Muchas veces comparamos los procesos constructivos artesanales con los industrializados: ponemos la lupa y buscamos si realmente la construcción seriada de gran número conserva la calidad – entre otras la calidad estructural.
Bavaria, Dufour, Hunter y Bénétau son algunos de los astilleros de veleros más industrializados, sin contar el sin número de astilleros de lanchas y barcos a motor.
Sin duda, el diseño está en los detalles; y recientemente me detuve en un aspecto estético de un proyecto a realizar. Consta de abrir un lugar de estiba, como un espacio bajo un asiento, y en lugar de encontrar el casco con sus refuerzos y laminados visibles – tal vez pintados y sin mayor cuidado -, poder ver un panel absolutamente blanco y brillante.
Finalmente, esa idea se impone en el esquema de ensamblado, por lo que me hace pensar: o tapo la estructura con una pieza, o la misma estructura tiene un acabado de gel-coat pulido.
Para lograrlo, la estructura debería ser premoldeada. O sea, una pieza que se lamina en matriz y que tenga un doble fondo entre los refuerzos. El doble-fondo se verá del lado de arriba, pulido y blanco.
La única solución es pegar, y en estos tiempos que corren ya no es un descubrimiento. Las estructuras pegadas son contempladas por los cálculos publicados en los registros de clasificación como ISO 12215, desde 2008. Esta solución es segura si se tienen en cuenta los cálculos correspondientes y distintos conceptos.
El refuerzo y su unión al casco
Cuando calculamos el espesor de un panel que se ubica entre refuerzos consideramos que los refuerzos están unidos al panel al cual le restringen los movimientos. Al flexionar la placa, tanto el laminado del forro del casco como la unión del refuerzo a dicha placa, se someten a una fuerza de corte interlaminar.
TIPOS DE UNIONES
Tomemos como ejemplo los refuerzos sombreretes, o top hats, que tienen ángulo de desmolde y se adecúan a los refuerzos matrizados:
- En la unión (a) todas las telas tienen contacto con el casco. Es el tipo de unión que recomiendan tanto los registros de clasificación, como los libros de construcción
- En la figura (b), se agrupan las telas escalonando el pegado al casco
- La unión (c) es lo que generalmente el operario realiza, y todo el pegado dependerá en la aplicación de la primera capa
- La unión por pegado (d) es el que trataremos en este artículo
- La unión por pegado y laminado (e), es aplicada en la periferia de la pieza estructural moldeada, como también en zonas donde los esfuerzos se concentran, por ejemplo zonas de landas, quilla, y basamentos de motor. Como también alrededor de un pasacasco.
Conceptos a tener en cuenta
Antes de entrar en cálculos debemos considerar que el pegado es sensible a factores de mala praxis.
A mayor área de pegado menor es el requerimiento de la resistencia del pegamento. Por lo tanto siempre es necesario trabajar en un lugar controlado libre de polvo al momento de pegar, ya que cada partícula de polvo interfiere entre los dos elementos a pegar reduciendo el área.
Otros elementos que, indirectamente, funcionan como agente de despegue – grasitud, nylons, aceites -, no pueden hallarse en las superficies a pegar.
El método de aplique se deberá realizar en zigzag de rectas para que el aire no quede encapsulado al presionar una superficie con la otra.
El ensamble es un factor importantísimo, ya que la forma que adopta nuestra estructura necesita apoyar lo mejor posible con el laminado del casco. Cualquier escalón o luz entre ambas piezas requerirá que el pegamento tenga buena resistencia al corte en espesores mayores.
El testeo del pegado es fundamental para adquirir el conocimiento de la preparación de las masillas adhesivas y de las superficies a pegar. Es muy recomendable realizar probetas con distintos vicios, para comparar con la probeta que se realiza con mayor cuidado.
