Qualità essenziali delle navi

Le qualità essenziali di una nave sono:

·              la galleggiabilità
·              la impermeabilità
·              la robustezza

La galleggiabilità si basa sul principio di Archimede' e sussiste soltanto se la nave è in grado di ricevere, dall'acqua in cui si trova parzialmente immersa, una spinta uguale al suo peso.
Cioè, se indichiamo con S la spinta dell'acqua e con P il peso della nave, dovrà essere:
S = P
Ma il principio di Archimede stabilisce che:
S = d * V
dove V rappresenta il volume dell'acqua spostata e d il suo peso spe­cifico.
Perciò sarà anche:
P = d * V
Il volume V dell'acqua spostata da una nave è anche uguale al volume della sua parte immersa, risulta quindi facile determinare il peso di una nave ( dislocamento ) quando siano noti il volume della sua parte immersa ed il peso specifico dell'acqua in cui galleggia.

L' impermeabilità è indispensabile per conservare la galleggiabilità.
Ciò si comprende facilmente tenendo presente che una eventuale assenza di impermeabilità consentirebbe infiltrazioni d'acqua all'interno della nave che renderebbero impossibile l'uguaglianza tra il peso e la spinta, condizione essenziale per la galleggiabilità.   

La robustezza è necessaria per evitare che la nave possa subire pe­ricolose deformazioni o rotture a causa del suo stesso peso, dei carichi che trasporta e del moto ondoso dell'acqua in cui galleggia.
Quando si consideri che la nave è un corpo internamente cavo, che può assumere un peso enorme e che si trova sovente in acque molto agitate, appare evidente l'esigenza di assicurarle una grande robustezza.  Per raggiungere questo risultato si inseriscono nella sua costruzione numerose e ben calcolate parti resistenti che formano un sistema strutturale capace di sopportare tutte le prevedibili sollecitazioni cui essa sarà sot­toposta.

Qualità nautiche delle navi

In aggiunta alle qualità che abbiamo definito essenzialiuna nave possiede, in maggiore o minor misura, alcune caratteristiche che rivelano la sua attitudine a svolgere il servizio marittimo al quale viene destinata e che si chiamano qualità nautiche.
Queste sono:

Per stabilità di una nave si intende, in generale, la facoltà di conservare la sua posizione di equilibrio. E poiché la posizione normale di equilibrio è quella di nave diritta, possiamo definire stabilità di una nave la sua attitudine a resistere alle forze che tendono a inclinarla e la capacità di raddrizzarsi spontaneamente quando cessa l'azione di queste.

La dolcezza di oscillazione è caratteristica delle navi che oscillano lentamente quando si trovano in acque agitate.

La velocità è una caratteristica di notevole importanza economico commerciale oltreché tecnico-nautica.  Da essa dipendono infatti, non solo la possibilità di mantenere la nave sotto governo e condurla a destinazione ma anche la rapidità con cui possono realizzarsi i suoi spostamenti da un luogo all'altro, con conseguenze sensibili sulla convenienza del servizio svolto.

La manovrabilità indica la prontezza con cui la nave risponde ai comandi che le vengono impartiti attraverso il timone. Una qualità strettamente collegata alla velocità, ma che dipende dalle condizioni di carico e dal criterio seguito nella sua siste­mazione a bordo.

La stabilità di rotta è caratteristica delle navi che tendono a mantenersi nella direzione loro assegnata, senza eccessivi interventi della persona addetta alla manovra del timone (timoniere).
Le condizioni che assicurano una buona stabilità di rotta sono generalmente dannose per la manovrabilità, tuttavia non è difficile ottenere una soddisfacente disponibilità dell'una e dell'altra.

