Andrea Ratti - Silvia Piardi Materiali e tecniche innovative nel settore nautico Nautica Tecniche e materiali Se sistemi editoriali POLI.DESIGN Professionisti, tecnici e imprese Gruppo Editoriale Esselibri - Simone
Politecnico di Milano MATERIALI E TECNICHE INNOVATIVE NEL SETTORE NAUTICO a cura di Andrea Ratti e Silvia Piardi Atti del corso di aggiornamento Organizzato dal Dipartimento di Disegno Industriale e di Tecnologia dell Architettura del Politecnico di Milano Con il patrocinio di ASPRONADI - Associazione Progettisti per la Nautica da Diporto Consorzio POLI.Design LNI - Lega Navale Italiana UCINA - Unione Nazionale Cantieri Industrie Nautiche e Affini Direttore del corso Prof.ssa Silvia Piardi Coordinamento tecnico-scientifico Prof. Fabio Fossati, Arch. Umberto Felci, Arch. Andrea Ratti Milano, 13-14 aprile 2000 SIMONE / P LI.design
Copyright 2001 Esselibri S.p.A. Via F. Russo, 33/D 80123 Napoli Tutti i diritti riservati È vietata la riproduzione anche parziale e con qualsiasi mezzo senza l autorizzazione scritta dell editore. Per citazioni e illustrazioni di competenza altrui, riprodotte in questo libro, l editore è a disposizione degli aventi diritto. L editore provvederà, altresì, alle opportune correzioni nel caso di errori e/o omissioni a seguito della segnalazione degli interessati. Prima edizione: novembre 2001 N1 - Materiali e tecniche innovative nel settore nautico ISBN 88-513-0013-5 Ristampe 8 7 6 5 4 3 2 1 2001 2002 2003 2004 Questo volume è stato stampato presso: Officina Grafica Iride Via Provinciale Arzano-Casandrino, VII Traversa, 24 (80022) Arzano (NA) sistemi editoriali Se Professionisti, tecnici e imprese Gruppo Editoriale Esselibri - Simone www.sistemieditoriali.it Progetto grafico: Marco Agnisetta PER ESSERE AGGIORNATI Il presente volume costituisce il primo di una collana dedicata ai temi della progettazione e produzione nautica. L obiettivo è quello di istituire un canale di comunicazione privilegiato attraverso il quale veicolare i risultati della produzione scientifica, di ricerca e formazione sviluppata all interno del Politecnico di Milano e di altre sedi universitarie. I lettori che fossero interessati a essere aggiornati sullo svolgimento di iniziative formative ed editoriali in materia possono inviare i propri dati a mezzo fax o e-mail a: Consorzio POLI.design - fax 02 2399.5970 e.mail: polidesign@mail.polimi.it, specificando l interesse all inserimento nella mailing-list Nautica (*). (*) Informativa ai sensi della legge 675/96. Si comunica che l invio dei propri dati costituirà autorizzazione all inserimento degli stessi nei nostri archivi informatici e che tali dati saranno utilizzati in forma riservata al solo fine di inviare comunicazioni circa l attività formativa da noi svolta. Nel rispetto di quanto previsto dalla legge sulla tutela dei dati personali, la modifica o la cancellazione dalla lista potrà essere effettuata in qualsiasi momento, facendone esplicita richiesta.
Indice 3 Parte Prima RELAZIONI INTRODUTTIVE Presentazione del corso Silvia Piardi, Andrea Ratti....................................................................... 7 Evoluzione della professione nel settore nautico Aldo Gatti............................................................................................ 11 Sviluppi normativi nel campo del dimensionamento strutturale Lorenzo Pollicardo................................................................................ 15 I metodi della ricerca scientifica nella progettazione nautica Giorgio Diana....................................................................................... 19 Parte Seconda ALBERI VELE E ATTREZZATURE DI COPERTA Nuovi traguardi nella realizzazione di alberi in materiale composito Patrice Queyras.................................................................................... 29 Progettazione e costruzione di vele ad alta efficienza con tecnica 3DL Guido Cavalazzi.................................................................................... 35 Progettazione dell attrezzatura di imbarcazioni di Coppa America Giampaolo Spera.................................................................................. 43 Metodi sperimentali per il rilevamento dei carichi nell attrezzatura di imbarcazioni a vela Fabio Fossati........................................................................................ 51 Parte Terza ASPETTI PROGETTUALI E METODI DI CALCOLO Metodi sperimentali per la progettazione di una imbarcazione di Coppa America Claudio Maletto................................................................................... 67 Indice
