ES2259515B1 - Sistema de fondeo para cuerpos flotantes. - Google Patents
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Abstract
Este sistema comprende un vástago rígido y pesado que, por un extremo superior considerado en su posición de uso, está dotado de unos medios de acoplamiento articulado al extremo inferior de una atadura flexible que se extiende hasta el cuerpo a asegurar, y de unos medios de accionamiento del propio vástago en el sentido de giro axial sobre sí mismo, el cual vástago, por su otro extremo opuesto al anterior, está dotado solidariamente al mismo de unos medios de anclaje por sumido, en forma de aletas en voladizo de configuración en hélice discoidal, las cuales, al ser desplazadas giratoriamente con el vástago por los citados medios de accionamiento del mismo y entrar en contacto con el fondo de las aguas, determinan el ahondamiento del conjunto del vástago al introducirse giratoriamente por su extremo libre en dicho fondo de las aguas.
Description
Sistema de fondeo para cuerpos flotantes.
La presente invención se refiere a un sistema de
fondeo para cuerpos flotantes, concretamente un sistema que permite
asegurar una embarcación o cualquier otro cuerpo flotante al fondo
de las aguas, sin excluir por ello la posibilidad de su utilización
para fijar al fondo de las aguas cuerpos no flotantes que se
encuentran total o parcialmente sumergidos en las mismas.
Se entiende por generalmente fondear, dicho de
una embarcación o de cualquier cuerpo flotante, el asegurar el
posicionado de los mismos sobre la superficie de las aguas por
medio de anclas, que se agarren al fondo de las aguas, o de grandes
pesos que descansen en dicho fondo. Ello, evidentemente, guardando
las debidas distancias y por extensión, es también de aplicación al
asegurado de cuerpos pesados sumergidos en las aguas, tal como
pueden ser los pies de las plataformas petrolíferas, las
piscifactorías marinas u otras estructuras e instalaciones asentadas
en el fondo marino.
Tradicionalmente, el fondeado de embarcaciones
se ha llevado a cabo desde la utilización de cuerpos de elevado
peso depositados en el fondo marino y relacionados con la nave
mediante cuerdas o cadenas, hasta las anclas de cepo, como las del
tipo de Almirantazgo, que desde antiguo substituyeron a los
anteriores cuerpos pesados y que no sufrieron modificaciones
substanciales hasta las postrimerías del siglo XIX en que se
patentaron diversos modelos de anclas sin cepo, como las de Hall o
Marrel, Byers, Westney - Smith, etc. con las cuales se consigue una
tracción de agarre de seis veces su peso.
Para ser utilizadas en embarcaciones ligeras se
han desarrollado tipos de anclas livianas y de gran poder de agarre
que, además, son más fáciles de estibar y son conocidas en la
práctica náutica bajo la denominación de "hhp" (high holding
power, gran poder de agarre), destacando entre ellas las clásicas de
Danforth, C.Q R., Bruce, Rezón, etc.
Ninguna de estas anclas, dada su constitución
estructura, constituye un ancla universal, es decir, aquella que
presente la máxima eficiencia para todo tipo de tenedero,
resultando unas de elevado peso y difícil de estibar, otras de buen
rendimiento de agarre en fondo duro, de arcilla o de arena, pero de
rendimiento inferior en fondo de limo o barro, otras más presentan
problemas de garreo etc.
Con el ánimo de eludir los indicados
inconvenientes de las anclas que en la actualidad son utilizadas en
la mayor parte de las embarcaciones de recreo, deportivas y
profesionales para la pesca, la limpieza de playas, el socorro de
náufragos y otras de tonelaje no muy importante, se ha adoptado la
solución de que la embarcación se fije al fondo de las aguas
mediante un sistema de sumido.
