Gobernabilidad - Movilidad

Gobernabilidad

La gobernabilidad es fundamental en el mantenimiento del orden social. Tiene que ver con la capacidad de un gobierno para sostener la estabilidad social y política dentro de un marco de respeto al orden jurídico establecido. El origen del término «gobernabilidad» viene del verbo latino  latino «gubernare», que puede traducirse como «pilotar un barco».

Movimiento y oscilación de un barco

En términos de navegación, podemos definir una maniobra como el arte y la ciencia de mover buques. Para realizar esta tarea hay dos factores fundamentales que influyen en la misma. Por un lado, aquellos que no podemos controlar y que dependen de la naturaleza como son el viento, la corriente, el oleaje o la inercia. Por otro, están aquellos factores que sí podemos controlar con la ayuda de los denominados medios auxiliares de maniobra que son los timones, hélices, hélices de maniobra, cabos, anclas, remolcadores, etc. Gracias al conocimiento y el control de todos estos factores, y sobre todo a la práctica, se pueden realizar maniobras con seguridad con todo tipo de buques, todos los días y en todos los puertos del mundo.

Los  movimientos y oscilación  de un las embarcaciones en el agua son el resultado de todas las fuerzas actuantes sobre ellas y tienen seis grados de libertad, tres de traslación y tres de rotación.

Cálculo del período de rolido

El oficial debe siempre estar atento a las variaciones que puedan aparecer en el período de rolido de su buque, sobre todo durante los malos tiempos o temporales. Dichas variaciones pueden originarse por ingreso desconocido de agua en bodegas, tanques o compartimientos del buque, produciendo efecto se superficie libre con la consiguiente pérdida de estabilidad y aumento del período de rolido. También puede deberse a la acumulación de agua proveniente a golpes de mar que rompen sobre la cubierta y que no alcanzan a evacuarse. Mantener limpios los imbornales de las mismas es una tarea sumamente importante, sobre todo en buques pequeños. Si se navega en zonas muy frías, la acumulación de nieve o hielo en cubiertas y superestructuras provoca una elevación real del centro de gravedad  G , con la consiguiente disminución de la altura metacéntrica. Es indispensable e importante en dichas situaciones desprenderse rápidamente de esos pesos altos. La siguiente fórmula permite el permanente control del período de rolido del buque conociendo cual es la altura metacéntrica, que por cálculo, el buque tendría que tener. Donde:T es el período de rolido completo expresado en segundos.

Seis grados de libertad ​  

Se refiere al movimiento en un espacio tridimensional, es decir, la capacidad de moverse hacia delante/atrás, arriba/abajo, izquierda/derecha (traslación en tres ejes perpendiculares), combinados con la rotación sobre tres ejes perpendiculares (Guiñada, Cabeceo, Alabeo). El movimiento a lo largo de cada uno de los ejes es independiente de los otros, y cada uno es independiente de la rotación sobre cualquiera de los ejes, el movimiento de hecho tiene seis grados de libertad.

En los videojuegos, seis grados de libertad define una puesta en juego donde los jugadores son libres de moverse en cualquier dirección tridimensional. En los videojuegos de disparo en primera persona, normalmente, se ofrecen cuatro grados de libertad —cinco si se cuentan desplazamientos en el eje vertcal, como los saltos o el buceo, y a veces seis—. Normalmente el jugador puede moverse en cualquier dirección a lo largo de la tierra y puede alterar el cabeceo y la guiñada, pero no puede rodar.

Movimientos de traslación

Los tres tipos de movimientos de traslación son:

• Traslación vertical : «ascenso» y «descenso». También, si hay oscilación, se habla de «sube y baja» (por flotación) o «vaivén vertical».
• Traslación lateral  a una u otra banda que puede originarse por el viento o por una corriente marítima. Recibe los nombres «ronza» y «abatimiento».
• Traslación longitudinal  —«avance» o «retroceso»—.

• El movimiento de la lado a lado  alrededor del eje longitudinal ‘X’ se llama «escora». Cuando el giro es oscilatorio recibe varias denominaciones, como «balance», «bamboleo», «vaivén transversal», «alabeo», «rolido» o «rolado». El término ‘rolido’ es un anglicismo que proviene de  roll , utilizado en Sudamérica y se encuentra en algunos diccionarios náuticos pero no en el DRAE. También se usa en el ámbito de la natación.

Movimiento de Buques

El buque en el mar, sometido a todas las fuerzas actuantes, se mueve según seis grados de libertad. Tres de traslación y tres de rotación.

Traslaciones: 

1 Movimiento de traslación vertical de ascenso y descenso: Ascenso, Descenso. También, si hay oscilación: Sube y baja (por flotación) o Vaivén vertical .
2 Movimiento de traslación lateral a una u otra banda: ronza o abatimiento; puede originarse por el viento o por una corriente marítima.
3 Movimiento de traslación longitudinal Avance o Retroceso.

Rotaciones:

4 Según el eje vertical ‘Z’ : Virada o Guiñada, ya sea por causa del gobierno del timón o por otras causas. También se usan: Caída a la buena (giro según el timonel), Caída a la mala (giro según el viento), Guiñada de rumbo.
5 Según el eje trasversal ‘Y’: Cabeceo o Arfada.
6 Según el eje longitudinal ‘X’: Escora. Cuando el giro es oscilatorio: Balance, Bamboleo, Vaivén transversal, Rolido o Rolado.

Abatimiento Náutico. 

