Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

33
80 CAPITOLUL III STABILITATEA TRANSVERSALA A NAVEI LA UNGHIURI MARI DE INCLINARE 3.1.Stabilitatea statica la unghiuri mari de inclinare. Definitie. Deplasarea centrului de carena si a metacentrului. Stabilitatea transversala determina in mare masura buna stare de navigabilitatea a navei. Printre alte lucruri, locatia punctelor G, B si M poate determina daca nava, de exemplu, va avea probleme atunci cand infrunta conditii de vreme nefavorabile. In trecut stabilitate navelor comerciale la unghiuri mari de inclinare nu era o problema de rutina care sa ingrijoreze ofiterii de la bordul navei din doua motive: (1) inclinarile datorate de “list” peste 10-15 grade nu erau foarte frecvente, si (2) la bordul navei nu se aflau date suficiente pentru a calcula stabilitatea navei la unghiuri mari de inclinare. Astazi, la bordul navelor se afla suficiente informatii si mijloace pentru a calcula stabilitatea la unghiuri mari de inclinare, mai ales ca aceste calcule trebuie sa se supuna anumitor cerinte cum ar fi: satisfacerea conditiilor de stabilitate conforme cu regulile internationale pentru transportul marfurilor in vrac care se pot deplasa pe timpul transportului, cum ar fi cerealele, determinarea inclinarii navelor pe timpul operarii marfurilor grele si foarte grele (heavy lift), sau pentru a lua masuri de corectare a unei nave avariate avand compartimente inundate, punerea navei pe uscat, probleme datorate deplasarii marfurilor la bord, transportul marfurilor si a cherestelei pe punte, sau probleme legate de efectul suprafetelor libere. Astfel, dupa calcularea stabilitatii initiale si obtinerea unor rezultate corespunzatoare, conform cargo planului initial, este necesar si obligatoriu efectuarea studiului asupra comportarii navei la mare in orice conditii de vreme, adica analizarea stabilitatii navei la unghiuri mari de inclinare care pot aparea pe timpul voiajului, mai ales in situatii de ruliu excesiv. Asa cum am vazut in capitolul anterior, un prim indiciu asupra stabilitatii navei a fost determinarea inaltimii metacentrice initiale si compararea acesteia cu inaltimea metacentrica critica, insa chiar daca acest lucru este indeplinit, este insuficient in ceea ce priveste aprecierea comportarii navei in conditii de stres ale marii. Trebuie avut in vedere ca rutina si similitudinea pentru anumite cazuri nu trebuie sa fie un criteriu in aprecierea stabilitatii navei din motive cum ar fi: in anumite conditii, nava cu suficienta stabilitate initiala poate inregistra o reducere a acestei valori sub valorile limita; o nava cu stabilitate initiala suficienta poate avea valori foarte mici ale unghiului critic de ruliu sau a unghiului de rasturnare Astfel, trebuie avut in vedere ca pentru o nava aflata intr-unul din cazurile de mai sus iar pe timpul voiajului intalneste situatii neprevazute cum ar fi, avarierea, inundarea, acoperirea de gheata, conditii de ruliu cu amplitudine mare, o astfel de nava, datorita pierderii totale a stabilitatii, se poate rasturna. Daca in studiul stabilitatii initiale a navei s-au facut aproximatii in ceea ce priveste deplasarea centrului de carena si a pozitiei metacentrului transversal, in cazul stabilitatii la unghiuri mari de inclinare transversala aceste aproximatii nu mai pot fi facute. Mai mult decat atat, inaltimea metacentrica calculata ca diferenta dintre cota metacentrului transversal – KM – si cota centrului de greutate al naavei –KG-, caracterizeaza numai stabilitatea initiala a navei adica comportarea acesteia la unghiuri mici de inclinare. Putem defini ca stabilitate la unghiuri mari de inclinare studiaza inclinarile statice si dinamice ale navei care depasesc 15°. Daca inclinarile statice apar in cazul actiunii lente a unui moment exterior, fiind caracterizate prin viteze unghiulare constante, inclinarile dinamice apar la actiunea brusca a unui moment exterior, fiind caracterizate prin viteze unghiulare variabile in timp, altfel spus aceste inclinari sunt insotite de aparitia acceleratiei.

description

curs stabilitate si asieta

Transcript of Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

Page 1: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

80

CAPITOLUL III

STABILITATEA TRANSVERSALA A NAVEI LA UNGHIURI MARI DE INCLINARE

3.1.Stabilitatea statica la unghiuri mari de inclinare. Definitie. Deplasarea centrului de carena si a metacentrului. Stabilitatea transversala determina in mare masura buna stare de navigabilitatea a navei. Printre alte lucruri, locatia punctelor G, B si M poate determina daca nava, de exemplu, va avea probleme atunci cand infrunta conditii de vreme nefavorabile. In trecut stabilitate navelor comerciale la unghiuri mari de inclinare nu era o problema de rutina care sa ingrijoreze ofiterii de la bordul navei din doua motive: (1) inclinarile datorate de “list” peste 10-15 grade nu erau foarte frecvente, si (2) la bordul navei nu se aflau date suficiente pentru a calcula stabilitatea navei la unghiuri mari de inclinare. Astazi, la bordul navelor se afla suficiente informatii si mijloace pentru a calcula stabilitatea la unghiuri mari de inclinare, mai ales ca aceste calcule trebuie sa se supuna anumitor cerinte cum ar fi: satisfacerea conditiilor de stabilitate conforme cu regulile internationale pentru transportul marfurilor in vrac care se pot deplasa pe timpul transportului, cum ar fi cerealele, determinarea inclinarii navelor pe timpul operarii marfurilor grele si foarte grele (heavy lift), sau pentru a lua masuri de corectare a unei nave avariate avand compartimente inundate, punerea navei pe uscat, probleme datorate deplasarii marfurilor la bord, transportul marfurilor si a cherestelei pe punte, sau probleme legate de efectul suprafetelor libere. Astfel, dupa calcularea stabilitatii initiale si obtinerea unor rezultate corespunzatoare, conform cargo planului initial, este necesar si obligatoriu efectuarea studiului asupra comportarii navei la mare in orice conditii de vreme, adica analizarea stabilitatii navei la unghiuri mari de inclinare care pot aparea pe timpul voiajului, mai ales in situatii de ruliu excesiv. Asa cum am vazut in capitolul anterior, un prim indiciu asupra stabilitatii navei a fost determinarea inaltimii metacentrice initiale si compararea acesteia cu inaltimea metacentrica critica, insa chiar daca acest lucru este indeplinit, este insuficient in ceea ce priveste aprecierea comportarii navei in conditii de stres ale marii. Trebuie avut in vedere ca rutina si similitudinea pentru anumite cazuri nu trebuie sa fie un criteriu in aprecierea stabilitatii navei din motive cum ar fi:

in anumite conditii, nava cu suficienta stabilitate initiala poate inregistra o reducere a acestei valori sub valorile limita;

o nava cu stabilitate initiala suficienta poate avea valori foarte mici ale unghiului critic de ruliu sau a unghiului de rasturnare Astfel, trebuie avut in vedere ca pentru o nava aflata intr-unul din cazurile de mai sus iar

pe timpul voiajului intalneste situatii neprevazute cum ar fi, avarierea, inundarea, acoperirea de gheata, conditii de ruliu cu amplitudine mare, o astfel de nava, datorita pierderii totale a stabilitatii, se poate rasturna. Daca in studiul stabilitatii initiale a navei s-au facut aproximatii in ceea ce priveste deplasarea centrului de carena si a pozitiei metacentrului transversal, in cazul stabilitatii la unghiuri mari de inclinare transversala aceste aproximatii nu mai pot fi facute. Mai mult decat atat, inaltimea metacentrica calculata ca diferenta dintre cota metacentrului transversal – KM – si cota centrului de greutate al naavei –KG-, caracterizeaza numai stabilitatea initiala a navei adica comportarea acesteia la unghiuri mici de inclinare. Putem defini ca stabilitate la unghiuri mari de inclinare studiaza inclinarile statice si dinamice ale navei care depasesc 15°. Daca inclinarile statice apar in cazul actiunii lente a unui moment exterior, fiind caracterizate prin viteze unghiulare constante, inclinarile dinamice apar la actiunea brusca a unui moment exterior, fiind caracterizate prin viteze unghiulare variabile in timp, altfel spus aceste inclinari sunt insotite de aparitia acceleratiei.

Page 2: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

81

Prin definitie, stabilitatea statica la unghiuri mari de inclinare studiaza marimea si semnul momentului stabilitatii transversale precum si relatia dintre acesta si momentul exterior in cazul inclinarilor ce depasesc 15°. In studiul stabilitatii la unghiuri mari de inclinare nu mai sunt valabile urmatoarele teoreme studiate in cazul stabilitatii statice initiale:

teorema lui Euler; plutirile nu se mai intersecteaza in centrul de greutate initial; centrul lor de greutate al plutirilor nu va mai fi in planul diametral ( plutirile vor fi

asimetrice; momentul de redresare nu mai variaza liniar cu inclinarea.

