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ARMADA BOLIVIANA Escuela Naval Militar
La Paz - Bolivia
PROYECTO:
MATERIA:
DOCENTE:
CURSO:
FECHA:
CONSTRUCCIÓN DE CINCO EMBARCACIONES MENORES DE FERROCEMENTO
ARQUITECTURA NAVAL
C.Almte. José ARRAYA FLORES
3er. Año Naval
04 de Diciembre de 2010
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PROYECTO:
MATERIA:
DOCENTE:
CURSO:
FECHA:
CONSTRUCCIÓN DE CINCO EMBARCACIONES
MENORES DE FERROCEMENTO
ARQUITECTURA NAVAL
C.Almte. José ARRAYA FLORES
3er. Año Naval
04 de Diciembre de 2010
ARMADA BOLIVIANA Escuela Naval Militar
La Paz - Bolivia
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“El conocimiento es navegar en un océano de
incertidumbre a través de archipiélagos de certezas”
(Anónimo)
“Cuando consigas alcanzar tus deseos, te
convertirás en Rey de tu propio destino”
(Joseph)
A mis queridos CC.CC. del Tercer Año Naval
que confiaron y aprendieron de las enseñanzas y
experiencias impartidas de su Docente.
La Paz, 04 de Diciembre de 2010
C.Almte. José Arraya Flores
Ingeniero Civil
Master en Administración y Dirección de Empresas
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PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE CINCO EMBARCACIONES MENORES DE FERROCEMENTO”
INDICE
1. PROYECTO 1.1 Materiales de construcción de barcos 1.2 Equipos de trabajo 1.3 Características, aptitudes y competencias a desarrollar
2. DEFINICIONES DE DIMENSIONES PRINCIPALES 2.1 Dimensiones 2.2 Cálculo de superficie 2.3 Peso, desplazamiento
3. TEORÍA DEL BUQUE 3.1 Cálculo de la estabilidad inicial 3.2 Coeficientes de forma, la curva de áreas y el plano de formas del buque 3.3 Coeficientes de forma 3.4 Cuaderna maestra 3.5 Perfiles de popa y proa 3.6 Secciones transversales 3.7 Líneas de agua 3.8 Curvas de áreas 3.9 Planos de formas 3.10 Estructuras del casco 3.11 Arqueo 3.12 Condiciones básicas para equilibrio
4. CONSTRUCCIÓN DEL CASCO DE FERROCEMENTO 4.1 Dimensiones principales 4.2 Cálculos 4.3 Definición de Ferrocemento 4.4 Antecedentes 4.5 Características de los materiales y elementos empleados 4.6 Otros
5. PRESUPUESTO 5.1 Análisis de precios
6. CONCLUSIONES
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PROYECTO: “CONSTRUCCIÓN DE CINCO EMBARCACIONES MENORES DE FERROCEMENTO”
1. PROYECTO
La materia de Arquitectura Naval, representa para el CC.CC. una disciplina de la ingeniería que trata con el diseño, la construcción y la reparación de medios de superficie navales. Debido a la complejidad asociada con el funcionamiento en un ambiente marítimo, la arquitectura naval es por necesidad un esfuerzo cooperativo entre grupos de individuos técnicamente expertos que son especialistas en campos particulares, a menudo coordinados por un arquitecto o ingeniero naval.
Las áreas de maestría llenas por arquitectos navales son típicamente:
Hidrostática (excepto: ajuste y estabilidad)
Hidrodinámica (excepto: resistencia e impulso)
Disposiciones (excepto: diseño de concepto, volumen y acceso)
Estructuras (excepto: fuerza global, respuestas de ruta marítima)
1.1 Materiales de construcción de barcos.
Existe una variedad de materiales, como:
1.1.1 Madera. Material tradicional para la construcción de barco que era y todavía es usado para la construcción del mástil y el casco. Es abundante, barato, extensamente disponible y manejable. Esto no es en particularmente resistente a la abrasión y se puede deteriorar si se le permiten al agua dulce u organismos marítimos penetrar en esta. Maderas resistentes a la pudrición como el cedro y el roble generalmente son seleccionadas para la construcción de barcos de madera. El pegamento, tornillos y/o clavos son usados para unir los componentes de madera.
1.1.2 Metales.
1.1.2.1 Acero (antes se usaba hierro). Usado en hoja para cascos metálicos o para miembros aislados estructurales. Es fuerte, pero pesado. El material se oxida al no ser protegido del agua. Componentes modernos de acero son soldados o fundidos juntos. Hasta mediados de los años 1900, hojas de acero fueron remachadas juntas.
1.1.2.2 Aluminio. Usado en hojas para cascos metálicos o para miembros estructurales aislados. Muchos mástiles son hechos de aluminio. El material requiere técnicas especiales de fabricación, instrumentos de construcción y habilidades de construcción. Mientras es fácil cortar, el aluminio es difícil de soldar, y también requiere tratamientos térmicos como la precipitación que se refuerza para la mayor parte de sus usos. La corrosión es una preocupación con el aluminio, en particular debajo de la línea de flotación.
