ARHITECTURA NAVALA

NAVAL ARCHITECTURE

7. STABILITATEA LA UNGHIURI MARI DE INCLINARE

7.1 GENERALITATI

Formula lui Atwood . Cand unghiul de inclinare este mai mare de 4 – 5grade, punctul M la care verticala prin centrul de plutire intalneste planul diametral nu mai poate fi considerat fix. Inaltimea metacentrica nu mai este o masura corespunzatoare a stabilitatii. Se utilizeaza in schimb valoarea bratului de redresare GZ. Sa presupunem ca nava este in echilibru sub actiunea greutatii si flotabilitatii cu W0L0 si W1L1 plutirile inainte si dupa inclinarea cu unghiul φ. Aceste doua plutiri se vor intersecta intr-un punct oarecare S iar cele doua volume, imers si emers vor fi egale (nava in echilibru). Volumul v reprezentat de W0SW1 este emers si volumul egal L0SL1 va fi imersat. Utilizand notatiile din figura 7.1, deplasarea orizontala a centrului de plutire este data de :

B0R = v x hehi / d si GZ = B0R - B0G sin φ

Aceasta reprezentare pentru GZ este adesea denumita formula lui Atwood.

1

Figura 7.1 – Formula lui Atwood

7.2 CURBE DE STABILITATE

Curbele stabilitatii statice . Prin evaluarea lui v si hehi pentru un domeniu de unghiuri de inclinare se obtine o curba a lui GZ in functie de φ. Un exemplu tipic este dat in figura 7.2.

2

Figura 7.2 – Curba stabilitatii statice

GZ creste de la 0 pentru a atinge un maxim in A si apoi descreste devenind 0 in punctul B. OB este cunoscut ca domeniu de stabilitate. Curba GZ functie de unghiul de inclinare este cunoscuta sub numele de curba stabilitatii statice. Este dificil sa determinam pozitia punctului S. O metoda este indicata in figura 7.3. Nava este mai intai inclinata in jurul unei axe pupa – prova care trece prin O. Se formeaza doua pene de lichid, inegale. Ele se echilibreaza prin afundare. Notand cu e si i, zona emersa, respectiv imersa obtinem :

si GZ = B0R - B0G sin φ =

3

Figura 7.3

Pentru unghiuri mici GZ este inca egal cu GM φ astfel incat panta curbei GZ in origine este egala cu inaltimea metacentrica. La GM usor negativ apare un unghi de canarisire (loll angle). Nava se va banda o perioada intr-un bord apoi se va « canarisi »in celalat bord. Nava ramane stabila dar se comporta « ciudat ».(figura 7.4)

Figura 7.4 – Unghiul de canarisire.

Inaltimea metacentrica in cazul conditiilorde instabilitate Daca φ1 este unghiul de odihna, valoarea lui GM la unghiuri mici de inclinare in jurul pozitiei de odihna, va fi dat de panta curbei GZ in acel punct : GZ = sin φ (GM + 1/2B0M tan2 φ si :

4

Substituind φ1 cu φ avem dGZ/dφ = 0 + B0M tan2 φ/cos φ1 = -2GM/cos φ1

Curbele in cruce de stabilitate In figura 7.5 este aratata nava inclinata la unhiul φ . De notat ca S nu este acelasi cu cel din figura 7.3. Calculand pentru un domeniu de plutiri, deplasamentele si distantele SZ se obtin curbele din figura 7.6 care sunt curbele incrucisate de stabilitate, care depind de geometria corpului si nu de incarcarea lui.

Figura 7.5

5

Figura 7.6 – Curbele incrucusate de stabilitate

Caracteristicile curbelor stabilitatii statice S-a aratat mai sus ca panta curbelor de stabilitate in origine reprezinta stabilitatea initiala GM. Ordonata maxima a curbei multiplicata cu deplasamentul este egala cu momentul cel mai mare, stabilizat pe care nava il poate suporta fara a se rasturna. Valoarea la care GZ devine zero, este unghiul cel mai mare de la care nava revine la pozitia initiala cand perturbatia inceteaza. Se numeste unghi de apus (angle of vanishing stability). Domeniul unghiurilor in care GZ ramane pozitiv se numeste domeniul de stabilitate (range of stability). Factorii importanti care determina domeniul de stabilitate sunt bordul liber si rezerva de flotabilitate. Unghiul de imersiune al puntii variaza pe lungimea navei. Totusi el prezinta o inflexiune cand puntea este imersata cu un unghi mic pe o lungime oarecare. Functia GZ(φ) este impara adica GZ(-φ) = - GZ(φ). Daca prin pnctul A de coordonate φA si GZA se duce o tangenta la curba si o dreapta orizontala, atunci segmentul definit de punctele de intersectie ale verticalei situate la 1 radian fata de A cu cele 2 drepte determina inaltimea metacentrica in acel punct (GM) φA. Aria suprafetei definita de curba stabilitatii GZ(φ) si axa O φ si verticala punctului φ reprezinta lucrul mecanic al stabilitatii pentru aceasta inclinare a navei.Aria totala cuprinsa sub curba de stabilitate si axa Oφ reprezinta rezerva de stabilitate

6

dinamica. In practica exista trei tipuri reprezentative de diagrame ale stabilitatii statice :

1. Diagrama a carei tangenta in origine se afla deasupra sa. Se caracterizeaza prin :

o Stabilitate initiala foarte buna (GM = 0,6…1,5m).

o Rezerva de stabilitate dinamica suficient de mare.

o Unghiul de apus poate lua valori pana la 1000.

