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NAVE VARADA
Humboldt Marine Training
NAVE VARADA
Preparado por
Ing. Boris L. GUERRERO B.
Valparaíso, CHILE, 2011.
1
INDICE DE MATERIAS
Introducción
…………………………………………………………
3
Acciones a tomar en caso de varada ……………….…………..
4
Cálculo de la fuerza para desvarar una nave ………………
7
Problema acerca de nave varada
…………….……………
10
…………..…………………………………
11
Forma de disminuir la fuerza normal N ………………………..
12
Otra forma de calcular N
………………………………………….
12
………………………………………………………………….
13
Problema resuelto
Problema
Efecto de la marea sobre N
…………………………………………
14
Pérdida de estabilidad transversal por causa de varadas ….
15
2
INTRODUCCIÓN
Pueden existir varadas ‘voluntarias’ o programadas, tales como las necesarias
para reparar una nave en dique o las varadas que efectúan naves menores en
la zona de Puerto Montt, aprovechando las mareas de gran amplitud que se
experimentan en esa zona. Se necesitará tomar algunas precauciones para
que no ocurran contratiempos.
Los encargados de la estabilidad deben estar preparados para reaccionar
correctamente ante una emergencia causada por una varada accidental.
Normalmente los computadores que resuelven rutinariamente los problemas
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relacionados con la estabilidad y los esfuerzos sobre el casco NO podrán dar
soluciones en estos casos de emergencias.
En una emergencia pueden tomarse acciones precipitadas que causen más
daños que beneficios, por lo que deberá estar la tripulación preparada para
actuar atinadamente.
Si una nave se vara, deberán tomarse las siguientes acciones:
1.- Examinar interiormente la zona de varada para evaluar si hay compromiso
estructural, si existe ingreso de agua o salida de combustible al exterior.
También se analizará el estado del sistema de propulsión y del sistema de
gobierno de la nave (servomotor y timón). Tomar sondas en todos los
estanques para determinar posibles entradas o salidas de líquidos en ellos.
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2.- Evaluar el área exterior para saber la profundidad y calidad del fondo
(sondaje cuidadoso). Si no se dispone de buzos se puede poner grasa en el
escandallo para tratar de determinar la calidad del fondo.
3.- Evaluar los efectos potenciales que tendría una desvarada involuntaria.
Debe considerarse que una acción irreflexiva de desvarar una nave puede
causar efectos peligrosos e incluso catastróficos. Podría darse el caso que en
la zona de varada se haya producido una avería, la que podría estar tapada
por la roca o arena, de tal forma que al desvarar entraría agua en forma
importante, llegando la nave a hundirse, lo que no habría ocurrido si hubiera
seguido el barco en su lugar, pudiendo llegar a reparar la avería antes de
desvarar. También una desvarada precipitada podría aumentar los daños
estructurales de la zona comprometida por la varadura, especialmente si es
tirado por remolcadores de alta capacidad.
4.- Analizar pronósticos de las condiciones del mar.
5.- Ver condición de la nave respecto a esfuerzos (de corte [SF], momentos
flectores [BM] y torsionales). Debe considerarse que una nueva fuerza
comenzará a actuar sobre el casco (reacción del fondo sobre el casco). Esta
fuerza puede llegar a altos valores, lo que puede aumentar los esfuerzos
sobre el casco, lo que podría quebrar la estructura del barco.
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6.- Considerar rango de la marea. Una marea ascendente disminuirá la
varada, pudiendo dejar la nave nuevamente a flote, lo que no sería favorable
si hay avería. Si la marea es descendente aumentarán las fuerzas de reacción
sobre el casco, pudiendo llegar incluso a un volcamiento, como veremos
posteriormente.
7.- Determinar fluctuaciones en las corrientes, ya que ésta podría causar
rotaciones o movimientos de la nave que podrían ser indeseables para la
seguridad del barco.
8.- Analizar tiempo atmosférico y pronóstico.
9.- Considerar posibilidad de deriva hacia un sitio peligroso.
10.- Determinar la fuerza de fricción que debe vencerse para desvarar.
11.- Trasvasijar carga o líquidos si es necesario.
12.- Preparar trasvasije de carga y/o líquidos si es necesario.