De acuerdo con la precedente solución se ha
desarrollado el sistema de fondeo para cuerpos flotantes, que es
extensivo a cuerpos no flotantes asentados en el fondo de las aguas
en forma total o parcialmente sumergida, el cual sistema comprende
un vástago aislado, rígido y pesado que, por un extremo superior
considerado en su posición de uso, está dotado de unos medios de
acoplamiento articulado al extremo inferior de una atadura flexible
que se extiende hasta el cuerpo flotante a asegurar, y de unos
medios de accionamiento del propio vástago en el sentido de giro
axial sobre sí mismo, el cual vástago, por su otro extremo opuesto
al de acoplamiento articulado al extremo inferior de la atadura
flexible, está dotado solidariamente al mismo de unos medios de
anclaje por sumido, en forma de aletas en voladizo de configuración
en hélice discoidal, las cuales, al ser desplazadas giratoriamente
con el vástago por los citados medios de accionamiento del mismo y
entrar en contacto con el fondo de las aguas, determinan el
ahondamiento del conjunto del vástago al introducirse
giratoriamente por su extremo libre en dicho fondo de las
aguas.
Una característica de la invención consiste en
el hecho de que los medios de anclaje por sumido solidarios al
vástago están constituidos por aletas en voladizo de configuración
en hélice discoidal, presentando cada una de dichas aletas una
configuración helicoidal de un solo paso.
Otra característica de la invención estriba en
el hecho de que cuando el vástago dispone de más de una de las
aletas en voladizo de configuración en hélice discoidal, estas son
de diámetro diferente y están dispuestas a lo largo del extremo
inferior del mismo en orden decreciente de la magnitud de sus
diámetros.
Otra característica más de la invención radica
en el hecho de las aletas de hélice discoidal, por ser de un solo
paso, presentan sendos bordes radiales superpuestos en el espacio,
de los cuales el inferior constituye un borde de ataque al
producirse el giro del vástago, al tiempo que el citado borde radial
de cada una de las aletas puede estar posicionado diametralmente en
oposición con respecto a los bordes radiales de las aletas
contiguas.
Otra característica de la invención radica en el
hecho de que los medios de acoplamiento articulado previstos en el
extremo superior del vástago para la ubicación de la atadura
flexible consisten en un arganeo.
Otra característica de la invención la
constituye el hecho de que los medios de accionamiento giratorio
del vástago están constituidos por una barra transversal al vástago
que situada a la altura del arganeo conforma sendos brazos de
accionamiento.
También consiste en una característica de la
invención el hecho de que la atadura flexible está constituida por
uno de los elementos del grupo que comprende los cabos de fibra
natural y/o sintética, los cables de alambres metálicos y las
cadenas de cable.
Finalmente, otra característica de la invención
radica en el hecho de que el accionamiento giratorio del vástago se
realiza a través de la atadura flexible que, en este caso dispondrá
de medios de accionamiento giratorio en el extremo de la misma
situado en el cuerpo flotante.
Para facilitar la comprensión de las precedentes
ideas se describe seguidamente una realización del sistema para
fondeo que es objeto de la invención, haciendo para ello referencia
a los dibujos ilustrativos que se acompañan. En los dibujos:
Figura 1, representa, en alzado lateral, una
realización preferida del sistema de fondeo de acuerdo con la
invención.
Figura 2, representa, en alzado frontal, la
realización del sistema de fondeo de la figura anterior.
Figura 3, representa, en planta superior, la
realización del sistema de fondeo correspondiente a las figuras 1 y
2.
Figura 4, representa, en alzado inferior, la
realización del sistema de fondeo correspondiente a las figuras
anteriores.
Figura 5, representa, en perspectiva, la
realización del sistema de fondeo que muestran la figuras
anteriores.
Figura 6, representa, esquemáticamente, una
posible posición de trabajo del sistema de fondeo de las figuras
anteriores.
Figura 7, representa, esquemáticamente en
perspectiva, el volumen de material constitutivo del fondo da las
aguas que se opone a la extracción del sistema de fondeo de la
invención a resultas de un esfuerzo en el sentido de la flecha
ilustrada en la misma figura.
Figura 8, representa, esquemáticamente en
perspectiva, el volumen de material del fondo de las aguas que se
opone a un esfuerzo en el sentido de la flecha que se muestra en la
misma figura.
Figura 9, representa, esquemáticamente, la
aplicación de una fuerza de despegue horizontal en el extremo
superior de un vástago de un sistema de fondeo supuestamente
empotrado.
