Stabilità di una nave tesina

Movimenti della nave:

Qualità essenziale e nautica di una nave

QUALITA’ ESSENZIALI DI UNA NAVE

-Galleggiabilità: Proprietà di galleggiare con carico completo ed in pieno assetto di

navigazione;

-Impermeabilità: evita le infiltrazioni d’acqua attraverso lo scafo; essa viene raggiunta con un

accurato calafataggio;

-Solidità o robustezza di struttura: assicura la nave la possibilità di poter

resistere alle sollecitazioni degli organi di propulsione ed alle pressioni del mare e del carico.

QUALITA’ NAUTICHE DI UNA NAVE

Sono le caratteristiche che rivelano l’attitudine a svolgere il servizio marittimo alla quale è

destinata:

-Dolcezza di oscillazione: è caratteristica delle navi che oscillano lentamente quando si trovano

in acque agitate;

-Velocità: è una caratteristica di notevole importanza economico-commerciale oltreché tecnico

nautica;

-Manovrabilità: indica la prontezza con cui la nave risponde ai comandi che le vengono

impartiti attraverso il timone;

-Navigabilità: possibilità di spostarsi agevolmente ed in sicurezza sull’acqua tra i punti di

approdo;

-Stabilità di rotta: è caratteristica delle navi che tendono a mantenere nella direzione loro

assegnata, senza eccesivi e troppo frequenti interventi dell’addetto al timone;

-Stabilità:

La stabilità della nave

E’ l’attitudine di una nave a resistere alle forze che tendono a inclinarla e la

capacità di raddrizzarsi spontaneamente quando cessa l’azione di queste.

Sappiamo che la stabilità di una stessa nave può variare notevolmente, poiché il

suo valore dipende anche dalla posizione in cui viene disposto il carico di volta

in volta imbarcato, certamente la stabilità aumenta concentrando i pesi nella

parte inferiore della nave, cioè è essenziale che la nave abbia un baricentro

necessariamente basso ed un’opportuna forma di carena, che le consenta di

ottenere un equilibrio stabile. Un’ imbarcazione galleggia, quando ha un giusto

rapporto tra peso e volume.

Le buone doti di stabilità dipendono dal progetto della nave, quindi dalla

geometria, dal dislocamento (peso), dalla posizione del baricentro, dalla

compartimentazione stagna, ecc. In tutte le condizioni operative, l’unità dovrà

soddisfare i requisiti imposti dai registri di classificazione internazionale e dalle

normative: IMO (International Maritime Organitation), SOLAS (Safety of life at

sea), MARPOL(Maritime Pollution), ILLC (International Load Line

Conventional), RINA (Registro Italiano Navale), differenziate in funzione della

tipologia di nave.

Movimenti oscillatori

La nave è soggetta a moti oscillatori intorno ai

suoi assi passanti per il baricentro, vale a dire:

rollio,beccheggio e imbardata rispettivamente

intorno all’asse longitudinale, trasversale e

verticale. La grandezza che più di tutte

caratterizza ciascun moto oscillatorio è il relativo

periodo di naturale oscillazione, esso dipende

dalla distribuzione delle masse rispetto all’asse

intorno al quale avviene il movimento e dall’entità

delle (forze di richiamo) che sono presenti e

caratterizzanti del tipo di oscillazione.

Prova di stabilità

A costruzione terminata il progettista insieme ai tecnici del registro di

classifica, effettua la pesata nave e la prova di stabilità. La prima(pesata nave),

serve a determinare l’esatto peso della nave. La prova di stabilità, invece,

viene eseguita, per determinare il valore dell’altezza metacentrica( r - a ) e

quindi dell’esatta posizione del centro di gravità della nave per le condizioni di

carico. Si procede con la nave scarica ed asciutta ( senza liquidi, cioè senza

carburante ed acqua nelle cisterne), in uno specchio d’acqua perfettamente

tranquillo, imprimendo artificialmente alla nave oscillazioni trasversali per lo

studio del suo comportamento e la determinazione di alcuni parametri. La

stabilità di piattaforma, cioè l’attitudine di una nave a oscillare limitatamente

in un mare ondoso, si può ottenere con appropriate forme di carena, con

opportuni valori d’altezza metacentrica e con dispositivi atti a smorzare le

oscillazioni (stabilizzatori). Queste operazioni servono per il calcolo

dell’altezza metacentrica (R-a) e per la compilazione del fascicolo “ Istruzione al

comandante”. L’equilibrio di una nave

-Stabile: quando l’unità navale si trova sotto effetto di una causa inclinante

(ad esempio il vento), tende naturalmente a riportarsi nella condizione

iniziale non appena la causa inclinante verrà a mancare,

• ( r – a > O), il centro di gravità della nave G si trova al disotto del

metacentro trasversale m;

