El cuerpo de popa es la estructura de cierre del buque que soportará los elementos de maniobra, timón, y propulsión, hélices, cerrando al mismo tiempo los costados y fondo. El cuerpo o pique de popa, está delimitado por el mamparo prensa estopas.
Como elementos o estructuras características del cuerpo de popa estarán:
1. Codaste.
2. Timón.
3. Bocina.
4. Henchimientos.
5. Arbotantes.
Así mismo existirá la estructura básica formada por el forro exterior y elementos de soporte similares a los de bodegas.
La forma de la popa en la parte alta de la misma, es decir, en la zona de interconexión entre la obra viva y muerta, puede ser de diversos tipos, que aunque con los mismos elementos estructurales, tienen formas distintas, distinguiéndose básicamente tres: la popa de crucero, con formas redondeadas y llenas; la popa de espejo o plana, formando el denominado escudo; y la popa de remolcador, con un quiebro que hace que la amurada esté inclinada hacia dentro, creando lo que se llama un codillo a lo largo de todo el perímetro. La elección de un tipo u otro, dependerá exclusivamente del tipo de buque, condicionando en algunas ocasiones las formas de los elementos característicos de la popa.
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 papel 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 papel, 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 1, 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 2.
TIMÓN
Se define como timón a un plano con orientación que colocado en la popa sirve para gobernar el buque. Este plano que en pequeños buques puede estar constituido por una plancha, en general es una estructura armada de acero a la que se le da una forma hidrodinámica con el fin de que su actuación sea máxima al mismo tiempo que interrumpa al mínimo el flujo de agua lanzado por la hélice.
En la estructura del timón, se pueden distinguir la mecha o eje que le va a transmitir el giro y que irá conectada al servomotor, atravesando el casco por la limera; la pala o superficie plana que cuando el codaste es completo se apoyará en el codaste popel a través de los machos, en cuyo caso no tendrá eje de giro; y el eje para los casos en que el codaste sea abierto.
Existen distintos tipos de timones, los cuales dependen de la forma de la pala y de la situación del eje respecto a la longitud de la misma. Así mismo el codaste definirá algunas variantes en los timones que crearán formas distintas de los mismos.
La estructura del timón está formada por planchas con formas, reforzadas interiormente con elementos de soporte en sentido vertical y horizontal. Los verticales por lo general suelen estar en el plano transversal. Interiormente existirá así mismo, en los timones llamados compensados o semicompensados, el eje que irá dentro de una bocina eficazmente unida al conjunto y formada por dos piezas fundidas que son los núcleos superior e inferior y un tubo que unirá ambas. En la parte superior la pala dispondrá de una superficie horizontal o plato de acoplamiento, copIe, al que será empernada la mecha.
Como ejemplo de estas estructuras se pueden observar las figuras 3 y 4 en las que se han representado dos timones clásicos, el semicompensado para codaste abierto y el colgado, el cual requiere del falso codaste.
Dentro de las características específicas de este tipo de estructuras merece importancia destacar las adaptaciones que han de realizarse a la misma para facilitar su construcción, ya que como se puede observar los principios generales de la soldadura no se pueden cumplir, pues el reforzado interior no podrá unirse con el forro o envolvente de la pala. Estos problemas se resuelven mediante el aumento de la línea de soldadura y uso de platabandas sobre los refuerzos con el fin de que las planchas tengan una superficie de unión suficientemente amplia (figura 5).
El reforzamiento interior deberá ir aligerado a electos de crear una libre comunicación entre todos los espacios de forma que cuando el timón se llene de aceite o poliuretano expandido se ocupe la totalidad, debiendo dejar un orificio roscado para la revisión y llenado, el cual se asegurará mediante tapón.
BOCINA
La bocina es un tubo cilíndrico que forma y protege el paso del eje a través de la estructura del pique de popa, desde el mamparo de prensaestopas hasta el núcleo del contracodaste, o codaste proel en buques de hélice central o hasta el exterior del casco en buques con ejes laterales, soportando el eje de cola y evitando la entrada del agua al interior del túnel o Cámara de Máquinas.