4 Metodi previsionali delle prestazioni di una imbarcazione a vela Roberto Biscontini................................................................................ 79 Metodi CFD nella progettazione idrodinamica di imbarcazioni a vela Michele Rossetti................................................................................... 89 Ruolo delle verifiche sperimentali in vasca navale Marcello Costanzo, Daniele Ranocchia..................................................... 101 Prestazioni e sicurezza nella progettazione di un Classe Open oceanico Umberto Felci...................................................................................... 119 Aspetti idrodinamici connessi all adozione di un sistema di chiglia basculante e possibilità di diffusione Giovanni Ceccarelli............................................................................... 135 Parte Quarta ASPETTI TECNOLOGICI E COSTRUTTIVI Tecniche di trasformazione di uno scafo in materiale composito Andrea Vallicelli.................................................................................... 145 Esperienze di prototipazione rapida nel settore nautico Alessandro Bandel, Marco Zancopé........................................................ 157 La realizzazione di scafi da diporto e di allestimenti interni con tecnologie avanzate Maurizio Testuzza................................................................................. 167 L evoluzione dei sistemi trasparenti nel settore nautico Franco Gambardella.............................................................................. 173 Indice
Parte Prima RELAZIONI INTRODUTTIVE Presentazione del corso Silvia Piardi, Andrea Ratti Evoluzione della professione nel settore nautico Aldo Gatti Sviluppi normativi nel campo del dimensionamento strutturale Lorenzo Pollicardo I metodi della ricerca scientifica nella progettazione nautica Giorgio Diana
PRESENTAZIONE DEL CORSO Silvia Piardi, Andrea Ratti Politecnico di Milano - Dipartimento di Disegno Industriale e di Tecnologia dell architettura 7 Il presente corso di aggiornamento costituisce il naturale sviluppo e consolidamento dell analogo evento organizzato, sempre presso il Politecnico di Milano, nell ottobre del 1997. In quell occasione il tema affrontato era quello della progettazione e costruzione di imbarcazioni a vela ad alta tecnologia e pertanto, durante le due giornate, erano stati affrontati i principali aspetti che hanno caratterizzato l introduzione di innovazione all interno del settore della nautica da diporto, soprattutto sotto il profilo dei processi di progettazione e delle tecniche di costruzione adottate per la realizzazione di scafi da regata 1. La seconda edizione ha voluto entrare nel merito di alcuni degli aspetti allora introdotti, proponendo una trattazione più approfondita e articolata dei temi strettamente legati alle tecnologie applicative e ai materiali evoluti impiegati nella fabbricazione di componenti dell attrezzatura dell imbarcazione, così come ai metodi di calcolo utilizzati per lo sviluppo del progetto o il dimensionamento dello scafo e/o di sue parti. Il notevole riscontro di interesse che aveva suscitato la prima edizione, con più di 230 iscritti tra studenti laureandi, neo laureati e professionisti di settore, a testimonianza di una forte domanda di formazione e aggiornamento in questa specifica disciplina progettuale, ha ulteriormente incentivato la costruzione e il consolidamento all interno del Politecnico di Milano di un quadro di offerta didattica e di servizi rivolti al settore della nautica. Nell anno accademico 1999-2000, al terzo anno del corso di laurea in Disegno industriale è stato infatti istituito, all interno dell indirizzo denominato Progettazione del prodotto industriale per la Mobilità, un progetto formativo in Design Nautico la cui attività viene sviluppata nei tre anni finali del corso di studi attraverso un approccio didattico di tipo induttivo, fortemente incentrato sull esperienza diretta condotta all interno di Laboratori progettuali. A tale scopo, proprio grazie ai residui attivi resisi disponibili attraverso l organizzazione del corso di aggiornamento, sono stati messi a disposizione degli studenti alcuni strumenti propedeutici alla comprensione delle diverse problematiche che interessano la progettazione di mezzi che si muovono sull acqua. Dal momento che il tema concordato tra i tre Laboratori di terzo anno era la pro- 1 Gli atti del corso dal titolo Progettazione e costruzione di imbarcazioni a vela ad alta tecnologia (a cura di A. Ratti), sono stati raccolti in una pubblicazione diffusa sotto forma di allegato al numero di ottobre 1998 della rivista Vela&Motore. Parte Prima - Presentazione del corso
8 gettazione di una imbarcazione a vela di 10 metri, si è quindi pensato di riprodurne la parte centrale, quella più interessante dal punto di vista dei requisiti abitativi, con un modello a scala reale realizzato sulle linee di un progetto di Andrea Vallicelli. Scopo del modello (denominato Arca ) è stato quello di aiutare tutti i docenti coinvolti nell indirizzo di Design nautico a rendere più immediata la comprensione della complessità del progetto e a far capire agli studenti le relazioni tra i diversi sistemi che connotano la progettazione di una imbarcazione. Ulteriore finalità è stata quella di contenere idee e di delimitarle, facendo comprendere i gradi di libertà, i vincoli e le relazioni tra la possibilità di usare cose all interno di quello spazio, di muoversi e navigare anche in condizioni di assetto variabile, dal momento