Universidad Austral de ChileFacultad de Ciencias de la IngenieríaInstituto de Ciencias Navales y Marítimas Estructura de la Nave IIValdivia

SEMINARIO

CÁLCULO DE ESTRUCTURAS USANDO GL POSEIDON

MODELADO Y ESCANTILLONADO DE SECCIÓN MAESTRA DE UN BUQUE PORTACONTENEDORES

Profesor Responsable : Dr. Marcos Salas Inzunza

Alumno : Narciso Aguila Chacón

Fecha : 17 de Octubre de 2011

INDICE pág.

1.- INTRODUCCION………………………………………………………………………………………………………. 32.- ESTIMACION PESO MUERTO Y CALADO…………………………………………………………………. 43.- DESCRIPCION DE SECCIONES………………………………………………………………………………….. 64.- CONFIGURACION DE REFUERZOS…………………………………………………………………………… 65.- TIPO DE CONSTRUCCIÓN……………………………………………………………………………………….. 76.- UTILIZACIÓN DE POSEIDON PARA MODELADO Y ESCANTILLONADO DE CUADERNA MAESTRA EN SECCIÓN 80……………………………………………………………………………………………. 6.1.- Elementos Funcionales…………………………………………………………………………………… 6.2.- Resultado de Dimensionado…………………………………………………………………………… 6.2.1.- Miembros Longitudinales……………………………………………………………………. 6.2.1.1.- Planchas…………………………………………………………………………………. 6.2.1.2.- Refuerzos……………………………………………………………………………….. 6.2.2.- Miembros Transversales……………………………………………………………………… 6.2.2.1.- Celdas…………………………………………………………………………………….. 6.2.2.2.- Planchas…………………………………………………………………………………. 6.2.2.3.- Refuerzos……………………………………………………………………………….. 6.2.2.4.- Aligeramientos………………………………………………………………………. 6.2.3.- Criterio de carga………………………………………………………………………………….. 6.2.3.1.- Celdas…………………………………………………………………………………….. 6.2.3.2.- Estanques……………………………………………………………………………….

78999101111121213131313

7.- MODULO DE SECCIÓN DE LA CUADERNA MAESTRA……………………………………………….. 148.- OBSERVACIONES…………………………………………………………………………………………………….. 159.- BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………………………………………. 16

INDICE DE TABLAS

TABLA 1: CARACTERISTICAS PRINCIPALES……………………………………………………………………. 3TABLA 2: ESPACIADO REFUERZOS LONGITUDINALES…………………………………………………… 6TABLA 3: PLANCHAS LONGITUDINALES (ESPESORES EN mm)………………………………………. 9TABLA 4: REFUERZOS LONGITUDINALES………………………………………………………………………. 10TABLA 5: PLANCHAS TRANSVERSALES (CELDAS) (ESPESOR EN mm)…………………………….. 12TABLA 6: COMPARACION ENTRE W(CUADERNA MAESTRA) Y W(MIN)………………………… 14

INDICE DE FIGURAS

Figura 1:Esquema base para modelado……………………………………………………………………….. 7Figura 2: Plot de elementos funcionales en POSEIDON………………………………………………… 8Figura 3: Espesores de planchas longitudinales en cuaderna maestra…………………………. 10Figura 4: Dimensiones de los perfiles HP utilizados como refuerzos de planchas………… 11Figura 5: Planchas Transversales con sus aligeramientos y espesores..……………………….. 12Figura 6: Sumario de sección calculada. Modulo de sección, Momentos flectores, etc.. 14Figura 7: Peso por unidad de la sección calculada……………………………………………………….. 14

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1.-INTRODUCCION

Se requiere modelar y escantillonar la cuaderna maestra de un buque portacontenedores optimizando espacios y peso de la estructura.

