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Datos de Estabilidad y Construcción de la M/N "Guantanamo"

Por el Cap. Francisco Juarrero

Para seguir el debate técnico sobre el accidente del Guantanamo quería hacer varios comentarios, espero que otros se unan al debate técnico y así intercambiamos un poco de ideas y nos entenderemos mejor, este análisis lo he divido en tres partes:

1. Diseño
2. Corrimiento / Estabilidad Negativa / Falla Estructural
3. Para una futura discusión: Salvamento y Abandono de Buque

1. Diseño.


Los buques normalmente se diseñan para un tipo de comercio, aun cuando desde el punto constructivo puedan ser utilizados en otros tipos de comercios similares.

Si el contratante desea un buque pensando en el Comercio de los Grandes Lagos, buscará un buque que cale poco y limitado en la manga para pasar el seaway o canales, si desea comercializar graneles y cargas liquidas manda a construir un OBO, si quiere transportar cargas pesadas el arquitecto diseña un buque con grúas de gran capacidad, ubicadas a una banda, bodegas corridas y tapas de bodegas continuas. A veces se construyen los multipropósitos, que pueden utilizarse en diferentes tipos de comercios a la vez, aunque sin mucho éxito.

Un buque diseñado para carga general con entrepuentes puede ser utilizado en granos, pero si se estudia a fondo o se compara con puros graneleros, tienen muchas limitaciones, aunque vengan con las curvas para momentos escorantes y todo: no tienen la misma tolerancia a bodegas parcialmente llenas y eso es tremenda limitante en el caso de los granos.

Los San-Mames son un ejemplo de inconvenientes de diseño: Para la carga general los Hopper tanks, que obligan a la construcción de entarimados, para el grano, los entrepuentes abiertos contra las brazolas con wing sides vacíos, actuando como separadores transversales según recomienda solas para la reducción de momentos escorantes, cuando los entrepuentes no sellaban contra la brazola y había pases de grano, la parte superior de las bodegas sin los upper stools, que obligan a lo que llaman end-trim de las bodegas para disminuir los momentos escorantes. Un buque mas apropiado para carga general y granos no tiene Hopper, tiene top side y upper stools, las bodegas son open top, con side tanks. Algunos tambien se diseñan con mamparos movibles.

Yo había mencionado en un escrito anterior lo de problemas de estabilidad de diseño. Eso no es exclusivo del Guantánamo. En el caso del Guantánamo su inconveniente viene por la relación de capacidad volumétrica entre bodegas y entrepuentes que lo hace bastante inapropiado para cargas ligeras, no así para carga general o pesadas, pero este tipo de problemas lo vemos todos los días en buques construidos incluso en Japón, así que no debe sorprender a nadie, ningún barco califica como excelente en todos los trades.

Los oficiales y capitanes que navegaron en estos buques estarían al tanto de esto, y a la hora de cargar, tendrían cuidado de mantener una distribución de pesos que asegurara un GM minimo (al menos 30 cms en la peor condición de consumables).

Otro aspecto seria quizás el año de construcción: desde los ochenta hasta el día de hoy se ha avanzado mucho en el tema de diseño y resistencia estructural. En aquella época se creía que el calculo de momentos flectores y fuerzas cortantes era mas que suficiente para determinar la resistencia estructural de un buque, hasta que los accidente de graneleros cargando bodegas alternas no se podía explicar solamente con el recurso de los momentos flectores y fuerzas cortante, viendo al buque como una viga. Se empezó a ver el efecto del calado y la fuerza hidrostática e hidrodinámica del agua exterior en la integridad estructural, y la IACS (International Association of Classification Societies) en sus Common Structural Rules comenzó a considerar lo que llaman Hold Mass o llamamos a diario Block Loading, que considera la máxima y minima cantidad de carga en una bodega o dos bodegas continuas según el calado. Se dieron cuenta que con menos calado el buque puede cargar menos. quizás muchos recuerdan aquella publicación de la IACS Guidance and Information on Bulk cargo loading and discharging to reduce the likehood of over-stressing the hull structure. Esto data del año 1997

Tambien en ese sentido se notan problemas de diseño: a veces cargamos buques con maíz (factor de estiba 42 cf/mt) y cuando vamos al hold mass curve, vemos que la bodega no puede llevar toda la carga que le cabria de maíz, y uno se pregunta a quien se le ocurre diseñar un buque que cuando carga granos, el típico, el maíz, no puede llenar su bodega porque el block loading no se lo permite, y no es un problema del diseñador: en la época en que se construyó no existía ese requerimiento y se hizo mandatorio mas tarde.