che il modello permette di simulare una situazione di sbandamento dell imbarcazione, e quindi di verificare, anche in tale configurazione di utilizzo, la compatibilità delle soluzioni e dei prototipi di allestimento ipotizzati. Agli studenti sono stati messi a disposizione inoltre dei modelli del guscio dello stesso scafo in scala 1:10 in modo che potessero sempre prefigurare le diverse ricadute che le scelte di progetto adottate per la distribuzione degli interni e per il piano di coperta avrebbero avuto sul progetto di insieme dell imbarcazione. Tale approccio è stato poi sviluppato e approfondito nel quarto anno del corso di laurea, che è stato poi attivato nell anno accademico 2000-2001, incentrato sulla progettazione di componenti complessi e di famiglie di componenti in campo nautico (dalle attrezzature di coperta, ai componenti di arredo, agli accessori impiantistici, ai sistemi di relazione) correlando il componente al contesto primario (tipologia di imbarcazione e di utenza) e secondario (mare, lago, porto...). Ulteriore attività che si consolida in parallelo riguarda la collaborazione con la rivista Vela&Motore, oltre che con l Università degli studi G. D annunzio di Chieti, con la Scuola di progettazione per la nautica da diporto di La Spezia e i cantieri Ferretti e Franchini Yachts, finalizzata all organizzazione di un concorso di progettazione rivolto a studenti universitari e neolaureati incentrato, ogni anno con un taglio diverso, sul tema della nautica da diporto e che è giunto quest anno alla terza edizione. Parte Prima - Presentazione del corso Per quanto riguarda la presente edizione, l impostazione del corso è stata sviluppata a partire dalla constatazione che il settore della nautica abbia rappresentato un comparto all interno del quale si è assistito a una significativa introduzione di tecniche innovative. Il settore è stato interessato infatti da una profonda trasformazione soprattutto sotto la spinta esercitata dalle potenzialità offerte dai materiali messi progressivamente a disposizione dalla ricerca applicata o dalla possibilità di trasferire, in modo più o meno diretto, tecnologie derivate da settori più avanzati quali per esempio quello aeronautico o quello delle competizioni automobilistiche. La complessità progettuale e realizzativa di una imbarcazione ad alto contenuto tecnologico si è prestata perciò alla sperimentazione e alla messa a punto di soluzioni basate soprattutto sull applicazione di materiali compositi e sull ausilio fornito dagli strumenti informatici di controllo del progetto, di modellazione e di verifica preliminare delle prestazioni della imbarcazione o di suoi componenti.
All interno di questo ambito il corso ha pertanto voluto affrontare alcuni tra i principali aspetti che hanno caratterizzato l introduzione di innovazione nei vari sottosettori del comparto nautico. 9 Foto 1 - Arca. Modello in scala reale della porzione centrata di una imbarcazione a vela da 10 mt (realizzazione Paolo Padova ed Ettore Pagani). Foto 2 - Alcune sequenze della costruzione in aula di un prototipo da 10 piedi (in collaborazione con Paolo Lodigiani). Parte Prima - Presentazione del corso
10 I vari aspetti dell innovazione introdotta nel settore sono stati sviluppati attraverso un analisi degli avanzamenti più significativi registrati nella progettazione e fabbricazione delle principali componenti di un imbarcazione a elevate prestazioni. A tale scopo, durante la prima giornata sono stati analizzati come casi esemplificativi quello del progetto e realizzazione di una vela ad alta efficienza, di un albero in materiale composito, delle appendici di carena e di altri componenti dell attrezzatura. Nella seconda giornata, invece, sono state analizzate le principali modalità attraverso le quali il trasferimento tecnologico è avvenuto nel settore della nautica da diporto, approfondendo l analisi delle implicazioni che tale trasferimento ha comportato all interno del mercato, sulle modalità di impostazione e sviluppo del progetto e sulle tecniche di realizzazione e allestimento degli scafi. Parte Prima - Presentazione del corso
EVOLUZIONE DELLA PROFESSIONE NEL SETTORE NAUTICO Aldo Gatti Presidente AS.PRO.NA.DI. - Associazione Progettisti per la Nautica da Diporto 11 Porto il mio saluto ai partecipanti al corso a nome dell AS.PRO.NA.DI. Associazione Progettisti Nautica Diporto che rappresento. Fra gli scopi statutari dell Associazione occupa il primo posto la diffusione e la promozione di iniziative che sviluppino la cultura del progetto, la pratica e lo studio dell architettura navale. Ovvio quindi salutare con piacere questo corso e complimentarmi con chi lo ha pensato e organizzato, e ovvio anche da parte dell Associazione essere fra i patrocinatori. Due informazioni su cosa è l AS.PRO.NA.DI., l Associazione che riunisce coloro che in Italia operano nel campo della progettazione nautica. Non si tratta di creare una protezione corporativa, ma di creare un veicolo di conoscenza reciproca e un modo di scambio di informazioni tecniche fra gli associati. A quanti mi chiedono perché