1.1.3 Fibra de vidrio (plástico reforzado por cristal o GRP). Típicamente usado para producción de barcos debido a su capacidad de reutilizar un molde hembra como la fundación para la forma del barco. La estructura resultante es fuerte en la tensión, pero a menudo tiene que ser reforzada con muchas capas pesadas de fibra de vidrio saturada por resina o reforzada con madera o espuma para proporcionar la rigidez. Cascos GRP son en gran parte libre de corrosión aunque no son normalmente a prueba de fuego. Estos pueden ser de fibra de vidrio sólida o de tipo emparedado, en el cual un corazón de balsa, espuma o material similar es aplicado después de que la capa externa de fibra de vidrio es puesta al molde, pero antes de que la piel interior sea puesta. Este es similar al siguiente tipo, el compuesto, pero por lo general no es clasificado como
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el compuesto, ya que el material principal en este caso no proporciona mucha fuerza adicional. Este realmente, sin embargo, aumenta la rigidez, lo que significa que menos resina y paño de fibra de vidrio pueden ser usados para ahorrar peso. La mayor parte de barcos de fibra de vidrio actualmente son hechos en un molde abierto, con la fibra de vidrio y la resina aplicada a mano. Algunos ahora son construidos por la infusión al vacío donde las fibras son presentadas y la resina es tirada en el molde por la presión atmosférica. Esto puede producir partes más fuertes con más cristal y menos resina, pero requiere materiales especiales y conocimiento más técnico.
1.1.4 Cemento reforzado por acero (Ferrocemento). Fuerte y duradero. Primero desarrollado a mediados del siglo XIX en Francia. Usado para construir buques durante la guerra. Extensamente refinado en astilleros de Nueva Zelanda en los años 50 y se hizo popular entre los constructores aficionados de barcos de vela en los años 70 y 80, porque el coste material era barato aunque el elemento tiempo de trabajo fuera alto. El peso de un barco de Ferrocemento terminado es comparable con el de un barco tradicionalmente construido en madera. Como tal ellos a menudo son construidos para ir más despacio. Los cascos construidos correctamente de Ferrocemento requieren de más mano de obra que el acero o la fibra de vidrio, así hay pocos ejemplos de astilleros comerciales que usan este material. La inhabilidad de producir barcos de Ferrocemento en masa ha conducido a tener pocos ejemplos alrededor. El método de Ferrocemento es fácil de hacer, pero es también fácil hacerlo mal.
Más adelante, se describirá esta técnica con mayor detalle.
1.2 Equipos de trabajo.
La materia se desarrolló en clases teóricas y prácticas, con la intención de que el CC.CC. aprenda las nociones sobre las técnicas y características de la construcción de una embarcación en Ferrocemento, para tal situación se agrupó en cuatro equipos de 10 y uno de 11, total cinco grupos.
1.3 Características, aptitudes y competencias a desarrollar
Las características, aptitudes y competencias que desarrollarán los SS.CC.CC. dentro del estudio de Arquitectura Naval, serán las siguientes:
Capacidad de abstracción y, al mismo tiempo de plasmación y recreación, basada en la creatividad y aplicación del conocimiento.
Actitud de emprendimiento y resolución frente a la complejidad.
Actitud de positivismo y desenvolvimiento, aún frente a la falta de información y de datos.
Facilidad para trabajar en equipos o grupos de gestión, demostrando liderazgo y espíritu colaborativo.
Elevado sentido de creatividad, expresado a través de la propuesta imaginística y plástica –sensibilidad y plasticidad de percepciones y expresiones concretas.
Gusto por la realización de procesos y por la actividad manual.
Evidente talento para la elaboración de obras manuales, el diseño y la elaboración de maquetaría, expresando la creatividad fina de la expresión corporal por excelencia.
Pensamiento y aptitud analítica, unida a la creatividad y a la inventiva.
Capacidad de observación e interés por la indagación.
Conocimientos en geometría, física, artes y dibujo técnico.
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2. DEFINICIÓN DE DIMENSIONES PRINCIPALES
Definir las dimensiones principales del buque: eslora, manga, calado, puntales y coeficientes de forma del buque, estos están en la base de datos realizada que se presenta a continuación:
Nombre: “Proyecto 3er. Año de la Escuela Naval Militar”.
2.1 Dimensiones
El buque base tendrá las siguientes características:
Eslora entre perpendiculares: 3,80 metros. Manga: 1,20 metros. Puntal: 0,90 metros Calado del proyecto: 0,45 metros
2.2 Cálculo de superficies
Los requisitos del proyecto en cuanto a superficies es el siguiente:
Tripulación: 9 personas
2.3 Peso, desplazamiento
ARQUEO BRUTO: 0,52 TONELADAS
3. TEORÍA DEL BUQUE
3.1 Cálculo de la estabilidad inicial
Se considerará la estabilidad del buque. El parámetro que determinan la estabilidad inicial es GM, que proporciona el brazo adrizante del buque cuando se produce la escora. Valores altos de GM generan valores altos del brazo, lo que da mayor estabilidad inicial al buque, pero el GM está inmensamente relacionado con el periodo de balance del buque, es decir que cuanto más alto sea el GM, menor será el periodo y el barco tendrá movimientos de recuperación de la escora muy rápido e incómodos para las personas a bordo.
Para el cálculo de los valores de KM y GM, hemos utilizado el libro, “Elementos de Arquitectura Naval” de Antonio Mandelli.
3.2 Coeficientes de forma, la curva de áreas y el plano de formas del buque
Para ello vamos a seguir las siguientes pautas:
Cumplir con las exigencias de la Sociedad de Clasificación. Por ello y por el tipo de buque que estamos tratando, éste tendrá la forma de un deslizador, pero con un calado mayor, con el objeto de evitar un menor francobordo que ponga en zozobra al buque.
El buque va a poseer un espejo en popa, para un popel quien dirigirá la embarcación.
Disposición general de las zonas de carga.
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Inclinación máxima permitida de la línea de ejes y longitud de la línea de ejes
Las formas han de cumplir con los requisitos de estabilidad establecidos en las reglas que son aplicables a éste tipo de buque.
