Corso di LOGISTICA navale - istituto d`istruzione superiore "mario

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Corso di LOGISTICA
La Struttura della Nave
Presentazione rivisitata dal prof. A. Vega
ITN Crotone - prof. A.Vega
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Organizzazione del corso
La struttura dello scafo
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Introduzione
La struttura di una nave è costituita da pannelli di lamiera saldati fra di loro irrigiditi da
elementi di rinforzo trasversali e longitudinali.
Le lamiere ed i rinforzi che costituiscono i telai trasversali costituiscono una struttura resistente
a sollecitazioni prevalentemente trasversali (pressione idrostatica, carichi sui ponti,…).
Gli elementi longitudinali, unitamente al fasciame, conferiscono allo scafo la necessaria
rigidezza nei confronti dei carichi longitudinali (i cosiddetti carichi di “trave scafo”).
In funzione dei tipi di sollecitazione prevalenti sulla nave la struttura sarà prevalentemente a
struttura trasversale o longitudinale. In particolare si possono riscontrare tre tipologie
strutturali:
• struttura prevalentemente trasversale
(usata su navi di piccole dimensioni)
• struttura prevalentemente longitudinale (la più usata; in zone particolari quali i gavoni
e
l’apparato motore si fa comunque uso di struttura trasversale)
• struttura mista
Per ogni tipologia strutturale si possono individuare due tipi di elementi di rinforzo:
• travi principali: offrono la resistenza alle sollecitazioni principali
• travi ordinarie: conferiscono la robustezza locale, irrigidiscono i pannelli di lamiera e
ripartiscono il carico fra le travi principali
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Rappresentazione della superficie di carena
La superficie di carena che viene rappresentata è la cosiddetta superficie fuori ossatura
(moulded surface). Essa è la superficie interna del fasciame e costituisce la superficie di
riferimento per l’intero sviluppo del progetto.
Tale superficie fuori ossatura viene rappresentata con un elaborato grafico chiamato
“PIANO DI COSTRUZIONE”
La carena viene rappresentata mediante sezioni disposte parallelamente ai tre piani
coordinati:
• ORDINATE: sezioni trasversali perpendicolari al piano di galleggiamento di progetto. In
genere la lunghezza fra le perpendicolari viene divisa in 20 parti uguali (il cosiddetto
LPP/20). Alle estremità, data la maggiore curvatura della superficie di carena, vengono
inserite delle sezioni intermedie in modo da dividere in due o quattro parti la distanza
LPP/20
• LINEE D’ACQUA: sezioni orizzontali parallele al piano di galleggiamento di progetto. In
genere si divide l’immersione di progetto in N parti uguali; in corrispondenza del
ginocchio si raddoppia tale suddivisione
• SEZIONI LONGITUDINALI: sezioni longitudinali parallele al piano di simmetria; esse
vengono addensate nelle vicinanze del piano di simmetria per poter meglio rappresentare
le zone estreme più curve (bulbo prodiero, avviamento zone di poppa….)
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Rappresentazione della superficie di carena
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Rappresentazione della superficie di carena
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Definizioni generali
• Linea di costruzione (base line): retta parallela al piano di galleggiamento di progetto passante per il punto
di intersezione fra la sezione maestra e la superficie del fondo
• Piano di galleggiamento (waterplane): è il piano della superficie del liquido in cui è immerso il galleggiante,
supposto in quiete. Esso suddivide il galleggiante in due parti: opera viva o carena (hull) (parte immersa) ed
opera morta (parte emersa)
• Piano diametrale: è il piano di simmetria della nave
• Perpendicolare avanti FP (fore perpendicular): la linea verticale condotta, sul piano di simmetria della nave,
in corrispondenza dell’intersezione della faccia prodiera del dritto di prora col piano di galleggiamento a
pieno carico
• Perpendicolare addietro AP (aft perpendicular): la linea verticale condotta, sul piano di simmetria della
nave, in corrispondenza dell’intersezione della faccia poppiera del dritto di poppa o dritto del timone col
piano di galleggiamento a pieno carico; se la nave non ha dritto di poppa o dritto del timone, in luogo
della faccia poppiera del dritto si considera l'asse di rotazione del timone; in alcuni casi la perpendicolare
addietro passa per l’intersezione fra il transom ed il galleggiamento di pieno carico.
