. Un buque doblando de esta manera se dice que está en
"quebranto" y si se lleva a la inversa forma con el centro del buque
el exceso de peso se dice que está en “arrufo”. Cuando baja la cubierta estará
en compresión y el forro del fondo en la tensión. Manteniéndose en el agua el
buque está sujeto a momentos de flexión de un arrufo o quebranto dependiendo de
las fuerzas relativas de peso y flotabilidad, siendo también sometido a fuerzas
de corte vertical.
Momentos de flexión en una vía marítima
Cuando
un buque está en el mar las olas con sus senos y crestas producen una mayor
variación en las fuerzas de boyantes y por lo tanto pueden aumentar el momento
de flexión, las fuerzas de corte vertical y las tensiones. Clásicamente los
efectos extremos se pueden ilustrar con el buque balanceado sobre una ola de
igual longitud a la de la nave. Si la cresta de la ola está en la medianía del
buque las fuerzas de boyantes tenderán al quebranto del mismo; si el seno de la
ola está en la medianía del buque las fuerzas de boyantes tenderán al arrufo de
la nave (véase la siguiente figura).
Resistencia de la cubierta
La
cubierta forma el reborde superior de la viga-casco, es referida a menudo como
la cubierta de la fuerza. Esto es hasta cierto punto un término engañoso ya que
todas las cubiertas continuas son de hecho cubiertas de fuerza si son
debidamente construidos. A lo largo de la eslora del buque, el ala superior del
casco viga, es decir, la cubierta de la fuerza, puede intervenir de cubierta a
cubierta, donde grandes superestructuras son instalados o hay un corte natural,
por ejemplo, en forma de una cubierta de saltillo. Ampliar superestructuras
tienden a deformarla con el casco principal y las tensiones de magnitud
considerable se producirán en la estructura. Los primeros buques equipados con
grandes superestructuras de construcción ligera demostraron esto con su costo.
Los intentos de evitar la fractura se han realizado por juntas de expansión lo
cual hizo la discontinuidad de la estructura. Estos no fueron un éxito total y
la junta de dilatación se puede formar una concentración de esfuerzos en la
cubierta de la fuerza que uno quisiera evitar. En los buques modernos la
construcción de la superestructura se hace generalmente continua y de tal
fuerza que su módulo de sección es equivalente a la que la cubierta de fuerza
tendría si no se ajustara la superestructura.
Esfuerzos transversales
Cuando
un buque experimenta fuerzas transversales que tienden a cambiar la forma de
secciones transversales del buque, por tanto introduce momentos transversales.
Estas fuerzas pueden ser producidas por las cargas hidrostáticas y el impacto
de los mares o de carga y el peso estructural tanto de forma directa y como
resultado de reacciones por al cambio de movimiento del buque.
- Desplazamiento: Cuando un barco se mueve en balance, la cubierta tiende a moverse lateralmente en relación a la estructura del fondo, y el forro de un costado se mueve verticalmente en relación con al otro costado. Este tipo de deformación se conoce como "estanterías". Los mamparos transversales principales resisten la deformación transversal tales, la contribución de la cuaderna es insignificante siempre que el mamparos están en su espaciamientos regular habitual. Cuando los mamparos transversales son ampliamente espaciados las cuadernas y las vigas se puede introducir a compensar.
- Torsión: Cuando un cuerpo está sujeto a un momento de torsión que es comúnmente conocida como par, el cuerpo se dice que está en “torsión”. Un buque con la proa oblicuamente (45°) a una ola será objeto de corregir los momentos de dirección opuesta en sus extremos al torcer el casco y ponerlo en 'torsión'. En mayoría de los buques estos momentos de torsión, y esfuerzos son insignificantes, pero en los buques con aberturas de cubierta muy amplia y de largo son significativos. Un particular ejemplo es el buque de contenedores más grande donde en la obra muerta de una caja de torsión y pesada estructura de vigas incluyendo la cubierta superior se ofrece para dar cabida a la esfuerzos de torsión.
Esfuerzos Locales
- Pantocazo: se refiere a una tendencia a que el forro exterior para trabajar dentro y fuera en el mar, y es causada por las presiones fluctuantes en el casco en los extremos cuando el buque se encuentra entre las olas. Estas fuerzas son más graves cuando el buque se está moviendo entre las olas y está lanzando fuertemente, las grandes presiones que ocurren en un ciclo de tiempo.
- Golpeteo: Esfuerzos locales severos se producen en la zona del casco inferior y elaboración de un buque hacia adelante cuando se conduce en la mar de proa. Estos esfuerzos de golpeteo, como se les conoce, es probable que sean más graves en una condición ligera de lastre, y ocurren sobre un área del forro del fondo a popa del mamparo de colisión. Un refuerzo adicional es requerido en esta región.
Para más información acerca de los esfuerzos a los cuales está sometido un buque consultar:
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