ABS – Amercan Bureau of Shipping AGSC – Allianz Global Corporate & Specialty ALARP – as low as reasonably practicable BLEVE – Boiling Liquid… [304187]

[anonimizat] – Allianz Global Corporate & [anonimizat] – [anonimizat] – [anonimizat] – [anonimizat] – [anonimizat] – [anonimizat]-Committee (IMO)

ECDIS – [anonimizat] – [anonimizat] – [anonimizat] – [anonimizat]-[anonimizat] – Harmosed System (Harmonized Commodity Description and Coding System)

IACS – [anonimizat]– [anonimizat] – [anonimizat] – [anonimizat]-Load and Resistance Factor Design

M2M – [anonimizat] 1973 [anonimizat] – [anonimizat] – [anonimizat] 1990

[anonimizat] – [anonimizat] – [anonimizat] – [anonimizat] – [anonimizat] – Wireless Sensor Network

INTRODUCERE

1. ASPECTE ACTUALE PRIVIND EVOLUȚIA TRANSPORTULUI MARITIM ȘI IMPORTANȚA TRANSPORTULUI MARITIM CONTAINERIZAT

Dezvoltarea economiei mondiale s-a [anonimizat], atât prin modul în care a [anonimizat] a capacității și a diversității de mărfuri transportate.

[anonimizat] 2016 a atins nivelul de 10,3 miliarde de tone. Creșterea medie estimată a mărfurilor transportate pentru perioada 2017-2022 va fi de 3,2% iar transportul containerizat și cel de mărfuri vrac solide vor depăși această cifră de creștere. Capacitatea totală a flotei mondiale a fost estimată la data de 1 ianuarie 2016 la nivelul de 1,8 [anonimizat] o rată medie de creștere în anul 2015 de 3,8%; cea mai mare creștere a [anonimizat] 9,7 %, urmată de navele portcontainer cu o creștere de 7 %.[1]

[anonimizat] o [anonimizat]itim. Dacă până la mijlocul secolului trecut, în domeniul maritim se vorbea în termeni de tradiție, cuvântul cheie adoptat și folosit în momentul de față este siguranță, sub toate aspectele ei, acoperind și domeniul cel mai nou al navelor portcontainer.

Nașterea transportului containerizat poate fi consemnată în anul 1956 când nava petrolier Ideal X a transportat, pe lângă 15.000 tone de petrol, alte 58 de containere metalice, pe puntea special ranforsată a navei, de la Port Newark la Houston, într-un voiaj ce a durat 6 zile. La numai zece ani, în 1966, nava Fairland transporta 236 containere de la Port Elisabeth la Rotterdam. Dezvoltarea tip de transport a continuat în ritm accelerat iar prin globalizare, au apărut cerințele investiționale fără precedent, în nave, containere, terminale, birouri si tehnologia informației, pentru a conduce acest lanț logistic nou și complex. Containerul reprezintă inima unui sistem automatizat de transport al bunurilor de oriunde spre oriunde, cu costuri și complicații minime de transport, așa cum arată economistul Marc Levinson, sintetizând fenomenul containerizării – „transportul containerizat a făcut lumea mai mica si economia mondiala mai mare”.[2]

Evoluția navelor portcontainer a fost în strânsă legătură cu dezvoltarea transportului însuși, principalii factori coordonatori fiind rentabilitatea și eficiența. Provocările care au apărut în construcția și exploatarea navelor portcontainer nu au îngreunat ci au jalonat un domeniu al transportului maritim, catalogat fiind, ca unul de excepție. Containerizarea înseamnă, spre exemplu, 1,72 miliarde tone mărfuri transportate pe nave portcontainer în anul 2016, continuând un trend care a început spectaculos în anii 2000, după cum se poate vedea în Fig. 1, iar în ceea ce privește capacitatea de transport a acestui tip de nave, după un maxim istoric de 1,68 milioane TEU pentru navele livrate în anul 2015, aceasta a ajuns totuși la 904 mii de TEU în anul 2016, conform statisticilor de specialitate. [1][3]

După cum se poate observa în Fig. 2, în perioada 1980 – 2010, creșterea capacității de transport a navelor portcontainer aproape s-a dublat la fiecare 5 ani, o anumită temporizare fiind înregistrată doar în ultima perioadă.

O caracteristică importantă pentru ultimii ani o reprezintă însă, creșterea capacității individuale de încărcare a navelor portcontainer, măsurată prin economia de scară a navelor.

Capacitatea medie a unei nave portcontainer în flota globală a avut o rată anuală de creștere de 1,9% între anii 2001 – 2009 și a ajuns la o rată de 18,2% creștere între anii 2010 – 2015.[4]

Fig. 1 Volumul traficului maritim containerizat 1980 – 2016 (www.statista.com)

În anul 2016, mărimea medie a navelor portcontainer, în registrul de comenzi al șantierelor, a fost de 8.508 TEU, dublu față de mărimea medie a navelor existente pe piață.

Totuși, în același raport al UNCTAD, citând unele studii, se arată faptul că această rată anuală de creștere a capacității unitare a navelor portcontainer de până la 18.000 TEU a avut ca rezultat o economie de cost de maxim 5% ca pondere din totalul costurilor cumulate din rețeaua de transport și din porturi. Depășirea însă acestui prag de 18.000 TEU, se pare că duce la reducerea economiei de scară.

Fig. 2 Evoluția capacității flotei de nave portcontainer – milioane tdw (www.statista.com)

Există deja unii observatori care susțin faptul că, în cazul exploatării navelor portcontainer din ce în ce mai mari, costurile pot depăși beneficiile acestora, ca urmare a unor dezavantaje ce pot fi rezumate la următoarele tendințe:

reducerea frecvenței de lucru pe anumite rute,

vârfurilor de trafic mai pronunțate,

presiune mai mare pe serviciile de operare din porturi,

creșterea costurilor de capital și costurilor operaționale ale terminalelor,

reducerea opțiunilor de transport pentru încărcători,

riscuri mai ridicate în lanțul de livrări datorită concentrării unei cantități de marfă mai mare pe mai puține nave,

efecte dăunătoare asupra mediului datorate operațiunilor suplimentare de dragaj sau de creștere a suprafețelor de depozitare.

Impactul acestor tendințe are în primul rând o componentă de natură economică materializată printr-o presiune care va duce, cel mai probabil, la: necesitatea cooperării între liniile de transport și terminale, fuziuni între liniile de transport sau înființarea de societăți mixte cu operatorii de terminale din porturi. Trendul de construire a unor nave portcontainer fără mijloace de operare la bord s-a menținut până în anul 2016 cel puțin, an în care, doar 4,1 % din capacitatea în TEU a navelor portcontainer construite sunt deservite de cranice la bord, restul fiind nave care necesită operare specializată în porturi.[1]

Este de menționat întărirea cooperării între liniile de transport, care a condus la fuziuni comerciale, astfel încât primii șase operatori de transport (APM-Maersk, Mediteranean Shg Co, CMA CGM Group, COSCO Shipping Co, Hapag-Lloyd și Evergreen) dețin prin capacitatea navelor proprii sau nave în contracte de operare, peste 65% din piața transportului maritim containerizat.[5]

Acest lucru are implicații multiple și nu doar în domeniul economic, deoarece implementarea unor măsuri care vizează acest sector poate fi afectată în sens pozitiv sau negativ, de deciziile unui număr restrâns de persoane, decizii bazate pe rațiuni mai degrabă economice decât de siguranță.

Există însă și un impact în ceea ce privește siguranța navelor portcontainer prin apariția sau accentuarea unor efecte, pe care aceste tendințe globale o au asupra riscurilor asociate transportului de containere. Este de remarcat legătura biunivocă între aspectele economice și cele de siguranță, un exemplu în acest sens fiind reprezentat de introducerea de la 1 iulie 2015, prin amendarea Convenției SOLAS cap. VI/2, a obligativității încărcătorului de a verifica masa brută a containerelor, începând cu data de 1 iulie 2016. Această măsură, care vizează creșterea siguranței transportului containerizat, detaliată și în cadrul acestei lucrări, are efecte economice puternice, fiind estimat să conducă la creșterea navlului cu până la 10% dar, în ce măsură va fi confirmat acest lucru, se va vedea în viitoarele statistici.

2. ACCIDENTELE NAVELOR PORTCONTAINER ȘI NECESITATEA EVALUĂRII SIGURANȚEI EXPLOATĂRII ACESTORA

Motivarea alegerii temei pentru teză constă în necesitatea cunoașterii aspectelor care afectează siguranța în exploatare a navelor portcontainer și cercetării efectelor pe care implementarea unor măsuri le pot avea, în conservarea rezistenței structurale a navei portcontainer.

Numărul de accidente reprezintă o măsură a gradului de siguranță al transportului maritim, iar raportul anual al EMSA arată pentru anul 2016 un număr de 1484 nave implicate în accidente grave sau incidente maritime din care, 33% au fost nave de transport mărfuri generale, 17% nave de tip portcontainer și 16% nave tip vrachier, pentru a enumera primele locuri dintr-un clasament generic. Același raport relevă faptul că, navele portcontainer conduc într-un clasament al navelor implicate în accidente maritime, în perioada 2011-2016, din punct de vedere al mărimii navelor (tonaj brut), cu o valoare medie de 46330 TR. [6]

Diverse rapoarte ale unor companii de asigurări de renume din domeniul maritim, confirmă că în perioada 2011-2015, navele portcontainer au avut cea mai ridicată frecvență și cea mai mare valoare a despăgubirilor pentru asigurări H&M, ca urmare a unor accidente de navigație (în acestea fiind incluse coliziunea și eșuarea), devansând navele de tip tanc sau specializate în transportul mărfurilor vrac.

Despăgubirile pentru daune la marfa transportată sunt de asemenea însemnate ca și valoare (15% din valoarea totală în cazul eșuărilor), deși frecvența acestor accidente fost relativ redusă (3%) în cazul specific al navelor portcontainer, pentru aceeași perioadă de cinci ani. Este de menționat în același context faptul că despăgubirile plătite pentru pagubele produse la navele portcontainer datorită eșuării sunt mai mici ca valoare decât cele plătite pentru accidentele datorate incendiilor, ca procent din valoarea totală a despăgubirilor cifrele fiind de 18,3 % și respectiv 22,4 %. [7]

Cifrele din statisticile sus menționate scot în evidență valoarea mărfurilor transportate în containere –estimarea arată că 60% din valoarea tuturor mărfurilor transportate pe mare este containerizată – confirmând astfel importanța ce trebuie acordată siguranței acestui tip de transport. În istoricul transportului maritim, reglementările principale din domeniul siguranței au fost elaborate și introduse ca urmare a unor accidente catastrofice, cum ar fi: Titanic/Convenția SOLAS, Torrey Canyon/Convenția MARPOL, Amoco Cadiz/Paris MoU, Exxon Valdez/OPA, pentru a enumera doar câteva dintre cele mai celebre nave implicate în accidente și regulile adoptate ca urmare a măsurilor desprinse din analiza acestor accidente.

Accidentul maritim, prin definiția dată de EMSA, poate fi înțeles ca orice eveniment legat direct de operațiunile unei nave, care a condus la una din următoarele scenarii:

moartea, dispariția sau rănirea gravă a unei persoane,

pierderea sau abandonarea navei,

avarierea navei sau infrastructurii exterioare a acesteia,

naufragiul sau eșuarea navei, sau implicarea navei în coliziune,

daune severe sau potențial severe asupra mediului cauzate de avarierea navei.

Se poate observa în definiție lipsa de referire la marfa pe care o transportă nava însă, legătura se regăsește în spatele aproape tuturor posibilităților enumerate, fie că este vorba de pasageri, ei înșiși o marfă pentru navele specializate în transportul acestora, produse petroliere sau chimice cu implicații în incendiile, exploziile sau gravele poluări marine sau produsele vrac –minereuri, cereale – al căror transport necorespunzător a condus la pierderea navelor datorită pierderii stabilității.

Coliziunea, principalul accident maritim întâlnit în statistici, nu are legătură cu tipul de navă sau marfă, măsurile pentru evitarea acesteia fiind general valabile tuturor navelor. Pentru că în ultimele decenii navele portcontainer au înlocuit majoritatea navelor de mărfuri generale și încep să intre și în piața de transport a produselor vrac (containere tanc, minereuri sau cereale în containere standard), studierea aspectelor legate de siguranță nu a avut un obiectiv stabilit pentru acest domeniu al transportului maritim. Datorită multitudinii de conexiuni pe care le cuprinde containerizarea, prin multitudinea de mărfuri ce pot fi transportate, varietatea de mărimi a navelor portcontainer și posibilitatea de navigație în toate zonele lumii și perioadele anului, pentru a le enumera doar pe cele mai importante, este necesară studierea fenomenelor ce afectează acest tip de transport.

Scopul tezei este de evaluare a riscurilor asociate navelor portcontainer și de găsire a unor soluții pe care să se bazeze măsurile specifice ce pot fi luate în vederea creșterii siguranței exploatării navelor portcontainer.

Obiectivele tezei sunt:

să evidențieze aspectelor tehnice, abordările teoretice și practice de actualitate pentru siguranța navelor portcontainer,

să identifice factori care pot conduce la pierderea capacității de exploatare a acestora, ca urmare a unor accidente provocate de explozii și eșuare,

să elaboreze măsuri specifice ce pot fi luate în exploatarea navelor portcontainer, pentru evitarea unor anumite situații critice, având în vedere factorii de risc ce intervin în acest segment al transportului maritim.

Creșterea constantă a mărimii navelor portcontainer, așa cum a fost arătat mai sus, formele noi și alungite ale corpurilor de navă, adaptate pentru viteze sporite, specifice portcontainerelor, induc solicitări și eforturi care pot afecta stabilitatea și rezistența structurală a navei sau integritatea mărfurilor transportate. Deși proiectanții, folosind tehnici de simulare de ultimă generație, iau în considerare materiale potrivite pentru construirea navelor portcontainer, nu întotdeauna exploatarea propriu zisă se încadrează în limitele stabilite de aceștia, accidente celebre precum cazul navei MOL Comfort, care s-a rupt în două, dovedind că este necesară o aprofundare a cercetării în zona solicitărilor la care este supusă structura navei în condiții de navigație pe mare agitată.

Eșuarea navei portcontainer prezintă unele elemente specifice, care sunt evidențiate în prezenta lucrare, ce pot afecta rezistența structurală a navei, prin momente de încovoiere sau forțe tăietoare suplimentare dar și apariția fisurilor în tablele de fund accentuând astfel efectele oboselii sau solicitând peste limita acceptabilă anumite componente de structură.

Odată ce simulări la scară reală sunt imposibil de realizat, studiul și simulările computerizate ale fenomenelor asociate reprezintă modul în care pot fi aduse la cunoștința celor interesați în creșterea gradului de siguranță în exploatare al navei portcontainer supusă la diverse solicitări în structura de rezistență. Aceste studii permit elaborarea unor măsuri care să diminueze efectul solicitărilor suplimentare la care poate fi supusă nava portcontainer ca urmare directă a unei eșuări sau a acumulărilor și combinărilor cu eforturi suplimentare datorate oscilațiilor navei, iar un set de propuneri de măsuri specifice a fost de asemenea înaintat în prezenta lucrare.

Utilizând instrumente precum programul OCTOPUS sau metoda elementelor finite (MEF) vor fi analizate, potrivit scopului cercetării, aspecte privind:

studiul oscilațiilor navei și modul de evitare al fenomenelor periculoase precum ruliu parametric, plutirea pe val sau căderea între valuri;

studiul tensiunilor din structura de rezistență a navei în caz de eșuare utilizând suita de programe NX/Siemens;

analiza modului de inițiere și dezvoltare al fisurilor în tablele de fund sau în zona de gurnă a navei portcontainer ca urmare a unei eșuări utilizând programul ABAQUS;

O altă temă abordată în lucrare este de identificare a posibilelor riscuri asociate incendiilor și exploziilor ce pot apărea la bordul navelor portcontainer și a măsurilor ce pot fi luate pentru eliminarea sau diminuarea acestor riscuri dar și măsuri care să conducă la atenuarea consecințelor pe care nava, echipajul sau încărcătura le suportă în cazul accidentelor navale care au ca și cauză incendiul sau explozia. Deși pericolul incendiilor și al exploziilor la bordul navelor a fost inițial tratat la modul general în legislația maritimă, în ultimii ani există preocupări în adoptarea de măsuri specifice pentru tipuri de nave care sunt supuse unor riscuri de asemenea specifice.

În cazul navelor portcontainer, măsurile de creștere a siguranței acoperă și zone ce nu țin de domeniul maritim (și, la prima vedere, nu ar intra în sfera de preocupări maritime) dar varietatea de mărfuri ce pot fi transportate în containere și scenariile care au fost elaborate ca urmare a investigațiilor desfășurate în urma accidentelor acestor nave, fac necesară o actualizare permanentă a riscurilor și răspunsurilor la acestea.

Sistemele de siguranță de la bordul navelor portcontainer nu au ținut pasul cu creșterea dimensiunii navelor și cu numărul de containere ce pot fi transportate. Există din ce în ce mai multe îngrijorări în legătură cu capacitatea echipajului de a stinge un incendiu pe navă portcontainer în cazul în care echipamentul se dovedește insuficient. Un număr din ce în ce mai mare de rânduri de containere fac din ce în ce mai dificilă sarcina de a limita efectele incendiului, odată izbucnit. Natura mărfurilor încărcate și existența oxigenului spațiul liber în containerele din magazia navei portcontainer scad eficiența sistemelor de stins incendiu cu CO2, reprezentând de asemenea provocări însemnate.

Dintre particularitățile navelor portcontainer în evaluarea riscurilor asociate incendiilor și exploziilor putem enumera:

necunoașterea certă a materialelor sau substanțelor ce se află în interiorul containerelor de pe navă,

necunoașterea cantităților exacte și modului de ambalare și pachetizare,

necunoașterea modului cum reacționează substanțele între ele, atât în stare naturală dar mai ales în cazul amestecului sub acțiunea focului,

necunoașterea exactă a comportamentului mărfii transportate în cazul modificării condițiilor fizice – temperatură, umiditate, șocuri etc.

În principal, măsurile asociate pericolului de incendiu sau explozie de la bordul navelor portcontainer se referă la:

măsuri de prevenție în:

zona legislativă,

managementul companiilor de navigație,

activitatea la bord,

echipamente de detecție și monitorizare.

măsuri de îmbunătățire a:

procedurilor legate de testarea, declararea, etichetarea, pachetizarea, amarajul mărfii pe tot parcursul transportului de la producător la destinatar,

procedurilor de lucru atât în terminale cât și la bordul navei,

echipamentelor folosite pentru transportul și manipularea mărfii,

folosirii echipamentelor de prevenire și stingere a incendiului,

proiectarea navei luând în considerare și riscurile la zi.

măsuri de control al incendiului și limitare a daunelor provocate de incendii sau explozie, prin introducerea și utilizarea unor echipamente și dispozitive mai eficiente.

Orice măsură care poate să fie luată, în prevenirea și combaterea incendiilor sau exploziilor, în orice moment al fluxului containerului de la expeditor la destinatar, trebuie evaluată și, în măsura acceptării din punct de vedere al eficienței, merită implementată.

Trebuie avute în vedere de asemenea consecințele pe care asemenea accidente le pot avea nu numai pentru viața navigatorilor de la bord, ci și pentru pericolul pe care îl reprezintă pentru structura navei sau mediul înconjurător. Creșterea gradului de conștientizare al acestor pericole, induse de incendiile sau exploziile de la bordul navelor portcontainer, se poate face prin analiza accidentelor sau evaluări ca urmare a unor teste, simulări sau proceduri.

În prezenta lucrare a fost evaluat impactul pe care, incendiul (generat sau nu de o explozie) la bordul unei nave portcontainer, prin prisma temperaturilor dezvoltate, o are asupra structurii de rezistență a containerului maritim, lucru ce poate influența rezistența întregii stive de containere de pe punte.

O evaluarea a rezistenței containerului sub influența temperaturii a fost simulată prin MEF, folosind programul ABAQUS, în scopul confirmării cercetărilor referitoare la modul în care, accidentele maritime ale navelor portcontainer în care au loc explozii sau incendii, pot avea urmări catastrofale pentru navă și mediu și desprinderea unor concluzii ce pot sta la baza unor viitoare măsuri de combatere a acestor urmări.

