SETTEMBRE 2019

ONDE E CAPOVOLGIMENTO 1

DI PRUA

Ciao Marco, 
Nella mia infinita ignoranza non avevo mai sentito parlare delle spere, ma a mia discolpa devo anche dire che nessuno le ha mai nemmeno menzionate durante il corso della patente nautica.
Ho trovato un articolo molto interessante che volevo condividere con te (allegato "spere-2”). 
Penso ti possa piacere dato che è pieno di numerini da ingegnere.
Niente di difficile, per la verità, nemmeno per un profano come me, ma anzi molto apprezzati perché mi confermano la solidità dei ragionamenti fatti e delle conclusioni tratte.
Se avrai la bontà di leggerlo e di darmi un tuo parere, vorrei chiederti lumi su un punto che rimane oscuro (e che si pone anche l’autore dell’articolo): ma le gallocce di poppa sono in grado di sostenere una trazione così alta?
POST SCRIPTUM LUNGHISSIMO (praticamente un’altra mail): mentre ti scrivevo questa mail ho fatto qualche ricerca per chiarire un altro punto che mi assillava: quanto è diffuso l’utilizzo e la conoscenza di questo strumento tra i diportisti e gli addetti ai lavori?
Ho cominciato ad approfondire l’argomento riprendendo la fonte della mia conoscenza di base: nel manuale dove si studia la patente (ti allego la pagina) si parla di ancora galleggiante e si mostra la foto di una spera a cono descrivendo come possibili l’utilizzo sia a prua che a poppa.
Abbastanza deluso (ma purtroppo non sorpreso più di tanto) dalla superficialità del manuale mi sono rivolto ad un’altra fonte: nei siti di componentistica nautica che ho visitato è in vendita come ancora galleggiante una spera a cono o, se va bene, una “ancora galleggiante ad alta efficienza” (?!?) che è a tutti gli effetti una spera a cono Seabrake (che tra l’atro costa molto di più in proporzione).
https://www.magellanostore.it/ricerca?q=ancora+galleggiante
http://www.inoxnautica.it/index.php?route=product/search&search=ancora%20galleggiante
https://www.abmnautica.com/Prodotti?k=ancora%20galleggiante
In internet non ho trovato nessun sito che venda l’ancora galleggiante propriamente detta (quella fatta a paracadute).
PRIMA CONCLUSIONE: a tutti i livelli la confusione tra ancora galleggiante e spera regna sovrana.
Al di là degli equivoci linguistici (comunque sempre fastidiosi secondo il mio parere, perché a lungo andare generano sempre errori peggiori), resta il fatto che la spera Jordan (indicata dall’articolo come la più efficiente) non risulta facilmente reperibile sul mercato italiano (almeno quello accessibile da internet) - nell’articolo è riportato il sito www.jordanseriesdrogue.com dove, dopo qualche passaggio non proprio immediato, si può acquistare il modello desiderato di spera Jordan.
SECONDA CONCLUSIONE: mi pare di capire che al comune diportista viene normalmente proposta una spera a cono (la meno efficiente tra i vari modelli di spera) con una generica indicazione del tipo “consigliata per barche di mt….”.
Ora devo ammettere che io ho spesso un approccio più teorico che pratico, per cui nei miei ragionamenti arrivo ad un punto dove rimetto in discussione tutto perché arriva il pragmatico:
PRIMO DUBBIO: sto forse esagerando l’importanza di avere a bordo una spera Jordan? Magari può salvare la barca in pieno oceano, ma nel Mediterraneo probabilmente non ci saranno mai condizioni di enormi onde frangenti tali da rendere necessaria una spera.
Dato che mi sembra un dubbio abbastanza sensato ti giro la:
DOMANDA FINALE: secondo te può essere utile avere a disposizione una spera Jordan durante le crociere più lunghe in Mediterraneo?
SECONDA DOMANDA FINALE: che tipo di spere/ancora galleggiante equipaggiano normalmente le imbarcazioni da diporto?
Fammi sapere cosa ne pensi.
Ciao
Alberto Locatelli

Per far capovolgere una barca occorrono le onde, giacché il vento da solo può farla coricare ma non capovolgere, ma per formare le onde occorrono tre cose: il vento, la durata e il fetch (cioè la lunghezza del tratto di mare ove il vento può agire sulla sua superficie).
Non solo, ma altro fattore determinante è “la ripidità” dell’ onda: un kayak può essere capovolto da un frangente di 1 m, ma non da un’ onda di marea di 1 m.
Per rovesciare una barca infatti occorre un' onda che abbia una certa “ripidità” e che questa sia incompatibile con le caratteristiche geometriche e meccaniche della barca.