In cazul stabilitatii la unghiuri mari de inclinare apar doua probleme importante referitoare la centrul de carena si metacentrul transversal. Astfel, in acest caz, centrul de carena se va deplasa pe o curba oarecare, numita curba centrelor de carena sau evolventa, iar metacentrul care este centrul de curbura la curbei centrelor de carena nu mai este un punct fix ci se deplaseaza pe o curba numita evoluta metacentrica (fig.3.1). tg • 20° tg Fig.3.1 In fig 3.1 avem reprezentarea grafica a celor doua curbe, respectiv cu rosu este curba de deplasare a metacentrului sau evoluta metacentrica si cu albastru avem curba de deplasare a centrului de carena sau evolventa, Deplasarea reciproca a centrului de carena si a metacentrului reprezinta doua curbe conjugate, iar legatura dintre evoluta si evolventa este faptul ca tangenta intr-un punct de pe evolventa este intotdeauna perpendicular pe evoluta si invers. Curba centrelor de carena prezinta urmatoarele proprietati:

tangenta dusa intr-un punct la curba centrelor de carena este paralela cu plutirea care admite acel punct drept centru de carena;

forta de impingere arhimedica aplicata intr-un punct de pe curba centrelor de carena are suportul intotdeauna normal la curba centrelor de carena in acel punct;

curba centrelor de carena are razele de acelasi semn, adica nu prezinta puncte de inflexiune.

Curba metacentrelor, care poate fi definita ca fiind locul geometric al metacentrelor transversale proiectat pe planul cuplului maestru, prezinta doua proprietati, si anume:

tangenta intrun punct la curba metacentrelor coincide cu suportul fortei de impingere arhimedica si este normala pe plutirea care admite acel punct ca metacentru transversal;

curba metacentrelor prezinta puncte de inflexiune.

In figurile de mai jos este ilustrat faptul cum se deplaseaza centrul de carena si metacentrul unei nave cu forme drepte, atunci cand unghiul de inclinare creste progresiv de la zero grade la 90 de grade.

LNL
Highlight
Page 3: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

82

Din figurile de mai sus se poate observa cum centrul de carena se deplaseaza in jos spre partea inclinata a corpului navei pana cand linia puntii este imersata.

Page 4: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

82

3.2.Bratul stabilitatii statice. Momentul stabilitatii corespunzator unghiurilor mari de inclinare. Curbe si tabele hidrostatice. Dupa cum am mai precizat, bratul stabilitatii statice sau bratul de redresare (righting arm) pentru un anumit unghi de inclinare este distanta dintre suportul fortei de deplasament si suportul fortei de impingere Arhimede. In studiul stabilitatii transversale la unghiuri mari de inclinare, valoarea bratului de stabilitate statica (numit si brat de redresare) nu mai poate fi determinata cu formula:

GZ = GM sinφ deoarece pozitia metacentrului nu mai este un punct fix. M L1 Z W G L B1 P W1 B N O K

Fig.3.2 Deoarece metacentrul nu mai este un punct fix, acesta nu mai poate fi luat ca referinta pentru localizarea liniei de actiune a fortei de flotabilitate. Intersectia dintre linia de centru a verticalei navei si chila (punctul K), este folosita in mod normal iar masuratorile date sunt distante pe orizontala intre –K- si forta de flotabilitate pentru diferite conditii de pescaj si asieta pentru o inclinare intre 0 - 90°. Acestea sunt numite valorile pantocarenelor (KN values). Bratul stabilitatii statice, pentru unghiuri mari de inclinare transversala, se calculeaza din valoarea pantocarenei – KN -, care reprezinta bratul stabilitatii de forma. Din figura de mai sus se poate deduce valoarea bratului stabilitatii statice ca fiind:

GZ = KN - KO

Rezulta, ca Mφ = D x GZ = D (KN – KO) = D x KN – D x KO

In care,

• produsul: D x KN reprezinta momentul stabilitatii de forma, denumire data tocmai de bratul acestui moment, respectiv KN bratul stabilitatii de forma sau pantocarena corespunzatoare unghiului φ de inclinare, care depinde exclusiv de forma si dimensiunile navei;

• produsul: D x KO reprezinta momentul stabillitatii de greutate, in care KG este bratul stabilitatii de greutate si poate fi calculat cu relatia KO=KGsinφ, fiind determinat de amplasarea greutatilor la bord.

LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 5: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

83

Astfel, putem determina, valorile celor trei brate mentionate mai sus, din relatiile: KN = KM sinφ – bratul stabilitatii de forma - lf KO = KG sinφ – bratul stabilitatii de greutate - lg GZ = ON = KN – KO = bratul stabilitatii statice - ls Din relatia bratului stabilitatii statice putem face urmatoarele observatii:

• bratul stabilitatii de greutate este pozitiv pentru KG > KB si negativ pentru situatia KG < KB; • bratul stabilitatii de forma este intotdeauna pozitiv

Astfel, momentul stabilitatii se poate scrie fub forma:

Ms = Msf + Msg

Unde, Msf – este momentul stabilitatii de forma Msg – este momentul stabilitatii de greutate Nava va fi in echilibru static atunci cand momentul exterior este egal cu momentul de stabilitate Pentru trasarea curbei de stabilitate statica este necesar calcularea valorilor bratului de stabilitate statica pentru diferite unghiuri de inclinare. Pe langa faptul ca aceasta operatiune implica o munca laborioasa si mai mult decat atat probabilitatea de aparitia greselilor este destul de mare, constructorii de nave au intocmit o serie de diagrame si tabele intocmai pentru a elimina factorii enuntati maii sus. Astfel, la bordul navelor se gasesc diagrame cu ajutorul carora se determina valorile bratelor de stabilitate statica pentru diferite unghiuri de inclinare precum si alte elemente necesare. Printre aceste diagrame putem enumera:

• Diagrama de carene drepte O astfel de diagrama este redata in figura de mai jos.

LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 6: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

84

Dupa cum vom explica in subcapitolul urmator, o curba de stabilitate statica este o curba construita, pentru deplasamentul si cota centrului de greutate, a fiecarui voiaj. Informatiile necesare pentru a constri o astfel de curba sunt date de santierul constructor, sub forma diagramelor de carene drepte (cross curves) sau diagramelor de pantocarene (KN curves). Asa cum am vazut, bratul stabilitatii statice (GZ) este functie de cota centrului de greutate al navei (KG), cota metacentrului transversal (KM) si unghiul de inclinare (φ). Pentru a fi mai usor, santierele constructoare folosesc deplasamentul in apa sarata, in loc de pescaj. Astfel, variabilele sunt GZ, φ, si deplasamentul in apa sarata precum si KG. In diagrama de carene drepte, variatia cu pescajul a marimilor XF(LCF) si XB(LCB) se reprezinta la aceeasi scara pentru a pune in evidenta o serie de proprietati, cum ar fi:

• La plutirea corespunzatoare planului de baza (in zero) cele doua curbe pleaca din acelasi punct;

• Daca cele doua puncte se intersecteaza intr-un punct diferit de zero, atunci punctul de intersectie este punct extrem pentru curba XB

• Diagrama de pantocarene (KN curves) Aceste diagrame se folosesc atunci cand bratul stabilitatii se determina din valoarea pantocarenei KN.

Valoarea pantocarenelor, pentru diferite unghiuri de inclinare transversala, depinde exclusiv de forma si dimensiunile corpului navei astfel ca diagramele de pantocarene dau variatia bratului stabilitatii de forma la diferite unghiuri de inclinare transversala, in functie de volumul de carena. Pentru cazul transportului de cherestea pe punte este intocmit un grafic separat cu valorile pantocarenelor.

LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 7: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

85

Avantajul diagramelor de pantocarene este acela ca ele se aplica pe toata durata de exploatare a navei, evident daca nu sau facut modificari structurale, comparativ cu diagramele de stabilitate statica care sunt caracteristice pentru fiecare conditie de incarcare. Pentru un grad mai inalt de acuratete si avand in vedere modul mai convenabil de lucru, santierele constructoare au intocmit tabele (in loc de diagrame) in care sunt date valori ale lui GZ si KN.

De cele mai multe ori la bordul navelor, in loc de curbele hidrostatice, sunt intalnite informatiile similare sub forma tabelara, avand avantajul acuratetii mai mari o informatiilor.

LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 8: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

86

3.3.Curba de stabilitate. Criterii de stabilitate. Tipuri de curbe de stabilitate statica si interpretarea lor. 3.3.1. Curba de stabilitate. Caracteristici. Verificarea curbei de stabilitate. Dupa determinarea valorilor pantocarenelor, pentru anumite unghiuri de inclinare transversala, se pot calcula valorile bratelor de stabilitate corespunzatoare. Curba de stabilitate sau diagrama stabilitatii statice reprezinta reprentarea grafica a bratului stabilitatii statice. Pentru trasarea curbei de stabilitate vom considera un sistem de axe rectangulare in care pe abscisa vor fi marcate valorile unghiului de inclinare (de regula la intervale de 5 sau 10°), iar pe ordonata vom avea valorile bratelor de stabilitate ( de regula la intervale de 0.1m). GZ M 0.8• • 0.7• 0.6• 0.5• GZmax 0.4• 0.3• 0.2• 0.1• V φ O 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° Fig.3.3 φm φv Intervalul de stabilitate pozitiva Curba reprezentata in figura 3.3. este o curba a stabilitatii statice a navei si da variatia bratului de stabilitate in functie de variatia unghiului de inclinare transversala a navei. Curba stabilitatii statice corespunzatoare inclinarilor navei intr-un bord se caracterizeaza prin urmatoarele: De retinut!

• Punctul O, originea curbei; • Punctul M, maximul curbei, unghiul critic de ruliu sau unghiul maxim de canarisire;

punctul in care bratul de redresare are valoarea maxima • Punctul V, punctul de apus sau de declin (vanishing point); • Ramura crescatoare, cuprinsa intre O si M; • Ramura descrescatoare, cuprinsa intre M si V • φv, unghiul maxim de inclinare, la care nava, lasata libera, revine in pozitia initiala de

echilibru; • φm, este unghiul de inclinare la care deschiderile din corpul navei, suprastructuri care nu

pot fi inchise etans, sunt inundate • aria delimitata de curba stabilitatii statice si abscisa, reprezinta lucrul mecanic total al

momentului de redresare, adica lucrul mecanic cu care nava este capabila sa se opuna momentelor exterioare aplicate dinamic; aceasta arie reprezinta rezerva de stabilitate dinamica a navei.

• unghiul de inundare al puntii (deck edge immersion). Acest unghi este identificat pe curba de stabilitate statica ca punctul in care curba isi schimba forma din crescator in descrescator pe ramura crescatoare (vezi figura de mai jos).

LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 9: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

87

Acest punct mai este cunoscut si ca punctual de inflexiune al curbei. Este dificil de determinat / estimate, dar conform figurii de mai sus, acest punct poate fi determinat daca se traseaza serii de linii verticale pe curba de stabilitate. Analizand fiecare zona delimitate se poate determina punctul in care curba isi schimba tendinta de la crescator la descrescator. Este o problema dificila de aproximat si lasa oricand loc de interpretare. Dupa trasarea curbei de stabilitate si inainte de analiza acesteia, este necesar a se face verificarea curbei de stabilitate pentru depistarea eventualelor erori. De retinut! Verificarea practica a curbei de stabilitate se face astfel (fig.3.4):

• se ridica pe abscisa o verticala intr-un punct – P -, pentru un unghi φ = 57.3°; • pe aceasta verticala se masoara un segment - PH - egal ca valoare cu inaltimea

metacentrica calculata si corectata – GMcor; • se uneste printro dreapta originea curbei cu punctul H; tg H

GZ 0.8• 0.7• 0.6• GMcor 0.5• 0.4• 0.3• 0.2• 0.1• P φ O 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° Fig.3.4 1rad = 57.3° Se va urmari ca pe prima sa portiune ( pana la aproximativ 10°), curba de stabilitate statica sa se confunde cu dreapta OH. In caz contrar se vor recalcula valorile bratelor de stabilitate statica si curba se va trasa din nou, dupa care se va verifica dupa metoda de mai sus.

LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 10: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

88

De retinut! Pentru trasarea curbei de stabilitate statica este necesara parcurgerea urmatoarelor secvente:

1. se determina deplasamentul navei precum si KGefectiv (KGefectiv este calculat si corectat pentru efectul suprafetelor libere din tancuri) pentru conditia de incarcare;

2. dn tablele hidrostatice ale navei se determina KM functie de deplasamentul actual; 3. se determina GMfluid; 4. se determina valorile pantocarenelor KN (din tabele sau curbe) functie de deplasamentul

actual, pentru fiecare unghi de inclinare dat; 5. se determina valorile bratului de redresare GZ pentru fiecare unghi de inclinare dat; 6. se traseaza curba de stabilitate (reprezentarea grafica a bratelor de redresare functie de

unghiurile de inclinare) 7. se face verificarea curbei de stabilitate

Exemplu de calcul si trasare al curbei de stabilitate O nava cu un deplasment de 3500 tone are un pescaj de 3.9m si KG=4.9m. sa se traseze curba de stabilitate statica.

1. se calculeaza valorile pantocarenelor KN

2. se determina valorile bratelor de redresare (de stabilitate) din valorile bratului de forma si

bratului de greutate

Page 11: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

89

3. se traseaza curba de stabilitate statica.

3.3.2. Criterii de stabilitate.

In studiul stabilitatii initiale am mentionat deja un prim criteriu de stabilitate care se urmareste in orice situatie de incarcare si anume ca inaltimea metacentrica calculata si corectata pentru efectul suprafetelor libere lichide sa fie mai mare decat inaltimea metacentrica critica data de documentatia navei functie de deplasamentul navei corespunzator situatiei respective. Acest criteriu fiind doar un prim pas, vom studia mai departe criteriile de stabilitate pentru unghiuri mari de inclinare, criterii ce au fost impuse de organisme internationale. Mai precis, Conventia Internationala asupra liniilor de incarcare, Londra, 1966, a dat anumite criterii generale de stabilitate pentru nave, acestea fiind un indicator important pentru fiecare societate de clasificare care supravegheaza constructia de nave maritime. Este lesne de inteles, ca deoarece aceste criterii emise de conventia internationala sunt doar criterii generale, fiecare societate de clasificare elaboreaza criterii suplimentare de stabilitate functie de tipul navei: nave de pasageri, nave care transporta cherestea, tancuri petroliere, nave portcontainer, etc. De aceea fiecare ofiter de la bordul navei trebuie sa consulte documentatia tehnica a navei, mai exact “Ship’s Stability Book” pentru calculul practic de stabilitate si asieta a navei

Page 12: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

90

respective, unde sunt stabilite criterii concrete de stabilitate functie de tipul navei, clasa navei, categoria de marfuri ce se transporta, etc. Dupa cum se va observa, criteriile de stabilitate au la baza patru indicatori importanti si anume:

• Diagrama stabilitatiii statice; • Inaltimea metacentrica initiala; • Momentul de inclinare produs de actiunea vantului; • Acoperirea cu gheata.

Intrucat vom studia stabilitatea navelor cu destinatie speciala in capitolele urmatoare, ne vom rezuma aici doar la criteriile generale de stabilitate conform Conventiei Internationale Load Lines (fig.3.6).

tg GZ Ms

C • B GMcor A • GZmax F E D φ O 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° Fig.3.6 1rad = 57.3° De retinut! Criteriile generale de stabilitate sunt urmatoarele:

1. GMcor > GMcritic; 2. aria delimitata de curba stabilitatii statice, de abscisa si de verticala unghiului de 30° (aria

OAF) sa fie mai mare de 0.055mrad; 3. aria delimitata de curba stabilitatii statice, de abscisa si de verticala unghiului de 40° (aria

OBE) sa fie mai mare de 0.090mrad; 4. aria delimitata de curba stabilitatii statice, de abscisa si de verticalele unghiurilor de 30°

si 40° (aria ABEF) sa fie mai mare de 0.030mrad; 5. bratul maxim al diagramei de stabilitate statica (GZmax) sa corespunda unui unghi mai

mare sau egal de 30°, φmax ≥ 30°; 6. limita stabilitatii statice pozitive (apunerea curbei) trebuie sa corespunda unui unghi de

rasturnare mai mare sau egal de 60°, φr ≥ 60°; 7. bratul stabilitatii statice corespunzator unghiului de 30°, sa fie mai mare d 0.20m; 8. inaltimea metacentrica initiala corectata sa nu fie mai mica de 0.15m; 9. pentru cazul acoperirii cu gheata unghiul de apus al curbei sa fie mai mare sau cel putin

egal cu 55°, φr ≥ 55°; 10. pentru varianta de incarcare cea mai defavorabila, momentul de inclinare produs de

actiunea vantului Mv, aplicat dinamic, sa fie mai mic, sau cel mult egal cu momentul minim de rasturnare Mr:

LNL
Highlight
Page 13: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

91

k = 1≥MvMr

unde – k – reprezinta coeficientul de asigurare la vant sau criteriul de vant. Pentru a verifica stabilitatea navei dupa criteriul de vant se impune sa se determine momentele Mr si Mv, sau bratele corespunzatoare lr si .lv Momentul minim de rasturnare –Mr - este determinat de momentul maxim aplicat dinamic, la care nava mai este capabila sa se opuna, fara a se rasturna. Supusa unui asemenea moment nava se va inclina datorita inertiei pana la un unghi φv, ajungand in echilibru instabil. Viteza unghiulara in acest moment este anulata, dar orice moment suplimentar de inclinare va determina rasturnarea navei. Momentul minim de rasturnare este exprimat de produsul dintre deplasamentul navei D si bratul minim de rasturnare:

lrDMr ×= Bratul lr se poate determina grafic utilizand diagrama stabilitatii dinamice si unghiul de rasturnare. Momentul de inclinare produs de actiunea vantului Mv (sau bratul corespunzator lv ) este dat de documentatia navei. El se calculeaza de santierul constructor, conform normelor de registru si depinde de presiunea specifica a vantului, de aria totala a suprafetei velice si de cota centrului de greutate al suprafetei velice, fata de planul plutirii (figura de mai jos).