CAPITOLUL 1. STADIUL CUNOAȘTERII ÎN DOMENIUL SIGURANȚEI NAVELOR PORTCONTAINER

1.1 ASPECTE DE PROIECTARE ȘI CONSTRUIRE A NAVELOR PORTCONTAINER

În ultimii cincizeci de ani au fost construite nave specializate,– LNG, RO-RO, Ferry – dar cea mai dinamica ramură a fost cea a navelor portcontainer. Societățile de clasificare stabilesc în continuu norme noi de construcție si standarde de siguranță în conformitate cu cele mai noi cerințe IMO. Deși flota mondială este în continuă creștere, numărul accidentelor maritime, cel puțin conform statisticilor, este în descreștere, cu toate astea însă, nu poate fi loc de automulțumire deoarece orice accident, urmat de pagube materiale din ce în ce mai mari, orice viață pierdută sau poluare a mediului este deja foarte mult.

Proiectanții si constructorii de nave, societățile de clasificare, autoritățile statelor, operatorii portuari, personalul navigant precum și toți cei implicați în domeniu trebuie să continue să găsească căi de reducere a riscurilor si să crească calitatea si siguranța transportului maritim. Dezvoltarea navelor portcontainer a fost caracterizată de la începuturi de eforturile pentru optimizarea numărului de containere ce poate fi transportate, eficiența încărcării si descărcării lor, precum si o neabătută tendință de creștere a dimensiunilor navelor. În ultimii 40 de ani, orice limită stabilită, ca mărime maximă a navei portcontainer, a fost în scurt timp depășită.

Economia de scară rămâne factorul crucial în creșterea capacității de încărcare a navei portcontainer. Așa cu poate fi observat în Tabelul 1.1, denumirile noilor categorii de nave nu mai fac referire la dimensiunile clasice, necesare tranzitării Canalului Panama (din al cărui trafic total, containerele reprezentând aproximativ 35%).[8]

Capacitatea de transport a unei nave portcontainer ce poate tranzita Canalul Panama s-a triplat față de perioada 1985, lucru obținut atât prin eficientizarea spațiului de pe navă, cât și prin darea în folosință a noilor ecluze de tranzit ale canalului începând cu anul 2016.

În literatura de specialitate deja se vorbește de mega-nave, iar pentru navele portcontainer au fost introduse noțiuni precum VLCV (Very Large Container Vessel) sau ULCV (Ultra Large Container Vessel), pentru nave a căror capacitate este între 14.000 TEU și 22.000 TEU. Creșterea rapidă în dimensiune a început în anul 2011, odată cu lansarea în producție a 20 de nave numite generic Triple E (Economy of scale, Efficiency and Environmental friendliness), a căror capacitate a fost de 18.270 TEU și care au ajuns la a doua generație, cu o capacitate de 20.568 TEU.

Este de menționat că cea mai mare navă port container, în exploatare din 2017 și aparținând companiei chineze OOCL (Orient Overseas Container Line) este nava OOCL Hong Kong, de 21.413 TEU construită de Șantierul Samsung din Bangkok.

Această creștere rapidă a dimensiunilor navelor portcontainer pune o presiune economică suplimentară pe navele Panamax care, sunt la jumătatea vârstei de exploatare și deci nu pot fi trimise la casare dar, nici nu pot asigura o competitivitatea economică adecvată. Corpul alungit și îngust necesită balastarea navei, pentru o stabilitate corespunzătoare, iar propulsia este asigurată de motoare puternice adecvată vitezelor mari de exploatare (25 noduri), în contradicție cu vitezele reduse, ce sunt în acest moment folosite pentru optimizarea consumului de combustibil (slow steaming). Armatorii încearcă prin orice mijloace rentabilizarea acestor nave iar proiectanții împreună cu constructorii oferă soluții precum conversia acestor nave.

Conversia navelor este o tendință nouă ce are la bază creșterea capacității de încărcare a navei portcontainer prin modificarea principalelor caracteristici: lungime, lățime, înălțime sau pescaj. Operațiunea presupune participarea societăților de clasificare încă din primele stadii deoarece implică provocări, cum ar fi cele de natură constructivă, dar și evaluarea riguroasă a rezistenței structurale a navei astfel modificată, sau respectarea cerințelor tehnice pentru echipamentele de la bordul navei.

Tabel 1.1 Categorii de nave portcontainer în funcție de capacitate și principalele dimensiuni

O astfel de conversie a fost deja efectuată pentru trei nave de același tip (MSC Geneva) și a presupus, după îndepărtarea părților din prova și pupa ale zonei magaziilor navei, tăierea în lungime a corpului (în zona din corp supusă la cele mai mici eforturi) și inserarea unei secțiuni mediane. În acest fel, pe lângă câștigul în capacitatea de încărcare, este de menționat și creșterea stabilității navei, datorată lățimii suplimentare. Deși modificările au presupus o lungire și o lățire a navei cu 7 metri (de la 275 m și 32,2 m la 283 m respectiv 29,76 m), capacitatea de încărcare a crescut cu 1424 TEU, conform datelor oferite de DNV GL, societate de clasificare care a supravegheat întreaga operațiune.[9]

O altă variantă luată în considerare de constructori, este de creștere a capacității de încărcare a navelor portcontainer deja în exploatare prin inserarea, de exemplu, a unei secțiuni central-transversale de 30 de metri, corespunzătoare a două cale de 40 de picioare, lucru care conduce la creșterea capacității de la 14.000 TEU la 15.500 TEU și lungirea de la 365 de metri la 400 de metri a navei. Această intenție, conform Alphaliner, a fost manifestată de linia de containere CMA CGM pentru cinci nave portcontainer de 13.800 TEU pe care le are în exploatare. [10]

Au fost avansate și soluții de conversie minore, ce presupun doar înălțarea zonei de încărcare de pe punte, prin întărirea capacelor de magazie, înălțarea sau suplimentarea punților de amaraj și a punții de navigație pentru asigurarea vizibilității. O astfel de soluție, aplicată unei nave portcontainer de 18.200 TEU, care presupune înălțarea cu un rând (de la 10 la 11) de containere stivuite pe puntea navei, duce la mărirea capacității navei spre 19.550 TEU.

Stabilitatea structurală a navei portcontainer necesită o analiză profundă pentru a determina limitele principalilor parametri constructivi: lungime, lățime și înălțime/pescaj.

Societățile de clasificare stabilesc încă din faza de proiect cerințele pe care trebuie să le îndeplinească nava din punct de vedere al rezistenței structurale pe toată perioada de exploatare, în condiții normale de încărcare. Spre exemplu, regulile de construcție și clasificare stabilite de ABS (American Bureau of Shipping) pentru navele care transportă containere, stabilesc o rezistență la oboseala a navei pentru o perioadă de exploatare de minim 20 de ani. Evaluarea rezistenței este efectuată luând în considerare, pe lângă oboseala materialelor, limita de curgere și limita la rupere pentru table, întărituri și grinda navă. [11]

Navele sunt de asemenea proiectate, luând în considerare eforturile la care pot fi supuse pe perioada exploatării, datorate încărcăturii și/sau condițiilor mării. În Fig. 1.1 se poate observa modul în care nava este supusă arcuirii de capete, ca rezultat al flotabilității excesive în zona mijlocului și lipsei acestei flotabilități în extremitățile prova și pupa, la trecerea navei peste creasta de val, caz în care momentul de încovoiere este în mod convențional pozitiv și cunoscut sub numele de hogging.

Fig. 1.1 – Arcuirea de capete a navei datorită valurilor

Momentul de încovoiere este negativ– sagging – atunci când extremitățile prova și pupa ale navei au o flotabilitate excesivă față de zona de mijloc a navei, afectată și de greutatea mărfii, și se manifestă evident când nava trece peste golul de val.

O greșeală de proiectare sau construire ce ignoră apariția unei concentrări de efort de acest tip, va conduce la fisuri (datorate uzurii) mai devreme sau mai târziu. Un bun exemplu în acest sens este cazul navei portcontainer MOL Comfort (8000 TEU) sub pavilion Bahamas, cu o lungime de 316 m, care a suferit o fractură în zona de mijloc, în timp ce tranzita Oceanul Indian în voiaj de la Singapore la Jeddah(Arabia Saudită) în data de 17 iunie 2013.

Nava a fost ruptă în două jumătăți care au mai plutit o perioadă după care s-au scufundat. Datorită eforturilor depuse de autorități și a navelor din zonă care au participat la operațiunile de salvare, nu a fost înregistrată nici o victimă. Din rezultatele investigațiilor a rezultat faptul că nava a fost supusă fenomenului de hogging (deformare convexă în plan diametral) așa cum se poate vedea și în Fig. 1.1, ceea ce a cauzat ruptura în zona cuplului maestru. În evoluția accidentului s-a observat că zona punții superioare a fost ultima care a suferit această ruptură, conducând la concluzia că zona inițială de producere a fost în partea imersă a carenei, propagându-se apoi în zona superioara a punții. Originea rupturii a fost se pare, în planșeul de fund de sub magazia 6 a navei.

Inspecțiile referitoare la siguranța navei, efectuate la navele de același tip (navele soră ale aceluiași proiect de construcție), au scos la iveala deformări sub formă de bombare (unele măsurând aproximativ 20 mm în adâncime) la nivelul tablei planșeului de fund. Investigații în documentele de întreținere și inspecții ale navei au arătat deformări prin bombare a planșeului de fund de sub magazia 5, în fața punctului prezumat ca origine a rupturii.

Au fost efectuate analizări prin Metoda Elementelor Finite cu zona centrală a navei pentru a simula producerea rupturii și de asemenea a fost luată în considerare influența sarcinilor datorate condițiilor de navigație (starea mării), din timpul accidentului. Urmare a analizei, rezistența structurală a corpului navei a fost mai mare decât sarcina estimată care a acționat asupra corpului navei, arătând că valoarea medie estimată a sarcinii a fost de aproximativ 67% din rezistența structurală a corpului navei. Simulările au arătat de asemenea că deformările sub formă de bombare a planșeului de fund, nu au apărut, chiar la aplicarea unor sarcini apropiate de limita de rezistență a corpului navei.

Factori incerți în estimarea rezistenței structurale, cum ar fi posibila prezență a deformărilor reziduale de aproximativ 20 mm în adâncime la nivelul tablei planșeului de fund de-a lungul îmbinărilor cap la cap a planșeului de dublu-fund (zonele sudate între blocuri în care a fost construit corpul navei), au fost de asemenea evaluate cantitativ.

Aprobarea proiectului și a construcției navei a fost făcută cu respectarea normelor de clasificare impuse de Class NK (Nippon Kaiji Kyokai); ca parte a aprobării pe baza regulilor menționate, au fost implementate calculele de rezistență structurală pentru evaluarea rezistenței la încovoiere pe verticală, rezistență la torsiune și rezistență la uzură. Toate acestea au fost confirmate ca satisfăcătoare în raport cu cerințele impuse.

În plus față de cele de mai sus, conformitatea cu cerințele unificate ale IACS, referitoare la rezistența navei, au fost de asemenea verificate. Pentru determinarea rezistenței structurale a navei au fost folosite cele mai recente proceduri de evaluare a rezistenței structurale si simulări numerice ale rezistenței grinzilor împreună cu studierea apariției fisurilor datorate uzurii.[12]

Este de menționat faptul că societățile de clasificare au introdus evaluarea rezistenței structurale a navei prin metoda elementelor finite, stabilind prin reguli precise, sarcinile la care este supusă nava în diverse scenarii de încărcare, pentru determinarea comportamentului structurii localizate în zona magaziilor de marfă, zone adiacente compartimentului mașină sau pentru întreaga navă.

1.2 ASPECTE DE EXPLOATARE SPECIFICE NAVELOR PORTCONTAINER

Specificitatea navelor portcontainer este dată de forma corpului, proiectată să încarce o cantitate cât mai mare de containere, aceasta evoluând odată cu trecerea anilor, pentru atingerea a ceea ce este recunoscut ca economiei de scară. Pragurile dimensiunilor datorate limitărilor constructive au fost depășite iar în acest moment există limitări datorate în principal zonei de navigație în care nava va fi exploatată. Navele tip Panamax, în special din primele generații, trebuie să meargă cu 10-12.000 tone de balast la încărcare completă, pentru a fi asigurată stabilitatea adecvată, comparativ si în total dezavantaj față de o nava Post Panamax, care are nevoie de foarte puțin sau deloc balast în aceleași condiții de încărcare. Același dezavantaj îl are în fața navei Post Panamax datorită pescajului mai mare la același volum de marfă si viteză mai mare pentru aceeași putere a motorului. Semnificativ este și faptul că la aceeași capacitate navele Post Panamax pot fi mai scurte si mai late, având deci o mai bună capacitate de stivuire, iar costurile de producție pot fi cu 5% mai mici, pentru aceeași raportare.[13]

O limitare a dezvoltării mega navelor portcontainer poate să aibă în vedere, conform unor specialiști în domeniu, următoarele aspecte:

facilitățile de operare si logistica necesară din terminalele de containere;

adâncimea apei la intrarea în port si în danele de operare;

al treilea aspect, care a fost pentru o perioadă de timp o provocare în construcția de nave foarte mari, l-a constituit dimensiunea motoarelor.[14]

Navele din așa numita generație a șasea (14.000 TEU) care până în anul 2012 au constituit cele mai mari nave portcontainer, folosesc motoare Diesel de viteză redusă (slow speed) care dezvolta viteza maximă de 25 noduri. Un astfel de motor, cel mai mare de acest tip, este cel folosit pe navele din clasa E Maersk, care folosește un motor de 14 cilindri si are o putere de 80 MW (107.000 cp). Deși s-a crezut că limita a fost atinsă, în 2014 lansarea primei nave din clasa Triplu E, Mærsk Mc-Kinney Møller a depășit bariera celor 18.000 TEU.

Față de generația precedentă, aceasta nava poate transporta 2500 TEU mai mult, cu 20% mai puțin combustibil și 20% mai puține emisii de CO2. Sarcina dată proiectanților a fost îndeplinită datorită progresului tehnologic propulsia fiind asigurată de două motoare (a câte 32 MW/43.000 cp) cu doua elice (9.65 m) cu o viteza maximă de 23 noduri. Dimensiunea mare a elicelor a fost datorată cerinței de rotații puține ale motorului, dar limitată la pescajul pe care nava îl poate avea. Tot atunci însă, doar câteva porturi din Europa (Rotterdam, Felixtowe, Algeciras, Gothenburg) și Coreea puteau primi la operare nave din acest tip.

Marea majoritate a navelor portcontainer au fost proiectate pentru o viteză de exploatare de 23-25 Nd dar, ca urmare a crizei din anii 2008 – 2009, aceasta a fost adaptată în vederea scăderii consumului de combustibil și eficientizării exploatării, dând nașterii expresiei slow steaming, ce reprezintă o plajă de viteze inferioară, de 18-20 Nd.

După cum se poate observa și în Fig. 1.2, creșterea consumului depind în cea mai mare măsură de dimensiunile navei și viteză, urmând o funcție exponențială.

Fig. 1.2 – Variația consumului de combustibil în funcție de mărimea navei și viteză

(Sursa: Notteboom, T. and P. Carriou (2009) “Fuel surcharge practices of container shipping lines: Is it about cost recovery or revenue making?”. Proceedings of the 2009 International Association of Maritime Economists (IAME) Conference, June, Copenhagen, Denmark)

Dacă o navă portcontainer de 8000 TEU, la o viteză de 24 Nd are un consum de 225 to/zi, reducerea vitezei la 21 Nd conduce la scăderea consumului până la 150 to/zi, însemnând aproximativ 33%. O anumită compensare economică a venit din creșterea capacității de transport, costurile per TEU reducându-se astfel încât, viteza navelor portcontainer de ultimă generație să rămână tot în jurul valorii de 20 Nd.

O navă de 18.270 TEU de ultimă generație, având un deplasament cu 81% mai mare decât cel din 1997, dar care avea o capacitate de 8.400 TEU, are nevoie de doar 7% mai multă putere de propulsie pentru o viteză de exploatare redusă cu doar 2 Nd. Estimarea specialiștilor pentru o perioadă medie de timp este de folosire a navelor de tip ULCV, în regim de slow speed-ing, indiferent de variațiile costului combustibilului.

Dacă eficiența economică o va cere, dimensiunile vor crește, în ciuda unor posibile viitoare limitări (Strâmtoarea Malacca spre exemplu, nu va putea fi trecuta de nave peste 24.000 TEU). Actualele nave UCLV pot transporta peste 22.000 TEU dar prima limitare va fi pentru tranzitarea Canalului Suez, care nu permite nave mai late de 59 m și pescaj mai mare de 17 m (autoritatea Canalului Suez efectuează lucrări permanente de lățire și adâncire a șenalului așa încât și aceste limitări vor fi actualizate periodic).

În ceea ce privește siguranța în exploatare a navelor portcontainer se au în vedere mai multe aspecte.

În sensul tuturor standardelor si codurilor de siguranță, nava portcontainer este considerată o nava de mărfuri generale și nu are particularități care necesită regulamente specifice; există doar reguli de interpretare atașate la coduri deja existente, cum ar fi:

1) Rezoluția 608 a Comisiei de Siguranță Maritimă din cadrul IMO, aplicabilă navelor portcontainer fără capace de magazie (open top vessel) și care se referă la următoarele aspecte:

modul de măsurare a tonajului în cazul,

sisteme de santină suplimentare pentru scoaterea apei din magazia navei,

sisteme suplimentare de luptă împotriva incendiilor,

evaluarea stabilității navei avariate,

transportul mărfurilor periculoase.

Acest tip de nave reliefează un aspect nou de siguranță în exploatare și anume faptul că lipsa pereților despărțitori în magazie precum și a capacelor de magazie face inutilizabila instalația automată de stins incendiu cu CO2 fiind deci necesară introducerea de noi mijloace de stins incendiu – sprinklere sau alte sisteme de lupta împotriva incendiilor. [15]

2) În privința stabilității navei, IMO a adoptat un set de reguli, “Code on Intact Stability 2008”, în care, la cap. 2.3 partea B, sunt stipulate recomandări pentru respectarea unor criterii de stabilitate care să duca la o exploatare în siguranță a navei portcontainer și reducerea riscurilor pentru nava însăși, echipaj si mediu înconjurător.

Criteriile de stabilitate pentru nave portcontainer sunt definite după cum urmează (φ = unghi de înclinare și φf = unghi de inundare):

Aria delimitată de curba stabilității statice (curba brațului GZ), abscisa și φ = 300 să nu fie mai mică de 0.009/C metri-radiani (mrad) și nu mai mai mica de 0.016/C mrad până la un φ = 400 sau până la φf, dacă acesta este mai mic de 400.

În plus, aria delimitată de curba stabilității statice și unghiurile cuprinse între 300 și 400, sau intre 300 și φf, dacă acest unghi este mai mic de 400, nu trebuie să fie mai mică de 0.006/C mrad.

Brațul stabilității, GZ, trebuie să fie de cel puțin 0.033/C m pentru un unghi egal sau mai mare de 300.

Valoarea maximă a brațului stabilității GZ trebuie să fie de cel puțin 0.042/C m.

Aria totală cuprinsă între curba stabilității statice și φf, trebuie să nu fie mai mică de 0.029/C mrad.

Fig. 1.3 – Dimensiunile principale ale navei – vedere transversală și longitudinală

(Sursa: International Code of Intact Stability 2008, IMO Resolution MSC.267(85))

În criteriile de mai sus, factorul C va fi calculat cu următoarea formulă:

(1.1)

Unde (Fig. 1.3):

d = pescajul mediu (m),

D’= înălțimea maximă a navei corectată cu volumele aferente gurilor de magazie (m) după următoarea formulă:

(1.2)

D = înălțimea maximă a navei(m),

BD = lățimea maximă a navei(m),

KG = înălțimea centrului de greutate corectată pentru suprafețe libere de lichid(m),

CB = coeficientul de finețe bloc,

Cw = coeficient de finețe al suprafeței plutirii de plină încărcare,

lH = lungimea fiecărei guri de magazie pe ¼ din lungimea navei considerată spre prova și spre pupa, de la cuplul maestru (m),

b = lățimea medie a gurii de magazie în aceleași condiții (m),

h = înălțimea medie a gurii de magazie în aceleași condiții (m),

L = lungimea navei (m),

B = lățimea teoretică a navei(m),

Bm = lățimea teoretică la jumătatea pescajului navei(m)

Codul de recomandă de asemenea utilizarea programelor computerizate de încărcare si stabilitate care să determine comportamentul acesteia în diverse condiții de operare și scenarii de încărcare.[16]

3) Siguranța în manipularea și transportul containerelor presupune și respectarea standardelor impuse prin Convenției internațională pentru securitatea containerelor (CSC -Convention for Safe Containers), care urmărește doua obiective majore:

Promovarea transportului internațional containerizat prin dispoziții legate de standardizare a containerelor si reducere la minim a numărului de documente însoțitoare,

Siguranța în manipularea containerelor prin elaborarea unor cerințe de rezistență, control si testare a acestora (spre exemplu, DNV GL aplică un coeficient suplimentar de 1,5 la cerințele CSC).

