Corso di LOGISTICA

1. Corsodi LOGISTICA La Struttura della Nave Presentazione rivisitata dal prof. A. Vega

2. Organizzazione del corso La struttura dello scafo

3. 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

4. Rappresentazione della superficie di carena • La superficie di carena che viene rappresentata è la cosiddetta superficie fuori ossatura (mouldedsurface). 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….)

5. Rappresentazione della superficie di carena

6. Rappresentazione della superficie di carena

7. 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 (foreperpendicular): 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 (aftperpendicular): 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(midshipperpendicular): la linea verticale condotta, sul piano di simmetria della nave, a metà distanza fra la perpendicolare avanti e la perpendicolare addietro

8. 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

9. Definizioni generali AREA DI DERIVA

10. Dimensioni principali • LUNGHEZZE • Lunghezza fra le perpendicolari LBP (lenghtbetweenperpendicular): è la distanza fra la perpendicolare avanti e la perpendicolare addietro • Lunghezza fuori tutto LOA (lenghtover-all): è la lunghezza estrema della nave • Lunghezza al galleggiamento LWL (waterlinelenght): è la lunghezza della figura di galleggiamento • Lunghezza di carena LOS: è la lunghezza massima della parte immersa della nave • Lunghezza di dimensionamento L (scantlinglenght): 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 (mouldedbreadth): 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 (scantlingdraught): 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 boarddraught): è la massima immersione che la nave può avere in accordo con la normativa del Bordo Libero

11. Dimensioni principali

12. 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 caratteristicheidrostatiche 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

13. 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 • 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 • 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 • 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 • 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 I coefficienti di finezza sono di particolare importanza per l’idrodinamica della carena

14. 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

15. Tipologie strutturali Struttura prevalentemente trasversale Nave a fondo semplice Trincarino Squadra del ponte Cinta Anguilla Baglio Puntello Paramezzale laterale Paramezzale centrale Costola Squadra del ginocchio Lamiera di chiglia Ginocchio Madiere

16. Tipologie strutturali Struttura prevalentemente longitudinale Nave con doppio fondo Trincarino Cinta Corrente long. del fianco Corrente long. del ponte Anguilla Baglio rinforzato Cielo doppio fondo Costola rinforzata Corrente long. cielo D.F. Madiere Squadra del ginocchio Paramezzale centrale Lamiera di chiglia Ginocchio Paramezzale laterale Corrente long. fondo

17. 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, carcarrier e traghetto dove nelle zone alte non è più presente un doppio fianco.

18. Due esempi di navi ro-ro

19. Tipologie strutturali Doppio fondo a struttura trasversale Ossatura comune Ossatura rinforzata

20. Tipologie strutturali Doppio fondo a struttura longitudinale Ossatura comune Ossatura rinforzata

21. Tipologie strutturali

22. Tipologie strutturali Ponte a struttura trasversale Paratia Baglio rinforzato Baglio rinforzato Anguilla Baglio ordinario

23. Tipologie strutturali Ponte a struttura longitudinale Baglio rinforzato Baglio rinforzato Squadre Anguilla

24. Tipologie strutturali Doppio scafo

25. Tipologie strutturali Doppio scafo

26. 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

27. Tipologie strutturali Paratie piane Paratia stagna a correnti orizzontali; si usa quando la paratia ha un’estensione prevalentemente orizzontale Corrente ordinario Montante rinforzato

28. Tipologie strutturali Paratie piane

29. Tipologie strutturali Paratie piane

30. 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)

31. Tipologie strutturali Paratie corrugate.

32. Tipologie strutturali

33. 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

34. Robustezza della nave Robustezza longitudinale

35. Robustezza della nave Peso e distribuzione dei pesi di nave scarica e asciutta

36. Robustezza della nave Robustezza longitudinale

37. 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

38. Robustezza della nave Robustezza longitudinale. Sollecitazione ondosa

39. Robustezza della nave Robustezza trasversale E’ la robustezza delle strutture che compongono gli anelli trasversali

40. 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.

41. Esempio di nave portacontainer

42. Tipologie strutturali Sezione trasversale di un traghetto

43. Sezione longitudinale di un traghetto classico (Ro-Ro pax)

44. Tipologie strutturali Sezione trasversale di una cruise

45. Vista di poppa per due cruise

46. Vista poppiera di una moderna cruise