essere Soci io rispondo dicendo che, pur con la modestia delle iniziative possibili svolte, grazie ad ASPRONADI, conosco e dialogo con molti dei miei colleghi amici e concorrenti. Il vedere riuniti in quest aula un numero di persone circa pari agli associati viene da noi visto con piacere, come segno dell interesse concreto verso questa professione, come segno della maggiore presenza in futuro della cultura e della pratica della progettazione nel settore della nautica da diporto. La realtà della produzione nautica La produzione nautica, e in particolare quella italiana, è caratterizzata in genere, e con rare eccezioni, da piccoli numeri; i modelli più fortunati sono spesso realizzati nell ordine di poche decine, raramente centinaia, di esemplari. Prendiamo l esempio di una barca di dimensioni medie che abbia un buon successo di vendita: costo di listino di un pezzo pari a 300 milioni moltiplicato per 100 pezzi = 30 miliardi di fatturato. Prendiamo a confronto un auto di media cilindrata di buon successo: costo di listino di un pezzo pari a 30 milioni x un milione di pezzi = 30 x 10 12 = 30.000.000.000.000 = 30 mila miliardi. È un dato pubblicato che il costo di progettazione di un auto e delle sue linee di produzione incida, per un auto da 30 milioni, nella misura di un milione di lire per ogni esemplare. Ecco dunque che, se manteniamo nelle stesse proporzioni l investimento in ricerca e sviluppo per un modello, si ricavano questi due numeri: auto - 1 milione per ogni auto = 1/30 del fatturato = 1000 miliardi per lo studio del Parte Prima - Evoluzione della professione nel settore nautico
12 modello e delle linee di produzione; barca - 1/30 del fatturato di 100 esemplari = 1 miliardo per lo studio e l impostazione delle linee di produzione di un nuovo modello. Pochi sono i cantieri che si permettono e ritengono utile investire in tale misura, e comunque anche se così fosse, appare evidente l enorme differenza fra i due dati, per un oggetto progettato di forse pari complessità. Piccoli numeri e quindi relativamente piccoli i budget a disposizione, elevato valore del singolo prezzo e quindi costo anche dei prototipi, ma ugualmente grande il lavoro da fare in un tempo sempre più breve. Questa è la realtà in cui si muove il campo della progettazione nautica. Come muoversi all interno di questa realtà e arrivare ugualmente al risultato? Risultato vuol dire: fare un progetto valido, innovativo, che funzioni sia dal punto di vista commerciale sia marino; fare in modo che già il primo esemplare sia vendibile piuttosto che un prototipo di prova; prevedere il più possibile, già in fase di progettazione, anche le possibilità di evoluzione del modello perché gli stampi sono la prima cosa da fare e nello stesso tempo sono gli strumenti meno facilmente trasformabili. Parte Prima - Evoluzione della professione nel settore nautico Come ci si muoveva una volta e sempre meno ora. Si arrivava al risultato utilizzando un sottile mix fra progettazione a tavolino, artigianato, progetto sul campo, esperienza di navigazione e conoscenza delle esigenze dei clienti. Questo equilibrio di costi, tempi, convenienze viene sempre più a vacillare, poiché la realtà di oggi è che la mano d opera esperta e conscia dei problemi di navigazione esiste, ma è sempre più rara e più costosa. Maggiore è infatti il costo e il tempo di progettazione sul campo, maggiore sarà la convenienza nel passare questa fase a strumenti virtuali. Ecco che man mano che i falegnami, i modellisti e i carrozzieri diventano più cari, maggiore è l interesse del cantiere a fare studi sulla carta e sul video dei calcolatori, perché erase costa molto meno che disfare un modello per rifare un raccordo che non piace o, peggio ancora, segare uno stampo per variarne la geometria. Ecco quindi il nascere e lo svilupparsi di una professione di progettista - modellatore - carrozziere - ingegnere - fabbricante di prototipi sul video e capace di presentarli e valutarli da questi punti di vista: estetica - visualizzazione e rendering; strutturale - programmi per lo studio delle situazioni di carico, dello stato di sollecitazione e per la valutazione delle caratteristiche meccaniche di materiali compositi;
idrostatica e idrodinamica - resistenza stabilità sea-keeping; lista componenti e valutazione di costi schede di fabbricazione; CAD-CAM per passare dal video alla produzione delle sagome e delle forme. 