SISTEMA DE DEFENSA
CONCEPTO
Toda embarcación que navega se desplaza animada por un alto grado de energía cinética, que en el momento del atraque genera esfuerzos de tal magnitud que produciría daños irreparables a embarcaciones y estructuras portuarias si no se interpusiera un sistema apto para controlarlos y reducirlos a límites aceptables.
Por tal razón existe la necesidad de contar con medios adecuados para lograr una efectiva protección tanto para las obras civiles como para las embarcaciones, dimensionados técnico-económicamente en función de la magnitud de los riesgos potenciales.
Así surge el SISTEMA DE DEFENSA, al que se define como el conjunto de elementos capaces de absorber las energías típicas que estadísticamente tendrán lugar durante la vida útil de las estructuras del muelle para todas las condiciones de atraque realizadas de acuerdo con los procedimientos normales, siempre que no ocurran accidentes o pérdidas de control de las embarcaciones mientras se aproximan al muelle.
El estudio de la amortiguación del impacto de los buques, cuyas dimensiones estaban en constante aumento hasta hace pocos años, es objeto continuo perfeccionamiento para obtener sistemas aptos para absorber energías cada vez mayores, transmitiendo cargas compatibles con las mismas a las embarcaciones y a las obras de atraque.
METODOLOGIA DE DISEÑO
En cuanto al diseño de los sistemas de defensa, se han desarrollado dos conceptos bien definidos. El primero parte del supuesto de un comportamiento rígido de la obra de atraque, en la cual, los elementos adicionales (defensas) deben absorber la totalidad de la energía puesta en juego. Este criterio es perfectamente compatible con muros de gravedad o muelles sobre pilotes inclinados.
El segundo concepto, basado en un mejor conocimiento de la interrelación estructura/ suelo, asume que la obra de atraque es parte integrante del sistema de defensa, en el cual los elementos adicionados (defensas) absorben la fracción de energía no disipada por la deformación elástica de las estructuras. Como ejemplo, se puede citar a los delfines constituidos por un monopilote metálico empotrado a gran profundidad en el suelo subyacente.
En ambos casos el estudio de elementos elásticos (defensas), de gran capacidad de deformación en función de las cargas soportadas, permite la construcción de obras mucho más livianas y económicas.
El desarrollo de estos dispositivos ha puesto de manifiesto la enorme capacidad de disipación de energía que poseen los compuestos de caucho. Junto a su gran durabilidad y economía, hace que todos los sistemas de defensa que se diseñan actualmente utilicen primordialmente este elastómero.
Otra función importante de estos componentes económicos y de rápida reposición, es la de actuar como elementos fusibles, en el caso de producirse accidentes durante las operaciones de atraque, protegiendo tanto la embarcación como la integridad de las estructuras, conservando la capacidad operativa de ambas.
DEFENSAS DE GOMA
Hasta los comienzos de la década del 60, los sistemas de defensa de muelles empleaban principalmente madera y eventualmente pilotes protegidos con este material.
El propósito de las defensas de madera era evitar daños y desgaste al muelle y al casco de los buques, reduciendo la presión de contacto entre ambos mediante el incremento de la superficie de contacto. Dado que la madera admite bajas deformaciones elásticas, estos elementos protectores no son aptos para absorber energía cinética.
El continuo incremento en las dimensiones de los buques, hizo necesario desarrollar nuevos sistemas de defensa que permitieran absorber la totalidad de la energía de atraque de las embarcaciones.
Las defensas de goma, a diferencia de las rígidas, permiten la absorción de elevados valores de energía cinética mediante la deformación elástica y el pandeo del cuerpo de la defensa.
La sucesiva evolución de las defensas elásticas se ha guiado por la búsqueda de diseños de alta capacidad de absorción de energía con una reacción transmitida a la estructura proporcionalmente menor.
Curvas características
Sometiendo una defensa elástica a un ensayo de compresión normal se obtiene la relación entre carga aplicada (reacción) y la deflexión correspondiente, obteniendo una curva donde R = R(x) [fig.1], siendo R la reacción de la defensa y x la deflexión de la misma, expresada en porcentaje de la altura original.
La energía E = E(x), que es capaz de absorber la defensa en función del grado de compresión, surge integrando la curva de reacción. Así se obtiene la curva correspondiente a la energía [fig.1].
Las distintas formas de defensa de goma pueden agruparse en dos tipos, de acuerdo a la naturaleza de sus curvas características: defensas de reacción constante, y defensas de módulo elástico constante.
Las defensas de reacción constante, como las defensas trapeciales y ARCO, tienen curvas características como las mostradas en la figura [fig. 2]. Se observa que la reacción R crece rápidamente como consecuencia de la compresión elástica en el primer tramo de la curva. Luego de alcanzado el valor Ra, la reacción se aplana en la zona intermedia, donde prevalece el efecto de pandeo de la sección de la defensa. Si la compresión continúa, la parte hueca de la defensa se cierra, cesando el pandeo, y reanudando la compresión elástica de la goma, lo que produce un marcado aumento de la reacción. La deflexión correspondiente al punto Xo es la más eficiente para la operación de la defensa, ya que la relación E/R toma allí su valor máximo: es el punto de diseño de la defensa y sus valores característicos son Eo y Ro.
Figura 1
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Las defensas de módulo elástico constante poseen en cambio curvas caracte-rísticas similares a la de la figura [fig. 3]. A este género pertenecen las defensas cilíndricas. En este caso se observa un incremento gradual de la reacción a medida que avanza la compresión, hasta el punto Xo donde sube rápidamente debido al cierre de la sección hueca. Con el mismo concepto del caso anterior, en este punto Xo se maximiza la relación E/R y es por lo tanto el punto de diseño.