Diagrama de variatia bratului lv , functie de variatia deplasamentului navei. Criteriile de stabilitate recomandate de IMO sunt preocupate cu adevarat pentru primele 40° de inclinare, desi nu este neobisnuit pentru conditiile de incarcare ale navelor sa produca curbe de stabilitate cu stabilitate pozitiva pana la unghiuri mai mari. Scopul criteriilor IMO este de a preveni navele sa ajunga la unghiuri mari de inclinare, iar aceste criterii sunt criterii minime absolute care trebuiesc satisfacute pe toata durata voiajului iar o nava poate aveam nevoie de o inaltime metacentrica de 0.15m pentru a indeplini celelalte criterii, cum ar fi aria minima de sub curba. Valoarea minima impusa a inaltimii metacentrice pentru o stabilitate adecvata este considerata a fi independenta de marimea navei. Momentul de redresare rezultat include

Page 14: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

92

greutatea dislocuita a navei si deci va fi mult mai mare la navele mari decat la navele mici. Nu este de dorit in mod particular a avea o inaltime metacentrica excesiva, deoarece acest lucru are tendinta sa produca o miscare de ruliu violenta. O inaltime metacentrica initiala pozitiva intre 0.5m si 1m, este ideala pentru o stabilitate buna in cazul majoritatii tipurilor de nave. Inaltimile metacentrice initiale mai mari de 1m au tendinta sa produca o nava rigida, caracterizata printr-un ruliu dur, cu acceleratii unghiulare mari care vor duce la suprasolicitarea structurala a navei. La valori ale inaltimii metacentrice mult sub 0.3m, majoritate navelor devin prea “moi” cu un ruliu excesiv de lent si nedorit. 3.3.3. Tipuri de curbe de stabilitate statica si interpretarea lor. GZ 1.4

1.3 A GMA 1.2

1.1 0.9 B 0.8• 0.7• 0.6• 0.5• 0.4• C GMB 0.3• 0.2• D 0.1• GMC φ O 10° 20° 30° 40° 50° 60° 70° 80° 90° Fig.3.6 1rad = 57.3° GMD Curba A

• caracterizeaza o nava cu stabilitate excesiva; • inaltimea metacentrica initiala este foarte mare, GMA este aproximativ 2.2 m, ceea

ce face ca pe prima portiune curba sa aiba o panta mare; • bratul maxim de redresare (bratul stabilitatii) corespunde unui unghi de inclinare

relativ mic, aprox.30°; • apunerea curbei (limita stabilitatii statice pozitive) corespunde unui unghi mic de

inclinare transversala (unghiul de rasturnare este de aproximativ 58°); • rezerva de stabilitate dinamica a navei (aria delimitata de curba A si abscisa) este

redusa. Concluzie: din datele mentionate mai sus putem concluziona faptul ca o nava aflata in situatia navei A, are stabilitate excesiva si se va comporta bine la unghiuri mici de inclinare, dar situatia navei devine critica la unghiuri mari de inclinare. Nava va fi foarte sensibila la actiunea

LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 15: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

93

fortelor statice sau dinamice si chiar pe timpul acostarii, ca urmare a actiunii valurilor, vantului sau deplasarii greutatilor la bord, nava va oscila continuu in plan transversal. Datorita faptului ca momentul de redresare ajunge foarte repede la valoarea maxima nava va ajunge in situatia critica, iar daca nava continua sa se incline sub actiunea unui moment aplicat asupra ei, momentul de redresare va scadea rapid si nava se poate rasturna. Structura de rezistenta a navei va fi solicitata foarte mult prin faptul ca nava are o perioada scurta de ruliu, iar daca nava va rula pe o perioada mare de timp (mai multe zile) sau daca nava intra in ruliu sincronizat va aparea pericolul dezamararii si deplasarii marfurilor producand avarii la nava si marfa si implicit la canarisirea navei. Se spune despre o astfel de nava ca este o nava dura. Masuri: intr-o astfel de situatie cand stabilitatea navei este excesiva se va proceda la repartizarea greutatilor la bord in plan vertical. Curba B

• caracterizeaza o nava cu stabilitate buna; • inaltimea metacentrica are o valoare buna, GMB aproximativ 0.55m, ceea ce face ca pe

prima sa portiune curba sa aiba o panta moderata; • bratul maxim de redresare corespunde unui unghi de inclinare bun de aproximativ 50°; • rezerva de stabilitate dinamica a navei este mare; • unghiul de rasturnare are valoare mare, peste 90°.

Concluzie: o astfel de nava are o comportare buna, sub actiunea momentelor aplicate static sau dinamic, in orice situatie atat la inclinari mici cat si la inclinari mari. Curba C

• caracterizeaza o nava cu stabilitate redusa; • inaltimea metacentrica initiala are o valoare mica, GMC este aproximativ 0.15m; • unghiul de rasturnare (de apunere) este peste 75°; • rezerva de stabilitate dinamica este foarte mica.

Concluzie: daca asupra unei nave aflate intro astfel de situatie actioneaza momente de inclinare, aplicate dinamic, pe o perioada indelungata de timp, nava se poate afla in situatie critica. Deoarece are o perioada mare de ruliu, se spune despre o astfel de nava ca este o nava zvelta. Cu toate ca la plecarea in voiaj o astfel de nava are o stabilitate buna, ca urmare a consumului de combustibil si apa pe timpul voiajului (avand in vedere ca in cele mai multe cazuri acestea se afla in tancurile din dublu fund) nava poate ajunge in situatie critica spre sfarsitul voiajului. Situatia critica se va accentua in cazul acoperirii cu gheata fapt ce duce la aparitia unei stabilitati initiale negative. Masuri: repartizarea greutatilor la bord in plan vertical

Curba D • caracterizeaza o nava cu stabilitate initiala negativa, se observa faptul ca pana pe la

aproximativ 20° curba este situata sub axa absciselor;nava este canarisita; • inaltimea metacentrica este negativa; • stabilitatea initiala negativa duce la reducerea rezervei de stabilitate dinamica; • unghiul de apunere este redus

Concluzie: o astfel de nava, cu stabilitate initiala negativa, este instabila in pozitie dreapta, datorita faptului ca bratul de redresare are o valoare negativa ea se va inclina sub actiunea momentului. In momentul in care nava incepe sa se incline, centrul de carena se

LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 16: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

94

va deplasa spre partea imersata pana cand va ajunge pe aceeasi verticala cu centrul de greutate al navei. Unghiul in care cele doua centre ajung pe aceeasi verticala este unghiul de canarisire si este generat de stabilitatea initiala negativa. Nava isi va regasi pozitia de echilibru tocmai in aceasta pozitie si va rula in jurul unghiului de canarisire in fiecare bord. Chiar si momentele de inclinare mici pot provoca bandarea navei peste unghiurile critice. La inclinarile navei intre limitele unghiului de canarisire din fiecare bord, se pot adauga inclinarile generate de actiunea vantului si a marii. Nava aflata intr-o astfel de situatie va avea o perioada de ruliu mare cu o amplitudine care poate lua valori considerabile, cu efecte negative asupra amarajului si stivuirii marfurilor iar deplasarea marfurilor poate duce la compromiterea totala a stabilitatii. Mai mult decat atat, in cazul acoperii cu gheata, stabilitatea navei este compromisa aproape in totalitate. Aceasta situatie nu este in general admisa (expetie la navele care transporta cherestea pe punte sau in situatii de incarcare speciale, cazuri ce vor fi sudiate in capitolele urmatoare).

Masuri: reducerea cotei centrului de greutate, adica cresterea inaltimii metacentrice initiale, prin metode cum ar fi:

• reducerea suprafetelor libere din tancuri, balastarea tancurilor din dublu fund; • repartizarea greutatilor la bord; • se vor avea in vedere greutatile consumabile (apa, combustibil) situate in tancurile dublu

fund, deoarece prin consumul acestora pe timpul marsului, nava va ajunge din nou in situatia stabilitatii negative.

Concluzii finale:

Intrebarile care ne framanta cel mai des sunt: Ce valoare practica au aceste curbe? In ce fel aceste curbe ne pot ajuta pentru operarea navei intr-un mod mai eficient si mai sigur? Cum ne pot ajuta aceste curbe comparand stabilitatea unei nave la un anumit pescaj cu aceeasi nava la un pescaj diferit? Aceste curbe nu sunt doar extrem de practic de folosit, dar in adevaratul sens sunt indispensabile daca nava trebuie sa fie operata in siguranta. Trasaturile ce caracterizeaza o curba de stabilitate ne sunt folositoare pentru a observa urmatoarele:

1. Panta initiala sau inclinarea initiala a curbei. Cu cat este mai ascutita panta initiala a curbei, cu atat mai mari vor fi valorile initiale ale bratului de stabilitate (redresare) si evident stabilitatea initiala va creste.