Como se comprueba tras una detenida inspección
de los dibujos que integran las referidas figuras, el sistema de
fondeo de la invención comprende un vástago 1 aislado, rígido y
pesado que, por un extremo superior considerado en su posición de
uso, está dotado de unos medios de acoplamiento articulado 2 al
extremo inferior 3 de una atadura flexible 4 que se extiende hasta
el cuerpo flotante 5 a asegurar, y de unos medios de accionamiento
6 del propio vástago 1 en el sentido de giro axial sobre sí mismo,
el cual vástago 1, por su otro extremo opuesto al de los medios de
acoplamiento articulado 2 al extremo inferior 3 de la atadura
flexible 4, está dotado solidariamente al mismo de unos medios de
anclaje por sumido, en forma de aletas en voladizo 7 de
configuración en hélice discoidal, las cuales, al ser desplazadas
giratoriamente con el vástago 1 por los citados medios de
accionamiento 6 del mismo y entrar en contacto con el fondo 8 de
las aguas, determinan el ahondamiento del conjunto del vástago 1 y
de las aletas en voladizo 7 al introducirse giratoriamente por su
extremo libre 9 en dicho fondo 8 de las aguas.
Los citados medios de anclaje por sumido, que
son solidarios al vástago 1, están constituidos por aletas en
voladizo 7 de configuración en hélice discoidal, presentando cada
una de dichas aletas en voladizo 7 una configuración helicoidal de
un solo paso, estas aletas en voladizo 7 de hélice discoidal, por
ser de un solo paso, presentan sendos bordes radiales 10 que se
hallan superpuestos en el espacio, de los cuales el inferior
constituye un borde de ataque al producirse el giro del vástago
1.
Cuando el vástago 1 dispone de más de una de las
aletas en voladizo 7 de configuración en hélice discoidal, como es
el caso representado a título de ejemplo en los dibujos, estas
aletas en voladizo 7 son de diámetro diferente y están dispuestas a
lo largo del extremo inferior del vástago en orden decreciente de la
magnitud de sus diámetros y, preferentemente, de manera que el
borde radial 10 de cada una de las aletas en voladizo 7 está
posicionado diametralmente en oposición con respecto a los bordes
radiales 10 de las aletas en voladizo 7 contiguas.
Los citados medios de acoplamiento articulado 2
previstos en el extremo superior del vástago 1 para la ubicación de
la atadura flexible 4 consisten en un arganeo 11.
Por otra parte, los medios de accionamiento 6
giratorio del vástago 1 están constituidos por una barra 12
transversal al vástago que situada a la altura del arganeo 11
conforma sendos brazos de accionamiento. No obstante, podría
situarse dos de dichas barras 12 cruzadas e, incluso, relacionarlas
entre sí mediante un aro rígido.
La atadura flexible 4 puede estar constituida
por uno cualquiera de los elementos del grupo que comprende los
cabos de fibra natural y/o sintética, los cables de alambres
metálicos, las simples cadenas y las cadenas de cable.
El accionamiento giratorio del vástago 1 se
puede realizar a través de la atadura flexible 4 que, en este caso
dispondrá de medios de accionamiento giratorio en el extremo de la
misma situado en el cuerpo flotante 5 o, bien, con un equipo de
buceo que permite el accionamiento manual directo sobre las barras
12.
Descritas las características de los distintos
componentes que constituyen el sistema de fondeo en cuestión, se
procede seguidamente a justificar mediante los pertinentes cálculos
técnicos la funcionalidad y las posibilidades de la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se ha comentado más arriba, se considerará
que para arrancarse verticalmente será necesario arrastrar una
cantidad de arena equivalente a un talud cónico 13 de 30º entre su
generatriz y directriz, como se ilustra en la
figura 7.
figura 7.
Así, el volumen de arena arrastrado será de
Vol_{arena} = \frac{1}{3} \pi r^{2} L = 0,349 m^{3}, que
considerando una densidad
{}\hskip17cm \rho_{arena} = 2.400 ^{Kg}/_{m^{3}}, equivale a una tracción vertical de F_{vertical} = Vol_{arena} x \rho_{arena} = 836,74 Kg.
{}\hskip17cm \rho_{arena} = 2.400 ^{Kg}/_{m^{3}}, equivale a una tracción vertical de F_{vertical} = Vol_{arena} x \rho_{arena} = 836,74 Kg.
