Perdita della stabilità e capovolgimento

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Il capovolgimento di una nave è spesso un fenomeno assai complesso dipendente da una molteplicità di fattori fra loro correlati, quali la geometria dello scafo e delle sovrastrutture, le condizioni di carico e quelle ambientali.

Allo stato attuale si ritiene di avere una sufficiente conoscenza delle principali cause di perdita di una nave per capovolgimento, conoscenza su cui si basa l'attuale normativa, e gli stessi criteri dettati dai Registri di classifica discendono da quelli codificati dall'IMO (International Maritime Organization) con le varie risoluzioni

Le molteplici perdite di navi, soprattutto di piccole dimensioni, evidenziano, però, la necessità di migliorare la sicurezza al capovolgimento della nave. Anche se nessun criterio potrà mai fornire una sicurezza assoluta, bisogna cercare di perseguire tutti gli sforzi necessari per migliorare gli attuali standard di sicurezza, anche attraverso il miglioramento degli odierni criteri di stabilità. Infatti nessuno degli attuali criteri tiene conto di alcune particolari situazioni di pericolo della nave, nelle effettive condizioni operative. Spesso tali situazioni, poiché non richiedono alcuna verifica, vengono ignorate dagli ingegneri, e lo stesso personale addetto alla conduzione della nave, non conoscendone l'esistenza, manovrano le loro unità in maniera errata, condannando, in alcuni casi, la loro nave e le loro vite. In tali situazioni, infatti, trovandosi la nave in una condizione precaria, l'azione del comandante può decidere della sopravvivenza della nave o del disastro.
Basti pensare che nel criterio meteorologico si fa riferimento ad un vento costante di 48 nodi ed a raffiche di circa 60 nodi agenti sull'opera morta della nave, normalmente al piano diametrale, con una corrispondente pressione dinamica di 810 Pascal. Qualora, però, la nave venga investita da una raffica di vento di 90 nodi, la pressione sull'opera morta della nave ed il conseguente momento sbandante risulta ben 2.15 volte più grande.
Una delle situazioni meno conosciute dal personale di bordo, ma oltremodo pericolosa è rappresentata dalla condizione di nave in "following sea" ovvero di nave con mare di poppa. Tale situazione in mare regolare può rilevarsi notevolmente pericolosa per diversi motivi.
FOLLOWING SEA - in mare regolare

Perdita di stabilità della nave su cresta d'onda. La curva di stabilità ricavata per il caso di mare calmo si modifica in maniera più o meno accentuata a seconda delle caratteristiche dell'onda, con riduzione della riserva di stabilità nel caso di nave su cresta ed un aumento di tale riserva con nave su cavo d'onda, ne consegue che se la nave ha una velocità uguale o prossima a quella d'onda, per un tempo sufficientemente lungo, si può trovare costantemente su cresta d'onda, con riduzione notevole della stabilità e probabile capovolgimento.

Sincronismo parametrico, fenomeno questo che si verifica allorquando il periodo di incontro dell'onda è all'incirca uguale alla metà del periodo naturale della nave. In tal caso si può verificare che nell'istante di massimo sbandamento l'onda sia posizionata con il cavo a centro nave, condizione cui corrisponde, a parità di angolo di sbandamento, il massimo valore del momento raddrizzante che a partire da tale posizione è dello stesso senso della rotazione, per cui la nave, allorché si porterà nella posizione dritta sarà dotata di un'energia cinetica superiore a quella che si avrebbe nel caso di rollio nel mare calmo. Nella posizione dritta si ha la condizione di cresta d'onda a centro nave, con il valore minimo del momento di stabilità, che a partire da tale posizione risulta di segno opposto alla rotazione, ne consegue che per poter annullare l'energia cinetica acquisita la nave dovrà raggiungere un angolo di sbandamento superiore a quello precedente, e così via fino al capovolgimento repentino della nave dopo poche rollate.

surf-riding e broaching-to. Nel caso di velocità della nave prossima alla celerità dell'onda, la nave potrebbe essere "catturata" dall'onda e da questa trascinata, a tale fenomeno noto come "surf-riding" fa seguito il cosiddetto "broaching-to", ossia un improvviso moto di imbardata per effetto del momento dovuto ad un colpo d'onda sulla zona poppiera della nave, momento che non può essere contrastato con il timone, essendo questo praticamente inattivo in quanto la velocità relativa acqua-timone è praticamente nulla.

FOLLOWING SEA - in mare irregolare

Con mare irregolare, la condizione di pericolo al capovolgimento si ha quando la velocità della nave è prossima a quella del gruppo di onde dominanti, in tal caso la parte dello spettro di energia del mare relativo a tale gruppo di onde, se riferito alla frequenza di incontro, si trasforma in una banda molto stretta, cosicché la nave si trova ad essere investita da onde quasi regolari con notevole concentrazione di energia.

Takaishi, che ha dato per primo una tale interpretazione della situazione di pericolo della nave in mare irregolare, ha assunto come misura del pericolo di capovolgimento, il fattore di concentrazione dell'energia, inteso quale rapporto fra l'energia del mare relativo alla frequenza del gruppo di onde dominanti e l'energia totale del mare ondoso. Tale fattore assume valori diversi in funzione dell'angolo d'incontro dell'onda e del rapporto velocità nave-periodo dell'onda.
Da esperienze eseguite in vasca in condizioni estreme con due modelli di navi portacontenitori, nel caso di mare irregolare unidirezionale (con nave in "following sea" ed in "quartering sea"), il Takaishi ha rilevato che sussiste il pericolo di capovolgimento se il fattore di concentrazione dell'energia risulta maggiore di 0.6 ed ha individuato una zona di pericolo in funzione del rapporto V/T (velocità nave/periodo dell'onda) e dell'angolo con cui la nave incontra l'onda.
In tal caso la nave viene praticamente investita da una successione di alte onde che ne possono determinare il capovolgimento per la concomitanza di diversi fenomeni, quali la perdita di stabilità su onda, sincronismo parametrico, imbarco di acqua sul ponte, ecc.
Prove in vasca in condizioni estreme sono state eseguite da diversi altri autori, in particolare da un gruppo di ricercatori canadesi del Coast Guard e del Consiglio Nazionale delle Ricerche. Grocowaski, ad esempio, ha eseguito, con un modello di peschereccio, prove in condizioni estreme sia di mare regolare che di mare irregolare. I risultati di tali prove confermano sostanzialmente la zona di pericolo individuata dal Takaishi.
Il pericolo di capovolgimento di una nave non deriva solo dall'aspetto appena affrontato, ma da molte altre cause, come:
A tutte queste diverse possibili cause di perdita di una nave integra, bisogna aggiungere quelle derivanti direttamente dall'errore umano, come:

lo spostamento del carico a bordo;
l'imbarco di acqua sul ponte;
condizione di mare al traverso (nella specifica condizione di sincronismo fra il periodo naturale di rollio della nave ed il periodo di incontro dell'onda);
peso dell'acqua sul ponte derivante dal verificarsi della condizione di ponte sott'acqua.

errata disposizione del carico a bordo;
errata manovra di accostata;
errata manovra di svuotamento o di riempimento delle cisterne;
negligenza del personale di bordo per porte stagne lasciate aperte;
portelloni non completamente chiusi (nel caso di navi ro-ro).