Shallow water, gli effetti della navigazione in basso fondale

La prossimità del fondale (shallow water) rispetto a una nave o una barca in movimento influisce negativamente sulle sue caratteristiche dinamiche, con notevoli differenze in termini di resistenza al moto, manovrabilità, assetto e immersione rispetto alla navigazione in condizioni di acque profonde (deep water). Per dare un esempio pratico, in base alle tipiche velocità di navigazione di una nave commerciale, gli effetti di shallow water non possono più essere trascurati quando la profondità dell’acqua è inferiore a tre volte il valore dell’immersione della carena. Queste problematiche si riscontrano più di frequente rispetto a quanto si è portati a pensare, poiché non si manifestano solo se l’unità solca acque confinate come canali e fiumi, ma sono comuni anche nel caso in cui un’unità alturiera quale una grossa nave si appresti a entrare in porto.

Nelle aree geografiche di transizione tra il mare e la terra vi è un’elevata concentrazione di attività umane che generano traffico marittimo per soddisfare la necessità di trasportare persone e merci. Ecco perchè i porti sono spesso collocati in regioni costiere, nelle cui acque la profondità del fondale marino è inferiore rispetto quella in mare aperto.

Il problema del peggioramento delle qualità dinamiche della nave in presenza di bassi fondali può essere affrontato in due modi:

1. Dal punto di vista dell’operatività si ha, a parità di velocità di navigazione, un incremento di potenza assorbita dal propulsore (da qui in avanti nel testo, per via della sua diffusione, come propulsore verrà considerata l’elica, sebbene alcune unità adottino altre soluzioni come gli idrogetti oppure i propulsori epicicloidali).
2. Da un punto di vista esterno alla nave, si nota un rilascio di energia nell’ambiente circostante sotto forma di una maggiore generazione ondosa che può propagarsi anche a distanza di chilometri interferendo con l’ecosistema e con le attività umane della zona.

I due aspetti sono correlati, l’aumento di generazione ondosa implica maggior dissipazione di potenza e quindi un incremento della resistenza al moto.

Descrizione degli effetti in shallow water

La ridotta distanza tra il fondo della nave e il fondale causa, per effetto Venturi, un incremento della velocità del flusso sotto la carena. Sebbene questo effetto faccia aumentare la spinta generata dall’elica, la quale si trova a lavorare investita da un flusso accelerato in modo simile alle eliche intubate, si ha una riduzione di pressione sotto il fondo della nave, che riduce il rendimento della carena in misura preponderante rispetto all’incremento del rendimento dell’elica.

La maggior velocità del flusso, infatti, causa un incremento della resistenza viscosa, mentre gli effetti di pressione accentuati incrementano la resistenza d’onda, come illustrato in Figura 1.

La riduzione della pressione sotto la carena provoca il fenomeno chiamato squat effect, che consiste nella sovraimmersione della nave dovuta alla compensazione della riduzione della spinta idrostatica nella zona centrale. Questa sovraimmersione peggiora anche le caratteristiche di manovrabilità della nave, ad esempio aumenta il diametro di girazione anche del doppio o del triplo nella manovra di evoluzione.

In modo analogo allo squat effect, si ha il bank effect quando la nave si sposta in direzione parallela a una sponda laterale, come può accadere durante la navigazione in fiumi e canali. In questo caso la depressione laterale tende a modificare la rotta della nave facendola avvicinare al bordo della via d’acqua.

Articolo a cura di Nicola Trevisan