Esfuerzos a los cuales el buque está sujeto

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  Esfuerzos a los cuales el buque está sujeto 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 secc
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  Esfuerzos a los cuales el buque está sujeto  Las tensiones experimentadas por un buque flotando en aguas tranquilas y cuando este se encuentre en mar abierto se pueden considerarconvenientemente 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 lasfuerzas de flotabilidad son iguales y opuestas. Por lo tanto no hay una fuerza resultante en una sección y el cuerpo no será tensionado nideformado. Un buque flotando en aguas tranquilas tiene una distribución irregular del peso debido a la distribución de la carga y a ladistribución 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 ode carga, ya sea un exceso de flotabilidad o exceso de carga. Desde que el buque permanece inmóvil hay fuerzas verticales hacia arriba yhacia abajo que tienden a torcerlo ( véase la Figura 1 ) que se refieren como fuerzas de corte en vertical, tendiendo a cortar el materialvertical en el casco.El buque que se muestra en la Figura 1 se cargará de forma similar a la viga que se muestra debajo de él, y tienden a doblarse de unamanera 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 delmismo 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”. Cuand o baja lacubierta estará en compresión y el forro del fondo en la tensión. Manteniéndose en el agua el buque está sujeto a momentos de flexión deun arrufo o quebranto dependiendo de las fuerzas relativas de peso y flotabilidad, siendo también sometido a fuerzas de corte vertical.   Figura 1 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 tantopueden 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 dela nave ( véase figura 2 ). Fuerzas de Corte Longitudinal  Cuando el buque se quebranta o arrufa en aguas tranquilas y en el mar las fuerzas de corte similar a las fuerzas de corte vertical estaránpresentes en el plano longitudinal ( véase figura 2 ). Las tensiones cortantes verticales y longitudinales son complementarias y existen en   conjunto con un cambio de momentos de flexión entre secciones adyacentes del casco. La magnitud de la fuerza de corte longitudinal esmayor que el eje neutro y disminuye hacia la parte superior e inferior de la viga. Esfuerzos de Flexión   Desde la teoría clásica de flexión, los esfuerzos de flexión (δ) en cualquier punto de la viga está dado por:Donde:M = Momento de flexión aplicado.Y = distancia del punto considerado desde el eje neutral.I = segundo momento del área de la sección transversal de la viga acerca del eje neutro.Cuando las curvas de la viga son vistas en los extremos, se dice en el caso del quebranto la tensión se evidencia en la parte superior y la  compresión en la parte inferior. En algún lugar entre los dos hay una posición en la que las fibras no son ni en la tensión ni compresión. Esta   posición se llama el eje neutro, y en las fibras más alejadas del eje neutro la mayor tensión se produce por el plano de flexión. Cabe señalarque el eje neutro siempre contiene el centro de la gravedad de la sección transversal. En la ecuación del momento de inercia (I) de lasección es un divisor; por lo tanto mayor será el valor del segundo momento de la superficie y menor será la tensión de flexión. Este   segundo momento de área de la sección varía con la profundidad y por lo tanto un pequeño aumento en la profundidad de la sección puedeser muy beneficioso en la reducción del momento deflector. De vez en cuando se hace referencia al módulo transversal (Z) de una viga;estos es simplemente la relación entre el momento de inercia y la distancia del punto de considerarse desde el eje neutro, que es / y = Z.Figura 2El momento deflector está dado por s = M / Z. EL buque como viga . Fue visto antes de que el buque se doble como una viga; y, de hecho, el casco puede ser considerado como unaviga en forma de caja para que pueda ser la posición del eje neutro y el segundo momento de área calculada. La cubierta y el forro del   fondo forman las alas de la viga-casco, y son mucho más importantes para la resistencia longitudinal de los lados que forman el forro de la viga y llevar a las fuerzas de corte. El cajón en forma de casco y una viga convencional doble “T” pueden ser comparados como en la Figura 3.  En un barco el eje neutro está generalmente más cerca de la parte inferior, desde el fondo del forro será más pesado que la cubierta,teniendo que resistir la presión de agua, así como, los esfuerzos de flexión. En el cálculo del segundo momento de un área de la seccióntransversal todo el material longitudinal es de mayor importancia y la además el material es del eje neutro, mayor será su segundo momento   de la superficie respecto al eje neutro. Sin embargo, a mayor distancia del eje neutro el módulo transversal será reducido y enconsecuencia mayor esfuerzo puede producirse en la viga-casco, placas extremas como el trancanil y la cubierta. Estos tracas de lasplanchas son generalmente más pesados que los otros.Los esfuerzos de flexión son mayores en la parte media de la longitud y es debido a esta variación que Lloyd's da cuartones máximos sobreel 40 por ciento de la mitad de la eslora. Otros cuartones pueden reducirse a los extremos del buque, aparte de regiones locales altamentetensionadas donde otras formas de carga se encuentran.   