2. Diagrama a carei tangenta in origine se afla sub ea, deci cu un punct de inflexiune pe ramura crescatoare. Se caracterizeaza prin :

o Stabilitate initiala mai mica decat la tipul anterior (GM = 0,4…0,6m).

o Rezerva de stabilitate dinamica mai redusa decat la tipul anterior.

o Unghiul de apus mare putand lua valori pana la 1100.

o Unghiul corespunzator maximului, mai mare decat la tipul anterior.

3. Diagrama corespunzatoare navei cu stabilitate initiala negativa. Acest tip are urmatoarele caracteristici :

o Pe intervalul [0, φC] este situata sub axa absciselor.

o Stabilitatea initiala este negativa (GM<0)

o Pe intervalul [φC, φV] are stabilitate initial si rezerva de stabilitate dinamica buna.

Nava cu o astfel de stabilitate are plutirea initiala inclinata in plan transversal cu unghiul φC denumit unghi de canarisire.

3. DEPLASAREA GREUTATILOR

Deplasarea transversala a greutatilor Se intampla ca o grutate sa se deplaseze transversal sub actiunea ruliului. Daca aceasta greutate o notam cu w si ea se misca pe orizontala cu o distanta h, atunci centrul de greutate al navei se va misca cu GG1=wh/W unde W este greutatea navei. In figura 7.7, valoarea lui GZ se reduce cu

7

GG1cos φ si valoarea modificata a bratului de redresare este GZ – (wh/W) cos φ. Cu exceptia greutatilor suspendate, greutatea nu se va reintoarce la pozitia initiala cand nava se inclina inapoi. Momentul de redresare se va reduce la inclinarea intr-un bord si va creste la inclinarea in celalalt bord. Daca GG1cos φ este reprezentat pe curba stabilitatii statice (figura 7.8), cele doua curbe se intersecteaza in punctele B si C. B da noua pozitie de echilibru a navei in apa linistita iar C noul unghi de apus. Domeniul de stabilitate si bratul maxim de redresare s-au redus in bordul in care nava se inclina. Pentru bordul opus valorile au crescut, dar trebuie considerat cazul cel mai nefavorabil. De aceea trebuie luate masuri pentru a impiedica deplasarea greutatilor la bordul navei.

Figura 7.7 – Deplasarea transversala a greutatilor

8

Figura 7.8 – Modificarea curbei stabilitatii static GZ la deplasarea greutatilor

Marfurile in vrac . O situatie particulara o constituie transportul marfurilor uscate in vrac cum sunt granele, minereul si carbunele. Toate marfurile de acest tip au un unghi de stivuire (angle of repose). Daca nava ruleaza la unghiuri mari, atunci aceste marfuri se misca intr-un bord dar nu mai revin in bordul celalalt. Rezulta o inclinare permanenta cu reducerea stabilitatii in acel bord. In trecut s-au pierdut multe nave din aceasta cauza. Figura 7.9 arata o sectiune prin magazia unei nave care transporta marfa in vrac. Daca nava ruleaza, marfa ia o noua pozitie aratata prin linia inclinata. O anumita greutate w se misca orizontal cu distanta h1 si vertical cu h2 . Ca rezultat centrul de greutate G se va deplasa cu wh1/Δ intr-un bord si cu wh2/Δ mai sus. Bratul de redresare modificat devine G1Z1 = GZ – w( h1cos φ + h2 sin φ)/ Δ.

Au aparut reglementari pentru a micsora deplasarile marfii in vrac si in special a granelor. In primul rand cand o magazie este umpluta cu grane in vrac, ele trebuie aranjate astfel incat sa umple toate spatiile magaziei. Deasemeni se prevad pereti longitudinali si pereti mobili care sa restrictioneze deplasarea geanelor. Au un efect similar prin divizarea tancurilor la navele petroliere. Regulile actuale cer ca peretii mobili sa se extinda in jos de la fata interioara a capacelor pana la o adancime determinata prin calcul. Peretii centrali sunt din otel si se extind de la fundul magaziei pana la capace. Peretii mobili sunt din lemn si pot fi inlaturati cand nu se transporta marfuri in vrac.

9

Figura 7.9 – Deplasarea marfii uscate la transportul in vrac.

7.4 STABILITATEA DINAMICA

Pana acum stabilitatea a fost considerata un fenomen static. In realitate este un fenomen dinamic. Din punct de vedere dinamic, inclinarea navei se aseamana cu rostogolirea unui semicilindru pe un plan orizontal. Fie inclinarea instantanee a navei cu un unghi δφ, produsul dintre deplasament GZ si δφ este lucrul mecanic pentru inclinarea navei. Aria de sub curba GZ pana la unghiul de inclinare dat este proportionala cu energia necesara inclinarii pana la acel unghi. Este o masura a energiei pe care nava o absosrbe din vant si valuri. Aceasta energie este potentiala deoarece nava se inclina incet. In realitate o nava poate avea si o energie cinetica datorita actiunii valurilor su vantului.

