Ver unidadesTablas de esfuerzos, calculadores de carga y pérdida parcial de la flotabilidad sin avería
Fuerza cortante y momento flector a lo largo del casco
1La lección en palabras sencillas
El peso y el empuje pueden diferir a lo largo del buque. Esto somete a la viga casco, el casco actuando como una viga, a fuerzas cortantes y momentos flectores.
Dos distribuciones
Imagina el buque dividido en rebanadas cortas. Cada una tiene su peso: acero, carga, combustible, lastre. También recibe un empuje del agua que desplaza. En conjunto se equilibran y el buque flota. Rebanada a rebanada, rara vez coinciden. Donde el peso supera al empuje, la rebanada tiende a bajar; donde domina el empuje, tiende a subir. La diferencia por metro es la curva de cargas, en toneladas por metro (t/m).
Fuerza cortante
La fuerza cortante (SF) en una sección es la carga neta acumulada desde un extremo hasta esa sección, en toneladas. Tiende a deslizar verticalmente una parte del casco respecto a la contigua. SF es cero en ambos extremos. Alcanza máximos donde la curva de cargas cambia de signo, a menudo cerca de los cuartos de eslora o en una bodega muy cargada junto a otra vacía.
Momento flector
El momento flector (BM) en una sección es la fuerza cortante acumulada a lo largo de la eslora, en toneladas metro (t·m): el área bajo la curva de SF. BM es cero en ambos extremos y máximo donde SF pasa por cero, normalmente cerca del centro del buque. Un BM elevado flexiona todo el casco como una viga. No lo confundas con BM, el radio metacéntrico en estabilidad.
Unidades del ordenador
En las tablas de esfuerzos, t significa tonelada-fuerza: la fuerza del peso de una tonelada. Muchos ordenadores de carga muestran SF en kilonewtons (kN) y BM en kilonewton metro (kN·m). Divide entre 9,81 para comparar: 180.500 kN son unas 18.400 t; 1 t·m equivale a unos 9,81 kN·m.
Por qué te importa como oficial
Una SF excesiva puede pandear o agrietar el forro del costado y los mamparos cerca de bodegas muy cargadas. Un BM excesivo puede fracturar las planchas de cubierta o del fondo en el centro del buque. Controlas ambos mediante el orden de carga, descarga y lastrado. Las siguientes lecciones tratan el quebranto y el arrufo, y después los límites de esfuerzos y el instrumento de carga.
2Paso a paso
Ejemplo resuelto: SF y BM en una gabarra prismática
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Define la gabarra: 100 m de eslora, cinco compartimentos de 20 m y peso en rosca de 1.000 t distribuido uniformemente (10 t/m). Carga 600 t en cada compartimento extremo.
El desplazamiento es 2.200 t. Una gabarra prismática sin asiento tiene empuje uniforme: 2.200 ÷ 100 = 22 t/m.
- 2
Obtén la curva de cargas. El peso es 10 + 600 ÷ 20 = 40 t/m en los extremos y 10 t/m en el centro. Carga neta = peso − empuje.
Extremos: +18 t/m (sobra peso); centro: −12 t/m (sobra empuje). La suma de cargas netas es cero.
- 3
Fuerza cortante a 20 m del extremo: 18 × 20 = 360 t.
SF es la carga neta acumulada desde el extremo. Aquí alcanza un máximo, donde la carga cambia de signo.
- 4
Fuerza cortante en el centro del buque: 360 − 12 × 30 = 0 t.
SF pasa por cero, así que aquí BM es máximo.
- 5
Momento flector a 20 m del extremo: área del triángulo bajo SF = ½ × 20 × 360 = 3.600 t·m.
BM es el área bajo la curva de SF desde el extremo.
- 6
Momento flector en el centro: 3.600 + ½ × 30 × 360 = 9.000 t·m.
Suma las áreas con su signo bajo la curva de SF desde el extremo hasta el centro.
3Datos clave
- Curva de cargas
- Peso − empuje por metro, en t/m
- Fuerza cortante (SF)
- Carga neta acumulada desde un extremo hasta la sección, en t
- Momento flector (BM)
- Área bajo la curva de SF desde un extremo, en t·m
- BM máximo
- Donde SF pasa por cero, normalmente cerca del centro del buque
- En los extremos
- SF y BM son cero
- Unidades
- 1 t ≈ 9,81 kN; 1 t·m ≈ 9,81 kN·m
4Puntos clave
- 1
Peso y empuje se equilibran en conjunto, pero no en cada rebanada; su diferencia forma la curva de cargas.
- 2
SF es la carga acumulada (t); BM es SF acumulada (t·m).
- 3
BM es máximo donde SF cruza el cero; SF alcanza máximos donde la curva de cargas cambia de signo.
- 4
Comprueba si el ordenador usa t y t·m o kN y kN·m.
5Errores frecuentes
Error: Si el buque flota en sus marcas, el casco no soporta esfuerzos.
Correcto: El peso total iguala al empuje total, pero su distribución longitudinal aún puede generar SF y BM elevados.
Error: La fuerza cortante es máxima en el centro del buque.
Correcto: SF suele alcanzar máximos cerca de los cuartos de eslora, donde cambia la carga. BM suele ser máximo cerca del centro, donde SF es cero.
Error: BM en la pantalla de esfuerzos es el radio metacéntrico.
Correcto: Aquí BM es el momento flector en t·m o kN·m. El radio metacéntrico BM de estabilidad es una longitud en metros.
6Caso práctico y claves de examen
Una gabarra prismática de 100 m tiene 1.000 t de peso en rosca distribuidas uniformemente y 1.200 t de carga. Compara concentrar toda la carga en el compartimento central de 20 m con cargar 240 t en cada uno de los cinco compartimentos de 20 m. ¿Qué opción produce menos flexión en el centro?
Ver la respuesta
Con la carga concentrada en el centro, el empuje es 22 t/m. La carga neta es −12 t/m fuera del compartimento central y +48 t/m dentro. SF alcanza −480 t a 40 m y vuelve a cero en el centro. BM = −9.600 − 2.400 = −12.000 t·m. Con 240 t por compartimento, peso y empuje son 22 t/m en toda la eslora: carga neta, SF y BM son cero. La distribución uniforme produce menos flexión central.
Claves de examen
- Carga = peso − empuje por metro; SF = carga acumulada; BM = SF acumulada.
- SF es cero en los extremos; BM es máximo donde SF = 0.
- Usa áreas con su signo al sumar la curva de SF.
- Convierte kN a t dividiendo entre 9,81.
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Cuando la hayas leído, responde tres preguntas. Acierta las tres para terminar la unidad; solo abrir la página no cuenta.
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