Las características principales de este buque son:

TABLA 1: CARACTERISTICAS PRINCIPALESEslora entre perpendiculares (Lpp) (Metros) 115Eslora en flotación (Lwl) (Metros) 120Manga (B) (Metros) 21Puntal (D) (Metros) 10,5Coeficiente de Block (Cb) 0,75Velocidad (Vs) (Nudos) 15Eslora de escantillonado (L) (Metros) 115,2

El modelado y escantillonado del buque será asistido por POSEIDON, un software proporcionado para nuestro propósito por la casa clasificadora alemana, Germanischer Lloyd.

Por otro lado, se necesita hacer una estimación de las magnitudes correspondientes a Peso muerto o Deadweight (DW) y calado (T) de nuestro buque.

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2.- ESTIMACION DE PESO MUERTO (DW) Y CALADO (T)

En mi caso, para la estimación del peso muerto, me apoyaré en el libro titulado “El Proyecto Básico del Buque Mercante” de Ricardo Alvariño. En él se establecen regresiones creadas a partir de información tomada de portacontenedores ya construidos, los cuales se encuentran en un rango de capacidad de 70 a 2400 contenedores en bodega. Según dichas regresiones, mi buque de eslora entre perpendiculares de 120 metros tendría una capacidad aproximada de 219 contenedores bajo cubierta (1).

Estimación de calado de francobordo (T)

Utilizaré una regresión en particular cuyo gráfico se muestra a continuación, la cual me permitirá hacer una estimación del calado de francobordo de mi buque a partir de los contenedores en bodega.

Fuente: ALVARIÑO, R; “El proyecto básico del buque mercante”;pág. 468.

(1) Figura 2.9.19; Alvariño, R; “EL Proyecto Básico del Buque Mercante”; pág. 468.

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Al ingresar el número de contenedores en bodega (NCHO), en mi caso 219, se obtiene el calado de francobordo del buque.

En mi caso, el calado estimado es:

T=-6,05 + 2,49 ln(NCHO) = -6,05 + 2,49 ln(219) = 7,36 metros

Luego, con mi calado estimado, puedo saber mi desplazamiento:

Δ = 1,025*L*B*T*Cb = 1,025*115,2*21*7,36*0,75 = 13687 ton

Igualmente, al ingresar el calado junto a los demás parámetros, POSEIDON me calcula el desplazamiento.

Estimación Peso Muerto (DW)

Generalmente, en un buque portacontenedores, el peso muerto fluctúa entre 60% y 75 % del desplazamiento del buque.

En mi caso, tomare el peso muerto como el 60% del desplazamiento:

DW = 0,6 * 13687 = 8212 ton

Con estos datos estimados mas los datos que conozco del buque puedo ingresar los parámetros necesarias para comenzar a modelar. Para este caso los calados en lastre han sido estimados

Fuente: 1.1 General Data. POSEIDON

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3.- DISPOSICIÓN DE SECCIONES (1.5 Frame Table)

Las cuadernas estarán dispuestas cada 760 mm, distancia a la cual se designará cada sección en la tabla de secciones:

Fuente: 1.5 Frame Table(X-Dir). POSEIDON

La sección 0 estará ubicada en la perpendicular de popa y la cuaderna maestra estará ubicada en la sección 80.

4.- CONFIGURACIÓN DE REFUERZOS

El espaciado de refuerzos para cada plancha se determina en la siguiente tabla:

TABLA 2: ESPACIADO REFUERZOS LONGITUDINALESEspaciado de refuerzos del fondo 635 mmEspaciado de refuerzos del doble fondo 635 mmEspaciado refuerzos de cubierta 750 mmEspaciado de refuerzos de costado y mamparo longitudinal z < 7500 860 mmEspaciado de refuerzos de costado y mamparo longitudinal z > 7500 750 mmEspaciado refuerzos de brazola 750 mmN° de refuerzos en pantoque 2N° de refuerzos en descanso escotilla 1