Influenta vantului asupra stabilitatii. Vantul travers creaza o forta asupra suprafetei velice a navei la care se opune o forta hidrodinamica datorita deplasarii laterale, lente a navei in apa. Forta aerodinamica actioneaza in centrul de presiune al suprafetei velice iar forta hidrodinamica actioneaza la jimatatea pescajului (figura 7.10). Fie h distanta initiala, pe verticala intre cele doua forte pe care cu o buna aproximatie putem sa le consideram egale. La inclinarea cu un unghiul φ, h si aria A se vor reduce cu cosφ. Forta produsa de vant este proportionala cu patratul vitezei vantului Vw si poate fi scrisa in forma urmatoare : forta vantului = kA V w

2 cos φ unde k este o constanta empirica. Momentul va fi M = kA h V w

2 cos 2 φ . Curba momentului dat de vant poate fi plotata impreuna cu curba ΔGZ ca in figura 7.11. Daca momentul dat de vant se aplica lent, nava se va inclina la un unghi reprezentat de punctul A iar domeniul de stabilitate se va extinde de la A la B. Pe de alta parte daca momentul se aplica brusc (instantaneu), cantitatea de energie aplicata navei care se inclina pana in punctul A va fi reprezentata de aria DACO. Energia absorbita de nava va reprezentata de aria OAC si energia ramasa o va deplasa dincolo de A la un unghi oarecare reprezentat de unghiul F astfel incat aria AEF = aria DAO. Daca B va fi dincolo de B nava se va rasturna presupunand ca vantul actioneaza in continuare. Un caz critic pentru nava este daca ea este deja inclinata de vant si o rafala o loveste in acel moment. Sa presupunem ca acesta pozitie din figura 7.11 este reprezentata de GH. Nava ar trebui sa aiba suficienta energie pentru redresare la KL . Datorita amortizarii acest unghi va fi mai mic decat pozitia initiala. Energia indusa de vant navei va corespunde punctului L si va fi corespunzatoare ariei GDKLOH. Nava va continua sa se incline pana cand energia este absorbita si probabil va atinge punctul Q.

10

Figura 7.10 – Inclinare datorita vantului Figura 7.11

Unghiul de inclinre datorita giratiei. Cand nava gireaza datorita actiunii carmei, carma mentine nava la un unghi de atac in raport cu directia de avans (unghi de deriva). Forta hidrodinamica pe corp, datorita acestui unghi actioneaza spre centrul de giratie producand rotirea navei. Sub actiunea carmei si a fortelor hidrodinamice pe corp nava se va inclina la un unghi care poate fi determinat prin procedura de mai sus.

Propietatile diagramei de stabilitate dinamica.Punctele caracteristice ale digramei stabilitatii dinamice sunt :

o Originea O(0,0). Punctul de inflexiune I( φI,MDI) corespunzator maximului diagramei de stabilitate statica. Punctul de maxim M( φM,MDM).

o Functia bratului de redresare dinamica este para, adica MD(-φ) = MD(φ).

o La punctul de apus al diagramei stabilitatii statice, diagrama stabilitatii dinamice are un maxim.

3. STANDARDE DE STABILITATE

11

Stabilitatea longitudinala, la navele cu forme clasice, este de cateva ori mai mare decat stabilitatea transversala. Acest lucru nu este valabil pentru navele neconventionale. Exemplu platformele de foraj. Stabilitatea navelor glisoare, pe aripi sau cu efect de suprafata solicita o analiza atenta deoarece fortele care echilibreaza greutatea navei si care determina stabilitatea ei sunt partial dinamice mai ales in origine. Proiectantul trebuie sa se decida inca din fazele preliminare ale procesului de proiectare ce nivel de stabilitate trebuie asigurat. O anumita stabilitate trebuie asigurata deoarece altfel nava va fi canarisita din start. In teorie o inaltime metacentrica mica dar pozitiva este suficienta pentru a impiedica canarisirea.. Daca nava naviga in zone foarte reci trebuie sa se tina cont de depunerile de ghiata pe punte, suprastructura, catarge si greement. Navele moderne tipice sunt proiectate sa satisfaca urmatoarele criterii :

1. O actiune a vantului cu viteze pana la 100Nd.

2. Actiune valurilor in ruliul navei.

3. Inlinarea produsa de giratia navei la viteza maxima

4. Ridicarea de greutati mari din afara bordului, actionand in punctul de suspendare.

5. Ingramadirea pasagerilor intr-un singur bord.

Standardele pentru stabilitatea navelor au fost impuse inca din anii 1960 (1959 – Japonia, 1962 – SUA). Pentru navele de pasageri sunt mentionate in Regulamentul navelor comerciale ( Merchant Shipping Regulations – 1984) . Ele pot fi rezumate dupa cum urmeaza:

1. Aria sub curba GZ nu trebuie sa fie mai mica de 0,055m rad pana la 300 ; nu mai mica decat 0,09m rad pana la 400 sau pana la unghiul de inundarea cel mai mic si nu mai mica de 0,03m rad intre aceste doua unghiuri.

2. GZ trebuie sa fie mai mare decat 0,20m la 300.

3. GZ maxim trebuie sa fie situat la un unghi mai mare de 300.

4. Inaltimea metacentrica trebuie sa fie cel putin 0,15m.

Conditii de incarcare . Conditiile posibile de incarcare ale navei sunt calculate si se vor furniza comandantului navei sub forma profilului navei cu indicarea

12

pozitiilor tuturor greutatilor la bord, a pescajelor pupa – prova, asietei si inaltimii metacentrice. Se furnizeaza informmatii sub forma curbelor stabilitatii statice. Conditiile uzuale de incarcare sunt :

o Greutatea navei goale.

o Plecarea navei in conditii de plina incarcatura cu marfa omogene si rezerve de 100%.

o Sosirea navei in conditii de plina incarcatura cu marfa omogena si rezerve de cel putin 10%.

o Conditii de navigatie in balast.

o Alte conditii probabile de incarcare (exploatare).

Un manual de asieta si stabilitate indica toate aceste conditii de incarcare.