El abatimiento es el ángulo que se forma entre la derrota y la línea de crujía de la embarcación, un ángulo que se forma por la acción del viento. Cuando se cae hacia sotavento por la acción del viento se llama abatir.

Comportamiento del buque entre olas

Introducción

Cuando el buque navega atravesado al oleaje, el empuje de las olas contra el casco junto con la resistencia lateral proporciona un par escorante al que inmediatamente se opone el par adrizante. El resultado son los movimientos de balance del buque. Si estos balances son muy grandes la estabilidad del buque puede verse comprometida ante el riesgo de sobrepasar el ángulo crítico de equilibrio dinámico correspondiente al par escorante debido al oleaje. Un efecto, altamente peligroso para la estabilidad transversal, que puede hacer que la escora acabe sobrepasando el ángulo crítico de equilibrio dinámico provocando el hundimiento del buque es el llamado  sincronismo transversal : Si los balances del buque se sincronizan con los empujes de las olas, los balances serán cada vez mayores. Para evitar este problema lo que hemos de hacer es cambiar el rumbo para recibir el mar por la amura en lugar de recibirlo por el través.

Si navegamos proa a la mar entonces el principal problema se debe a los fuertes cabeceos que provocan grandes esfuerzos sobre la estructura longitudinal del casco que pueden producir deformaciones (quebranto o arrufo) y debilitan la estructura. Además, navegando contra la mar es difícil evitar que se produzcan incómodos pantocazos. Más aún, existe también el riesgo de  sincronismo longitudinal  que puede provocar que el buque se hunda pasando por ojo. Para evitar este problema y reducir los pantocazos lo que hemos de hacer es variar nuestra velocidad.

Navegando popa a la mar el principal problema es que el gobierno del buque puede ser defectuoso: Al moverse el buque en la misma dirección y sentido que la ola, la velocidad del buque respecto al agua puede ser muy pequeña, incluso menor que la mínima velocidad de gobierno. Existe entonces el riesgo de quedar atravesados al mar en el momento de descender de una cresta, pudiendo quedar el buque en una situación muy comprometida. Debemos evitar este problema navegando a un rumbo tal que recibamos el mar por la aleta en lugar de recibirlo por la popa.

Generalidades sobre la formación de las olas

Generalidades sobre la formación de las olas. Las olas son ondulaciones producidas por el viento actuando sobre la superficie del mar. La propagación de una ola es idéntica al movimiento que experimenta el agua de un estanque al arrojar  al agua en reposo una piedra; se forman una serie de círculos concéntrico s que se van haciendo de mayor diámetro a medida que se alejan del centro de perturbación.

Si entre estos círculos se arroja un trozo de madera, se observará que éste sube y baja en el agua, lo cual indica que el agua no avanza, es sólo la forma del perfil de la ola que cambia de lugar; por este motivo, cuando desde a bordo se ve aproximar una gran ola parece que ésta va a lanzar su masa de agua sobre el buque, y no es así, ya que el agua no cambia de posición, sino que es sólo la forma del perfil lo que avanza; una extensión de mar agitado, sin viento ni corriente, puede compararse a un gran campo de trigo cuando el viento le imprime un movimiento ondulatorio; sin tener movimiento de traslación, la superficie de trigo da la sensación de las olas.

Para tener una ligera idea del origen de la formación de las olas, supongamos una superficie de la mar de cierta extensión en reposo horizontal; si sobre ella actúa la fuerza producida por el viento de dirección y sentido constante, se rompe aquel reposo, las capas superiores del agua se trasladarán sobre las inferiores y una nueva masa de agua ocupará la capa de la superficie.

Si el viento no es constante en dirección y sentido, como sucede en la realidad en la superficie de mar considerada, sobre las primeras alteraciones de las capas superficiales, con elevaciones y depresiones, continuará soplando desigualmente el viento, haciendo aumentar considerablemente aquellas elevaciones y depresiones, llegando a formarse una ondulación o “perfil de la ola”, asimétrica,  cuya forma no es conocida por medio del cálculo por no ser constante la fuerza del viento que produce su forma.

Si cesara el viento en las condiciones anteriores, la superficie de la mar no queda en reposo instantáneamente, sino que continúa su movimiento ondulatorio, que va  transformándose en regular; es entonces el perfil simétrico y periódico, teniendo la forma de un trocoide. La superficie de la mar se denomina entonces mar regular o mar tendida.

Equilibrio del buque entre las olas

Para su estudio supondremos al buque como una masa muy pequeña, que se pueda comparar con una partícula de la ola. Fig. b

Sea la partícula de peso  p  en la posición  t0  en ese instante la partícula se encuentra en el seno de la ola la fuerza centrifuga  Fe  tiene el mismo sentido que el peso  p  por lo tanto se suman, resultando el peso aparente  Pa .

En la posición  t1 de la partícula  p  el peso aparente  Pa  es la resultante del paralelogramo formado por la fuerza centrífuga  Fc  y el peso  p : el empuje aparente  Ea  sería igual al  Pa  pero de sentido contrario, cuya prolongación pasará por el metacentro instantáneo  M1 .
En la posición  t2  de la partícula  p . que se encuentra en la cresta de la ola, la fuerza centrífuga  Fc  y el peso p se contrarrestan, por lo tanto el peso aparente  Pa = p – Fc . En el caso de la partícula p considerada como un buque, se puede saber la variación de su peso  Pa  o desplazamiento aparente y la dirección en que actúa en cada instante: se comprueba matemáticamente que el peso aparente en la cresta es un 30% menor que el real y en el seno es 30% mayor. Un buque real tiene una determinada forma, tamaño y volumen muy variado que hacen difícil calcular la dirección e intensidad del peso aparente. Si el plano diametral del buque  coincidiera siempre con la vertical al perfil de la ola, el buque no tendría movimiento aparente de balance, pero en realidad esto no es factible y la dirección del peso aparente  Pa , perpendicular al perfil de la ola no coincide con el plano diametral del buque produciéndose el balance aparente.
Si el buque permaneciera siempre vertical o sea ‘que su plano diametral coincidiera con la vertical verdadera el buque no tendría movimiento absoluto de balance, esto tampoco es factible en un buque real produciéndose el balance absoluto.

