Sistemas de Construcción en Madera

Tema 11.- Sistemas de Construcción en Madera. 1.- Maderas. La madera es uno de los materiales con los más fácilmente se puede construir una embarcación y sigue siendo un material favorito de muchos profesionales y armadores, a pesar de que ha sido ampliamente sustituido por los materiales compuestos como material de construcción. No todas las maderas son adecuadas para construcción naval, y en muchos casos la elección depende de las maderas adecuadas de las que se disponga en la zona de construcción. Entre las maderas de construcción naval se pueden citar: roble, caoba, teca, iroko, talí (elondo), pino, abeto, cedro y contrachapado marino, cuyas características mecánicas se pueden ver en libros especializados La madera es una sustancia fibrosa, no homogénea, ya que puede presentar rotura de fibras por la existencia de vetas y nudos provocados por el proceso de crecimiento del árbol, y agujeros provocados por agentes biológicos, como insectos u hongos. Por tanto, sus características mecánicas no son iguales en todas direcciones, teniendo más elasticidad en la dirección de las fibras. Las características de la madera influyen mucho en sus propiedades mecánicas de tal modo que si la madera está defectuosa debe ser rechazada para la construcción. Los árboles cuya madera se va a utilizar en construcción naval deben talarse en la época del año de menor crecimiento, que es el invierno, debido a que en ese tiempo la circulación de savia por su interior es menor, y la savia es un caldo de cultivo para plagas. Además, es la época en la que la madera es más compacta, más densa, y su posterior secado resulta más fácil, mejorándose así las propiedades mecánicas de la misma. Cuando se ha efectuado la tala, se procede al descortezado, limpieza y secado de la madera, ya que interesa que contenga la mínima proporción posible de material orgánico para evitar la putrefacción, y un contenido de humedad adecuado. El contenido de humedad medio de la madera recién cortada es del 25% y durante el secado natural se reduce hasta el 15%, produciéndose una contracción. La contracción es mayor en la dirección paralela a los anillos de crecimiento, y menor en la dirección perpendicular a los mismos. Si la madera se corta en tablas y se deja secar, se producen las deformaciones y contracciones que se ven en la figura 1.

Figura 1.- Diferente contracción de la madera según su corte. Sistemas de Construcción de Buques y Artefactos

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La madera se puede secar de manera natural apilando los troncos en lugares protegidos del sol y de la lluvia, y aislados del suelo para evitar la transmisión de la humedad y permitir la circulación natural del aire, pero este proceso es muy lento. Los métodos de producción modernos no permiten esperar mucho tiempo a que el material esté listo, por lo que se puede recurrir a un secado artificial en caso de necesidad. Consiste en colocar los troncos en cámaras cerradas en las que se hace circular una corriente de aire caliente, de temperatura variable en función del tipo de madera, y que oscila entre 100ºC y 200ºC. Este tipo de secado se ha de hacer de forma gradual para no bajar excesivamente la humedad y producir grietas. En este método hay que tener cuidado porque la humedad puede bajar hasta el 8%, y está aceptado que la humedad correcta de la madera debe estar entre el 12% y el 16%, siendo la cifra del 15% un valor ideal. La madera no debe tener una humedad muy baja porque durante la construcción absorberá humedad hinchándose. También hay que tener cuidado porque en estas cámaras la humedad se evapora rápidamente, pudiendo causar un secado muy rápido de la superficie y más lento en la zona interior de la madera, y esto afecta a su elasticidad y resistencia. La madera se compra con el tronco cortado a rebanadas como se ve en la figura 2.

Figura 2.-Troncos cortados a rebanadas.