3. INUNDAREA SI STABILTATEA DE AVARIE .

o In cazul unor coliziuni, esuari sau a unei sparturi, apa poate patrunde in nava. Daca este nelimitata, aceasta inundare poate duce la pierderea navei. Pentru a reduce aceasta probabilitatea, corpul navei este divizat intr-o serie de compartimente etanse cu ajutoru unor pereti transversali. Acesti pereti, totusi nu pot asigura o siguranta completa navei. Daca o nava este deschisa accesului apei pe o anumita lungime, cateva compartimente pot fi inundate. Este cazul tragediei navei Titanic. Orice inundare reduce stabilitatea si daca aceasta reducere devine importanta poate duce la rasturnarea navei sau la o inclinare la care lansarea mijloacelor de salvare devine imposibila. Aceasta poate conduce la limitarea unghiului de inclinare cand nava este inundata, marcarea clara a rutelor de evacuare in caz de sinistru si a caderii oamenilor peste bord. Timpul este un factor major de la producerea evenimentului pana la hotararea de abandon a navei de catre pasageri si comandant.

o Afundarea si asieta cand un compartiment este deschis pentru apa marii. In ipoteza in care un compartiment din prova este supus inundarii (figura 7.12), flotabilitatea navei intre peretii transversali care il limiteaza este pierduta si nava se va afunda pana laestabilirea echilibrului in noua situatie. In acelasi timp pozitia longitudinala a centrului de carena LCB se deplaseaza si nava se inclina pana cand greutatea si flotabilitatea se gasesc pe aceiasi verticala.Plutirea initiala W0L0 devine dupa inclinare W1L1. Daca acesta plutire depaseste

13

inaltimea puntii peretilor etansi in toate punctele, de obicei se presupune ca nava este pierduta ca rezultat al presiunii apei din compartimentul inundat care va forta deschiderile si capacele si va duce la inundarea neristrictiva a navei. In practica nava va pluti inca pentru un timp considerabil. Multe compartimente contin echipamente care vor reduce volumul apei care intra. Chiar si spatiile goale contin osatura corpului. Pe de alta parte unele spatii contin apa de balast sau combustibil. Raportul dintre volumul inundabil si volumul total se numeste permeabilitate (permeability). In Regulamentul navelor comerciale sunt date formule de calcul pentru permeabilitate. Valori tipice sunt indicate in tabelul de mai jos.

Figura 7.12 – Compartiment deschis intrarii apei (inundabil).

Spatiu inundabil Permeabilitate (%) Observatii

Compartimente etanse 97 Nave militare

95 Nave comerciale

Spatii amenajabile 95 Pasageri sau echipaj

Compartimente de masini 85

Magazii de marfa 60

Magazii 60

14

Pentru a calcula plutirea de avarie se fac cateva aproximari. Ipoteza micilor schimbari nu se aplica.Exista doua abordari : metoda flotabilitatii pierdute (lost buoyancy) si metoda greutatilor adaugate (added weight methods). Acestea dau valori diferite pentru inaltimea metacentrica GM, dar aceleasi valori pentru momentul de redresare.

Metoda flotabilitatii pierdute. Se calculeaza volumul compartimentului avariat (figura 7.13) pana la plutirea initiala si aria plutirii pierdute cu considerarea permeabilitatii.. Sa presupunem ca aria plutirii initiale este A si aria pierduta este μa , unde μ este permeabilitatea. Volumul pierdut pentru flotabilitate este μv. O prima aproximatie la afundarea paralela este data de :

A doua aproximatie va fi intotdeuana necesara datorita variatiei plutirii cu pescajul. Aceasta poate fi efectuata considerand plutirea la afundarea cu z/2. Centrul de carena longitudinal si momentul care produce inclinarea poate fi calculat pentru aceasta plutire intermediara (considerand din nou permeabilitatea). Utilizand indicele m pentru a marca valorile pentru plutirea intermediara avem :

Afundarea = μv / Am si inclinarea longitudinala asieta = = μvx / MCTm. unde x este centrul volumului pierdut de la CF.

Figura 7.13 – Metoda flotabilitatii pierdute

Noile pescaje se pot calcula din afundare si asieta. O noua aproximatie poate fi facuta daca diferenta fata de precedenta este mare. In metoda flotabilitatii

15

pierdute, pozitia lui G ramane nemodificata cu conditia ca deteriorarea navei sa nu fie atat de severa incat sa se piarda structura sau echipamente din nava.

Metoda greutatilor adaugate. In aceasta metoda apa care patrunde in compartimentul avariat este considerata ca o greutate adaugata. Permeabilitatea este considerata pentru a calcula aceasta greutate, si de asemenea pentru a calcula suprafata libera a apei ambarcate, dar toate datele hidrostatice sunt acelea ale navei intacte. Initial calculele se vor efectua ca pentru orice greutate adaugata, dar cand noua plutire a fost stabilita, se va face reducerea pentru apa adaugata care patrunde in nava pana la acea plutire. A doua iteratie este necesara, iar calculele sunt repetate pana cand un raspuns cu precizia necesara este obtinut.

Stabilitatea in conditii de avarie . Efectul de pierdere de flotabilitate in compartimentul avariat este de a misca flotabilitate (volumul v) de pe o pozitie sub linia originala de plutire intro pozitie deasupra acestei plutiri astfel incat centrul de plutire se va ridica. Daca distanta verticala intre centrul suprafetei de plutire pierdute si centrul de flotabilitate castigat este bb1, urcarea centrului de plutire este = μv bb1 / . BM descreste datorita pierderii de moment de inertie al zonei avariate. Daca momentul de inertie al zonei avariate este Id, BMd = Id / . valoarea lui KG ramane neschimbata astgel incat GM va fi mai mic decat GM pentru nava intacta : GM avariat = GM (intact) + μv bb1 / - Id / .