Como vimos anteriormente el  Da  variaba de acuerdo a la intensidad de la fuerza centrífuga  Fc de un mínimo en la cresta de la ola a un máximo en el seno de la ola. De ello deducimos que el momento Mto. a un mismo  θa  y  GM  que se encuentre el buque entre las olas depende directamente del desplazamiento aparente  Da , por ello podemos decir que el momento del par será mayor cuando el buque se encuentre en el seno de la ola y menor en la cresta, por lo cual su estabilidad se encontrará disminuida en la cresta de una ola con respecto al seno de la misma.
La estabilidad dinámica puede disminuir en ciertos buques a más del 50% en la cresta de una ola comparada a la misma en aguas tranquilas. Fig. d.

Lo anteriormente dicho se debe considerar válido cuando el buque queda en la cresta de una sola ola porque cuando el buque queda sobre varias crestas el momento del par sería la resultante de un sistema de fuerzas que actúan en la carena.
Tomado de Hebert Peraira. Teoria del Buque (Estabilidad).

Para que el buque se inclinase el ángulo θ  hubo que efectuar un trabajo (medido por la estabilidad dinámica), que el buque almacena en forma de energía potencial, éste, al quedar en libertad, transforma aquel trabajo en movimiento (energía dinámica), llevando el buque hacia la otra banda. Al pasar el buque por la posición de adrizamiento, ambas energías son iguales prescindiendo de las resistencias exteriores, naturalmente, el buque no se habrá detenido en aquella posición en virtud de las fuerzas de inercia, escorando el ángulo θ1 continuando así las oscilaciones indefinidamente; por efecto de las resistencias pasivas, estos ángulos, respetivos, se van haciendo menores y el buque queda adrizado.

Eje tranquilo es el eje longitudinal alrededor del cual el buque verifica sus oscilaciones. Después de muchas experiencias se probó que un barco, en aguas tranquilas, oscila alrededor de un eje, llamado de oscilación, que no es fijo en el espacio, cuya posición media se determina experimentalmente y se llama “ eje tranquilo”.

Este eje está en el plano diametral, muy próximo al centro de gravedad del buque, y comprendido entre éste y el plano de flotación. En los buques normales descarga, el centro de gravedad  “G”  está muy próximo a la superficie de flotación. Por este motivo puede admitirse que el eje tranquilo o el eje longitudinal de la oscilación, en los movimientos de balance, es un eje longitudinal paralelo a la línea proa-popa que pasa por el centro de gravedad del buque.

Orientación revisada que sirva de guía al capitán para evitar  situaciones peligrosas en condiciones meteorológicas y estados de la mar adversos

Por condiciones meteorológicas adversas se entiende las olas causadas por el viento o la mar de fondo intensa. Algunas combinaciones de longitud y altura de ola en determinadas condiciones operacionales pueden dar lugar a situaciones peligrosas para los buques que cumplen los criterios especificados en el Código de Estabilidad sin avería. No obstante, la descripción de las condiciones meteorológicas adversas que se exponen más abajo no será óbice para que el capitán del buque, si lo estima necesario, adopte medidas razonables en condiciones menos graves.

Cuando se navega en condiciones meteorológicas adversas, es probable que el buque tenga que afrontar fenómenos peligrosos de diversa índole que pueden causar su zozobra o un balance intenso, con los consiguientes daños a la carga, el equipo y las personas que se encuentren a bordo. La vulnerabilidad de un buque ante fenómenos peligrosos dependerá de los parámetros reales de estabilidad, la configuración del casco, el tamaño del buque y su velocidad. Esto implica que la vulnerabilidad del buque a los efectos peligrosos, incluida la zozobra, y la probabilidad de que éstos se produzcan con un estado del mar determinado puede variar de un buque a otro.

En los buques que lleven un computador a bordo para las evaluaciones de estabilidad y que utilicen un soporte lógico especialmente elaborado que tenga en cuenta las principales características, la estabilidad real y las características dinámicas del buque particular en las condiciones de viaje reales, dicho soporte lógico deberá ser aprobado por la Administración. Los resultados derivados de estos cálculos sólo deberán considerarse como un instrumento de apoyo durante el proceso de toma de decisiones.

Las olas deberán observarse de forma periódica. En particular, el periodo de la ola TW se medirá con un cronómetro como el intervalo de tiempo comprendido entre la generación de espuma por una rompiente y su reaparición después de pasar por el seno de la ola. La longitud de la ola,  λ , se determina por observación visual con referencia a la eslora del buque, o bien mediante la lectura de la distancia media entre las crestas de ola sucesivas en las imágenes de olas producidas por radar.