Se modelará en POSEIDON el cuerpo paralelo del buque, el cual abarcará desde la sección 40 hasta la sección 121. Sin embargo, los compartimientos de los estanques serán ingresados solo en la zona de la cuaderna maestra, esto es, entre las secciones 76 y 85, ya que nos interesa escantillonar la cuaderna maestra del buque

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5.- TIPO DE CONSTRUCCIÓN

La construcción es del tipo longitudinal en todo el cuerpo paralelo del buque, ya que una estructura de este tipo dará mayor resistencia frente a esfuerzos por efectos de las olas, ya que nuestro buque es de un tamaño considerable

6.- UTILIZACIÓN DE POSEIDON PARA MODELAR Y ESCANTILLONAR LA CUADERNA MAESTRA EN SECCIÓN 80

El siguiente dibujo de la cuaderna maestra de un buque portacontenedores con escotilla será utilizado como base para el modelado, comenzando por modelar elementos funcionales.

Figura 1: Esquema base para el modelado.

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6.1.- Elementos Funcionales

A continuación se muestra el resultado del modelado de los elementos funcionales de la cuaderna maestra a partir del esquema antes presentado:

Figura 2: Plot de Elementos Funcionales en POSEIDON

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6.2.- Resultados del dimensionado

A continuación se disponen los resultados del dimensionamiento de los diferentes elementos estructurales presentados tanto en tablas como gráficamente.

6.2.1.- Miembros longitudinales

6.2.1.1.- Planchas

A partir de los elementos funcionales modelados para el cuerpo paralelo, el software arrojó como resultado un arreglo completo de planchas, las cuales solo fueron modificadas en cuanto al criterio de diseño que estas tenían (requerimiento estructural, tanques, plancha estanca, etc.). Con todo esto, fueron calculados los espesores de dichas planchas de acuerdo al reglamento arrojando los siguientes valores:

TABLA 3 : PLANCHAS LONGITUDINALES (ESPESORES EN mm)PLANCHA DE QUILLA 13FONDO 11PANTOQUE 11COSTADO 11TRACACINTA 20DOBLE FONDO 09CUBIERTA INTERPERIE 20CUBIERTA 2 19VAGRAS 1, 2,3 9VAGRA 4 11QUILLA 10BRAZOLA ESCOTILLA 20MAMPARO LONGITUDINAL 10DESCANSO ESCOTILLA 18

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Figura 3: Espesores de planchas longitudinales en cuaderna maestra

6.2.1.2.- Refuerzos

Los refuerzos longitudinales asociados a cada plancha fueron todos dimensionados con el tipo de perfil bulbo (HP).

TABLA 4: REFUERZOS LONGITUDINALESREFUERZO FONDO HP 300*12REFUERZO DOBLE FONDO HP 300*12REFUERZO COSTADO Z < 7500 mm HP 320*14REFUERZO COSTADO Z > 7500 mm HP 340*12REFUERZO BRAZOLA HP 300*15REFUERZO DESCANSO ESCOTILLA HP 340*14REFUERZO MAMPARO LONGITUDINAL Z < 7500 mm HP 300*13REFUERZO MAMPARO LONGITUDINAL Z > 7500 mm HP 300*13REFUERZO CUBIERTA INTERPERIE Y CUBIERTA 2 HP 300*12

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Figura 4: Dimensiones de los perfiles HP utilizados como refuerzos de planchas.

6.2.2.- Miembros Transversales

6.2.2.1.- Celdas

Para crear los elementos estructurales transversales, es necesario definir celdas, que corresponden a espacios limitados por los elementos funcionales antes descritos.

Cada celda será utilizada para establecer un elemento estructural transversal como una cuaderna o varenga.

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6.2.2.2.- Planchas

Estas planchas corresponden a los elementos estructurales transversales como cuadernas y varengas.

Dichos elementos no influyen en el modulo de sección de la cuaderna maestra, por lo que solo serán dimensionados con el espesor mínimo requerido. Sin embargo para su escantillonado se toman en cuenta las cargas a las que están sometidos localmente como es el caso de cuadernas o varengas estancas que son paredes de estanques.