Lo scafo

A = parte prodiera ---B = parte poppiera

A = sezione maestra --- B = Prora o prua --- C = Poppa

a = ponte principale                             c = fondo
b = fianchi                                           d = ginocchio
e = mascone                                        f = giardinetto
g = specchio                                        h = volta
i = ruota di prua                                   l = dritto di poppa
m = coronamento                                                             

1 = paratia di collisione --- 6 = paratia del pressatrecce

a = sentine a pozzetto                                       b = sentine laterali
c = particolare di sentina a pozzetto                  d = particolare di sentina laterale

b = casse di zavorra di nave porta containers
d = casse id zavorra di una nave portarinfuse

Le Ossature

Le ossature sono formate da numerosissime verghe profilate, talvolta associate a lamiere che ne accrescono la resistenza, variamente dispo­ste e di forma e dimensioni diverse a seconda della funzione che svol­gono. Le parti che formano l'ossatura della nave sono le cosidette ossature del fondo, dei fianchi, dei ponti, della prua e della poppama, avendo presente la loro funzione e disposizione, potremo anche indicarle come ossature longitudinali, ossature trasversali, ossature verticali, rinforzi locali.

Struttura longitudinale

E' un tipo di struttura adottato sulla maggior parte delle navi moderne al di sopra dei 120/150 mt di lunghezza. Esso prevede una distribuzione pressocchè uniforme di rinforzi longitudinali del fasciame esterno associati a telai rinforzati disposti ogni 4 o 5 intervalli ordinari di ossatura (1 intervallo di ossatura si ha ogni 3/3.5 mt). Gli elementi principali restano: il paramezzale centrale, il paramezzale laterale, i correnti longitudinali ordinari di murata e le anguille dei ponti. Sulle grandi navi bulk carriers e sulle navi cisterna esistono paratie longitudinali di compartimentazione rinforzati dai correnti longitudinali e ciò conferisce allo scafo una maggior robustezza agli sforzi flessionali. Attualmente esistono scafi a doppio fasciame lamiera paramezzale lungo tutta la sezione trasversale. Lo scopo è quello di ottenere una struttura molto robusta e priva di elementi di discontinuità. Tra le navi a struttura longitudinale fanno eccezione le navi portacontainers le quali presentano caratteristiche di grandi aperture sul ponte per permettere l'imbarco dei contenitori. Tali aperture indeboliscono lo scafo soprattutto nei confronti della sollecitazione agli sforzi di torsione. Dal punto di vista strutturale tali navi presentano due paratie (casse laterali) tra il fasciame esterno e la paratia longitudinale principale, irrobustite da correnti longitudinali. La robustezza trasversale è assicurata da telai trasversali sistemati a distanza di alcuni metri.

Struttura trasversale

La struttura trasversale dello scafo è caratterizzata da elementi strutturali trasversali disposti in corrispondenza di ogni intervallo di ossatura, ciò per combattere sforzi dovuti alla pressione idrostatica sulle murate e sul fondo, al battente dinamico dovuto alle onde, ai pesi concentrati sul fondo o sulla coperta. I telai che compongono la struttura trasversale sono: madiere, costola e baglio. Per poter sopportare le sollecitazioni di flessione, le navi a struttura trasversale sono completate con il paramezzale centrale (corrente tra i madieri) e le anguille a sostegno dei ponti. La rigidezza trasversale è garantita oltre che dall'esistenza dei telai ordinari rinforzati, anche dalle paratie stagne trasversali di compartimentazione dello scafo. La struttura di tipo trasversale è adottata su navi non lunghe data l'esiguità degli sforzi di flessione.

Struttura mista

La struttura mista associa le caratteristiche della struttura longitudinale e trasversale: i ponti ed il fondo sono a struttura longitudinale (paramezzale centrale, paramezzale laterale, correnti di murata, anguille), mentre le murate  sono rinforzate da strutture trasversali (costate ordinarie rinforzate). La sollecitazione longitudinale prevalente cui è sottoposto lo scafo è la flessione per cui dovremo costruire rinforzi longitudinali in quanto le strutture più sollecitate da questo sforzo (fondo e ponte) sono lontane dall'asse neutro, viceversa le strutture poste nella zona dell'asse neutro debbono sopperire alle forti compressioni sulla murata è quindi preferibile che esse sino disposte in senso trasversale. La struttura mista è caratteristica delle navi portarinfuse secche, dotate di casse alte (struttura longitudinale) e con il doppiofondo ed i fianchi a struttura trasversale (costate ordinarie rinforzate). 