El periodo y la longitud de la ola están relacionados como se indica a continuación:   λ = 1,56 . Tw2 [m] ó Tw = 0,8 √λ [s]
El periodo de confluencia  TE   puede medirse con un cronómetro como el periodo de cabeceo o calcularse a partir de la fórmula siguiente:  TE = 3Tw2 / 3Tw + V cosα [s]

donde  V  = velocidad del buque [nudos]; y
α  = ángulo que forman las direcciones de la quilla y de la ola ( α  = 0° significa mar de proa)
El diagrama de la figura 1 también puede utilizarse para determinar el periodo de confluencia.
También deberá calcularse la altura de las olas significativas.

Fenómenos peligrosos

Fenómenos que suelen ocurrir con mar de popa y mar de aleta

Un buque que navega con mar de popa o mar de aleta encuentra olas cuyo periodo es más largo que el de las olas de través, de proa o de amura. Los peligros principales que causa esta situación son los siguientes:

Navegación sobre la cresta de las olas y caída al través

Cuando el buque se encuentra en la cara frontal de una ola de gran pendiente con mar de popa o de aleta, se puede acelerar para remontar la ola; esto se llama navegar sobre la cresta de las olas. En dicha situación, puede presentarse el fenómeno denominado de caída al través, que pone al buque en peligro de zozobra como resultado de un cambio repentino del rumbo del buque y de una gran escora imprevista.

Disminución de la estabilidad sin avería cuando la parte central del buque se encuentra sobre la cresta de la ola.

Cuando un buque navega sobre la cresta de una ola, la estabilidad sin avería puede disminuir de forma sustancial según los cambios de forma del casco sumergido. La disminución de estabilidad puede resultar crítica para longitudes de ola comprendidas entre 0,6 L y 2,3 L, donde L es la eslora del buque en metros. En este intervalo, la disminución de la estabilidad es prácticamente proporcional a la altura de la ola. Esta situación resulta especialmente peligrosa con mar de popa o de aleta, puesto que se prolonga el tiempo de navegación sobre la cresta de la ola, es decir, el periodo con menor estabilidad.

Movimiento de balance sincrónico

Si el periodo de balance natural de un buque coincide con el periodo de confluencia con la ola, pueden producirse grandes movimientos de balance. Navegando con mar de popa o de aleta esta situación puede tener lugar cuando la estabilidad transversal del buque es marginal y, por lo tanto, se prolonga el periodo de balance natural.

Movimientos de balance paramétrico

Los movimientos de balance paramétrico de amplitudes grandes y peligrosas con olas se originan como consecuencia de las variaciones de estabilidad entre las posiciones correspondientes a la cresta y al seno de la ola. El balance paramétrico puede producirse en situaciones distintas. La estabilidad varía con un periodo de confluencia TE  que es aproximadamente igual al periodo de balance TR del buque.

La estabilidad registra un valor mínimo una vez durante cada periodo de balance. Esta situación se caracteriza por el balance asimétrico, es decir, por el hecho de que la amplitud con el centro del buque en la cresta de la ola sea mucho mayor que la amplitud en el otro lado. Dada la tendencia al retraso del adrizado desde la amplitud grande, el periodo de balance TR podrá adaptarse al periodo de confluencia hasta un cierto punto, de modo que este tipo de balance paramétrico pueda producirse para un rango amplio de periodos de confluencia. La transición a la resonancia armónica puede resultar perceptible con mar de aleta.

La estabilidad varía con un periodo de confluencia TE que es aproximadamente igual a la mitad del periodo de balance TR  del buque (relación de confluencia 1:0,5). La estabilidad registra un valor mínimo dos veces en cada periodo de balance. Con mar de popa o de aleta, en los que el periodo de confluencia es más largo que el periodo de la ola, esto sólo puede ocurrir con periodos de balance TR muy grandes, lo cual indica una estabilidad sin avería marginal. El resultado es un balance simétrico de gran amplitud y vuelve a observarse la tendencia del buque a adaptar su respuesta al periodo de confluencia, debido a la reducción de la estabilidad en la cresta de la ola.

El balance paramétrico caracterizado por la relación de confluencia 1:0,5  también puede producirse con mar de proa o con mar de amura. A diferencia de lo que sucede con mar de popa o mar de aleta, en los que la variación de la estabilidad sólo se ve afectada por el paso de las olas a lo largo del buque, la oscilación vertical y el cabeceo intensos que suelen registrarse con mar de proa o de amura pueden contribuir a la variación de la estabilidad, en particular como consecuencia de la inmersión y emersión periódicas de los marcos del codaste y del abanico de los buques modernos. Esto puede traducirse en movimientos acusados de balance paramétrico incluso con variaciones de estabilidad inducidas por olas más pequeñas.
El periodo de cabeceo y oscilación vertical del buque suele ser igual al periodo de confluencia con las olas. La incidencia del movimiento de cabeceo sobre el movimiento de balance paramétrico depende de la coordinación (acoplamiento) existente entre ellos.

Combinación de diversos fenómenos peligrosos

El comportamiento dinámico de un buque que navega con mar de popa o de aleta es muy complejo. El movimiento del buque es tridimensional y, en combinación con los fenómenos antedichos, pueden registrarse simultánea o secuencialmente varios factores perjudiciales o fenómenos peligrosos, tales como momentos escorantes adicionales originados a consecuencia de que el borde de la cubierta esté sumergido, del agua transportada y retenida en cubierta o del corrimiento de la carga debido a movimientos de balance amplios. Esto puede dar lugar a combinaciones extremadamente peligrosas que pueden causar la zozobra del buque.