4) Transportul mărfurilor periculoase la bordul navelor portcontainer reprezintă o provocare pentru siguranță, de aceea IMO a adoptat codul IMDG, care pe lângă explicitarea termenilor întâlniți la transportul mărfurilor periculoase – tipuri de nave portcontainer cu sau fără capace de magazie, tipuri de mărfuri si pericolele lor potențiale – stabilește reguli clare și fără echivoc de stivuire a containerelor care transporta aceste mărfuri. Regulile de segregare a containerelor la încărcarea lor pe nava portcontainer nu admit nici o excepție pentru că urmările unei încălcări sunt un risc major pe care nimic nu îl poate justifica. O detaliere a transportului de mărfuri periculoase este făcută într-un capitol separat al acestei lucrări, datorită importanței deosebite pe care o are în evaluarea siguranței în caz de explozie a navei portcontainer.

5) Încărcarea și stivuirea containerelor pe navă este efectuată în practică conform Manualului de asigurare al mărfii (Cargo Securing Manual), document care, conform Codului internațional de management (Codul ISM), asigură în mod individual reguli clare si specifice pentru fiecare navă în parte, pentru anumite rute de urmat, anumite scenarii de încărcare sau balastare, starea mării și în general situații specifice prevăzute de compania de transport/armator, societăți de clasificare etc. Experiența a arătat ca lipsa de expertiză în asigurarea mărfii este cauza principală de pierdere a containerelor pe mare, împreună cu necunoașterea măsurilor ce trebuie luate în condiții deosebite de vreme (ruliu și tangaj puternic) si folosirea incorectă a elementelor de asigurare.

1.3 STADIUL ACTUAL AL EVALUĂRII REZISTENȚEI STRUCTURALE LA NAVE PORTCONTAINER

1.3.1 Evaluarea rezistenței structurale în stadiul de proiect și construcție

Reprezintă prima fază, în care viitoarea navă este trecută prin filtrul unor cerințe tehnice stabilite din experiența anterioară dar și cercetările de ultimă oră pe care societățile de clasificare sau șantierele navale le fac în domeniul proiectării și presupun cel puțin următorii pași:

Proiectarea inițială a sistemului de osatură, materiale și întărituri ale corpului navei care sunt determinate în conformitate cu cerințele unificate IACS și cerințele societății de clasificare implicate,

Proiectarea inițială este de asemenea verificată prin analiza directă a rezistenței în conformitate cu tensiunea admisibilă, criteriile de deformare prin bombare și oboseală cerute de regulile societății de clasificare implicate,

Întăriturile din corpul navei pot fi adăugate ca rezultat al comparării criteriilor de oboseală cu nivelurile derivate din cerințele de proiectare ale societății de clasificare,

Evaluarea rezistenței de torsiune a grinzii corpului navei este impusă navelor container datorită deschiderilor mari la nivelul gurii de magazie,

Rezistența împotriva sarcinilor ce acționează în zona din prova a planșeului de fund și a evazajului pupa este una din caracteristicile de proiectare ale navelor portcontainer ce analizează rezistența generală a corpului navei ca urmare a solicitărilor dinamice ce apar în grinda navă, induse de valuri.

1.3.2 Evaluarea rezistenței structurale în exploatare

Având în vedere accidentele navelor portcontainer care au avut loc în ultimii ani ca urmare a avarierii structurii navei din diverse cauze, se impune o evaluare continuă a acesteia și presupune:

Confirmarea prin verificări periodice ale societății de clasificare și de coordonare a reparațiilor atunci când este cazul,

Restricționarea în anumite cazuri a anumitor operațiuni până la punerea în practică a reparațiilor,

Monitorizarea continuă a apariției si evoluției fisurilor.

1.3.3 Ultimele proceduri de evaluare a rezistenței structurale în investigațiile accidentelor

Pentru elaborarea unor măsuri de siguranță eficiente este necesară o evaluare corectă a proceselor și fenomenelor care se desfășoară în cazul unor accidente navale, această evaluare fiind completă dacă:

Evaluarea rezistenței la proiectare si construcție se desfășoară în concordanță cu sarcinile care acționează asupra corpului navei bazate pe statistici ale societății de clasificare,

Când apar avarii la corp, rezistența va fi reevaluată luând în considerare sarcinile suplimentare datorate stării mării în timpul accidentului,

În ultimii ani calcularea rezistentei se efectuează cu MEF luând în considerare rezistența oțelului si imperfecțiunile inițiale datorate sudurilor în special în cazul deformărilor prin bombare,

Rezultatele cercetărilor în caz de accident vor fi reflectate atunci când este cazul în viitoare reguli ale societății de clasificare.

1.3.4 Evaluarea rezistenței structurale prin MEF pentru structurile navelor cu dublu fund

Din ce în ce mai multe societăți de clasificare apelează la analiza comportamentului structurii prin MEF iar aceasta a condus la o aplicare uniformă a metodei pentru câteva situații specifice.

Spre exemplu, în cazul navei MOL Comfort, având în vedere că avaria menționata a început prin bombarea, fisurarea si în final ruptura planșeului de dublu fund din secțiunea de mijloc a navei, vor fi luate în considerare, pe viitor, sarcinile ce apar în structura dublului fund datorită următorilor factori:

Arcuire de capete (hogging),

Efectul sarcinilor laterale datorat presiunii apei și încărcăturii navei,

Imperfecțiuni inițiale în structură datorită sudurilor,

Analiza prin metode diferite – implicită și explicită. [17]

1.4 EVALUAREA FACTORILOR CARE AFECTEAZĂ REZISTENȚA STRUCTURALĂ A NAVEI PORTCONTAINER

Poate fi structurată o legătura de cauzalitate între factorii de risc cei mai întâlniți în exploatarea navei portcontainer și accidentele suferite de aceste nave, conform statisticilor. Așa cum evidențiază și Fig. 1.4, unele dintre cele mai întâlnite situații de accident maritim au ca și consecință, afectarea în oarecare măsură a structurii navei.

Condițiile de producere a accidentelor împreună cu factorii de risc asociați trebuie analizați, prin prisma istoricului acestor accidente în vederea stabilirii unor eventuale tipare și elaborării de măsuri.

Fig. 1.4 – Situații de accidente în exploatare ce afectează structura navelor portcontainer

Astfel, eșuările navelor portcontainer, au avut în special în zone critice de manevră – pase, intrări în porturi, canale – unde manevra navei comportă atenție sporită iar măsurile de siguranță nu sunt niciodată de prisos (adaptarea vitezei, comunicare cu echipa de cart din compartimentul mașină și adaptarea la condițiile tehnice ale navei).

Exploziile sau incendiul la bordul navelor portcontainer au fost legate în cele mai multe cazuri de marfa încărcată în containere (pachetizată în mod greșit, slab amarată sau declarată eronat în special când a fost vorba de mărfuri periculoase)

Avariile structurale la navele portcontainer au avut loc ca urmare a traversării unor zone cu furtuni, când navele au fost puternic încercate iar deficiențele structurale din construcție sau dobândite pe parcurs au fost amplificate.

La marea majoritate a accidentelor se poate vorbi însă de un cumul de factori care au influențat evoluția evenimentelor. Orice măsură care poate rupe acest lanț cauzal este necesar să fie evaluată și implementată în domeniu.

În acest context, pot fi evidențiați factori critici care trebuie analizați la rândul lor, prin prisma efectelor pe care le generează asupra integrității navei, dar și mărfii sau echipajului; luând în considerare accidente ale navelor portcontainer soldate cu eșuarea, explozia și avarierea structurii navei, pot fi grupați după cum urmează:

1.4.1 Greșelile de proiectare sau construcție a instalațiilor navei portcontainer

Sunt factori care contribuie la posibile apariții ale unor evenimente ce pot conduce la dezastre cu consecințe atât materiale prin pierderea navei sau a încărcăturii, pierderi de vieți omenești dar și poluare atât cu produse petrolifere din tancurile navei cât și cu marfă din containere.

Un exemplu în acest sens este cazul navei Emma Maersk (14.000 TEU) care, în data de 1 februarie 2013, în timp ce tranzita Canalul Suez, a suferit o inundare a compartimentului mașină. O defecțiune la thrusterul pupa a dus la pierderea etanșeității tubului în care acesta acționează și inundarea compartimentului arborelui port elice, iar sistemul de ventilație, sistemele de trecere a cablurilor electrice și modul de funcționare al pompelor de santină din compartimentul sus menționat și în cel al motorului principal, datorită unor deficiențe de proiectare și construcție nu au putut asigura etanșeitatea peretelui compartimentului mașină.

Situația a degenerat rapid datorită necesității opririi motorului principal și a generatoarelor auxiliare cu consecință directă în pierderea propulsiei, energiei electrice, cârmei și a capacității de manevră a navei. Acest lucru s-a suprapus cu situația critică în care se afla nava datorită traversării în acest timp a Canalului Suez. Pe lângă măsurile rapide luate de echipaj (asistență remorchere, ancorare și manevrarea navei până în ultimul moment în care au mai mers instalațiile de guvernare și propulsie) faptul ca locul de refugiu ales adică Terminalul de Containere Canal Suez a fost adecvat pentru o navă de asemenea dimensiuni a dus la evitarea unui dezastru.[18]

Este greu de imaginat ce ar fi însemnat blocarea Canalului Suez cu o navă de asemenea dimensiuni, iar estimările făcute duc la concluzia că aproximativ un an ar dura descărcarea containerelor de pe o asemenea navă, având în vedere necesitatea adaptării unor mijloace de descărcare incomparabile cu cele din terminalele specializate.

1.4.2 Greșeli de proiectare sau construcție a navei portcontainer

Aceste greșeli sunt factori critici care pot conduce în mod direct la accidente cu urmări dintre cele mai grave deoarece pot afecta în mod direct rezistența structurală a navei.

Exemplul portcontainerului MSC Napoli este foarte adecvat în acest sens. În timpul traversării Canalului Englez, în data de 18 ianuarie 2007, în condiții de vreme rea, cu valuri de până la 9 metri înălțime, care au dus la un ruliu puternic, nava MSC Napoli – 4419 TEU – având o viteză de 11 Nd, a suferit o ruptură a corpului în fața compartimentului mașină. Nava a fost abandonată de echipaj iar ulterior a fost tractată și eșuată voluntar în vederea descărcării containerelor (descărcarea lor a durat cinci luni).

Ruptura a avut loc datorită slăbirii rezistenței navei la deformări prin bombare în zona compartimentului mașină. În timpul construcției acestui tip de navă, cu coeficient bloc scăzut (CB = 0,609), nu existau reguli care să ceară calcularea rezistenței la deformare în zona dinspre pupa a cuplului maestru.

În raportul de investigare al accidentului este de asemenea menționată acțiunea provocată de efectul de whipping (vibrația tranzitorie indusă în grinda navă), datorat valurilor asupra corpului navei și viteza relativ mare cu care nava a navigat în condițiile de vreme extrem de rea. În zilele noastre, când tendința la actualele nave portcontainer este de creștere a capacității de încărcare, este evidentă necesitatea respectării încă din faza de proiectare și ulterior de construire, a regulilor IACS – UR S11 (referitoare la rezistența longitudinală).[19]

1.4.3 Defecțiunea instalației de guvernare sau propulsie a navei portcontainer

Consecințele unei astfel de defecțiuni pot avea urmări dintre cele mai grave în anumite circumstanțe, iar analiza și elaborarea unor măsuri de diminuare a efectelor unui accident, ce are drept cauză principală avarierea propulsiei sau instalației de guvernare, este binevenită pentru toate nivelurile de exploatare.

O avarie la instalația de guvernare a dus la eșuarea portcontainerului Norfolk Express – tip Panamax de 45.362 tdw – în data de 18 aprilie 2013, pe River Vesser, la ieșirea din portul Bremerhaven. Testele făcute înainte de plecare nu au indicat nici o problemă dar, un semn premergător a fost imediat după ce nava a plecat, când cârma s-a blocat în poziția “bandă stânga”; ofițerul electrician a reușit în primă fază, acționând direct din camera cârmei, să remedieze situația dar negăsind cauza problemei. Instalația și-a revenit brusc în câteva minute părând să lucreze normal, pentru ca după o scurta perioadă (40 de minute), când nava deja era angajată cu viteza de 18.6 Nd, cârma să se blocheze din nou în poziția “70 babord”. Cu toate eforturile depuse de membrii echipajului care erau deja de veghe în camera cârmei, aceasta nu a putut fi mișcată din poziție iar nava a luat o traiectorie arcuită eșuând pe digul canalului de ieșire, cu ancora fundarisită și mașina în regim de “toată viteza înapoi”.

Avariile produse în zona prova, mai precis la bulb, au necesitat patru săptămâni de reparații. Sursa defecțiunii a fost după cum s-a identificat ulterior o componentă electronică (un redresor) a sistemului de control al mașinii cârmei.

Luarea în considerare a unei defecțiuni a mașinii cârmei și adaptarea în consecință a vitezei navei, ținând cont că și curentul și vântul la momentul apariției defecțiunii au amplificat girația navei, erau măsuri care puteau fi luate după opinia investigatorilor accidentului, care recomandă viteză de siguranță și navigație anticipativă în astfel de situații. [20]

Pot fi menționate și eșuările ușoare de pe Canalul Suez al navei MSC Fabiola (366 m lungime), în anul 2016 sau OOCL Japan (399 m lungime), în octombrie 2017, ca urmare a unor defecțiuni la mașina principală și care s-au „înfipt” în nisipul din marginea canalului, operațiunile de ranfluare fiind terminate în câteva ore în ambele cazuri.

Nava CSCL Jupiter, portcontainer de 14300 TEU, în drum de la Anvers spre Hamburg, în data de 14 august 2017, a blocat portul Anvers pentru mai mult de jumătate de zi, în urma eșuării datorate unei defecțiuni la instalația de guvernare. După manevra de dezeșuare efectuată la următoarea maree înaltă cu ajutorul a 10 remorchere, nava a fost readusă în port și inspectată dar rămân îngrijorările în legătură cu posibilele avarii la structura de 366 metri lungime a navei.

1.4.4 Modul defectuos de încărcare a mărfurilor la bordul navei portcontainer

Încărcarea mărfurilor în containere, deși nu intră în atribuția navei, poate avea un impact direct în riscul pe care transportul pe mare al containerului îl presupune, prin natura mărfii, greutatea acesteia sau modul de stivuire și amarare.

Nava MSC Flaminia – cu o capacitate de 85.823 tdw – în data de 14 iulie 2012, aflată în marș în Oceanul Atlantic, în drum spre Europa și încărcată cu 2876 de containere din care 149 cu mărfuri periculoase, este afectată de un incendiu semnalat de sistemul de detectare în magazia nr 4. Deși în magazie a fost descărcat CO2, zonele adiacente urmând să fie răcite cu apă, are loc o puternică explozie urmată de o amplificare a incendiului. Imposibilitatea de a lupta cu incendiu a condus la abandonarea navei și începerea operațiunii de salvare a acesteia.

Datorită exploziei și a incendiului între magaziile nr. 3 și nr. 7 atât nava cât și încărcătura au fost avariate în diverse grade. Structura de rezistență a navei a fost puternic slăbită în această zonă iar pereții etanși dintre magaziile nr. 3 și nr. 4 au fost distruși datorită temperaturilor ridicate. Bilanțul accidentului este dezastruos dacă luăm în considerare și trei victime pe lângă avarierea navei și distrugerea unei mari părți din mărfuri.

Pe data de 9 septembrie 2012 nava a fost remorcată în portul Wilhelmshaven (Germania) pentru evaluarea pagubelor si pentru a începe operațiunile de descărcare și decontaminare.

Incendiul a fost provocat, conform ipotezelor lansate de investigatori, de una din mărfurile periculoase încărcate în containere, posibil produse de întreținere pentru auto sau dimetilaminoetanol, o altă substanță aflată la bordul navei în containere.[21]

Găsirea unui port de refugiu pentru nava avariată a fost o provocare la fel de mare ca și stingerea incendiului, comparând eforturile depuse de entitățile implicate. O detaliere a acestui accident este făcută într-un capitol separat al prezentei lucrări.

În încercarea de a stabili o cronologie a aspectelor critice ce pot conduce la situații periculoase în legătură cu marfa transportată, au fost constatate cel puțin următoarele:

Nerespectarea modului corect de stivuire și amarare conform bunelor practici, a mărfurilor în container și în special a mărfurilor periculoase,

Nerespectarea regulilor de stivuire și segregare la bord conform Codului IMDG,

În caz de incendiu și la bord sunt mărfuri periculoase nerespectarea Procedurilor de urgență pentru navele care transportă mărfuri periculoase (EmS),

Nerespectarea Sistemului de Management al Siguranței conform codului ISM, pentru acțiunile ce se desfășoară în paralel la bordul navei și conțin elemente specifice protejării mediului,

Găsirea unui port de refugiu corespunzător pentru nava avariată.

1.5 FENOMENE ASOCIATE EȘUĂRII NAVELOR PORTCONTAINER

1.5.1 Abordări actuale în stabilirea criteriilor de deformabilitate în caz de accident naval

În mod tradițional, criteriile de proiectare se refereau la stabilirea solicitărilor de exploatare (de fapt solicitări acceptabile), definind astfel limita de acceptabilitate. În ultimii ani însă, se folosesc factori de încărcare și de rezistență în proiectare, care iau în considerare incertitudini dar și cerințe de siguranță. (sunt cunoscuți și sub denumirea de factori de siguranță parțiali). [22]

Forma generală întâlnită în proiectare, care folosește acești factori de încărcare și rezistență, poate fi exprimată astfel:

(1.3)

Unde :

Sd = ∑ Sk ∙ ϒf, reprezintă efectul proiectat al încărcării (solicitării),

Rd = ∑ Rk / ϒm, reprezintă rezistența proiectată,

Sk = reprezintă sarcina caracteristică aplicată,

Rk = reprezintă rezistența caracteristică,

ϒf = reprezintă factor de încărcare, care cuprinde și incertitudini ale sarcinilor,

ϒm = reprezintă factor de material (inversul factorului de rezistență).

În Fig. 1.5 sunt reprezentați factorii de solicitare și de rezistență pentru un material, unde cuantificarea factorului de rezistență Rd se definește prin dividerea rezistenței proiectate specifice Rk la factorul de material ϒm iar efectul solicitărilor se obține prin multiplicarea efectului proiectat Sk cu factorul de încărcare ϒf.

Factorii ϒf și ϒm sunt prevăzuți în codurile de proiectare ale navei, iar valorile lor țin cont de solicitările de exploatare dar și de cerințe de siguranță. Calibrarea acestora poate fi efectuată utilizând metode de fiabilitate structurală, care permite corelarea nivelurilor de fiabilitate structurală (LRFD-Load and Resistance Factor Design) cu cele de exploatare (WSD-Working Stress Design) în vederea asigurării că acestea vor fi mai mari decât nivelul de fiabilitate țintă. Avantajul acestei abordări este dat de simplitatea comparației atunci când sunt luate în calcul și solicitările neprevăzute.

Folosirea acestui criteriu conduce la unificarea nivelurilor de siguranță pentru întreaga structură sau grupuri de structuri.

Fig. 1.5 – Curbele caracteristice de probabilitate ale sarcinilor și rezistenței materialului (Yong B., Wei-Liang J., Marine Structural Design, 2016)

O astfel de abordare a fost întâlnită la investigarea accidentului portcontainerului de 8000 TEU, MOL Comfort, care a suferit o ruptură în zona de mijloc a corpului navei. Un punct cheie în investigarea posibilității apariției fracturii a fost marja dintre rezistența maximă a corpului navei și solicitările la care a fost supus acesta. S-a ajuns la concluzia că fractura a fost inițiată în zona tablelor de dublu fund de la mijlocul navei.

Totodată, factori de incertitudine au fost considerați:

Limita de curgere a oțelului,

Efectul tensiunilor reziduale al sudurilor,

Efectul deformărilor locale în tablele de fund,

Solicitări laterale datorate presiunii apei și greutății containerelor,

Efectul momentului vertical de încovoiere datorat abaterii în greutate a containerelor.

Urmarea a simulărilor făcute, corelate cu date culese de la nave surori cu nava MOL Comfort, au fost elaborate grafice din care să poată reieși posibilitatea apariției fracturii (vezi Fig. 1.6).