2. Unghiul de inclinare la care apare bratul maxim de redresare. Acest unghi este vital din mai multe puncte de vedere. Mai intai, trebuie inteles ca unghiul stabilitatii maxime este indeaproape asociat cu unghiul la care puntea intra in apa. Cu alte cuvinte, cand o nava ruleaza la un unghi, care aparent ni se pare un unghi de inclinare periculos, nava poseda stabilitate maxima. Poate fi stresant dar acest lucru se aplica numai in caz de ruliu nu si in caz de canarisire. Desigur ne intrebam de ce nava poseda stabilitate maxima la un unghi la care puntea este imersata? Consideram in primul rand ca atunci cand puntea este imersata se castiga mai multa flotabilitate in partea imersa (asa cum am vazut volumul ongletului emers se transfera in ongletul imers), iar centrul de carena se deplaseaza spre partea imersa creind in acest fel brate de redresare. Dar dupa ce puntea a fost imersata, nu se va mai castiga flotabilitate in plus. Incapacitatea de a castiga mai multa flotabilitate in partea imersa elimina practic deplasarea mai mult a centrului de carena catre partea imersa. Astfel, daca nava se inclina si trece de unghiul la are puntea devine imersa linia fortei ce trece prin G se deplaseaza mai aproape de linia fortei ce trece prin B si bratul de redresare scade in valoare.

3. Importanta bordului liber. Marimea bordului liber pe care il are o nava are un efect uimitor asupra stabilitatii acelei nave la unghiuri mari de inclinare. Bordul liber

LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 17: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

95

determina unghiul de imersie al puntii, care asa cum am vazut determina la randul lui valoarea maxima a stabilitatii. Acest principiu important este ilustrat in figura de mai jos (fig.3.5). Trebuie notat faptul ca bordul liber nu are efect asupra stabilitatii initiale.

Nava 1 Nava 2 Bordul liber G • G • B • B • Bord liber mare inseamna…. Bord liber mic inseamna…… 40° 20°

G • Z

G • Z • B B • •B′

inundarea puntii la unghiuri mari inundarea puntii la unghiuri mici de inclinare de inclinare Fig. 3.5 Rezulta ca pentru doua nave cu aceeasi latime dar bord liber diferit, diagramele de stabilitate statica coincid pana in zona in care puntea navei cu bordul liber mai mic (nava 2) intra in apa. GZ Nava 1 Nava 2 φ

Unghiul la care intra puntea in apa, pentru nava 1, este mai mare decat pentru nava 2. din aceasta cauza maximul diagramei va fi deplasat spre dreapta si va avea valori mai mari. Unghiul de declin este superior in cazul navei 1 din cauza ca de la origine cele doua diagrame coincid. Rezerva de stabilitate dinamica este superioara pentru nava 1. Putem astfel concluziona ca marimea bordului liber este benefica pentru stabilitate din toate punctele de vedere. Atunci cand inaltimea de constructie a navei creste, celelalte dimensiuni ramanand constante maximul curbei se deplaseaza spre unghiuri mai mari, inaltimea metacentrica transversala se micsoreaza, pe de o

LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 18: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

96

parte datorita cresterii volumului carenei, deci KM scade si pe de alta parte datorita faptului ca KG creste. Ca si bordul liber si latimea navei are influenta asupra stabilitatii la unghiuri mari de inclinare. M2 M1 G B La nava cu latime mai mare, la aceeasi inclinare, deplasarea centrului de carena este mai mare, rezultand ca si bratul stabilitatii statice este mai mare, deasemenea inaltimea metacentrica este mai mare. La acelasi bord liber unghiul la care puntea intra in apa (zona maximului diagramei) va fi mai mic pentru nava cu latime mai mare. Din aceasta cauza, cresterea latimii navei, maximul diagramei se deplaseaza catre origine. Lucrul mecanic pentru cazul navei cu latime mare este mai mare dar unghiul de declin scade. Rezulta ca, atunci cand latimea navei creste, celelalte dimensiuni ramanad constante maximul curbei se deplaseaza spre unghiuri mici, inaltimea metacentrica transversala creste datorita faptului ca cresterea momentului de inertie al suprafetei plutirii este mai pregnanta decat cresterea volumului carenei.

4. Unghiul de inclinare maxima. Unghiul stabilitatii maxime este de interes si din alt punct de vedere. El indica in majoritatea cazurilor unghiul de inclinare maxima. O nava inclinata sub un anumit unghi este in echilibru; acest lucru insemna ca momentul care inclina nava este egal cu momentul de redresare. Daca momentul care inclina nava este mai mare decat momentul de redresare al navei, nava se va inclina peste unghiul la care cele doua momente sunt din nou egale. Dar daca presupunem ca momentul de inclinare este mai mare decat momentul de redresare maxim al navei , atunci nava se va rasturna. Dar redresarea maxima a navei apare aproape de unghiul la care puntea intra in apa. Asadar, daca nava se inclina ( nu doar ruleaza) pana la imersarea puntii, se va rasturna imediat. Totusi exista o exceptie: se poate rasturna in afara de cazul cand intervalul de stabilitate este mai mare de 90°.

5. Unghiurile periculoase de inclinare si ruliu. Presupunem ca suntem la bordul unei nave al carui unghi maxim de inclinare (unghiul la care puntea intra in apa) este 45°. La ce unghi va trebui sa abandonam nava daca nava incepe si continua sa se incline? Evident ca nu putem astepta pana la 45° deoarece aceasta este limita critica. O nava in mars ruleaza in jurul unghiului de inclinare si este asadar in pericol de rasturnare inainte de aparitia limitei critice. Anumite autoritati sfatuiesc sa se foloseasca jumatate din unghiul maxim de inclinare ca un standard arbitrar pentru o valoare a unghiului periculos de inclinare. Trebuie reamintit ca in caz de necesitate gruiele barcilor de salvare din partea ridicata nu vor mai fi operabile peste unghiuri de inclinare mai mari de 15°. Comandantul navei trebuie sa combine buna practica marinareasca cu informatiiile ce deriva din curbele de stabilitate, pentru a lua o decizie cat mai buna. Unghiul de stabilitate maxima este deasemenea adoptat in mod arbitrar de catre marea majoritate a expertilor ca un standard a ceea ce constituie un unghi periculos de ruliu, avand in vedere ca dupa ce nava trece de stabilitatea maxima, valoarea bratelor de redresare scade rapid si nu va fi indeajuns de mare sa reziste momentelor de inclinare ce apar pe mare nefavorabila. Inca odata, conditiile meteorologice, in conjunctie cu curba de stabilitate, joaca un rol important in

LNL
Highlight
Page 19: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

97

determinarea a ceea ce constituie ruliul navei. Spre exemplificare vom analiza influenta starii marii asupra diagramei de stabillitate statice. Dupa cum ne putem imagina situatia ideala este pe mare calma, insa la navigatia pe valuri (in special pe valuri de hula) situatie in care lungimea hulei este egala cu lungimea navei, plutirea nu mai este plana si are alta forma putand aparea doua situatii (mai ales cand hula este din pupa si viteza hulei este egala cu cea a navei), astfel:

• Nava pe gol de val; • Nava pe creasta de val.

Fig.3.6 In figura 3.6 sunt reprezente curbele de stabilitate pentru urmatoarele situatii:

• Curba verde, nava pe apa calma

• Curba albastra, nava pe gol de val

• Curba rosie, nava pe creasta de val

Pentru nava aflata pe gol de val (curba albastra), in zona centrala care de regula prezinta latime maxima, bordul liber este mare iar momentul de inertie este maxim. Influenta conjugata a bordului liber marit si a momentelor de inertie mari conjugate cu ponderea marita a zonei centrale in marimea momentului de redresare, rezulta in faptul ca ordonatele diagramei in acest caz vor fi superioarea diagramei din apa calma. In cazul navei aflate pe creasta de val (curba rosie) avem situatia inversa, in care bordul liber in zona centrala este mic, volumul creste si diagrama de stabilitate se micsoreaza. Situatia de navigatie din ultimul caz, mai ales cand valul este din pupa si viteza navei este egala cu a hulei, este periculoasa si trebuie evitata.