Orientación sobre las operaciones

Se recomienda al capitán que, cuando navegue con mal tiempo, siga los procedimientos para el gobierno del buque que se indican a continuación, a fin de evitar las situaciones peligrosas.

Cómo evitar las condiciones peligrosas

Navegación sobre la cresta de las olas y caída al través

La navegación sobre la cresta de la ola y la caída al través pueden producirse cuando el ángulo de confluencia se encuentra en la gama de 135º<α<225º y la velocidad es superior a (1,8√ L)/cos(180−α) (nudos). Para evitar la navegación sobre la cresta de la ola y una posible caída al través, la velocidad o el rumbo, o ambos, deben quedar fuera de la zona peligrosa indicada en la figura 2

Embestida sucesiva de olas altas Cuando la longitud media de la ola es superior a  0,8 L  y la altura significativa de la ola es superior a  0,04 L , y si además hay indicios claros de comportamiento peligroso del buque, el capitán debe cuidarse de no entrar en la zona peligrosa, según se indica en la figura 3. Cuando el buque se encuentra en dicha zona se deberá proceder a una reducción de la velocidad o a un cambio de rumbo para impedir la embestida sucesiva de olas altas, pues podría suponer un peligro debido a la reducción de la estabilidad sin avería, los movimientos de balance sincrónico, los movimientos de balance paramétrico o la combinación de diversos fenómenos.

La zona peligrosa indicada en la figura 3 corresponde a condiciones en las cuales el periodo de confluencia con la ola  (TE)  es casi doble (es decir, alrededor de 1,8-3,0 veces) que el periodo de la ola  (TW)  (de acuerdo con la figura). Movimientos de balance sincrónico y paramétrico El capitán debe evitar el movimiento de balance sincrónico, que se produce cuando el periodo de confluencia con la ola  TE   es casi igual al periodo de balance natural del buque,  TR .A fin de evitar el balance paramétrico con mares de popa, de aleta, de proa, de amura o de través, deberán seleccionarse el rumbo y la velocidad del buque de manera que se eviten unas condiciones en las que el periodo de confluencia sea casi igual que el periodo de balance del buque  (TE ≈ TR)  o que la mitad de este mismo periodo  (TE ≈ 0,5·TR) .El periodo de confluencia  TE  puede determinarse a partir de la figura 1 introduciendo la velocidad del buque en nudos, el ángulo de confluencia  α  y el periodo de la ola  TW .

Trimado Dinámico “SQUAT”

Se entiende por trimado dinámico o “squat” el incremento adicional de calado de un buque ( dt )en relación con el nivel estático del agua, producido por el movimiento del barco a una velocidad determinada.La navegación de un buque en aguas tranquilas ocasiona una velocidad relativa entre el buque y el agua. Esta diferencia de velocidades altera la distribución de presiones hidrodinámicas alrededor del buque generando los efectos siguientes:

• Un descenso del nivel del agua, que es variable a lo largo de la eslora del buque.
• Una fuerza vertical descendente actuando sobre el casco del buque y un momento con relación al eje horizontal transversal, que ocasionan un desplazamiento del buque en su plano longitudinal de simetría, que se compone por tanto de dos movimientos:
• Una traslación vertical descendente uniforme.
• Un giro sobre el eje horizontal transversal.

El trimado dinámico es la combinación de ambos efectos (descenso del nivel del agua y los dos movimientos) que producen variaciones del calado del buque de distinto valor a lo largo de su eslora. Habitualmente se denomina trimado dinámico al valor máximo del sobre calado, que puede producirse en la proa o en la popa del barco según el tipo de embarcación, presentándose generalmente en la proa para la mayoría de los barcos comerciales.
Dado que el trimado dinámico es función de la velocidad relativa del agua con respecto al buque, su valor depende principalmente de las dimensiones geométricas de la zona en que navega el barco. Las fórmulas que permiten calcular el valor del squat están determinadas generalmente para navegación en aguas poco profundas sin restricciones laterales, de las que se han deducido generalizaciones aplicables para navegación en canales sumergidos y en canales convencionales (ver fig. 1), que cubren la totalidad de los supuestos de interés para las Áreas de Flotación que se analizan en esta recomendación. La navegación en aguas canalizadas resulta afectada fundamentalmente por la velocidad de retorno del agua, dependiendo así de la relación entre la sección transversal principal de la obra viva del buque ( Ab )y la sección transversal del canal ( Ac );para canales sumergidos se considera como sección transversal del canal ( Ac )la superficie equivalente configurada por la prolongación de los taludes de los cajeros hasta la superficie del agua.

La determinación del trimado dinámico puede calcularse mediante la fórmula de Huuska/Guliev/Icorels, que tiene la expresión siguiente:

En donde: dt : Valor máximo del trimado dinámico (m)∇: Volumen del desplazamiento del buque (m3) Lpp: Eslora  entre perpendiculares del buque (m)

La resistencia hidrodinámica al movimiento de un buque depende de este Número de Froude. Cuando  Fnh  se aproxima a 1.00 la resistencia al desplazamiento alcanza valores muy elevados, que la mayoría de los buques no pueden superar con la potencia instalada; de hecho todos los buques, salvo casos especiales de embarcaciones rápidas, navegan a velocidades que no ocasionan valores de  Fnh   en exceso de 0,60/0,70 (petroleros y portacontenedores respectivamente), cifras que resultan ser barreras efectivas de la velocidad del buque. En consecuencia y simultánea-mente con el estudio de los requerimientos de calado, deberá comprobarse que los números de Froude resultantes, son compatibles con las condiciones del caso.
Vr  =  Velocidad relativa del buque con respecto al agua, excluidos efectos locales (m/s)g   = Aceleración de la gravedad (m/s2) h   =  Profundidad del agua en reposo, excluidos efectos locales (m) Ks =  Coeficiente adimensional de corrección para canales sumergidos o convencionales (ver fig. 1.), (para zonas sin restricciones laterales se tomará  Ks=   1.00). Para su determinación se emplearán las expresiones siguientes:

Ks  =  7,45 * s1  +  0,76                       Para s1 > 0,032 Ks  =  1,00                                          Para s1 ≤ 0,032

Ab  =  Área de la sección transversal principal de la obra viva del buque (m2)  ≈ 0,98 * B * D para buques comerciales B    = Manga del buque (m) D   =  Calado del buque (m) Ac  =  Área de la sección transversal del canal situado por debajo del nivel de agua en reposo (m2). Para canales sumergidos se considerará la superficie equivalente configurada por la prolongación de los taludes de los cajeros hasta la superficie de agua.
K1 = Factor de corrección, función de  Ab/Ac y de hz/h

h z    = Profundidad de la zanja dragada referida al nivel medio del fondo (m). Ver fig. 1.
Para la determinación de la velocidad  Vr   del buque con respecto al agua que interviene en la formulación anterior, se deberá considerar, además de la limitación ya expuesta al analizar el número de Froude, las restricciones que provengan de las normas de operación del Área de Flotación o Navegación que se considere. Para la determinación de calados en fase de proyecto se considerarán los valores máximos de la velocidad que fijen las citadas normas de operación, o que se establezcan precisamente a consecuencia del proyecto que se realice; en el supuesto de que estas normas consideren velocidades diferentes según tipos y dimensiones de los buques será necesario analizar los supuestos más desfavorables. A falta de criterios específicos al respecto se recomienda adoptar valores máximos de la velocidad absoluta de los buques “ V ” dentro de los márgenes siguientes, sin que en ningún caso resulten números de Froude mayores de 0.70:

Todas estas velocidades recomendadas corresponden a la navegación que se define en cada uno de los epígrafes, por lo que será necesario considerar todos los supuestos que puedan presentarse en cada caso para hacer un estudio correcto (p.e. la navegación de buques por un canal puede corresponder no sólo a embarcaciones en tránsito hacia áreas interiores, sino también hacia atraques que estén emplazados en el mismo canal).

Se hace notar que estas velocidades recomendadas son absolutas “ V ”, mientras que la velocidad “ V ” que interviene en la formulación es la velocidad relativa del buque con respecto al agua, por lo que será necesario tomar en consideración la velocidad del agua en el supuesto de que existan corrientes fluviales, de marea, etc. Para la navegación que se efectúe en la fase final de las maniobras de aproximación y atraque, o a comienzo de las de salida, en las que la velocidad es inferior a 1 m/s y suele efectuarse con ayudas de remolcadores, puede considerarse que el efecto del squat es despreciable.

La fórmula de cálculo del trimado dinámico recogida anteriormente no toma en consideración todas las circunstancias que pueden presentarse, al no disponerse actualmente de estudios globales que cubran todos los aspectos, por lo que se recomienda su utilización tanto para estudios determinísticos como semiprobabilísticos. Las circunstancias más habituales que suelen presentarse y que no están cubiertas por la formulación, son las siguientes:-        

Adelantamiento y cruce de buques

El flujo de agua alrededor del buque resulta afectado modificándose el trimado dinámico, cuyo valor puede incrementarse hasta el 50-100%. Si el adelantamiento o cruce de buques es ocasional se recurre normalmente a reducir la velocidad de los buques para no aumentar los requerimientos de calado. Si estas maniobras fueren habituales deberá considerarse un incremento del trimado dinámico.-        

Navegación descentrada

El movimiento de un buque fuera del eje de un canal y la proximidad a un talud modifica el régimen hidráulico del agua alrededor del barco aumentando el trimado dinámico. El efecto es despreciable si la distancia de los taludes es mayor de 2 ó 3 mangas del buque (dependiendo del Número de Froude: a mayor Número de Froude se requiere mayor separación). Análogamente al caso anterior, si el descentramiento es ocasional se recurre normalmente a reducir la velocidad del buque, precisándose efectuar estudios de mayor detalle si las maniobras son habituales.-        

Configuración geométrica del fondo

El procedimiento de cálculo descrito anteriormente presupone que la profundidad de agua disponible y la velocidad del barco permanecen constantes. Si la profundidad de agua disminuye progresivamente, como sucede habitualmente al acercarse a puerto, aumenta la resistencia del agua, disminuye la velocidad del buque y se reduce el fenómeno de trimado dinámico. Sin embargo, si se produce una disminución rápida de la profundidad de agua y el buque entra navegando a velocidades elevadas en esta zona, el trimado dinámico aumenta significativamente produciéndose vibraciones violentas. En estos casos se recomienda reducir la velocidad del buque de manera que el número de Froude no supere el valor de 0,50.-        

Fondos fangosos

La presencia de una capa de fangos fluidificados en el fondo produce en general disminuciones del trimado dinámico debido a variaciones en el régimen hidráulico del flujo alrededor del barco y a la variación de las condiciones de flotabilidad. Excepcionalmente pueden presentarse mayores valores del trimado dinámico en caso de que el barco se desplace a través de fangos muy poco densos y en el supuesto de que la velocidad de navegación supere los 4 m/s (≈8 nudos).-        

Navegación en curva o con ángulo de deriva

En la actualidad no se conocen investigaciones que permitan cuantificar la transcendencia de estos supuestos. A efectos prácticos se mantendrá el cálculo para navegación en tramos rectos sin ángulo de deriva, recurriéndose a disminuir la velocidad del buque en el supuesto de que el trimado dinámico fuese más desfavorable.