13.- Efectuar cálculo de estabilidad transversal en condición de varada.
14.- En caso de ocurrir derrame de combustibles seguir procedimiento
indicado en el Plan de Contingencia (SOPEP).
15.- Preparar maniobra de remolque, si es necesario.
16.- Considerar la estabilidad y los esfuerzos con que quedará la nave luego
de desvararse.
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CÁLCULO DE LA FUERZA PARA DESVARAR UNA NAVE.
Es importante evaluar, aproximadamente, la fuerza horizontal que debe
efectuarse sobre la nave varada y poder arrastrarla de la posición en que se
encuentra.
Existe un trágico antecedente de un desastre naval, que podría haberse
evitado si se hubiera realizado el cálculo, relativamente sencillo. Los hechos
se exponen a continuación:
“El año 1965 una nave se varó en una bahía de la zona sur del país. Se
envió a un remolcador de alta mar para desvararlo. Se pasó remolque y
se comenzó a tirar de la nave varada, durante varios días, sin resultados
positivos. Si se hubiera realizado el cálculo de la fuerza para desvarar la
nave se habría llegado a la conclusión que no era posible desvararla
solamente tirando de ella.
En una de las maniobras en que se intentaba desvarar ese barco se cortó
el remolque y se enredó en la hélice de la nave que fue enviada al
salvataje. Posteriormente se dejó caer un temporal de gran magnitud,
por lo que esta última nave se fue contra las rocas, falleciendo más de
50 tripulantes.”
Veremos que el resultado que se obtendrá es sólo aproximado, pero nos
dará un rango de fuerzas que permitirá tomar decisiones al respecto.
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REACCIÓN DEL FONDO.
Es evidente que al vararse una nave ésta se “montará” sobre el fondo sólido,
sea roca, arena, fango, coral, etc…, vale decir, efectuará una fuerza sobre el
fondo y este fondo reaccionará efectuando una fuerza igual y contraria
‘sobre’ el casco. Esto significa que el peso del barco no estará soportado sólo
por la fuerza de flotabilidad que el líquido realizará sobre el casco.
Vale decir, tendremos:
Peso nave = Flotabilidad + Reacción del fondo
Veremos el procedimiento para calcular la ‘reacción del fondo’.
1.- Determinar el peso de la nave al momento de vararse, restando al
desplazamiento del zarpe los consumos y deslastres y sumando los lastres
que puedan haberse ingresado.
2.- Observar los calados después de la varada, determinándose el volumen
sumergido y el peso del líquido desplazado (desplazamiento), de acuerdo
al procedimiento normal que aparezca en el Manual de Estabilidad.
3.- La fuerza normal (N) será la diferencia entre el peso antes de vararse y el
desplazamiento luego de la varada.
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Se usa una regla empírica para calcular la fuerza que puede realizar una nave
para convertir la potencia que realiza su hélice en empuje (o bollard pull).
Evidentemente el empuje dependerá del tipo de hélice, su velocidad de giro y
otras variables más. Ya que nos bastará con resultados ‘aproximados’,
aceptaremos la expresión siguiente:
100 HP producirán un empuje de 1 tonelada métrica (TM)
El hecho de ‘arrastrar’ una nave sobre el fondo es un problema típico de roce
(o fricción), en que la fuerza para deslizar el cuerpo sobre el fondo será el
producto de la “fuerza normal” multiplicada por un ‘coeficiente de fricción’.
En manuales de marinería y maniobras se plantean los siguientes coeficientes
de fricción:
• Fondos suaves y resbalosos
0,2 a 0,4
• Fondos medianos
0,5 a 0,6
• Fondos ásperos
0,7 a 0,9
Mediante un problema se expondrá el procedimiento para determinar la
fuerza necesaria para desvarar un aparato flotante.
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PROBLEMA
Una nave zarpa teniendo un desplazamiento de 3.500 toneladas métricas
(TM). Tiene una potencia de 3.000 HP al eje.
