La estabilidad estática transversal es la capacidad de un barco para generar, al escorar, un momento que tienda a devolverlo a su posición de equilibrio inicial. Se llama «estática» porque solo tiene en cuenta la posición del barco en cada instante, a diferencia de la estabilidad dinámica, que mide el trabajo (la energía) necesario para llevar al barco desde una escora hasta otra, y que resulta determinante para saber si un barco resistirá una racha de viento o un golpe de mar concretos.
Según el signo del momento que se genera al escorar, la estabilidad se clasifica en positiva (el momento es adrizante y devuelve el barco a la vertical), nula o indiferente (el barco se queda escorado, sin momento en ningún sentido) y negativa (el momento aumenta la escora en vez de corregirla). Según el ángulo de escora, se distingue entre estabilidad inicial —para escoras de hasta 15º, el rango en el que se apoya todo lo explicado en este apartado— y estabilidad a grandes ángulos, para escoras superiores a 15º, donde el comportamiento ya no es lineal y el análisis se vuelve más complejo.
El centro de gravedad (G) es el punto donde se considera concentrado todo el peso del barco: casco, motor, lastre, tripulación, pertrechos y carga. Su posición depende de cómo esté distribuido ese peso y varía cada vez que se mueve algo a bordo.
El desplazamiento (Δ) es el peso total del barco, igual —por el principio de Arquímedes— al peso del volumen de agua que desaloja su carena. Un barco no «pesa» de forma independiente de lo que desplaza: ambos valores son siempre iguales mientras el barco flota en equilibrio. Se obtiene multiplicando el volumen sumergido (el volumen de carena, que es el volumen de líquido desalojado, incluidos los apéndices sumergidos como quilla, timón o hélice) por el peso específico del agua en que flota.
El desplazamiento solo cambia si entra o sale peso del barco: durante la navegación va disminuyendo al consumir combustible, agua dulce, víveres y pertrechos. En cambio, trasladar un peso de un lugar a otro de a bordo no altera el desplazamiento: lo único que cambia es la posición del centro de gravedad, que se desplaza paralelamente al movimiento del peso y en su mismo sentido.
El centro de carena (C) es el centro geométrico del volumen de obra viva (la parte del casco sumergida), y es el punto de aplicación del empuje: la fuerza vertical ascendente, igual al desplazamiento, que ejerce el agua sobre el casco. A diferencia de G, la posición de C no depende del peso del barco sino de la forma de su carena, y por eso se desplaza cada vez que el barco escora, ya que cambia la forma del volumen sumergido. Dicho de otro modo, C es el centro de gravedad del volumen sumergido, y se le llama también centro de empuje (no confundir con el centro de flotación, que es el centro del plano de flotación): el punto donde se considera aplicada la resultante de todas las presiones que el agua ejerce sobre el casco de abajo hacia arriba.
Es la aplicación directa del principio de Arquímedes: todo cuerpo total o parcialmente sumergido en un líquido experimenta un empuje vertical de abajo hacia arriba igual al peso del volumen de líquido que desaloja, aplicado en el centro de carena. Por eso, para que un barco flote en equilibrio deben cumplirse dos condiciones: que el empuje sea igual al desplazamiento (dos fuerzas iguales y de sentido contrario) y que G y C estén en la misma vertical. Cuando el barco escora, el peso (aplicado en G) y el empuje (aplicado en C) dejan de estar alineados y forman el llamado par de estabilidad o par adrizante.
Si el barco da balances por efecto de la mar sin que se mueva ningún peso, el centro de carena cambia de posición con cada balance (cambia la forma de la carena), pero el centro de gravedad no se mueve. La estabilidad estática se estudia suponiendo el barco flotando en aguas en reposo.
Centro de gravedad (G) y centro de carena (C), barco adrizado
Cuando el barco escora un ángulo pequeño, el centro de carena se desplaza hacia la banda escorada porque cambia la forma del volumen sumergido. Si se traza la vertical que pasa por el nuevo centro de carena, esa línea corta al eje de crujía del barco en un punto llamado metacentro (M). Para ángulos de escora pequeños (hasta unos 10-15º) la posición de M apenas varía, por lo que se toma como un punto fijo característico de cada carena, útil para valorar la estabilidad inicial del barco.
La altura metacéntrica (GM) es la distancia vertical entre el centro de gravedad y el metacentro. Es el valor de referencia más usado para juzgar la estabilidad inicial de un barco: cuanto mayor es GM, mayor es el momento adrizante que se genera ante una misma escora.
Es habitual expresar estas alturas tomando como referencia la quilla: KG es la altura del centro de gravedad sobre la quilla, y KM la altura del metacentro sobre la quilla. Con esta notación, GM = KM − KG. El valor de KG no es fijo: cambia cada vez que se mueve peso a bordo (ver apartado 1.2), mientras que KM depende de la forma de la carena y, por tanto, del calado con que flote el barco. El equilibrio es inestable cuando KG > KM (GM negativa), indiferente cuando KG = KM, y estable cuando KG < KM.
Metacentro (M) y altura metacéntrica (GM), barco escorado
El brazo adrizante (GZ) es la distancia horizontal entre la vertical del centro de gravedad y la vertical del centro de carena, para un ángulo de escora dado: es la palanca real que genera el momento que devuelve el barco a la vertical en ese instante concreto. Para ángulos pequeños, GZ es proporcional a GM (GZ ≈ GM · sen del ángulo de escora), así que un GZ grande significa a la vez que el barco tiene mucha estabilidad y que su GM es grande —son dos formas de decir lo mismo a pequeños ángulos—. A diferencia de GM, que solo sirve para escoras pequeñas, GZ puede calcularse y representarse (la «curva de estabilidad») para cualquier ángulo, incluidos los grandes, donde el comportamiento ya no es proporcional.
La posición relativa de G respecto a M determina el tipo de equilibrio del barco:
Equilibrio estable (GM positiva, G por debajo de M): al escorar, el empuje y el peso generan un par que devuelve el barco a la vertical. Es la situación normal y deseable en cualquier embarcación.
Equilibrio indiferente (GM nula, G coincide con M): el barco se queda escorado en la posición en la que lo deje la fuerza externa, sin tender a adrizarse ni a escorar más.
Equilibrio inestable (GM negativa, G por encima de M): el par de fuerzas generado aumenta la escora en lugar de corregirla, por lo que el barco tiende a tumbarse más. Es una condición peligrosa que debe evitarse siempre mediante una correcta distribución de pesos.
Equilibrio estable, indiferente e inestable
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