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 ciertopunto un término engañoso ya que todas las cubiertas continuas son de hecho cubiertas de fuerza si son debidamente construidos. A lo largo de la esloradel buque, el ala superior del casco viga, es decir, la cubierta de la fuerza, puede intervenir de cubierta a cubierta, donde grandes superestructuras soninstalados o hay un corte natural, por ejemplo, en forma de una cubierta de saltillo. Ampliar superestructuras tienden a deformarla con el casco principaly las tensiones de magnitud considerable se producirán en la estructura. Los primeros buques equipados con grandes superestructuras de construcciónligera demostraron esto con su costo. Los intentos de evitar la fractura se han realizado por juntas de expansión lo cual hizo la discontinuidad de laestructura. 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 unoquisiera evitar. En los buques modernos la construcción de la superestructura se hace generalmente continua y de tal fuerza que su módulo de sección esequivalente a la que la cubierta de fuerza tendría si no se ajustara la superestructura.  Figura 3  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 yel 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 . Losmamparos transversales principales resisten la deformación transversal tales, la contribución de la cuaderna es insignificante siempre que elmamparos están en su espaciamientos regular habitual. Cuando los mamparos transversales son ampliamente espaciados las cuadernas ylas 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 altorcer el casco y ponerlo en 'torsión'. En mayoría de los buques estos momentos de torsión, y esfuerzos son insignificantes, pero en losbuques con aberturas de cubierta muy amplia y de largo son significativos. Un particular ejemplo es el buque de contenedores más grandedonde 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 (véanse las figuras 4 a y 4 b). 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 presionesfluctuantes 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 seconduce en la mar de proa. Estos esfuerzos de golpeteo, como se les conoce, es probable que sean más graves en una condición ligera delastre, y ocurren sobre un área del forro del fondo a popa del mamparo de colisión. Un refuerzo adicional es requerido en esta región.   Figura 4 (a)   Figura 4 (b)   Otros esfuerzos locales Los miembros estructurales del buque son a menudo objeto a grandes esfuerzos en áreas localizadas, y el grancuidado se requiere para asegurar que estas áreas están bien diseñadas. Este es particularmente el caso en que varios miembros de cargadel buque se entrecruzan, siendo ejemplos donde mamparos longitudinales se encuentran con los mamparos transversales. Otra área   altamente esforzada se produce cuando hay es una discontinuidad de la viga-casco en los extremos de las estructuras de refugio encubierta, también en escotilla y otros rincones de apertura, y donde hay rupturas bruscas en las amuradas. Fractura frágil  Con la introducción a gran escala de la soldadura en la construcción de buques más se ha prestado atención a la correcta selección demateriales y diseño estructurales para evitar la posibilidad de rotura frágil que ocurre. Durante la Segunda Guerra Mundial la incidencia de   este fenómeno fue alta entre los tonelaje construido a toda prisa, mientras que poco se sabe acerca de la mecánica de rotura frágil. Aunquelos casos de rotura frágil se registraron en buques remachados, las consecuencias fueron más desastrosas en los buques soldados debidoa la continuidad de metal proporcionado por la junta soldada en comparación a la vuelta de clavados que tendían a limitar la propagación de   grietas.La fractura frágil se produce cuando un material elástico de otro modo se fracturasin ningún signo aparente o poca evidencia de deformación del material antes del fracaso. La fractura se produce de forma instantánea con   poca advertencia y la estructura general del buque no tiene por qué estar sujeto a una tensión alta en el momento. El acero dulce utilizadoampliamente en la construcción de buques es particularmente propenso a las fracturas frágiles dadas las condiciones necesarias paradesencadenar. El tema es demasiado complejo para se tratará en detalle en este texto, pero se sabe que los siguientes factores influyen en   la posibilidad de rotura frágil y se tienen en cuenta en la selección del diseño y materiales de los buques modernos.(a) Una muesca fuerte está en la estructura de la que inicia la fractura.(b) Un esfuerzo de tensión está presente.   (c) Existe una temperatura sobre la cual la rotura frágil que no se produzca.(d) Las características metalúrgicas de la lámina de acero.(e) La placa gruesa es más propensa.   Una fractura frágil se distingue de un fallo dúctil por la falta de deformación en el borde de la lágrima, y su aspecto granular brillante. Unafalla dúctil tiene una apariencia gris opaco. La fractura frágil es también distinguida por el galón aparente marcado, con el cual ayuda a la   ubicación del punto de iniciación de la fractura, ya que estos tienden a apuntar en esa dirección.Los factores que se sabe que existen cuando una fractura frágil se puede producir debe tenerse en cuenta si se trata de evitar. En primerlugar el diseño de los distintos elementos de la estructura del buque debe ser tal que las muescas agudas en los que las grietas pueden   iniciarse se evitarán. Con estructuras soldadas tan grandes como un buque la eliminación completa de la iniciación de la grieta no es deltodo posible debido a la existencia de pequeños defectos en las soldaduras, por un examen completo de soldadura no practicable. El aceroespecificado para la construcción del casco, por tanto, tienen buena ductilidad a las temperaturas de servicio en particular cuando se utiliza   placa gruesa. El suministro de acero que tiene buenas propiedades ductilidad ' tiene el efecto de lo que es difícil que una grieta se
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