Inundarea asimetrica. Cand exista un perete longitudinal, atunci inundarea se produce asimetric si va apare si o inclinare transversala (banda). Se presupune ca avrie patrunde pe o adancime de cel mult 20% din latimea navei. Luand in considerare cazul prezentat in figura 7.14 si utilizand metoda greutatii adaugate, nava se va inclina transversal pana cand :

ρgGM sinφ = μρgvz sau sin φ = μvz / GM.

16

Figura 7.14 – Inundarea asimetrica

Ca si la calculele anterioare, acest prim unghi va fi corectat pentru greutatea apei ambarcate pentru noua linie de plutire si procesul va fi repetat daca este necesar. Inclinarile transversale mari vor evitate prin inundarea unui compartiment din bordul opus. Nava se va afunda si mai mult dar acest proces este mai putin periculos decat o inclinare transversala mare.

Lungimea de inundare . Se pune intrebarea care este lungimea sparturii pentru care nava se inunda fara a fi pierduta. Pierderea este in general acceptata cand plutirea de avarie devine tangenta la linia puntii peretilor etansi in borduri. Pentru siguranta se traseaza o linie paralela cu linia peretilor etansi in bord dar cu 76 mm sub acesta linie.Aceasta linie se numeste linie de siguranta (margin line). Prin inundarea unui compartiment plutirea navei trebuie sa fie in cel mai rau caz tangenta la linia de siguranta. Lungimea compartimentului prin inundarea caruia plutirea navei devine tangenta la linia de siguranta se numeste lungime inundabila limita. Considerand nava din figura 7.15 si utilizand indicii 0 si 1 pentru a desemna datele plutirii navei intacte si avariate, pierderea de flotabilitate este = V1 – V0 iar pozitia trebuie sa fie astfel incat B1 sa se miste inapoi spre B0 astfel incat B sa fie din nou sub G. Deoarece :

17

Figura 7.15

Aceasta relatie da centrul pentru flotabilitatea pierduta si cunoscand (V1 – V0) este posibil sa o convertim in lungimea inundabila. Calculele pot fi repetate pentru o serie de plutiri tangente la linia de siguranta pentru diferite pozitii pe lungime. Aceasta va conduce la o curba a lungimilor de inundare conform figurii 7.16. Ordonata in orice punct reprezinta lungimea de inundare cu centrul in punctul respectiv. Astfel daca l este lungimea inundabila intr-un punct , pozitia peretilor etansi se alege la l / 2 de ambele parti ale acestui punct. Linile de la capatul curbelor, denumite puncte terminale prova si pupa vor fi inclinate la un unghi de tan-12 daca scara absciselor si ordonatelor este aceiasi.

Figura 7.16 – Lungimi de inundare

18

Permeabilitatile compartimentelor vor afecta lungimile inundabile si este recomandabil sa se lucreze cu o permeabilitate medie pentru spatiile pentru masini si pentru cele doua extremitati. Aceasta conduce la trei curbe pentru nava completa ca in figura 7.17. Regulamentul pentru nave comerciale (Merchant Shiping Regulations) indica formule pentru calculul permeabilitatiisi pentru factorii de subdivizare care se aplica la lungimii curbelor de inundare pentru a obtine lungimile admisibile (permissible length). Factorul de subdivizare depinde pe langa lungimea navei si de un numar pentru criteriu de serviciu sau mai simplu numar de criteriu ( criterion numeral). Acest numar reprezinta criteriu de serviciu si tine cont de numarul de pasageri, de volumul spatiilor pentru masini si amenajari de locuit si volumul total. In mare, factorul de subdivizare asigura nescufundabilitatea navei cu unul, doua sau trei compartimente inundate.

Extremitate pupa Spatiu masini Extremitate prova

Permeabilitate μ1 Permeabilitate μ2 Permeabilitate μ3

Figura 7.17 – Lungimile inundabile functie de permeabilitati

3. REZUMAT

S-au prezentat metodele de estimare a stabilitatii navei la unghiuri mari de inclinare a navei sub actiunea vantului, valurilor si a carmei la nava in giratie..

S-au prezentat standardele pentru stabilitate.

S-a prezentat starea intacta si avaria urmata de inundare unor compartimente atat din punct de vedere a cresterilor pescajelor cat si a inclinarilor

19

S-a discutat despre compartimentaj avand ca baza lungimea maxima de inundare care asigura in continuare nescufundabilitatea (siguranta) navei.

Acestea sunt concepte fundamentale in proiectarea si operarea navei.

8. LANSAREA, ANDOCAREA SI ESUAREA NAVEI

8.1 GENERALITATI

Lansarea navei ca si andocarea pe timpul vietii ei constituie tot atatea ocazii de risc in timpul tranzitiei la trecerea din starea de plutire la starea de rezemare pe uscat. Multi arhitecti navali experimentati au fost implicati in incidente in timpul unor astfel de operatii, care din fericire nu s-au transformat in accidente majore. Acest lucru a aratat importanta studierii fiecarui aspect al acestor operatii cu atentie si in profunzime.

Conditia “naturala” a navei este sa pluteasca liber. Suprafata apei poate fi agitata si acest lucru produce miscari neplacute navei si poate solicita structura navei. Acestea sunt conditiile pe care proiectantul trebuie sa le considere cand elaboreaza proiectul. Uneori nava se va deplasa pe fundul apei datorita erorilor umane sau a avarierii sistemelor de control (carma, masini etc.)