Pentru datele din Fig. 1.6, distribuția rezistenței a fost considerată normală, la fel ca și cea a momentului vertical de încovoiere pe mare liniștită, iar momentul vertical de încovoiere datorat valurilor a fost considerat după distribuția Gumbel.

Fig. 1.6 – Curba de distribuție a probabilității solicitărilor și rezistenței navei Mol Comfort

(Relația dintre rezistență și solicitări în timpul accidentului conform datelor din Final Report of Committee on Large Container Ship Safety, March 2015)

Rezistența structurală a corpului navei calculată a fost estimată la:

Mlimită = 14.0 x 106 kN m

Pe de altă parte, sarcina estimată care a acționat asupra corpului navei a fost:

Mmax =9.4 x 106 kN m

Una din concluziile trase în urma investigației, a fost că majoritatea portcontainerelor de mari dimensiuni (cu lățime mai mare de 45 m sau capacitate peste 8000 TEU), se încadrează în aceleași limite în ceea ce privește marja de siguranță dintre rezistență și solicitări ce includ factori neprevăzuți ce cei enumerați mai sus. Ca urmare a acestui raport și a recomandărilor făcute de către comitetul care l-a elaborat, IACS a completat cerințele unificate privind regulile de proiectare și construire a navelor portcontainer UR S11 prin UR S11A și prin UR S34.[23]

Astfel, Standardul de rezistență longitudinală a navelor portcontainer (UR S11A), care a intrat în vigoare la 1 iulie 2016, ia în considerare efectul tensiunilor biaxiale induse de solicitările laterale datorate presiunii apei pe corpul navei sau eforturile induse în corpul navei de solicitările bruște la care este supus în timpul căderii provei în val (whipping și slamming).

Standardul UR S34 stabilește cerințe pentru membrii IACS, prin definirea unitară a cazurilor de solicitări utilizate în timpul evaluării rezistenței navelor portcontainer prin analiza cu elementule finite. Aceste cerințe acoperă:

analiza globală și utilizează modelul întregii lungimi a navei pentru verificarea rezistenței grindă navă,

analiza din zona magaziei navei și utilizează un model redus în lungime, care acoperă principalele elemente de rezistență structurală din zona de mijloc a navei (structura din dublu-fund, dublu-corp lateral, pereți despărțitori sau structura punții).

Această analiză este obligatorie pentru navele de peste 290 metri lungime și zona de magazii de peste 150 de metri.[24]

Este de menționat faptul că, în proiectarea navelor se iau în considerare la analizele de rezistență, criteriile de rezistență limită, criteriile de oboseală a materialului, dar și criterii de proiectare a structurii supusă la sarcini accidentale. Sarcinile accidentale sunt solicitări apărute neașteptat și care pot conduce la consecințe catastrofale din punct de vedere economic, mediu sau pierderi de vieți omenești. Dintre acestea, se detașează următoarele:

coliziunea navei

eșuarea navei

explozie sau incendiu la bordul navei

valuri anormale întâlnite

Aceste solicitări sunt caracterizate de o anumită magnitudine și frecvență de apariție iar anumite modificări în proiectarea sau operarea navei pot modifica semnificativ, în sensul reducerii, oricăreia din aceste două caracteristici.

Luarea în considerare în proiectare a sarcinilor accidentale include determinarea acestor solicitări pe baza evaluărilor de risc, anticipând răspunsul structurii navei prin apelarea la analiza rigido-plastică și/sau metoda elementelor finite și folosind criterii de acceptare bazate de asemenea pe risc. Analiza prin MEF, folosită din ce în ce mai des în ultimii ani, face față scenariilor de accident complexe și răspunsului structural al navei în situații cât mai diverse.

1.5.2 Generalități privind accidentele navale soldate cu eșuarea navei

În cazul unui accident naval soldat cu eșuarea navei, asupra corpului acesteia acționează pentru o perioadă relativ scurtă de timp, o serie de sarcini de mare intensitate (lucru valabil și în cazul coliziunii). Răspunsul navei este un proces nelinear, datorită mecanismelor care au loc în domeniul deformările de structură și material, care sunt puternic neliniare. Cercetările care s-au efectuat în decursul anilor, în privința acestui tip de accident naval au luat în considerare factori externi (mediu, starea mării, vreme, vizibilitate), factori specifici acestui tip de accident (stabilitate, rezistență) dar și rezultatele accidentului (poluare, impact social sau economic).

Abordările au folosit metode bazate pe:

analiză analitică,

simulare numerică,

formule empirice,

cercetări experimentale,

analiză de risc.

Fiecare din aceste abordări au propriile limitări, cum ar fi: lipsa experimentelor la scara reală a accidentului naval soldat cu eșuare, date despre accidente reale (cu grad ridicat de încredere) în măsură relativ redusă, iar analize de risc care presupun probabilitatea producerii eșuării și a consecințelor acesteia sunt de dată recentă.

Deoarece consecințele eșuării unei nave sunt importante pentru că implică nava, viața oamenilor și mediul înconjurător, cercetările au fost focalizate pe aspecte ce țin de:

poluarea mediului,

stabilitatea în caz de avarie a navei,

rezistență reziduală,

salvarea echipajului și a navei,

evoluția proceselor din timpul și care urmează eșuării.

Reducerea riscului de eșuare a navei presupune îmbunătățirea operării navei pentru reducerea posibilităților de apariție a unui astfel de accident iar pentru diminuarea consecințelor se impune cunoașterea planului de răspuns pentru acest caz.

Proiectanții navali în colaborare cu societățile de clasificare consideră patru tipuri de stări limită în caz de accident: limită de utilizare, oboseală, stare ultimă sau accidentală. Scenariile aplicate pentru simularea unor accidente soldate cu explozie, incendiu, coliziune sau eșuare pot conduce la stabilirea unor limite în caz de accident, în funcție de obiectivul care trebuie atins pentru fiecare caz (siguranță, mediu, parametrii de lucru etc).[22]

Dacă proiectarea navelor a început cu respectarea cerințelor de rezistență a structurii bazată pe experiența anterioară și materializată prin reguli (de obicei în format tabelar și folosind formule) care au fost îmbunătățite, în decursul anilor, următorul nivel a fost de proiectare bazată pe analiză, rezultată din simulări ale încărcărilor hidrodinamice și analize cu elemente finite. Acest simulări, și în special cu metoda elementelor finite, au permis proiectanților să treacă la optimizarea structurii navei, iar în acest moment, toate etapele proiectării navale sunt însoțite de aceste analize.

Utilizarea metodei elementelor finite în studierea dinamicii navei în caz de accident a fost ușurată de progresul puternic în domeniul puterii de calcul și dezvoltarea tehnologiei informației, aria folosirii acestei metode depășind faza de proiectare și acoperind din ce în ce mai mult zonele de inginerie, exploatare sau construcție.

1.5.3 Aspecte privind dinamica eșuării navei

În evaluarea accidentelor de eșuare, un rol important îl reprezintă identificarea modului în care se produce avaria în funcție de tipologia fundului mării și caracteristicile navei. Pornind de la această abordare se pot dezvolta contramăsuri ce pot fi luate în caz de accident și planuri de intervenție în caz de urgență, pentru limitarea daunelor produse navei sau încărcăturii.

Abordările actuale pleacă de la cele două modele de eșuare, definite în funcție de răspunsul navei și al elementelor structurale afectate:

eșuarea prin împotmolirea sau așezarea navei pe fundul mării, când forțele induse de contactul cu fundul mării afectează structura prin componenta verticală, până la oprirea navei,

eșuarea prin interacțiunea cu fundul mării produsă cu viteză relativ mare, când forțele induse afectează structura navei în mod special prin componenta orizontală.

În funcție de tipologia fundului mării, nava poate urma un proces de alunecare (sliding) sau, atunci când există protuberanțe ale fundului, corpul navei poate fi deformat prin sfâșiere (raking). În accepțiunea celor mai muți autori de studii în domeniu, fenomenului de alunecare nu îi sunt asociate ruperi ale tablelor de fund, ci doar deformări și prezențe ale unor micro fisuri, în timp ce fenomenul de sfâșiere presupune tăierea sau deformarea prin rupere a tablelor de fund.

Elementul cheie în procesul de eșuare îl reprezintă energia de deformare și modul în care este ea disipată în structura navei. Este evident această energie de deformare indusă de eșuarea navei este mult mai mare decât rezistența pe care o poate opune structura navei, având în vedere dimensionare elementelor (grosimea tablelor, de exemplu), de aceea evaluarea presupune modul în care energia deformează (plastic în cea mai mare parte) această structură. Având în vedere ductilitatea limitată a materialelor, depășirea unei anumite limite critice duce în mod direct la ruperea materialului și implicit slăbirea rezistenței structurii .[24]

Procesul care cuprinde aspectele mecanice interne, cum este denumit generic, reprezintă lanțul de evenimente care are loc imediat după producerea eșuării (sau coliziunii), în care energia cinetică este absorbită în structura navei și transformată în diferite surse de deformări complexe ale elementelor acestei structuri, materializate prin deformări plastice, rupturi ale elementelor de osatură și ale tablelor de bordaj, fisuri, bombări sau îndoiri ale diverselor părți din corpul navei. În acest tip de accident naval este presupus faptul că aceste deformații afectează o zonă limitată din corpul navei de obicei cea care are contact direct cu fundul mării sau zona imediat învecinată.

În cazul în care coca navei nu prezintă rupturi ale tablelor de fund (sau bordaj), caz care este specific eșuărilor ușoare prin împotmolirea navei sau așezarea ei pe fundul mării, fenomenele asociate frecărilor dintre corpul navei și fundul mării dar, mai ales momentele de încovoiere sau forțele tăietoare induse în structura de rezistență a navei, de componenta verticală a forței de reacțiune a solului, sunt evaluate în cadrul cercetărilor așa cum am arătat în capitolul anterior și prezintă interes deosebit din punct de vedere al rezistenței globale.

Atunci când au loc ruperi în coca navei, pentru descrierea și evaluarea proceselor mecanice desfășurate și a modului în care se manifestă energiile de deformație, se apelează la teoriile de rezistență a materialelor. Urmărind succesiunea acestor procese în timp au fost evidențiate în decursul ultimilor ani, metode de analiză a comportării elementelor structurale ale navei după mai multe scenarii.

1.5.4 Consecințele eșuării și avariile suferite de structura navei

1.5.4.1 Ruperea tablelor de fund ale navei prin perforare

Comportamentul tablelor (plăcilor) după ruperea lor, ca urmare a perforării, a fost analizat de cercetători, atât în cazul studierii accidentelor de eșuare, cât și de coliziune (eșuarea poate fi considerată, în anumite cazuri, o coliziune a fundului navei cu solul).

În testele de laborator este evident că a fost idealizat obiectul perforant (sferic sau parabolic), dar s-a dovedit faptul că acuratețea rezultatelor a fost satisfăcătoare pentru simularea unor astfel de procese. Aceste teste au demonstrat faptul că nava (prin tablele de fund) opune o rezistență mai mare în cazul în care forma obiectului (o rocă) care lovește placa are o rază mai mare, decât în cazul unei raze mici.[25]

În mod secvențial, la lovirea plăcii cu un obiect sferic sau conic (care de fapt concentrează sarcini mari pe o suprafață limitată cum este cazul eșuării pe rocă considerată conică), procesul se desfășoară de obicei după următorul tipic:

Gâtuirea circulară a plăcii în jurul zonei de contact primare,

Apariția fisurilor, cu mențiunea că acestea nu urmează total forma circulară,

Continuarea perforării produce un ’’capac’’ care însă rămâne atașat de una din părți,

Apariția fisurilor radiale și formarea unor benzi triunghiulare,

Benzile formate între fisuri se îndoaie și/sau răsucesc,

Benzile se îndoaie și se îndepărtează de zona centrală iar fisurile se lungesc pe măsură ce perforarea continuă.

Energia de deformație se diminuează în cazul perforării plăcii, prin următoarele procese generate:

Întinderea materialului în jurul zonei de contact și la capătul fisurilor,

Îndoirea fâșiilor de material produse prin ruperea acestuia datorită fisurării,

Frecări puternice intre obiectul perforant(rocă) și material(tablele de fund).

Această evaluarea a fost confirmată de experimentul efectuat de Wang în anul 2000 ale cărui efecte pot fi observate în Fig.1.7. Formula derivată din comportamentul tablei supusă perforării cu un corp sferic a fost de asemenea elaborată după cum urmează:

(1.4)

Unde F reprezintă sarcina, σ0 tensiunea de curgere, t grosimea plăcii, l lungimea fisurii, 2θ unghiul de deschidere sau apexul conului (rocii), µ coeficient de frecare și n numărul de fisuri.[26]

Din ecuația (1.4) se poate observa că F devine cea mai mică când numărul de fisuri n este minim. Testele efectuate au arătat că în mod obișnuit, așa cum se poate observa și în Fig. 1.7, au ca rezultat trei sau patru astfel de fisuri.

1.5.4.2 Tăierea tablelor de fund sau ruperea de la întărituri

Fenomenul de tăiere a tablelor de fund ia naștere în cazul eșuării urmate de sfâșierea bordajului de fund al navei, caz întâlnit în special la eșuarea navei pe stâncă sau recif. Deschiderea produsă în corpul navei joacă un rol multiplu în gestiunea siguranței navei prin posibilitatea pătrunderii apei de mare în interior, scurgerea unor hidrocarburi din tancurile afectate generând astfel o poluare marină, dar și slăbirea rezistenței structurii navei.

Fig. 1.7 – Placa și modul de deformare ca urmare a perforării (Wang G., Ohtsubo H., Liu D., A Simple Method for Predicting the Grounding Strength of Ships, 1997)

Urmare a experimentelor efectuate în laboratoare, confirmate de rezultatele unor astfel de deformații la nave, o cronologie pe scurt a proceselor care se nasc la secționarea unei plăci cu o pană rigidă, ar fi:

Bombarea sau îndoirea plăcii în zona de contact și întinderea materialului,

După depășirea limitei de rupere a plăcii, aceasta se rupe în zona vârfului penei,

Odată cu înaintarea penei, placa continuă să se rupă iar în zona vârfului penei se formează un model de deformare și rupere a materialului,

Fâșiile de material care iau naștere în cele două părți ale ruperii se îndoaie în bucle (sau bucăți articulate).

Schematic, acest mod de deformare este prezentat în Fig. 1.8 iar energia disipată este dependentă modul de deformare și rupere caracteristic al tablei și de lungimea deformării.[27]

Fig. 1.8 – Placa și modul de deformare ca urmare a tăierii

Wang formulează următoarea relație între sarcina de tăiere și caracteristicile materialului:

(1.5)

Unde F reprezintă sarcina, σ0 tensiunea de curgere, t grosimea plăcii, l lungimea fisurii, 2θ unghiul de deschidere al penei și µ coeficient de frecare . Zona de întindere a materialului de lângă vârful penei este legată de cele două zone de material îndoit provocat de ruptură, cu care formează o articulație permanentă (de tip balama). Experimentele ulterioare au confirmat, cu diferențe nesemnificative, formulările analitice și empirice elaborate de cercetătorii sus menționați.

Este de menționat faptul că deformarea tablelor de fund ale navei se poate desfășura și după un alt tipar, cel al ruperii de la întărituri și plierii acesteia (sau model “armonică”) înaintea indenterului.(Fig. 1.9)[28]

Fig. 1.9 – Modelul de îndoire prin pliere (tip “armonică”) a tablei

În acest caz există rupere a materialului doar în zonele laterale ale unei porțiuni delimitate de elemente de structură cu care această tabla este conectată (sudată). Această situație este întâlnită atunci când raza rocii care pătrunde în corpul navei este mare (roca este deci neascuțită) și pătrunderea are loc în stadiul inițial pe verticală, urmând apoi o deplasare pe orizontală.

1.5.4.3 Procese mecanice asociate deformărilor produse elementelor de osatură ale navei și prin ruperea tablelor de fund ale navei în timpul eșuării

Pe timpul eșuării navei, parcursul unei roci prin zona de fund se desfășoară după un proces foarte complex datorită caracterului neregulat al structurii navei ce este afectată de această trecere. Deoarece tablele de fund sunt sudate de elementele de osatură, efectele interacțiunii cu fundul mării se vor manifesta diferit, energia disipându-se și în aceste elemente.

Fig. 1.10 a) – Deformarea progresivă a întăriturii sub o sarcină localizată în planul acesteia

(Damage Assessment After Accidental Events, 17th International Ship And Offshore Structures Congress, 2009)

La o eșuare care se desfășoară în direcția longitudinală, ruperea tablelor de fund va fi influențată de varange sau alte elemente de osatură transversală, pe când o eșuare care are și o componentă transversală va afecta și suporții laterali (sau centrali), ori alte elemente de osatură longitudinală.

La acestea se adaugă componenta verticală a reacțiunii fundului mării care poate interacționa cu oricare din elemente, în funcție de zona de impact. Luarea în considerare a modului de disipare a energiei, prin deformarea acestor elemente de structură au fost discutate de către Comitetul structurilor offshore în anul 2009, în vederea încercării de stabilire a unui tipar pentru încadrarea unor astfel de fenomene.[29]

În Fig. 1.10 a), a fost reprodus idealizat, modul de deformare al unei întărituri (grinzi), supusă sub acțiunea unei forțe, care acționează în același plan cu placa ce formează întăritura.

Fig. 1.10 b) – Deformarea progresivă a întăriturii sub o sarcină localizată în planul acesteia –model simplificat (Damage Assessment After Accidental Events, 17th International Ship And Offshore Structures Congress, 2009)

Au fost elaborate trei modele principale de deformare; Hong și Amdahl au propus în anul 2008, un model teoretic de deformare (cunoscut ca modelul III) a întăriturilor din rețeaua de rezistență a navei, sub sarcini coplanare cu profilul, pe baza unui studiu comparativ cu metodele simplificate. Modelul este reprezentat simplificat în Fig. 1.10 b), unde stadiul III și IV reprezintă prima și respectiv a doua pliere a grinzii. Formulele de calcul aferente acestui model sunt sintetizate astfel[29]:

(1.6)

(1.7)

Unde, H reprezintă adâncimea caracteristică a deformării, λ reprezintă factorul efectiv de lovire(0.67 – 1), M0 reprezintă moment de încovoiere plastică (M0 = σ0t2/4) și Pm reprezintă forța medie de lovire. Zonele de legătură dintre segmente (cerculețe pline) se transformă în cadrul procesului în articulații corespunzătoare deformațiilor plastice.

1.5.5 Teorii de rezistență aplicabile în studiul mecanicii eșuării navei

Pentru găsirea unui răspuns, care să poată fi confirmat și pe cale experimentală, la problema determinării atingerii stării limite a unei structuri, s-a încercat găsirea unor relații matematice între tensiunile principale.

Considerând un element de formă paralelipipedică, pe fețele acestuia acționează tensiunile normale: σ1 ,σ2 și σ3, (Fig. 1.11) [30].

Fig. 1.11 – Element de volum paralelipipedic cu tensiunile principale

Teoriile de rezistență (cunoscute și ca teorii de rupere sau teorii ale stărilor limită) au rolul de a utiliza tensiunile normale σ1, σ2 și σ3 , pentru a determina tensiunea normală echivalentă σech, în vederea comparării cu tensiunea corespunzătoare stării limită la solicitare a materialului σa (tensiune admisibilă).

Pentru verificarea unei piese, se pune întotdeauna condiția:

(1.8)

Starea limită va fi considerată atingerea unei anumite caracteristici de material: limita de elasticitate, limita de proporționalitate, limita de curgere sau rezistența admisibilă, cea mai utilizată fiind limita de elasticitate σe, care poate fi înlocuită după caz cu σp sau σc.

Formularea acestor teorii, ale cărei relații sunt stabilite pe baza teoriei elasticității, pleacă de la faptul că, la o solicitare de întindere, atingerea limitei de elasticitate poate fi constatată cantitativ prin atingerea uneia dintre mărimile: [31]

tensiune de întindere, σe ,

alungirea, εe = σe / E,

tensiune tangențială pe secțiunea înclinată la 450 (maximă), τe = σe / 2 ,

energia specifică de deformație, Ud = σe2 / 2E ,

energia specifică modificatoare de formă, Udf = (1+μ)σe2 / 3E.

În funcție de tensiunile principale, cele cinci teorii de rezistență sunt prezentate sub forma următoarelor relații:

a) Teoria tensiunii normale maxime (teoria I de rezistență)

Conform acestei teorii, starea limită se atinge atunci când tensiunea normală maximă din corp atinge valoarea tensiunii limite a stării limită de la solicitarea de întindere simplă.

