1. Quilla
La quilla es el elemento central del fondo del buque, la cual contribuye sustancialmente a la resistencia longitudinal, al mismo tiempo que es un elemento básico de distribución de esfuerzos locales causados durante la construcción del buque, ya que ha de soportar prácticamente la totalidad del peso del mismo. Cuando al buque se le efectúan reparaciones en seco, será la quilla el elemento de apoyo y por lo tanto de distribución de esfuerzos al resto de la estructura.
La quilla, dependiendo del tipo de buque y por lo tanto de la estructura del mismo, puede tomar varias formas, de las que son básicas las siguientes:
a. Quilla horizontal.
b. Quilla de barra.
Ambos tipos de quilla suelen ir acompañados de una quilla vertical. La quilla horizontal consiste en la traca de fondo central (figura 1.b), la cual suele tener espesores superiores a la traca de aparadura. La quilla vertical irá soldada sobre ella directamente por ambos lados, y será continua y sin aligeramientos.
La quilla de barra o maciza (figura 1.a), es una llanta rectangular, que se sitúa en la línea de crujía y a la que se soldarán las tracas de aparadura. Este tipo también suele ir acompañado de quilla vertical sobre ella.
La utilización de una u otra forma de quilla depende básicamente del tipo de buque y así los Pesqueros, Remolcadores, etc., suelen usar de barra, mientras que los demás, en construcción moderna, la tienen de tipo horizontal.
Aparte de estos tipos básicos, existen combinaciones entre ellos para formar quillas más resistentes y complejas en su construcción, siendo la más usada la denominada "quilla de cajón", compuesta por una quilla horizontal y dos verticales separadas equidistantemente de la línea de crujía y la traca central del forro interior o tapa del doble fondo (figura 2).
Este tipo de quilla es muy común en buques con doble-fondo, en los que se usa el mismo para tanques, bien de combustible o lastre, que requieren un servicio de tuberías que se alojarán en esta quilla de forma que no interrumpan los espacios de bodegas y sean al mismo tiempo fácilmente visitables. En el interior de la quilla de cajón han de disponerse refuerzos transversales, los cuales darán continuación a las varengas, denominándose "varenguetas" o también "falsas varengas".
La estructura de la quilla vertical, además de las misiones de resistencias, cumple una función de compartimentación del fondo, principalmente en dobles-fondos, o de interconexión de otros elementos estructurales, como es el caso de hacer intercostales a las varengas en el centro del buque, evitando de esta forma uniones entre trozos de varengas en forma de plancha. Por otra parte la altura de la quilla vertical define la altura de la estructura del fondo, tanto cuando es sencillo como cuando es doble fondo, teniendo en los casos de buques con Astilla Muerta una mayor altura y por lo tanto resistencia que el resto de los elementos longitudinales, y similar a estos en los casos de fondo plano. La quilla vertical puede así mismo absorber el asiento de proyecto con el fin de hacer horizontal el piso de la bodega.
Como casos especiales se pueden hacer quillas combinación de horizontal, vertical y de barra, siendo esta superpuesta sin interrupción de la horizontal (figura 3). Esta solución es tomada cuando se requiere de un aumento en la resistencia longitudinal y una estructura del fondo continua.
2. Roda
La roda se define como el elemento terminal o de cierre del casco en la proa, estando formada por piezas que se unirán e identificarán con el forro exterior del buque y elementos del soporte del mismo.
La forma y distribución de elementos dependerá de:
a) Tamaño del buque.
b) Forma de construcción.
Ambos puntos están íntimamente ligados y aunque no en toda su extensión, se puede decir que la forma de construcción es función del tamaño del buque.
La roda puede ser construida mediante el trabajo en frío de planchas (acero laminado), en caliente (acero forjado) o bien por fundición de la pieza entera en un molde al respecto (acero fundido). Estos tres tipos de construcción definen estructuras muy distintas e incluso crean soluciones constructivas y resistencias diferentes.
La roda de acero laminado o forjado, cuya constitución es muy similar en ambas, está formada por un conjunto de planchas curvadas y soldadas entre sí, que crean la estructura del forro y una serie de elementos de refuerzo longitudinales y horizontales o transversales, según la zona, dando resistencia al conjunto. Estos elementos de soporte pueden ser así mismo continuación de los de la estructura del pique y por lo tanto no tener entidad propia en la zona de la roda.