3.3 Coeficientes de forma
Estos coeficientes son:
El coeficiente de bloque, viene dado por el desplazamiento y los valores de la eslora, manga y calado.
Un coeficiente en la maestra, que muestra un mayor volumen en la parte central.
El coeficiente prismático, es una consecuencia directa de los dos anteriores. Todas las características del comportamiento del buque en el agua se ven favorecidas por un aumento de este coeficiente.
El coeficiente de flotación influye principalmente en la estabilidad. Para que el buque tenga un buen comportamiento en la navegación, éste debe ser alto, además debe ser compatible con un cuerpo fino de proa y una adecuada salida de agua, para de esta forma hacer llegar a las hélices la cantidad de flujo necesaria para su correcto funcionamiento, sin provocar cavitación ni vibraciones originadas por estar actuando las hélices en campos de esteles.
Para el cálculo de los coeficientes de la carena, se utilizan los valores obtenidos del programa de diseño naval.
3.3.1 Coeficiente de bloque, b
La expresión del coeficiente de bloque viene determinada por la siguiente expresión:
3.3.2 Coeficiente de la maestra, m
El coeficiente de la sección media se determina con la siguiente expresión:
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3.3.3 Coeficiente prismático, p
El coeficiente es el cociente de los dos anteriores:
3.3.4 Coeficiente de flotación, f
Este coeficiente viene dado por la siguiente expresión:
3.4 Cuaderna maestra
El plano de formas determina la geometría del buque. Consta de elementos longitudinales, de cuadernas y líneas de agua. Cada una de las tres vistas define completamente la geometría del buque, por lo que estas deben mantener una coherencia entre ellas.
Para conseguir unas buenas formas del buque es necesario tener en cuenta tres aspectos:
Que se adapten a todos los parámetros y coeficientes que definen al barco: centro de carena, centro de gravedad, coeficientes de forma, desplazamiento, etc.
Que tengan unas buenas características hidrodinámicas. Esto depende en gran medida de la curva de áreas de cuadernas.
Que las inercias sean lo suficientemente grandes como para asegurar la estabilidad del buque.
Las formas pueden obtenerse de varias formas:
Creando unas formas propias que cumplan los puntos anteriores (se prueban en un canal de experiencias hidrodinámicas)
Generando las formas a partir de una serie sistemática de algún canal de experiencias de manera que se ajusten a los valores requeridos.
L
H VOLUMEN DE CARENA = V
AREA SECCION MAESTRA = Am
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Las formas se pueden generar a partir de las de un buque existente similar al que se quiere diseñar y que haya dado buenos resultados.
3.5 Perfiles de Popa y Proa
Para el proyecto se ha elegido la proa de una deslizador, lo que se pretende es conseguir que el sistema de olas provocadas por la proa interfiera positivamente con el sistema de olas inducidas por la carena resultando todo ello en una disminución de la resistencia al avante.
3.6 Secciones transversales
La experiencia acumulada por diseños anteriores dicta secciones en U en la zona de popa, evitando así la existencia de zonas planas. En la zona de proa se adoptarán secciones en V cambiando a U en las proximidades de la perpendicular de proa.
3.7 Líneas de agua
Para los valores característicos del coeficiente de bloque, las formas de flotación del proyecto deben ser finas en proa, con pequeña curvatura. Con relación a la zona de popa, éstas deben ser llenas, casi rectas, con valores altos del coeficiente de la flotación.
3.8 Curva de áreas
La curva de áreas de cuadernas permite estudiar el comportamiento hidrodinámico de la carena, a la vez que muestra la distribución longitudinal de los empujes del buque.
A continuación se realizará una transformación de la curva de áreas de un buque similar al nuestro y que haya obtenido buenos resultados para adaptarla a las necesidades del proyecto. En la transformación se busca cumplir con los requisitos de coeficiente prismático y posición del centro de carena. Además se comprobará que la curva resultante presente un buen aspecto según los criterios que se explicarán posteriormente.
3.9 Plano de formas
La forma más habitual de conseguir el plano de formas es a partir de la curva de áreas. Una vez conseguida la curva de áreas se procede a la obtención del plano de formas. Se dibuja primero la caja de cuadernas, a partir del área de cada sección. Tras definir en primera aproximación la forma de cada cuaderna, se afina de forma que quede lo más alisada posible, teniendo cuidado de que cada cuaderna sea coherente con las adyacentes. Es fundamental a la hora de definir cada cuaderna, tener en cuenta los requisitos del proyecto, siendo el objetivo que sean las formas las que se adapten a las necesidades de espacio y no al revés.
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Cuando se utiliza un programa de diseño naval, las formas son producto de una transformación paramétrica del buque base, a partir de las formas obtenidas se trabaja en el alisamiento del casco, el afinamiento de las formas de proa y engrosamiento de las formas de popa, hasta conseguir un cierto grado de similitud entre los valores determinados en la fase de dimensionamiento y los obtenidos mediante el programa de diseño naval.
Se busca en el casco un flujo de agua suave alrededor de la carena, con el fin de que la resistencia al avance del buque sea la menor posible. Al ser el coeficiente de bloque bastante bajo, el buque poseerá muy poco cuerpo cilíndrico. A medida que las cuadernas se van acercando a la proa, las secciones en U van transformándose en secciones en V.