Condiția de la această teorie este:

→ (1.9)

b) Teoria deformației specifice maxime (teoria a II-a de rezistență)

Conform acestei teorii, starea limită se atinge atunci când alungirea maximă din corp atinge valoarea alungirii specifice corespunzătoare stării limită de la solicitarea de întindere simplă:

(1.10)

Unde, notațiile la relația de mai sus în afară de tensiunile normale sunt:

μ – coeficientul de contracție transversală (pentru oțeluri este de 0,26),

E – modulul lui Young (modulul de elasticitate longitudinal),

εmax – alungirea maximă.

Potrivit acestei teorii, tensiunea echivalentă este:

(1.11)

c) Teoria tensiunii tangențiale maxime (teoria a III-a de rezistență).

Conform acestei teorii, starea limită se atinge atunci când tensiunea tangențială maximă atinge valoarea tensiunii tangențiale corespunzătoare stării limită de la solicitarea de întindere simplă.

Tensiunea tangențială este de forma:

(1.12)

Iar tensiunea normală echivalentă are valoarea:

(1.13)

d) Teoria energiei specifice totale de deformație (Teoria a IV-a de rezistență).

Conform acestei teorii, starea limită se atinge atunci când energia specifică de deformație egalează energia de deformație specifică corespunzătoare stării limită de la întinderea simplă:

(1.14)

Unde W1 reprezintă energia specifică de deformație, iar tensiunea echivalentă:

(1.15)

e) Teoria energiei specifice modificatoare de formă (Teoria a V-a de rezistență).

Conform acestei teorii, starea limită se atinge atunci când energia de deformație specifică modificatoare de formă este egală cu energia de deformație specifică modificatoare de formă corespunzătoare stării limită de la solicitarea de întindere simplă:

(1.16)

De unde :

(1.17)

Deoarece la stările plane de tensiune, tensiunea normală σ2 =0, atunci tensiunea echivalentă pentru teoriile de rezistență sunt de forma:

(Teoria I de rezistență)

(Teoria a II a de rezistență)

(Teoria a III a de rezistență) (1.18)

(Teoria a IV a de rezistență)

(Teoria a V a de rezistență)

Cercetările experimentale au demonstrat că pentru materialele tenace rezultate mai apropiate de cele reale dau teoria a III-a și a V-a de rezistență, iar pentru materialele fragile, teoria a II-a de rezistență.

1.5.6 Studiul fisurilor din corpul navei portcontainer – mecanica ruperii

Apariția fisurilor care pot lua naștere în corpul navei portcontainer, ca urmare a unui accident soldat cu eșuare, este una din temerile principale în acest tip de accident deoarece, propagarea lor poate provoca o avarie structurală gravă, ce poate conduce în final la pierderea totală a navei. Deplasamentul navei contribuie la dezvoltarea unor energii de deformație foarte mari la interacțiunea cu fundul mării, iar fenomene asociate deformărilor plastice ale materialelor din care este constituită structura navei – table, varange, suporți – pot iniția astfel de manifestări. Stadiile ulterioare pot agrava situația prin contribuția suplimentară a sarcinilor provocate de valuri care induc momente de încovoiere și forțe tăietoare ce pot amplifica efectul acestor fisuri

Dacă fisurile apărute în bordajul navei pot fi observate cu relativă ușurință, apariția acestora în zona tablelor de fund ale navei este mai greu detectabilă și necesită echipament de specialitate sau urcarea efectivă a navei pe doc pentru o evaluare detaliată.

Studiul modului de apariție ala fisurilor în zona de fund a navei devine astfel un obiectiv important pentru toți cei interesați în acest domeniu, în vederea găsirii celor mai potrivite soluții de diminuare sau eliminare a consecințelor pe care le au în rezistența globală a navei. Modul de apariție și propagare al fisurilor depinde de mai mulți factori printre care, materialul din care este construit corpul navei, vechimea acestuia, zona de impact, condiții exterioare etc.

Mecanica ruperii ca ramură a rezistenței materialelor care, acceptând prezența discontinuităților în material, studiază apariția și modul de propagare al fisurilor, poate fi folosită în estimarea capacității de funcționare a elementelor de rezistență din structura navei, atunci când sunt afectate de prezența unor discontinuități în material datorate fisurilor sau defectelor de material.

Condiția de starea limită reprezintă completarea relației dintre sarcinile și deformațiile pe care le suportă structura navei. Se cunoaște faptul că, atunci când materialul depășește punctul de curgere el intră în zona de deformare plastică , în care legea elasticității (Hooke), nu mai este valabilă, iar limita superioară a fazei o reprezintă ruperea materialului.

Starea limită de încărcare a unei structuri poate fi condiția de rămânere a structurii în domeniul elasticității sau, dacă sunt admise deformații plastice, starea limită poate fi curgerea materialului și scăderea rezistenței structurii, cum este în cazul structurii navei. Teoriile de rezistență pot fi împărțite în trei categorii în funcție de ceea ce prezic: atingerea limitei de curgere, ruperea materialului sau pierderea stabilității deformației.[32]

Studierea comportamentului elementelor de structură ale navei, care implică deformația tablelor de fund (plăcii), se face de obicei cu ajutorul criteriilor de plasticitate; criteriul de plasticitate reprezintă condiția în care, un anumit nivel al tensiunii induce deformații plastice.

Spre deosebire de cazul solicitărilor mono axiale, ale cărui diagrame au fost intens studiate, în cazul solicitărilor triaxiale, cum este cazul structurii navei, criteriul de plasticitate definește o suprafață limită a plasticității, ce reprezintă generalizarea punctului de inițiere a curgerii din solicitarea uni axială, în spațiul tridimensional al tensiunilor.

În literatura de specialitate există mai multe criterii de plasticitate, care împreună cu teoriile de rupere (teoriile de rezistență), determină condițiile de producere a curgerii în cazul metalelor (ex. oțeluri) dar și a metalelor ductile în general, dintre care, cele mai cunoscute sunt:

Criteriul Rankine sau criteriul tensiunii normale maxime.

Criteriul von Mises sau criteriul energiei de distorsiune maximă.

Criteriul Tresca sau criteriul tensiunii tangențiale maxime.

Criteriile Mohr-Coulomb sau Drucker-Prager care au la bază teoria dislocațiilor.

În activitatea inginerească două criterii sunt cel mai des utilizate, după cum urmează:

a) Criteriul von Mises

Prin descompunerea energiei specifice de deformație în două părți, una asociată variației volumului corpului (efect al tensorului sferic) și alta asociată schimbării formei corpului (efect al tensorului deviator), experimental a fost dovedit că deformațiile plastice sunt determinate de tensorul deviator.

Conform definiției, în cazul unei stări spațiale de tensiune, curgerea se produce atunci când energia specifică de schimbare a formei corpului (energia specifică de deformație) depășește valoarea energiei specifice de deformație corespunzătoare curgerii la solicitarea de tracțiune mono axială.[30]

Având în vedere această condiție, curgerea începe când:

(1.19)

Unde „ss” reprezintă starea spațială iar „tu” test uni axial.

Energia specifică de schimbare a formei unui corp dintr-un material omogen și izotrop ce se află într-o stare de solicitare spațială este de forma:

(1.20)

În care E este modulul lui Young, iar ν este coeficientul lui Poisson.

Pentru tracțiunea mono axială sau test uni axial, trebuie să punem următoarele condiții:

și (1.21)

Unde σc reprezintă tensiunea normală de curgere.

În acest caz energia de deformare este:

(1.22)

Egalizând relațiile (1.20) și (1.22), obținem:

(1.23)

Deci, criteriul von Mises se poate scrie:

(1.24)

În cazul stărilor plane de tensiune, , tensiunea de curgere are forma:

(1.25)

ce reprezintă ecuația unei elipse având forma din Fig. 1.12.

Fig. 1.12 – Stări plane de tensiune – criteriul von Mises

Cele opt puncte marcate pe elipsă s-au obținut astfel:

– test uni axial:

;.

;.

– tracțiune biaxială: .

– torsiune (forfecare pură): ; (determinate experimental).

Punctele din interiorul elipsei, reprezintă deformațiile elastice (Fig. 1.12).

b) Criteriul Tresca

Conform definiției, pentru o stare spațială de tensiune, curgerea se produce atunci când tensiunea tangențială maximă din orice punct al materialului depășește valoarea tensiunii tangențiale corespunzătoare curgerii în cazul solicitării la tracțiunea mono axială.[30]

În urma definiției tensiunile tangențiale principale în funcție de tensiunile normale sunt de forma:

; ; (1.26)

Pentru testul uni axial avem condițiile :; , iar tensiunea tangențială corespunzătoare curgerii este:

(1.27)

Criteriul de plasticitate Tresca, este determinat matematic sub forma:

(1.28)

Pentru starea plană de tensiuni, adică , criteriul Tresca este de forma:

(1.29)

Iar reprezentarea grafică a relației (1.28) este dată în Fig. 1.13

Fig. 1.13 – Stări plane de tensiune – criteriul Tresca

Deformațiile elastice apar când o stare plană de tensiune se află în interiorul colorat, iar curgerea apare când starea de tensiune se află pe conturul hexagonului (Fig. 1.13).

În cazul stărilor spațiale de tensiune, un număr infinit de puncte de curgere formează împreună o suprafață de curgere, criteriul de plasticitate von Mises fiind reprezentat printr-un cilindru, iar criteriul Tresca printr-o prismă cu șase fețe, a căror axă comună este bisectoarea unghiului diedru, format de cele trei axe corespunzătoare încercărilor prin presiune, . Toate punctele de pe suprafețele cilindrului și respectiv a hexagonului reprezintă stările limită de tensiune plastică, iar punctele din interiorul a celor două corpuri reprezintă stările elastice.(Fig. 1.14)[32]

La starea spațială de tensiune, pe axa principală toate valorile tensiunilor normale sunt egale .

În cazul oțelurilor, testele la tracțiune biaxială au demonstrat că valorile determinate experimental prin criteriul von Mises sunt mai aproape de adevăr decât valorile determinate prin criteriul Tresca.

Fig. 1.14 – Stări plane de tensiune – criteriul Tresca și criteriul von Mises

În practica inginerească, verificarea structurii presupune stabilirea câmpului de tensiuni corespunzător încărcării și configurației respectivei structuri, stabilind valoarea tensiunilor în fiecare punct; unul din cele două criterii este folosit pentru verificarea situației de curgere a materialului în puncte de interes din structură.

1.5.7 Studiul fisurilor din corpul navei portcontainer – concentratori de tensiuni

În unele cazuri, problema ruperii constă în propagarea uneia sau mai multor fisuri microscopice. Acest tip de fisuri pot apărea în tablele de fund ale navei ca urmare a oboselii materialului, fenomen ce poate fi accentuat de eșuări ușoare pe care nava le poate suferi pe parcursul exploatării.

Considerând o placă de grosime t, din material cu comportare elastică, supus la o tensiune σ, pe una din direcții, în câmpul uniform de tensiuni, prezența unei neomogenități conduce la o neuniformitate a acestui câmp, așa cum se poate observa în Fig. 1.15, iar efectul găurii va fi de concentrare a tensiunilor.

Pentru , stare plană de tensiune

, stare plană de deformație

Așa cum se știe, tensiunea în punctele A și A’ este de întindere și are valoarea 3σ, unde σ este tensiunea aplicată pe direcția Y la infinit (pe frontiera plăcii). Tensiunea în punctele B și B’ este de compresiune și în valoare absolută egală cu în A și A’. Tensiunea în B și B’ este nulă pentru că punctele se află pe suprafața liberă și nesolicitată a găurii, conform cu Fig. 1.15 a.

a b c

Fig. 1.15 – Concentratori de tensiuni

În cazul din Fig. 1.15 b, gaura este eliptică, cu axa mare pe direcția x și perpendiculară pe direcția tensiunii σ. Presupunând că elipsa se alungește pe direcția AA’, raza de curbură a elipsei din punctele A și A’ scade iar tensiunea crește invers proporțional cu radicalul razei de curbură, în A și A’, iar în punctele B și B’ fenomenul este invers cu tensiunea .

Când raza de curbură în A și A’ tinde la zero, ca în Fig. 1.15, elipsa devine o fisură iar tensiunea tinde deci, spre infinit, iar în punctele B și B’ tinde spre zero. Această observație este importantă deoarece arată că, la aplicarea unei tensiuni normale σ la frontiera plăcii, tensiunea la vârful fisurii crește și conduce la propagarea fisurii în direcția X.

Tensiunile în vârfurile A sau A’ sunt conform formulelor:

,

, (1.30)

,

scrise în coordonate polare (r, q), cu originea în punctul A, conform Figurii 1.15 c.

Se poate observa că tensiunea normală este maximă în fața fisurii și zero pe cele două fețe ale ei (θ =1800) iar tensiunea tangențială este zero atât la θ =00, cât și la θ =1800, cu valoare maximă pentru valoare unghiului θ =70,20, direcție în care, în conformitate cu criteriul Tresca (al tensiunii tangențiale maxime), ar trebui să înceapă curgerea plastică. Acest lucru a fost confirmat prin observații experimentale.

Coeficientul K din relații se numește factor de intensitate a tensiunii și depinde de forma corpului în care ia naștere fisura și de încărcarea exterioară. În realitate, neputând exista tensiuni infinite în vecinătatea vârfurilor, concentrarea duce la formarea unor zone de plasticitate sau a unui nor de micro fisuri ce duc la limitarea tensiunilor de la vârful fisurii de referință. [32]

1.6 ASPECTE TEHNICE PRIVIND EVOLUȚIA ȘI CONSECINȚELE EXPLOZIILOR ȘI INCENDIILOR LA BORDUL NAVELOR PORTCONTAINER

1.6.1 Noțiuni privind parametrii ce caracterizează fenomenele de ardere

Incendiile și exploziile sunt fenomene fizico-chimice complexe, care pot fi analizate prin prisma următoarelor caracteristici:

parametri fizici,

evoluție și faze,

dinamica proceselor implicate,

modele,

cauze și efecte.

Evoluția incendiilor și exploziilor este aleatoare datorită factorilor care intervin în dezvoltarea acestora, însă ambele fenomene sunt forme ale reacției de ardere și, o parte din caracteristicile de mai sus sunt comune pentru marea majoritate a aparițiilor acestora, dar modelul, cauzele și efectele în special, prezintă particularități în cazul desfășurării lor la bordul unei nave portcontainer.

Deși literatura de specialitate abordează constant subiectul prin prisma luptei împotriva incendiilor, dând astfel acestora o conotație juridică, este necesară și o evaluare tehnică a consecințelor unor astfel de fenomene de ardere, asupra structurii de rezistență a navei.

Arderea sau combustia reprezintă reacția exotermă a unei substanțe cu un agent oxidant (de regulă oxigenul din aer sau cel provenit de la o altă substanță). Trebuie făcută diferențierea între incendiu – ardere autoîntreținută, desfășurată aleator, fără control în timp și spațiu – de foc, care este o ardere autoîntreținută dar a cărui propagare este controlată.

Aprinderea unui amestec combustibil are loc atunci când viteza de generare a căldurii depășește viteza de pierdere a căldurii. Această căldură este asigurată din sursă exterioară – temperatură de aprindere, sau generarea internă de căldură – temperatură de autoaprindere (spontană). Este de reamintit faptul că arderea materialelor și substanțelor combustibile se produce numai în faza gazoasă, materialele combustibile solide înainte de aprindere fiind supuse gazificării (prin piroliză, evaporare ca urmare a topirii, sublimare) iar cele lichide, evaporării.

Cele două tipuri de temperaturi sus amintite, alături de energia de aprindere (energia minimă suficientă pentru aprinderea amestecului gazos, depinzând de parametrii acestui amestec – compoziție, temperatură, presiune) și limitele de ardere pentru gazele inflamabile (concentrația gazelor în aer se află între anumite limite), reprezintă principalele mărimi fizice care caracterizează procesul de aprindere a gazelor și asupra cărora se pot iniția măsuri specifice luptei împotriva incendiilor.

În mod similar pentru substanțele combustibile lichide/solide, mărimile fizice ce caracterizează aprinderea sunt: temperatura de inflamabilitate (flash-point) – reprezentând temperatura minimă la care un materialul trebuie să fie încălzit pentru a emite vapori care să ardă în prezența unei flăcări, în anumite condiții, temperatura de aprindere – reprezentând temperatura de suprafață la care vaporii degajați ard continuu după aprindere, sau temperatura de autoaprindere – reprezentând temperatura minimă la care prin încălzirea materialului sau substanței, are loc aprinderea acesteia, în absența oricărei surse de aprindere[33][34].

Cunoașterea mărimilor fizice care caracterizează regimul de aprindere sau ardere al diferitelor substanțe sau materiale este un factor principal în evaluarea unor măsuri ce pot fi luate pentru controlul sau lupta împotriva incendiilor la bordul navelor.

În acest moment doar mărfurile periculoase transportate la bordul navelor sunt însoțite de documente în care sunt descrise unele din aceste mărimi, limitând astfel posibilitatea luării unor decizii importante în caz de pericol de incendiu. Este cunoscut faptul că energia de aprindere poate fi de ordinul sutelor de milijouli, pe când energia degajată ulterior de ardere este net superioară (sute și mii de MJ), îndeplinind condiții pentru o reacție de aprindere în lanț.

Explozia reprezintă un caz particular al arderii și este o reacție chimică bruscă de expansiune a gazului rezultată ca urmare a oxidării sau descompunerii, cu (sau fără) creștere în temperatură[34].

Explozia a fost în general tratată, ori prin prisma proceselor termodinamice, ori prin prisma proceselor de combustie și cinetică a acestor reacții. Aceasta, împreună cu incendiul, reprezintă domeniile de preocupare tehnice, pentru proiectarea unor sisteme sau măsuri de luptă împotriva efectelor acestor fenomene.

Este de menționat că explozia unui recipient presurizat ca urmare a suprapresiunii interioare, generate de fierberea vaporilor reprezintă un caz particular și este o explozie de tip BLEVE[35]

Producerea exploziei presupune ca amestecul exploziv de gaze, venit în contact cu o sursă de aprindere, să aibă o anumită concentrație individuală sau combinată de gaze combustibile, vapori combustibili sau prafuri combustibile în aer, exprimată în procente. Parametrii principali de producere sunt:

Limita inferioară de explozie – concentrația minimă a gazelor/vaporilor/prafurilor combustibile în aer sub care nu se poate produce explozia, din cauza excesului de aer,

Limita superioară de explozie – concentrația maximă a gazelor/vaporilor/prafurilor combustibile în aer peste care nu se poate produce explozia, din cauza lipsei de aer,

Intervalul de explozie – cuprins între limita inferioară și limita superioară – are rolul determinant în stabilirea pericolului de explozie.

Limita inferioară sau superioară de explozie a unui amestec de substanțe pot fi calculate cu relația cunoscută ca Le Chatelier [33]:

% (1.31)

Unde:

L este concentrația care definește limita inferioară sau superioară de explozie a amestecului, în procente,

a, b, c…..n – conținutul componentului în amestecul considerat, în procente,

A,B,C….N – limita inferioară sau superioară de explozie pentru fiecare component din amestec.

În documentațiile tehnice, aceste valori sunt date în condiții de temperatură normală (200 C) și presiune atmosferică. Pentru valori diferite ale acestor parametri, limitele de explozie se pot calcula cu următoarele relații:

(1.32)

(1.33)

Unde: Linf t / Lsup t limita inferioară / superioară de explozie la temperatura t;

Linf 20 / Lsup 20 limita inferioară / superioară de explozie la temperatura 200C;

t reprezintă temperatura amestecului, în 0C.

Limitele de ardere includ limitele de explozie, în cele mai multe cazuri fiind aproape identice. După cum se poate observa, creșterea temperaturii peste 200 C mărește intervalul de explozie. În practică se poate aplica regulii de creștere a temperaturii cu 1000 C, care provoacă o scădere a limitei inferioare cu 10% și o creștere a limitei superioare cu 15%.

Variația presiunii amestecurilor gazoase, influențează de asemenea limitele de ardere sau explozie însă, s-a dovedit faptul că o creștere a presiunii, chiar și până la 20 atm, nu influențează prea mult valoarea limitelor de explozie, dar scăderea presiunii reduce considerabil intervalul de explozie [33].

Parametrii prezentați mai sus pot fi în unele cazuri modificați sau ținuți sub control la bordul navelor, printre primele măsuri care sunt luate în caz de incendiu și pericol de explozie, numărându-se udarea puternică cu apă a zonei, lucru care în mod normal produce atât răcirea cât și o scădere implicită de presiune, în cazul recipientelor, ce conțin amestecuri explozive, afectate de creșterea temperaturii.