Una vez seca la madera se procede a su transformación en piezas de uso en la construcción del barco, mediante el corte de las mismas. En el proceso de obtención de piezas, la madera ha de ser examinada cuidadosamente de modo que no aparezcan nudos o grietas, pues supone un riesgo importante para las piezas que deban soportar esfuerzos importantes. Es fácil comprender que la construcción de buques de madera se lleva a cabo basándose en la experiencia de los carpinteros de ribera antes que en los proyectos detallados del barco y sus elementos. Por ello, es difícil poder determinar con exactitud las dimensiones finales que tendrá el barco, y es fácil encontrar diferencias de varios centímetros en sus dimensiones principales. 2.- Contrachapado marino y madera laminada. El desarrollo de colas a prueba de agua ha hecho posible la fabricación de finas láminas de madera que dispuestas una sobre otra permiten obtener paneles de contrachapado marino. Estos paneles son más rígidos que tablas de igual espesor, lo que representa ciertas ventajas sobre determinadas piezas de las embarcaciones de madera. Por ejemplo, el forrado del casco se puede hacer de menor espesor y debido a que es más rígido permite colocar menos cuadernas, lo que redunda en una disminución de peso. También presenta menos uniones a calafatear, y debido a la fabricación de los paneles las contracciones y dilataciones son mínimas. Otros ejemplos de utilización lo constituyen los mamparos y las cubiertas, donde el contrachapado ahorra peso y horas de trabajo. La utilización del contrachapado para forrar cascos requiere que las formas de estos sean desarrollables pues estos paneles no pueden tener doble curvatura.

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La madera laminada permite la obtención de cualquier pieza de refuerzo con cualquier forma que se pueda necesitar en la construcción de un barco. Las piezas curvas se pueden formar con listones de madera encolados mediante adhesivos epoxi a prueba de agua, donde la unión es más fuerte que la propia madera. Con la ayuda de un formero se le da la forma requerida a la pieza, ajustando las maderas a laminar y manteniéndolas en posición mediante gatos o mordazas hasta que han terminado de unir, figura 3. No hay una regla fija en cuanto al espesor de cada lámina de madera, excepto que debe ser lo suficientemente fino para poder curvar la lámina a la forma deseada. Las falcas sirven para evitar el contacto entre las láminas y el soporte.

Figura 3.- Construcción de piezas curvadas con madera laminada.

La construcción de barcos con madera laminada no es barata, debido al tiempo que requiere preparar la forma y el material, pero las piezas son muy fuertes, particularmente en las que las maderas que componen el laminado tienen el grano paralelo, como por ejemplo baos y cuadernas. Las piezas laminadas tienen menos probabilidades de fractura que las no laminadas, y aunque el laminado no incrementa las propiedades de la madera en sí, la resistencia de de un laminado, como por ejemplo la roda de la figura 4, es mayor que si se realiza de la manera convencional con varias piezas empernadas entre sí.

Figura 4.- Roda fabricada en madera laminada.

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3.- Clavos, pernos y tornillos. Los clavos y pernos son los medios de unión entre las distintas piezas elaboradas que conforman el barco. Todos los elementos de fijación tienen que tener las dimensiones adecuadas a la tarea que tienen que cumplir en función del tamaño de las piezas, situados en las zonas a unir previo cuidadoso taladrado de un orificio de dimensión algo inferior al diámetro del clavo, perno o tornillo, para que la fuerza de unión sea máxima. Si no se realiza el orificio taladrado, es posible que la madera se agriete y el clavo pierda su revestimiento antioxidante, caso que lo lleve, como los de hierro galvanizado. Los materiales empleados para los elementos de fijación son el hierro galvanizado, Monel (aleación de cobre/níquel), y bronce. El uso de un material u otro está condicionado por las maderas a unir, pues algunas clases de madera presentan sustancias que atacan el metal, como el roble que corroe el hierro.

Figura 5.- Clavos de acero galvanizado

Figura 6.- Diferentes tipos de pernos.

Figura 7.- Diferentes tipos de tornillos. Sistemas de Construcción de Buques y Artefactos

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4.- Uniones de quilla, roda y codaste. Una vez terminado el proceso de elaboración de las piezas que conforman el barco, se procede a la unión de las mismas. Antes de unir las piezas es recomendable protegerlas con dos capas de pintura para preservar la madera. Existen varios métodos de construcción de quillas, rodas y codastes de madera, según el tipo de barco y las preferencias del diseñador o del carpintero de ribera. Como la quilla es un elemento de la estructura de gran dimensión es muy difícil conseguir que sea de una sola pieza, por lo que se procede a la unión mediante ensamblaje de al menos dos piezas. Las piezas a unir se preparan por medio de entalladuras o cortes combinados, llamados escarpes, de manera que permitan juntar y enlazar los distintos elementos, asegurando su perfecto encaje y la indeformabilidad de la unión. En la figura 8 se muestra un escarpe típico de quilla con corta aguas o matadero para evitar que el agua penetre a través de la unión. Encima de la quilla se coloca la sobrequilla que van empernadas entre sí manteniendo entre ambas a las cuadernas.