Consume 28 TM de petróleo, 9 TM de agua y deslastra 120 TM
Se lastra sobre arena, en el sector de proa
De la observación de los calados, luego de varar se determina un
desplazamiento de 3.300 TM
No se observan averías en el casco
SOLUCIÓN
Peso al momento de la varada:
3.500 TM - 28 TM – 9 TM – 120 TM = 3.343 TM
Desplazamiento después de la varada:
3.200 TM
La Fuerza Normal (N) será:
3.343 TM – 3.200 TM = 143 TM
Para desvarar la nave deberá aplicarse una fuerza horizontal que venza a la
fuerza de roce o fricción que se generará. Esta fuerza es igual a la fuerza
norma por el coeficiente de fricción “μ“.
Si asumimos un coeficiente de fricción de 0,4, tendremos que la fuerza para
desvarar sería de:
143 TM x 0,4 = 57,2 TM
Vimos que
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La fuerza de empuje de una nave es igual a 1/100 de la potencia en HP
Así, el empuje (bollard pull) de la nave sería de 3.000 HP / 100 = 30 TM
Vale decir, la potencia del motor de la nave no bastaría para desvarar.
Debería aumentarse la fuerza, usando la cadena y el cabrestante, o
agregando remolcadores o bien disminuyendo la fuerza normal N.
PROBLEMA
Se desea determinar el coeficiente de fricción entre un fondo rocoso y el
casco del barco. Para ello se saca una roca plana, representativa del fondo en
que está varada. Se pone una plancha metálica sobre la roca, la que está
perfectamente horizontal. La plancha pesa 10,56 kgf y se amarra a un
dinamómetro que hará una fuerza horizontal sobre la plancha.
Se determina que la plancha comienza a deslizarse cuando el dinamómetro
marca 6,7 kgf .
SOLUCIÓN
Ya que el roce es μ por la fuerza normal, podemos despejar y nos queda que
μ es la fuerza de roce dividido por la fuerza normal:
μ = Roce / Normal
μ = 6,7 kgf / 10,56 kgf = 0,63
6,7 kgf
10,56
10,56 kgf
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Formas de disminuir N. Supongamos que la nave se varó en su proa.
a) Sacar pesos a proa. Indudablemente, la forma más rápida y efectiva es
sacar líquidos. Luego, sacar cargas o sólidos del sector de proa, si es
factible.
b) Agregar pesos a popa, por ejemplo lastrando el racel de popa. Esto
causará que aumente el calado a popa, con lo que aumentará el
volumen del casco sumergido, disminuyendo la fuerza normal.
c) Trasvasijar líquidos de proa a popa, lo que es doblemente efectivo, ya
que saca peso de proa y aumenta peso a popa.
d) Esperar una marea favorable. Al subir la marea aumentará el calado en
la zona de la varada, aumentando el volumen sumergido, lo que
disminuirá la fuerza normal.
Otra forma de calcular la fuerza normal entre el casco y la roca, o zona en
que se varó, es la siguiente:
F
Fuerza Normal = Cambio asiento x MTC / Brazo
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Cambio de asiento: Se calcula la diferencia de “asiento” de la nave antes de
vararse menos el asiento después de vararse. (en cm)
MTC : Momento para cambiar 1 centímetro de asiento. Se obtiene de las
curvas o tablas hidrostáticas.
Brazo : Distancia desde el centro de flotación F (se saca de las hidrostáticas) a
la vertical que pasa por el punto de varada. (punto A en el gráfico
superior).
PROBLEMA
Un pesquero navega teniendo un desplazamiento W=3.343 TM. Su asiento es
de 0,37 m. Se vara por la proa. Se determina que la distancia entre la zona de
varadura y el centro de flotación F es de 25 m. Se calcula que el MTC es de 48
TM m / cm. Luego de la varada se observan los calados y se determina que el
nuevo asiento es de 1,12 m.
Determinar la fuerza normal que el fondo hace sobre el casco. Considerar
que no hubo rotura del casco.
SOLUCIÓN
El cambio de asiento es de 1,12 m menos 0,37 m, o sea 0,75 m = 75 cm
Aplicando la fórmula anterior tendremos:
N = Cambio asiento x MTC / Brazo
= 75 [cm] x 48 [TM m /cm] / 25 [m]
= 144 TM
(Ver figura de la página 12)
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EFECTO DE LA MAREA SOBRE LA FUERZA DE REACCIÓN.