Proiectantul trebuie sa tina cont de toate aceste probleme. Lansare si andocarea se supune unor conditii predictibile, desi starea navei in timpul acestor operatii nu este in intregime cunoscuta in timpul proiectarii. Esuarea sau punerea pe uscat prezinta multe variabile si circumstante. Punctul in

20

care nava atinge uscatul, natura solului marin in zona esuarii, conditiile atmosferice si influenta mareelor (flux, reflux) pot influenta avria structurala si inundarea. Statistica cazurilor de esuare poate fi un indicator pe care proiectantul trebuie sa-l considere.

8.2 LANSAREA NAVEI

Navele mari sunt construite deobicei in docuri uscate iar « lansarea » este echivalenta cu inundarea docului, exceptand cazul cand nava este partial completa. In acest caz trebuie calculat cu atentie deplasamentul si pozitia centrului de greutate, inclusiv pozitia lui transversala. Este posibila o ajustare a greutatilor pentru a asigura o asieta si o bandare in limite normale.

Lansarea pe cala inclinata va face ca nava sa intre gradual in apa incepand cu una din extremitati, deobicei pupa. Acest caz uzual va fi studiat in cadrul acestui capitol.

Cala de constructie . Tipic, cala de constructie va avea o panta de circa 1 :20. Vor prevazute o serie de blocuri (transversale) de constructie pentru a sustine chila si greutatea navei in timpul constructiei. Lateral in ambele borduri sunt prevazute cai de lansare paralel cu blocurile de constructie distantate la circa o treime din latimea navei . Aceste cai vor asigura suprafata pe care nava va aluneca la lansare.

Blocurile de constructie . Acestea sunt reprtizate pe intreaga lungime a chilei. Ele sunt verticale si nu normal pe planseul calei pentru a reduce riscul de declansare a miscarii. Biroul de proiectare va decide numarul si distributia lor in functie de incarcarea pe care o suporta. Inaltimea blocurilor este de obicei de 1,5m pentru a permite lucrul sub nava, inclusiv montarea cricurilor si saniilor pentru lansare. Inainte de lansare greutatea navei este transferata saniilor care sunt construite pentru a sustine nava pe caile de alunecare. Saniile raman pe caile de alunecare construite in planseul calei si sunt unse corespunzator.

Caile de lansare construite in planseul calei. Panta cailor de pe solul calei trebuie sa fie suficienta incat componenta orizontala a greutatii la lansare sa depaseasca rezistenta la alunecare a unsorii care se aplica pe cai inainte de lansare. In etapele urmatoare ale lansarii, panta trebuie sa fie corespunzatoare pentru a permite depasire rezistentei la alunecare si rezistenta apei pe masura ce aceasta intra in apa.. Pe de alta parte nava nu trebuie sa intre in apa cu o viteza prea mare. Unghiul extinderii inferioare a caii este importanta pentru viteza cu care flotabilitatea creste si pentru

21

momentul ei fata de sabotul (poppet) prova. Curbarea cailor in zonele extremitatilor (fata si spate) s-a dovedit ca un compromis bun pentru cerintele contradictorii puse acestor cai. Unsoarea utilizata trebuie testata la temperaturile si presiunile probabile din timpul lansarii.

Caile de alunecare si saniile de lansare. Saniile de lansare trebuie sa aiba o suprafata suficienta pentru ca presiunea exercitata pe unsoare (ajunge pana la 20 t/m2) sa nu fie comprimata si eliminata de pe calea de alunecare. Arhitectul naval trebuie sa se asigure ca sarcina este corect transmisa intre caile de rulare si cadrul de lansare (launch cradles). Datorita formelor navei partea din prova si pupa terbuie sa fie mai inalta. Aceste doua parti sunt cunoscute sub numele de papusa (sabot) prova si pupa (fore and after poppets). Papusa din prova este mai importanta deoarece in jurul ei nava pivoteaza cand se apropie de capatul caii de lansare. Atunci sarcina trebuie estimata cu atentie deoarece poate atinge pana la 20% din greutatea totala. Cadrul este securizat de nava inainte de lansare astfel incat se poate pune unsoarea. Aceasta securizare previne caderea navei si avarierea fundului.

Lansarea. Inainte de lansare, blocurile utilizate la constructie sunt indepartate si greutatea navei este transferata saniilor de lansare si de aici unsorii si cailor de lansare de pe cala. Numarul postamentilor (shores) este redus la minimum. Un dispozitiv de oprire tine nava si impidica alunecarea prematura a saniilor. Apoi numarul ramas de postamenti este indepartat si dispozitivul de oprire este eliberat. Sunt utilizate dispozitive hidraulice pentru impingerea saniilor daca nu se declanseaza alunecarea. Nava aluneca pe caile de lansare, pupa navei intra in apa si flotabilitatea duce la formarea unui momentcare ridica pupa navei.. daca caile de glisare sunt suficient de lungi, nava va pluti in final. Daca caile de glisare nu sunt suficient de lungi, provanavei va cadea in final. Adancimea apei la capetele cailor de glisare trebuie sa fie suficient de mare pentru ca prova sa nu loveasca fundul apei tinand cont de efectul dinamic al caderii de pe caile de lansare. Pentru a micsora distanta parcursa dupa lansare si a mari rezistenta la inaintare se folosesc frane hidrodinamice (water brakes). Este de preferat ca lansarea sa se faca in timpul fluxului, acolo unde acesta este important. Pregatirea constructiei (blocurile de constructie) si studiul lansarii trebuie facut inainte de inceperea constructiei (figura 8.1)

