Se entiende por trimado dinámico o
“squat” el incremento adicional de calado de un buque (dt)
en relación con el nivel estático del agua, producido por el movimiento del
barco a una velocidad determinada.
La navegación de un buque en aguas
tranquilas ocasiona una velocidad relativa entre el buque y el agua. Esta
diferencia de velocidades altera la distribución de presiones hidrodinámicas
alrededor del buque generando los efectos siguientes:
- Un descenso del nivel del agua, que es variable a lo largo de la eslora del buque.
- Una fuerza vertical descendente actuando sobre el casco del buque y un momento con relación al eje horizontal transversal, que ocasionan un desplazamiento del buque en su plano longitudinal de simetría, que se compone por tanto de dos movimientos:
- Una traslación vertical descendente uniforme.
- Un giro sobre el eje horizontal transversal.
El trimado dinámico es la
combinación de ambos efectos (descenso del nivel del agua y los dos
movimientos) que producen variaciones del calado del buque de distinto valor a
lo largo de su eslora. Habitualmente se denomina trimado dinámico al valor
máximo del sobre calado, que puede producirse en la proa o en la popa del barco
según el tipo de embarcación, presentándose generalmente en la proa para la
mayoría de los barcos comerciales.
Dado que el trimado dinámico es función de la velocidad relativa del agua con respecto al buque, su valor depende principalmente de las dimensiones geométricas de la zona en que navega el barco. Las fórmulas que permiten calcular el valor del squat están determinadas generalmente para navegación en aguas poco profundas sin restricciones laterales, de las que se han deducido generalizaciones aplicables para navegación en canales sumergidos y en canales convencionales (ver fig. 1), que cubren la totalidad de los supuestos de interés para las Áreas de Flotación que se analizan en esta recomendación. La navegación en aguas canalizadas resulta afectada fundamentalmente por la velocidad de retorno del agua, dependiendo así de la relación entre la sección transversal principal de la obra viva del buque (Ab) y la sección transversal del canal (Ac); para canales sumergidos se considera como sección transversal del canal (Ac) la superficie equivalente configurada por la prolongación de los taludes de los cajeros hasta la superficie del agua.
La determinación del trimado dinámico puede calcularse mediante la fórmula de Huuska/Guliev/Icorels, que tiene la expresión siguiente:
En donde:
dt: Valor máximo del trimado dinámico (m)
∇: Volumen del desplazamiento del buque (m3)
Lpp:
Eslora entre perpendiculares del buque (m)
La resistencia hidrodinámica al
movimiento de un buque depende de este Número de Froude. Cuando Fnh
se aproxima a 1.00 la resistencia al desplazamiento alcanza valores muy elevados,
que la mayoría de los buques no pueden superar con la potencia instalada; de hecho
todos los buques, salvo casos especiales de embarcaciones rápidas, navegan a velocidades
que no ocasionan valores de Fnh
en exceso de 0,60/0,70 (petroleros y portacontenedores
respectivamente), cifras que resultan ser barreras efectivas de la velocidad
del buque. En consecuencia y simultánea-mente con el estudio de los requerimientos
de calado, deberá comprobarse que los números de Froude resultantes, son compatibles
con las condiciones del caso.
Vr = Velocidad relativa del buque con respecto al agua,
excluidos efectos locales (m/s)
g = Aceleración
de la gravedad (m/s2)
h = Profundidad del agua en reposo, excluidos efectos locales
(m)
Ks = Coeficiente
adimensional de corrección para canales sumergidos o convencionales (ver fig. 1.),
(para zonas sin restricciones laterales se tomará Ks= 1.00). Para su determinación se emplearán
las expresiones siguientes:
Ks = 7,45
* s1 + 0,76 Para
s1 > 0,032
Ks = 1,00
Para
s1 ≤ 0,032
Ab = Área de la sección transversal principal de la obra viva
del buque (m2) ≈ 0,98 * B * D para buques
comerciales
B = Manga del buque (m)
D = Calado del buque (m)
Ac =
Área
de la sección transversal del canal situado por debajo del nivel de agua en
reposo (m2). Para canales sumergidos se considerará la superficie
equivalente configurada por la prolongación de los taludes de los cajeros hasta
la superficie de agua.
K1
= Factor de corrección, función de Ab/Ac
y de hz/h
hz =
Profundidad de la zanja dragada referida al nivel medio del fondo (m). Ver fig.
1.
Todas estas velocidades recomendadas corresponden a la navegación que se define en cada uno de los epígrafes, por lo que será necesario considerar todos los supuestos que puedan presentarse en cada caso para hacer un estudio correcto (p.e. la navegación de buques por un canal puede corresponder no sólo a embarcaciones en tránsito hacia áreas interiores, sino también hacia atraques que estén emplazados en el mismo canal).