Page 20: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

98

Din studiul curbelor de stabilitate se poate aprecia ca momentul de redresare al navei ajunge la valoarea sa maxima la o inclinare transversala la care marginea puntii incepe sa imerseze. Pana la imersarea puntii, forma volumului imersat al navei face ca centrul de carena sa se deplaseze mereu spre bordul imersat, marindu-se astfel bratul de redresare si, implicit, momentul de redresare al navei. Dimpotriva, dupa imersarea puntii, centrul de carena nu se mai deplaseaza practic spre bordul imersat, deoarece nu mai exista transfer de volum de carena, in timp ce verticala care trece prin G se apropie de verticala care trece prin B, astfel rezulta o scadere a bratului si implicit a momentului de redresare. Studiind curba de stabilitate statica a unei nave se poate afirma ca unghiul corerspunzator maximului curbei este aproximativ egal cu unghiul de imersare a puntii (unghiul de inundare al puntii este determinat asa cum am vazut, de bordul liber al navei). In majoritatea cazurilor, unghiul de inclinare corespunzator maximului diagramei statice indica si unghiul maxim de canarisire al navei. O nava canarisita la un unghi maxim si-a epuizat rezerva de stabilitate dinamica. Unghiul maxim de canarisire reprezinta unghiul maxim de inclinare la care nava mai are echilibru stabil, in regim static (momentul maxim de redresare egaleaza momentul de inclinare). In aceasta situatie, orice moment suplimentar de inclinare are drept rezultat rasturnarea navei.Unghiul critic de canarisire se considera in general ca fiind jumatate din valoarea unghiului maxim de canarisire. Deasemenea, unghiul de inclinare corespunzator maximului diagramei statice, poate fi adoptat ca unghi critic de ruliu, deoarece peste aceasta valoare, valoarea bratelor de redresare descreste rapid si nava nu rezista la momente suplimentare mari de inclinare, date de cresterea amplitudinii de ruliu, de ruliu sincronizat, etc. Unghiul de anulare (apunere) al diagramei statice corespunde unghiului de rasturnare a navei. Daca inclinarea continua peste acest unghi, bratul de stabilitate incepe sa ia valori negative si actioneaza ca brat de rasturnare. In practica, in jurul unghiului de rasturnare fortele de inertie sau orice momente suplimentare de inclinare vor determina rasturnarea navei. De aceea, in exploatare navei, domeniul eficient al stabilitatii statice se considera pana la inclinari ale navei in jurul unghiului de inundare al puntii. In continuare vom prezenta cateva tipuri de curbe de stabilitate statica neacceptabile, care nu satisfac unul sau mai multe criterii de stabilitate.

a) Pe prima portiune panta curbei creste foarte incet iar acest lucru nu satisface criteriul de stabilitate no.2. Acest tip de curba apare la navele care au ori un KM mic inraport cu KG sau un GM mic.

LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 21: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

99

b) Se observa ca GM0 = 0, acest lucru nu satisface criteriul de stabilitate no.8

c) Inaltimea metacentrica initiala (stabilitatea initiala) este mare, panta curbai creste brusc pe prima portiune si atinge deja maximul la un unghi de aproximativ 10°. Curba nu satisface creiteriul de stabilitate no.5. Acest fapt apare la navele cu latime mare si bord liber mic.

Page 22: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

100

d) Inaltimea metacentrica initiala GM0 = -0.20m. Nu satisface criteriul no.8.

e) Inaltimea metacentrica initiala GM0 = 0.10m. Nu satisface criteriul no.8.

Page 23: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

101

f) Datorita repartizarii asimetrice a gretutatilor la bordul navei, nava se canariseste. Nava poate indeplinii toate criteriile de stabilitate dar inca nu poate parasi portul de incarcare din cauza canarisirii (acest lucru se aplica in special pentru transportul de cereale). 3.3.4. Masuri de precautie impotriva rasturnarii navei IMO Code on Intact Stability for All Types of Ships a stabilit urmatoarele precautii generale impotriva rasturnarii navei:

1. conformitatea cu criteriile de stabilitate nu asigura exceptarea de la rasturanare a navei, indiferent de circumstanta, sau sa absolve comandantul navei de responsabilitatile sale. Comandantii navelor trebuie astfel sa exercite prudenta si buna practica marinareasca, avand in vedere perioada anului, avizele meteo si zonele de navigatie si trebuie sa ia masuri adecvate in ceea ce priveste viteza si drumul navei functie de circumstante.

2. trebuie avut in vedere ca marfa destinata spre a fi incarcata poate fi stivuita la bord astfel incat sa poata fi satisfacute criteriile de stabilitate.

3. inainte de plecarea in voiaj, o atentie deosebita trebuie acordata pentru a se asigura ca marfa si piesele voluminoase (agabaritice) au fost corect stivuite si amarate astfel incat efectul deplasarii la bord datorita ruliului navei a fost redus la minim.

4. o nava care este angajata in operatiuni de remorcare nu trebuie sa transporte marfa pe punte, cu exceptia unei cantitati mici si care este bine amarata, care nu va stanjeni niciodata desfasurarea activitatilor pe punte a echipajului sau sa impiedice functionarea corecta a echipamentului de remarcaj.

5. criteriile de stabilitate (asa cum au fot analizate mai sus) stabilesc valorile minime, dar nici valorile maxime nu sunt recomandate. Este recomandat a se evita valori excesive ale inaltimii metacentrice, deoarece acestea pot duce la forte de acceleratie care pot aduce prejudicii navei, sigurantei transportului.

6. numarul tancurilor partial umplute trebuie tinut la minimum. 7. atentie trebuie acordata posibilelor efecte adverse asupra stabilitatii atunci cand anumite

marfuri solide in vrac sunt transportate. Trebuie acordata atentie IMO Code of Safe Practice for Solid BulkCargoes.

Page 24: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

101

3.4.Stabilitatea dinamica la unghiuri mari de inclinare.Definitie.Bratul stabilitatii dinamice si calculul acestuia. Diagrama stabilitatii dinamice si proprietatile ei. Pana acum s-au studiat inclinarile navei considerand ca momentul de inclinare actioneaza aupra navei foarte lent, astfel incat la inclinarea sub un anumit unghi – φ – nava ajunge parcurgand un sir infinit de stari succesive de echilibru. In realitatea acest caz este inexistent, deoarece momentul de inclinare actioneaza brutal. Din acest motiv, din cauza actiunii brutale a momentului de inclinare, comportarea navei va avea o particularitate si anume, nava va capata o miscare cu acceleratie unghiulara. Urmarea aparitiei acestei acceleratii unghiulare este aparitia fortelor de inertie care vor duce, in momentul atingerii unghiului de inclinare corespunzator aplicarii statice a momentului, la depasirea acestui unghi, oprindu-se undeva la un unghi superior. Practic nava va oscila in jurul unghiului φstatic. Unghiul la care se opreste nava din inclinare, in cazul aplicarii dinamice a momentului, se numeste unghi de inclinare dinamica. Marimea unghiului de inclinare dinamica va rezulta din urmatoarele considerente:

• La inclinarea navei, momentul perturbator va efectua un lucru mecanic; • Momentul de redresare (care se opune momentului perturbator, si este crescator) va

efectua si el un lucru mecanic in acelasi timp; • Inclinarile inceteaza cand lucrul mecaanic al momentului de inclinare este egal cu lucrul

mecanic al momentului de redresare, nava oprindu-se la un unghi – φdinamic. Momentul de redresare Momentul de inclinare dinamic A′ D A B C O φAstatic φAdinamic Momentul de inclinare este o dreapta paralela cu axa absciselor situata pe ordonata la o valoare egala cu valoarea momentului la scara diagramei. Pentru a afla unghiul de inclinare dinamic, trebuie ca lucrul mecanic efectuat de momentul de inclinare sa fie egal cu lucrul mecanic efectuat de momentul de redresaare:

Li = Lr Dar: Li = Aria suprafetei ODABC = Mi x φdinamic Lr = Aria suprafetei OAA′BC = Mr x φstatic Intrucat, aria suprafetei OABC este comuna, acesta se exclude si rezulta: Aria suprafetei AA′B = Aria suprafetei ODA, iar din aceasta egalitate va rezulta φdinamic

pentru un moment de inclinare dat.

Page 25: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

102

Pentru un anumit moment cunoscut Mi (care aplicat static duca la o inclinare cu unghiul φAstatic ), datorita aplicarii sale dinamice nava va depasi in inclinare punctul – A – ajungand in punctul - A′ -(corespunzator unghiului φAdinamic) astfel incat cele doua suprafete sa fie egale. Astfel putem spune ca stabilitatea dinamica la un anumit unghi de inclinare poate fi definita ca lucrul mecanic efectuat de fortele externe (vant, valuri) pentru a inclina nava la acel unghi si este egala cu aria suprafetei de sub curba de de stabilitate statica corespunzatoare aceluiasi unghi. Atunci cand evaluam stabilitatea transversala a navei, se traseaza o curba a stabilitatii statice functie de valorile bratelor de stabilitate GZ pentru unghiurile de inclinare. In cazul stabilitatii dinamice este considerat a fi mult mai corect sa consideram o curba a momentelor de redresare, adica valorile bratelor de redresare calculate pentru unghiurile specifice de inclinare sunt inmultite cu deplasamentul navei. Deoarece curba de stabilitate statica este determinate pentru o conditie de incarcare anticipate, este convenabil pentru stabilitatea dinamica sa fie calculate prin considerarea ariei de sub curba pana la unghiul de inclinare respective.