Per ripidità intendo il rapporto tra H/(L/2), cioè tra altezza e mezza lunghezza d’ onda.
Per caratteristiche geometriche intendo lunghezza e larghezza della barca.
Per caratteristiche meccaniche intendo i momenti di Inerzia polare della barca.
In parole un po’ più semplici:
- ripidità: un' onda di marea alta 10 m, come quelle che interessano il Canale della Manica, non riuscirà mai a rovesciare una barca perché ha un periodo T di 12 h, una lunghezza L enorme e quindi non è ripida.
- geometria: una petroliera lunga 400 m che prenda il mare di prua non troverà mai un' onda tale da poterla rovesciare ma un Optimist -  che è lungo poco più di 2 m - sì.
- inerzia polare: una chiatta con sopra una gru alta 50 m si rovescerà più facilmente di una barca a vela di 9 m con l' albero alto 10 e una pinna di deriva zavorrata di 1.5 m
Nel settembre e ottobre 2013 mi sono occupato di onde e, nell' articolo di settembre, ho pubblicato un diagramma che, pur essendo un po' complicato, la dice lunga sulle onde che si possono formare.
E’ il diagramma delle “onde vergini”, cioè delle onde che si possono formare unicamente per l’ azione del vento sulla superficie del mare e prive di ostacoli o interferenze nel loro propagarsi; tale diagramma è detto di Bretschneider.
Un punto di tale diagramma dà un sacco di informazioni: definisce l’ altezza H di un onda (in ft- BLU), il suo periodo T (in s - VIOLA) e dice anche che per esistere questa onda ha avuto bisogno di un vento V (in Kn - VERDE) che abbia soffiato per una durata t (in h) e abbia agito lungo un tratto di mare “fetch” F (in M - ROSSO).

Per esempio il puntolino rosso che ho indicato io è quello di un’ onda alta più di 3 m (11 ft), che si ripete ogni 7 s, formata da un vento di 38 Kn che ha soffiato almeno per 5 h su un fetch di 40 M; è quello delle onde che ho incontrato attraversando l’ Adriatico con la bora da Porec a Caorle (che per le ragioni che esprimerò più avanti hanno raggiunto i 4 m)…
Da notare che le stesse onde si possono formare con situazioni diverse: percorrendo la curva iperbolica degli 11 ft, per esempio, possiamo trovare che quella stessa onda può essere formata da un vento di 30 Kn che ha soffiato per 20 h su un fetch di 180 M… oppure con altre combinazioni di questi stessi tre parametri.
Ora la domanda che dobbiamo porci è la seguente (alla quale però non è facile rispondere): queste onde possono capovolgere la mia barca?
Ovviamente la risposta dipende dalla barca e dalla posizione che questa ha quando arriva l’ onda; per questo hanno inventato quei dispositivi che “frenano” la poppa della barca, così da permetterle di farsi attraversare dall’ onda in senso longitudinale e non trasversale.
In quella traversata da Porec a Caorle io mantenni la prua su Caorle e presi le onde al traverso…infatti per due volte misi il boma in acqua; se avessi fatto rotta verso la foce del Po avrei preso il mare di poppa e assai difficilmente mi sarei rovesciato.
Più un galleggiante è corto e più facilmente si farà capovolgere; più un galleggiante è lungo e più difficilmente si farà capovolgere.
Per proseguire la nostra indagine vediamo allora di trovare una relazione tra la L della barca e la “ripidità” dell’ onda che possa capovolgerla…
Esistono due relazioni fondamentali della meccanica delle onde:
1. tra il periodo T e la lunghezza d’ onda L :     T = √ (L/1.56)  o  L = 1.56 T² come si vuole;
2. tra la massima H che permette all’ onda di stare ancora in piedi e la sua L :    H/L =  0.14 che in definitiva sancisce la sua “ripidità-limite”.
Vediamo ora come queste due relazioni possono aiutarci.
Immaginiamo di navigare su una barca lunga 10 m.
La lunghezza dell’ “onda pericolosa” è quella che supera il doppio della lunghezza della barca, perché solo così tutto lo scafo della barca si può trovare in discesa quando l’ onda le passa sotto; quindi partiamo da una lunghezza d’ onda L = 10 x 2 = 20 m.
In condizioni di ripidità-limite questa onda (applicando la relazione 2.) può arrivare a H = 0.14 x 20 = 2.8 m prima di frangere e dissipare così gran parte della sua energia.
Che periodo T ha questa onda?
Applicando la 1. con una L di 20 m si ottiene un T = 3.6 s, così ho i dati per entrare nel diagramma di Bretschneider…
Ma il diagramma ci dice che questa onda non esiste: un’ onda di 2.8 m deve avere un periodo di 7 s, cioè (sempre applicando la 1.) una L di 77 m, ben più lunga e meno ripida.
La conseguenza è che un’ “onda vergine” non avrà mai una ripidità tale da capovolgere una barca.
In effetti, dal punto di vista geometrico, le onde vergini del diagramma viaggiano con un rapporto H/L = 2.8/77 = 0.036 cioè con una ripidità geometrica della superficie dell’ acqua (ragguagliata a mezza lunghezza d’ onda) di circa il 7%...immaginate una strada in salita con tale pendenza…è circa quella di una strada statale di un passo dolomitico, tipo Pordoi.
Ben diversa è la situazione dell’ onda in condizioni di ripidità-limite in cui, come detto, si arriva ad un rapporto H/L=0.14 (cioè ad una ripidità geometrica della superficie dell’ acqua) del 28%...molto più ripida di una rampa di un garage.
Ma allora quale onda dobbiamo temere e quindi per quale onda sarebbe necessario adottare dei dispositivi che mantengano lo scafo di 10 m longitudinale alla direzione di propagazione delle onde?
Dovremmo temere un’ onda alta 3 m e lunga 20 m.
Vuol dire che essa non è “vergine”, significa cioè che essa è data dal sommarsi di più onde o dall’ essere contrastata nel suo progredire da una corrente contraria…
Questo è già un primo risultato.
Allora facciamo così: entriamo nel diagramma con il T associato a un’ onda vergine con L 20 m, cioè 3.6 s: otteniamo un’ onda vergine alta 2.8 ft (85 cm) e chiediamoci: come può questa onda raggiungere le condizioni di ripidità-limite?
Basta, per esempio,  che se ne sommino 3 contemporaneamente: 3 x 0.85 = 2.5 m
Può accadere?
Sì, con una probabilità bassa ma può accadere, si tratta della cosiddetta “onda anomala”.