Figura 3
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PROPIEDADES DEL VIENTO Y DEL AGUA
Las principales propiedades del viento y del agua son presentadas a continuación.

Propiedades del agua salada al nivel del mar a 15ºC
Masa volumétrica, ρw 1026 Kg/m3
Peso volumétrico, γw 10060 N/m3
Volumen por long ton (LT) 0.9904 m3/LT
Viscosidad cinemática, ν 1.191Ε−6 μ2/σεγ

Propiedades del agua dulce al nivel del mar a 15ºC
Masa volumétrica, ρw 999 Kg/m3
Peso volumétrico, γw 9797 N/m3
Volumen por long ton (LT) 1.0171 m3/LT
Volumen por tonelada métrica 1.001 m3/t
Viscosidad cinemática, ν 1.141Ε−6 μ2/σεγ

Propiedades del aire al nivel del mar a 20ºC
Masa volumétrica, ρa 1.221 Kg/m3
Peso volumétrico, γa 11.978 N/m3
Viscosidad cinemática, ν 1.50E-5 m2/seg

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Separación de Pilares de defensa
Coherentemente con los requisitos de fuerzas, el espaciamiento entre pilares debe ser de 3 a 3,5 metros en casos de servicio ligero; para cruceros y auxiliares el espacio debe estar entre 2 y 2,7 metros y para servicios pesados es recomendable espacios de 1,5 a 2 metros entre pilares.
Las esquinas externas y las expuestas deben ser protegidas con grupos de pilares de defensa. Para pequeñas embarcaciones, incluyendo destroyers hasta un máximo de 3.000 toneladas, estas esquinas son protegidas con grupos de 7 a 9 pilares dispuestos en dos filas. Para muelles donde atracan buques mayores, las esquinas expuestas se deben recubrir con pilares de defensa dispuestos en dos filas escalonadas en arco circular con radio de 4 metros; excepto en los casos donde los buques son mucho mayores y/o la estructura este localizada de forma tal que este sumamente expuesta, son necesarias tres o cuatro filas de pilares.
Establecer la profundidad de penetración de los pilares de acuerdo con la resistencia del suelo y con la posibilidad de futuros dragajes más profundos. Para suelos firmes debajo de la profundidad dragada, será suficiente una penetración de 3 metros; si en un futuro será realizado un dragado mayor, debe realizarse una penetración mayor. Si existe una capa de material blando, con espesura inferior a 3 metros, por encima de un suelo firme, los pilares de defensa deben penetrar el suelo firme por lo menos 2,5 metros de profundidad.
Para suelos firmes a gran profundidad, debajo de una capa espesa de material blando, los pilares deben alcanzar una penetración por lo menos igual a la determinada por el peso del martillo de penetración y debe asegurar una capacidad resistente de 2 a 3 toneladas (conforme a la fórmula de estacas). La experiencia indica que la capacidad resistente aumenta después de la conclusión de la penetración, de modo a asegurar la resistencia necesaria de los pilares.
La inclinación de los pilares no debe exceder de 1/6 hacia el lado del muelle.