Totuși, există anumite amestecuri pentru care o creștere a umidității provoacă o reacție chimică ce poate conduce la explozie. Măsura aplicată pentru acest caz la bordul navelor este de folosire a gazelor inerte.

Pentru prafuri explozive este folosită presiunea maximă de explozie, parametru ce reprezintă presiunea maximă care s-ar produce în cazul în care nu ar exista schimb de căldură între produsele arderii și pereții incintei, calculată cunoscând compoziția în substanțe, concentrația, starea inițială a sistemului și cantitatea de substanțe volatile [33].

Pe lângă acești parametri, există factori intrinseci de care depinde explozia amestecurilor explozive, precum: compoziția chimică și concentrația prafului combustibil, starea fizică (mai fin = mai periculos).

Controlul acestora prin luarea unor măsuri adecvate la bordul navelor este limitată în aceste situații din cauze obiective. Un caz particular de amestec exploziv îl reprezintă amestecurile hibride, formate dintr-un gaz inflamabil și o pulbere combustibilă.

După cum se știe, pulberile combustibile dispersate în aer formează amestecuri explozive iar studiile arată că uneori, într-un asemenea amestec, deși concentrația de pulbere combustibilă este mai mică decât concentrația minimă de explozie, introducerea unei mici cantități de gaz combustibil, de concentrație de asemenea mai mică decât limita inferioară de explozie, transformă amestecul într-unul exploziv, crescând puternic presiunea maximă de explozie [36].

Energia minimă de aprindere, este un parametru folosit în prevenirea exploziilor necontrolate prin introducerea sa în standardele de securitate sau, pentru studierea proceselor de inițiere a amestecurilor explozive.

Efectele exploziilor se manifestă și sunt evaluate prin două componente:

efectul termic al exploziei, atunci ccând este cauzată de o reacție chimică puternic exotermă,

suprapresiunea undei de șoc, caracteristică tuturor exploziilor.

În studiul solicitărilor dinamice de tip șoc provocate de explozii, timpul de explozie, reprezentând timpul în care se manifestă solicitarea dinamică, ce poate varia între sutimi și zecimi de secundă, este un alt parametru caracteristic diverselor amestecuri explozive.

Cele două forme de manifestare ale exploziei sunt, în funcție de viteza de ardere:

deflagrația, ce reprezintă o ardere rapidă în care propagarea are loc cu viteze de ordinul m/s sau zeci de m/s (subsonice),

detonația, ce reprezintă o ardere foarte rapidă, în care propagarea are loc cu viteze de ordinul km/s și însoțită de unda de șoc.

Dintre cele două evident că detonația este mult mai periculoasă datorită presiunii mai mari, ce poate provoca daune importante; ca o comparație, dacă în cazul deflagrației unui amestec de hidrocarburi într-un recipient închis, presiunea atinge valori de 8 bar, la detonarea aceluiași tip de amestec, presiunea maximă poate atinge 20 bar.

Explozia la bordul navei poate fi cauza unui incendiu (vezi navele MSC Flaminia, Hanjin Pennsilvania) dar relația de cauzalitate este reciprocă și, în cele mai dese cazuri, incendiul poate fi cauza unei explozii (vezi nava DG Harmony).

Din practică, s-au determinat temperaturi de explozie pentru diverse substanțe, pentru cele mai multe din acestea, temperaturile fiind cuprinse între 10000 C și 30000 C. Efectul acestor temperaturii asupra materialelor afectate –-ambalaje, recipiente, containere etc. – este evident devastator, odată ce nu sunt proiectate în mod special să reziste în aceste condiții. Gradul de periculozitate al unei substanțe sau amestec exploziv, care există la bordul navei sau este rezultatul unor combinații chimice sau mixturi de substanțe, poate fi exprimat în concentrație limită sau temperatură limită.

În concluzie, se poate spune că incendiile sau exploziile sunt fenomene fizice și chimice complexe, influențate de mediu, interacțiunile dintre flacără, combustibil și mediu fiind puternic neliniare iar estimările cantitative ale proceselor implicate este foarte dificilă [26].

Utilizarea de echipamente rezistente la explozie, sau sisteme de protecție prin diverse metode împotriva exploziei nu reprezintă o soluție economică care să se poată aplica navelor portcontainer, datorită varietății amestecurilor combustibile care se pot forma, neexistând în acest moment un tip de echipament sau sistem universal valabil.

1.6.2 Stadiul actual al cercetărilor în domeniul evaluării rezistenței structurilor metalice la creșterea temperaturii

Există posibilitatea ca la bordul navei portcontainer să izbucnească și să se dezvolte un incendiu, ca urmare, sau nu, a unei explozii. Așa cum a fost arătat mai sus, principala preocupare, pe lângă cea privind salvarea iminentă a vieții navigatorilor, o reprezintă asigurarea integrității structurale a navei. Acest lucru se poate face numai prin limitarea incendiului și încercarea de a ține sub control focul. Scăderea temperaturii atât în zona incendiului dar și în zona adiacentă este unul dintre primele obiective, scopul fiind și de a evita crearea condițiilor de explozie și implicit, de menținere a integrității structurii navei.

Accidentele suferite de navele portcontainer în ultimii ani au arătat importanta limitării incendiului, în caz contrar, dezvoltarea acestuia făcând imposibilă lupta cu focul în special în cazul amestecării diverselor mărfuri periculoase de la bord. Prima structură care poate ceda sub acțiunea căldurii provocată de incendiu este stiva de containere, în special dacă focul cuprinde un container de la bază. Colapsul stivei duce de obicei, la atragerea în incendiu și a mărfurilor din containerele a căror integritate este distrusă. Separarea mărfurilor periculoase cerută de Codul IMDG poate fi astfel compromisă.

Având în vedere înălțimea mare la care se stivuiesc containerele pe puntea navei, și posibilitatea reală ca, la baza unei stive să izbucnească un incendiu, sarcina imediată pentru echipaj poate fi încercarea de răcire cât mai rapidă a containerului afectat, în vederea evitării pierderii rezistenței acestuia datorită căldurii și prăbușirii containerelor de deasupra.

Testele la scară reală au fost relativ puține de a lungul vremii, cel mai cunoscut fiind efectuat în anul 1977, de către Departamentul de Transport al US Cost Guard [37].

Totuși, efectele creșterii temperaturii asupra rezistenței pieselor de oțel sunt cunoscute din domeniul construcțiilor civile, doar că, paleta largă de materiale și multitudinea de combinații posibile dintre diverse structuri și variațiile semnificative ale temperaturii pentru zone apropiate din structură, fac ca validări reale ale cercetării în domeniu să fie limitate la comparații acceptabile cu situațiile întâlnite în puținele teste sau accidente înregistrate.

Rezistența mecanică (reprezentând capacitatea portantă a structurilor) este tratată de euro coduri, care oferă informații ce permit calculul posibilității și al perioadei de timp în care, o structură metalică rezistă la solicitări sub acțiunea focului. Proiectarea structurilor este astfel efectuată pentru starea limită ultimă.

Pentru determinarea rezistenței la foc a unei structuri se folosesc, de regulă, trei metode de calcul [38]:

metoda tabelară – care oferă direct rezistența la foc în funcție de parametrii simpli și este folosită la structuri combinate oțel beton,

metode simplificate de calcul – bazate pe ecuații de echilibru, prin extrapolarea modelelor utilizate pentru proiectarea în condiții normale de temperatură și corelarea caracteristicilor materialului în concordanță cu creșterea temperaturii,

metode de calcul avansat – sunt programe sofisticate de calcul care analizează întreaga structură luând în considerare și acțiuni indirecte.

Procedurile utilizate pentru calculul efortului corespunzător situației de incendiu sunt bazate pe metode similare la proiectarea pentru temperatura normală, cu modificarea proprietăților de material considerând creșterea temperaturii. Au fost studiate curbele de flambaj ale secțiunilor laminate solicitate la acțiunea focului iar rezultatele au fost introduse în standardul EN 1993-1-2.

Rezultatele principale ale cercetării sunt materializate de propunerea analitică făcută de Talamona ș.a., rezultată din analiza numerică, care a fost prezentată în 1997 și, deși formula a fost stabilită pentru intervalul de temperaturi 4000 C – 8000 C, ea poate fi aplicată și la valori ce excedează acestui interval [39].

Astfel:

(1.34)

Unde = încărcarea maximă axială pe coloană, la temperatură ridicată, Ω = aria secțiunii profilului și fy = rezistența de curgere la temperatura ambientală, = coeficient de flambaj prin încovoiere, calculate la temperatura de colaps ce depinde de anumiți parametri cum ar fi imperfecțiunea materialului și zveltețea adimensională a structurii,, bazată pe proprietățile materialului la temperatura normală, în care:

(1.35)

(1.36)

(1.37)

(1.38)

Unde i = raza de girație în planul relevant de flambaj,

E = modulul lui Young la temperatura ambientală,

H = lungimea coloanei,

și (θ) sunt factori carea arată descreșterea limitei de curgere respectiv a modulului lui Young în funcție de creșterea temperaturii.

Valorile acestor factori pot fi considerate conform EC3, 1-2 (calculul structurilor de oțel la foc), exemplificate în Tabelul 1.2 [40]

Trebuie totuși, ținut cont de faptul că, temperatura nu este uniformă pe toată lungimea structurii de aceea, în scopul evaluării stării limită ultime, pentru simplificare, se poate lua în considerare temperatura maximă.

Unde:

Kfy(θ) – raportul dintre limita de elasticitate a materialului la temperatura dată fy(θ), și limita de elasticitate la temperatura ambientală fy,

KE(θ) – raportul dintre modulul lui Young la temperatura dată E(θ) și modului lui Young la temperatura ambientală E,

Kλ(θ) – funcție de Kfy(θ) și KE(θ) conform formulei (1.36).

Tabel 1.2. Parametrii relației tensiune-deformare în funcție de temperatură (Eurocode 1995)

Utilizarea formulelor și a tabelului poate conduce la calculul sarcinii axiale critice în structură, afectată de o anumită temperatură.

Pentru determinarea temperaturii critice este necesar un proces iterativ, convergența fiind de obicei rapidă și suficientă pentru o iterație, aproximând spre exemplu în ecuația (1.36) prin

(1.39)

conducând la prima aproximare a temperaturii critice.

Procesul se repetă folosind formulele (1.36) și (1.37) în loc de (1.39). În funcție de valorile obținute și acuratețea dorită procesul se reia sau se oprește la valoarea calculată.

Este evident faptul că procedura se extinde la forme de secțiuni diferite prin extrapolare, dacă între timp nu au fost elaborate calcule specifice profilului dorit.

Concluzia cercetărilor efectuate până în acest moment este că rezistența oțelului sub acțiunea temperaturilor înalte este afectată și așa cum se poate observa în Fig. 1.16, parametrii ce variază de fapt, odată cu temperatura, sunt modulul de elasticitate al materialului și limita de curgere a materialului.

Modulul de elasticitate la 6000 C se reduce cu aproximativ 70%

Limita de curgere la 6000 C se reduce cu aproximativ 50%.

În alte studii, mai recente, care se referă la rezistența oțelului în cazul creșterii temperaturii, se fac trimiteri atât la Eurocoduri, dar și la rezultatele testelor efectuate de Holmes ș.a.(1982), tabelele de variație a rezistenței la curgere (sau elasticitate) ale oțelului la creșterea temperaturii fiind completate cu date obținute din formule, astfel [41]:

Fig. 1.16 – Relația dintre temperatură și limitele de elasticitate și rezistență ale oțelului exprimate în procente din valoarea normală (date culese din cursul cercetării)

Pentru intervalul de temperatură: 0˚ C < T ≤ 350˚ C,

fy(T) / fy(20° C) = 1 (1.40)

Pentru intervalul de temperatură: 350˚ C < T ≤ 706˚ C,

fy(T ) / fy(20° C) = 1.8848 – 2.528 × 10-3T (1.41)

Pentru intervalul de temperatură: 706˚ C < T ≤ 1200˚ C,

fy(T ) / fy(20° C) = 0.242992764 – 2.02494 × 10-4T (1.42)

Un corolar al cercetărilor menționate mai sus, îl reprezintă faptul că, temperatura critică a oțelului trebuie privită ca un concept și este în relație directă cu nivelul de încărcare al elementului de structură [42].

1.7 STADIUL MĂSURILOR PENTRU PREVENIREA ȘI LUPTA ÎMPOTRIVA EXPLOZIILOR ȘI INCENDIILOR LA BORDUL NAVELOR PORTCONTAINER

1.7.1 Cerințe tehnice prevăzute de legislația maritimă referitoare la prevenirea incendiilor și exploziilor la bordul navelor portcontainer

Având în vedere pericolul pe care incendiile sau exploziile le pot reprezenta asupra integrității navei, preocupările legate de siguranța navei s-au materializat prin reglementări specifice prevenirii și luptei contra incendiilor la bordul navelor. Acestea au ținut pasul cu creșterea flotei mondiale într-o măsură mai mică în ultimii ani datorită dezvoltării impresionante pe care o are flota maritimă, introducerii de noi capacități de transport și diversificării mărfurilor transportate pe mare.

Convenția Internațională din 1974 pentru ocrotirea vieții omenești pe mare (SOLAS) este principala convenție care reglementează cerințele tehnice pentru prevenirea și lupta împotriva incendiilor la bord și se aplică tuturor navelor care execută voiajuri internaționale. Capitolul II-2 din SOLAS, stabilește cerințele pentru un grad cât mai mare posibil de protecție contra incendiului, de detectare a incendiului și stingere a acestuia [43].

Cerințele tehnice, referitoare la instalații, echipamente, amenajări, structuri etc, din Convenția SOLAS sunt aplicabile tuturor navelor de marfă, la modul generic, pentru navele de pasageri și nave cisternă fiind stabilite cerințe suplimentare explicite. Pentru navele portcontainer sunt stabilite conform Cap. II-2 Reg. 19, minimul de dotări și amenajări în cazul transportului mărfurilor periculoase referitoare la:

alimentarea cu apă,

surse de aprindere,

instalația de detectare,

ventilația,

instalația de santină,

protecția personalului,

stingătoare de incendiu portabile,

instalația de pulverizare a apei.

Capitolul VII partea A, se referă la transportul mărfurilor periculoase ambalate la bordul navelor, sub incidența acestia intrând în mod direct navele portcontainer. Cel mai important aspect îl reprezintă definirea mărfurilor periculoase – cele care intră sub incidența Codului IMDG – și obligativitatea transportului unor astfel de mărfuri la bordul navelor cu tonaj brut peste 500 tone, conform Reg. 3, doar în conformitate cu prevederile Codului IMDG.

Convenția SOLAS a fost amendată în decursul anilor, datorită progreselor ce au avut loc în sectorul maritim, în dorința de a stabili standarde de siguranță pe măsura acestui proces de evoluție. Domeniul transportului containerizat este unul dintre cele vizate de aceste amendamente și cele mai importante ar putea fi considerate următoarele:

Rezoluția MSC 365(93), a Comitetului de Siguranță Maritimă, adoptată la 22 mai 2014, care stabilește obligativitatea ca, începând cu data de construcție 1 ianuarie 2016, toate navele portcontainer de tip open-top sau cele care transportă containere pe punte, trebuie să dețină dispozitive de protecție contra incendiului, care să permită limitarea focului în spațiul sau zona unde s-a produs și răcirea zonelor adiacente pentru a preveni extinderea focului și avariile la structură [44].

Aceeași rezoluție prevede un număr minim de tunuri de apă mobile la bordul navelor portcontainer prevăzute să poată funcționa simultan, în scopul de a crea ecrane de apă eficiente în fața și în spatele fiecărui rând de containere și presiune necesară pentru a ajunge la rândul superior al containerelor de pe punte.

Este necesară dotarea navelor portcontainer cu cel puțin o lance de ceață de apă care să fie prevăzută cu o doză capabilă să penetreze un container în interiorul căruia să lanseze ceața de apă în interiorul containerului, la cuplarea acesteia cu hidrantul.

Rezoluția MSC. 380(94), a Comitetului de Siguranță Maritimă, adoptată la 21 noiembrie 2014, care stabilește obligativitatea expeditorului începând cu 1 iulie 2016, de a verifica masa brută a containerelor ce urmează să fie încărcate la bordul navei și de înscriere a acesteia în documentul de transport sub semnătura unei persoane autorizate. Acest lucru întărește controlul asupra identității și cantității reale a mărfurilor din containere [45].

b) Codul maritim internațional pentru mărfuri periculoase (Codul IMDG), adoptat prin Rezoluția MSC.122(75), care se aplică tuturor navelor sub incidența SOLAS, și care transportă mărfuri periculoase definite de acesta (Cod IMDG Reg. 1.1.1.1) [46].

Codul IMDG lasă guvernelor statelor membre, libertatea de a elabora propria legislație de aplicare a codului, în special în ceea ce privește împărțirea responsabilităților între instituții – vamă, autorități navale, portuare – sau persoane implicate în producerea, expedierea sau transportul pe mare al mărfurilor. Deși prevederile Codului IMDG sunt obligatorii, conform SOLAS cap.VII, există și prevederi care au rol de recomandări, cum ar fi:

instruirea (obligatorie pentru personalul de la uscat implicat în transportul mărfurilor periculoase pe mare, de la 1 ianuarie 2016),

determinarea punctului de aprindere al materialelor,

cerințe speciale în anumite evenimente și măsuri de prevedere implicând mărfuri periculoase.

Reglementările codului sunt principala referință în acest tip de transport iar amendamentele aduse periodic nu fac decât să încerce o echilibrare între multitudinea de mărfuri ce se transportă, asociate cu pericolele induse de acestea pe timpul transportului, și măsuri ce cresc în mod direct siguranța transportului prin controlul riscurilor asociate.

Codul IMDG este împărțit în șapte părți (împărțite pe capitole) și anexe, după cum urmează:

Partea 1 – Dispoziții generale, definiții și instruire.

În cele cinci capitole sunt enumerate principalele convenții la care Codul IMDG face trimitere și referințele reciproce dintre aceste convenții și cod. Totodată sunt descrise procedurile de instruire pentru personalul de la uscat și dispozițiile generale de siguranță pentru companii, nave, facilități portuare, ce au legătură directă cu transportul mărfurilor periculoase. Ultimul capitol este dedicat dispozițiilor generale în ceea ce privește materialele radioactive.

Partea 2 – Clasificare.

Este partea cea mai importantă din cod pentru că ajută la încadrarea materialelor, articolelor și substanțelor în anumite categorii în funcție de proprietățile fizico-chimice și pericolele pe care acestea le reprezintă. Substanțele (incluzând amestecurile și soluțiile) și articolele, sunt clasificate în una din cele 9 clase (unele incluzând și subdiviziuni), în funcție de pericolul predominant pe care îl reprezintă. Astfel:

CLASA 1 – EXPLOZIVI

-Diviziunea 1.1 – substanțe sau articole care prezintă riscul exploziei in masă

-Diviziunea 1.2 – substanțe sau articole care prezintă riscul de expulzare fără risc de

explozie în masă

-Diviziunea 1.3 – substanțe sau articole care prezintă fie un risc de incendiu de un suflu

minor, fie un risc de expulzare sau ambele riscuri fără risc de explozie în masă

-Diviziunea 1.4 – substanțe sau articole care prezintă un risc nesemnificativ

-Diviziunea 1.5 – substanțe sau articole foarte insensibile cu risc de explozie in masă

-Diviziunea 1.6 – articole extrem de insensibile fără risc de explozie în masă

CLASA 2 – GAZE

-Diviziunea 2.1 – gaze inflamabile

-Diviziunea 2.2 – gaze neinflamabile, gaze netoxice

-Diviziunea 2.3 – gaze toxice

CLASA 3 – LICHIDE INFLAMABILE

-Diviziunea 3.1 – lichide inflamabile cu punct de aprindere sub -180 C

-Diviziunea 3.2 – lichide inflamabile cu punct de aprindere între -180 C și +230 C exclusiv

-Diviziunea 3.3 – lichide inflamabile cu punct de aprindere între +230 C și +610 C inclusiv

CLASA 4 – SOLIDE INFLAMABILE, SUBSTANȚE SUSCEPTIBILE DE COMBUSTIE SPONTANĂ; SUBSTANȚE CARE, ÎN CONTACT CU APA, EMIT GAZE INFLAMABILE

-Diviziunea 4.1 – substanțe solide inflamabile, auto-reactive stabilizate la explozie și substanțe polimerizante

-Diviziunea 4.2 – substanțe solide combustibile spontan

-Diviziunea 4.3 – substanțe solide care emană gaze inflamabile la contact cu apa

CLASA 5 – SUBSTANȚE OXIDANTE ȘI PEROXIZI ORGANICI

-Diviziunea 5.1 – agenți oxidanți

-Diviziunea 5.2 – peroxizi organici

CLASA 6 – SUBSTANȚE TOXICE ȘI INFECȚIOASE

-Diviziunea 6.1 – substanțe toxice

-Diviziunea 6.2 – substanțe infecțioase

CLASA 7 – SUBSTANȚE RADIOACTIVE

CLASA 8 – SUBSTANȚE COROZIVE

CLASA 9 – ALTE SUBSTANȚE SAU ARTICOLE PERICULOASE

Conform Codului IMDG, fiecărei substanțe îi este atribuit un număr UN (numere alocate de Sub-Comitetul de Experți al ONU pentru Mărfuri Periculoase – Lista UN) și un o denumire de transport corespunzătoare pericolului, clasificării și compoziției. Lista cu numele substanțelor ce se pot transporta este prevăzută în Capitolul 3.2 – Lista de mărfuri periculoase. În capitolele clasei 2 sunt definite substanțele corespunzătoare, proprietățile fizico-chimice ale acestora sau ale diverselor amestecuri precum și determinarea diverselor puncte de fierbere, aprindere, compatibilități etc. Este de menționat faptul că sunt prevăzute măsuri pentru transportul celulelor sau bateriilor de litiu – considerate marfă periculoasă – ca urmare a accidentelor, urmate de incendii, la nave care au transportat în containere în mod necorespunzător aceste mărfuri.