• Perpendicolare al mezzo (midship perpendicular): la linea verticale condotta, sul piano di simmetria
della nave, a metà distanza fra la perpendicolare avanti e la perpendicolare addietro
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Definizioni generali
• Area di deriva: è la proiezione sul piano di simmetria dell’area immersa della carena
• Retta del baglio: retta orizzontale passante per l’intersezione fra la superficie fuori ossatura del
fianco e la superficie fuori ossatura del ponte
• Ponte di coperta: è il più alto ponte continuo da poppa a prora, non necessariamente stagno al
mare, ma solo alle intemperie
• Ponte di forza o resistente: è il più alto ponte strutturalmente continuo per tutta la lunghezza della
nave
• Bolzone: distanza verticale misurata sul piano di simmetria fra la retta del baglio è la superficie
inferiore del fasciame; esso serve per favorire il deflusso dell’acqua verso murata. Ne risulta un ponte
avente una curvatura in senso trasversale
• Insellatura: è una curvatura longitudinale dei ponti avente una concavità verso l’alto. Il suo scopo è
quello di aumentare la distanza fra il mare ed il ponte alle estremità e favorire il deflusso dell’acqua
verso la mezzeria nave. L’insellatura regolamentare è costituita da due archi di parabola; il rialzamento
a prora è doppio di quello di poppa.
Un ponte avente sia bolzone che insellatura costituisce una superficie a doppia curvatura, difficile e
costosa da costruire. Per questa ragione i ponti attualmente sono realizzati senza insellatura ed hanno
un bolzone costituito da tre elementi retti.
Cassero: sovrastruttura eretta sul ponte di bordo libero, estesa da fianco a fianco o avente il fasciame
dei fianchi al di fuori di 0.96 B. Si distinguono il cassero di prora (o castello), il cassero centrale ed il
cassero di poppa
• Tuga: sovrastrutture di limitata estensione trasversale
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Definizioni generali
AREA DI DERIVA
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Dimensioni principali
LUNGHEZZE
• Lunghezza fra le perpendicolari LBP (lenght between perpendicular): è la distanza fra la
perpendicolare avanti e la perpendicolare addietro
• Lunghezza fuori tutto LOA (lenght over-all): è la lunghezza estrema della nave
• Lunghezza al galleggiamento LWL (waterline lenght): è la lunghezza della figura di galleggiamento
• Lunghezza di carena LOS: è la lunghezza massima della parte immersa della nave
• Lunghezza di dimensionamento L (scantling lenght): è la lunghezza definita dai registri di classifica
come riferimento per i calcoli strutturali (in sostanza coincide con la lunghezza fra le perpendicolari e
deve essere compresa fra il 96% ed il 97% della lunghezza al galleggiamento di pieno carico)
LARGHEZZE
• Larghezza fuori ossatura B (moulded breadth): è la massima larghezza misurata fuori ossatura in
mezzeria nave al di sotto del ponte di coperta
• Larghezza massima BMAX (max. breadth): è la massima larghezza della nave
• Larghezza fuori fasciame (total breadth): è la massima larghezza misurata fuori fasciame in mezzeria
nave al di sotto del ponte di coperta
ALTEZZE
• Altezza di costruzione D (depth): è la distanza misurata verticalmente sulla sezione di mezzeria, dalla
linea di costruzione all’estremità superiore della retta del baglio del più alto ponte continuo
• Immersione massima TMAX (max. draught): è la massima immersione che la nave può avere
• Immersione di scantling T (scantling draught): è l’immersione di dimensionamento (in genere
coincide con TMAX)
• Immersione di progetto (design draught): è l’immersione alla quale viene ottimizzata la carena
• Immersione di bordo libero (free board draught): è la massima immersione che la nave può avere in
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accordo con la normativa del Bordo Libero
Dimensioni principali
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Elementi geometrici della carena
La definizione delle caratteristiche geometriche di una carena è di fondamentale importanza per la
valutazione della galleggiabilità, della stabilità e delle sollecitazioni strutturali.