En la figura 4 puede observarse un detalle de roda armada o de acero laminado.
El elemento longitudinal de la roda suele ser continuación de la quilla vertical y los refuerzos horizontales, denominados buzardas suelen tener continuación con los palmejares o longitudinales de costado si existen.
La roda fundida es una pieza enteriza, con estructura similar a la armada, es decir, con un forro exterior y reforzamientos horizontales y verticales que se conectarán al resto de la estructura. El escantillón suele ser mayor, debido a la más baja resistencia del acero fundido frente al laminado.
En la figura 5, se representa una roda de acero fundido.
En buques pesqueros por lo general la roda es similar a una quilla maciza, consistente en un perfil rectangular o redondo que toma la forma de la estructura y al que se sueldan directamente los forros exteriores de los costados, reforzándose mediante los elementos estructurales del pique. Este tipo de roda puede estar combinado con una armada y así en la parte baja de la carena, que es donde las formas son más finas sería de tipo macizo, mientras que en la parte alta tomaría la forma de teja con su reforzamiento propio; esta solución podrá observarse más adelante cuando se vean los conjuntos estructurales de pique. Las formas más usuales de roda maciza son las presentadas en la figura 6.
En buques de gran tamaño, las formas de la roda serán llenas, e incluso dispondrán de bulbo de proa, lo que conllevará a rodas armadas o de acero laminado, ya que fácilmente se le podrán dar las formas con la maquinaria de trabajo en frío de planchas. El reforzamiento estará constituido por piezas del pique sin existir por lo tanto elementos propios, abarcando por ejemplo las buzardas un amplio espacio. Resumiendo, en estos casos la roda queda limitada a unas formas especiales del forro exterior sin entidad independiente en general.
En buques de tamaño mediano podrán existir tantos las rodas armadas como las fundidas, aunque la utilización de estas últimas cada vez es más reducida por la problemática que presenta el moldeo y transporte de piezas tan grandes y estilizadas, al mismo tiempo que la unión por soldadura de materiales distintos no tiene la misma eficacia que con aceros iguales, lo que hace que uniones en zonas críticas están debilitadas.
Para buques pequeños, en general con eslora inferior a 100 metros, se suele casi siempre usar la maciza y cuando exista quilla maciza, la roda será simplemente la prolongación de la misma. Los únicos problemas que presenta este tipo de roda es la consecución de una solución apropiada de soldadura entre la barra y las planchas, aunque se puede decir que en la actualidad están perfectamente logradas.
3. Codaste
Se define como codaste la pieza vertical o con poca caída que va desde el extremo de la quilla hasta la cubierta alta, cerrando la obra viva de la popa del buque.
Existen dos tipos básicos de codaste, dependiendo de la forma y piezas que lo componen y una estructura denominada falso codaste que en realidad es un soporte del timón.
Por lo general cualquier tipo de codaste está formado por piezas fundidas y de acero laminado, que serán los elementos de soporte o nervios del mismo.
El codaste completo es el que forma un marco cerrado, constituido por dos elementos verticales, ambos de acero fundido, denominados codaste popel y codaste proel o contracodaste, unidos por otros dos horizontales, el arco o superior, y la zapata o pie de codaste, el inferior. Todo el conjunto define el vano de la hélice.
Este tipo de codaste es usual en los buques de una hélice, estando el timón soportado por el codaste mediante las hembras o salientes horizontales, que encapillan a los machos del timón; como continuación de la zapata se sitúa la patilla o talón del codaste, que será el último soporte del timón. En el contracodaste y en el centro del mismo estará un núcleo taladrado para sujeción de la bocina de la hélice.
La estructura de todo el conjunto descrito, como se indicó anteriormente es de acero fundido, formado de una sola pieza o de varias soldadas entre sí cuando sean de grandes dimensiones; a esta estructura se unirá el resto de la siguiente forma:
La zapata suele disponer de un alargamiento hacia la proa que se unirá a la quilla vertical y horizontal, disponiendo de unos nervios transversales para su unión a las varengas; el contracodaste se unirá directamente con las planchas del forro exterior del costado, que deberá curvarse para adoptar una perfecta intersección, siguiendo este tipo de unión hasta el arco.