Cu alte cuvinte : Stabilitate dinamica = Deplasamentul x Aria (0º la θº)

Consideram o nava care a fost inclinata datorita unei forte externe pana la un unghi de inclinare de 25º. Pentru ca fortele externe ce actioneaza asupra navei sa realizeze acesasta inclinare, este necesar ca acestea sa depaseasca suma tuturor momentelor de redresare pe are nava le are pana la inclinarea de 25º. Stabilitatea dinamica la unghiuri mari studiaza marimea si semnul lucrului mecanic al stabilitatii si relatia dintre acesta si lucrul mecanic exterior in cazul inclinarilor ce depasesc 15°. Atata timp cat are stabilitate, nava opune oricarui moment de inclinare exercitat asupra ei, un moment de redresare egal ca marime, dar cu actiune opusa. Fortele componente ale cuplului de redresare ( forta de greutate si forta de impingere arhimedica) au actiune verticala astfel ca lucrul mecanic efectuat de acesta va depinde numai de variatia pe verticala a pozitiei punctelor de aplicatie ale acestor forte.

LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 26: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

103

G′ • G • ld a′ a B • • B′ Fig.3.5.1 In figura de mai sus este reprezentata semnificatia fizica a bratului stabilitatii dinamice. Astfel, putem spune ca bratul stabilitatii dinamice – ld – reprezinta variatia distantei verticale dintre dintre centrul de greutate – G – si centrul de carena – B – masurata dupa directiile fortelor aplicate in aceste puncte, corespunzatoare unei inclinari transversale de un anumit unghi – φ, deci ld = (a - a′) Rezulta ca lucrul mecanic exterior consumat pentru inclinarea navei cu unghiul – φ – este dat de relatia:

Lφ = D x (a - a′) = D x ld Lucrului mecanic exterior i se opune lucrul mecanic al stabilitatii care se calculeaza cu relatia:

Mdinamic = ∫ ×ϕ

ϕ0

dMstatic = ∫ ×ϕ

ϕ0

dGZD

Astfel rezulta valoarea bratului de stabilitate dinamica, ca fiind:

ld = ∫ ×ϕ

ϕ0

dGZ

aceasta integrala se rezolva pe cale grafica prin metoda trapezelor, si rezulta:

ld = 2ϕd [(GZo+GZ1) + (GZ1+GZ2) +…….+ (GZ(n-1) + GZn)]

Factorul 2ϕd , se noteaza cu Δφ si reprezinta coeficientul bratului de stabilitate

dinamica. Acest coeficient depinde de marimea intervalului ales pentru dφ. Pentru a putea opera cu coeficientul stabilitatii dinamice, intervalul dφ trebuie transformat in radiani. Astfel pentru un interval dφ = 5°, se btine:

180°…………………….3.14 rad 5°…………………………. dφ

Astfel, dφ = 0.0873 rad. In mod asemanator se calculeaza valoarea pentru urmatoarele intervale, 10°, 15°, etc.

LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 27: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

104

Rezulta ca bratul de stabilitate dinamica – ld – pentru diferite valori ale unghiului de inclinare transversala – φ – va fi obtinut ca produs intre coeficientul bratului de stabilitate dinamica si sumele bratelor de stabilitate statica din paranteza, astfel l10° = GZo+GZ1

l20° = (GZo+GZ1) + (GZ1+GZ2) ln° = (GZo+GZ1) + (GZ1+GZ2)+…………….+(GZ(n-1) + GZn) Reprezentand grafic bratele de stabilitate dinamica astfel calculate, se obtine curba de stabilitate dinamica, care da variatia lucrului mecanic efectuat de cuplul de redresare sau variatia bratului de stabilitate dinamica, functie de variatia unghiului de inclinare transversala. Pentru a evidentia mai bine proprietatile sale, in figura de mai jos am reprezentat diagrama stabilitatii statice impreuna cu diagrama de stabilitate dinamica. GZ Ms M ` A V φ ld Md M I MsA ldmaxim A 1 rad φ O φA

Page 28: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

105

De retinut ! Punctele caracteristice ale diagramei de stabilitate dinamica sunt:

• Originea – O; • Punctul de inflexiune – I; • Punctul de maxim – M.

Proprietatile curbei de stabilitate dinamica sunt:

• Diagrama de stabilitate dinamica admite in origine axa absciselor ca tangenta. Adica O este punct de extrem;

• La unghiul corespunzator punctului –M – de maxim al diagramei de stabilitate statica, diagrama de stabilitate dinamica are un unghi de inflexiune –I;

• Bratul stabilitatii dinamice corespunzator unui punct oarecare –A- reprezinta aria suprafetei de sub diagrama de stabilitate statica pana la unghiul corespunzator punctului A;

• La unghiul corespunzator punctului – V – de apus al diagramei de stabilitate statica, diagrama de stabilitate dinamica are un punct de maxim;

• Daca prin punctul-A- se duce tangenta la diagrama stabilitatii dinamice si orizontala asociata, atunci segmentul masurat pe verticala trasata la 1rad = 57.3° fata de A, reprezinta la scara diagramei momentul static corespunzator punctului A.

Intrucat stabilitatea dinamica este reprezentata de aria delimitata de diagrama statica si abscisa, rezulta ca domeniul de actiune a stabilitatii dinamice se extinde de asemenea pana la unghiul de rasturnare, determinat de intersectia curbei de stabilitate statica cu abscisa. Diagrama stabilitatii dinamice, care reprezinta grafic variatia lucrului mecanic efectuat de cuplul de redresare, are un punct de inflexiune in dreptul unghiului corespunzator maximului diagramei statice, iar maximul acestei diagrame are loc in dreptul unghiului de rasturnare. In incheiere putem concluziona ca stabilitatea dinamica este importanta in studiul stabilitatii navei deoarece este un factor important in evaluarea oscilatiilor navei (ruliului). Trebuie avut in vedere intotdeauna ca ceea ce reduce stabilitatea statica va reduce deasemenea stabilitatea dinamica. Nava va fi in echilibru dinamic atunci cand lucrul mecanic exterior este egal cu lucrul mecanic al momentului de stabilitate. Deosebirea dintre stabilitatea dinamica si stabilitatea statica transversala Stabilitatea statica transversala este termenul folosit pentru a descrie capacitatea navei aflata in echilibru de a reveni in pozitie dreapta atunci cand ea a fost inclinata de o forta externa, si se determina cu formula :

Momentul de redresare = GZ (bratul de redresare) x Deplasamentul navei unde GZ masoara cat de departe sunt separate pe orizontala G si B la un anumit unghi de inclinare. Stabilitatea dinamica a unei nave la un anumit unghi de inclinare reprezinta lucrul mecanic efectuat de fortele externe pentru a inclina nava la acel unghi, si se determina cu relatia:

Stabilitate dinamica = Deplasamentul x Aria (0º la θº)

LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
LNL
Highlight
Page 29: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

106

Deosebirea dintre cei doi termini de mai sus este clarificata prin figura de mai jos:

Momentul stabilitatii statice va fi acelasi pentru nava inclinata la 25º sau 53º. Totusi, stabilitatea dinamica va fi evident mult mai mare la 53º deoarece este nevoie de mai mult lucru mecanic al fortei externe pentru a inclina nava la unghiuri de inclinare mai mari. Toate explicatiile de mai sus sunt reale pentru o nava care se afla in apa calma sin nu este inclinata la un unghi mai mare de unghiul de inundare progresiva. Mai mult decat atat, este presupus ca pozitia centrului de greutate al navei nu se misca, chiar si atunci cand nava este inclinata la astfel de unghiuri mari de inclinare pentru care este trasata in mod normal o curba de statibilitate statica. In mod clar, in practica, situatia cand nava se inclina in timpul marsului este complet diferita. In acel caz trebuie luati in considerare factori precum, stabilitatea navei pe cresta si pe gol de val, parametric rolling, miscarile de tangaj, ruliu etc adica efectele dinamice ale miscari navei in mars in general, miscarea dinamica a apei ambarcata pe punte. Este clar ca abordarea “dinamica” trebuie adoptata pentru determinarea bunei stari de navigabilitate a navei in termeni ai stabilitatii navei. Cercetarile la nivel mondial sunt pe cale sa gaseasca o abordare “dinamica” mai realistica in ceea ce priveste stabilitatea navei. Oricum, pentru ca aceasta problema sa fie bine determinata este de natura aleatorie in care fortele mediului inconjurator care actioneaza, cum ar fi, vanturi, valuri, sunt greu de prezis in mod real.