\vskip1.000000\baselineskip
Estos elementos se construirán en acero con
límite elástico R_{eH} = 235 ^{N}/_{nm^{2}}. Al ser la
sección de la caña de
{}\hskip17cm S_{caña} = 706 mm^{2}, la tensión que soporta ésta ante la tracción antes calculada será de \delta_{max} = \frac{F_{vertical}xg}{S_{caña}} = 11,6 ^{N}/_{nm^{2}},
obteniéndose un factor de seguridad a la tracción vertical de: FS = \frac{R_{eH}}{\sigma_{max}} = 20.
{}\hskip17cm S_{caña} = 706 mm^{2}, la tensión que soporta ésta ante la tracción antes calculada será de \delta_{max} = \frac{F_{vertical}xg}{S_{caña}} = 11,6 ^{N}/_{nm^{2}},
obteniéndose un factor de seguridad a la tracción vertical de: FS = \frac{R_{eH}}{\sigma_{max}} = 20.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se ha comentado más arriba, se considerará
que para arrancarse horizontalmente será necesario arrastrar una
cantidad de arena equivalente a un talud prismáticol4 de 30º en la
arista adyacente al tornillo, como se ilustra en la figura 8.
Así, el volumen de arena arrastrado será de
Vol_{arena} = 0,192 m^{3}, que considerando una densidad
\rho_{arena} = 2.400 ^{Kg}/_{m^{3}}, equivale a una tracción
horizontal de F_{vertical} = Vol_{arena} x \rho_{arena} =
461 Kg.
Estos elementos se construirán en acero con
límite elástico R_{eH} = 235 ^{N}/_{mm^{2}}. Ante una
tracción horizontal, se considerará que la parte de la caña, o
porción del vástago 1, que aflora del fondo marino está sometida a
una flexión pura, con un empotramiento en su parte inferior.
Esta parte de la caña tiene una longitud de 100
mm, por lo que, para el estudio de su resistencia se toma el modelo
adjunto representado en la figura 9.
El par máximo se produce en la empotradura,
siendo su valor de M_{max} = 451 Nm.
Siendo el momento de inercia de la sección de la
caña sobre su línea neutra de I_{Z} = \frac{\pi r^{4}}{4} = 3,9
x 10^{-8} m^{4}, por lo que la tensión máxima adquiere un valor
de \sigma_{max} = \frac{M_{max}xy_{max}}{I_{Z}} = 170
^{N}/_{mm^{2}}, obteniéndose un factor de seguridad a la
tracción vertical de: FS = \frac{R_{eH}}{\sigma_{max}} = 1,4,
aumentando a 3 si se considera la carga de ruptura.
Se ha demostrado con anterioridad, con las
suposiciones adoptadas, que el tiro máximo vertical admisible es de
F_{vertical} = 836,74 Kg, y el vertical de F_{vertical} = 461
Kg, por lo que la fuerza máxima que puede soportar se dará para un
ángulo igual al que forma el vector
\xrightarrow[F], suma de una componente vertical
igual a F \xrightarrow[vertical] y otra horizontal
F \xrightarrow[horizontal].
Este ángulo viene dado por la expresión tan =
\theta \frac{F_{vertical}}{F_{horizontal}} \Rightarrow
\theta = 61º.
Así pues, el ángulo de tiro más apropiado es
de 61º con la horizontal, para lo que la estacha a instalar será de
2,07 veces la profundidad, soportando en la dirección un tiro de
955 Kg.
El valor de velocidad básica del viento se toma
de la publicación del Ministerio de Fomento; ROM
0.4-95. Acciones Climáticas II: viento. Ciudad de
Barcelona. Velocidad básica escalar del viento en el litoral de
Barcelona asociada a un período de retomo de 50 años y a una altura
de 10 m.
V_{b} = 30
m/s.
Este valor será corregido de acuerdo a la misma
publicación arriba indicada, definiéndose la velocidad de proyecto
como:
Así se considera el viento de proyecto como el
equivalente a 1 m de altura sobre el nivel del mar, sin considerar
posibles reducciones por apantallamiento de las olas (F_{r} = 1),
ni influencias por ráfagas (F_{R} = 1), por lo que:
V_{v} = 21
m/s.
