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Antes de 1850 el principal material para la construcción de buques,puentes y otras estructuras era la madera.Es así como en los siglos XVIII y XIX, los buques de madera tenían una vida útil de 50 años o más.Pero, desde le punto de vista de los materiales, sus cascos poseían escasa resistencia a la tracción y compresión, y estaban expuestos a gran desgaste y/o deterioro.Es así como el cambio de gran cantidad de madera estaba en manos de los carpinteros de ribera en tierra o del carpintero de a bordo. A mediados del siglo XIX, los cascos de hierro desplazaron a los de madera debido al gran desarrollo de la industria siderúrgica surgido como consecuencia de importantes logros tecnológicos. A su vez éste fue substituido por el acero a partir de 1880, material que corresponde a una aleación de hierro y carbono más otros elementos aleantes. El acero tiene las ventajas de tener un bajo costo, ductilidad, resistencia mecánica, adecuadas dimensiones, facilidad para trabajar y buenas condiciones para unir con remaches o soldadura; lo anterior, permite el laminado en frío o en caliente para la producción de planchas entre otros procesos de conformado. En un comienzo, su principal desventaja era su baja resistencia a la corrosión, por lo que no es accidental que varias de las principales compañías fabricantes de pinturas se establecieran con la producción del acero, las cuales no solamente ofrecieron productos anticorrosivos, sino también antincrustantes, ya que eran problemas que se agravaron con los cascos ferrosos. A partir de entonces otros materiales de construcción han sido desarrollados, pero es el acero el que más amplia variedad de aplicaciones posee tanto en buques como en grandes estructuras. El acero ha reinado supremamente durante una centuria como el único material importante para construcción de buques de travesía, siendo la madera todavía empleada para embarcaciones pequeñas tal como en las embarcaciones de pesca; y las aleaciones de aluminio para embarcaciones de alta velocidad, en las cuales la reducción del peso del casco es primordial en la relación peso/potencia. Por otra parte, otro material ha sido desarrollado para la construcción de cascos, como es la fibra reforzada, cuya aplicación está limitada para buques menores a 60 metros de eslora. Sus aplicaciones varían desde buques anti-minas, en las cuales sus propiedades no magnéticas son importantes, a yates y/o embarcaciones de placer masivamente construidas. Los barcos en acero o aluminio se hacen uno a uno y por encargo. Y esto los encarece pero solo hasta cierto punto, pues el casco representa una fracción del coste total de una embarcación. A cambio existen numerosas ventajas ya que el armador puede decidir modificaciones en la misma estructura del barco, lo cuál es imposible en un barco de serie fabricado en fibra de vidrio. Y
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Los barcos en acero son seguros, excepcionalmente rígidos y resistentes a los posibles golpes contra objetos flotantes o un posible impacto con el fondo como ningún otro material puede hacer.
La fibra de vidrio es económica y muy adecuada para las producciones en serie pero requiere caras herramientas y moldes, además de exigir métodos precisos para conseguir cascos perfectamente equilibrados. Así mismo trabajar grandes cascos de fibra de vidrio requiere la utilización de refuerzos estructurales muy bien estudiados para conseguir la rigidez necesaria para conseguir barcos marineros. En ocasiones se utilizan sandwichs de espuma o con maderas de balsa y tejidos bidireccionales algunos de ellos combinados con tejidos de kevlar o fibras de carbono que solo se utilizan en barcos de competición por su elevado precio. Así como un casco de 40 ó 60 pies suele ser construido en fibra de vidrio en unos pocos días, hacerlo en acero o aluminio requiere semanas de trabajo debido a los centenares de soldaduras y pulidos necesarios. Los cascos metálicos están formados por cientos de placas soldadas entre sí a una estructura de cuadernas previamente ensambladas y soldadas. Los metales son más duros que la fibra de vidrio y admiten mucho mejor los abusos sin sufrir ningún daño. Esta es la razón por la que la mayoría de los buques industriales están construidos en acero y no en fibra de vidrio reforzada. Es muy tranquilizador saber que nuestro barco está hecho con un material que puede abollarse y admitir una deformación en vez de
