SISTEMA DE DEFENSA

CONCEPTO

Toda embarcación que navega se desplaza animada por un alto grado de energía cinética, que en el momento del atraque, genera esfuerzos de tal magnitud que produciría daños irreparables a embarcaciones y estruc-turas portuarias si no se interpusiera un sistema apto para controlarlos y reducirlos a límites aceptables.

Por tal razón existe la necesidad de contar con medios adecuados para lograr una efectiva protección tanto para las obras civiles como para las embarcaciones, dimensionados técnico-económicamente en función de la magnitud de los riesgos potenciales.

Así surge el SISTEMA DE DEFENSA, al que se define como el conjunto de elementos capaces de absorber las energías típicas que estadísticamente tendrán lugar durante la vida útil de las estructuras del muelle para todas las condiciones de atraque realizadas de acuerdo con los procedimientos normales, siempre que no ocurran accidentes o pérdidas de control de las embarcaciones mientras se aproximan al muelle.

El estudio de la amortiguación del impacto de los buques, cuyas dimensiones estaban en en constante aumento hasta hace pocos años, es objeto continuo perfeccionamiento para obtener sistemas aptos para absorber energías cada vez mayores, transmitiendo cargas compatibles con las mismas a las embarcaciones y a las obras de atraque.

METODOLOGIA DE DISEÑO

En cuanto al diseño de los sistemas de defensa, se han desarrollado dos conceptos bien definidos. El primero parte del supuesto de un comportamiento rígido de la obra de atraque, en la cual, los elementos adicionales (defensas) deben absorver la totalidad de la energía puesta en juego. Este criterio es perfectamente compatible con muros de gravedad o muelles sobre pilotes inclinados.

El segundo concepto, basado en un mejor conocimiento de la interrelación estructura/ suelo, asume que la obra de atraque es parte integrante del sistema de defensa, en el cual los elementos adicionados (defensas) absor-ben la fracción de energía no disipada por la deformación elástica de las estructuras. Como ejemplo, se puede citar a los delfines consti-tuidos por un monopilote metálico empotrado a gran profundidad en el suelo subyacente.

En ambos casos el estudio de elementos elásticos (defensas), de gran capacidad de deformación en función de las cargas sopor-tadas, permite la construcción de obras mucho más livianas y económicas.

El desarrollo de estos dispositivos ha puesto de manifiesto la enorme capacidad de disipación de energía que poseen los compuestos de caucho. Junto a su gran durabilidad y economía, hace que todos los sistemas de defensa que se diseñan actualmente utilicen primordialmente este elastómero.

Otra función importante de estos compo-nentes económicos y de rápida reposición, es la de actuar como elementos fusibles, en el caso de producirse accidentes durante las operaciones de atraque, protejiendo tanto la embarcación como la integridad de las estruc-turas, conservando la capacidad operativa de ambas.

DEFENSAS DE GOMA

Hasta los comienzos de la década del 60, los sistemas de defensa de muelles emple-aban principalmente madera y eventualmente pilotes protegidos con este material.

El propósito de las defensas de madera era evitar daños y desgaste al muelle y al casco de los buques, reduciendo la presión de contacto entre ambos mediante el incremento de la superficie de contacto. Dado que la madera admite bajas deformaciones elásticas, estos elementos protectores no son aptos para absorber energía cinética.

El contínuo incremento en las dimensiones de los buques, hizo necesario desarrollar nuevos sistemas de defensa que permitieran absorber la totalidad de la energía de atraque de las embarcaciones.

Las defensas de goma, a diferencia de las rígidas, permiten la absorción de elevados valores de energía cinética mediante la deformación elástica y el pandeo del cuerpo de la defensa.

La sucesiva evolución de las defensas elásticas se ha guiado por la búsqueda de diseños de alta capacidad de absorción de energía con una reacción transmitida a la estructura proporcionalmente menor.

Curvas características

Sometiendo una defensa elástica a un ensayo de compresión normal se obtiene la relación entre carga aplicada (reacción) y la deflexión correspondiente, obteniendo una curva donde R = R(x) [fig.1], siendo R la reacción de la defensa y x la deflexión de la misma, expresada en porcentaje de la altura original.

La energía E = E(x), que es capaz de absorber la defensa en función del grado de compresión, surge integrando la curva de reacción. Así se obtiene la curva correspon-diente a la energía [fig.1].