Figura 8.- Unión a escarpe empernada de quilla con corta aguas.

A proa mediante junta a escarpe se ensamblan la roda y la quilla, figuras 9 y 10. La figura 11 muestra la estructura de dos tipos de codaste.

Figura 9.- Unión a escarpe empernada de roda, quilla y contra roda.

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Figura 10.- Detalle de escarpe entre roda y quilla y contra roda empernada.

Figura 11.- Detalles de codastes de madera.

5.- Tipos de cuadernas. Las cuadernas son elementos estructurales de formas variadas que no se pueden obtener de maderas ya curvadas de manera natural con tales formas. Las maderas se pueden curvar con calor y al vapor, aunque no siempre se pueden obtener las formas que se necesitan. Existen básicamente tres tipos de construcción de cuadernas: curvadas de una pieza, simples de varias piezas, laminadas y cuadernas dobles. En embarcaciones pequeñas se puede conseguir curvar la madera con las formas de las semicuadernas, pero hay que tener en cuenta la dirección de los anillos para poder clavar o atornillar el forro correctamente a la cuaderna. El clavo o el tornillo deben entrar perpendicularmente a los anillos de la madera de la cuaderna, como muestra la figura 12. Sistemas de Construcción de Buques y Artefactos

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Figura 12.- Curvado correcto de cuadernas para unión con el forro.

En embarcaciones con el casco en V, cada cuaderna consta de varias piezas cortadas con la forma adecuada a cada banda, solapándose las del fondo a la varenga que va apoyada y unida a la quilla, figura 13.

Figura 13.- Cuaderna de embarcación en V formada por varias piezas cortadas.

En los barcos más grandes se puede optar por construir las cuadernas mediante maderas laminadas, que permiten obtener cualquier forma, como se muestra en la roda de la figura 4, o bien fabricar las cuadernas dobles con un número de piezas elevado, 7, 9 u 11 según manga y puntal del barco. Las cuadernas dobles son las más pesadas y están constituidas por los ligazones, que se van llamando por orden, primer ligazón, segundo ligazón, etc. desde la quilla hasta cubierta superior y de forma alterna de una cuaderna y de la yuxtapuesta, figura 14. Sobre las cuadernas y en la zona de crujía, es decir, en la zona de varengas, se coloca una sobrequilla que las mantiene unidas a la quilla, figura 8.

Figura 14.- Cuadernas dobles empernadas.

6.- Varengas. En embarcaciones de recreo, en vez de utilizar sobrequilla, la unión entre cuadernas y quilla se realiza por medio de las varengas, figura 15, siendo de mayor escantillón las varengas

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situadas bajo el motor y el mástil en el caso de embarcaciones a vela. Las varengas van empernadas a la quilla y a las cuadernas manteniendo las piezas un contacto perfecto.

Figura 15.- Varengas.

Debido a la curvatura del casco desde la sección media hacia proa y popa, las varengas se colocan en el lado de proa de las cuadernas a proa de la sección media, y en el lado de popa en las cuadernas a popa de la citada sección. Los bordes de ambos costados se biselan para que el forro apoye adecuadamente sobre las varengas, al igual que se hace con las cuadernas. 7.- Palmejares. Los palmejares se utilizan para reforzar costado y pantoque, recorren longitudinalmente el barco de proa a popa perfectamente fijados por el interior a todas las cuadernas mediante tornillos de cabeza plana, o pernos en barcos grandes. Si no hay material para hacerlos de una pieza, se pueden hacer de varias piezas unidas mediante escarpe. En el pantoque se sitúa un palmejar a cada banda compuesto de uno o dos tablones en anchura unidos firmemente, figura 16.

Figura 16.- Palmejares de pantoque.