Teoría de la varada

En el caso de una varada, las fuerzas hasta ahora para el buque flotando libremente, desplazamiento y empuje, quedan modificadas al añadir la reacción del buque sobre el fondo. En efecto, al varar, el buque queda soportado en parte por el empuje del agua y en parte por el fondo, siendo en este caso el equilibrio de fuerzas entre el desplazamiento y el empuje la reacción.
Desplazamiento = Empuje + Reacción
La varada puede ser accidental o voluntaria, siendo la entrada en dique el ejemplo más clásico de la varada voluntaria. En primer lugar, se hará el estudio de la varada accidental, debido a su interés para el marino.

Estudio de la varada en la vertical del centro de flotación o en un punto cualquiera de la quilla.

Buque varado en un punto cualquiera

Cuando un buque se vara en un punto cualquiera distinto del centro de flotación “F” le produce una alteración en asiento hacia el extremo contrario al de la varada y una escora hacia el costado opuesto al de varada. Observaremos el comportamiento cambiando de posición el punto de varada hacia proa o papa del plana transversal que pasa por el centro de flotación “F”, una distancia dF y luego se lleva hacia babor o estribor del plano diametral (℄), una distancia dt. Varada fuera del plano transversal que pasa por el centro de flotación F En esta condición de varada en el punto “A”, los calados van a tener una disminución en centro de flotación “F” y una alteración en el asiento de signo contrario al punto de varada, es decir que si el punto de varada se halla a popa, la alteración será negativa o aproante y si el punto de varada se encuentra a proa, la alteración será positiva o apopante.

Considerando lo anterior podemos establecer lo siguiente: P . dL = R . dF = a . Mu p =R = peso a descargar en el punto “A” que debe ser igual a “R”.dL = dF = distancia longitudinal del peso a descargar a “F” que es igual a la distancia del punto de varada “A” al de la flotación “F”.De lo anterior podemos deducir que: R = a . Mu / dF en donde:a = alteración = Af – AidF = ÄA ± ÄF \ÄA es la distancia longitudinal de la cuaderna maestra al punto “A”.Los valores de ÄF y Mu se obtienen del las curvas o tablas hidrostáticas entrando con el calado medio después de haber varado Cmf ó mediante D – R.Luego de conocer a “R” según la ecuación anterior se procede a la movilización de carga con el fin de reflotar el buque.Ahora bien para conocer los calados en los cuales se anula la estabilidad se procede de la siguiente manera: R0 = D . GM’ / KM’ Los calados al anularse la estabilidad serán: Cprf = Cpri – I ± aproanteCppf = Cppi – I ± apopante Sabemos que la emersión será: I = R0 / Tpca = R0 . dF / Mu; = dpr . a / E; app = a – apr Varada en un punto cualquiera considerando la marea. Después que un buque vara, una de las precauciones más importantes, es la de considerar el estado de la marea (si fuera en un río si éste está bajando o creciendo); ya que si en el momento de la varada es baja mar, el buque tiene posibilidades de quedar a flote en pleamar, porque al crecer la marea la reacción R va a ser menor, dependiendo de la amplitud de la misma.Sucede lo contrario si un buque vara en pleamar y luego comienza a bajar la marea, entonces la reacción se va haciendo mayor, el calado medio y la estabilidad van disminuyendo.Por lo expuesto, la condición más delicada cuando se encalla, es la del instante de la pleamar o próximo a ella, entonces se deben efectuar los cálculos de estabilidad para cuando llegue la altura mínima de la marea o bajamar, donde la altura metacéntrica GM se puede anular o pasar a valores negativos, produciéndole al buque una escora que en caso extremo puede dar la vuelta de campana.Supongamos en la Fig. 4, el buque se encuentra varado en el punto “A” y luego desciende la marea una altura sn. Conociendo la distancia de la varada del punto “A” al centro de flotación “F”, “dF”, se puede calcular la reacción  R’  causada en el punto A por descenso de la marea, la cual se sumará a la reacción “R” provocada por la varada inicialmente.La distancia del descenso de la marea la identificamos en la figura 4, con la siguiente ecuación:    sn = sh + hn.