13 Nella seconda giornata di questo corso si parla di realizzazione di prototipi veloci o fast prototiping: concetto che vuol esprimere la possibilità di fare molte varianti e studi di possibili soluzioni alternative a calcolatore. In questo senso il concetto di fast è corretto. Vi verrà presentato l iter di studio e di produzione di una piccola barca a vela, progetto cui ho in parte partecipato, eseguita secondo questi concetti: realizzazione degli stampi a controllo numerico fresando blocchi di polistirolo; incollaggio fra le diverse stampate di vetroresina; abolizione del lavoro di carrozzeria cioè di raccordo e finitura fra stampate da assemblare. Questi concetti portano a conseguenze molto rigide: non si può sbagliare, non si può correggere, tutto deve essere pensato prima, pena costosissime modifiche. Il lavoro di progetto per arrivare a questo non è affatto fast, lo garantisco, e qui torna l interrogativo sul sottile mix economico. Quando tutto torna come è successo in tale caso, quando tutti i possibili problemi e dettagli sono stati via via esaminati e risolti in fase di analisi preliminare del prototipo virtuale, la soddisfazione finale tecnica e il beneficio nei costi di produzione è grande, buono è anche l equilibrio dei costi fra i modi di operare. Sempre di più il progettista è quindi integrato e lo sarà nel processo produttivo, a volte forse controvoglia perché può ad alcuni sembrare negativo o riduttivo progettare calandosi anche negli aspetti di realizzazione. Ciò avviene in vari modi. È il cantiere che sviluppa al suo interno queste capacità, e integra competenze interne ed esterne a esso per svolgere l iter di progetto, o sono più entità esterne che si associano per affrontare nella totalità il lavoro. Molti progettisti infine fanno addirittura il passo conclusivo e diventano cantiere aprendone uno, completando così il processo di simbiosi. Di sicuro il progetto deve oggi essere completo, definito e analizzato fino al minimo dettaglio prima di iniziare a pulire il pavimento del cantiere. Il futuro progettista non è più colui che arriva in cantiere, vede il modello e dice: qui me lo fai un po più tondo, questa linea non mi piace: è una persona invece che ha già visto tutto ciò prima, plasmando e verificando l oggetto con gli strumenti che possiede e di cui si è impadronito. Il futuro progettista è un uomo con una solida base di studio tecnico-scientifico con una violenta abilità nell uso di strumenti informatici, con una violenta dose di esperienza di costruzione e produzione, con una violenta dose di esperienza di navigazione, conduzione e gestione di una imbarcazione in mare. Parte Prima - Evoluzione della professione nel settore nautico
14 Se vuole lavorare con certezza deve occuparsi anche di scafi a motore. Una piccola constatazione statistica. Fra le lettere e i curricula che mi arrivano in ufficio, esiste una tipologia ben definita. Normalmente è un mangiatore di scotte, ingegnere o architetto, 10.000 miglia in oceano, parapendio, tesi di laurea su VPP di un coppa America con due bulbi a incidenza variabile, con ballast per assetto variabile... Unica in molti anni mi si è presentata un giovane architetto, appassionata di motoscafi e navigazione a motore. Sicuramente soddisferà la sua passione, e sarà felice, mentre pochi fra i primi riusciranno a occuparsi dei temi preferiti. Il messaggio è evidente: il grosso della produzione e di conseguenza del lavoro di progetto è lì, sulle barche a motore plananti: anche il mitico Regno Unito, dove tutti vanno a vela sottoponendosi a docce gelate, da poco è diventato feudo dei costruttori di barche a motore. Non è inutile quindi che il futuro progettista studi anche la barca propulsa a motore. Da un punto di vista tecnico il tema progettuale non va snobbato: non è vero che una barca va sempre, basta aumentare la potenza. Nel campo della barca a motore i numeri sono brutali con il progettista: non ci sono scuse, non c è il tattico, lo spi in acqua, il timoniere, il salto di vento con cui prendersela. Dato il peso di una barca, e una potenza disponibile, bisogna ottenere una velocità, un consumo, un autonomia, un comportamento marino. Tutti numeri certi, leggibili su strumenti e che sono indicatori inequivocabili della qualità del lavoro svolto. Parte Prima - Evoluzione della professione nel settore nautico
SVILUPPI NORMATIVI NEL CAMPO DEL DIMENSIONAMENTO STRUTTURALE Lorenzo Pollicardo UCINA - Unione Nazionale Cantieri Industrie Nautiche e Affini 15 Premessa Innovazione e tecnologia hanno da sempre caratterizzato il settore della nautica, favorendo le tecniche sperimentali nella progettazione e nella produzione. In questo senso la produzione italiana di imbarcazioni e accessori è all avanguardia per livello tecnologico e qualitativo. Nel settore dei natanti e imbarcazioni (definite tali fino ai 24 metri di lunghezza), la cantieristica italiana si è prontamente adeguata alla nuova Direttiva Comunitaria 94/25/CE che, oltre ai requisiti di sicurezza, detta anche nuovi standard in materia di impatto ambientale. Nel mondo dei grandi yacht, settore che tradizionalmente privilegia in modo particolare tecnologia e qualità, l Italia è oggi il primo produttore al mondo avendo superato anche gli Stati Uniti. Il nostro paese si avvale inoltre di una delle più importanti e tecnologicamente avanzate industrie di accessori, componenti e dotazioni di bordo; grazie alla capacità inventiva e agli standard elevati gli accessori italiani costituiscono oggi un mezzo per garantire maggior qualità, tecnologia e funzionalità alle barche di tutto il mondo. Forte di queste particolarità il nostro Paese esercita un ruolo fondamentale non solo nelle tecnologie innovative, ma anche nell evoluzione della normativa in campo strutturale. La