Para la determinación de la
velocidad Vr del buque con
respecto al agua que interviene en la formulación anterior, se deberá
considerar, además de la limitación ya expuesta al analizar el número de
Froude, las restricciones que provengan de las normas de operación del Área de
Flotación o Navegación que se considere. Para la determinación de calados en
fase de proyecto se considerarán los valores máximos de la velocidad que fijen
las citadas normas de operación, o que se establezcan precisamente a
consecuencia del proyecto que se realice; en el supuesto de que estas normas
consideren velocidades diferentes según tipos y dimensiones de los buques será
necesario analizar los supuestos más desfavorables. A falta de criterios específicos
al respecto se recomienda adoptar valores máximos de la velocidad absoluta de
los buques “V” dentro de los márgenes siguientes, sin que en ningún caso
resulten números de Froude mayores de 0.70:
Todas estas velocidades recomendadas corresponden a la navegación que se define en cada uno de los epígrafes, por lo que será necesario considerar todos los supuestos que puedan presentarse en cada caso para hacer un estudio correcto (p.e. la navegación de buques por un canal puede corresponder no sólo a embarcaciones en tránsito hacia áreas interiores, sino también hacia atraques que estén emplazados en el mismo canal).
Se hace
notar que estas velocidades recomendadas son absolutas “V”, mientras que
la velocidad “V” que interviene en la formulación es la velocidad
relativa del buque con respecto al agua, por lo que será necesario tomar en
consideración la velocidad del agua en el supuesto de que existan corrientes
fluviales, de marea, etc.
Para la
navegación que se efectúe en la fase final de las maniobras de aproximación y atraque,
o a comienzo de las de salida, en las que la velocidad es inferior a 1 m/s y
suele efectuarse con ayudas de remolcadores, puede considerarse que el efecto
del squat es despreciable.
La
fórmula de cálculo del trimado dinámico recogida anteriormente no toma en consideración
todas las circunstancias que pueden presentarse, al no disponerse actualmente
de estudios globales que cubran todos los aspectos, por lo que se recomienda su
utilización tanto para estudios determinísticos como semiprobabilísticos. Las
circunstancias más habituales que suelen presentarse y que no están cubiertas
por la formulación, son las siguientes:
-
Adelantamiento y
cruce de buques. El flujo de agua
alrededor del buque resulta afectado modificándose el trimado dinámico, cuyo
valor puede incrementarse hasta el 50-100%. Si el adelantamiento o cruce de
buques es ocasional se recurre normalmente a reducir la velocidad de los buques
para no aumentar los requerimientos de calado. Si estas maniobras fueren
habituales deberá considerarse un incremento del trimado dinámico.
-
Navegación
descentrada. El movimiento de un
buque fuera del eje de un canal y la proximidad a un talud modifica el régimen
hidráulico del agua alrededor del barco aumentando el trimado dinámico. El
efecto es despreciable si la distancia de los taludes es mayor de 2 ó 3 mangas
del buque (dependiendo del Número de Froude: a mayor Número de Froude se
requiere mayor separación). Análogamente al caso anterior, si el descentramiento
es ocasional se recurre normalmente a reducir la velocidad del buque,
precisándose efectuar estudios de mayor detalle si las maniobras son
habituales.
-
Configuración
geométrica del fondo. El procedimiento de
cálculo descrito anteriormente presupone que la profundidad de agua disponible
y la velocidad del barco permanecen constantes. Si la profundidad de agua
disminuye progresivamente, como sucede habitualmente al acercarse a puerto,
aumenta la resistencia del agua, disminuye la velocidad del buque y se reduce
el fenómeno de trimado dinámico. Sin embargo, si se produce una disminución
rápida de la profundidad de agua y el buque entra navegando a velocidades
elevadas en esta zona, el trimado dinámico aumenta significativamente
produciéndose vibraciones violentas. En estos casos se recomienda reducir la
velocidad del buque de manera que el número de Froude no supere el valor de
0,50.
-
Fondos fangosos. La presencia de una capa de fangos fluidificados en el
fondo produce en general disminuciones del trimado dinámico debido a
variaciones en el régimen hidráulico del flujo alrededor del barco y a la
variación de las condiciones de flotabilidad. Excepcionalmente pueden
presentarse mayores valores del trimado dinámico en caso de que el barco se desplace
a través de fangos muy poco densos y en el supuesto de que la velocidad de navegación
supere los 4 m/s (≈8 nudos).
-
Navegación en curva
o con ángulo de deriva. En la actualidad no
se conocen investigaciones que permitan cuantificar la transcendencia de estos
supuestos. A efectos prácticos se mantendrá el cálculo para navegación en
tramos rectos sin ángulo de deriva, recurriéndose a disminuir la velocidad del
buque en el supuesto de que el trimado dinámico fuese más desfavorable.