La estructura de la bocina está formada por tres cuerpos en los sistemas clásicos o por uno solo en los sistemas modernos. Los cuerpos o cuerpo principal son de acero fundido y maquinado posteriormente, incluso esta operación se suele realizar una vez instalada en el buque y totalmente soldada con el fin de conseguir una perfecta alineación de la línea de ejes.
Las partes de la bocina o cuerpos son tres: Los extremos, de los cuales el de proa es el prensaestopas, y el central o simple tubo de protección y lubricación.
En la figura 6 se representa un tipo de bocina de gran simplicidad formado por un tubo de acero fundido que dispone a su alrededor de un conjunto de duelas de madera de guayacán, madera resinosa que se lubrica con el agua, y que permite la entrada de ésta al interior del cuerpo central; el cuerpo de proa es el prensaestopas y su funcionamiento está basado simplemente en conseguir la estanqueidad por apriete y fricción entre el eje y el anillo de material blando que lo rodea.
Este sistema sencillo sirve para introducir los sistemas actuales de bocinas con lubricación de aceite, cuyo esquema está representado en la figura 7.
En el caso de lubricación por aceite, el cuerpo central está lleno, con bombas que lo mantendrán a presión y los cojinetes que usarán para la fricción serán de metal blando.
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, modificándose 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 colocarse 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 8 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.
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.
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 varenga s 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 hay 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 "gambotas" o "rabos de gallo", que son perfiles o planchas aligeradas y con forma similar a un triángulo curvilíneo, que se unen al peto y 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 bao s 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 gambotas del abanico, cuya constitución será a base de perfiles y en algunos casos los baos podrán tomar direcciones de radios.
La forma geométrica del conjunto bovedilla y abanico define los distintos tipos de popas; de crucero, de espejo y de remolcador, variando sólo las formas de los elementos que en el caso de ser de espejo éste tendrá constitución y elementos de mamparo resistente plano.
Resumiendo, se pueden catalogar como elementos estructurales de soporte característicos en la popa, sólo las gambotas que tienen su forma similar a varengas y vagras de fondo, con sus distintas variedades, pero la dirección de colocación es en planos perpendiculares al horizontal, formando ángulos con el longitudinal y con el transversal. Las buzardas que se usaban en los finos de proa, tienen una utilización muy limitada en la popa y sólo en la parte baja, ya que en la bovedilla no suelen existir y sólo en el abanico aparecerán pero en tal caso se asemejan más a palmejares con curva que unirán los de babor y estribor.
La cubierta que soporte el servomotor estará reforzada para recibir y transmitir los esfuerzos estáticos y dinámicos que éste le transmita, disponiendo de un prensaestopas en la limera para la mecha del timón.
CONJUNTO ESTRUCTURAL DEL CUERPO DE POPA
Como se ha podido observar, la popa dispone de una serie de elementos estructurales iguales a los del resto de la viga-casco, con modificaciones de forma, y algunos específicos que no son más que los anteriores con distinta orientación. Así mismo hay estructuras específicas, todas dependientes de las funciones que se le adjudican a la popa de ser soporte de los equipos de maniobra y propulsión, tales como el codaste, bocina, henchimiento s y arbotantes y el timón como estructura adosada. Por otra parte, el cuerpo de popa se ha de usar para transporte de líquidos, generalmente el agua dulce y alojamiento de maquinaria, lo que va a hacer que exista una delimitación de espacios con tal fin.
Las formas de la popa y sobre todo el tipo de codaste y consecuentemente el número de hélices definirán el conjunto estructural de la popa, y como ejemplo de uno de éstos, en la figura 11, se representa una popa con espejo y una hélice de la que se podrán deducir las conclusiones para los demás tipos.