3.10 Estructura del casco
3.10.1 Compartimentado. El buque debe ser seguro desde el punto de vista de una posible inundación. Esto hace necesaria la subdivisión del barco en compartimentos separados por mamparos estancos, que aseguren unas determinadas condiciones de seguridad y estabilidad en caso de avería. De ahí que sea muy importante realizar un estudio inicial de compartimentado, anterior a la configuración del plano.
3.10.2 Pique de proa. El pique de proa o mamparo de colisión deberá ser estanco hasta la cubierta de francobordo.
3.10.3 Tanques de flotación. Se tiene la disposición de tanques de flotación en popa y en la cuaderna maestra donde se colocarán los asientos para la tripulación.
3.10.4 Zona de pasajeros. De las especificaciones de proyecto, se sabe que el buque debe albergar 9 a 12 Pasajeros, los cuales deben ir acomodados en los asientos.
3.10.5 Amarre. Las zonas de amarre se han diseñado buscando la mayor facilidad de maniobra para la tripulación en las operaciones de amarre. Este dispone de dispositivos dispuestos en proa y en popa.
3.11 Arqueo
El arqueo de un buque es la magnitud que mide la capacidad volumétrica de este. Se compone de arqueo bruto y arqueo neto. Su correcta medición tiene una enorme influencia en muchos aspectos económicos del buque.
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3.12 CONDICIONES BÁSICAS PARA EQUILIBRIO
3.12.1 El principio de Arquímedes. El principio de Arquímedes afirma que “todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado por el cuerpo”.
El volumen desalojado por el cuerpo es, en el caso del buque, precisamente el volumen de
carena V. Si el peso específico del fluido, en este caso el agua, es , entonces se evidencia
el principio de Arquímedes expresa que:
Empuje = V .
Como el peso del agua desalojado es, por definición, designado con el nombre de desplazamiento, también puede expresarse este principio diciendo que el empuje es igual al desplazamiento.
3.12.2 Condiciones básicas de equilibrio del buque.
1) Primera. Para que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido, sin contacto alguno con otros cuerpos, permanezca en equilibrio, será indispensable, como primera condición, que el peso del cuerpo y el empuje que recibe el mismo sean fuerzas iguales y opuestas, ya que dichas fuerzas son las únicas que actúan sobre el cuerpo en tales condiciones. Por lo tanto deberá ser:
Peso = Empuje
O también, teniendo en cuenta anteriormente:
Peso = Desplazamiento
2) Segunda. El empuje es una fuerza vertical, hacia arriba, que pasa por el centro de carena. Por su parte, el peso del buque es una fuerza vertical, hacia abajo, aplicada (en Física, para un cuerpo cualquiera), en un punto llamado centro de gravedad, designado con la letra G.
Para que exista equilibrio, estas fuerzas deben estar sobre la misma vertical a fin de anularse. Esto lleva a expresar la segunda condición básica del equilibrio: el centro de gravedad G y el centro de carena B del buque deben estar sobre la misma vertical.
3.12.3 Estabilidad el buque Es la tendencia que debe tener el buque en recobrar su posición inicial cuando ha sido apartado de ella por acción de fuerzas exteriores como puedan ser la mar o el viento.
Atendiendo al concepto de estabilidad podemos distinguir:
1) Estabilidad estática, el conjunto de fuerzas que actúan sobre el barco en una escora determinada.
2) Estabilidad dinámica, el trabajo que hay que efectuar para llevarlo desde el ángulo de inclinación hasta la posición de equilibrio.
A su vez, la estabilidad estática puede clasificarse en:
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3.12.4 Estabilidad inicial. La estabilidad transversal se ha dividido en inicial y para grandes escoras, según sea el ángulo de escora inferior o superior a 10º-15º, y ello es debido a que durante los 10º-15º primeros de escora las verticales trazadas desde las sucesivas posiciones del centro de carena se cortan aproximadamente en un mismo punto llamado Metacentro, pero al ser mayores los ángulos de escora, el corte entre las verticales de las distintas posiciones de C, se hace en puntos diferentes.
3.12.5 Par de estabilidad. Si un buque adrizado escora un ángulo I inferior a 15º, pasará de la flotación LF a L'F' y el desplazamiento continuará actuando en G por no haberse variado la posición de los pesos.
Por el contrario, el centro de carena (C) variará su posición pasando a C'. En este momento, la nueva
vertical del empuje del agua corta al plano diametral en un punto llamado metacentro (M).
Observando la figura veremos que el Desplazamiento (D) está actuando hacia abajo sobre G, y el empuje (E) sobre C' y hacia arriba, creando de este modo un par de fuerzas, cuyo brazo es el GZ. Este brazo será perpendicular a la vertical del empuje (E), y al actuar sobre el buque lo hace girar en el sentido de la flecha, adrizándolo. Momento del Par de Estabilidad Me = D x GZ.
3.12.6 Metacentro (M). Como definición, entenderemos que el metacentro es el punto donde confluyen el plano diametral del buque y la vertical trazada desde el centro de carena, cuando éste último ha sido desplazado a causa de una escora, siendo M el punto máximo hasta donde puede llegar el centro de gravedad (G) para que el buque sea estable…La distancia CM o radio metacéntrico, así como KC, se encuentran en las curvas hidrostáticas mientras que la distancia KG es la altura del centro de gravedad sobre la quilla, por lo que la altura metacéntrica (GM) será la diferencia entre KM y KG.
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3.12.7 Casos de equilibrio: estable, inestable e indiferente
La condición de estabilidad de un buque depende del par de estabilidad y éste depende de las posiciones del centro de gravedad y centro de carena. Para los diferentes casos podemos distinguir los equilibrios siguientes:
1) Equilibrio estable o estabilidad positiva. Cuando al escorar un buque, a causa de una fuerza exterior, M se encuentra situado por encima de G, el brazo del par generado hace adrizar al buque.