Tipi di Chiglia

a = chiglia massiccia
b = chiglia paramezzale
c = chiglia piatta
d = chiglia galleria

Scafo a fondo senmplice a chiglia massiccia

1 = chiglia massiccia
2 = paramezzale
3 = madiere
4 = torello

Scafo a fondo semplice a chiglia piatta

               
1 = paramezzale centrale continuo
2 = paramezzale laterale intercostale
3 = chiglia piatta
4 = madiere
5 = fasciame del fondo, torello e controtorello

Scafo con doppio fondo ( strurrura trasversale )

1 = paramezzale centrale
2 = paramezzale laterale
3 = marginale
4 = madiere
5 = chiglia
6 = fasciame esterno del doppio fondo
7 = fasciame interno del doppio fondo
8 = fasciame del ginocchio
9 = costola

Ossature della parte prodiera del doppio fondo ( struttura trasversale )

1 = paramezzale centrale
2 = paramezzale laterale
3 = marginale
4 = mezzo paramezzale 
5 = madiere
6 = costola
7 = squadra di rinforzo e collegamento

Fondo a struttura longitudinale

1 = paramezzale centrale
2 = paramezzale laterale
3 = marginale
4 = corrente del fondo
5 = corrente del cielo del doppio fondo
6 = madiere
7 = rinforzo del paramezzale centrale
8 = angolare verticale per migliorare il collegamento tra i correnti del fondo e del cielo
9 = rinforzo della lamiera marginale
10 = costola
11 = squadra per il collegamento della costola con la lamiera marginale
12 = fasciame del fondo
13 = fasciame del cielo del doppio fondo
14 = chiglia piatta

Ossature del fianco ( scafo a struttura mista )

1 = costola comune
2 = costola rinforzata
3 = corrente del fianco
4 = corrente del fondo
5 = madiere

Ossature del fianco ( scafo a struttura longitudinale )

1 = costola rinforzata
2 = corrente del fianco
3 = paramezzale laterale
4 = corrente del fondo
5 = madiere

Ossature del ponte ( scafo a struttura trasversale )

1 = baglio
2 = costola
3 = squadra di collegamento tra baglio e costola
4 = angolare di trincarino
5 = trincarino

Ossature del ponte ( scafo a struttura mista )

1 = baglio rinforzato
2 = corrente di sottoponte
3 = angolare di trincarino
4 = costola rinforzata
5 = costola
6 = paratia trsversale
7 = montante

ELEMENTI GEOMETRICI DELLO SCAFO

Lft = Lunghezza fuori tutto                            Ldc = linea di costruzione
Lg = Lunghezza al galleggiamento                 Pav = perpendicolare avanti
L = lunghezza                                               Pad = perpendicolare addietro
T = immersione di progetto                           Pml = perpendicolare a metà lunghezza
Iav = Immersione avanti                                                
Iad = Immersione addietro

Sforzi

Gli sforzi ai quali è assoggettata una nave sono principalmente 3

1 ) sforzi di flessione
2) sforzi di torsione
3 ) sforzi di taglio

Sforzi di flessione, sono sollecitazioni  longitudinali che dipendono dalla distribuzione del carico a bordo, sono frequenti nelle navi di lunghezza superiore ai 120 - 150 metri.  
Sforzi di torsione, sono sollecitazioni trasversali molto frequenti sulle navi portacontenitori per la presenza delle grandi aperture (boccaporte)  che consentono l'imbarco dei contenitori. A questi inconvenienti si rimedia con  strutture trasversali e si compensano gli sforzi con un appropriato zavorramento.    
Sforzi di taglio, sono sforzi dovuti all'eccessivo peso che la nave porta in prossimità del cassero e del castello di prora, generalmente si rimedia con una adeguata struttura in fase di costruzione però anche  la concentrazione del carico nelle zone predette ne aumenta l'intensità.

