La Polar Class: come le navi si difendono tra i ghiacci

La Polar Class (PC) è una notazione ottenuta da alcune navi che soddisfano particolari requisiti non solo strutturali. Il progetto di tali unità tiene conto della possibile presenza di ghiaccio lungo la rotta e tutto ciò che ne comporta. Navigare in acque ghiacciate può essere molto pericoloso ecco perché bisogna dotare la nave di tutto ciò che occorre a resistere e garantire la sicurezza sia dell’equipaggio che dell’eventuale carico.

I motivi che hanno portato alla nascita della Polar Class

Gli ambienti artici rappresentano un pericolo per le navi in transito. Il ghiaccio può danneggiare lo scafo e il propulsore, in certi casi inoltre riesce a provocare irrimediabili falle che portano il bastimento all’affondamento. Come se ciò non bastasse, l’asprezza dell’ambiente rende le cose ancora più complicate. Le condizioni meteomarine sono molto severe: la mancanza di dettagliate carte e i problemi a cui sono suscettibili gli strumenti di comunicazione fanno il resto.

Una nave nell’Artico è difficile da raggiungere e soccorrere e le basse temperature danneggiano attrezzature di emergenza, macchinari di coperta e apparecchi vari. Risulta fondamentale allora prevenire a tali disagi e costruire navi appositamente progettate per resistere ad un ambiente tanto pericoloso. Quanto detto si traduce in accorgimenti per struttura, stabilità, compartimentazione, macchine e strumenti di sicurezza e protezione.

Va sottolineato che non tutte le navi che entrano nell’area artica e antartica riusciranno a navigare in sicurezza. I vincoli tengono conto dell’area geografica e del periodo dell’anno; in tal modo la Polar Class si adatta al tipo di nave e al suo profilo di missione. In parallelo esistono altre misure e norme col fine di proteggere bastimenti ed equipaggi. Tempo fa abbiamo ad esempio parlato della Laura Bassi, la prima nave rompighiaccio italiana per la ricerca oceanografica. In quell’articolo presentammo il Polar Code, codice internazionale che regola molti aspetti tecnici delle navi dirette verso aree polari, adottato dall’IMO nel 2014.

La Polar Class è una notazione riconosciuta dall’IACS

L’associazione internazionale delle società di classificazione navale (IACS) riconosce la notazione Polar Class. Alla definizione dei requisiti necessari per ottenerla hanno lavorato i diversi registri navali, tra cui anche quello italiano RINA. La notazione si applica alle navi costruite in acciaio che prevedono l’attraversamento di acque infestate da ghiacci. Dato che non tutte le navi hanno lo stesso profilo di missione, esistono differenti “Polar Class” con richieste più o meno stringenti.

L’immagine precedente mostra la tabella che secondo l’IACS definisce sette classi in relazione alla probabilità di incontrare ghiaccio durante la navigazione. Come si intuisce, dal basso verso l’alto il pericolo aumenta così si passa da restrizioni in termini di periodi dell’anno fino ad una navigazione senza limiti. È chiaro che la PC1 è la più vincolante e difficile da ottenere ma anche l’unica che permette alla nave di operare in qualsiasi condizione.

Alla base c’è il modello di carico dovuto all’urto col ghiaccio

Alla base della Polar Class c’è la formulazione del modello “Ship-Ice Collision Model”. Esso tiene conto di spessore e resistenza del ghiaccio, forma, dimensioni e velocità della nave. Questo articolo ha la finalità di presentare l’utilità della Polar Class dunque per calcoli e dettagli si rimanda ai documenti realizzati dai registri. A titolo di esempio, per venire incontro alla curiosità del lettore, seguirà una spiegazione molto semplificata dell’approccio utilizzato per il dimensionamento della prua.

Va innanzitutto divisa la regione di prua in 4 sottoregioni; questo consentirà di valutare i danni provocati dal ghiaccio separatamente e definire la situazione più critica. È possibile in tal modo trovare i valori massimi di forza (F), carico (Q) e pressione (p).

Le formule contengono al loro interno più coefficienti che avranno un peso maggiore coerentemente alla severità della PC. Alcuni sono riportati nella tabella di seguito.

Sempre a titolo di esempio vediamo l’espressione della forza F:

Compare il fattore di forma “fa”, il fattore Crushing failure “CFc” dalla tabella e il dislocamento “Dui” corrispondente alla upper ice waterline (UIWL). Da notare che il Crushing failure Class Factor aumenta passando dalla PC7 alla PC1.

La Polar Class si fonda su esperimenti e tecniche di analisi avanzata

Prima abbiamo mostrato rapidamente la logica che c’è dietro la modellazione del carico per la zona di proravia. Per le altre sezioni della nave è da considerare invece solo una parte del carico che insiste sulla prua. Particolarmente preoccupante è la tenacia dell’acciaio a bassissime temperature. Il ghiaccio sollecita la trave-nave a flessione ed esercita sforzi di taglio; carichi da aggiungere a quelli che usualmente gli ingegneri navali valutano in condizioni standard.

Durante il dimensionamento si ricorrerà a fattori di picco “PPF” per tenere conto della concentrazione di pressione sugli elementi strutturali. Le formule utilizzate derivano da prove in laboratorio e analisi ad elementi finiti (FEA) grazie alle quali è possibile conferire alla nave una notevole resistenza.

Non solo problemi alle strutture: anche gli impianti sono in pericolo

Oltre a regole da seguire durante il dimensionamento strutturale, la Polar Class richiede anche attenzione verso gli impianti. In primis, l’impianto di propulsione deve essere tale da garantire alla nave di operare senza interruzioni. Per ottenere questo è necessario dotare i propulsori di maggiore potenza rispetto alle soluzioni che siamo soliti considerare. Anche le eliche vanno scelte opportunamente in vista di una interazione col ghiaccio.

Altri accorgimenti riguardano i sistemi di raffreddamento, gli impianti di zavorra e sentina, anch’essi estremamente in difficoltà con mare ghiacciato. Occorre premunire la nave di strumenti atti a contrastare il congelamento.  

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