agrietarse o fracturarse. Además es muy resistente a la perforación, lo cual no puede decirse de la fibra de vidrio que puede ser atravesada con mayor facilidad. Si navegamos en aguas inciertas en donde puedan aflorar rocas punzantes y peligrosas, los cascos metálicos ganan por goleada en seguridad. Los aceros de bajo carbono han sido utilizados en múltiples aplicaciones; sin embargo, los aceros de alta resistencia (highstrength) han experimentado un significativo aumento de sus usos. Los aceros de alta resistencia más corrientes de que hoy se dispone para construcción naval incluyen los HTS, HY-80 y HY-100. Debido a que el HY-80 fue el primer acero que superó a los denominados HTS y en cierto modo constituye el punto de referencia para los aceros modernos. Algunas de las propiedades de los materiales más importantes de los miembros resistentes de la estructura de un buque son: X? Relación Resistencia v/s peso: El peso específico de un material es frecuentemente una característica crítica, así el peso estructural es una de las de mayor consideración en el diseño. En muchos casos, esto no es así absolutamente sino que también la razón resistencia/peso, representada por la relación entre el esfuerzo de fluencia del material y el peso específico de éste. Este parámetro es usualmente empleado en casos en donde se desea mantener un cierto nivel de resistencia mecánica para un mínimo peso estructural. X? enacidad a la fractura: Corresponde a la habilidad del material, para absorber energía de deformación plástica antes de fracturarse. Este factor comienza a ser un problema crítico cuando una estructura está sometida a bajas temperaturas. X? Resistencia a la Fatiga: Cargas las cuales no causan fractura en una simple aplicación pueden resultar en fractura cuando son aplicadas repetidamente. El mecanismo de falla por fatiga es complejo pero básicamente involucra la iniciación de pequeñas grietas, usualmente en la superficie y el subsecuente crecimiento bajo el mecanismo de repetición de cargas. X? Resistencia a la corrosión: Los materiales usados en componentes, estructurales expuestos al agua de mar y otros ambientes deben tener una adecuada resistencia al inicio de la corrosión. La corrosión es el ataque destructivo de un metal por reacciónquímica o electroquímica con el ambiente. El agrietamiento por corrosiónesfuerzo es por otra parte, la fractura del materialbajo la presencia de ambos, esfuerzo y ciertos ambientesnocivos.
Otras propiedades: Otras características del material que deben ser consideradas son: - Fácil fabricación.
- Mantenimiento.
- Soldabilidad.
- Confiabilidad.
- Durabilidad.
- Costo.
Por muchos años el acero ASTM A7 fue el acero al carbono básico y fue producido para un esfuerzo de fluencia mínimo igual a 33.000 psi para estructuras soldadas. También el acero ASTM A373, con un esfuerzo de fluencia mínimo de 32.000 psi, fue frecuentemente usado. En 1960 el acero ASTM A36 fue introducido con un esfuerzo de fluencia de 36.000 psi e IMPROVED soldabilidad que el acero A7. Igualmente, la sociedad clasificadora American Bureau of Shipping, ABS, reguló los requerimientos de aceros para buques en reglas, clasificando a los aceros en grados. Para los aceros de bajo carbono como: A, B, D, E, DS y CS; y para aceros de alta resistencia como: AH32, DH32, EH32, AH36 y EH36. Pero el acero se oxida con facilidad, lo cual representa un serio problema si no se protege de la forma correcta. Actualmente existen imprimaciones y epoxis que permiten lograr protecciones sumamente eficaces. En los cascos de fibra de vidrio, la capa exterior conocida como gelcoat también se estropea con los rayos ultravioleta y necesita al menos de un pulido al año para mantenerse brillante y como nueva. Las pinturas con base de poliuretano son flexibles y con una vida útil de más de 10 años sin que pierdan el brillo y sus características fisicoquímicas. Los arañazos se pueden retocar con facilidad con lo cual conseguimos proteger el acero de forma muy eficaz. Un casco de acero corre más peligro a la corrosión en una marina que en el mar, pues en los pantalanes puede haber corrientes eléctricas derivadas de otros barcos. La solución proviene de la utilización de ánodos de sacrificio que se distribuyen adecuadamente a lo largo de la obra viva. El acero normal no es más que hierro al cual se le ha añadido un poco de carbono (0,2%) durante el proceso de fundición para hacerlo mucho más duro y tenaz. El acero inoxidable es una aleación de acero con distintas proporciones de otros metales como el níquel, el cromo o el titanio. Dependiendo de la cantidad de estos otros metales, se consiguen distintas calidades que lo hacen más o menos inoxidable y tenaz, aunque todos se acaban oxidando lentamente mostrando esos puntitos marrones que a veces dejan manchas pronunciadas y que con el tiempo degenerarán en picaduras más o menos profundas.