-Instabile: se l’unità navale perde la posizione di equilibrio iniziale

trovandosi in regime di instabilità,

• ( r – a < O), il centro di gravità della nave G si trova al disopra del

metacentro trasversale m.

-Indifferente: se l’unità navale rimane nella posizione assunta a seguito

dell’azione sbandante,

• ( r – a = O), il centro di gravità della nave coincide col metacentro

trasversale.

Mezzi per aumentare altezza metacentrica

L’altezza metacentrica è la distanza di M da G : più è grande, più

grandi sono il braccio x e la coppia raddrizzante, tanto più stabile

è l’imbarcazione. L’altezza metacentrica determina la velocità

dell’imbarcazione al raddrizzamento. Se dalla prova di stabilità

risulta un’altezza metacentrica ridotta, per aumentarne il valore si

può:

• -aumentare il valore del raggio metacentrico trasversale(r);

• -diminuire la distanza a= Zg – Zc , cioè abbassare il centro di

gravità della nave (G):

• Nel primo caso, essendo r = occorrerà aumentare il

momento d’inerzia della superficie di galleggiamento rispetto

all’asse baricentrico longitudinale, aumentando la larghezza della

figura di galleggiamento, sistemando nella zona del bagnasciuga

un controbordo o controfasciame di legno leggero, rivestito di

lamiera metallica.

Nave dura o cedevole

Il coefficiente D (r – a) rappresenta la resistenza opposta dalla

nave alle inclinazioni trasversali per angoli minori di 10° ÷ 12°

e a seconda che il suo valore risulti elevato o ridotto, la nave si

dirà dura o cedevole. Nello studio del rollio in moto ondoso, si

dimostra che una nave dura risulta molto agitata, per la

tendenza a mantenere i ponti paralleli alla superficie

dell’onda; una nave cedevole invece, presenta una stabilità di

piattaforma, tende cioè a mantenere i ponti in posizione orizzontale

per l’elevato periodo d’oscillazione nei movimenti di rollio e

beccheggio. Per conciliare le due condizioni, in modo che la nave non

risulti, né troppo dura né troppo cedevole, l’altezza metacentrica dovrà

avere un valore adeguato al tipo di nave stessa.

Stabilità di rotta nelle qualità essenziali

E’ la capacità che ha una nave di procedere in modo rettilineo senza che il timoniere

o l’autopilota debbano correggere la rotta. La stabilità di rotta dipende dalla

lunghezza e dall’immersione, dalla superficie del timone, da un certo appoppamento

e da come è distribuito il carico.

Stabilità trasversale e longitudinale

Quando una nave si trova a navigare in mare

ondoso, generalmente riceve le onde da una

direzione che non coincide con la sua rotta.

Per studiare il comportamento della nave, e

valutare la sua attitudine ad opporsi alle cause

sbandanti, si usa prendere in considerazione i

due casi estremi:

- onde che provengono esattamente dalla

prora;

- onde che provengono esattamente al

traverso, cioè da una direzione a 90° dalla

rotta.

Nel primo caso si parla di Stabilità

longitudinale, nel secondo caso di Stabilità

trasversale.

Esaminiamo il secondo caso e guardiamo la

fig. 1

Quando, in seguito al sopraggiungere di un’onda al traverso, la nave si

inclina di un certo angolo (chiamiamolo z come si usa fare in architettura

navale), il centro di gravità (il baricentro G ) non si sposta, a meno di casi

particolari, in quanto esso è fissato una volta costruita e caricata la nave.

Il centro di carena, invece, si sposta, in quanto cambia la forma della parte

immersa della scafo: da un lato esso si sovra immerge, formando quello che

viene chiamato “menisco di immersione”; dall’altro esso emerge

parzialmente, formando quello che viene chiamato “ menisco di emersione”

( vedi fig. 2).