Las distintas formas de defensa de goma pueden agruparse en dos tipos, de acuerdo a la naturaleza de sus curvas características: defensas de reacción constante, y defensas de módulo elástico constante.

Las defensas de reacción constante, como las desensas trapeciales y ARCO, tienen curvas características como las mostradas en la figura [fig. 2]. Se observa que la reacción R crece rápidamente como consecuencia de la compresión elástica en el primer tramo de la curva. Luego de alcanzado el valor Ra, la reacción se aplana en la zona intermedia, donde prevalece el efecto de pandeo de la sección de la defensa. Si la compresión continúa, la parte hueca de la defensa se cierra, cesando el pandeo, y reanudando la compresión elástica de la goma, lo que prtoduce un marcado aumento de la reacción. La deflexión correspondiente al punto Xo es la
más eficiente para la operación de la defensa, ya que la relación E/R toma allí su valor máximo: es el punto de diseño de la defensa y sus valores caractrísticos son Eo y Ro.

Figura 1

Las defensas de módulo elástico constante poseen en cambio curvas caracte-rísticas similares a la de la figura [fig. 3]. A este género pertenecen las defensas cilíndri-cas. En este caso se observa un incremento gradual de la reacción a medida que avanza la compresión, hasta el punto Xo donde sube rápidamente debido al cierre de la sección hueca. Con el mismo concepto del caso anterior, en este punto Xo se maximiza la relación E/R y es por lo tanto el punto de diseño.

Figura 3

SELECCIÓN DEL SISTEMA DE DEFENSA

Concepto

Una vez calculada la energía de atraque E, según la expuesto en Cálculo de Energía de una Embarcación, se puede comenzar a definir el tipo de defensa elástico más adecuado a partir de sus curvas característi-cas E(x) y R(x).

Si bien el valor E es un primer índice de selección, la necesaria compatibilidad entre las reacciones de cada tipo de defensa y la carga máxima admisible por la estructura portuaria permite estrechar aun más el rango de opciones.

En definitiva, estas restricciones específicas del proyecto y otras como presión máxima admisible sobre el casco, variaciones del nivel de agua, etc., conducen a la selección del Sistema de Defensa, lo que supone definir:

- tipo de defensa
- cantidad mínima de elementos
- distancia entre elementos

TIPO DE DEFENSA

La elección del tipo de defensa surge de considerar que la energía de atraque E debe ser disipada integramente por una defensa o conjunto de ellas situado en el punto de impacto más probable. A partir de aquí deno-minaremos Elemento del Sistema al conjunto constituido por una o más defensas con capacidad para tomar totalmente la energía E al ser comprimida por el buque hasta su punto de diseño.

La capacidad de cada tipo de defensa surge de sus curvas características de energía y reacción. Sin embargo, conviene describir brevemente las características princi-pales de las distintas defensas.

Las DEFENSAS CILINDRICAS (serie CD) son recomendadas para el atraque de buques pequeños y medianos. Ofrecen una gran variedad de posibilidades de instalación: horizontal, oblicua y vertical; siendo además muy adecuadas para la protección de esqui-
nas y superficies curvas por su gran flexibilidad. Pueden ser suspendidas de cadenas o cables, lo que permite una fijación segura, económica y fácilmente adaptable a estructuras preexistentes, sin necesidad de fijar anclajes con gran precisión.

Las DEFENSAS TRAPECIALES (serie AD) presentan la ventaja de transmitir reacciones muy bajas en relación a la energía disipada, característica ésta distintiva de las defensas de reacción constante. Su amplia gama de medidas permite utilizar estas defensas de elevada eficiencia tanto en puertos pesqueros como en las terminales destinadas a buques de gran desplazamiento.

El SISTEMA ARCO D 1400 ha sido dise-ñado para satisfacer la exigencia simultánea de grandes valores de energía a disipar, mínima reacción transmitida y bajos valores de presión sobre el casco del buque. La natu-raleza modular del sistema, consistente en un número variable de patas que soportan un escudo de bajo coeficiente de fricción, lo hacen altamente versátil para adecuarse a todos los proyectos que involucren grandes buques y estructuras livianas. La posibilidad de dimensionar el escudo de acuerdo a cada necesidad permite regular perfectamente la presión sobre el casco y una excelente adaptación a sitios de atraque con variantes pronunciadas de los niveles de agua.