8.- Palmejares de bancada. Para distribuir el peso del motor y para disminuir las vibraciones que produce en el casco, hay que colocar dos palmejares de bancada sobre las varengas y a cada lado de la bancada del motor, figura 17. Los palmejares de bancada van desde popa hasta lo más a proa según las formas del casco. En la zona de proa se pueden llevar hacia crujía para conseguir llegar lo máximo posible hacia proa, y en la parte inferior llevan muescas que encajan en todas las varengas a donde van clavados. Cada lado de la bancada va unido a su correspondiente longitudinal de bancada y también

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pueden llevar muescas en la parte inferior para encajar en las varengas, que ayudan a mantenerlo en posición.

Figura 17.- Disposición de bancada en barco de madera a motor.

9.- Durmientes y sotadurmientes. Durmiente es la pieza estructural localizada por el interior de las cuadernas en la parte superior de las mismas, que sirve de apoyo a los baos, figura 18. El durmiente puede ir clavado o empernado a las cuadernas. Si va empernado tiene mayor resistencia y hay que colocar los pernos antes de forrar el casco. El durmiente va apoyado en el sotadurmiente que va clavado a cada cuaderna.

Figura 18.- Disposición de bao sobre durmiente y sotadurmiente.

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10.- Forro. El forrado del casco se hará mediante listones que forman las tracas, y requiere un estudio detallado de su disposición, pues el tamaño de éstos debe ser proporcionado y las líneas de las costuras deben ser "agradables a la vista". Los listones no deben ser muy anchos, para conseguir una buena colocación sobre el casco y poder juntarlos entre sí por la zona interior, quedando algo abiertos por la zona exterior, lo que permite la introducción de la estopa y brea de calafateado, figura 19. En la quilla y roda, los listones encajan en una ranura llamada alefriz, figura 20.

Figura 19.- Costura a calafatear.

Figura 20.- Alefriz

Salvo en barcos pequeños, los listones tienen una longitud menor que la eslora del barco, por lo que deben colocarse a tope en dos o tres piezas desde proa a popa para formar las tracas. Desde el punto de vista de la resistencia la situación de los topes es importante y se debería saber antes de comenzar a forrar donde va a ir cada uno. La figura 21 muestra las características de separación que deben tener los topes. Así, no deben caer dos topes en la misma posición longitudinal sin que haya al menos tres tracas de separación, y las tracas adyacentes no deben tener topes sin que exista una separación de tres claras de cuaderna entre ellos.

Figura 21.- Listones y claras de separación entre topes.

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Los topes se pueden realizar entre cuadernas disponiendo en la zona posterior de la unión de una tabla del mismo grosor que el forro, más ancha que el listón, y de largo la distancia entre cuadernas. También se pueden realizar los topes coincidiendo con las cuadernas, no siendo necesaria la tabla posterior. El forrado de un barco de pantoque redondo, es decir, sin codillos, se realiza comenzando por la traca de cinta, a continuación con la traca de aparadura, las dos tracas adyacentes a la de aparadura, y las tracas de fondo hasta el pantoque. Después, alternativamente una traca bajo la cinta y otra continuando en el pantoque, hasta colocar la última, que será la traca de cierre, aproximadamente a una distancia a la mitad entre las tracas del fondo y de cinta, figura 22. Debido a la dificultad que plantea la traca de cierre debe ser una traca lo más recta posible, sin reviros o giros que impliquen que tenga que curvarse con vapor o calor.

Figura 22- Nomenclatura de tracas de forrado del casco.

Las tracas pueden tener una anchura de entre 10 cm y 15 cm, siendo más anchas en el fondo y menos en el costado. Estas anchuras son en la zona central del barco, pues hacia los extremos se produce un estrechamiento en el espacio disponible para colocar todas las tracas, teniendo que disminuir el ancho de las tracas y en ocasiones realizar atunes, ya que alguna traca tiene que acabar antes de llegar a los extremos, figura 23 El estrechamiento de las tracas se debe realizar de manera uniforme y similar en las tracas afectadas. Para realizar los estrechamientos se utiliza un junquillo, que permite decidir la forma final que se va a dar a la traca.

Figura 23- Terminación de tracas en proa. Atún.

Las zonas de contacto entre cuadernas y tracas, las primeras deben ser biseladas para que el contacto sea perfecto formando una superficie plana, figura 24 Los listones se fijan a las cuadernas mediante clavos, siendo los de hierro galvanizado muy utilizados. Sistemas de Construcción de Buques y Artefactos

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Figura 24- Zona de contacto entre cuaderna y traca.