normativa nella nautica L inquadramento normativo della nautica parte da un presupposto fondamentale che tuttora ne caratterizza la sua univocità in un confronto con le realtà del mondo navale. Le Convenzioni Internazionali in materia di sicurezza hanno infatti da sempre escluso dal proprio scopo la nautica da diporto. Sia la Convenzione Internazionale sulle Linee di Massimo Carico (ILLC 1966), sia la SOLAS, escludono esplicitamente dal proprio ambito di applicazione le unità da diporto che non esercitino traffici commerciali (not engaged in trade). Tale esclusione, peraltro motivata dalla particolarità della navigazione da diporto, è stata causa da parte delle singole Amministrazioni di interpretazioni locali spesso sensibilmente differenti tra Stato e Stato, con inevitabili protezionismi indotti sui mercati. Da qui l esigenza di un approccio comune alle normative applicabili almeno a livello costruttivo, con l obiettivo di uniformare i requisiti di progettazione delle unità da diporto per agevolare gli scambi commerciali e garantire un adeguato livello di sicurezza. Sebbene tale uniformità possa apparire come un potenziale ostacolo alla tecnologia e agli spunti inventivi dei progettisti, si deve riconoscere che un processo di armonizzazione dei requisiti minimi costruttivi che induca una responsabilizzazione mag- Parte Prima - Sviluppi normativi nel campo del dimensionamento strutturale
Parte Prima - Sviluppi normativi nel campo del dimensionamento strutturale 16 giore a livello progettuale e garantisca un mutuo riconoscimento sui mercati, possa viceversa costituire una base progettuale a partire dalla quale sia possibile articolare anche i progetti più innovativi. In tale ottica negli ultimi dieci anni sono stati compiuti sensibili progressi grazie soprattutto al contributo fornito dall industria nautica, rappresentata a livello internazionale da ICOMIA (International Conference of Marine Industry Associations). In ambito ISO (International Standard Organization) è stato infatti istituito, grazie a un forte impegno economico e di know-how di ICO- MIA, il comitato tecnico TC188-Small Craft che si sta occupando di elaborare un set di standard costruttivi destinati alle unità da diporto aventi lunghezza dello scafo inferiore ai 24 metri. L obiettivo finale, ormai perseguibile in tempi brevi per le unità da diporto di queste dimensioni, è di creare uno strumento normativo utile a garantire un approccio omogeneo su tutti i mercati internazionali attuato attraverso l applicazione uniforme di standard minimi di sicurezza per la progettazione e la costruzione. L armonizzazione normativa nel campo strutturale La competitività sui mercati è di fatto la motivazione principale dell esigenza di una norma strutturale comune. In questo modo è più semplice infatti garantire uniformità sui mercati evitando dimensionamenti eccessivi rispetto ai competitors. Gli standards costruttivi sono inoltre concepiti come un fondamentale strumento di benchmark, non a caso essi costituiscono una base importante di confronto del livello qualitativo sul mercato, in tema di requisiti di sicurezza. Sotto l aspetto legale, il sempre maggior coinvolgimento di progettisti e costruttori in cause di responsabilità civile sul prodotto, impone anche nella nautica l individuazione di un mezzo utile a provare che l imbarcazione risponda strutturalmente a parametri dimensionali di base univocamente definiti. Infine le logiche di approccio ai mercati impongono la standardizzazione strutturale come elemento necessario per esportare i propri prodotti senza incorrere in ostacoli alla commercializzazione. Il caso Direttiva Comunitaria La Direttiva 94/25/CE costituisce un caso importante nell applicazione di standar comuni per la progettazione e costruzione; essa infatti impone a 15 Stati Membri della Comunità Europea di riconoscere gli standard armonizzati adottai dal CEN (Comitato Europeo di Normalizzazione). L applicazione di tali standard costituisce infatti condizione sufficiente (anche se non necessaria) per garantire il rispetto dei requisiti essenziali imposti dalla Direttiva stessa. L ISO ha istituito, come detto, un comitato tecnico, il TC 188 Small Craft, che si occupa di elaborare gli standard costruttivi per le unità aventi lunghezza compresa tra i 2,5 e i 24 metri. Espert tecnici provenienti da diverse nazioni apportano il proprio contributo ai lavori in ambito ISO. Allo scopo di garantire trasparenza ed efficienza, ogni Stato aderente all ISO ha diritto di votare l approvazione della norma a ogni successiva revisione durante il processo di elaborazione. Questa è la principale causa della lentezza del processo di elaborazione degli standard che subiscono i