In genere si fa riferimento a due tipi di calcolo:
CARENE DRITTE: si valutano le caratteristiche idrostatiche della carena con nave trasversalmente e
longitudinalmente dritta; talvolta, i calcoli vengono effettuati anche su carene longitudinalmente non dritte
(con assetto o trim)
CARENE INCLINATE TRASVERSALMENTE: si valutano le caratteristiche idrostatiche della carena con nave
trasversalmente inclinata e longitudinalmente dritta.
Due carene si dicono ISOCARENICHE (o ISOCARENE) se sono caratterizzate dallo stesso volume
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Carene dritte
• coefficiente di finezza totale CB (block coefficient): rapporto fra il volume di carena ed il volume di un
parallelepipedo avente le dimensioni della carena
CB 

L  B T
• coefficiente di finezza prismatico verticale CVP (vertical prismatic coefficient): rapporto fra il volume di carena ed
il volume di un cilindro avente come base l’area di galleggiamento ed altezza l’immersione
CVP 

WLA  T
• coefficiente di finezza prismatico longitudinale CP (prismatic coefficient): rapporto fra il volume di carena ed il
volume di un cilindro avente come base la sezione maestra ed altezza la lunghezza della carena
CVP 

AX  LBP
• coefficiente di finezza della sezione maestra CX o CM (midship section coefficient): rapporto fra l’area della
sezione maestra e la superficie di un rettangolo circoscritto a tale sezione
CX 
AX
B T
• coefficiente di finezza della superficie di galleggiamento CWL (waterline coefficient): rapporto fra l’area della
figura di galleggiamento e la superficie di un rettangolo circoscritto a tale sezione
CWL 
AWL
B  LBP
I coefficienti di finezza sono di particolare importanza per l’idrodinamica della carena
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Carene inclinate trasversalmente
Il calcolo delle carene inclinate ha lo scopo
di determinare le caratteristiche della
carena ai vari angoli di inclinazione. Il
parametro più importante è la distanza KR
(o KZ), che fornisce la posizione del centro
di carena; tale dato è importante per lo
studio della stabilità trasversale
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Tipologie strutturali
Struttura prevalentemente trasversale
Nave a fondo semplice
Trincarino
Squadra
del ponte
Cinta
Baglio
Paramezzale laterale
Anguilla
Puntello
Paramezzale centrale
Costola
Squadra
del ginocchio
Ginocchio
Lamiera di chiglia
Madiere
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Tipologie strutturali
Struttura prevalentemente longitudinale
Nave con doppio fondo
Trincarino
Cinta
Corrente long.
del fianco
Baglio
rinforzato
Corrente long.
del ponte
Anguilla
Cielo doppio fondo
Costola
rinforzata
Corrente long. cielo D.F.
Madiere
Squadra
del ginocchio
Paramezzale
centrale
Lamiera di chiglia
Ginocchio
Paramezzale laterale
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Corrente long. fondo
Tipologie strutturali
Struttura mista
Essa presenta struttura prevalentemente longitudinale sui ponti e sul fondo (zone in cui gli
elementi longitudinali danno il maggiore contributo alla robustezza longitudinale) e struttura
prevalentemente trasversale sui fianchi.
Questa struttura è tipica nelle navi bulk carriers a fianco semplice (ormai scomparse) e delle navi
ro-ro, car carrier e traghetto dove nelle zone alte non è più presente un doppio fianco.
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Due esempi di navi ro-ro
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Tipologie strutturali
Doppio fondo a struttura trasversale
Ossatura comune
Ossatura rinforzata
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Tipologie strutturali
Doppio fondo a struttura longitudinale
Ossatura comune
Ossatura rinforzata
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Tipologie strutturali
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Tipologie strutturali
Ponte a struttura trasversale
Paratia
Baglio rinforzato
Baglio rinforzato
Anguilla
Baglio ordinario
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Tipologie strutturali
Ponte a struttura longitudinale
Baglio rinforzato
Baglio rinforzato
Squadre
Anguilla
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Tipologie strutturali
Doppio scafo
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Tipologie strutturali
Doppio scafo
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Tipologie strutturali
Paratie piane
Paratia stagna a montanti verticali; si usa quando la paratia ha un’estensione prevalentemente
verticale
Traversa rinforzata
Montante rinforzato
Montante comune
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Tipologie strutturali
Paratie piane
Paratia stagna a correnti orizzontali; si usa quando la paratia ha un’estensione prevalentemente
orizzontale
Corrente ordinario
Montante rinforzato
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Tipologie strutturali
Paratie piane
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Tipologie strutturali
Paratie piane
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Tipologie strutturali
Paratie corrugate.