No obstante ser el codaste completo el más tradicional, el más usado en la actualidad es el denominado "codaste abierto" consistente en una variedad del anterior en el que se ha eliminado el codaste popel, quedando el timón soportado exclusivamente por el talón y por un soporte superior. El vano de la hélice quedará por lo tanto limitado en la proa, arriba v abajo igual que en el completo, pero en la popa por el timón directamente. En este caso el timón no dispondrá de machos sino que tendrá un eje que lo atravesará a lo largo de un tubo o bocina.
La construcción del codaste abierto es similar a la anteriormente descrita pudiendo darse los dos tipos representados en la figura 7, en la que el (a) está formado por una pieza completa y el (b) por una combinación de piezas fundidas unidas por redondos, y de planchas de acero laminado.
En cualquiera de los casos anteriormente considerados, la estructura del codaste ha de soportar el peso del timón, hélice y bocina, así como los esfuerzos dinámicos debidos al movimiento del timón y hélice y golpes de mar sobre la estructura. Circunstancialmente puede el buque varar la popa, por lo que el talón deberá disponer de resistencia suficiente para soportar estos esfuerzos.
El falso codaste es la estructura típica en buques con dos hélices, por lo que el codaste queda reducido solo a soportar el timón, en cuyo caso será colgado.
La estructura del falso codaste estará formada por piezas de acero fundido que serán las que soporten el eje del timón, encastrándose en la estructura y uniéndose a ella de forma efectiva mediante nervios que corresponderán con los elementos de soporte de las planchas del forro exterior del pique. Algunos sistemas comúnmente utilizados son los representados en la figura 8.
4. Henchimientos y arbotantes
Cuando el buque tiene más de una hélice, las que no están en crujía han de salir al exterior a través del fondo o costado del buque, modificándole la estructura del casco para dar salida con continuidad de formas, denominándose "henchimientos" a estas modificaciones estructurales. Una vez el eje en el exterior del casco, la hélice no puede clocarse inmediatamente ya que las formas lanzadas de la popa lo impiden, requiriéndose unas estructuras que unidas al casco den soporte al eje y hélice, denominadas "arbotantes". En resumen, se puede decir que las misiones de los henchimientos son crear en el casco unas formas apropiadas que no produzcan resistencia a la marcha y al mismo tiempo protejan los ejes en su salida al exterior; y las de los arbotantes sujetar el eje en su recorrido desde la salida del casco hasta la hélice, procurando crear la mínima resistencia a la marcha.
La estructura de los henchimientos no es más que una modificación de la del casco, con su reforzamiento propio para soportar la bocina y eje así como los esfuerzos estáticos y los dinámicos correspondientes al movimiento del mismo.
En la figura 12 se representa una sección transversal en la que se muestran las modificaciones fundamentales, denominándose "cuaderna de gafas" a la resultante. El reforzamiento puede realizarse con cuadernas intermedias o bien con palmejares laterales a la curvatura de las cuadernas.
Los arbotantes pueden ser de un solo cuerpo o de sujeción en "A". En ambos casos estará formado por dos elementos, el núcleo o cuerpo cilíndrico y los brazos de sujeción, que en el caso de ser en "A" tendrá dos. El núcleo cilíndrico serán siempre de acero fundido y maquinado su interior para hacer de cojinete y los brazos podrán ser de acero fundido, con lo que harían una sola pieza con el núcleo, o de acero laminado y armados. (Figuras 13 y 14).
Teniendo en cuenta que los arbotantes han de sujetar:
a) Peso del eje y hélice.
b) Esfuerzos dinámicos de la hélice y eje al girar ambos.
c) Esfuerzos dinámicos accidentales, tales como golpes o desequilibrio de la hélice.
Su estructura ha de ser de gran resistencia al mismo tiempo que su conexión con el casco ha de estar diseñada de forma que soporte y trasmita al resto del mismo estos esfuerzos. Debido a estos puntos, es de suma importancia que la unión se realice sobre elementos efectivos que en algunos casos deberán crearse expresamente al respecto. Por lo general se requerirá un reforzamiento especial y se aumentarán los escantillones del forro y elementos existentes. Una de las normas usadas en el diseño de los arbotantes es la de tratar de amortiguar los esfuerzos dinámicos, especialmente las vibraciones que inducirían a la fractura de la estructura, cosa que se consigue en parte con un aumento de la rigidez y separación entre el núcleo y la hélice.