22

Figura 8.1 – Lansarea longitudinala

Arhitectul naval este implicat in toate calculele care privesc lansarea navei. El trebuie sa acorde o atentie deosebita calculului précis al greutatilor si a pozitiei centrului de greutate si apoi sa efectueze toate calculele care privesc fazele lansarii descrise mai sus. Utilizand curbele Bonjean sa calculeze flotabilitatea in functie de intrarea navei in apa. Datele calculului se prezinta sub forma unor curbe de lansare (launching curves) prezentate in figura 8.2

Figura 8.2 – Curbele de lansare

23

Lansarea transversala . Santierele care construiesc nave mici sau care sunt amplasate pe ape interioare cu latime limitata nu pot practica lansarea longitudinala. In acest caz se utilizeaza lansarea transversala. Nava este construita paralel cu malul apei. Procedura de lansare este identica. Insa nava « cade » dupa caile de lansare producand un val apreciabil. Nava nu trebuie franata, dar ea oscileaza puternic in directie transversala.Deoarece exista pericolul izbirii de mal, viteza de lansare este mai mare, astfel incat nava sa fie aruncata cat mai departe.

8.3 ANDOCAREA.

Pentru a putea lucra si accesa fundul navei, marile porturi si santiere navale sunt prevazute cu docuri uscate (dry / graving dock). Acestea sunt excavatii de lungimi, latimi si adancimi mari, care se pot etansa cu ajutorul unor porti. Navele intra in aceste incinte in stare de plutire, dupa care portile se inchid si apa este scoasa cu ajutorul unor pompe de capacitati mari. Nava este asezata pe un sir de blocuri care sunt pe fundul docului si spijinita lateral de peretii docului cu niste suporti (breast shores). Docurile plutitoare sunt niste pontoane plate cu tancuri laterale. Structurile laterale sunt impartite in tancuri de balast, compartimente de pompe si de masini. Docul este balastat pana cand nava care solicita endocarea poate intra intre structurile laterale. Apoi apa este pompata din tancurile de balast si docul urca impreuna cu nava.

Andocarea in docul uscat . Fiecare nava va poseda un plan de andocare livrat de catre constructorul navei. Acest plan va contine urmatoarele informatii :

Un profil al navei cu punctele unde se vor cupla prizele de alimentare cu energie electrica si alte utilitati pe timpul andocarii.

Planurile puntilor.

Sectiuni transversale unde nava poate fi sprijinita lateral ( de exemplu in dreptul peretilor transversali).

Detalii ale apendicilor care depasesc chila, bordajele (de exemplu elicea poate depasi chila daca nava este inclinata sau chilele de ruliu.

Planul de andocare impreuna cu planul docului vor permite alegerea solutiei de andocare. Nava va fi andocata cu PD in axa

24

docului cu exceptia cazului cand mai multe nave sunt andocate simultan.

Docul este umplut, poarta docului este deschisa si nava este trasa in dock cu ajutorul vinciurilor. Ea este aliniata cu ajutorul marcilor de bord liber din pupa si prova si cu ajutorul unor parame de-a lungul docului. Docul este inchis si apa pompata in afara. Nava vine in contact cu suportii de pe fundul docului. Suportii laterali sunt asigurati si nava este andocata. Pentru navele cu forme rotunde se pune un support cadru (cavalet) in doc inainte de a-l umple cu apa. Nava care intra in doc este manevrata deasupra acestui cavalet si apa pompata. Pozitionarea navei in acest caz este mult mai dificala.

Andocarea in docul plutitor . Exista o mare varietate dimensionala de docuri plutitoare cu capacitate de ridicare de la 500t la 100 000t. Constructiv, ele au forma de U. Docul cu nava pe el, se ridica controlat prin debalastare. In timpul pomparii apei se va urmarii ca prin succesiune debalastarii tancurilor, deflexiunea docului sa se mentina in limite acceptabile astfel ca momentul longitudinal transmis navei sa nu duca la deformarea ei. Stabilitatea transversala in general este buna. Un minim al stabilitatii transversale se produce cand nivelul apei este cuprins intre puntea docului si inaltimea blocurilor de sprijin ale navei. O inaltime metacentrica de 1,0 – 1,5m este acceptata dar unii operatori cer valori duble.

Andocarea pe sincrolift . Sunt dispositive de ridicare a navelor pe verticala, pana la o inaltime la care se poate lucra pe ea. Elementele unui sincrolift sunt :

O platforma articulata din otel, in generala captusita cu lemn.

Cabluri din otel de-a lungul platformei, pe fiecare latura, actionate cu vinciuri electrice.

Un sistem de monitorizare a incarcarii, pentru distributia uniforma a incarcarii.

Un cadru/cavalet care sa urmareasca forma navei si sa permita transportul navei peu scat.

Capacitatea de ridicare a sincroliftului este exprimata in capacitatea maxima pe metru (MDL – maximum distributed load). Pe mal este prevazut, deobicei un sistem de transfer (carucioare pe sine).

Aspecte economice . Andocarea este o actiune scumpa si de-a lungul anilor s-au depus eforturi pentru a creste intervalul de timp dintre andocari. Aceste masuri au inclus :

25

Dezvoltarea unor sisteme de pituri si tehnologii de vopsire care sa ramana efective timp indelungat.

Utilizarea de sisteme de protectie catodica care sa protejeze la coroziune corpul si fitingurile.