sh = dF . tanθL = dF (R . dF / Mu) . 1 / E = R’ . dF / Mu . Ehn = R’ / Tpc = Reacción en el punto de varada “A” provocada por la marea.sn = R’ . dF2 / Mu . E + R’ / Tpc = R’ . dF2 . Tpc + R’ . Mu . E / Tpc . Mu . EÞ sn = R’ . (dF2 . Tpc + Mu . E) / Tpc . Mu . EDespejamos “R’” quien es la reacción por el descenso de la marea:R’ = (sn . Tpc + Mu . E) / Tpc . Mu . ELos calados luego del descenso de la marea, habiendo previamente calculándola reacción R’, se hallan de la siguiente manera:Calado de proa al bajarla marea = Cpr= Cpr.f – I ± apr.Calado de popa al bajarla marea = Cpp = Cpp.f – I ± app.I al varar = E emersión paralela = R’ / Tpc = hnCpr.f  = Calado de proa al vararCpp.f  = Calado de popa al vararapr = alteración a proa = dpr . a/Eapp = alteración a popa = a – apr; a = alteración = R’ . dF / MuRecordemos que para hallar la reacción que anulaba la estabilidad era mediante la ecuación:R0 = D . GM’ / KM’Para que se anule la estabilidad del buque considerando el descenso de la marea, se tiene que cumplir la siguiente igualdad:R0 = R + R’ \ R’ = R0 – REstando el buque varado y conociendo R’, reacción por descenso de la marea para anular la estabilidad, se puede calcular la altura que debe bajar la marea para que el buque quede en equilibrio inestable.R’ = sn . Tpc . Mu . E / df2 . Tpc . Mu . E \sn = R’(df2 . Tpc . Mu . E) / Tpc . Mu . Esn = distancia que debe descender la marea para que el buque quede inestable.Varada fuera del plano diametralSupongamos que el punto de varada es en el punto A, a una distancia del plano diametral dt, Fig. 5; entonces el buque se escorará hacia el costado opuesto a la varada un ángulo θ, porque la reacción “R” que ejerce sobre el casco equivale a descargar un peso p = R en el punto de varada.

Determinación de los pesos a descargar, trasladar o cargar para quedar libre de la varada

Al encallar un buque se procede en primera instancia a salir de la misma por nuestros propios medios antes de solicitar auxilio.Para que un buque quede libre de su varada, se debe aplicar un momento igual pero contrario al que origina la varada.Por lo dicho anteriormente, un buque al varar en un punto “A” produce una reacción “R” en ese punto, si se descarga un peso “p” igual a “R” sobre la vertical de “A”, la reacción “R” se anulará y el buque quedará libre de la varada.Muchas veces no se puede efectuar esa operación de descarga sobre la vertical del punto de varada, entonces se procede a producir un momento para anular al de varada mediante descarga, traslado o carga de pesos.En la Fig. 6, un buque se encuentra varado en un punto “A” que está a una distancia dF a proa del centro de flotación “F”, este buque puede quedar libre de la varada de las siguientes maneras:a) Descargando pesos que se encuentran hacia proa de “F”.b) Trasladando pesos longitudinalmente de proa hacia popa.c) Cargando pesos hacia popa de “F”.d) Efectuando operaciones combinadas según indican los ítems a, b y c.

Si el punto de varada “A” estuviera a popa de “F” se procedería en forma inversa a lo dicho anteriormente.Supongamos el caso de la Fig. 6, y se quiera sacar el buque de la varada mediante la descarga de un peso p que se halla a una distancia “dL” del centro de flotación “F”, para ello se establece la igualdad de momentos siguientes:p . dL = R . dF\p = R . dF / dL; p es el peso que se debe descargar para quedar libre de la varada.

Entrada a dique – Generalidades

Al entrar un buque a dique, luego que se achica el agua del interior de la fosa, si fuera un dique seco, en caso de dique un flotante se deslastra para que ascienda. El buque va a tocar primeramente la parte de popa de la quilla llamada codaste, debido a que los buques en condiciones normales al entrar tienen un asiento apopante.Al ir bajando el nivel del agua, la reacción en el codaste va aumentando hasta apoyar toda la quilla y la estabilidad disminuya.

Calculo de la reacción en el codaste
Supongamos en la Fig. 7, donde un buque al entrar a dique tiene la línea de flotación L0F0; el punto “A”, donde se apoya el codaste sobre los picaderos; la línea de flotación cuando el  buque apoya toda la quilla sobre los picaderos es L’F’; mientras que L”F” es la línea de flotación que tendrá el buque apoyado sobre los picaderos al mover el buque, pero como no lo rotamos, lo hacemos con la línea de flotación según se indica en la figura.

Los valores de la reacción “R” serán los siguientes:a)    Al tocar los picaderos, R =0 (cero)b)    en un punto intermedio de su asiento,  R = a . Mu / dF c)    al apoyar toda la quilla sobre los picaderos,  R = A . Mu / dF siendo:a= alteraciónA= asientoMu= momento unitariodF = distancia del codaste en el punto de apoyo sobre los picaderos al centro de flotación “F”.Como se puede apreciar en el dibujo esta distancia “dF” es casi igual a “dpp” que es la distancia del centro de flotación “F” a la perpendicular de popa “ppp”.Entonces podemos establecer sin mucho error, que:dF =dpp =E/2 ± ÄFEstos valores se sustituyen en las fórmulas anteriores.Si la cama de los picaderos tuviera una pendiente i que está dada en centímetros por metro, la resistencia máxima estará dada por: R = (A – i . E) . Mu / dF.

Calculo de la estabilidad al apoyar toda la quilla sobre los picaderos

Al ir descendiendo el agua e ir aumentando la resistencia “R”la estabilidad del buque va disminuyendo debido a que el centro de gravedad del buque se eleva porque la reacción “R” que actúa como si se desembarcara un peso del punto de apoyo de la varada y que sería en el codaste.GM apoyado = KM al disminuir la carena – D . KG / D – REl metacentro “M” disminuye de altura generalmente debido a la forma de la carena puesto que por lo general disminuye la superficie de flotación al disminuir el calado.Cuando un buque un buque apoya toda la quilla sobre los picaderos, la altura metacéntrica GM se hace mínima, y puede llagar a ser negativa, escorándose el buque hacia un costado. Por ello, se debe efectuar el cálculo de esta altura metacéntrica y colocar picaderos laterales denominados escoras, los cuales se calculan previamente a la entrada a dique.