Una vez forrado el casco se procede al calafateado del mismo para hacerlo estanco. El calafateado se realiza introduciendo en costuras y topes unas hebras de estopa con la ayuda de herramientas especiales como las de la figura 25

Figura 25- Herramientas de calafateado.

La cantidad de estopa a introducir depende de la anchura de la abertura de la unión, y no hay que rellenar hasta el exterior de la costura, sino que debe quedarse aproximadamente a la mitad del espesor de las tracas, figura 26. Una vez introducida la estopa se pinta con brea, y una vez seca se procede al relleno con masilla de los huecos que queden en clavos, costuras y topes, procediéndose al lijado del casco y su posterior pintado mediante imprimación y capa de acabado.

Figura 26 Calafateado del casco.

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Existen productos especiales que permiten incluso prescindir del calafateado descrito, que es el que se ha utilizado desde siempre. Estos productos requieren que la madera esté perfectamente limpia para poder sellar las uniones, por lo que hay que asegurarse que no tienen pinturas, aceites o suciedad. Se basan en resinas epoxi que encolan la madera, la estancan y protegen de la humedad, aunque estas resinas se degradan con los rayos del sol y hay que protegerlas con pinturas opacas. La cubierta se forra de madera análoga al casco, teniendo como característica la tabla llave, que es la tabla situada en el trancanil a todo alrededor del barco. Esta tabla se fija a las cuadernas y es de mayor grosor que el de las tracas de cubierta, figura 27.

Figura 27- Tabla llave en el contorno de la cubierta.

Sobre la tabla llave se realizan unos orificios que permiten el paso de los barraganetes que se fijarán por la parte inferior a las cuadernas, permitiendo forrar la amurada, figura 28, y colocar la regala.

Figura 28.- Barraganetes y amurada. Sistemas de Construcción de Buques y Artefactos

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Otro procedimiento de forrado del casco es el forrado en tingladillo, figura 29.

Figura 29.- Forrado en tingladillo.

El forrado a tingladillo se emplea principalmente en embarcaciones pequeñas donde interesa poco peso. Es un sistema de forrado muy rígido debido a la unión de los bordes solapados, permitiendo utilizar tracas de menor grosor que disminuyen por tanto el peso. El forrado comienza desde la traca de aparadura hasta la de cinta, solapando las tracas alrededor de 22 mm para un espesor de listones de 9 mm, aumentando ligeramente cuando aumenta este grosor. En los extremos del barco las tracas deben quedar a paño para entrar en el alefriz de la roda y en el espejo. Otro procedimiento de forrado es el forrado doble, figura 30. Este forrado asegura la estanqueidad sin calafateado, al colocar las costuras del forro interior en medio de una traca del forro exterior. Es un sistema más pesado pues el forrado hay que hacerlo dos veces y hay que utilizar elementos metálicos de fijación para ambos forrados, aunque el grosor de las tracas de ambos forrados es menor que en el caso de forrado simple. Para ahorrar algo de peso se puede utilizar una madera ligera para el forro interior. La traca de aparadura se suele realizar simple para facilitar su reemplazo si es necesario.

Figura 30.- Forrado doble.

El sistema de fijación a las cuadernas de las tracas interiores se realiza mediante tornillos, y antes de colocar las tracas exteriores se cubre con un compuesto especial para que peguen ambos Sistemas de Construcción de Buques y Artefactos

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forros. Entre cuadernas e interiormente, ambos forros se unen con tornillos con arandela a lo largo de los bordes de las tracas interiores, y también a lo largo de cada lado de la mitad de le las tracas interiores para unir los bordes de las tracas exteriores. Naturalmente, las tracas exteriores deben ser suficientemente gruesas para poder atornillar desde el interior. Un procedimiento de forrado que se puede utilizar en embarcaciones con cascos de formas desarrollables es con contrachapado marino, pues permite ahorrar tiempo en el forrado al poder utilizar pocos paneles para completar el casco. El contrachapado hay que encolarlo a las cuadernas, al alefriz y a todas las piezas sobre las que va apoyado, y hay que fijarlo mediante tornillos cuya cabeza debe quedar ligeramente bajo la superficie del panel, sellada con masilla adecuada.

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