Dezvoltarea unor echipamente subacvatice care pot fi inlocuite cu nava in plutire.

Dezvoltarea unor scule si echipamente care permit lucrul sub apa (sudura).

Utilizarea unor schele mobile pe doc.

Utilizarea reparatiilor prin inlocuire.

Stabilitatea la andocare. Cand nava este partial sustinuta de blocurile de sustinere de pe doc, stabilitatea ei este alta decat atunci cand pluteste libera (figura 8.3)

Figura 8.3 – Andocarea

Cand nava intra in doc, ea este putin apupata astfel incat ea se aseaza prima data pe blocul din pupa cu etamboul. Apoi pe masura ce nivelul apei scade, nava se aseaza cu chila pe toate blocurile. Atunci sarcina pe blocul etamboului este mare si stabilitatea navei atinge punctul sau critic. Sa presupunem ca chila atinge pe toata lungimea blocurile de reazem si daca t este schimbarea de asieta de la intrarea pe doc, atunci : wx = t(MCT) . Valoarea lui w poate fi gasita utilizand valoarea momentului de schimbare a

26

asietei (MCT), citit din hidrostatice. Momentul de redresare care actioneaza asupra navei presupunand un unghi de inclinare transversala foarte mic φ, este :

Moment de redresare = (W – w) GMsin φ - wKGsin φ = [WGM – w(GM – KG)sin φ) =(WGM – wKM) sin φ = (GM – {w/W}KM]Wsinφ.

8.4 ESUAREA.

Cu mici exceptii esuarea nu este dorita si cand are loc se poate produce avarierea fundului si a fitingurilor submarine din zona. Extinderea avariei depinde de o serie de factori dintre care :

Natura fundului marii.

Viteza si unghiul de impact.

Starea marii incepand cu momentul esuarii pana cand nava este repusa in stare de plutire.

Zona din corpul navei cu care nava loveste fundul.

Daca aria corpului navei este in contact cu o suprafata neteda, mica de fund , atunci stabilitatea se calculeaza ca la andocare.Totusi fortele nu actioneaza asupra navei in planul diametral si de aceea se va produce o inclinare transversala si una longitudinala. In punctul de contact pescajul navei se considera egal cu adancimea apei. Forta va varia cu mareea. De asemenea valurile pot produce incarcari suplimentare. Se vor lua masuri (balast, distributia de greutati) pentru a ajuta nava sa « se ridice ».

Stabilitatea la esuare . Esuarea este, uzual, rezultatul unui accident. Principiile care influenteaza stabilitatea in aceste cazuri sunt cele enuntate mai sus. Daca fundul apei este stancos, fundul navei poate fi perforat si apa patrunde in nava. Stabilitatea este alterata. Ipotezele sunt similare ca la stabilitatea de avarie peste care se suprapune reactiunea solului.

Stabilitatea cand esuarea se produce partial in noroi. Considerand un plutitor rectangular (caz particular) esuat in noroi omogen. L, B, T sunt lungimea, latimea si pescajul, iar ρ si k ρ densitatea apei si a noroiului. Deplasamentul la plutirea libera = ρLBT. Acesta trebuie sa fie egal cu greuatea apei si a noroiului. Daca exista si un reflux, atunci adancimea devine T –t. Presupunem afundarea plutitorului in noroi d, atunci : ρLBT = (T –t)BLρ +

27

dBLkρ . Deoarece t = dk . Daca k=2 si refluxul este de 2m, atunci rezulta d = 1m. Pentru nava care pluteste liber, stabilitatea transversala se poate calcula : KB = T/2 ; BM = I/V = (1/12)B3L/LBT) = B/12T ; KM = KB + BM = T/2 + B2/12T.

8.5 REZUMAT.

Lansarea si andocarea navelor sunt activitati potential riscante. S-a discutat despre ce se intampla in timpul acestor operatii si calculele asociate.

Lansarea navelor se poate efectua din docuri uscate sau de pe cale amenajate, longitudinal sau transversal.

Andocarea se poate efectua in docuri speciale, uscate, pe docuri plutitoare, doclifturi.

Pregatirea andocarii trebuie sa se faca cu atentie.

Esuarea este un eveniment nedorit, mai ales cand corpul navei este avariat.

8.6 SUBIECTE POSIBILE PENTRU EXAMEN SI DISCUTII

Cum se masoara stabilitatea la unghiuri mari de inclinare ? Ce intelegeti prin unghi de stagnare ?

Care este efectul suprafetelor libere asupra stabilitatii ? Care alte marfuri produc efecte similare ?

Discutati despre mijloacele de transfer a unei nave de pe uscat in apa marii. Descrieti caile de lansare si mijloacele pentru a asigura o lansare conventionala de succes.

Discutati despre calculele care se efectueaza pentru a asigura partea finala a unei lansari de succes. Ce masuri de siguranta se iau.

Discutati despre procesul de andocare si despre precautile luate pentru a asigura succesul operatiei.

28

29

Figura 8.4 – Doua docuri plutitoare intr-un

santier de reparatii.

Figura 8.5 – Nava intr-un doc uscat

30

Figura 8.6 – Doc plutitor cu capcitatea de 25000 tone.

1-Blocuri chila ; 2- Blocuri laterale ; 3-Tancuri laterale ;

4- Sine pentru macarale.

Figura 8.7 – Nava asezata pe blocuri pentru

reparatii

31

Figura 8.8 – Nava pe blocuri speciale. Permite

inaltime mare de lucru sub nava.

Figura 8.9 – Nava pe cala inclinata, ridicata

transversal.

32

33