El acero inoxidable más utilizado, llamado Inox 18/8 consiste en una aleación (mezcla de metales) de 18% de cromo y 8% de níquel. Por debajo del 12% en cromo, el acero pierde su capacidad de protección a la oxidación. La oxidación no es más que la combinación química del oxigeno con el hierro, de modo que la mejor manera de protegerlo es mediante una capa que aísle el hierro del exterior. Así ocurre con el aluminio, que al oxidarse produce una fina pero durísima e impermeable capa de oxido de aluminio capaz de proteger al resto del aluminio. Esto no ocurre con el acero normal ya que el oxido de hierro es permeable al agua, dejando de nuevo el hierro expuesto a una nueva oxidación. En el acero inox, es el cromo el que realmente ofrece la protección al oxidarse y hacer una capa impermeable de oxido de cromo sobre la superficie de la aleación. Si por cualquier razón se raya o deteriora la capa protectora de oxido de cromo, ese punto se convierte en un ánodo frente al resto de la superficie que actúa como cátodo de una mini ͚pila͛ galvánica. Ya tenemos un puntito de oxidación capaz de profundizar bajo la superficie del acero. Lo malo es que la capa de protección de oxido de cromo se puede estropear como consecuencia de una diferencia de concentración de oxigeno, o por fenómenos de circulación de agua o cambios de temperatura. Si buscamos un metal verdaderamente inoxidable, debemos encontrar algo que sea totalmente inerte frente al oxigeno. Por ejemplo el titanio el cual simplemente no reacciona con el oxigeno al igual que otros metales nobles como el platino o el oro. Existen muchos materiales de construcción apropiados para la creación de cascos y embarcaciones. Desde la madera, el fibro-cemento, acero, fibra de vidrio, Aluminio, y toda una serie de nuevas aleaciones metálicas, acero-inox, incluso titanio, o el increíblemente ventajoso pero muy caro Monel (aleación al 65 de Niquel y cobre) sobre el que es incluso innecesario utilizar antifouling! Pero de entre todos ellos, y si tenemos en cuenta además de las prestaciones mecánicas conseguidas, las importantes cuestiones del coste y la facilidad detrabajo, y además tenemos en cuenta cuestiones como factores de envejecimiento, mantenimiento, y perdidas de valoración por el paso del tiempo, el aluminio se perfila como uno de los materiales de construcción naval más ventajosos. X? cayor resistencia: Es evidente que el aluminio tiene mayor resistencia que la fibra. Esto se traduce en menos averías (no tiene problemas de ósmosis, ni fisuración), y por tanto en menor gasto de mantenimiento. Un choque contra unos bajos de roca o un
roce en unos arrecifes, en fibra supondrían una avería posiblemente importante y de reparación muy costosa. El aluminio, gracias a su elevada ductilidad, es uno de los metales que menos se fracturan, y no da problemas de fisuración. X? cayor rigidez: Los cascos fabricados en aluminio y también en acero, al realizarse mediante soldadura de todas sus pieza estructurales y estas a su vez con las chapas de recubrimiento adopta una estructura totalmente compacta que produce una gran rigidez estructural, traduciéndose en menores fatigas del material y por tanto en una mayor seguridad y posibilidad de soportar estados de la mar más duros. No en vano cada vez se utilizan más los cascos de acero y aluminio para las embarcaciones destinadas a soportar condiciones duras de la mar. Muchos navegantes transoceánicos aconsejan embarcaciones de cascos metálicos por sus múltiples ventajas. X? cejor estanqueidad: El aluminio como el acero es ciertamente tan impermeable como la fibra, pero... Los cascos metálicos en acero o aluminio permiten soldar los distintos elementos de la cubierta o del interior directamente a su estructura. De esta manera no es necesario perforar las cubiertas o elementos estructurales para por ejemplo fijar mediante tornillos pasantes un carril de escotas o cualquier elemento o soporte para una jarcia, incluso una mesa interior o cualquier otro mecanismo, componente o dispositivo. Al eliminar una parte importante de perforaciones disminuye proporcionalmente las posibilidades de perder estanqueidad. X? cenos consumo: El aluminio es más ligero que la fibra, siendo las diferencias mayores a medida que aumenta el tamaño de la embarcación. Esto supone mejor maniobrabilidad, mayores prestaciones y lo que es mas importante, menor consumo de combustible. X? cayor seguridad: el aluminio no se quema con el fuego. Un incendio en una lancha de fibra puede dar con la embarcación en el fondo del mar, ya que ésta se consume. En caso de un choque contra un fondo rocoso, la fibra se rompe y eso supone una vía de agua en la embarcación, impidiendo la navegación al llenarse el casco de agua. Por el contrario, el aluminio gracias a su elevada ductilidad y baja fragilidad, se deforma y no se fisura, por lo que no hay vía de agua. Para romper el aluminio el golpe tiene que ser especialmente violento. X? cenor mantenimiento: El aluminio no necesita ser pintado pues es prácticamente inmune a la corrosión. Por ello es normal ver cascos totalmente desnudos y brillantes como acabado final para tales embarcaciones, aunque por cuestión de gustos si se quiere pintar, puede también hacerse, siempre y cuando utilicemos las bases y procesos necesarios. La obra viva necesitará necesariamente la aplicación de