diversi passaggi da working draft WD, a committee draft CD, draft international standard DIS, e finalmente ISO. Una volta approvato come ISO lo standard deve quindi essere approvato dal comitato tecnico TC 188 e finalmente adottato dal CEN come norma europea EN. Ai fini legali il technical file richiesto dalla Direttiva come strumento necessario per dare evidenza del rispetto dei requisiti essenziali imposti, include: l elenco degli standard armonizzati e/o delle soluzioni alternative adottate per dimostrare la conformità ai requisiti essenziali di sicurezza una descrizione dell imbarcazione; le istruzioni operative; il file completo con disegni, schemi e rapporti di prova. Lo Standard ISO 12215 - Hull Construction/Scantling Nell ambito dei 50 e più standard elaborati a livello ISO TC118 la norma dedicata alla struttura e ai materiali dell imbarcazione è sicuramente la più innovativa, costituendo infatti un formidabile esempio di sintesi e confronto di tutti i regolamenti tradizionalmente utilizzati per i dimensionamenti strutturali. Più nel dettaglio, lo standard ISO 12215 si articola per la sua complessità in sei dedicate ai diversi aspetti dei dimensionamenti strutturali e dei materiali: ISO 12215-1: Materials: Thermosettings Resins, Glass Fiber Reinforcements; ISO 12215-2: Materials: Core Materials; ISO 12215-3: Materials: Steel, Aluminium, Wood and others; ISO 12215-4: Workshop and manufacturing; ISO 12215-5: Design pressures, allowable stresses, scantling determination; ISO 12215-6: Details of design and construction. Il gruppo di lavoro WG18 - ISO TC188 Small Craft è costituito da progettisti, costruttori ed esperti provenienti da diverse nazioni che rappresentano le realtà più prestigiose e avanzate della nautica. Sebbene il gruppo lavori ormai da molti anni, il traguardo di una definitiva armonizzazione appare ancora non perseguibile in termini immediati. Tuttavia, soprattutto nel campo delle pressioni di calcolo la norma è giunta a un buon livello di definizione, ottenuto grazie a un confronto con calcoli e verifiche di validazione con tutti i metodi di dimensionamento adottati dalle principali Società di Classificazione e Certificazione. Grazie a tale livello raggiunto, anche gli studi tecnici dei principali cantieri si stanno accingendo a effettuare le relative verifiche per confrontare i propri dimensionamenti con le modalità di calcolo proposte dallo standard. A livello di confronto con le modalità tradizionalmente adottate nel dimensionamento strutturale navale, la particolarità introdotta dallo standard riflette la nuova concezione internazionale di approccio alla normativa. Lo standard considera infatti come principale parametro dimensionale la cosiddetta categoria di progettazione espressa in funzione dell altezza significativa dell onda e della forza del vento. Viene quindi abbandonato il concetto di servizio cui l unità è destinata (molto spesso concepito come distanza dalla costa o dagli approdi sicuri), per introdurre il principio delle condizioni statistiche del mare e conseguentemente delle sollecitazioni sullo scafo. 17 Parte Prima - Sviluppi normativi nel campo del dimensionamento strutturale
Parte Prima - Sviluppi normativi nel campo del dimensionamento strutturale 18 Il caso Megayacht Considerazione a parte merita il mondo dei megayacht, come ormai correntemente vengono definite le navi da diporto di lunghezza superiore ai 24 metri, per le quali l obiettivo di un approccio unitario della normativa non è ancora avviato. Di conseguenza è lasciata facoltà alle singole Amministrazioni di imporre requisiti normativi propri, talvolta espressi ispirandosi alle Resolutions IMO (International Maritime Organization), sebbene come detto esse non siano applicabili per le unità da diporto. Significativo in questo senso il caso della bandiera del Regno Unito (Red Ensign Flag), che nell ambito dei megayachts raccoglie il 40% della flotta mondiale. L Amministrazione Inglese ha infatti fornito all IMO un interpretazione in base alla quale tutti i megayacht adibiti a charter risultino inclusi nel campo di applicazione delle Convenzioni Internazionali di sicurezza, poiché yachts engaged in trade, cioè unità da diporto adibite a traffici commerciali. In tale ottica la Marine Cost Guard Agency (MCA) inglese, riconoscendo comunque l impossibilità di applicare agli yachts i requisiti IMO, ha emesso per tali unità un apposito regolamento, detto Code for Large Commercial Yachts, il cui rispetto è oggi obbligatorio per tutti i megayacht di bandiera inglese adibiti a charter. In termini progettuali ciò comporta l esigenza, da parte del progettista, di confrontarsi con norme costruttive diverse a seconda della Società di Classificazione scelta tra quelle indicate dalla Marine Cost Guard Agency. L interpretazione inglese risulta tuttora non condivisa dalle altre Amministrazioni che oggi, in un confronto con i propri requisiti imposti ai megayacht, contestano al Code MCA protezionismo e burocrazia eccessivi. Anche in questo caso ritengo valga la pena fornirvi in altra occasione un ulteriore approfondimento. L auspicio tuttavia è che si avvii in tempi brevi un processo di armonizzazione a livello internazionale anche per i megayacht, non solo per garantire requisiti di sicurezza comuni evitando di conseguenza ingiustificati e anacronistici protezionismi sui mercati internazionali, ma anche e soprattutto per non generare ostacoli all innovazione tecnologica e progettuale.