SELECCIÓN DEL SISTEMA DE DEFENSA
Concepto
Una vez calculada la energía de atraque E, según la expuesto en Cálculo de Energía de una Embarcación, se puede comenzar a definir el tipo de defensa elástico más adecuado a partir de sus curvas características E(x) y R(x).
Si bien el valor E es un primer índice de selección, la necesaria compatibilidad entre las reacciones de cada tipo de defensa y la carga máxima admisible por la estructura portuaria permite estrechar aún más el rango de opciones.
En definitiva, estas restricciones específicas del proyecto y otras como presión máxima admisible sobre el casco, variaciones del nivel de agua, etc., conducen a la selección del Sistema de Defensa, lo que supone definir:
- tipo de defensa

- cantidad mínima de elementos

- distancia entre elementos

TIPO DE DEFENSA
La elección del tipo de defensa surge de considerar que la energía de atraque E debe ser disipada íntegramente por una defensa o conjunto de ellas situado en el punto de impacto más probable. A partir de aquí denominaremos Elemento del Sistema al conjunto constituido por una o más defensas con capacidad para tomar totalmente la energía E al ser comprimida por el buque hasta su punto de diseño.
La capacidad de cada tipo de defensa surge de sus curvas características de energía y reacción. Sin embargo, conviene describir brevemente las características principales de las distintas defensas.
Las DEFENSAS CILINDRICAS (serie CD) son recomendadas para el atraque de buques pequeños y medianos. Ofrecen una gran variedad de posibilidades de instalación: horizontal, oblicua y vertical; siendo además muy adecuadas para la protección de esquinas y superficies curvas por su gran flexibilidad. Pueden ser suspendidas de cadenas o cables, lo que permite una fijación segura, económica y fácilmente adaptable a estructuras preexistentes, sin necesidad de fijar anclajes con gran precisión.
Las DEFENSAS TRAPECIALES (serie AD) presentan la ventaja de transmitir reacciones muy bajas en relación a la energía disipada, característica ésta distintiva de las defensas de reacción constante. Su amplia gama de medidas permite utilizar estas defensas de elevada eficiencia tanto en puertos pesqueros como en las terminales destinadas a buques de gran desplazamiento.
El SISTEMA ARCO D 1400 ha sido diseñado para satisfacer la exigencia simultánea de grandes valores de energía a disipar, mínima reacción transmitida y bajos valores de presión sobre el casco del buque. La naturaleza modular del sistema, consistente en un número variable de patas que soportan un escudo de bajo coeficiente de fricción, lo hacen altamente versátil para adecuarse a todos los proyectos que involucren grandes buques y estructuras livianas. La posibilidad de dimensionar el escudo de acuerdo a cada necesidad permite regular perfectamente la presión sobre el casco y una excelente adaptación a sitios de atraque con variantes pronunciadas de los niveles de agua.
Una vez elegido el tipo de defensa más adecuado para la naturaleza del proyecto, se debe definir el módulo o tamaño que permite disipar la energía de cálculo con una reacción admisible.
Aquí debe tomarse en cuenta la tolerancia en los valores de diseño de ls defensas, que según práctica internacional es de ± 10%. En consecuencia, siendo Eo y Ro los parámetros característicos de diseño de un elemento del sistema, deberá verificarse:
E < 0,9 Eo
R > 1,1 Ro

donde R es la carga máxima admisible por la estructura que soporta el elemento elástico considerado.
En cuanto al número de defensas en un elemento, puede verse que una energía de atraque E determinada puede ser disipada por unas pocas defensas grandes o un número mayor de defensas pequeñas. Sin embargo, dado que la eficiencia de cada defensa, dada por la relación Eo/Ro, es directamente proporcional a la altura de la misma, la primera alternativa, defensas grandes, tendrá en definitiva una reacción menor que la sumatoria de la desarrollada por las defensas pequeñas.
Por lo tanto, en todos los casos deberá diseñarse cada Elemento del Sistema con el menor número posible de defensas o lo que es lo mismo, utilizando las mayores defensas posibles que disipen la energía E calculada.
CANTIDAD MINIMA DE ELEMENTOS DEL SISTEMA DE DEFENSA
Como se ha dicho, el Sistema de Defensa se proyecta considerando que cada elemento del mismo debe tener la capacidad de disipar individualmente la energía de atraque del buque de diseño.
Una vez que la embarcación se encuentra amarrada, queda sometida a la acción del viento y de las corrientes y los esfuerzos resultantes hacia el muelle deben ser equilibrados por la reacción de las defensas.
A partir de este concepto, la cantidad mínima de elementos del Sistema, N, surge de:
N = F / R max siendo, F = Fv + Fc + Fsm ; componente normal al muelle de la acción combinada de vientos, corrientes y superficie mojada, en las condiciones más desfavorables, calculada de acuerdo a lo expuesto en Cálculo de las Fuerzas Externas a la Embarcación.
R max = reacción de cada elemento del Sistema.
DISTANCIA ENTRE ELEMENTOS DEL SISTEMA DE DEFENSA
La separación entre los elementos individuales de un Sistema de Defensa puede determinarse a partir de diversos criterios que se desarrollarán a continuación. El objeto de exponer estos criterios es brindar al proyectista valores de referencia, que podrán ser ajustados tomando en cuenta las condiciones técnico-económicas particulares de cada obra.
1 – Separación máxima en base a la curvatura del casco.
Conociendo el radio de curvatura de la proa del buque de diseño, la distancia entre las defensas debe ser tal que, estando comprimidas a la deflexión máxima, no se produzca contacto entre el casco y la pared del muelle.