GM + KM > KG
2) Equilibrio indiferente o estabilidad nula. En el caso de que coincidan G y M no se genera ningún par de fuerzas por lo que el buque quedará en la posición escorada.. GM nulo
KM = KG
3) Equilibrio inestable o estabilidad negativa. Cuando el centro de gravedad se halle más alto que el metacentro,el par de estabilidad hará girar el barco en el sentido de la flecha y por tanto aumentaría su escora.
GM - KM < KG
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4 CONSTRUCCIÓN DEL CASCO DE FERROCEMENTO
4.1 Dimensiones principales
El buque base tendrá las siguientes características:
Eslora entre perpendiculares: 3,80 metros Manga: 1,20 metros Puntal: 0,90 metros Calado del proyecto: 0,45 metros Tripulación: 9 personas Peso, desplazamiento: 0,52 toneladas
4.2 Cálculos
Datos:
Peso específico del Hormigón: 2500 Kp/cm2 Coeficiente de seguridad: 1,6 Espesor: 3,0 cm
4.3 Definición de Ferrocemento
El Ferrocemento es una forma de hormigón reforzado que difiere del hormigón armado o pretensado convencional, por la forma y organización de los elementos de refuerzo.
Consiste en una serie de mallas muy juntas o barras de muy pequeño diámetro completamente envueltas en la matriz de mortero, generando un material compuesto cuyo comportamiento es distinto al del hormigón armado convencional en resistencia, deformación y aplicaciones (State-of-the-Art Report on Ferrocement.
Se puede ejecutar en paneles delgados, habitualmente de menos de 25mm de espesor, con un fino recubrimiento por encima de la capa más externa de refuerzo.
A diferencia del hormigón armado convencional, al refuerzo del Ferrocemento se le puede dar la forma deseada y el mortero puede extenderse directamente “in situ” sin tener que utilizar encofrado.
El término Ferrocemento implica la combinación de un refuerzo ferroso, matriz de mortero. Sin embargo, algunas de las propiedades del Ferrocemento se pueden lograr sin necesidad de utilizar como refuerzo mallas de acero o barras. Por ejemplo, la construcción de cabañas a base de barro seco y
juncos se puede considerar un precursor del Ferrocemento. El uso de mallas no metálicas está siendo estudiado en la actualidad por diversas universidades, dentro de estas mallas se encuentran las mallas resistentes a los álcalis de fibra de vidrio, las mallas fabricadas de materiales orgánicos tales como propilenos o bien materiales naturales como por ejemplo el bambú.
El Comité 549 del ACI (American Concrete Institute) adoptó la siguiente definición de Ferrocemento: “El Ferrocemento es un tipo de hormigón armado que se construye en secciones de
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pared delgada habitualmente utilizado con mortero de cemento hidráulico reforzado con capas muy juntas de malla de alambre continuas y de diámetro relativamente pequeño. La malla puede ser de acero u otro material que resulte adecuado”.
4.4 Antecedentes
El conocido uso de limos, yeso y mortero de cemento natural se remonta hacia el tercer milenio A.C., aplicaciones anteriores estuvieron generalmente limitadas a unir bloques de rocas y no fue hasta la época de los romanos que se hizo ampliamente uso del mortero como material estructural.
En todas las civilizaciones tempranas, el hormigón fue visto como un material que sólo podía ser usado efectivamente en compresión. El concepto de introducir un refuerzo dentro de la masa de hormigón armado, se les ocurrió casi simultáneamente a tres personas.
Joseph Monier (1823-1906), un jardinero francés que introdujo unas barras de acero en unas macetas de tamaño considerable, en 1849. El siguiente fue un inglés, Wilkinson, quien fabricó vigas de hormigón armado para edificios colocando en la cara de tracción cuerdas viejas de minería. Finalmente, J.L.Lambot (1814-1885) hizo un bote de hormigón (figura 2.2) en el cual el refuerzo era en forma de mallas de alambre entrelazadas con barras delgadas. En los Estados Unidos, por el mismo período,
aproximadamente, Thaddeus Hyatt (1816-1901) llevó a cabo pruebas intensivas sobre losas de hormigón armado con lo que contribuyó ampliamente a racionalizar la teoría del hormigón armado.
El Ferrocemento reapareció brevemente para la construcción de botes durante la Primera Guerra Mundial, cuando la escasez de placas de acero forzó la búsqueda de nuevos materiales para la construcción de los mismos.
Al inicio de la década de los 40, el ingeniero-arquitecto Pier Luigi Nervi (1881-1960) resucitó el concepto original de Ferrocemento, al observar que, reforzando el hormigón con mallas de alambre producía un material compuesto con características relativamente parecidas a las de un material homogéneo y capaz de resistir al impacto. Losas delgadas armadas de esta manera probaron ser flexibles, elásticas y excepcionalmente resistentes. Después de la Segunda Guerra Mundial, Nervi demostró la utilidad del Ferrocemento para la fabricación de botes, construyendo
una embarcación de 165 toneladas con un espesor de casco de 36 mm.
4.5 Características de los materiales y elementos empleados
Los principales componentes del Ferrocemento son el mortero, la armadura de refuerzo, los aditivos y una capa protectora contra la corrosión (los dos últimos son opcionales).
4.5.1 Mortero. El mortero utilizado en Ferrocemento está compuesto de cemento hidratado y material inerte de relleno (árido).