I METODI DELLA RICERCA SCIENTIFICA NELLA PROGETTAZIONE NAUTICA Giorgio Diana Politecnico di Milano - Dipartimento di Meccanica 19 Introduzione Anche dalle recentissime esperienze di Coppa America risulta sempre più evidente l esigenza di condurre una ricerca scientifica atta a definire i parametri che contraddistinguono il comportamento di una barca a vela al fine di migliorarne e ottimizzarne le prestazioni. In campi analoghi, per esempio nell industria aeronautica, si svolge una grande mole di lavoro di ricerca, cosa questa che non trova riscontro nel settore delle barche a vela, vuoi da diporto o da regata tranne che nei rarissimi casi legati alla massima espressione della competizione velica, rappresentata appunto dalle regate di America s Cup. È inoltre da sottolineare il fatto che (a differenza dei paesi stranieri) non esistono nell Università italiana (per esempio Ingegneria) corsi indirizzati all approfondimento delle problematiche di questo settore, e l industria italiana (ancora a differenza dei paesi stranieri) evidentemente non vede nell investimento in ricerche un ritorno adeguato. Ciò premesso, venendo all argomento dell intervento, cioè ai metodi della ricerca scientifica già applicati o che risulterebbero di utile applicazione al settore nautico, è bene sottolineare da subito l estrema complessità del sistema barca a vela: la barca infatti può essere considerata come un sistema dinamico che si trova a interagire con due fluidi diversi (aria e acqua) e la complessità del sistema risiede principalmente nel fatto che, da un lato le forze che si sviluppano sull imbarcazione e che ne determinano il movimento dipendono dal movimento stesso e, dall altro, la presenza di due fluidi di caratteristiche diverse implica aspetti non lineari che rendono alquanto complessa una corretta modellazione del problema e la relativa soluzione. Data la natura del problema è evidente che le discipline scientifiche coinvolte in questo campo spaziano dalla fluidodinamica alla meccanica strutturale, sia dal punto di vista computazionale che sperimentale. Nondimeno le conoscenze acquisite nel campo dei materiali (con particolare riferimento ai compositi) trovano larghe possibilità di essere utilizzate vantaggiosamente per migliorare le prestazioni dei diversi componenti di un imbarcazione, dalle vele allo scafo e a tutti i particolari dell armamento. Dal punto di vista delle metodologie che possono essere trasferite al settore nautico, esse possono essere suddivise in tre gruppi principali: Sperimentazione sul prototipo al vero Sperimentazione su modelli in scala Simulazioni con modelli numerici Parte Prima - I metodi della ricerca scientifica nella progettazione nautica
Attualità Una raccolta degli atti del corso di aggiornamento tenuto presso il Politecnico di Milano nell aprile del 2000. Il corso si colloca all interno di una serie di iniziative formative e di ricerca avviate su proposta del Dipartimento DI.Tec all interno del Corso di Laurea in Disegno Industriale e analizza alcuni temi di rilievo inerenti l applicazione di materiali, tecniche e metodi di calcolo volti alla realizzazione e allo sviluppo di imbarcazioni o di attrezzature ad alto contenuto tecnologico. Esso comprende un programma di attività formative svolte dal Politecnico di Milano nel settore della nautica, articolate in seminari, stages di formazione e aggiornamento professionale, workshop progettuali, un percorso formativo in Design nautico, oltre ad un corso di specializzazione e uno di master in Design per la nautica di prossima attivazione. Le relazioni raccolte nel testo delineano un quadro degli avanzamenti più significativi registrati nella progettazione e fabbricazione dei principali componenti di un imbarcazione a elevate prestazioni. Sono stati analizzati, come casi esemplificativi: la progettazione e realizzazione di una vela ad alta efficienza con tecnica 3DL, di un albero in materiale composito, delle appendici di carena ecc. Vengono presentati anche approfondimenti relativi ai principali metodi di calcolo utilizzati nella progettazione di una imbarcazione di Coppa America, metodi previsionali delle prestazioni, metodi basati su codici CFD, verifiche con modelli in vasca navale o in galleria del vento e aspetti idrodinamici connessi all adozione di sistemi di chiglia basculante. Per la particolare attualità del tema, uno specifico focus è stato dedicato al problema della sicurezza delle imbarcazioni oceaniche, mentre ulteriori approfondimenti tecnologici e costruttivi hanno riguardato le possibilità di trasformazione e di allestimento interno di uno scafo in materiale composito. Il testo si avvale dell esperienza di professionisti del settore noti a livello internazionale e costituisce uno strumento di aggiornamento per progettisti e tecnici di settore. La lettura dell opera offre un occasione di studio e di approfondimento per studenti e neolaureati in architettura e in ingegneria e per quanti vogliano confrontarsi con le problematiche relative alla progettazione e costruzione di imbarcazioni o di loro componenti. Professionisti, tecnici e imprese Gruppo Editoriale Esselibri - Simone sistemi editoriali, una rete di volumi e di strumenti interattivi. Edilizia: norme e tecniche Ambiente e Territorio: norme e tecniche Architettura sostenibile Urbanistica: norme e tecniche Igiene e Alimenti Se sistemi editoriali www.sistemieditoriali.it