Cálculo de ancho mínimo de pegado
(según ISO 12215-2088, parte 6 220.127.116.11)
El ancho de pegado mínimo será bw= kj * (tw/2) (nunca menor a 50 mm)
Coeficiente de unión Kj mínimo = tdw / tdb
Donde:
- tdb es el esfuerzo de corte de diseño del adhesivo
- tdw es el esfuerzo al corte de diseño del refuerzo requerido
Con:
- tdw = tu*0.5 (por ISO 12215 – 5 -11.3 – TABLA 18 para PRFV)
- tu es el esfuerzo último al corte del material del refuerzo
Para un laminado de PRFV de mat/roving manual con un 30% de contenido de fibra en resina poliéster: tu= 62 N/mm2 (según ISO 12125-5 ANEXO C – C.2.3 – TABLA C.4 b); por tanto tdw = 31 N/mm2.
Como las distribuciones de esfuerzos en la unión del elemento estructural con el casco son complejas, y los esfuerzos de diseño requeridos son simplificados, la ISO 12125-5 requiere que los esfuerzos de diseño del adhesivo sean bajos, para limitar corrimientos y asegurar la vida útil del pegado.
Por estas razones: tdb=0.2*tu adhesivo el cual nos deja un factor de seguridad alto (5).
Por lo tanto el coeficiente de pegado para una masilla poliéster será:
Kj mínimo = tdw / tdb
31/3= 10,3 = kj
En un refuerzo con tw/2 = 5 mm el ancho mínimo será:
bw= kj x (tw/2) = 10,3 x 5= 51,5 mm
y como es un resultado a tomar cómo mínimo podríamos adoptar 60 mm.
Cálculo aproximado de flujo de corte
(según ISO 12215 -2088 parte 6 CLAUSULA B.5)
La norma nos da un método para calcular el flujo de corte de manera rápida, en relación a la geometría del refuerzo.
- q es el flujo de corte (N/mm)
- Fd es la fuerza de corte de diseño en newtons (N)
- heq es altura total del refuerzo con la placa asociada
Fd = 5 x P x s x lu x 0.0001
Siendo:
- P la presión de diseño en el panel
- s la distancia menor del panel
- lu la distancia entre apoyos del refuerzo
heq = 121 mm
Restándole la mitad del espesor de la parte superior del sombrerete: 7/2=3.5 mm
y restándole también la mitad del espesor de la placa asociada 10/2=5
tenemos: heq = 121-3.5 – 5= 112.5 mm
Con una fuerza de corte obtenida en el ejemplo citado en ISO 12215-5 tabla H4 de 26950 N:
q = 26950/112.5 = 240 N/mm
Este valor se puede usar en este caso como valor aproximado de la unión de pegado, y multiplicado por 1.10 para una aproximación más conservadora.
El metacrilato como adhesivo
Además de los anteriormente mencionados, existe el metacrilato adhesivo que ronda en 13 N/mm2 de esfuerzo último al corte con mejores propiedades a la fatiga que el poliéster y el vinilester.
Plexus es una de las compañías que provee este producto a astilleros, como por ejemplo FORMULA BOATS.
Aquí podemos apreciar un video sobre ejemplos de pegado:
Entonces, para terminar, decimos que existen varios tipos de uniones: mecánicas, químicas, soldadas, laminadas, y termo fusionadas; que son las principales. Los adhesivos entran en las uniones químicas, y son una buena opción.
Para los proyectistas navales, calcular estas uniones se ha simplificado por los registros de clasificación. Existe ya experiencia en varios astilleros, y cada uno podrá realizar los ensayos de propiedades mecánicas, como pruebas empíricas que despejen todo tipo de dudas.
Lejos de asociarlo con bajar la calidad de la unión, esta solución permite conformar una estructura que, además de cumplir dicha función, constituye una pieza de ensamble que conecta el casco con las piezas siguientes, siendo estas, mamparos, liners de interior, liners de cubierta, módulos de interior en madera, posición del motor, posición de las landas, conductos de las instalaciones, etc.
Otra gran ventaja es dejar como resultado una sentina limpia y estética, que sumará a nuestra embarcación un detalle importante: la prolijidad hasta en los lugares que no se ven.
Artículo escrito por el arquitecto naval Yuri Drozd. Egresado en 2003 en la UNQ Argentina como Arquitecto Naval. Con experiencia como proyectista en estudios argentinos y españoles , en el 2012 funda el estudio YD – Yuri Drozd Yacht Design www.ydyachtdesign.com
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