Vedi le unitàTabelle delle sollecitazioni, calcolatori di carico e perdita parziale della galleggiabilità a nave integra
Sforzo di taglio e momento flettente lungo lo scafo
1La lezione in parole semplici
Peso e spinta possono differire lungo la nave. Questa differenza sollecita la trave scafo, cioè lo scafo che lavora come una trave, con sforzi di taglio e momenti flettenti.
Due distribuzioni
Immagina la nave divisa in brevi tronchi. Ogni tronco ha un peso: acciaio, carico, combustibile, zavorra. Riceve anche una spinta dall'acqua che sposta. Nel complesso peso e spinta si equilibrano, quindi la nave galleggia. Nei singoli tronchi raramente coincidono. Dove il peso supera la spinta, il tronco tende a scendere; dove prevale la spinta, tende a salire. La differenza per metro è il diagramma dei carichi, in tonnellate per metro (t/m).
Sforzo di taglio
Lo sforzo di taglio (SF) in una sezione è la somma algebrica dei carichi da un'estremità della nave a quella sezione, in tonnellate. Tende a far scorrere verticalmente una parte dello scafo rispetto a quella vicina. SF è nullo alle due estremità. Raggiunge gli estremi dove il diagramma dei carichi cambia segno, spesso a un quarto della lunghezza da ciascuna estremità o presso una stiva pesante accanto a una vuota.
Momento flettente
Il momento flettente (BM) in una sezione si ottiene sommando lo sforzo di taglio lungo la nave, in tonnellate-metro (t·m): è l'area sotto il diagramma di SF. BM è nullo alle estremità e massimo dove SF passa per zero, di solito vicino a mezza nave. Un BM elevato flette tutto lo scafo come una trave. Non confonderlo con BM, il raggio metacentrico usato nella stabilità.
Unità del calcolatore
Nelle tabelle delle sollecitazioni, t indica la tonnellata-forza: la forza peso di una tonnellata. Molti calcolatori di carico mostrano SF in kilonewton (kN) e BM in kilonewton-metro (kN·m). Per confrontarli, dividi per 9,81: 180.500 kN sono circa 18.400 t; 1 t·m equivale a circa 9,81 kN·m.
Perché interessa all'ufficiale
Uno SF eccessivo può deformare o fessurare il fasciame dei fianchi e le paratie presso stive pesanti. Un BM eccessivo può fratturare il fasciame del ponte o del fondo a mezza nave. Li controlli entrambi con la sequenza di carico, scarico e zavorramento. Le prossime lezioni trattano inarcamento e insellamento, poi i limiti delle sollecitazioni e il calcolatore di carico.
2Passo dopo passo
Esempio svolto: SF e BM su una chiatta parallelepipeda
- 1
Considera una chiatta lunga 100 m, con cinque compartimenti da 20 m e dislocamento a nave vacante di 1.000 t uniforme (10 t/m). Carica 600 t in ciascun compartimento alle estremità.
Il dislocamento è 2.200 t. Una chiatta parallelepipeda senza assetto ha spinta uniforme: 2.200 ÷ 100 = 22 t/m.
- 2
Trova il diagramma dei carichi. Il peso è 10 + 600 ÷ 20 = 40 t/m alle estremità e 10 t/m al centro. Carico netto = peso − spinta.
Estremità +18 t/m (peso prevalente), centro −12 t/m (spinta prevalente). La somma dei carichi netti è zero.
- 3
Sforzo di taglio a 20 m dall'estremità: 18 × 20 = 360 t.
SF è la somma dei carichi netti dall'estremità. Qui raggiunge il massimo, dove il carico cambia segno.
- 4
Sforzo di taglio a mezza nave: 360 − 12 × 30 = 0 t.
SF passa per zero, quindi qui BM raggiunge il massimo.
- 5
Momento flettente a 20 m dall'estremità: area del triangolo sotto SF = ½ × 20 × 360 = 3.600 t·m.
BM è l'area sotto il diagramma di SF a partire dall'estremità.
- 6
Momento flettente a mezza nave: 3.600 + ½ × 30 × 360 = 9.000 t·m.
Somma le aree con il loro segno sotto il diagramma di SF, dall'estremità a mezza nave.
3Dati chiave
- Diagramma dei carichi
- Peso − spinta per metro, in t/m
- Sforzo di taglio (SF)
- Somma dei carichi netti da un'estremità alla sezione, in t
- Momento flettente (BM)
- Area sotto il diagramma di SF da un'estremità, in t·m
- BM massimo
- Dove SF passa per zero, di solito vicino a mezza nave
- Alle estremità
- SF e BM sono entrambi nulli
- Unità
- 1 t ≈ 9,81 kN; 1 t·m ≈ 9,81 kN·m
4Punti chiave
- 1
Peso e spinta si equilibrano nel complesso, ma non in ogni tronco; la differenza dà il diagramma dei carichi.
- 2
SF è la somma dei carichi (t); BM è la somma di SF lungo la nave (t·m).
- 3
BM è massimo dove SF passa per zero; SF raggiunge gli estremi dove il carico cambia segno.
- 4
Controlla se il calcolatore usa t e t·m oppure kN e kN·m.
5Errori frequenti
Errore: Se la nave galleggia alle marche previste, lo scafo non è sollecitato.
Corretto: Il peso totale uguaglia la spinta totale, ma la loro distribuzione longitudinale può comunque generare SF e BM elevati.
Errore: Lo sforzo di taglio è massimo a mezza nave.
Corretto: SF raggiunge di solito gli estremi a un quarto della lunghezza dalle estremità, dove cambia il carico. BM è di solito massimo vicino a mezza nave, dove SF è nullo.
Errore: Il BM sullo schermo delle sollecitazioni è il raggio metacentrico.
Corretto: Qui BM è il momento flettente in t·m o kN·m. Il raggio metacentrico BM usato nella stabilità è una lunghezza in metri.
6Caso pratico e chiavi d'esame
Una chiatta parallelepipeda di 100 m ha dislocamento a nave vacante di 1.000 t uniforme e 1.200 t di carico. Confronta tutto il carico nel compartimento centrale di 20 m con 240 t in ciascuno dei cinque compartimenti di 20 m. Quale distribuzione riduce la flessione a mezza nave?
Mostra la risposta
Con il carico concentrato al centro, la spinta è 22 t/m. Il carico netto è −12 t/m fuori dal compartimento centrale e +48 t/m al suo interno. SF raggiunge −480 t a 40 m e torna a zero a mezza nave. BM = −9.600 − 2.400 = −12.000 t·m. Con 240 t per compartimento, peso e spinta sono entrambi 22 t/m ovunque: carico netto, SF e BM sono nulli. La distribuzione uniforme riduce la flessione a mezza nave.
Chiavi d'esame
- Carico = peso − spinta per metro; SF = somma dei carichi; BM = somma di SF lungo la nave.
- SF è nullo alle estremità; BM è massimo dove SF = 0.
- Somma le aree del diagramma di SF rispettandone il segno.
- Converti kN in t dividendo per 9,81.
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