Una vez elegido el tipo de defensa más adecuado para la naturaleza del proyecto, se debe definir el módulo o tamaño que permite disipar la energía de cálculo con una reacción admisible.

Aquí debe tomarse en cuenta la tolerancia en los valores de diseño de ls defensas, que según práctica internacional es de ± 10%. En consecuencia, siendo Eo y Ro los parámetros
característicos de diseño de un elemento del sistema, deberá verificarse:

E < 0,9 Eo
R > 1,1 Ro


donde R es la carga máxima admisible por la estructura que soporta el elemento elástico considerado.

En cuanto al número de defensas en un elemento, puede verse que una energía de atraque E determinada puede ser disipada por unas pocas defensas grandes o un número mayor de defensas pequeñas. Sin embargo, dado que la eficiencia de cada defensa, dada por la relación Eo/Ro, es directamente propor-cional a la altura de la misma, la primera alternativa, defensas grandes, tendrá en defini-tiva una reacción menor que la sumatoria de la desarrollada por las defensas pequeñas.

Por lo tanto, en todos los casos deberá diseñarse cada Elemento del Sistema con el menor número posible de defensas o lo que es lo mismo, utilizando las mayores defensas posibles que disipen la energía E calculada.

CANTIDAD MINIMA DE ELEMENTOS DEL SISTEMA DE DEFENSA

Como se ha dicho, el Sistema de Defensa se proyecta considerando que cada elemento del mismo debe tener la capacidad de disipar individualmente la energía de atraque del buque de diseño.

Una vez que la embarcación se encuentra amarrada, queda sometida a la acción del viento y de las corrientes y los esfuerzos resul-tantes hacia el muelle deben ser equilibrados por la reacción de las defensas.

A partir de este concepto, la cantidad mínima de elementos del Sistema, N, surge de:

N = F / R max

siendo, F = Fv + Fc = componente normal al muelle de la acción combinada de vientos y corrientes, en las condiciones más desfavorables, calculada de acuerdo a lo expuesto en Cálculo de las Fuerzas Externas a la Embarcación.

R max = reacción de cada elemento del Sistema.

DISTANCIA ENTRE ELEMENTOS DEL SISTEMA DE DEFENSA

La separación entre los elementos individuales de un Sistema de Defensa puede determinarse a partir de diversos criterios que se desarrollarán a continuación. El objeto de exponer estos criterios es brindar al proyectista valores de referencia, que podrán ser ajustados tomando en cuenta las condiciones técnico-económicas particulares de cada obra.

1 – Separación máxima en base a la curvatura del casco.

Conociendo el radio de curvatura de la proa del buque de diseño, la distancia entre las defensas debe ser tal que, estando comprimidas a la deflexión máxima, no se produzca contacto entre el casco y la pared del muelle.


Llamando :

R: radio de curvatura del casco
h: altura de la defensa comprimida
d: distancia entre defensas

resulta:

R² = (R – h)² + (d/2)²
____________
=> d = 2 . V R² - (R – h)²

adoptándose d máx. < 0,9 d

2 – Muelles discontínuos de tráfico muy variado

En este caso se suele adoptar como distancia máxima entre elementos, la longitud equivalente al 30% de la eslora de los buques de menor calado que operen en el sitio.

3 – Muelles contínuos

La menor distancia que surja entre:

- Norma del “Japan Port Harbor Research Institute” para muelles contínuos, que establece la separación entre defensas en función de las profundidades al pie del muelle:


Profundidad (m) Separación (m)
4 – 6 4 – 7
6 – 8 7 – 10
8 – 10 10 – 15

- La décima parte de la eslora del buque de diseño.

COMPUESTOS DE CAUCHO

Los compuestos elastoméricos de caucho utilizados en los distintos tipos de defensas han sido específicamente formu-lados para brindar una sobresaliente adaptación al agresivo medio ambiente marítimo.

Elaborados en instalaciones propias y de acuerdo a las más avanzadas técnicas de control de procesos, ISO 9002, sus propiedades mecánicas normales son las siguientes:

ENSAYOS VALORES METODO DE ENSAYO
Carga de rotura min 160 Kg/cm² IRAM 113004
Alargamiento de rotura min 300 % IRAM 113004
Resistencia al desgarramiento min 50 Kg/cm IRAM 113014 (C)
Variación tras envejecimiento 96 hs a 70ºC
Carga de rotura max –20 %  
Alargamiento de rotura min –25 %  
Deformación permanente tras compresión 22 hs a 70ºC
max 20 % IRAM 113010 (B)

Las características precedentes corres-ponden a la gama de compuestos normales (R1 – R2 – R3) de probada confiabilidad en diversos puertos fluviales y marítimos.