Aquellos buques se hicieron con una proa muy levantada, llevando la bodega No 1 un gran porciento del peso de la carga, debido a la capacidad del entrepuente No 1, esa zona es muy sensible desde el punto de vista estructural: el mismo set de reglas de la IACS tiene dos acápites especiales: Bow flare area pressure and Desing bottom slamming pressure, para definir el refuerzo del casco en esta area que sufre los efectos de los pantocazos (slamming shocks or pounding).

Todo lo que quiero decir es que a veces uno se tropieza con inconvenientes de diseño (no vamos a llamarlos defectos), y tienen que ver mas con el propósito para el cual se construyeron los buques y la época en que se construyeron, que con incompetencia de quienes lo diseñaron y construyeron.

Quienes tienen que hacer planes de carga y calculo de estabilidad todos los días, se tropiezan con buques que no pueden salir a navegar con maíz de los grandes lagos, sin hacer top off en el St Lawrence, porque no cumple los requisitos de estabilidad, u otros que no pueden navegar con una bodega vacía, u otros cuyas bodegas extremas tienen mas capacidad que las demás y no las puedes utilizar para trimar (modificar el asiento) y dejar slack (reserva)a la vez, y eso es bastante inconveniente, y a veces son buques construidos en buenos astilleros.

Los buques todos cuando se diseñan con sus ventajas y desventajas, tienen un set the parámetros que da el fabricante dentro de los cuales operan con fiabilidad, que además tiene un márgen de seguridad para el envejecimiento del buque, perdida de scantling, condiciones de navegación extrema, etc., y son los oficiales quienes se aseguran que el buque este operando dentro de dichos parámetros y para ello tienen que hacer los cálculos correctos conociendo las limitaciones del buque. Como dice el manual de la IACS que se menciona arriba: Todos los buques son diseñados con limitaciones impuestas a su operacionalidad para asegurar que se mantenga la integridad estructural.

Corrimiento/Estabilidad Negativa/Falla Estructural.


Alguien menciono la vuelta de campana, y teóricamente un buque no da la vuelta de campana, sin un previo corrimiento de carga, ingreso de agua, fallo estructural o GM negativo. Esto de teóricamente suena un poco no real, pero la teoría en la cual se basa la estabilidad de los buques es una teoría probada: cuando esa teoría falla se corrige y aparece una nueva.

Las causas por las cuales un buque alcanza inclinaciones son dos : estáticas o dinámicas. Todos estamos muy familiarizadas con ellas a golpe de construir curvas de estabilidad estática y dinámica, creo que la mas importante la estática.

La curva de estabilidad estática nos dice dos cosas:
 
Uno que bajo efectos estáticos el buque soporta inclinaciones hasta ángulos de entre 40 y 50 grados aproximadamente, donde coinciden el punto máximo de la curva, donde bajo la acción de momentos escorantes la estabilidad residual se hace cero ( los momentos escorantes se representan con la curva de brazos escorantes, que corta la curva de estabilidad estática en dos puntos, si bajamos ordenadas en esos dos puntos al eje X el primer punto seria el ángulo de escora causado por el momento escorante, lo segundo es el nuevo ángulo máximo de escora bajo efectos dinámicos, por supuesto todo lo que queda arriba de esa curva es estabilidad residual y cuando alcanza el punto máximo es 0° y también el ángulo de inundación, el ángulo al cual el buque mete bajo el agua el costado con las aberturas sobre la cubierta de cierre.

Lo segundo que nos dice es que bajo efectos puramente dinámicos el buque soporta escoras de hasta 80 a 90 grados, siendo capaz de retornar a la posición de equilibrio. En este caso se entiende que el buque mete el costado y las aberturas , volviendo a la posición de equilibrio si no hay ingreso de agua ni corrimiento de carga

 Existe una gran diferencia entre las dos, y normalmente nadie deja que su barco se balancee a 30 o 40 grados a menos que se paren las maquinas. Aun así, toda vuelta de campana va precedida de uno de los elementos anteriores, por rápida que sea.