TABLA 5: PLANCHAS TRANSVERSALES (CELDAS) (ESPESOR EN mm)Varenga 1 (FL_1) 8Varenga 1 (FL_1) 8Varenga 1 (FL_1) 8Varenga 1 (FL_1) 8Pantoque (BL_1) 8Cuaderna (WF_1) 8Cuaderna (WF_2) 8

Figura 5: Planchas Transversales con sus aligeramientos y espesores.

6.2.2.3.- Refuerzos

Los elementos transversales no llevaran refuerzos ya que por la altura que dichos elementos poseen, no debieran presentar fenómenos de pandeo por lo que no necesitan refuerzos.

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6.2.2.4.- Aligeramientos

A todos los elementos estructurales transversales se le hicieron aligeramiento con el objeto de disminuir los pesos. Además dichos aligeramientos permiten la inspección y la conexión entre varias secciones dentro de un mismo estanque.

6.2.3.- Criterio de carga

6.2.3.1.- Celdas

Para la descripción de estanques fue necesario establecer celdas las cuales servirán como referencia para el posicionamiento de los estanques. Esto facilita enormemente la descripción de estanques.

6.2.3.2.- Estanques

Para el escantillonado de la cuaderna maestra, los estanques fueron descritos entre las secciones 76 y 85. En el doble fondo entre cada vagra irá un estanque de lastre y en el costado estarán los estanques de combustibles.

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7.- MÓDULO DE SECCIÓN DE LA CUADERNA MAESTRA

La IACS dispone que el modulo de sección mínimo para la cuaderna maestra estará dado por la siguiente expresión:

Wmin=k∗C∗L2∗B (Cb+0,7 )

Donde: L (m)

B (m)

C= Wave Coefficient (Coeficiente de olas)

Para mi buque de 115 m de eslora, el coeficiente de olas será:

C=10,75−(3− L100

)1,5

; para90≤ L≤300m

C=10,75−(3−115100

)1,5

=8,23

K=1 para acero dulce

Luego, Wmin=1∗8,23∗1152∗21 (0,75+0,7 )=3314231,29 cm3=3,314m3

TABLA 6: COMPARACIÓN ENTRE W(cuaderna maestra) y W(min)W calculado por POSEIDON para cuaderna maestra Wmin según IACS

3,330 m3 3,314 m3

Figura 6: Sumario de sección calculada (cuaderna maestra).Módulo de sección, inercia total, momento flector y fuerzas de corte.

Figura 7: Peso por unidad de la sección. Peso elementos transversales y longitudinales.

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8.- OBSERVACIONES

(1) En un comienzo, el modulo de sección de la cuaderna maestra era menor al mínimo estipulado por el GL. Para subsanar esto, se aumentaron las dimensiones de la sección transversal de los elementos estructurales longitudinales (espesores en planchas y espesores y largo en refuerzos) alejados del centroide de la sección maestra. Con esto se consigue aumentar la inercia y por ende el modulo de sección de cada elemento y el de la sección maestra.

(2) Los valores de calado en lastre fueron estimados tomando en cuenta que para la condición en lastre, el buque había disminuido su desplazamiento en un 12 %.

(3) Los criterios de diseño para planchas que conformaban la pared de un estanque, fueron insertados de forma automática por el programa al dimensionar dichas planchas, esto debido a que los estanques habían sido descritos anteriormente.

(4) Los refuerzos longitudinales fueron sobredimensionados para poder aumentar el modulo de sección de la cuaderna maestra. Sin embargo algunos refuerzos quedaban sobredimensionados en espesor, ya que debía cumplir también con el modulo de sección mínimo requerido para dicho refuerzo.

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9.- BIBLIOGRAFIA

Alvariño, Ricardo; “El Proyecto Básico del Buque Mercante”; Fondo Editorial de Ingeniería Naval; 1997;

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