Cuando las defensas se proyectan para ser instaladas en medios excepcionalmente adversos, tales como aguas con alta conta-minación de hidrocarburos o agentes quí-micos agresivos, las defensas pueden ser elaboradas con elastómeros especiales diseñados específicamente para las condiciones locales.

SERIE AD
DEFENSAS TRAPECIALES

CARACTERISTICAS GENERALES

Las defensas trapeciales mantienen una presencia familiar en los puertos de todo el mundo, en base a sus conocidas características de versatilidad y eficiencia.

Las defensas SERIE AD son construidas en Argentina con conceptos técnicos de máximo nivel internacional para el mercado mundial, de acuerdo a las normas ISO 9002.

Amplia gama de aplicaciones

Se dispone de cinco medidas básicas (AD-300, AD-400, AD-500, AD-800 y AD-1000), cada una de las cuales puede ser elaborada con tres compuestos de caucho diferentes (R1, R2 y R3) y a su vez en dos longitudes normalizadas (950 mm y 1550 mm).

Las 30 combinaciones resultantes permiten que las defensas SERIE AD se hayan instalado tanto en muelles deportivos como en espigones oceánicos para buques petroleros y cargueros de grandes dimensiones.

Eficiencia de diseño

La capacidad de estas defensas para disipar grandes valores de energía con bajas reacciones transmitidas las hace muy adecuadas para el resguardo de instala-ciones portuarias livianas, como delfines o muelles sobre pilotes.

Máxima calidad: moldeo por inyección

La necesidad de ofrecer un producto libre de mantenimiento durante su larga vida útil exige optimizar tanto los compuestos de caucho como las técnicas productivas.

El moldeo por inyección de todas las defensas SERIE AD permite obtener la máxima homogeneidad y cohesión que las grandes masas de goma requieren para resistir elevadas solicitaciones de compre-sión y fatiga.

Por otra parte, este sistema prolonga la vida útil del producto, evitando el conocido desfoliado de las primitivas defensas, elaboradas por superposición sucesiva de planchas de goma.

SERIE AD

PARAMETROS CARACTERISTICOS

DEFENSA
COMPUESTO DE GOMA
R1
R2
R3
Modelo
Longitud
Reacción
Energía
Reacción
Energía
Reacción
Energía
   
t
tm
t
tm
t
tm
A-300
950
17
1,6
24
2,3
31
3,0
1550
28
2,7
40
3,8
52
4,9
A-400
950
22
2,9
32
4,1
42
5,3
1550
37
4,7
53
6,7
69
8,7
A-500
950
28
4,5
40
6,4
52
8,3
1550
46
7,4
66
10,5
86
13,7
A-800
950
46
11,5
65
16,4
85
21,3
155O
74
18,8
105
26,8
137
34,8
A-1000
950
57
18,0
81
25,7
105
33,4
1550
92
29,3
132
41,9
172
54,5

Los valores de energía y reacción corresponden al punto de diseño (deflexión=45%)
Tolerancia ± 10 %

MODELO
DIMENSIONES (mm)
PESO (kg)*
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L=950
L=1550
A-300
660
530
211
195
215
300
85
40
50
50
40
114
185
A-400
840
690
278
260
285
400
115
50
64
64
50
189
307
A-500
1000
840
340
325
375
500
145
55
80
80
60
289
470
A-800
1300
1140
550
520
570
800
230
65
126
110
80
589
960
A-1000
1630
1430
695
650
710
1000
290
90
157
137
100
928
1514

(*) Los valores indicados para el peso son orientativos.

SISTEMA DE ARCO D 1400

CARACTERISTICAS GENERALES

Diseñado específicamente para instalaciones portuarias modernas de gran capacidad, donde es necesario conjugar grandes valores de energía con bajas reacciones transmitidas tanto a la obra civil como a la embarcación, el Sistema de Defensa ARCO D 1400 ofrece al proyectista portuario la más amplia gama de posibilidades de adaptación.

Carácter modular

El Sistema ARCO D 1400 consiste básicamente por dos o más módulos (“patas”) de goma de altísima calidad, que sustentan un escudo metálico revestido con placas de bajo coeficiente de fricción.

