Stabilità Trasversale e Longitudinale
APPROFONDIMENTI > STABILITA'
La STABILITA' di una nave è la sua attitudine ad opporsi alle cause sbandanti.
Quando si trova a navigare in mare mosso, la nave riceverà le onde da una direzione che generalmente non coincide con la sua rotta.
Per studiare il comportamento della nave e valutarne l'attitudine ad opporsi alle cause sbandanti, si prendono in considerazione i due casi estremi:
• Onde provenienti esattamente dalla prora;
• Onde provenienti esattamente al traverso, (cioè da una direzione a novanta gradi dalla rotta).
Nel primo caso si parla di STABILITA' LONGITUDINALE, nel secondo caso si parla di STABILITA' TRASVERSALE.
Esaminiamo questo secondo caso facendo riferimento alla figura 3.
Per studiare il comportamento della nave e valutarne l'attitudine ad opporsi alle cause sbandanti, si prendono in considerazione i due casi estremi:
• Onde provenienti esattamente dalla prora;
• Onde provenienti esattamente al traverso, (cioè da una direzione a novanta gradi dalla rotta).
Nel primo caso si parla di STABILITA' LONGITUDINALE, nel secondo caso si parla di STABILITA' TRASVERSALE.
Esaminiamo questo secondo caso facendo riferimento alla figura 3.
Quando, in seguito al sopraggiungere di un'onda al traverso, la nave si inclina di un certo angolo z, 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, poichè cambia la forma della parte immersa dello scafo: da un lato si sovraimmerge, formando quello che viene chiamato "menisco di immersione"; dall'altro emerge parzialmente, formando quello che viene chiamato "menisco di emersione" (vedi figura 4).
Lo studio dell'oscillazione della nave in mare ondoso è complesso e richiede nozioni ed approfondimenti che certamente non verranno trattati qui, ma è possibile comprendere il fenomeno in modo sufficiente facendo alcune semplificazioni, che senza fare venir meno l'approccio analitico, lo rendono meno complesso. Dunque facendo riferimento alla figura 5:
Quando la nave sbanda, ad esempio sulla dritta, il centro di carena B si sposta dallo stesso lato, percorrendo, via via che l'inclinazione aumenta, una curva B1 - B2 - B3, che, per inclinazioni di ampiezza limitata, può essere ragionevolmente considerata come 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, e viene chiamato METACENTRO ed è indicato con la lettera M.
Quando la nave sbanda, ad esempio sulla dritta, il centro di carena B si sposta dallo stesso lato, percorrendo, via via che l'inclinazione aumenta, una curva B1 - B2 - B3, che, per inclinazioni di ampiezza limitata, può essere ragionevolmente considerata come 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, e viene chiamato METACENTRO ed è indicato con la lettera M.
Riferendoci nuovamente alla figura 3, 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 STABILITA' TRASVERSALE, nell'espressione appena scritta:
• D (dislocamento) rappresenta la forza;
• (r - a) sen z rappresenta il braccio;
La rappresentazione grafica del momento di stabilità è una curva ad andamento sinusoidale, alla quale viene dato il nome di CURVA o DIAGRAMMA DI STABILITA'. (Vedi figura 7).
M = D (r - a) sen z
alla quale viene dato il nome di COPPIA o MOMENTO DI STABILITA' TRASVERSALE, nell'espressione appena scritta:
• D (dislocamento) rappresenta la forza;
• (r - a) sen z rappresenta il braccio;
La rappresentazione grafica del momento di stabilità è una curva ad andamento sinusoidale, alla quale viene dato il nome di CURVA o DIAGRAMMA DI STABILITA'. (Vedi figura 7).
Lo studio di questo diagramma è di cruciale importanza ai fini della determinazione degli attributi di stabilità e quindi di SICUREZZA della nave e della sua capacità di affrontare la navigazione. Sono innumerevoli le sciagure marittime causate da insufficiente valutazione di questo aspetto dell'architettura navale.
L'area racchiusa fra la curva e l'asse delle ascisse individua la RISERVA DI STABILITA' della nave e rappresenta in sostanza 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 finora riguarda la stabilità TRASVERSALE.
Per le inclinazioni dovute a 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 ß
In cui con R si indica il RAGGIO METACENTRICO LONGITUDINALE DI CARENA e con ß l'angolo di inclinazione secondo il piano di simmetria longitudinale della nave.
Si dimostra che R ha un valore molto maggiore di r (fino a due ordini di grandezza) sicché una volta calcolata e trovata soddisfacente la stabilità trasversale, la stabilità longitudinale viene data per acquisita (vedi figura 8).
In cui con R si indica il RAGGIO METACENTRICO LONGITUDINALE DI CARENA e con ß l'angolo di inclinazione secondo il piano di simmetria longitudinale della nave.
Si dimostra che R ha un valore molto maggiore di r (fino a due ordini di grandezza) sicché una volta calcolata e trovata soddisfacente la stabilità trasversale, la stabilità longitudinale viene data per acquisita (vedi figura 8).
Tale considerazione trova riscontro nella pratica marinaresca: il movimento di beccheggio è sempre molto minore del movimento di rollio. Da essa nasce anche la pratica di mettere la prora al mare in caso di tempo cattivo; o addirittura di mettersi alla cappa quando la forza delle onde diventa pericolosa per la navigazione. In quest'ultimo caso, per le navi con propulsione meccanica la pratica è quella di mettere la prora a circa 20° dalla provenienza del mare (al mascone) e tenere le macchine al minimo necessario per governare, cioè quel tanto che basta perché la nave obbedisca al timone.