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Elementi di statica della nave

Architettura > Statica
Carena
La parte immersa della nave è denominata carena od opera viva. E’ un volume normalmente misurato “fuori ossatura, entro fasciame” (V), in particolari casi “fuori fasciame” (Vs), ove il volume del fasciame è circa lo 0,6% di V.

Galleggiamento
Principio di Archimede (287-212 a.C.): Un corpo immerso in liquido riceve una spinta dal basso verso l'alto pari al peso del volume del liquido spostato (dislocato, displaced).
B – Δ = 0    (equilibrio)
Δ = dislocamento ovvero il peso della nave, ovvero peso dell'acqua "dislocata";
B = Buoyancy, spinta che viene esercitata verso l'alto dall'acqua spostata.
Peso della nave
Dislocamento
della nave (displacement tonnage) è il suo peso; si esprime in tonnellate (di peso). Esso equivale al peso dell’acqua spostata dalla carena, tenendo conto del suo peso specifico (mediamente 1,025 kgf/dm3: SOLAS II-1 Regola 2.20).

Dislocamento unitario (per centimetro),
indica la variazione di dislocamento della nave per ogni centimetro di sovra-immersione o di emersione (isoclina o a nave dritta), a seconda che si imbarchi o sbarchi un peso sulla verticale del centro del peso della nave (G gravity center). Si esprime in tonnellate metriche per centimetro. La nave non è un parallelepipedo, ma ha forme via via più sottili dalla linea di galleggiamento (summer line), verso la linea di costruzione (baseline). Un centimetro di dislocamento unitario (ΔuCm) in prossimità della linea di galleggiamento di bordo-libero, corrisponderà ad un maggior numero di tonnellate, rispetto ad altri sottostanti, ove la carena ha un minor volume unitario. In dislocamento unitario, in funzione dell’immersione, è riportato nei diagrammi degli “elementi geometrici caratteristici delle carene dritte” in dotazione ad ogni nave. Le navi sono anche dotate delle scale di solidità (loading tables), che agevolano il calcolo della variazione di dislocamento a nave dritta. (di seguito le immagini esemplificative di alcune scale di solidità e di una tavolad dlle carene dritte).

Assetto
SOLAS II-1 Regola 2.13  L'assetto (trim) è la differenza tra il pescaggio a prua e il pescaggio a poppa, dove i pescaggi sono misurati rispettivamente alle estremità di prua e di poppa, senza considerare l'eventuale inclinazione della chiglia.

Momento unitario di assetto
indica la variazione di inclinazione longitudinale della nave per ogni centimetro di sovra-immersione o di emersione della prua rispetto alla poppa. Si esprime in tonnellate per metro. Il momento unitario di assetto è riportato sulle scale di solidità in dotazione ad ogni nave e nelle tavole delle carene dritte.
Dislocamento unitario e momento unitario d’assetto sono indispensabili per la gestione della caricazione e discarica della nave. Sono altresì utilissimi in caso di incaglio. Si potrà calcolare la reazione di spinta dell’incaglio e la posizione in cui essa si applica. Tali informazioni consentiranno al comando di spostare o scaricare un peso tale da liberarela nave dalle pastoie. Le navi sono oggi dotate di sistemi informatici che danno immediata risposta senza l'uso di alcuna tavola cartacea.
Scala di solidità product carrier
Scala di solidità di product carrier da 25.000 TDW
Scala solidità petroliera
Scala di solidità di petroliera da 150.000 TDW
Scala solidità LNG carrier
Scala di solidità di nave per trasporto di gas naturale liquefatto da 40.000 cm al 98,5% full, -160°C
Scala solidità containership
Scala di solidità di nave portacontainer da 63.000 TDW,
Vecchia nave da carico
Vecchia nave da carico avente Lbp 136m.
NOTA riportata sulle loading tabeles di questa nave:
"Le portate sono relative alla motonave completa come consegnata dal costruttore con caldaie a livello, ma priva di compartimentazione da guerra e di armamento guerrescoo".
Nel dopoguerra, sino agli inizi degli anni '70, le navi costruite in Italia avevano alcune disposizioni per ospitare eventuali armamenti bellici-difensivi ... .
Tavola delle carene dritte
Legge di Stevino


P agente sulla carena

P0 = pressione a livello del mare,
g = accelaerazione di gravità (9.81 m/sec2 ),
ρ = Peso specifico dell'acqua (1,025 kgf/dm3),
z = profondità cui si vuole calcolare la pressione Pz ,
Pz = pressione alla profondità "z".