Esto es muy interesante y mientras escribía conversaba con dos colegas, y cada uno ponía ejemplos y anécdotas: cosas que a veces a bordo pasan desapercibidas, como el corrimiento vertical temporal del centro de gravedad: Uno de ellos comentaba como un buque que iba a transportar grandes piezas dio la vuelta de campana, y fue que al levantar una pieza pesada con la grúa del buque, hubo un corrimiento vertical considerable del centro de gravedad hasta hacer la altura metacéntrica negativa. Yo añadiría un caso mas pausible aun, embarque de grandes cantidades de agua durante los temporales, aunque solo de forma temporal.

En el calculo de granos uno calcula el momento escorante producido por el corrimiento horizontal del centro de gravedad, pero tambien habría un corrimiento vertical a considerar. Para facilitar el calculo se encontró un coeficiente que de forma segura comprenda este efecto y por eso se multiplican por 1.12 los momentos escorantes horizontales de las bodegas parcialmente llenas.

Este buque si tenia carga pesada, tendría grandes espacios vacíos en la bodega y mas aun en el entrepuente, que tenían bastante volumen. La carga pudo corredse bajo los efectos del mal tiempo hasta agotar la estabilidad residual, especialmente si no se trinco correctamente. Este pudo haber sido un proceso paulatino pero en la medida que el buque ya escorado se expone al embate del mar, la carga se correrá aun mas y la escora se pronunciará, hasta el ángulo de inundación, agotando su estabilidad residual. La perforación del casco con partes de la carga hubiera facilitado el ingreso de agua antes de alcanzar el ángulo de inundación.

Cuando se produce el corrimiento de carga tambien se produce un corrimiento vertical del centro de gravedad disminuyendo aun mas el area de estabilidad residual por perdida de GM.

Si por el contrario la carga era ligera, por sus propias características de diseño debe haber navegado con una altura metacéntrica casi indiferente sino negativa. En esas condiciones se sumarian unos cuantos efectos desagradables: disminución del periodo de rolido, el buque recibiendo mas oleaje hacia la banda de la escora antes de ser capaz de recobrarse de la escora anterior, embarque de agua en cubierta produciendo un corrimiento vertical temporal del centro de gravedad, la altura metacéntrica haciendo mas negativa y pasando de estabilidad indiferente o estabilidad inicial negativa a valores considerables donde el momento adrizante actúa en el mismo sentido del momento escorante y se produce una vuelta de campana.

 No creo que se ha hablado de falla estructural, y no estoy hablando solamente de partidura o algo así, pero sin dudas el mal tiempo expone el buque a esfuerzos adicional, para los cuales, si, esta diseñado. Durante la vida útil del buque los continuos cambios de condición de cargas, cambios de temperaturas (en extremo invierno o verano se producen arrufos y quebrantos de hasta 15 cms producto de la diferencia de temperatura del aire y el mar, y la diferente dilatación / contracción de las partes del casco expuesto al aire y al mar), pesos mal ubicados, efectos del mar durante el mal tiempo, pueden causar fallos estructurales en menor grado como deformaciones, pequeñas grietas, etc. Tambien se puede producir excesiva corrosión por fatiga en determinados puntos. Eso se ve a veces en los ángulos de las brazolas en forma de pequeñas rajaduras. El buque no se ha partido, pero hay una vía de acceso a la entrada de agua de mar.

Yo señalaba mas arriba como las reglas estructurales de la IACS señalan la zona de proa en las amuras (fiares) y el doble fondo como zonas mas sensibles. La regla que define la proa hasta el mamparo de colisión, tambien define que en el caso de los fiares de proa, esta zona se prolonga mas allá del mamparo de colisión. Esta zona debe su sensibilidad a los efectos de los pantocazos. Este barco aunque no recuerdo que tuviera los fiares muy abiertos, con el tamaño de la proa debía sentir bastante ese efecto.

Añádase a esto que este buque no contaba con un loading program para los cálculos de estabilidad y flexiones. Si bien los mismos se podían calcular a mano con la información disponible, no se calculaba la estabilidad después de la inundación de un compartimiento, esto es mandatorio hoy en día, el programa que calcula no solo la estabilidad intacta, sino todos los mismos parámetros una vez la inundación se ha producido. En casos donde el buque cumplía con los criterios de estabilidad y resistencia longitudinal de la estabilidad intacta, pudiera no cumplir los criterios de la estabilidad averiada (damaged stability). La inundación total o parcial de un compartimento puede conducir a la falla estructural del buque.