Es Conveniente calcular el aumento de la fuerza de reacción del fondo sobre
el casco en los casos en que ‘baje’ la marea, lo cual, lógicamente, tratará de
disminuir el volumen de carena (o volumen sumergido). Inversamente
podremos calcular la disminución de esa fuerza en los casos que ‘suba’ la
marea, lo cual permitiría calcular el instante más adecuado para desvarar la
nave.
El caso de que baje la marea es muy importante, ya que al aumentar la fuerza
de reacción del fondo sobre el casco se podría llegar a un daño importante de
la estructura en la zona de contacto, como también se podría producir una
disminución de la estabilidad de la nave, lo que podría llevar a situaciones
catastróficas.
Podríamos considerar que en la zona de contacto del barco con el fondo, la
disminución de calado es igual a la distancia que ha bajado la marea.
La variación de la fuerza normal N (que llamaremos ∆N) se puede obtener de
la siguiente expresión:
∆M x TPC x MTC x EPP
∆N =
MTC x EPP + TPC x brazo
En que:
∆M es el cambio en la altura de la marea en cm
TPC son las toneladas por centímetro de inmersión
MTC es el momento para cambiar y cm de asiento, en TM x m /cm
EPP es la eslora entre perpendiculares
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brazo es la distancia entre la zona de contacto de la varada con F
(centro de flotación, obtenido de las curvas o tablas
hidrostáticas)
Si al la fuerza normal originada por la varada (N) le aumentamos la fuerza de
variación ∆N tendremos la nueva fuerza normal.
Si los cálculos los hemos efectuado para la máxima disminución de marea,
obtendremos la fuerza normal máxima (NM) que soportará el casco.
NM = N + ∆N
En los cálculos precedentes hemos considerado que no hubo aumento ni
disminución de peso por causa de la avería, o sea se trató de una avería
“cerrada”. Si hubiera existido una variación del desplazamiento por causa de
la varada, dicho cambio de peso deberá considerarse como un aumento o
disminución extra de la fuerza normal, según sea el caso.
EFECTO DE ‘N’ SOBRE LA ESTABILIDAD TRANSVERSAL
Supongamos que una nave se encuentra parcialmente varada en los
picaderos de un dique, en un punto K efectuándose una fuerza normal N
entre los picaderos y la quilla.
El nivel del líquido ha disminuido desde WL a WL1
La disminución del líquido desplazado tiene un peso “w”, correspondiente a
la zona acurada.
Si bien el peso de la nave y su centro de gravedad G no han variado, la
pérdida de flotabilidad causa una “subida virtual” desde G hasta G1.
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El valor de la posición del nuevo centro de gravedad virtual estará dado por
KG1 = KG x W / W1
En que:
W : Peso de la Nave
W1 : Desplazamiento nave varada (o sea peso del volumen sumergido)
Esto causará que puede existir un calado de la nave varada en que G virtual
haya subido tanto que la nave no tenga ESTABILIDAD. Ello ocurrirá cuando
GM sea 0 (cero). Si ocurriera una leve disminución adicional de calado, la
nave comenzaría a escorarse, pudiendo llegar al volcamiento.
En los casos de varadas voluntarias, tales como entradas a dique, una vez que
se ha asentado bien la quilla de la nave sobre el picadero, se baja un poco
más el calado del dique y se instalan las camadas laterales, para evitar
posibles escoras del barco por causa de esta subida virtual de su centro de
gravedad. También suelen usarse puntales horizontales para evitar
volcamientos, aunque se prefieren las camadas laterales.
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Cálculo del Calado para GM=0
Se hace un gráfico en que se plotean en las abscisas los GM y en las
ordenadas los calados que tenga la nave mientras se vara.
Se calcula los GM que corresponden para 3 calados diferentes y se marcan
los valores en el gráfico descrito anteriormente.
Calado
Para un calado de 7,30 m se
tiene un GoM igual a ‘0
‘“(cero)
GoM
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En el ejemplo del gráfico se calcularon los GoM para calados de 7m, 8m y 9m.
Se obtuvieron GoM de 3,3 m, 1,4 m y -1,1 m, respectivamente.
Para un calado de 7,3 m se llegaría a tener un GoM crítico de CERO (0).
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