La pressione agisce in modo  "NORMALE"  (perpendicolarmente) alla superficie su cui si esercita. Le pressioni esercitate sui fianchi, si annullano vicendevolmente, mentre sul fondo si esercita una pressione idrostatica residua con componente verso l'alto, pari a:  ρgz
Stazza
La stazza è una misura di volume. La stazza di una nave è il suo volume chiuso, di tutti i volumi che possono essere computati conformemente alla convenzione internazionale (Convenzione internazionale sulla misurazione della stazza delle navi del 1969 ; emendata nel 1982). La stazza si misura in “tonnellate di stazza”; una tonnellata di stazza equivale a 2,832 m3 ovvero 100 piedi-cubi.
La stazza netta è riferita al volume utile commerciale, pagante, dedicato al carico, include in generale: gli spazi per i passeggeri, le cisterne del carico (tankers), le stive delle navi da carico, mentre lo “shelter deck" dielle provvisto delle "aperture di stazza" è soggetto a regole specifiche.
La stazza lorda comprende la stazza netta e tutti gli altri spazi chiusi di servizio alla nave, quali ad esempio: apparato motore, depositi bunker, olio, acqua, cucine, cambusa, alloggi dell’equipaggio.
La stazza della nave è l’elemento ufficiale per il pagamento di alcuni oneri, quali ad esempio: ormeggio, ancoraggio, rimorchiatori, nonché di passaggio, quali: “canale di Suez”, “canale di Panama”. Questi ultimi due sono soggette a valutazioni diverse dal trattato internazionale ed hanno regole proprie.
Centre of buoyancy (B)
The geometric centroid, B of the submerged volume of a body or ship through which the total buoyancy may be assumed to act. . The distance measured from the baseline (KB) is called Vertical centre of buoyancy.

Centre of gravity (G)
The centre through which all the weights constituting the ship and its contents may be assumed to act. The distance measured from the baseline (KG) is called Vertical centre of gravity.

Centre of floatation
The geometric centroid of the area of waterplane of any waterline. Its position measured as the distance from midships or from the fore or after perpendicular, is called Longitudinal centre of flotation, and is generally expressed as a ratio of the waterline length.
Stabilità
Bilingue
Equivalenza fra sistema tradizionale-nazionale e sistema ibternazionale per le definizioni della stabilità
Stabilità della nave: metodo metacentrico
Il metodo è valido per inclinazioni della nave non superiori a 10° (alcuni autori accettano sino a 12°), comunque si tratta di angoli "piccoli", per cui vale il teorema di Bouguer (1746).
Metacentro
Si ottiene un punto specifico M di un corpo galleggiante, che è l'intersezione di due assi verticali che passano per il centro di galleggiamento B (centro di gravità del fluido spostato) a due angoli di inclinazione leggermente diversi.
Traité du Navire, de sa construction et de ses mouvemens
Bourger
Teorema di Bouguer
Bourget
Bouguer ha formulato il teorema riguardante la distanza tra B e M in relazione al momento di inerzia del piano di galleggiamento e il volume del liquido spostato.
JT = transverse second moment of area (or moment of inertia) of the waterplane [L4]
 
JL = longitudinal second moment of area (or moment of inertia) of the waterplane [L4]
 
∇ = volume of displacement [L3]
Metacentric radious
Metacentric radius transverse:
The height, measured vertically, of the transverse metacentre above the centre of buoyancy of a ship in the upright position.
BM is the radius of curvature of the locus of the centre of buoyancy related to transverse inclinations.

Raggio metacentrico trasversale:
L'altezza, misurata verticalmente, del metacentro trasversale sopra il centro di galleggiamento della nave in posizione verticale.
BM è il raggio di curvatura del luogo dei centri di galleggiamento relativi alle inclinazioni trasversali.
Initial stabilty
GM  = BM – BG

