Corso di Costruzioni Marittime - People.unica.it

Università di Cagliari
DIT Idraulica
Corso di Costruzioni Marittime
Modulo B
Corso di Costruzioni Marittime
(modulo B)
A. A. 2010 - 2011
Esercitazione N.° 3
Su un fondale sabbioso di profondità assegnata si deve realizzare un sistema di briccole per
l’accosto di navi petroliere. Sono previste briccole flessibili costituite da n pali d’acciaio a sezione
circolare infissi in posizione verticale, su due file e rigidamente collegati in testa.
Sono note le caratteristiche del sito (acque non protette, accosto buono (Good Berthing)). Nei
calcoli si consideri il caso in cui i pali si comportino come isolati.
Dati:
profondità del fondale naturale:
quota del punto d’applicazione della forza d’accosto:
peso di volume del materiale sabbioso in situ:
angolo d’attrito del materiale in situ:
numero dei pali della briccola
franco sotto chiglia
quota-parte della freccia da attribuire ai pali
Deformazione del sistema briccola parabordo
costante elastica lineare del sistema parabordo-briccola
df = 16.5
hF = +2.5
γs'=9.0
φ=30°;
n=6
fc = 1.5
fp = 0.3 δ;
δ
K = 1000
m;
m;
kN m–3;
m;
m;
kN m–1.
Determinare
La nave di progetto;
l’energia assorbita dal parabordo;
il diametro dei pali e il loro spessore;
la profondità di infissione.
Schema di soluzione
Dalla Tab. 1 si ricavano i coefficienti di finezza totale ( CB = ∇ (LBT ) , la lunghezza della nave
relativa alla larghezza massima ( α = L B ), la larghezza massima relativa all’immersione
( β = B T ).
(1)
T = d f − fc
B=βT
L =α B
∇ = CB LBT
Dislocamento ∆
(2)
(3)
(4)
∆ = ∇ρ g 1000 kN
(5)
ρ = 1030 kg/m ; g = 9.81 m/s .
3
2
Massa, M, della nave
M = 1000∆ g (kg)
Energia trasmessa al sistema briccola parabordo
1
EPT = MVAC E CM C ACS
2
La velocità di accosto, VA, si ricava dalla Tab. 2.
CE è il coefficiente di eccentricità:
(6)
(7)
1
Università di Cagliari
DIT Idraulica
Corso di Costruzioni Marittime
Modulo B
a2
(8)
k2 + r2
con k il raggio d’inerzia della nave rispetto all’asse baricentrico verticale (k = 0.2L) e con il
significato degli altri termini rilevabili dalla Fig. 1. Con una buona manovra si può assumere
a r = 0.7 e r L =0.25 . Entrando nel diagramma di Fig. 2 con questi due valori si ricava CE.
CE = 1 −
CM è il coefficiente di massa
2T
,
(9)
B
CA è il coefficiente di accosto (per le briccole si assume CA = 1).
CS è il coefficiente di deformazione, δtot, del sistema briccola-parabordo (se δtot >150 mm, CS = 1.0;
se δtot <150 mm, CS = 0.9).
CM = 1 +
L
ω0 G
R
c
k
Gpr
I
Gpo
k
r
P
a
r
V
V’
Fig. 1
100
90
C E (%)
80
70
60
a/r=0,5
50
a/r=0,6
40
a/r=0,7
30
a/r=0,8
20
a/r=0,9
10
a/r=1,0
0
0
0,1
0,2
0,3
r/L
0,4
Fig. 2
2
Università di Cagliari
DIT Idraulica
Corso di Costruzioni Marittime
Modulo B
Tab. 1. Coefficienti e rapporti tra grandezze geometriche di alcuni tipi di navi.
Tipo di nave
CB
CX
CWP
1000×C∇
L/B
B/T
D/T
Grandi navi lente
0.78÷0.85
0.79÷0.84
0.76÷0.84
0.70÷0.89
≥0.99
≥0.99
≥0.99
0.98÷0.99
0.85÷0.95
0.85÷0.95
0.85÷0.95
0.75÷0.85
7.0÷8.5
8.9÷9.8
6.8÷10.3
6.5÷8.6
5.5÷7.0
5.4÷5.7
5.7÷6.9
5.6÷6.2
2.2÷3.0
2.4÷2.6
2.4÷2.6
2.5÷3.7
1.2÷1.4
1.4÷1.6
1.4
1.2÷2.4
0.72÷0.78
0.98÷0.99 0.75÷0.85
6.0÷7.0
5.5÷7.0
2.2÷3.0
1.4÷1.6
0.65÷0.72
0.96÷0.98 0.70÷0.80
5.0÷6.5
6.0÷7.5
2.4÷3.5
1.4÷1.7
0.61÷0.64
0.98÷0.99 0.75÷0.85
5.0÷5.3
6.4÷6.5
3.0
1.6÷1.7
0.69
0.98÷0.99 0.75÷0.85
4.3÷6.2
5.8÷8.5
2.4÷2.9
2.0÷2.2
0.70÷0.78
0.98÷0.99 0.75÷0.85
3.6÷4.8
6.0÷8.5
2.6÷3.2
2.0÷2.2