Considerando que una embarcación presenta una
superficie de exposición al viento S_{viento} del orden de 1,1
veces su eslora, una vez éste está aproado al temporal, y que la
fuerza que ejerce el viento sobre una embarcación es igual a:
F_{V} =
\frac{1}{2} \ x \ C_{w} \ x \ \delta_{v} \ x \ v^{2} \ x \
S_{viento}
donde
- \ding{226}
- C_{w} Coeficiente de tiro aerodinámico (para cuerpos cilíndricos 0.6)
- \ding{226}
- \delta_{v} Densidad del aire en Kg/m^{3} (de 1,29 a 14,72 según cantidad de agua en suspensión en el aire) consideramos 2 Kg/m^{3}.
- \ding{226}
- v Velocidad del viento en m/s = 21.
- \ding{226}
- S_{viento} Área total de resistencia al viento en m^{2}.
Se puede calcular el área de exposición máxima
al viento que puede soportar el tornillo de fondeo, igualando la
fuerza máxima con la fórmula anterior, de donde se obtiene que:
- S^{MAX}_{viento} = 35,4 m^{2}, que corresponde a una embarcación de unos 30 m de eslora.
Claims (9)
1. Sistema de fondeo para cuerpos flotantes,
concretamente un sistema que permite asegurar una embarcación o
cualquier otro cuerpo flotante al fondo de las aguas, sin excluir
por ello la posibilidad de fijar al fondo de las aguas cuerpos no
flotantes sumergidos en las mismas, caracterizado porque el
sistema comprende un vástago aislado, rígido y pesado que, por un
extremo superior considerado en su posición de uso, está dotado de
unos medios de acoplamiento articulado al extremo inferior de una
atadura flexible que se extiende hasta el cuerpo flotante a
asegurar, y de unos medios de accionamiento del propio vástago en
el sentido de giro axial sobre sí mismo, el cual vástago, por su
otro extremo opuesto al de acoplamiento articulado al extremo
inferior de la atadura flexible, está dotado solidariamente al mismo
de unos medios de anclaje por sumido, en forma de aletas en
voladizo de configuración en hélice discoidal, las cuales, al ser
desplazadas giratoriamente con el vástago por los citados medios de
accionamiento del mismo y entrar en contacto con el fondo de las
aguas, determinan el ahondamiento del conjunto del vástago al
introducirse giratoriamente por su extremo libre en dicho fondo de
las aguas.
2. Sistema de fondeo para cuerpos flotantes,
según la reivindicación anterior, caracterizado porque los
medios de anclaje por sumido, que son solidarios al vástago, están
constituidos por aletas en voladizo de configuración en hélice
discoidal, presentando cada una de dichas aletas una configuración
helicoidal de un solo paso.
3. Sistema de fondeo para cuerpos flotantes,
según la reivindicación 2, caracterizado porque cuando el
vástago dispone de más de una de las aletas en voladizo de
configuración en hélice discoidal, estas son de diámetro diferente y
están dispuestas a lo largo del extremo inferior del mismo en orden
decreciente de la magnitud de sus diámetros.
4. Sistema de fondeo para cuerpos flotantes,
según la reivindicación 2, caracterizado porque las aletas
de hélice discoidal, por ser de un solo paso, presentan sendos
bordes radiales superpuestos en el espacio, de los cuales el
inferior constituye un borde de ataque al producirse el giro del
vástago.
5. Sistema de fondeo para cuerpos flotantes,
según la reivindicación 4, caracterizado porque el borde
radial de cada una de las aletas está posicionado diametralmente en
oposición con respecto a los bordes radiales de las aletas
contiguas.
6. Sistema de fondeo para cuerpos flotantes,
según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios
de acoplamiento articulado previstos en el extremo superior del
vástago para la ubicación de la atadura flexible consisten en un
arganeo.
7. Sistema de fondeo para cuerpos flotantes,
según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios
de accionamiento giratorio del vástago están constituidos por una
barra transversal al vástago que situada a la altura del arganeo
conforma sendos brazos de accionamiento.
8. Sistema de fondeo para cuerpos flotantes,
según la reivindicación 1, caracterizado porque la atadura
flexible está constituida por uno de los elementos del grupo que
comprende los cabos de fibra natural y/o sintética, los cables de
alambres metálicos, las simples cadenas y las cadenas de cable.
9. Sistema de fondeo para cuerpos flotantes,
según la reivindicación 1, caracterizado porque el
accionamiento giratorio del vástago se realiza a través de la
atadura flexible que, en este caso dispondrá de medios de
accionamiento giratorio en el extremo de la misma situado en el
cuerpo flotante.
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