Sono più semplici da costruire, ma più difficili da collegare alle strutture del ponte. Infatti per
collegarle al ponte è necessario creare una struttura scatolare con la parte inferiore piana; se la
nave è dotata di una cassa trasversale alta (come nelle bulk carriers), essa costituisce di per se
una struttura scatolare con tali caratteristiche. Altrimenti è necessario creare il “baglio a cassetta”.
In alcune navi cisterna (ad esempio chimichiere) le strutture del ponte vengono sistemate
all’esterno.
E’ importante l’orientamento della corrugazione:
corrugazione verticale per paratie trasversali e corrugazione orizzontale per paratie longitudinali
(per evitare effetto fisarmonica sotto l’azione del momento flettente longitudinale)
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Paratie corrugate.
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Tipologie strutturali
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Tipologie strutturali
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Robustezza della nave
Il problema della robustezza della nave viene analizzato dividendolo nelle seguenti parti:
• robustezza longitudinale (trave scafo)
• robustezza trasversale (telai trasversali)
• robustezza torsionale
• robustezza locale (apparati motori, …)
I carichi che agiscono sulla nave sono statici e dinamici.
Robustezza longitudinale
E’ l’attitudine della nave a resistere a deformazioni secondo il suo asse longitudinale.
Tali sollecitazioni sono presenti non solo in mare ondoso, ma anche a nave ferma in acque
tranquille. Infatti, anche se globalmente in equilibrio, qualsiasi galleggiante è sottoposto a carichi
localmente squilibrati:
• le forme di carena, non simmetriche nel senso prora-poppa, portano a differenze di spinta
• la diversa distribuzione dei pesi a bordo dà luogo ad una distribuzione di carico non omogenea
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Robustezza della nave
Robustezza longitudinale
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Robustezza della nave
Peso e distribuzione dei pesi di nave scarica e asciutta
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Robustezza della nave
Robustezza longitudinale
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Robustezza della nave
Robustezza longitudinale. Sollecitazione ondosa
Al momento flettente che la nave ha in acque
tranquille, va aggiunto il momento flettente d’onda.
Esso può essere valutato:
• da calcoli statici
• dalle formule proposte dai registri di classifica
• da calcoli diretti
Distribuzione longitudinale del
momento flettente d’onda
fornita dai registri di classifica
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Robustezza della nave
Robustezza longitudinale. Sollecitazione ondosa
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Robustezza della nave
Robustezza trasversale
E’ la robustezza delle strutture che compongono gli anelli trasversali
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Robustezza della nave
Robustezza torsionale
Essa è dovuta a squilibri dei carichi e delle sollecitazioni ondose nel
senso longitudinale-trasversale.
Sono particolarmente sensibili alle sollecitazioni torsionali le navi che
hanno grandi aperture sui ponti (ad esempio navi portacontenitori).
Su tali navi si viene di fatto a creare una sezione trasversale
resistente aperta (ad U), che non è particolarmente adatta per
sopportare sollecitazioni torsionali. Per conferire maggiore
irrigidimento torsionale alla struttura, nelle navi portacontenitori
vengono realizzate delle apposite strutture scatolari nella zona alta
del doppio fianco.
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Esempio di nave portacontainer
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Tipologie strutturali
Sezione trasversale
di un traghetto
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Sezione longitudinale di un traghetto
classico (Ro-Ro pax)
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Tipologie strutturali
Sezione trasversale
di una cruise
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Vista di poppa per due cruise
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Vista poppiera di una moderna cruise
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