La posibilidad de combinar el número de patas con el tamaño del escudo permite un amplio rango de capacidades de absorción de energía (40 a 250 tm) con presiones de contacto sobre el casco del buque incluso inferiores a 10 ton/m². Cada pata de goma es un elemento separado, lo cual permite fijar su posición en el sistema de acuerdo a las características de la pared del muelle y a las dimensiones del escudo.

COMPUESTO DE GOMA
DISEÑO
Xo = 46,5%
MAXIMO
Xmax = 55%
 
Eo (tm)
Ro (t)
Emax (tm)
Rmax (t)
R1
39
75
51
120
R2
48
94
63
150
R3
63
120
82
193

SERIE CD
DEFENSAS CILINDRICAS

CARACTERISTICAS GENERALES

Las defensas cilíndricas fueron el primer exponente de la aplicación moderna de compuestos de caucho a la protección de muelles y embarcaciones. Su aparición permitió el reemplazo de obsoletos elementos de protección tales como escudos de madera dura y grupos de neumáticos.

Su actual vigencia se debe a su economía y facilidad de instalación, así como la versatibilidad de aplicación y adap-tación a superficies diversas e irregulares.

Tamaños

La serie CD dispone de cuatro medidas básicas (diámetro): CD-305, CD-800, CD-1000 y CD-1200, que permite cubrir una amplia gama de usos. No obstante, en caso de aplicaciones espe-ciales, se pueden elaborar defensas cilíndricas de diámetros intermedios o mayores que los básicos, y en longitudes adecuadas a las necesidades del cliente.

Utilización en embarcaciones

Las defensas Serie CD son especial-mente aptas para protección de ciertos buques, como remolcadores y ferrys. La posibilidad de adaptarse al perfil curvo de proa y popa, conjuntamente con nuestros botazos de goma hace que la serie CD sea una excelente alternativa para el proyectista naval.

SERIE CD

PARAMETROS CARACTERISTICOS

DEFENSA
DISEÑO
Xo = 50% =D/2
MAXIMO
Xmax = 67% = 2/3D
FENDER
Eo
tm/m
Ro
t/m
Emax
tm/m
Rmax
t/m
C-305
1,1
15
4,2
102
C-800
8,0
40
28,8
268
C-1000
12,5
50
45,0
335
C-1200
15,5
60
62,0
410

MODELO
DIMENSIONES E INSTALACION SUGERIDA (mm)
PESO (Kg)*
D
d
Ao
Amax
a
b
c
H
B
(Kg/m)
C-300
305
152
390
560
600
175
500
250
300
66
C-800
800
400
1030
1470
1500
350
1000
500
600
452
C-1000
1000
500
1285
1835
1850
450
1200
500
700
707
C-1200
1200
600
1500
2100
2100
600
1400
600
800
950

(*) Los valores indicados para el peso son orientativos.

SISTEMA TIPO CELULAR

CARACTERISTICAS GENERALES

Este sistema ha sido diseñado para instalaciones portuarias modernas de gran capacidad, donde es necesario conjugar grandes valores de energía con bajas reacciones transmitidas tanto a la obra civil como a la embarcación, de manera seme-jante al Sistema de Defensa ARCO D 1400.

Brinda la posibilidad de regular la presión ejercida por la defensa contra el casco del buque, adaptándose a los valores admisibles. Asimismo acepta un amplio rango de alturas de marea, simplemente regulando la longitud del panel frontal.

La sección circular de la célula tiene el mismo comportamiento en cualquier dire-cción, recibiendo de este modo cualquier carga en forma plana, evitando sobre presiones localizadas en el cuerpo de goma.

Carácter modular

El Sistema Celular consiste básica-mente en uno o más módulos de goma de altísima calidad, que sustentan un escudo metálico revestido con placas de bajo coeficiente de fricción.

Proporciona al proyectista una gran variedad de opciones, porque la posibilidad de combinar el número de células con el tamaño del escudo permite un amplio rango de capacidades de absorción de energía (40 a 250 tm) con presiones de contacto sobre el casco del buque incluso inferiores a 10 ton/m². Cada célula de goma es un elemento separado, que puede fijarse al sistemea de acuerdo a las carácteristicas particulares de la pared del muelle y del escudo.

“CELL D” SYSTEM