To be adequately stable, the metacentric height (GM) of the loaded vessel, floating upright in still water, is required to be above a minimum value.
L’“Intact stability code” al 2.2.4 enuncia:
“The initial metacentric height GM0 shall not be less than 0.15 m“.
Normalmente l’altezza metacentrica è compresa tra 0,40 d 0,80 m.
Raggio metacentrico
Il raggio metacentrico aumenta con l'aumentare della larghexxa della nave a parità di volume immmerso.
J su V
Teorema di Varignon
Un sistema di vettori le cui direzioni agiscano in uno stesso punto “O” è equivalente alla risultante del sistema applicata nello stesso punto “O”.
Vale il viceversa:
Un vettore applicato in un punto “O” può essere scomposto in un sistema equivalente di due o più vettori applicati nello stesso punto.
Il  teorema è importante allo scopo di determinare il momento stabilizzante della nave.
RIEPILOGO delle DEFINIZIONI
Heel
 when a ship is inclined by an external force (ex. action of the waves or wind).
Sbandamento
 quando la nave è inclinata da una forza esterna (es. azione delle onde o del vento).
List
  a ship is inclined by forces within the ship (ex. shifting a weight transversely within the ship; flooding).
Sbandamento
 Quando la nave è inclinata da forze all'interno della nave (es. spostamento di un peso trasversalmente, allagamento).
Centre of buoyancy (B)
 The geometric centroid, B of the submerged volume of a body or ship through which the total buoyancy may be assumed to act. . The distance measured from the baseline (KB) is called Vertical centre of buoyancy.
Centro di galleggiamento (B)
 Il centro geometrico, B del volume sommerso di un corpo o di una nave attraverso il quale si può presumere che agisca la galleggiabilità totale. . La distanza misurata dalla linea di base (KB) è chiamata Centro verticale di galleggiamento.
Centre of gravity (G)
 The centre through which all the weights constituting the ship and its contents may be assumed to act. The distance measured from the baseline (KG) is called Vertical centre of gravity.
Centro del peso della nave (G)
 Il punto ideale da cui si può presumere che agisca l’insieme dei pesi che costituiscono la nave e il suo contenuto. La distanza misurata dalla linea di base (KG) è chiamata Centro del peso verticale.
Centre of floatation
The geometric centroid of the area of waterplane of any waterline. Its position measured as the distance from midships or from the fore or after perpendicular, is called Longitudinal centre of flotation, and is generally expressed as a ratio of the waterline length.
Centro di galleggiamento
Il centro geometrico dell'area dell'area di galleggiamento di qualsiasi linea di galleggiamento. La sua posizione misurata come distanza da centro nave o dalla perpendicolare di prora o di poppa è detta Centro longitudinale di galleggiamento, ed è generalmente espressa come rapporto della lunghezza al galleggiamento.
Stability
The property of a body, which cause it (when its equilibrium is disturbed), to develop forces or moments acting to restore its original condition
Stabilità
La proprietà di un corpo, che lo induce (quando il suo equilibrio è disturbato), a sviluppare forze o momenti che agiscono per ripristinare la sua condizione originale.
Metacentre transverse (M)
The intersection of the vertical through the centre of buoyancy of an inclined ship with the upright vertical when the angle of inclination approaches to zero as limit, for transverse inclinations.
Metacentro trasversale (M)
L'intersezione della verticale attraverso il centro di galleggiamento di una nave inclinata con la verticale verticale quando l'angolo di inclinazione si avvicina a zero come limite, per inclinazioni trasversali.
Metacentre height above the baseline (KM)
The height, measured vertically, of the transverse or longitudinal metacentre above the baseplane of a ship in the upright position.
Altezza del metacentro sopra la linea di base (KM)
L'altezza, misurata verticalmente, del metacentro trasversale o longitudinale sopra il lnea di base (linea di costruzione) di una nave in posizione verticale.
Metacentre height, transverse
 
The distance between the centre of gravity and the transverse metacentre, measured vertically in the equilibrium position. It is positive when M is above G when the ship is said to have metacentric stability; that is, on inclination to a small angle a restoring moment arises which acts to return the ship to the vertical.
Altezza del metacentro, trasversale
La distanza tra il il centro del peso della nave e il metacentro trasversale, misurata verticalmente nella posizione di equilibrio. È positivo quando M è sopra G quando si dice che la nave ha stabilità metacentrica; cioè, inclinando di un piccolo angolo nasce un momento di ripristino che agisce per riportare la nave alla verticale.
Metacentric radius, transverse:
The height, measured vertically, of the transverse metacentre above the centre of buoyancy of a ship in the upright position.
Geometrically, BM is the radius of curvature of the locus of the centre of buoyancy related to transverse inclinations.
Raggio metacentrico, trasversale
L'altezza, misurata verticalmente, del metacentro trasversale sopra il centro di galleggiamento della nave in posizione verticale. Geometricamente, BM è il raggio di curvatura del luogo del centro di galleggiamento relativo alle inclinazioni trasversali.
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