Page 30: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

105

3.5. Criteriile de stabilitate conform International Code on Intact Stability, 2008 (2008 IS Code). Maritime Safety Committee (MSC) a adoptat la data de 4 Decembrie 2008, prin rezolutia MSC.267(85), The International Code on Intact Stability, 2008, cunoscut si sub denumirea de IS Code 2008, care va intra in vigoare in Martie 2010. Acest Code a fost intocmit pentru a furniza, intrun singur document, cerintele obligatorii prevazute in partea introductiva precum si in partea A si cerintele recomandate prevazute in partea B a codului. In partea introductiva a Codului este prevazut faptul ca acolo unde recomandarile acestui Cod sunt diferite de alte Coduri IMO, acestea din urma trebuie considerate ca instrumente care prevaleaza. In elaborarea acestui Code, un numar de factori influenti cum ar fi nava aflata in deriva (fara mijloace de propulsie si guvernare), actiunea vantului asupra navelor cu suprafata velica mare, caracteristicile de ruliu, conditiile de mare rea, etc. au fost luati in considerare. Asa cum este prevazut in art.1 al acestui Cod, “scopul acestuia este de a prezenta criterii de stabilitate obligatorii si recomandate precum si alte masuri pentru a se asigura operarea in siguranta a navelor, pentru a minimiza riscul unor astfel de nave, al personalului de la bord si al mediului inconjurator”. In continuare vom prezenta criteriile de stabilitate prevazute in partea A a Codului (obligatorii), astfel:

1. Criteriile generale • Toate criteriile de stabilitate se vor aplica pentru toate conditiile de incarcare; • Efectele suprafetelor libere vor fi luate in considerare pentru toate conditiile de

incarcare; • Atunci cand nava este prevazuta cu dispozitive anti-ruliu, Administratia trebuie sa

fie satisfacuta ca criteriile de stabilitate pot fi mentinute atunci cand dispozitivele sunt in operare si defectarea sistemului de alimentare a acestora sau chiar defectarea lor nu va rezulta in incapacitatea navei de a satisface cerintele acestui Code.

• Prevederile vor fi facute pentru o margine de siguranta a stabilitatii in toate stagiile voiajului, atentia fiind pentru acumulari de greutati in plus, cum ar fi acestea datorita absorbtiei de apa sau inghetului precum si a pierderilor de greutati cum ar fi consumul de combustibil.

• Fiecare nava va fi prevazuta cu o carte de stabilitate (stability booklet), aprobata de Administratie, care contine suficiente informatii pentru a ingadui comandantului navei sa opereze nava in conformitate cu cerintele aplicabile continute in Cod. Daca un instrument de stabilitate (computer) este folosit ca un supliment al cartii de stabilitate pentru scopul de a determina conformitatea cu criteriile de stabilitate, acest instrument trebuie sa fie aprobat de Administratie;

• Daca sunt folosie curbe sau tabele pentru inaltimea metacentrica minima operationala sau centru de greutate maxim (VCG) pentru a asigura conformitatea cu criteriile de stabilitate aceste curbe limita trebuie sa se extinda dincolo de intervalul de asietele operationale ale navei

2. Criterii referitoare la proprietatile curbei bratului de redresare • Aria de sub curba de stabilitate pana la unghiul de 30 grade trebuie sa nu fie mai mica de

0.055m-rad; • Aria de sub curba de stabilitate pana la unghiul de 40 grade, sau unghiul de inundare daca

acest unghi este mai mic de 40 de grade, trebuie sa nu fie mai mica de 0.09m-rad;

Page 31: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

106

• Aria de sub curba de stabilitate intre 30 si 40 grade,sau intre 30 de grade si unghiul de inundare, sa nu fie mai mica de 0.03m-rad.

• Bratul de redresare sa fie cel putin 0.2m pentru un unghi de inclinare egal sau mai mare de 30 de grade;

• Bratul maxim de redresare trebuie sa apara la un unghi de inclinare nu mai mic de 25 de grade;

• Inaltimea metacentrica initiala sa nu fie mai mica de 0.15m. 3. Criterii referitoare la vant si ruliu

• Abilitatea navei de a rezista efectelor combinate ale actiunii vantului din travers si a ruliului vor fi demonstrate, cu referire la figura de mai jos, astfel

• Nava este supusa unei presiuni constante a vantului care actioneaza perpendicular ceea ce rezulta intrun brat de inclinare –lwl – steady wind heeling lever;

• Din unghiul de echilibru rezultat – φ0 – nava se presupune ca ruleaza datorita actiunii valurilor la un unghi – φ1. Unghiul de inclinare datorat actiunii cvantului constant - φ0 – nu trebuie sa depaseasca 16 grade sau 80% din unghiul la care puntea intra in apa, oricare este mai mic;

• Nava este apoi supusa unei rafale de vant care rezulta intrun brat de iclinare – lw2 – (wind heeling lever);

• In aceste conditii, aria – b – trebuie sa fie egala sau mai mare decat aria – a, conform figurii de mai sus.

Unghiurile din figura de mai sus sunt definite astfel: φ0 – unghiul de inclinare sub actiunea vantului constant φ1 – unghhiul de ruliu datorat actiunii valurilor φ2 – unghiul de inclinare la care deschiderile din corpul navei, suprastructuri care nu pot fi inchise etans, imerseaza, sau 50 de grade, oricarere dinre ele care este mai mic φc – unghiul unde – lw2 – intersecteaza a doua oara curba bratului de stabilitate. Cele doua brate, –lwl si lw2 – sunt valori constante pentru toate unghiurile de inclinare si vor fi calculate astfel:

Page 32: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

107

lwl = Dg

ZAP**1000

** si lw2 = 1*5.1 lw

unde: P – presiunea vantului de 504 Pa. A – suprafata laterala a navei si marfii de pe punte deasupra liniei de plutire Z – distanta pe perticala dintre centrul lui – A – si centrul ariei laterale de sub linia de plutire sau aproximativ la un punct aflat la jumatate din peswcajul mediu al navei D – deplasamentul navei g - acceleratia gravitationala Unghiul de ruliu φ1 va fi calculat astfel: φ1 = srXXk **2*1**109 Unde X1, X2, k sunt factori ce se scot din tabele functeie de latimea navei, pescajul navei, coeficientul volumetric al navei, lungimea navei la linia de plutire respectiva, precum si forma tablei gurnei corpulei navei.

dOGr 6.073.0 +=

Cu OG = KG – d, distanta dintre centrul de greutate al navei si linia de plutire, d fiind pescajul mediu al navei Iar - s – este ub fctor care se determina din tabele functie de perioada naturala de ruliu a navei. 4. Criterii speciale pentru anumite tipuri de nave 4.1 Nave pasagere Navele pasagere trebuie sa indeplineasca ccriteriile de stabilitate de mai sus. In plus, unghiul de inclinare datorat aglomararii de pasageri intrun singur bord nu trebuie sa depaseasca 10 grade. O greutate minima de 75kg va fi presupusa pentru fiecare pasager cu exceptia ca aceasta valoare poate fi marita functie de aprobarea Administratiei. In plus, greutatea si distribuia bagajelor trebuie sa fie aprobata de administratie. Inaltimea centrului de greutate pentru navele pasagere va fi presupusa egala cu:

1. 1m deasupra nivelului punti pentru pasagerii in pozitie varticala; 2. 0.3m deasupra scaunului pentru pasagerii pe scaune.

In plus, unghiul de inclinare datorat giratiei navei nu trebuie sa depaseasca 10 grade.

4.2 Nave petrolier Navele petrolier, asa cum sunt definite in prezentul Cod, trebuie sa fie conforme cu regula 27 din Anexa I din MARPOL 73/78. 4.3 Nave care transporta cherestea pe punte Navele care transporta cherestea pe punte trebuie sa satisfaca cerintele generale de stabilitate de mai sus (criteriile 1,2,3) in afara de cazul cand Administratia este satisfacuta cu aplicarea prevederilor alternative de mai jos, asfel:

1. aria de sub curba de stabilitate si unghiul de 40 grade, sau unghiul de inclinare daca acest unghi este mai mic de 40 de grade, sa nu fie mai mica de 0.8m-rad;

Page 33: Curs Stabilitatea Si Asieta Navei - Partea 2

108

2. valoarea maxima a bratului de redresare trebuie sa fie cel putin 0.25m; 3. pe toata durata voiajului, inaltimea metacentrica nu trebuie sa fie mai mica de 0.1m,

luand in considerare absorbtia apei de ccatre marfa de pe punte si / sau acumularile de gheata pe suprafetele expuse;

4. cand se determina capacitatea navei de a se opune efectelor combinate ale vantului de travers si a ruliului (conform celor explicate mai sus), conditia unghiul limita de inclinare de 16 grade sub actiunea vantului constant trebuie sa fie satisfacuta, dar criteriul aditional de 80% din unghiul de inclinare la care puntea intra in apa poate fi ignorat.

4.4 Nave care transporta cereale Stabilitatea navelor care transporta cereale trebuie sa satisfaca cerintele stabilite in International Code for the Safe Carriage of Grain in Bulk asa cum a fost adoptat prin resolutia MSC.23(59). Aici facandu-se referire la partea C din Capitolul IV din Conventia SOLAS.