Compartimentazione

La compartimentazione di uno scafo è la suddivisione di esso in compartimenti stagni effettuata mediante paratie, ponti, copertini, doppi fondi ecc.
La compartimentazione può essere longitudinale, trasversale o verticale a seconda se è ottenuta mediante paratie trasversali, longitudinali o verticali. 
La compartimentazione longitudinale è prescritta dal regolamento per la sicurezza delle navi mercantili e della vita umana in mare che stabilisce il numero minimo di paratie stagne trasversali e la lunghezza dei vari compartimenti stagni.
La compartimentazione a bordo delle navi è un elemento fondamentale per la sicurezza. Il problema della compartimentazione scaturisce dall'esigenza di  conoscere a priori il numero dei compartimenti allagabili senza avere affondamento.

Per meglio capire il metodo della compartimentazione definiamo il termine di Lunghezza allagabile.
La lunghezza allagabile è quella lunghezza di parte di scafo che può essere allagata completamente senza che si verifichi affondamento, più precisamente è la lunghezza scafo che può essere allagata in modo tale che lo scafo, a causa del peso dell'acqua, affondi fino al raggiungimento della linea limite (76 mm al di sotto del ponte della paratie).

Prendiamo una sezione trasversale di scafo:
se la allaghiamo completamente con acqua di desità d avremo un peso p dato da

p = V (Volume) * d  

V = L (Lunghezza) * B (Largheza)

quindi

p = L * B * d

da cui

L = p / B * d   (Lunghezza allagabile)

La lunghezza allagabile effettiva poi dipende dal fattore di permeabilità r

L' = L/r

Il fattore di permeabilità è dato dalla presenza, nel compartimento, di oggetti che riducono il volume allagabile
Il fattore di compartimentazione è la quantità di compartimenti che si possono allagare mantenendo le condizioni di nave galleggiante a 76 mm dal ponte delle paratie e dipende dal criterio di servizio, le navi che svolgono un servizio passeggeri infatti avranno un fattore di compartimentazione di circa 0,33, mentre quelle che svolgono un servizio mercantile avranno un fattore di compartimentazione di circa 1, ciò significa che sulle navi da passeggeri, per assicurare maggiore sicurezza la nave deve subire un l'allagamento di almeno trè compartimenti prima di raggiungere la galleggiabilità di 76 mm dal ponte delle paratie, mentre la nave da carico solamente uno.

Bordo libero

Il bordo libero è la distanza misurata verticalmente sul fianco a 1/2 Lunghezza, tra la linea di riferimento (determinata dall'intersezione della superficie superiore del fasciame del ponte di bordo libero con la superficie esterna del fasciame di murata) e l'orlo superiore della marca complementare relativa al tipo di navigazione.

Linee complementari

Stabilito il valore del bordo libero estivo si procede alla determinazione delle altre marche di massima immersione:

a) Bordo libero tropicale in acqua di mare (ET)
Si ottiene riducendo il bordo libero estivo di 1/48 l'immersione estiva

b) Bordo libero in acqua dolce (AD)
Si ottiene riducendo il bordo libero estivo della distanza  D/40*Du

c) Bordo libero acqua dolce tropicale (ADT)
Si ottiene riducendo il bordo libero di 1/48 l'immersione AD

d) Bordo libero invernale (I)
Si ottiene aumentando il bordo libero estivo di 1/48 l'immersione estiva

e) Bordo libero invernale nord atlantico (INA)
Si ottiene aumentando il bordo libero invernale di 50 mm e viene segnata solamente per navi inferiori a 100 metri di lunghezza che navigano in nord atlantico durante il periodo invernale.

f) Bordo libero invernale nord atlantico legname (INAL)
La marca INAL coincide con la marca INA ma per le altre marche si ha una riduzione del bordo libero che si ottiene tenendo conto della spinta supplettiva di un carico particolare quale il legname nel caso di allagamento del ponte di coperta. La marca IL è ottenuta aumentando il bordo libero estivo di 1/36 l'immersione E anzichè di 1/48.