 Questa è un' onda vergine con T= 2.5 s     H= 0.5 m     L = 9.75 m

 Questa è un' onda vergine con  T= 2.7 s    H= 0.65 m    L= 11.37 m

Se sopra un insieme di onde vergini il vento soffia con maggior forza su una zona ristretta per un po’ di tempo, le onde che stanno transitando lì hanno una maggior altezza e un maggior periodo, quindi avanzano con diversa velocità.
Dopo un po’ di tempo andranno ad incontrare altre onde e, combinandosi, potranno in un certo istante sottrarsi ad esse e un istante successivo sommarsi ad esse: nel primo caso il mare si appiattirà, nel secondo caso invece i cavi si approfondiranno e le creste si innalzeranno formando appunto l’ “onda anomala”.

Possiamo allora ragionare così: con la mia barca di 10 m posso incontrare un’ onda anomala che può capovolgermi solo se è formata dal sovrapporsi di 3 onde vergini con H = 85 cm L = 20 m e T= 3.6 s, quindi nel diagramma non faccio altro che leggere le combinazioni di vento V, durata t, fetch F che possono formare queste onde vergini e quindi confrontarle con la navigazione che voglio intraprendere e con le previsioni meteo che il bollettino mi dà.
Se tutto ciò può apparire elaborato, riporto due esempi pratici.

IMBARCAZIONE DI 10 M    NAVIGAZIONE DA PULA A RIMINI  
Distanza 71 M    
Onde vergini potenzialmente pericolose L=20 m  T= 3.6 s  H=2.8 ft  
BOLLETTINO METEO    Prevista burrasca di bora:  V=30 Kn   t=30 h   F=75 M
Entrando nel diagramma con questi dati ottengo una onda vergine di T=7 s e H=10 ft (ben più forte di quella potenzialmente pericolosa) in grado di formarsi già in 9.5 h
SIAMO IN SITUAZIONE DI PERICOLO perché esiste comunque sempre la probabilità che si sommino più onde vergini tali da formarne una anomala che possa rovesciare la barca.

IMBARCAZIONE DI 12 M    NAVIGAZIONE DA REGGIO CALABRIA A TAORMINA 
Distanza 29 M    
Onde vergine potenzialmente pericolose L=24 m  T= 4 s  H=3.5 ft
BOLLETTINO METEO    Prevista burrasca di maestrale:  V=30 Kn   t=36 h   F=3 M (fetch ridotto perché navigo in acque ridossate da maestrale)
Entrando nel diagramma con questi dati ottengo una onda vergine di T=3.5 s e H=2.8 ft in grado di formarsi già prima di 1 h
NON SIAMO IN SITUAZIONE DI PERICOLO
MA ATTENZIONE ! Se nella stessa situazione e a parità di parametri fosse annunciata burrasca da SE il fetch sarebbe di oltre 400 M e l’ onda vergine sarebbe di  T=8 s e H=16 ft  in grado di formarsi in 36 h…SAREMMO QUINDI IN SITUAZIONE DI PERICOLO
Quindi nell’ intraprendere una navigazione è opportuno avere a bordo una spera solo se si esamina la relazione che intercorre tra: lunghezza della barca, intensità del vento prevista, durata e fetch.

A questo punto, per semplificare ulteriormente le cose ritengo utile indicare la seguente tabella che riporta direttamente in funzione della lunghezza della barca L (cioè la metà della lunghezza dell’ onda) i parametri H e T di quelle onde vergini da temere che, sommatesi contemporaneamente, potrebbero capovolgere la barca se non adeguatamente frenata.
Entrando nel diagramma di Bretschneider e seguendo le iperboli, si possono trovare tutte le combinazioni tra V,  t,  F delle quali - nell’ ultima colonna - riporto solo un esempio tra tanti.