Flessione della nave - NOINAVI

La nave è composta da un insieme di strutture resistente complesse, il cui calcolo non è immediato.

Come primo approccio si può effettuare una grande semplificazione, immaginando la nave come una trave. Poggiata su supporti (spinta dell'acqua) e forze, quali il peso proprio ed i carichi.

Il peso della nave è costituito da:

Graficamente lo si rappresenta assumendo in ascissa l'intera lunghezza della nave ed in ordinata il peso. Dal diagramma si evince che il peso dello scafo ha il suo massimo nel corpo cilindrico, mentre degrada alle sue estremità. le paratie stagne trasversali indicano un aumento di peso localizzato, mentre a poppavia sono indicati il peso delle macchine e del cassero.

Il diagramma è relativo ad una petroliera, ma potrebbe essere valido anche per una rinfusiera. Una nave pax avrà una distribuzione dei pesi più uniforme e le paratie trasversali avranno un'evidenza minore.

Sino ad ora si è considerata la nave come appoggiata uniformemente (sostenuta dalla spinta di Archimede) e con tutti i suoi pesi, distribuiti uniformemente.

Si supponga di avere una configurazione costituita da una trave ideale filiforme, libera di ruotare, posta su  un appoggio solidale al terreno ed un appoggio mobile.

a) la trave è appoggiata, libera di ruotare sui due supporti;

b) applicato un carico alla trave, si deforma elasticamente, per una freccia "f". Per effetto del carico, la distanza fra gli estremi della trave diminuisce. per tale ragione, un solo supporto è rigido con il suolo, mentre l'altro è  mobile.

Almeno un supporto deve essere libero, per evitare tensioni indotte lungo la trave. Nella figura successiva si vede un ponte poggiato su uno scorrevole, proprio per le motivazioni anzi addotte.

c) Trave con sezione quadrata. Questa trave si comporta come la trave "filiforme".

Il ponte è un "sistema complesso" che, con qualche semplificazione, è assimilabile a quanto visto.

Il ponte alla sua estremità poggia su supporto mobile (evidenziato in figura). Al passaggio di carichi, si deformerà insellandosi e spostandosi sul rullino. Spostamenti e freccia sono misurabili strumentalmente. La trave-ponte lavora in campo elastico.

La trave sollecitata verso il basso si inarca e di conseguenza le fibre della superficie superiore si comprimono (1), mentre quelle della faccia inferiore si tendono (2).

In una sezione trasversale qualunque della trave si generano, sull'estradosso e sull'intradosso, due tensioni di segno opposto che si possono  rappresentare con due vettori di segno opposto.

E' evidente che, nel transito,  da un vettore di valore "+X" ad un vettore "-X", esisterà un vettore di valore "0X" ovvero un punto (3) in cui la tensione cambiando da segno positiva a negativa è pari a ZERO. Ciò avviene su tutta la trave in cui si ha un "piano neutro (4)" (trave di materiale omogenea e di profili simmetrico).

In conclusione: le tensioni maggiori di una trave sottoposta a sollecitazione, si trovano alla periferia della trave.

Travi di acciaio a sezione quadra sarebbero troppo pesanti, per cui si preferisce utilizzare profili con sezione a doppio T o assimilabili (5). La parte resistente si denomina "piattabanda", mentre la parte di collegamento fra di esse è denominata "anima".

A favore della leggerezza, senza diminuire la resistenza della trave, si effettuano fori di alleggerimento (di dimensioni discrete) in corrispondenza dell'asse neutro (6).

La nave vista come una trave scatolare, ha il lembo superiore nel ponte resistente ed il lembo inferiore nel fasciame del fondo. I fianchi della nave sono l'elemento di collegamento fra le due strutture resistenti.

A seconda di come una trave è caricata ed in funzione delle reazioni si potrà inflettere:

Durante le operazioni di carico o discarica della nave potrebbe accadere che i pesi fossero distribuiti non uniformemente.

Carichi concentrati senza criterio possono insellare (A) od inarcare (B) la nave.

Talvolta l'esigenza del caricatore potrebbe scontrarsi con il comando che imporrà la tutela dell'integrità della nave.

Il libretto di caricazione e per chi è dotato di un sistema elettronico, consentono di evitare stress non adeguati alla robustezza della nave.

Una struttura come una trave di materiale omogeneo, sottoposta a tensione distribuirà le "linee di forza" uniformemente nella sua sezione. La tensione interna sia essa di trazione (figura) che di compressione si distribuisce uniformemente su tutta la sezione.

Ove in una sezione sottoposta a tensione, sia presente una falla (inclusione, soffiatura, cricca di raffreddamento, etc.), la tensione si distribuirà sulla sezione restante, creando una concentrazione indesiderata  di tensioni non prevista.

La figura illustra quantitativamente il concetto.

Sia nella costruzione navale che industriale si incorre frequentemente in strutture ad "angolo". Le linee di forza segnate quantitativamente nel diagramma "A" evidenziano la concentrazione di tensione nell'angolo concavo della struttura.

Una struttura così realizzata presenta un punto critico nell'angolo concavo. L'immaginane "B" ripiana la distribuzione delle tensioni facendone transitare una parte in un elemento aggiuntivo. Una squadretta  flangiata per l'accoppiamento baglio-costola o costola-madiere od una struttura scatolare su una nave portacontainer.

La nave considerata come trave, quando sia in acque tranquille, quali porti, rade  riparate, etc., sarà sostenuta su tutta la sua lunghezza. Per avere la "nave sicura" si debbono considerare anche condizioni di mare estreme, nonché caricazioni improprie.

Analizzata la situazione in acqua tranquilla, è necessario procedere oltre in considerazione della possibilità di mare avverso.

Si è individuato un algoritmo che interpreti il moto ondoso. L'onda trocoidale risponde con buona fedeltà all'esigenza. Graficamente, un cerchio di raggio "R" ruota su un percorso pari al suo intero perimetro (2 p R).

Solidale ad esso un cerchio concentrico di raggio "r" ruoterà tracciando un onda di periodo "2 p R" ed altezza (da ventre a cresta) pari a 2r.