4.5.1.1 Cemento. El cemento empleado para
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el mortero debería ser de tipo ordinario portland y en ocasiones va mezclado con alguna puzolana. Este debe almacenarse en un ambiente seco, mientras no se utilice.
4.5.1.2 Arena. El principal requisito para la arena es que no presente materia orgánica ni impurezas químicas que podrían debilitar el mortero.
La mayoría de las arenas limpias son adecuadas, si se tiene alguna duda de su calidad es recomendable lavarlas con agua limpia.
Es interesante pero, que tenga una buena gradación con una razonable proporción de todos los tamaños de grano, sin exceso de finos ni partículas gruesas.
Para tener una idea de la composición (Wainshtok) propone:
Tamices % Pasa
Nº. Abertura (mm) Paneles y otros Barcos
3/8 9,50 100 100
4 4,75 95 – 100 100
8 2,38 80 – 100 100
16 1,16 50 – 85 70 – 1
30 0,60 25 – 60 45 – 7
50 0,30 25 – 30 25 – 45
100 0,15 2 – 10 5 – 15
Tabla 1. Especificaciones granulométricas de áridos para Ferrocemento
4.5.1.3 Agua. El agua debe ser fresca y libre de productos químicos disueltos o materia orgánica en suspensión. Un agua limpia es esencial para un mortero durable y resistente.
En cualquier caso, no se debe utilizar nunca agua salada.
Tanto Wainshtok [2] como Watt [4] tratan respectivamente este tema en sus trabajos.
4.5.1.4 La mezcla de mortero. Como todos los cementos hidráulicos, las propiedades físicas y la microestructura del mortero resultante dependen de la composición química del cemento, la naturaleza de la arena, la relación agua/cemento y las condiciones de curado. Ya que el mortero
representa aproximadamente el 95% del volumen del Ferrocemento, sus propiedades tienen gran influencia en las propiedades finales del producto.
El mortero debe ser preparado en las proporciones correctas de cemento, arena y agua. Debe ser bien mezclado y suficientemente trabajable para poder ser extendido con las manos al encofrado atravesando las mallas de refuerzo y formar una capa densa y compacta.
Es necesario además un proceso de curado para garantizar la máxima resistencia y durabilidad posibles.
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En todas estas propiedades que se persiguen intervienen unos parámetros que controlan la calidad final del mortero y que conviene tener en cuenta.
- La relación arena/cemento (en volumen): aumentando la proporción de cemento en el mortero aumentará la resistencia y la trabajabilidad, pero puede aumentar también la fisuración por retracción hasta el punto de no lograr este incremento de resistencia.
- La relación agua/cemento (en peso): una mezcla de mortero con poca agua tendrá más resistencia que una mezcla con mucha agua y con la misma proporción de arena/cemento mientras esté bien compactada. De todas formas, una mezcla seca es menos trabajable en el encofrado para lograr una buena compactación, más
propensa a formar burbujas de aire ocluido y no presenta tan buena adherencia a la malla de refuerzo. En cambio, una mezcla “acuosa” es mucho más fácil de extender con la mano, pero el mortero resultante será más permeable, tendrá más retracción y
menos resistencia y durabilidad. Existe pues, un compromiso entre resistencia y trabajabilidad.
4.5.2 Hidratación y curado. El curado es un proceso en el cual se favorece la hidratación del mortero a través del control de la temperatura y la humedad (próxima a la saturación) con tal de prevenir la retracción. El curado es además, un proceso muy importante tanto para aumentar la resistencia como para asegurar una mayor impermeabilidad.
4.5.3 Armadura de refuerzo. La función del refuerzo en el Ferrocemento es, en primera instancia, conformar la estructura y soportar el mortero que aún no ha fraguado.
Posteriormente, ha de absorber los esfuerzos de tracción que el mortero por sí sólo no sería capaz de soportar y contribuir a distribuir y reducir el número y tamaño de las fisuras.
Hay muchos tipos de refuerzos de acero, los más habituales son las telas de malla, que se distribuyen uniformemente en la masa de mortero y que, como principal característica han de ser manipulables y flexibles para adaptarse a las más diversas formas.
4.5.3.1 Fierro de construcción de 6 mm de diámetro. Refuerzo utilizado para formar el
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esqueleto, conformando el reticulado sobre el cual se colocarán las telas de mallas,
Estas armaduras se espaciaron a 20 cm como refuerzo principal
4.5.3.2 Tela de malla hexagonal (malla de gallinero). La tela de malla hexagonal, más conocida como malla de gallinero, es la más barata y fácil de manipular. Es además la que presenta una mayor disponibilidad.
Está formada por el doblamiento de alambres de entre 0,5 - 1,5 mm de diámetro, con una separación de entre 12,5 – 25 mm.
4.6 Otros.
4.6.1 Aditivos.
Además de los numerosos aditivos comúnmente empleados en la producción de hormigón armado convencional.
En el presente caso, se ha utilizado acelerante e impermeabilizante SIKA con las cantidades a utilizar en relación directa son el agua/cemento empleado de 0,5 por peso del mortero; con el objeto de darle mayor celeridad en el fraguado, en vista de la entrega de las embarcaciones hasta el 01 de diciembre de 2010.
4.6.2 Molde.
Para el presente proyecto, se ha utilizado un deslizador de aluminio, el cual fue aprovechado por un grupo, mientras el resto de los cuatro grupos de trabajo desarrollaron su imaginación utilizando recursos de dibujos tanto en un plano como la disposición en el piso para el replanteamiento de las formas de las barras de acero.
El armado de mallas y barra de construcción para darle forma al esqueleto de la embarcación fue realizado en instalaciones de la Escuela Naval Militar.