Llamando :
R: radio de curvatura del casco h: altura de la defensa comprimida d: distancia entre defensas resulta: R² = (R – h)² + (d/2)²
____________
=> d = 2 . V R² - (R – h)² adoptándose d máx. < 0,9 d
2 – Muelles discontinuos de tráfico muy variado
En este caso se suele adoptar como distancia máxima entre elementos, la longitud equivalente al 30% de la eslora de los buques de menor calado que operen en el sitio.
3 – Muelles continuos
La menor distancia que surja entre:
- Norma del “Japan Port Harbor Research Institute” para muelles contínuos, que establece la separación entre defensas en función de las profundidades al pie del muelle:

Profundidad (m) Separación (m)
4 – 6 o 4 – 7
6 – 8 o 7 – 10
8 – 10 o 10 – 15
- La décima parte de la eslora del buque de diseño.
COMPUESTOS DE CAUCHO
Los compuestos elastométricos de caucho utilizados en los distintos tipos de defensas han sido específicamente formulados para brindar una sobresaliente adaptación al agresivo medio ambiente marítimo.
Elaborados en instalaciones propias y de acuerdo a las más avanzadas técnicas de control de procesos, ISO 9002, sus propiedades mecánicas normales son las siguientes:

|ENSAYOS |VALORES |METODO DE ENSAYO |
|Carga de rotura |min 160 Kg/cm² |IRAM 113004 |
|Alargamiento de rotura |min 300 % |IRAM 113004 |
|Resistencia al desgarramiento |min 50 Kg/cm |IRAM 113014 (C) |
|Variación tras envejecimiento 96 hs a 70ºC |
|Carga de rotura |max –20 % | |
|Alargamiento de rotura |min –25 % | |
|Deformación permanente tras compresión 22 hs a |max 20 % |IRAM 113010 (B) |
|70ºC | | |

Las características precedentes corresponden a la gama de compuestos normales (R1 – R2 – R3) de probada confiabilidad en diversos puertos fluviales y marítimos.
Cuando las defensas se proyectan para ser instaladas en medios excepcionalmente adversos, tales como aguas con alta contaminación de hidrocarburos o agentes químicos agresivos, las defensas pueden ser elaboradas con elastómeros especiales diseñados específicamente para las condiciones locales.
SERIE AD
DEFENSAS TRAPECIALES
CARACTERISTICAS GENERALES
Las defensas trapeciales mantienen una presencia familiar en los puertos de todo el mundo, en base a sus conocidas características de versatilidad y eficiencia.
Las defensas SERIE AD son construidas en Argentina con conceptos técnicos de máximo nivel internacional para el mercado mundial, de acuerdo a las normas ISO 9002.
Amplia gama de aplicaciones
Se dispone de cinco medidas básicas (AD-300, AD-400, AD-500, AD-800 y AD-1000), cada una de las cuales puede ser elaborada con tres compuestos de caucho diferentes (R1, R2 y R3) y a su vez en dos longitudes normalizadas (950 mm y 1550 mm).
Las 30 combinaciones resultantes permiten que las defensas SERIE AD se hayan instalado tanto en muelles deportivos como en espigones oceánicos para buques petroleros y cargueros de grandes dimensiones.
Eficiencia de diseño
La capacidad de estas defensas para disipar grandes valores de energía con bajas reacciones transmitidas las hace muy adecuadas para el resguardo de instalaciones portuarias livianas, como delfines o muelles sobre pilotes.
Máxima calidad: moldeo por inyección
La necesidad de ofrecer un producto libre de mantenimiento durante su larga vida útil exige optimizar tanto los compuestos de caucho como las técnicas productivas.
El moldeo por inyección de todas las defensas SERIE AD permite obtener la máxima homogeneidad y cohesión que las grandes masas de goma requieren para resistir elevadas solicitaciones de compresión y fatiga.
Por otra parte, este sistema prolonga la vida útil del producto, evitando el conocido desfoliado de las primitivas defensas, elaboradas por superposición sucesiva de planchas de goma.