antifouling, y además su rendimiento es mayor al de un casco de fibra, pues el poder de incrustación de organismos vivos es menor en este material. Y que nadie se lleve a engaño, pues alguien podría avisarle de posibles inconvenientes de corrosión electrolítica. Actualmente estas antiguas complicaciones ya han sido totalmente solucionadas mediante la correcta utilización de ánodos de sacrificio de mayor electronegatividad que el aluminio como son los de Zinc o los de Magnesio. X? cenor coste de reparación: la reparación en aluminio es muy sencilla, al igual que en las chapas de los coches. Un bollo en el casco se puede reparar en tan sólo unas horas, cortando la chapa y soldando una nueva, devolviendo la embarcación a su estado original con total garantía de resistencia del casco. Sin embargo en fibra, un golpe produce el fenómeno complejo conocido como fisuración, y obliga a reparaciones parciales y muy costosas que no garantizan la resistencia original, ya que la fibra, como su propio nombre indica, no está compuesta por piezas enteras donde la tensión superficial es la misma en todos los puntos. X? cayor valor residual: el aluminio no se deteriora por la exposición permanente a los rayos solares. Tampoco sufre los efectos de la ósmosis, y resiste mucho mejor la incrustación de algas y lapas cuando la embarcación lleva mucho tiempo inactiva. El transporte en remolque acaba fisurando la fibra, no así el aluminio. Esto supone que después de los años, las embarcaciones de aluminio mantienen sus condiciones iniciales, o lo que es lo mismo, están más nuevas que las de fibra. Y por ello, el valor de segunda mano es mayor, y la depreciación, menor.
Laminados de fibra inteligentes, resinas y composites que se curan ellos solos después de un impacto, así serán los componentes de fabricación de los barcos en un futuro cercano. De hecho ya se han producido laminados que cambian de color y se colorean indicando la zona que ha sufrido tensiones y roturas tras un impacto o un esfuerzo exagerado. Gracias a este indicador, es posible reparar la zona con la máxima confianza, asegurando que el casco vuelve a adquirir la solidez estructural con la que fue concebido. Incluso será posible fabricar materiales que se reparen a sí mismos. La supervisión de la salud estructural puede implementarse mediante matrices de sensores laminados en el casco que ofrecerán información de fuerzas y tensiones de las cargas producidas en la estructura.
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En los próximos 5 años se van a empezar a utilizar nuevas tecnologías que mejorarán la calidad y abaratarán los costes de producción de forma importante. Moldes cerrados que ya se empiezan a utilizar, será la forma estándar de crear cascos y demás piezas de fibra. El modelado 3D y las fresadoras y máquinas de corte numéricas controladas por ordenador serán de uso común en todos los astilleros. Pero quizás sea más revolucionario la producción mediante termoplásticos como el poliuretano en barcos de hasta 9 metros de eslora. El resultado será una producción más económica y con menores daños al medio ambiente y que además podrán ser reciclados de forma muy sencilla. El sistema inyecta el plástico en un molde cerrado del que sale la pieza perfectamente acabada y lista para el mecanizado en una rápida y sencilla operación industrial. Este sistema de construcción podría evolucionar a su vez para conseguir aumentar algo más la eslora máxima admitida por este procedimiento, mediante refuerzos estructurales en otros materiales introducidos previamente en el molde antes de proceder a la inyección del termoplástico. Los barcos que han finalizado su ciclo útil de vida serán fácilmente reciclables como se hace actualmente con muchas piezas en el mercado del reciclado de los plásticos. El mercado en el moldeado de cascos vendrá guiado por las necesidades de cumplir las normas medioambientales de mejora de salud de los operarios y de seguridad en la manipulación. Así mismo, la creación de otras piezas para los barcos como son las bitácoras, tapas, cierres, contramoldes, guarnecidos interiores y demás elementos empleados en la fabricación, serán realizados mediante moldes cerrados que trabajan por inyección produciendo resultados perfectos y a costes inferiores.
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