Luego se hizo el traslado a la localidad de Chúa para el emplastecido o fundición del casco, en instalaciones marineras de la Escuela Naval Militar.
4.6.3 Colocado del mortero.
El mortero debe ser mezclado bien con las manos, el cuál estará recubiertas con
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guantes engomados o de cuero para evitar heridas.
Este trabajo de colocar el mortero es bastante laborioso y si no se mezcla completamente dará lugar a un mortero granuloso, difícil de extender en las paredes.
4.6.4. Herramientas. Las planchas empleadas para el extendido, son más sencillas de utilizar si son de acero que de madera. La superficie de cada capa de mortero ha de ser raspada un poco una vez endurecida con un rascador para proporcionarle una rugosidad en la que se pegue la siguiente capa.
El uso de alicates o tenazas ayudan a rigidizar y asegurar las barras de construcción como también el extendido de la malla de gallinero.
Sierra mecánica, se utiliza para cortar las barras de acero en las dimensiones calculadas, las cuales conformaron el esqueleto de las embarcación.
4.6.5 Procedimiento de moldeo
Es evidente que la resistencia y el acabado finales de las embarcaciones dependerán de la destreza y disciplina con que hayan trabajado los CC.CC. y la supervisión del Docente durante el moldeo. Por lo tanto, es fundamental organizar la mano de obra antes de proceder esa operación.
El armazón de las embarcaciones fueron aseguradas con alambre de amarre en cuatro de ellas, mientras una fue armada y fijada con soldadura.
La proa de cada uno de ellos difiere, con la intención de darle su particularidad de cada grupo de trabajo, como podemos observar en las fotografías.
Para realizar las maniobras de colocado del mortero, se ejecutaron con los siguientes equipos:
Equipo de acopio de arena (fina y gruesa), agua y cemento.
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Equipo de mezcla del mortero, de acuerdo a dosificación.
Equipo de recepción y traslado del mortero hasta la obra.
Equipo de manipulación del mortero en obra, la tarea principal es encargarse de emplastecido o fundición del casco con el mortero en la forma correcta, al mismo tiempo la manipulación se realizará con la mayor rapidez posible. La mezcla no debe ponerse en cubos y dejarla por mucho tiempo ya que se habrá producido el primer fraguado y los demás CC.CC. tendrán dificultades en conseguir la penetración del mortero colocado con la mano en las embarcaciones para rellenar en la estructura. Se ejecutará con dos grupos, uno colocados en la parte interior de la embarcación quienes darán el apoyo al equipo que estará en el exterior de la embarcación, quienes moldearan la mezcla del mortero aplicando hacia la estructura (operación parecida a colocar una plastilina), con un espesor promedio de 30 mm. Los enlucidores del exterior son responsables de obtener una capa uniforme de mortero y el acabado deseado. El docente comprobará el espesor con un simple testigo de profundidad.
Equipo de limpieza, para que limpien y retiren del suelo el cemento sobrante, las herramientas y equipo durante y después del moldeo.
Equipo de curado, es esencial para que las propiedades del mortero se desarrollen totalmente, se necesitan pequeñas cantidades de agua durante la hidratación del cemento.
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4.6.6 Acabado y pintura
Todas las imperfecciones deberán eliminarse mediante el uso de piedra de amolar con esmeril giratorio. Hay que trabajar con cuidado y lentamente para no lijar todo el mortero de recubrimiento y llegar a la tela de mallas.
Luego aplicar una capa de protección o pintura, el casco deberá estar totalmente seco y libre de polvo.
4.7. Puesta en servicio para su navegación
El día sábado 04 de Diciembre, se realizó la evaluación de la materia por parte de un tribunal designado por la Jefatura de Estudios de la Escuela Naval Militar, CN.DAEN Waldo Calla Gutiérrez, Subdirector de la ENM; CF.DEMN Javier Torrico Vega, Jefe de Cuerpo; CC.CGON Fernando Quino Román; Dr. Gustavo Calderón Valle, Decano ENM, llegando a la siguiente calificación: 1) Teoría = 80, Práctica = 100.
En la embarcación “Lineth” navegaron dos tripulaciones, la primera de siete CC.CC. compuesta del personal que construyó dicha embarcación, y luego abordó la Comisión de Evaluación, para evaluar su capacidad, navegabilidad y resistencia.
Resultado de toda esta experiencia, fue el aprendizaje de los CC.CC. en analizar y tomar decisiones, con buena predisposición y liderazgo.
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5 PRESUPUESTO
5.1 Análisis de precios
A. MATERIALES
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD PRECIO
UNITARIO (Bs.)
PARCIAL (Bs.)
Cemento (bolsa de 50 Kg) Kilo 150 1,00 150,00
Arena m3 1 100,00 100,00
Malla de alambre 40 m x 0,90 m Rollo 2 120,00 240,00
Fierro de construcción, Φ 6 mm x 12 m. Barra 6 18,00 108,00
Alambre de amarre Rollo 4 10,00 40,00
Aditivo SIKA, impermeabilizante y acelerante Litro 3 20,00 60,00
Pintura Litro 5 30,00 150,00
848,00
B. MANO DE OBRA
DESCRIPCION UNIDAD TIEMPO
TRABAJO JORNAL
(Bs.) PARCIAL
(Bs.)
Albañil Día 6 80,00 480,00
Peón (ayudante) Día 6 60,00 360,00
840,00
C. EQUIPO Y/O HERRAMIENTA
DESCRIPCION UNIDAD CANTIDAD PRECIO
UNITARIO (Bs.)
