4.2_
4.2.1_confronto del galleggiamento di due scafi
la forma della figura immersa e il posizionamento del baricentro sono fondamentali per gli studi di stabilità e galleggiamento.
97 il pr og et to ar chit et tonico st abilità e galleggiamento
Parlando di scafi, con il termine dislocamento si definisce il peso del volume dell’acqua spostata, che, come detto, per il principio d’Archimede è uguale al peso della nave stessa; il dislocamento, quindi, rappresenta il peso di una nave e può variare secondo le condizioni di caricamento. Questo valore determina anche la quantita di peso che è capace di sorreggere una nave, permettendo di conoscere i valori di affondamento corrispondenti alle variazioni di peso.
A differenza dei corpi totalmente immersi, se si inclina un corpo parzialmente immerso varia la forma della parte immersa e, di conseguenza, la posizione del centro di carena; la configurazione si sposta dalla posizione di equilibrio (quindi la forza peso e la spinta idrostatica non agiranno più sulla stessa retta), ad una posizione in cui la coppia di forze genera un momento che fa ruotare lo scafo; questa sollecitazione può assumere due configurazioni: se la coppia di forze tende a far ribaltare lo scafo il momento viene definito ribaltante, mentre se tende a farlo tornare nella posizione di equilibrio allora è il caso del momento stabilizzante. La casistica specifica viene individuata dalla posizione del metacentro, definito come il punto di incontro tra la retta di applicazione della spinta idrostatica (sempre verticale) e il piano di simmetria della sezione dello scafo: su questa linea di simmetria, il metacentro deve sempre sovrastare il baricentro, per essere in presenza di un momento stabilizzante; in particolare, lo scafo guadagna in stabilità se allontano il più possibile metacentro e baricentro, aumentando, di conseguenza, la forza del momento stabilizzante.
Per aumentare questa distanza si può agire sulla posizione dei pesi dello scafo, e parliamo di stabilità di peso, oppure intervenire sulla forma dello scafo stesso, utilizzando la stabilità di forma. Uno scafo lavorato per la stabilità di peso, quindi zavorrato in chiglia, resiste bene agli sbandamenti poichè con l’inclinazione il centro di carena si sposta di poco e il baricentro rimane molto in basso: in questo modo viene aumentato il braccio della coppia raddrizzante che aumenta la forza del momento stabilizzante. La stabilità di forma, invece, si ottiene controllando lo spostamento del centro di carena con prove di inclinazione in base alla forma dello scafo; con una sezione di scafo larga, ad esempio, a piccoli sbandamenti corrispondono grandi spostamenti del centro di carena, quindi un forte aumento del momento raddrizzante dovuti alla maggiore distanza tra i punti di applicazione delle forze (quindi un valore maggiore dei bracci). In altre parole, per avere uno scafo più stabile serve aumentare l’altezza metacentrica, e lo si può fare zavorrando lo scafo, quindi abbassando il baricentro, oppure allargare la figura di galleggiamento, in modo che la posizione del centro di carena si sposti più lontano dal baricentro (controllando sempre che il metacentro sia posizionato sopra il baricentro).
B B B CC Si F CC CC M M momento ribaltante momento stabilizzante F = Si 4.2.2_principio di Archimede
l’equilibrio di un corpo che galleggia si raggiunge se la spinta idrostatica è uguale e opposta alla forza peso.; la spinta idrostatica si applica al centro di carena, la forza peso, come in altri campi, viene sempre applicata nel baricentro del corpo.
99 il pr og et to ar chit et tonico st abilità e galleggiamento
4.2.3_metacentro e stabilità
la posizione del metacentro viene individuata nell’intersezione tra la retta verticale che passa per il centro ci carena e l’asse di simmetria della figura. Per ottenere un momento stabilizzante il metacentro deve sempre trovarsi più in alto del baricentro.
B B B CC Si F CC CC M M momento ribaltante momento stabilizzante F = Si 10 0
Le strutture che verranno studiate sono pensate per galleggiare (nel caso in analisi, lungo il waterfront della darsena di Ravenna), ma non necessitano di elevate prestazioni in termini di navigazione; il concept di progetto prevede la possibilità di movimento per i singoli moduli, garantendo la possibilità di riconfigurare il sistema per essere in grado di formare diverse tipologie di aggregazione.
Questo aspetto non viene comunque tralasciato, in quanto lo scafo, mantenuto uguale su ogni modulo, viene studiato principalmente in termini di galleggiamento e stabilità, ma con una forma adatta alla navigazione.
Dai principi che guidano la progettazione nello yacht design vengono anche ripresi i vantaggi dell’uso ripetuto degli stampi per la produzione; in questo caso si farà un ulteriore passo avanti inserendo lo stampo dello scafo anche per la produzione di altre parti della struttura.
Come detto vengono sfruttati i vantaggi dell’uso della vetroresina per la produzione di scocche portanti e sottili, la cui resistenza è amplificata dalla forma studiata. La vetroresina permette, inoltre, la produzione di grandi parti monoscocca, come accade per gli scafi, riuscendo a ridurre al minimo le parti da assemblare per realizzare una singola struttura modulare. Vengono studiati anche gli impianti interni sempre seguendo l’impostazione dello yacht design, posizionandoli più in basso possibile nello scafo e in modo simmetrico rispetto al baricentro, per non alterare la stabilità dell’intera struttura.
101 il pr og et to ar chit et tonico st abilità e galleggiamento
10