Partea 3 – Lista de mărfuri periculoase, prevederi speciale și excepții.

Lista prevede cele mai importante substanțe care se transportă pe mare. Mărfurile periculoase sunt clasificate definiția clasei, teste și criterii specifice. Clasificarea mărfurilor periculoase va fi făcută de expeditor/producător sau de autoritatea competentă potrivit prevederilor Codului. “Orice mărfuri periculoase având or susceptibile de proprietăți explozive, vor fi considerate întâi ca făcând parte din clasa 1.”(Reg. 3.1.12 – Cod IMDG). Instabilitatea mărfurilor poate lua diverse forme: explozie, polimerizare cu degajare de căldură sau emisii de gaze inflamabile, toxice, corozive sau asfixiante. Lista cu mărfuri periculoase indică anumite substanțe, sau substanțe sub anumite forme, concentrații sau stări, ca fiind interzise transportului pe mare. Totuși, cele mai multe dintre acestea, pot fi transportate în stare controlată, evitând astfel instabilitatea prin pachetizare corespunzătoare, diluarea, stabilizare, adăugare de inhibitori, controlul temperaturii sau alte măsuri potrivite.

Este de menționat faptul că denumirea tehnică a mărfii va fi cea recunoscută din punct de vedere chimic sau biologic sau, numele sub care este întâlnită în tratatele științifice sau tehnice, articole de specialitate. Denumirea comercială nu va fi utilizată în acest scop. Structura Listei de mărfuri periculoase este tabelară și cuprinde 18 coloane, dintre care, cele mai importante pentru lucrarea de față, sunt: Nr. UN (col. 1), Denumirea de transport a mărfii (col. 2), Clasa sau diviziunea (Col. 3), Riscuri secundare (Col. 4), EmS (Col. 15), Proprietăți și observații cu privire la marfă (Col. 17). Codul explică detaliat, modul de interpretare al fiecărei coloane din această listă.

Partea 4 – Ambalarea și prevederi legate de cisterne (tancuri).

Acest capitol include prevederi generale legate de modul de ambalare al mărfurilor periculoase și instrucțiuni specifice detaliate privind testarea și alegerea pentru diverse moduri de împachetare și transport(butoaie, cutii, canistre, saci etc), în funcție de clasa și diviziunea mărfii ce urmează să fie transportată.

Partea 5 – Proceduri de expediție.

Această parte stabilește dispozițiile referitoare la transportul mărfurilor periculoase în ceea ce privește autorizarea transporturilor și notificările în avans, marcarea, etichetarea, documentația (pe hârtie, prin tehnici electronice de prelucrare a datelor (EDP) sau tehnici electronice de schimb de date (EDI)) și placardarea. Cu excepția cazului în care se prevede altfel în prezentul Cod, nici o persoană nu poate oferi mărfuri periculoase pentru transport dacă acele mărfuri nu sunt în marcate, etichetate, placardate și înscrise în documentele de transport conform cerințelor prezentei părți (Reg.5.1.1.2). Sunt detaliate standardele pentru etichetarea și placardarea mărfurilor periculoase dar și formulare tip pentru transportul multimodal al mărfurilor periculoase.

Partea 6 – Construcția și testarea ambalajelor, recipientelor mari de transport în vrac (IBCs), ambalaje mari, tancuri portabile, containere de gaz multi element (MEGCs) și autocisterne. Codul stabilește obligativitatea testării împotriva scurgerilor de lichid, pentru toate ambalajele ce presupun transportarea de mărfuri periculoase în această stare. Sunt stabilite de asemenea standarde de siguranță pentru recipiente, marcajul aplicat, testări și inspecții pentru diverse ambalaje folosite la transportul mărfurilor periculoase. Este o parte consistentă a Codului și dă informații tehnice foarte importante pentru producătorii sau expeditorii din lanțul de transport.

Partea 7 – Dispoziții privind operațiunile de transport.

Acest capitol reprezintă partea cea mai importantă din Cod pentru sectorul maritim pentru că stabilește regulile de stivuire și separare a mărfurilor periculoase iar Cap. 7.4 face trimitere explicită la navele portcontainer.

Surse potențiale de aprindere (foc deschis, evacuare de la mașină sau bucătării, prize electrice etc.) și protecția de căldură, însemnând stivuirea la cel puțin 2,4 m de structura încălzită a navei unde temperatura de suprafață este posibil să depășească 550 C, sunt principalele criterii în stivuirea corectă a mărfurilor periculoase.

Alte criterii detaliate sunt legate de poziționarea pe puntea navei, în magazie sau departe de spațiile de locuit, în funcție de riscul specific pe care îl reprezintă marfa periculoasă transportată sau, temperatura de transport, caz în care menținerea acesteia între anumite limite conduc la cerințe specifice de stivuire.

Separarea (segregarea) mărfurilor periculoase la bordul navelor este tratată detaliat, definind termenii separării și cerințele care trebuie respectate în vederea separării mărfurilor în funcție de clasa fiecăreia. Suma acestor cerințe a fost materializată în formă tabelară pentru ușurința încadrării rapide a mărfurilor.

Procesul de separare al mărfurilor periculoase este evidențiat sub forma unei diagrame de proces (Fig. 1.17) și, deși nu este obligatorie, respectarea etapelor din această diagramă poate reprezenta o primă măsură pentru prevenirea accidentelor (inclusiv explozie sau incendiu), ce au loc ca urmare a transportului mărfurilor periculoase la bordul navelor portcontainer.

Pentru navele portcontainer sunt definite, în termeni legați de dimensiunile containerului de 20”, principalele situații de separare a mărfurilor periculoase reprezentate în sistem tabelar sau grafic prin trimitere la circulara MSC.1/1440 unde sunt ilustrate schematic posibilitățile de separare a mărfurilor periculoase la bordul navelor portcontainer.

Există de asemenea prevederi specifice navelor portcontainer fără capace de magazie sau cu capace de magazie parțial etanșe, caz întâlnit la majoritatea navelor portcontainer mari.

Capitolul 7.8 se referă la cerințe speciale în caz de incidente si măsuri de precauție împotriva incendiilor, care implică mărfuri periculoase.

Este făcută trimitere explicită la Ghidul EmS care cuprinde recomandări detaliate pentru incidente care implică mărfuri periculoase, dar și prevederi generale pentru prevenirea incendiilor la diverse clase de substanțe periculoase (clasa 1,2, 3 și 7).

Fig. 1.17 Diagrama fluxului decizional de segregare (Anexa 5, Cod IMDG)

Codul IMDG este în permanență amendat, pentru adaptarea cadrului legal, în care se desfășoară transportul mărfurilor periculoase la bordul navelor, la ultimele abordări privind riscurile asociate transportului acestor mărfuri. De la 1 ianuarie 2018 intră în vigoare al 38-lea amendament ce consolidează de fapt ediția 2016 a Codului IMDG.

c) Proceduri de răspuns în caz de urgență pentru nave ce transportă mărfuri periculoase (Ghidul EmS). Ghidul se referă la cazurile de incendiu și scurgeri(scăpări) ce pot apărea la bordul navelor ce transportă mărfuri periculoase și reprezintă un ajutor pentru operatorii navei sau alte părți implicate în elaborarea planurilor de intervenție la navă, fiind recomandată introducerea acestuia în sistemul de management al siguranței (SMS) specific pentru fiecare navă. El reprezintă un instrument util pentru consultare în caz de urgență având încorporate atât proceduri care trebuie aplicate, cât și informații referitoare la marfă (cum ar fi exploziile), care ar putea pune în pericol siguranța navei, în funcție de specificul navei și volumul de mărfuri periculoase; măsurile luate la bord pot lua în considerare abandonul navei (sau cererea de asistență), încă din stadiu incipient al evenimentului.

d) Codul Internațional Pentru Instalațiile De Protecție Contra Incendiului (Codul FSS). Acest cod stabilește standardele internaționale referitoare la cerințele tehnice pentru instalațiile de protecție contra incendiului cerute de capitolul II-2 din SOLAS. Pentru navele portcontainer, cerințele tehnice se referă la:

mijloace automate de avertizare sonoră și vizuală, la eliberarea mediului de stingere a incendiului în magaziile de containere (inclusiv frigorifice),

Este de menționat faptul că pentru evacuare, în cazul unor evenimente bruște sau scurte proiectarea instalației de tubulatură fixă pentru gaz (CO2) astfel încât timpul de descărcare în încăpere, pentru două treimi din cantitatea totală, să fie de maxim 10 minute,

încercarea instalației, prin utilizarea de mijloace de producere a fumului, de recepționarea a alarmei în cel mult 300 de secunde pentru magaziile pentru, după ce fumul a ajuns la cea mai îndepărtată priză de fum.

e) Evaluarea Formală privind Siguranța (Codul FSA). În anul 2007, Comitetul de Securitate Maritimă, în a 83-a sesiune, a adoptat Ghidul de Evaluare Formală privind Siguranța (FSA- Formal Safety Assessment), pentru utilizarea în procesul decizional de elaborare a legilor din cadrul IMO. Ca anexă la documentul elaborat, este prezentat un studiu efectuat de Danemarca, privind FSA la navele portcontainer. Această analiză a fost efectuată pentru estimarea nivelului de risc și pentru identificarea și evaluarea posibilelor opțiuni de control ale riscului (RCO – Risk Control Option) la navele portcontainer.

Pe lângă coliziune și eșuare, a fost evaluat și riscul de incendiu sau explozie, iar una dintre opțiunile de control ale acestui risc (RCO), la navele portcontainer a fost reducerea cantității de mărfuri periculoase nedeclarate. Această recomandare a fost parțial implementată, prin cântărirea tuturor containerelor din terminal, care urmează să fie încărcate, cerință obligatorie de la 1 iulie 2016, pentru toate navele portcontainer.

O serie de prevederi cu impact în lupta împotriva incendiilor la bordul navelor portcontainer este reprezentată de cerințele societăților de clasificare. Aceste organisme, prin însăși rolul pe care îl au, de verificare a modului de proiectare și construire a navei, în vederea respectării atât a cerințelor legale sus-amintite, dar și anumitor cerințe pe care armatorii sau operatorii navelor le impun în domeniul siguranței exploatării.

Deși aplicabilitatea normelor elaborate de aceste societăți este limitată la navele pe care le supraveghează, cadrul normativ stabilit de acestea, este superior celui legal obligatoriu, bazat pe experiența acumulată, studii și cercetări recente, feed-back rapid pentru măsurile implementate, toate acestea dublate introducerea în zona de operare a navelor cu mult mai repede în comparație cu procesul lung și rigid de legiferare al autorităților/statelor.

Pe lângă reglementările obligatorii, IMO a elaborat și ghiduri cu măsuri suplimentare de siguranță la bordul navelor, cum ar fi, recomandări privitoare la cantitatea de CO2 suplimentară necesară să fie descărcată în magaziile de containere, luând în considerare spațiul dintre capacele magaziilor – 50 mm – neetanșeitatea provocând pierdere de gaz din magazie. Evaluarea acestei recomandări a fost făcută de ABS care, stabilindu-și ca obiective, estimarea cantității de CO2 necesare să fie descărcate în magazia de containere și furnizarea unui sistem care să minimizeze pierderile de gaz prin capacele de magazie neetanșe, a realizat un studiu pentru introducerea unor criterii de performanță privind concentrația de CO2 în magazie (de minim 30% din volumul brut al magaziei) și timpul alocat atingerii acestei concentrații – 7 minute de la descărcarea gazului.

Cu ajutorul unui program CFD pentru a determina distribuția de gaz în interiorul magaziei și pe baza unor scenarii și parametri bine documentate, concluzia a fost că nu este necesar implementarea regulii de suplimentare a CO2 pentru magaziile neetanșe deoarece, deși cantitatea de gaz “scăpată” din magazie este de șase ori mai mare decât cea previzionată, totuși este acoperit necesarul cantității de CO2 în timpul stabilit de reglementări.[47]

Aceeași societate de clasificare, în anul 2013, introduce opțional, noțiunea de Protecție Avansată la Incendiu (EFP – Enhanced Fire Protection), pentru diverse compartimente ale navei (spații de locuit, sala mașini, magazii de marfă), furnizând totodată criteriile tehnice care trebuie îndeplinite de navă, în scopul îmbunătățirii siguranței la incendiu.

Metoda de completare a clasei navei cu indicative specifice societății de clasificare este întâlnită pentru majoritatea navelor. Acest lucru este evident o garanție de respectare a unor reguli și de implementare de măsuri suplimentare, cerute de societatea de clasificare într-un domeniu bine definit. Eficiența introducerii acestor măsuri este legată de costurile ulterioare de asigurare spre exemplu, strategie de marketing sau renume pentru companie, dar mai ales de diminuarea reală a unor riscuri prin posibilitatea reală de răspuns la pericole.

Odată cu dezvoltarea flotei de nave portcontainere, și alte societăți au introdus notări proprii pentru acest tip de nave, cum ar fi DNV (Det Norske Veritas) care, în anul 2011, a început aplicarea notației F-C pentru nave portcontainer care respectă cerințe constructive și de echipare pentru lupta împotriva incendiilor pe puntea navei. Merită menționată măsura de obligativitate pentru unele echipamente de stins incendiul cum ar fi țevile de refulare tip lance care să poată găuri tabla containerului sau tunuri mobile cu capacitate de minim 60 m3/oră, fiecare [48].

Măsuri suplimentare implementate la bordul navelor portcontainer se pot referi, spre exemplu, la cerințe specifice pentru [49]:

controlul lansării CO2,

sistemul de stingere a incendiului cu CO2 cu butelii,

alte sisteme de stingere a incendiului

camera de stocare a mediului de stingere a incendiului,

echipamente – costume de protecție, sisteme de comunicații radio.

Recunoscând creșterea importantă a volumului de marfă transportată de navele portcontainer pe punte, asociată cu riscurile pentru navă și echipaj, în scopul de a merge dincolo de reglementările SOLAS amendate, așa cum s-a arătat mai sus, ABS a elaborat cerințe și criterii pentru recunoașterea capacității crescute de luptă împotriva incendiilor la bordul navelor portcontainer care transportă containere pe punte. Adnotarea ”FOC+” (Fire-fighting On-deck Container) spre exemplu, la navele certificate în acest scop, înseamnă respectarea unor cerințe adiționale de protecție a capacelor de magazie [50].

Este de menționat că ghidurile elaborate de unele societăți de clasificare, sunt consolidate anual, subliniindu-se astfel, importanța pe care o acordă acestea luptei împotriva incendiilor la bordul navelor portcontainer.

1.7.2 Stadiul actual al dezvoltării sistemelor de stingere a incendiilor la bordul navelor portcontainer

Sistemele de stingere a incendiilor la bordul navelor portcontainer sunt în cea mai mare parte comune pentru toate celelalte tipuri de nave tip cargou, însă prezentarea instalațiilor care pot fi folosite pentru stingerea incendiilor care cuprind marfa (containerele) sau compartimentul mașină, evidențiază avantajele sau dezavantajele pe care le au în exploatarea lor.

Lupta împotriva incendiilor în spațiile de locuit de pe navă, este tratată în general, în același cadru cu cea de la uscat, cu mici diferențieri specifice care nu schimbă modul general de abordare.

1.7.2.1 Sistemul de stingere a incendiilor cu CO2 la înaltă presiune

Acest sistem are o utilizare largă, fiind folosit la majoritatea tipurilor de portcontainere în acest moment.

Dintre avantajele folosirii sistemului de stingere a incendiilor cu CO2 enumerăm:

Este foarte potrivit pentru lupta împotriva incendiilor în sala mașini, spațiile de locuit dar și în magaziile de marfă, în special la navele portcontainer unde, datorită limitării desfășurării oricărui alt echipament de stingere a incendiului datorită gradului mare de ocupare a spațiului în magazie.

Este foarte eficient în stingerea efectivă a focului și nu lasă reziduuri materiale.

Utilizarea CO2 este potrivită pentru o largă paletă de materiale combustibile care au luat foc – lichide, gaze, echipamente electrice , sau în cazul incendiilor care ard mocnit.

CO2–ul este un gaz inert, ieftin, nu dăunează materialelor cu care intră în contact și nu formează amestecuri explozive sau toxice la contactul cu majoritatea substanțelor.

Caracteristicile constructive sunt comune majorității tipurilor de instalații pentru stins incendiul cu CO2 la înaltă presiune iar elementele principale sunt reprezentate schematic în Fig. 1.18. Sistemul constă într-un set de cilindri, de regulă cu capacitatea unitară de 67,5 l și care sunt încărcați cu 45 – 55 kg de CO2 la presiunea de 55-60 bar/200 C, iar valvulele pot fi operate manual sau de la distanță.

Cilindrii sunt prevăzuți de obicei cu supape de suprapresiune (cu disc de rupere) care se activează la presiunea de 175-190 bar. Aceștia sunt conectați printr-un colector la linia principală, care prin intermediul unei valvule de distribuție trimite agentul de stingere (CO2) către locul dorit pe navă prin intermediul tubulaturii și duze.

Dimensionarea acestor elemente este calculată din stadiul de proiect, pentru a asigura descărcarea gazului în locul dorit, în timpul și cantitatea prevăzute de reglementările legale, cum ar fi Codul FSS (The International Code for Fire Safety Systems).

Fig. 1.18 – Schema sistemului de stingere a incendiilor cu CO2 de înaltă presiune

Sistemul de stingere a incendiilor cu CO2 reprezentat în Fig.1.18 cuprinde:

1. Valvulă de distribuție

2. Baterie de butelii CO2

3. Mâner nr. 1

4. Mâner nr. 2

5. Butelii de control (principală și de rezervă)

6. Regulator pneumatic

7. Comutator operat prin presiune

8. Linie butelii

9. Supapă de purjare

10. Linie de control nr. 1

11. Linie de control nr. 2

Pentru toate navele portcontainer, instalația este proiectată să lanseze două treimi din gaz în timp de maxim 10 minute. Instalația este de asemenea proiectată, astfel încât să poată fi descărcată o treime, două treimi sau toată cantitatea de gaz, în funcție de gradul de încărcare al magaziei[51].

Lansarea gazului este activată pneumatic (Fig. 1.18), electric sau mecanic, iar între momentul comenzii și descărcarea efectivă a gazului există o mică întârziere (cerință Cod FSS) pentru alarmarea și evacuarea tuturor persoanelor din compartimentul ce urmează să fie inundat cu CO2.

Dintre dezavantajele sistemului de stingere cu CO2 la înaltă presiune se pot enumera:

cantitatea de gaz folosită este limitată la capacitatea buteliilor,

nu are efect de răcire,

prezintă pericol de asfixiere,

efectul este limitat în cazul magaziilor de containere datorită imposibilității pătrunderii în interiorul containerului în care este un incendiu,

necesită alocarea unei încăperi speciale, suficient de mare pentru depozitarea unui număr corespunzător de cilindri și a cărui înălțime să permită atât montarea colectorului dar mai ales cântărirea cilindrilor, normă prevăzută de SOLAS,

întreținerea și verificarea buteliilor, înlocuirea gazului trebuie făcută conform reglementărilor, lucru cumva costisitor și anevoios,

descărcarea de CO2 poate produce electricitate statică,

exercițiile nu pot fi efectuate prin folosirea efectivă (completă) a instalației.