SERIE AD
PARAMETROS CARACTERISTICOS
|DEFENSA |COMPUESTO DE GOMA |
| | |R1 |R2 |R3 |
|Modelo |Longitud |Reacción |
| |A |B |
| |Eo (tm) |Ro (t) |Emax (tm) |Rmax (t) |
|R1 |39 |75 |51 |120 |
|R2 |48 |94 |63 |150 |
|R3 |63 |120 |82 |193 |

SERIE CD
DEFENSAS CILINDRICAS

CARACTERISTICAS GENERALES
Las defensas cilíndricas fueron el primer exponente de la aplicación moderna de compuestos de caucho a la protección de muelles y embarcaciones. Su aparición permitió el reemplazo de obsoletos elementos de protección tales como escudos de madera dura y grupos de neumáticos.
Su actual vigencia se debe a su economía y facilidad de instalación, así como la versatilidad de aplicación y adaptación a superficies diversas e irregulares.
Tamaños
La serie CD dispone de cuatro medidas básicas (diámetro): CD-305, CD-800, CD-1000 y CD-1200, que permite cubrir una amplia gama de usos. No obstante, en caso de aplicaciones especiales, se pueden elaborar defensas cilíndricas de diámetros intermedios o mayores que los básicos, y en longitudes adecuadas a las necesidades del cliente.
Utilización en embarcaciones
Las defensas Serie CD son especialmente aptas para protección de ciertos buques, como remolcadores y ferrys. La posibilidad de adaptarse al perfil curvo de proa y popa, conjuntamente con nuestros botazos de goma hace que la serie CD sea una excelente alternativa para el proyectista naval.
SERIE CD
PARAMETROS CARACTERISTICOS
|DEFENSA |DISEÑO |MAXIMO |
| |Xo = 50% =D/2 |Xmax = 67% = 2/3D |
|FENDER |Eo |Ro |Emax |Rmax |
| |tm/m |t/m |tm/m |t/m |
|C-305 |1,1 |15 |4,2 |102 |
|C-800 |8,0 |40 |28,8 |268 |
|C-1000 |12,5 |50 |45,0 |335 |
|C-1200 |15,5 |60 |62,0 |410 |

|MODELO |DIMENSIONES E INSTALACION SUGERIDA (mm) |PESO (Kg)* |

|D |d |Ao |Amax |a |b |c |H |B |(Kg/m) | |C-300 |305 |152 |390 |560 |600 |175 |500 |250 |300 |66 | |C-800 |800 |400 |1030 |1470 |1500 |350 |1000 |500 |600 |452 | |C-1000 |1000 |500 |1285 |1835 |1850 |450 |1200 |500 |700 |707 | |C-1200 |1200 |600 |1500 |2100 |2100 |600 |1400 |600 |800 |950 | |(*) Los valores indicados para el peso son orientativos.
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SISTEMA TIPO CELULAR
CARACTERISTICAS GENERALES
Este sistema ha sido diseñado para instalaciones portuarias modernas de gran capacidad, donde es necesario conjugar grandes valores de energía con bajas reacciones transmitidas tanto a la obra civil como a la embarcación, de manera semejante al Sistema de Defensa ARCO D 1400.
Brinda la posibilidad de regular la presión ejercida por la defensa contra el casco del buque, adaptándose a los valores admisibles. Asimismo acepta un amplio rango de alturas de marea, simplemente regulando la longitud del panel frontal.
La sección circular de la célula tiene el mismo comportamiento en cualquier dirección, recibiendo de este modo cualquier carga en forma plana, evitando sobre presiones localizadas en el cuerpo de goma.
Carácter modular
El Sistema Celular consiste básicamente en uno o más módulos de goma de altísima calidad, que sustentan un escudo metálico revestido con placas de bajo coeficiente de fricción.
Proporciona al proyectista una gran variedad de opciones, porque la posibilidad de combinar el número de células con el tamaño del escudo permite un amplio rango de capacidades de absorción de energía (40 a 250 tm) con presiones de contacto sobre el casco del buque incluso inferiores a 10 ton/m². Cada célula de goma es un elemento separado, que puede fijarse al sistemea de acuerdo a las carácteristicas particulares de la pared del muelle y del escudo.
“CELL D” SYSTEM
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