Lo studio del fenomeno dell’oscillazione della nave in

mare ondoso è complesso.

Però si può capire semplificando, vediamo la figura 3.

Quando la nave, sbanda, ad esempio sulla dritta, il

centro di carena B si sposta dallo stesso lato,

percorrendo quando l’inclinazione aumenta, una curva

B1- B2- B3, che, per l’inclinazione ,può essere

considerata. Un arco di circonferenza. Il raggio di

curvatura del cerchio viene chiamato “Raggio

Metacentrico Trasversale di Carena” ed è indicato con

la lettera r . Il centro di curvatura, per inclinazioni di

ampiezza limitata, può essere considerato come

appartenente alla verticale passante per G e per B,

viene chiamato “Metacentro” ed è indicato con la

lettera M.

Si può dimostrare che il valore di ” r “

è dato dalla relazione: r= nella quale V rappresenta il volume di carena e

incontriamo una funzione usata dalla meccanica applicata: I momento di inerzia

della figura di galleggiamento rispetto all’asse di simmetria longitudinale della

figura stessa.

Guardando di nuovo la figura 1, se indichiamo con a la distanza esistente fra G e B

(altezza del baricentro sul centro di carena), l’inclinazione trasversale della nave di

un angolo z provoca la creazione di una coppia di forze antagonista M, la cui

intensità è data dalla espressione: M = D (r-a) sen z

alla quale viene dato il nome di “Coppia o Momento di Stabilità Trasversale” .

Nell’espressione appena scritta troviamo:

• -D (dislocamento) rappresenta la forza;

• - (r-a) sen z rappresenta il braccio; del nominato momento di stabilità.

rappresentazione

La grafica del momento di stabilità è una curva ad andamento

sinusoidale, alla quale viene dato il nome di “Curva o Diagramma di Stabilità”. ( vedi

fig. 5).

Lo studio di questo diagramma è di cruciale importanza ai fini della stabilità e quindi

della sicurezza della nave e della sua capacità di affrontare la navigazione. L’area

racchiusa fra la curva e l’asse delle ascisse individua la Riserva di Stabilità della nave e

rappresenta la resistenza totale che la nave può opporre alle cause sbandanti, ovvero il

lavoro che le forze sbandanti, devono compiere per ottenere il capovolgimento della

nave. L’angolo Zc rappresenta l’angolo di capovolgimento della nave; nel senso che

quando l’inclinazione lo supera, la coppia generata dalla sbandata, anziché opporsi alla

causa sbandante, agevola il capovolgimento. Quanto detto fin’ora riguarda la stabilità

Esaminando il primo caso, cioè la stabilità longitudinale, quando le

inclinazioni sono dovute al moto ondoso proveniente da prora ( o da

poppa),

si applicano le stesse formule, con un momento raddrizzante dato

dalla

relazione: M = D (R - a) sen β in cui R indica il” Raggio Metacentrico

Longitudinale di Carena” e con β l’angolo di inclinazione secondo il

piano di

simmetria longitudinale della nave. Si dimostra che R ha un valore

molto

maggiore di r, sicché una volta calcolata e trovata soddisfacente la

stabilità

trasversale, la stabilità longitudinale viene data per acquisita (vedi

fig. 6).

Tale considerazione trova riscontro nella pratica marinaresca: il movimento di

beccheggio è sempre molto minore del movimento di rollio. Da qui nasce la pratica di

mettere la prora al mare in caso di cattivo tempo.

-Momento di stabilità statica trasversale per angoli d’inclinazione

α > 10° ÷ 12°

Se per l’azione d’una causa esterna una nave dalla posizione di equilibrio iniziale,

trasversalmente dritta, assume una nuova posizione di equilibrio al galleggiamento A’

B’ inclinato all’angolo α > 10°÷ 12° rispetto al galleggiamento iniziale AB, il sistema

di

forme D, S forma una coppia di momento: M = D . GH cioè : M = D ( h-a) sen α

essendo ( h ) l’altezza del falso metacentro o pro metacentro ( µ ), sul centro di carena

iniziale (C). Si rileva che M = f ( h , α ) e quindi è necessario conoscere i valori