PARCIAL (Bs.)
Mezcladora m3 1 50,00 50,00
Vibradora m3 1 30,00 30,00
Transporte Kilo 300 1,33 400,00
Herramientas % 20 100,00
580,00
D. RESUMEN
DESCRIPCION PARCIAL (Bs.)
A. MATERIALES 848,00
B. MANO DE OBRA 840,00
C. EQUIPO Y/O HERRAMIENTA 580,00
COSTO DIRECTO
2.268,00
GASTOS GENERALES 15% 340,20
UTILIDAD 10 % 226,80
COSTO TOTAL (Bs.) 2.835,00
COSTO TOTAL ($us.) (Cambio 7,00 Bs./1,00 $us.) 405,00
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6. CONCLUSIONES
El proyecto sobre la construcción de cinco embarcaciones en Ferrocemento, por los CC.CC. demuestra el complemento de la práctica a las teorías de la materia en Arquitectura Naval, especialmente sobre las condiciones generales que deben reunir los buques dentro sus cualidades esenciales y especiales:
Cualidades esenciales.
- Solidez. Estructura fuerte del casco para resistir con seguridad los esfuerzos a que ha de encontrarse sometido en servicio.
- Flotabilidad. Propiedad que le impide irse a pique. Debe estar asegurada, aunque sufra averías.
- Estabilidad. Propiedad de recobrar por sí mismo la posición de equilibrio
Cualidades especiales.
- Protección. El casco le brinda una mayor seguridad en la navegación.
Al aplicar el Ferrocemento, podemos diseñar y construir en forma fácil y menor costo, en comparación de otros materiales de construcción como la madera, el acero naval, aluminio, fibra de vidrio y otros, además de mejorar la resistencia de las estructuras a los impactos, al fuego y a las explosiones.
A parte de embarcaciones, también se pueden fabricar barcazas, pontones, amarraderos flotantes, embarcaciones en general.
El Ferrocemento, además de ser un material idóneo, tiene las siguientes ventajas:
Fácil de construir, reparar.
No se necesita de personal altamente calificado para su construcción.
Los materiales son de fácil adquisición.
Tiene buena resistencia al fuego.
Cuenta con una adecuada resistencia al impacto.
Buena impermeabilización, factor importante en la construcción de embarcaciones.
Buena resistencia al agrietamiento.
Fácil de adaptar a cualquier forma.
Generalmente no necesita encofrado.
Puede prefabricarse y por tanto, industrializarse su construcción.
Apto para cualquier ambiente.
Dentro el Proceso Enseñanza Aprendizaje que se llevó adelante la materia, me permito emitir algunas características para el CC.CC. como estudiante:
Demostrar interés por la materia. El interés es una condición necesaria para explicar el fascinante mundo de los medios navales, su contacto con el mar y sus operaciones, donde el CC.CC. tendrá mayor oportunidad de entender y asimilar su formación y condición de hombre de mar.
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Sera instruido en las vías del conocimiento: el mejor medio para aprender algo es descubrirlo por sí mismo. Se obtuvo gran provecho de la información sobre los medios navales, a través de la experiencia propia durante el proceso de la construcción de sus propias embarcaciones.
Tratar de leer en el rostro de los CC.CC., intentando adivinar sus esperanzas y sus dificultades; ponerse en su lugar. Como Docente, he tratado de volcar mis experiencias en una relación de Docente-Estudiante para establecer un contacto con el contenido de la materia, interpretando los que les gustaría saber y conocer, lo que les importa, donde los medios navales en nuestro medio son mínimos.
No se les dio únicamente "saber", sino también "saber hacer", actitudes intelectuales, el hábito de un trabajo metódico. El conocimiento consiste, una parte en "información" y otra parte en "saber hacer". El saber hacer es el talento, es la habilidad en hacer uso de la información para un fin determinado; se puede describir como un conjunto de actitudes intelectuales; es la capacidad para trabajar en equipo y metódicamente. En la construcción de embarcaciones de Ferrocemento, el "saber hacer" se traduce en una aptitud, habilidad y destreza de resolver problemas, al adquirir los materiales que les serán indispensables para su objetivo, (cemento, fierros, mallas de gallinero, herramientas, construir y demostrar mediante el trabajo en detalle de armar, forrar, preparar el mortero, y colocar con la mano en la estructura, pintar y por ultimo poner en prueba su producto terminado.
Este trabajo será complementado con los valores inculcados en nuestro Primer Instituto de Formación Naval, como la disciplina, lealtad, coraje físico y moral, honor, honestidad y veracidad, modestia, sentido del humor, confianza en sí mismo, iniciativa, voluntad de ganar, y otros.
Enseñarles a conjeturar. Primero imaginar, después probar, es la forma como procede el descubrimiento, con el objetivo de que el CC.CC. adquiera una actitud intelectual fundamental. La conjetura razonable debe estar fundada en la utilización juiciosa de la evidencia inductiva y de la analogía, encerrando todos los conocimientos favorables que pueden intervenir en el método científico.
Enseñarles a demostrar. Mediante la práctica de un hecho, podemos realizar un razonamiento demostrativo.
No enseñar por la fuerza, al contrario sugerir. Dejar a los CC.CC. tanta libertad e iniciativa como sea posible, teniendo en cuenta las condiciones existentes de la enseñanza. Dejar que hagan preguntas; o bien planteárselas en cuestiones que ellos mismos sean capaces de plantear y dejar que den respuestas los cuales deben ser supervisadas con el conocimiento y las experiencias del Docente.