5. Elementos estructurales del cuerpo de popa
El cuerpo de popa se puede dividir estructuralmente en dos partes, la correspondiente a la parte baja, que delimita el codaste y la alta, teniendo en cuenta que no existe una zona de diferenciación clara entre ambas.
La parte baja, que forma prácticamente lo que es el fondo, tiene como principal característica un gran afinamiento, debido a la necesidad de crear formas que faciliten la entrada del agua en la hélice.
Cuando el buque dispone de una hélice central, el afinamiento deberá dejar espacio para que dentro de las formas se aloje la bocina y que la intersección de ésta con el forro sea lo más suave posible, al mismo tiempo que mínima. La estructura estará formada por la quilla horizontal que se unirá al talón del codaste, y si existiera quilla maciza, la unión con el talón se hará de forma que sea continuación de la misma. Interiormente, en el caso de que el afinamiento sea muy grande, no existirá quilla vertical. Las varengas, cuya forma es excesivamente estrecha, servirán de soporte a la bocina y se prolongarán sobre ella con una altura incluso superior a la del codaste, aligerándose con el fin de hacer todos los espacios que delimitan intercomunicados. En la mayoría de los buques este espacio se suele llenar de cemento con el fin de proteger la estructura contra la corrosión al mismo tiempo que darle resistencia a todo el conjunto, ya que la utilización de este compartimiento sólo sería posible como tanque y no es aconsejable, por ser, primero muy reducido, y segundo, delicado por las estructuras especiales que soportan. El reforzado de esta zona puede ser también en base a buzardas aligeradas que se unirán a los nervios del codaste. El forro exterior cubrirá toda la estructura y cerrará el conjunto uniéndose al codaste y quilla.
Cuando el buque tiene número par de hélices esta zona fina de la popa no alojará, por supuesto, a la bocina, pudiendo hacerse con formas suaves como una curvatura hacia arriba del fondo, en cuyo caso no habría diferencia entre las estructuras de popa y fondo de bodegas, sólo que las varengas tomarían una mayor altura y podría usarse el espacio a popa del mamparo de prensaestopas como tanque. En algunas ocasiones se cierra la popa en su parte baja de forma similar a cuando existe hélice central, con el fin de continuar la quilla lo más a popa posible y realizar así un sistema de protección de las hélices en caso de varada. Como se ha podido observar, no existen elementos estructurales específicos, sino que se vuelven a repetir los del fondo de bodegas con características geométricas distintas.
Una vez salvados los finos de popa, las formas se ensanchan formando la bovedilla o especie de tronco de cono, cuyo eje es el eje de limera o mecha del timón, y su delimitación en altura será la zona casi plana del costado que circunda la popa. Hasta la limera las varengas irán paralelas al plano transversal y ascenderán por la pendiente del arco del codaste, pudiendo existir elementos longitudinales intercostales a las mismas, si ay delimitación por medio de una cubierta sobre los finos de popa, como es normal. Tanto las varengas como las vagras elevadas irían aligeradas para no delimitar espacios pequeños sino simplemente aportar resistencia. A la primera varenga, es decir la que está sobre el codaste, se la llama "peto". La zona de bovedilla estará constituida por el forro y elementos de soporte, denominados "gambetas" o "rabos de gallo", que son perfiles o planchas aligeradas y con forma similar a un triángulo curvilíneo, que se unen al peto v según la dirección de los radios de la base del cono que forma la bovedilla. En el caso de ser perfiles finos los de la cubierta próxima, podrán formar estructuras planas similares a las de plancha, al igual que varengas abiertas. Existirá una gambota central sobre el plano de crujía que hará las funciones de quilla vertical.
La delimitación de la bovedilla se puede hacer a través de una cubierta o en su defecto, aunque no es normal para buques grandes, con baos al aire. La forma normal es la de cubierta, ya que sobre ella se alojará el servomotor para el movimiento del timón.
La parte superior de la popa es el abanico, cuya constitución y forma se podría definir como cilíndrica siendo la continuación del forro y elementos resistentes de la bovedilla. Por lo general es usado como compartimiento el espacio que se delimita entre el mamparo de prensaestopas, los costados y el abanico, siendo los elementos estructurales propios del costado y similarmente a ellos son las gambetas del abanico, cuya constitución será a base de perfiles y en algunos casos los baos podrán tomar direcciones de radios.