Aquí quería detenerme a analizar algo que leí: se mencionó que ante un corrimiento de carga se puede seguir navegando en incluso trasegar líquidos en los tanques de lastre. Un corrimiento de carga con todas las bodegas media vacías no debe ser pequeño, aquí podemos tomar un poco lo que sabemos de granos. Los requisitos para la carga de granos solo aplican a ella no por ser granos, sino por su ángulo de reposo, porque es una carga lista para correrse. Cuando se cargan minerales cuyo ángulo de reposo es menor de 30 grados se le tiene que dar el mismo tratamiento que al grano. A las demás cargas no se les da ese tratamiento porque no se suponen que se corran como el grano, tendría el buque que escorarse mas de 30 grados.

En la carga de grano se trata de mantener el minimo de bodegas parcialmente llenas, el objetivo es que si hay un corrimiento de granos el ángulo de escora resultante se mantenga por debajo de 12 grados.

Como se puede imaginar si usted navega con todas las bodegas o entrepuentes parcialmente llenos y hay un corrimiento de carga, el ángulo de escora será bastante mayor de 12 grados El numero 12 tampoco lo adivinaron: cuando se produce un corrimiento de carga el buque comienza a perder estabilidad residual, ya no es un buque con 0 escora capaz de inclinarse dinámicamente hasta 90. Ahora es un buque con 20 grados de escora capaz de aguantar inclinaciones dinámicas hasta 70. La escora a una banda tambien disminuye el francobordo del buque por debajo de su valor minimo si es buque esta cargado hasta la correspondiente línea de máxima carga.

Tampoco es un buque con digamos 1 mtro de metacentro. Ahora debido al corrimiento además de haber un traslado horizontal del metacentro, hay un corrimiento vertical, que lo hace mas pequeño. El buque tiene menos estabilidad.

Trasegar líquidos no es otra cosa que añadir momentos escorantes adicionales. Si se logra adrizar el buque o disminuir la escora y por golpes de mar cae a la banda contraria, caerá con el peso de la carga corrida mas el peso del lastre en la misma banda. además durante el proceso de lastrado sufrirá los efectos de la superficie libre.

Como emergencia, si se van a utilizar los lastres se hace con los doble fondo centrales, para aumentar el GM, sacrificando flotabilidad, incluso mas allá de las líneas de máxima carga, según el principio de sacrificar flotabilidad por estabilidad, pues los buques tienen reserva de flotabilidad (el francobordo) no así de estabilidad (lo que tienen es estabilidad residual).

Creo que cuando hay un corrimiento de carga por encima de los 12 grados tomándolo como valor limite, se hace una recalada forzosa si se está cerca de la costa y el tiempo lo permite o se pide un salvamento si es necesario y se alistan además todos los medios de abandono, porque si el buque en su condición normal inicial sufrió un corrimiento de carga, con una estabilidad reducida, menos maniobrabilidad, tiene muchos menos chances de continuar la navegación con éxito o de evitar la vuelta de campana si esta expuesto a grandes marejadas o balances.

Salvamento - Abandono

Esto ultimo podría introducir a una discusión sobre salvamento y abandono, La pregunta que le viene a uno a la cabeza es que debieron haber hecho, o que era lo correcto hacer, si es que tuvieron tiempo de hacer algo. Creo que se trata sobre todo de saber evaluar hasta que punto la situación creada puede resolverse con medios propios, o con medios externos o no puede resolverse en altamar y hasta que punto mantenerse a bordo puede ayudar o resultar peligroso.

 Alguien mencionó que el sobreviviente estaba en proa cuando oyó un ruido y tomo la balsa, ruido que pudiera indicar una falla estructural masiva, tambien existe el comentario que en una segunda reunión el electricista afirmó haber tomado la balsa, después que el buque había sufrido una escora permanente considerable y no se acababa de decretar el abandono.

Otras preguntas interesantes serian si se intento enviar la señal de socorro por VHF a los buques circundantes y por radiotelefonía y radiotelegrafia, que alguien nos ilustrara si una EPIRB no comisionada se dispara en medio del océano, si se envían aviones SAR al medio del océano, o al menos se trata de coordinar una búsqueda con buques en la zona de la activación.
Atentamente,
Capt. Francisco Juarrero

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