0.57÷0.65
0.94÷0.97 0.70÷0.75
4.5÷6.0
6.0÷7.5
2.4÷3.5
1.5÷1.9
Navi per traffico
costiero
0.68÷0.75
0.98÷0.99 0.75÷0.82
6.0÷7.5
5.0÷7.0
2.2÷3.0
1.2÷1.4
Navi da Crociera
0.61÷0.66
0.93÷0.97 0.65÷0.80
3.6÷4.8
5.1÷6.6
4.4÷5.1
2÷2.1
Navi passeggeri
Traghetti (Ro-Pax)
Navi da pesca
grandi
Navi da pesca
piccole
Rimorchiatori
Navi militari
grandi e medie
Navi militari
piccole
Navi piccole molto
veloci
0.55÷0.65
0.56÷0.61
0.93÷0.97 0.65÷0.80
0.92÷0.97 0.70÷0.80
2.5÷5.0
3.5÷5.5
6.0÷8.0
6.0÷6.3
2.5÷3.5
4.1÷6.0
1.6÷2.0
1.6÷1.7
0.50÷0.62
0.70÷0.90 0.65÷0.80
7.0÷10.0
4.5÷6.0
2.0÷3.0
1.2÷1.5
0.40÷0.55
0.65÷0.85 0.65÷0.80
9.0÷14.0
3.0÷5.0
2.0÷3.0
1.2÷1.5
0.48÷0.58
0.80÷0.90 0.70÷0.80
9.0÷14.0
3.0÷5.0
2.2÷3.0
1.2÷1.4
0.50÷0.60
0.84÷0.95 0.60÷0.78
1.5÷2.5
7.0÷9.5
3.0÷4.5
1.5÷2.0
0.40÷0.52
0.70÷0.85 0.60÷0.75
2.0÷3.5
5.0÷8.0
3.5÷4.5
1.7÷2.2
0.35÷0.55
0.60÷0.75 0.60÷0.80
3.0÷8.0
3.0÷7.0
3.0÷4.5
1.8÷2.2
Petroliere
Rinfusiere
Gasiere
Navi da carico
lente e medio
veloci
Navi da carico
medio veloci e
veloci
Container post
Panamax
Container
Panamax
Ro-Ro
Navi da carico
molto veloci
Deformazione, δ, del sistema briccola-parabordo
δ=
2 EPT
.
K
(10)
Forza trasmessa alla briccola
FT =
2 ET
Forza, FP, sostenuta da ciascun palo
FP =
δ
.
(11)
FT
(12)
n
Per contrastare adeguatamente l’eventuale manovra sbagliata si assume un coefficiente di sicurezza
F =2 sulla forza FP.
Momento flettente massimo, MP, nel palo
M P = FFP hZ
(13)
3
Università di Cagliari
DIT Idraulica
Corso di Costruzioni Marittime
Modulo B
Tab. 2. Velocità di accosto prescritte per le diverse condizioni ambientali
∆ (t)
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
100.000
200.000
300.000
400.000
500.000
Velocità di accosto (m s–1)
Acque protette
Acque non protette
easy berthing
difficult
easy berthing
good
difficult
berthing
berthing
berthing
0.179
0.347
0.518
0.671
0.868
0.151
0.295
0.443
0.574
0.722
0.135
0.266
0.402
0.522
0.647
0.126
0.249
0.376
0.489
0.594
0.117
0.233
0.352
0.459
0.561
0.095
0.191
0.288
0.378
0.452
0.075
0.155
0.229
0.306
0.359
0.064
0.135
0.200
0.266
0.309
0.057
0.121
0.177
0.238
0.277
0.052
0.112
0.163
0.219
0.254
0.039
0.086
0.126
0.170
0.200
0.027
0.062
0.094
0.129
0.156
0.021
0.048
0.076
0.106
0.132
0.019
0.044
0.071
0.99
0.125
0.018
0.041
0.068
0.96
0.121
ove
hZ = d f + hF + 1.5 D + l
l=
2 FFP
(14)
(15)
3 Kpγ t D
⎛
φ⎞
Kp = tg 2 ⎜⎜ 45° + ⎟⎟
2⎠
⎝
(16)
Assegnato un valore provvisorio del diametro esterno del palo, D, mediante la (14) e la (15) si
determina il braccio corrispondente al momento flettente massimo e mediante la (13) il momento
massimo.
Momento d’inerzia della sezione del palo
J=
FFP h3Z
3× 0.3δ E A
.
(17)
Modulo elastico dell’acciaio
Diametro interno del palo
EA = 210 GPa.
⎛
64 J ⎞
⎟⎟
Di = ⎜⎜ D 4 −
π ⎠
⎝
0.25
.
(18)
× 1000 .
(19)
Spessore in mm della parete del palo
e=
D − Di
2
Sforzo normale massimo nel palo
4
Università di Cagliari
DIT Idraulica
Corso di Costruzioni Marittime
Modulo B
σ max =
M PD
< σa
2J
σ a = 14.50 N/mm2
(20)
(21)
Verifica geotecnica del terreno
3
⎛ 2 Plim ⎞ 2 h Plim
⎜
⎟ +
=
γ t K p D 4 ⎜⎝ 3 γ t K p D 3 ⎟⎠ D γ t K p D 3
Mp
(22)
essendo h = d f + hF + 1.5 D .
La verifica da esito positivo se la reazione ultima del terreno Plim soddisfa la condizione:
Plim
≈F
FP
(23)
La maggiore profondità, e, per sviluppare il momento massimo Mp deve soddisfare la condizione
e=2
Mp
2 K p γ t lD
.
La lunghezza di infissione risulta
L = 1.5 D + l + e .
5