1.7.2.2 Sistemul de stingere a incendiilor cu CO2 cu presiune scăzută

Datorită creșterii dimensiunilor navelor portcontainer și implicit a magaziilor de marfă, a fost adoptat în ultimii ani acest tip de sistem de stingere a incendiilor cu dioxid de carbon, care înlocuiește sistemul clasic, ce ar necesita un număr impresionant de butelii cu CO2, a căror întreținere și exploatare ar fi foarte dificilă.

Navele de 18.000 TEU, cum ar fi CMA CGM Benjamin Franklin, lansată în 2015, folosesc acest tip de sistem, care înlocuiește echivalentul a 600 de butelii de CO2.

După cum este reprezentat schematic în Fig. 1.19, dioxidul de carbon, în cantitate stabilită din proiectare, este stocat într-un recipient (tanc) a cărui presiune de lucru este de 1,8 N/mm2 – 2,2 N/mm2, construit din oțel, după norme ale societăților de clasificare, care respectă și actualele prevederi legale. Acest lucru duce la o reducere de 50% a greutății, comparativ cu buteliile clasice.

Recipientul este prevăzut cu două valvule de siguranță, a căror evacuare duce în aer liber. Cantitatea de gaz poate fi ușor verificată prin indicator de nivel al lichidului în recipient, scăderea sau depășirea cantității declanșând o alarmă.

Recipientul este izolat termic și deservit de o instalație frigorifică automată, constând în compresor, motorul principal, evaporatorul și condensorul. Instalația frigorifică trebuie să fie dublată în totalitate atât electric cât și mecanic. Temperatura obișnuită de lucru este de -180 C corespunzătoare unei presiuni de stocare de 2.1 MPa.

Valvulele de distribuție sunt operate automat dar, cu suprareglare manuală, și sunt calibrate pentru descărcarea cantității de CO2 necesară conform cerințelor de clasificare ale navei.

Lansarea gazului se face automat, din postul de comandă care reglează cantitatea și zona unde acționează gazul. Tubulatura este dimensionată așa încât, cantitatea de gaz ce trebuie lansată într-un anumit timp să fie asigurată și în nici un punct din sistemul de tubulatură presiunea să nu coboare sub 1,05 MPa pentru a preîntâmpina înghețarea duzei.

Fig. 1.19 Schema sistemului de stingere a incendiilor cu CO2 cu presiune scăzută

Avantajele sistemului de stingere a incendiului cu CO2 cu presiune scăzută derivă din economia de spațiu, greutate și versatilitatea în lansarea parțială sau totală a gazului, într-unul sau mai multe compartimente de marfă odată. Completarea gazului prin reumplerea recipientului se face cu un simplu autocamion cisternă racordat la instalație.

Actualele sisteme de răcire au atins un nivel ridicat de fiabilitate și eficiență, astfel, la nave precum cea sus amintită, compresorul funcționează timp de cca 3 ore pe zi pentru menținerea temperaturii în recipientul cu gaz.

Ținând cont de avantajele sistemului de stingere a incendiului cu CO2 cu presiune scăzută, prin comparație cu sistemul clasic care folosește butelii, se poate concluziona că la navele portcontainer, în special la cele de generație nouă, care au dimensiuni mari (Post Panamax, New Panamax și ULCV), introducerea acestuia reprezintă o bună măsură de îmbunătățire a luptei împotriva incendiilor și exploziilor.

1.7.2.3 Sistemul de stingere a incendiilor cu CO2 cu ceață de apă la înaltă presiune

La bordul navelor acest sistem este în prezent folosit în special pentru compartimentul mașină sau spațiile de locuit, în compartimentele de marfă fiind folosit cu precădere sistemul cu dioxid de carbon. Pentru incendiile din compartimentele de marfă sau de pe puntea navelor portcontainer, arderea care le produce poate fi generată și întreținută după clasicul triunghi al focului – căldură, oxigen, material combustibil – sau, conform evaluărilor mai recente și perfect aplicabile în cazul acestor nave, căldură, oxigen, combustibil și reacții chimice în lanț, care întrețin sau alimentează suplimentar arderea în caz de incendiu.

Lupta împotriva incendiilor presupune eliminarea unuia din cele trei sau patru elemente sus menționate iar dioxidul de carbon ajută în mod direct la scăderea concentrației de oxigen necesară arderii.

Sistemul de stingere a incendiului cu ceață de apă de apă la înaltă presiune acționează atât asupra oxigenului prin scăderea concentrației datorită evaporării picăturilor de apă și măririi volumului (peste 1600 ori), dar și la răcirea materialului combustibil, echivalent cu folosirea clasică a apei (cu sprinklere sau ajutaje), prin norii de picături ce filtrează radiația infraroșie și întrerup totodată lanțul de reacție al combustiei.

Sistemul lucrează la o presiune de 100 bar – 150 bar, producând o ceață din particule de apă de 10 µm, eficiența fiind exemplificată prin suprafața mare de acțiune – până la 200 mp cu un litru de apă.

Principalele componente ale sistemului sunt:

panoul de comandă,

pompa de apă de înaltă presiune,

detectoarele de incendiu din zonele în care acționează,

electrovalvă pentru fiecare zonă în care acționează,

duzele de apă care produc ceața,

există două tipuri de instalații cu ceață de apă la înaltă presiune:

cu duze închise – în care tubulatura sistemului este plină cu apă, la presiune de aproximativ 12 bar; la depășirea unei anumite temperaturi (presetate de exemplu la 570 C) senzorul atașat duzei se activează eliberând ceața de apă doar în zona afectată,

cu duze deschise – în care tubulatura sistemului este goală, iar activarea se face manual, odată cu declanșarea alarmei senzorilor de temperatură, fum sau flacără dintr-o anumită zonă, acționând numai asupra duzelor din secțiunea afectată.

Avantajele folosirii sistemului de ceață de apă la înaltă presiune la bordul navelor portcontainer constau în:

acționează direct asupra concentrației de oxigen și răcește zona afectată de incendiu,

folosirea sistemului nu este limitată datorită folosirii apei pe post de agent de stingere, acționează imediat în caz de incendiu, fără a fi nevoie de pregătiri suplimentare,

folosește o cantitate mică de apă pentru ținerea sub control a incendiului,

nu este dăunătoare pentru oameni sau mediu,

instalare și întreținere ușoară.

Deși la bordul navelor portcontainer acest sistem este folosit cu precădere în spațiile aferente compartimentului mașină, se încearcă elaborarea unor soluții tehnice pentru magaziile de marfă sau zonele de stivuire de pe punte, care să exploateze avantajele sus amintite, ale sistemului.

CAPITOLUL 2 DESCRIEREA CERCETĂRILOR EFECTUATE ÎN SCOPUL EVALUĂRII RISCURILOR ASOCIATE EXPLOATĂRII NAVELOR PORTCONTAINER

2.1 STUDIUL OSCILAȚIILOR NAVELOR PORTCONTAINER ÎN CONDIȚII EXTREME

Navele portcontainer, în special cele de ultimă generație, au o carenă specifică, cu forme subțiate și alungite la extremitatea prova și pupa, iar puntea principală de formă dreptunghică pe aproape toată lungimea pentru a permite încărcarea unui număr cât mai mare de unități pe punte. Numărul containerelor care pot fi încărcate pe punte este cel puțin egal cu cel încărcat în magaziile navei. O navă cu capacitatea de 11.388 TEU (exemplu navă de tip CMA CGM ANDROMEDA lansată în anul 2009), poate încărca pe punte 5.844 TEU iar în magazii 5.544 TEU. Spre deosebire de nave tanc sau mineraliere, navele portcontainer au aproape jumătate din lungimea corpului navei constituită din pereți laterali, restul fiind evazaje, mai mult sau mai puțin pronunțate în zona prova și pupa, pentru motivele de mai sus.[52]

Când nava portcontainer este parțial încărcată și navigă în condiții de mare agitată, datorită faptului că înălțimea metacentrică transversală, GM, poate avea valori excesiv de mari, solicitările pe care le suportă amarajul containerelor pot conduce la cedarea legăturilor și căderea containerelor peste bord. Aceiași factori care contribuie la avarierea mărfii și containerelor sunt răspunzători însă și pentru posibile avarii la corpul navei, lucru cu mult mai grav deoarece pot afecta rezistența structurală a navei.

Reducerea vitezei de marș împreună cu schimbarea de drum sunt măsuri minime și necesare, care pot fi luate în situații de furtună pentru a evita riscul acestui tip de avarii. Rapoartele agențiilor de investigații a accidentelor maritime sunt edificatoare în acest sens arătând o creștere continuă a incidentelor în care navele portcontainer suferă de pe urma traversării zonelor cu furtună, iar un raport al asiguratorului Swedish Club confirmă faptul că, jumătate din reclamațiile maritime au legătură cu nave portcontainer.

Nu este surprinzător că 33% din reclamațiile la corp și mașină în timp de furtună s-au întâlnit în Oceanul Atlantic și Oceanul Pacific. Dintre acestea, 48% se referă la nave portcontainer, 27% pentru mineraliere și 15% pentru nave tip RO-RO, conform acestui raport.[53]

Aspectul particular pe care teza actuală îl abordează este legat de fenomenele oscilatorii periculoase pe care nava portcontainer le poate întâlni, cum ar fi, ruliul parametric sau oscilațiile navei în valuri de urmărire, care nu au fost studiate decât în ultimii ani, odată cu raportarea apariției acestor fenomene în exploatarea navelor portcontainer. Deși efectele oscilațiilor se răsfrâng în mod direct în caracteristica de stabilitate a navei, odată cu pierderea stabilității, crește corespunzător și gradul de solicitare al structurii navei de aceea, studierea primei caracteristici poate evidenția gradul de solicitare pentru a doua.

În ultimii ani se constată o extindere a cercetărilor în privința variației stabilității navei portcontainer în condiții de valuri și efectele acestei variații precum și implementarea unor aplicații computerizate de evaluare a mișcărilor oscilatorii ale navei, cum ar fi programul OCTOPUS, cu ajutorul căruia a fost efectuată o simulare aplicată unei nave portcontainer, în cadrul acestei teze.

Trebuie remarcat faptul că, în 1939, Rahola a dezvoltat o metodă de stabilire a valorilor minime ale parametrilor de stabilitate, bazate pe analiza accidentelor înregistrate.[54]

Criteriile propuse au fost folosite în anii următori, până în 1968, când IMO a elaborat recomandări internaționale de stabilire a criteriilor de stabilitate, folosind o metodă similară. Până la sfârșitul anilor 1950, stabilitatea navei a fost tratată static, iar cercetările au fost concentrate pe calculul curbelor brațului de redresare și de evaluare a momentului de redresare.

Oscilațiile navei pe valuri au avut la bază metoda Froude-Krylov, metodă ce presupune valuri regulate și unghiuri de înclinare mici. Metoda a fost îmbunătățită după anul 1953, când a fost publicată de către St.Denis și Pierson, lucrare ce tratează nava și mișcările oscilatorii, ca pe un sistem dinamic iar abordarea cuprinde componente probabilistice și fenomene neliniare. [55]

După ce anumite nave portcontainer au suferit un ruliu puternic, neașteptat dar și periculos, investigațiile au dus la concluzia că mișcările navei în acest mod sunt provocate de rezonanța parametrică și produc ruliu parametric sau ruliu sincronizat. Pierderea stabilității navei poate fi și efectul anumitor mișcări pe care nava le poate urma datorită valurilor de urmărire (valuri de pupa) iar efectul poate fi plutirea pe creasta de val (surf riding) sau căderea navei între valuri de urmărire (broaching to).

Comportamentul dinamic al navei în condiții de mare cu valuri de urmărire este un lucru foarte complex. Factori adiționali cum ar fi: apa îmbarcată pe punte, momente de înclinare suplimentare datorate inundării punții navei, deplasarea mărfii pe navă datorită mișcărilor puternice, pot apărea în combinație sau ca urmare a fenomenelor periculoase descrise mai sus.

Cercetarea acestor fenomene a continuat pe parcursul ultimilor ani astfel încât, în 2008, IMO a introdus un set de reguli obligatorii dar și recomandări cu privire la asigurarea stabilității navei în condiții de mare agitată. Ca și noi moduri de scădere a stabilității navei au fost introduse noțiunile de: rezonanță parametrică a mișcării de ruliu indus, pierderea totală (pură) de stabilitate și căderea navei între valurile de urmărire.[56]

A doua generație de criterii de stabilitate pentru ruliu parametric și pierdere a stabilității este în curs de elaborare și are ca principiu abordarea pe mai multe niveluri.

Pentru că evaluarea directă a stabilității dinamice poate să nu fie necesară pentru toate navele sub incidența IMO, primele doua niveluri de vulnerabilitate după cum au fost denumite, sunt de verificare a riscului de scădere a stabilității.[57]

Conform definiției clasice, oscilațiile navei sunt mișcările periodice pe care nava, considerată corp rigid, le poate efectua pe apă liniștită sau pe valuri. Dacă pe apa liniștită nava oscilează când este scoasă din poziția de echilibru de către forțe exterioare a căror acțiune încetează ulterior (acțiunea vântului, deplasarea de greutăți la bord etc.), pe valuri, nava oscilează sub acțiunea forțelor datorate maselor de apa aflate în mișcare.[58]

Trebuie menționat că, pe lângă oscilațiile produse, valurile mării contribuie la actualele nave portcontainer, cu corpuri din ce în ce mai mari, și la un alt răspuns dinamic și anume vibrațiile grinzii elastice (componente de joasă frecvență) ale corpului navei, studiate pe baza teoriei hidroelasticității.[59]

Fig. 2.1 Mișcările oscilatorii ale navei după cele 6 grade de libertate

Studiul complet al oscilațiilor navei pe toate cele 6 grade de libertate ale mișcării este foarte dificil și de aceea cercetările sunt în general simplificate la mișcări cuplate așa cum se poate observa și în Fig. 2.1.

2.1.1 Evoluția stabilității navei portcontainer pe valuri

Stabilitatea navei este una dintre cele mai importante calități ale navei din punct de vedere al sigurantei în modurile arătate anterior, iar modul în care aceasta se modifică în navigația pe valuri este încă intens studiată.

În acest capitol sunt reliefate caracteristicile oscilațiilor navei portcontainer și modul cum acestea îi influențează stabilitatea, iar în capitolul următor, pe baza acestui studiu, este efectuată o analiză computerizată a comportamentului unei nave portcontainer folosind programul OCTOPUS.

Atunci când o navă traversează o zonă cu valuri, partea imersă a corpului navei se schimbă în mod continuu. Acest lucru se accentuează când lungimea valului este sensibil egală cu lungimea navei.

În abordările teoretice clasice, mărimea stabilității este dată de volumul corpului de navă scufundat în apă.

Spre exemplu, pentru nava aflata pe gol de val, în zona centrală, cu lățime maximă în cazul portcontainerelor, bordul liber crește iar momentul de inerție este maxim. Influenta conjugata a bordului liber crescut si a momentelor de inerție mari împreună cu ponderea mărită a zonei centrale în mărimea momentului de redresare, rezultă în cresterea valorilor pe ordonata diagramei da stabilitate.

Abordări actuale în evaluarea stabilității pe valuri, folosesc în locul volumului, aria suprafeței de plutire, practic accentuând dependența stabilității de formele corpului navei.[60]

Astfel, așa cum se poate observa și din Fig. 2.2, când mijlocul navei ajunge în golul de val, suprafața plutirii de modifica datorită formei neregulate a corpului navei.

Fig. 2.2 Schimbarea planului plutirii pentru o navă în gol de val

Prova alungită din considerente hidrodinamice și pupa evazată accentuat, pentru a maximiza transportul pe punte al containerelor, face ca aria plutirii să se modifice în permanență la navigația pe valuri.

În acest caz, valul urcă pe corpul navei în zona prova, care este evazată pentru a proteja puntea navei împotriva ambarcării apei pe punte.

La pupa se întâmplă același fenomen deoarece zona pupa, de asemenea crește în lățime din considerentele sus menționate, dar și din considerente de proiectare, pentru a îngloba echipamentele din compartimentul cârmă sau mașină, deci și aria plutirii crește corespunzător.

În zona mediană corpul navei are pereți verticali, suprafața plutirii rămânând constantă pentru variații largi ale pescajului (la navele portcontainer această zonă are aproximativ jumătate din lungimea corpului navei din considerente care țin de necesitatea dezvoltării unor viteze mari ale navei).

În cazul în care nava se află pe creasta valului fenomenul este reprezentat în Fig. 2.3 și se poate constata că, datorită provei înguste aria plutirii în această zonă se reduce foarte puternic, chiar luând în considerare bulbul prova.

Dacă lungimea valului este aproximativ egală cu lungimea navei și creasta valului se află la mijlocul ei, golul de val va fi în zona prova și pupa unde reducerea pescajului va duce la o substanțială reducere a ariei de plutire.[60]

Fig. 2.3 Schimbarea planului plutirii pentru o navă pe creasta de val

Zona de mijloc a navei nu influențează aria plutirii deoarece pereții laterali verticali pe aproape toată înălțimea corpului navei face ca aceasta să fie constantă. Se poate constata în acest caz, conform figurii, că atunci când mijlocul navei se află pe creasta de val, aria plutirii se reduce foarte puternic.

Fig. 2.4 Variația stabilității la trecerea navei prin gol de val (sus) și pe creasta valului (jos)

Cum bine se cunoaște, aria plutirii are efect direct asupra stabilității navei prin modificarea brațului de redresare GZ (funcție de unghiul de înclinare φ), lucru care este evidențiat în Fig. 2.4, unde folosind diagrama stabilității statice putem observa variația brațului de redresare pentru diferite unghiuri de înclinare.

2.1.2 Formarea ruliului parametric

Un caz specific de scădere a stabilității navei și de apariție a unor solicitări suplimentare asupra corpului navei este întâlnit, în cazul în care nava dezvoltă fenomenul de ruliu parametric.

Prezentul studiu arată ultimele abordări în cercetarea acestui domeniu, criterii de apariție a ruliului parametric fiind un subiect de actualitate atât pentru cercetători, cât și pentru operatorii navelor, în scopul creșterii siguranței la bord în cazul navigației în valuri longitudinale (de prova sau de pupa).

Apariția și creșterea ruliului parametric este cauzat de schimbarea stabilității navei odată cu întâlnirea unor valuri cu o frecvență bine determinată – de două ori frecvența naturală de oscilație transversală a navei. În Fig. 2.5 este reprezentată schematic apariția și dezvoltarea acestui fenomen.

Atunci când nava se află pe gol de val, așa cum am arătat mai sus, stabilitatea navei este puternic crescută, iar o înclinare oarecare datorită ruliului, inițiază un moment de redresare suplimentar. Nava dezvoltă o viteză de rotație care o face să treacă prin poziția dreaptă fără să se oprească din mișcarea de ruliu, continuând să se încline în celălalt bord, odată cu urcarea pe creasta de val, când scăderea stabilității conduce la o înclinare accentuată în bordul opus. Ruliul continuă până când, căderea în golul de val conduce la o creștere suplimentară a stabilității și nașterea unui moment de redresare, iar ciclul se repetă.

Deși fenomenul a fost observat, în cazul navigației în condiții de hulă în special și studiat teoretic de mai mulți ani dar mai mult la modul general, riscul ca acesta să afecteze navele portcontainer a făcut să fie introduse la bordul acestora, instrucțiuni specifice pentru identificarea condițiilor de apariției a ruliului parametric.

a → b → c → d → e

Stabilitate crescută, Revenire puternică Stabilitatea navei scăzută Stabilitatea crescută

moment de nava dezvoltă și ruliul navei continuă din nou, redresare

redresare puternic viteză de rotație puternică, ciclu se reia

Fig. 2.5 Dezvoltarea rezonanței parametrice la ruliu (Ruliu parametric)

Studiul teoretic are la bază fenomenele fenomenul de rezonanță în oscilațiile navei în condiții de valuri. Așa cum se poate observa și din Fig. 2.6 jumătate din perioada de ruliu a navei corespunde cu perioada de trecere a unui val fapt care duce la posibilitatea apariției fenomenului de rezonanță a ruliului.[61]

Ruliul parametric este un fenomen de rezonanță care se aseamănă cu ruliul de rezonanță datorat valurilor de travers (situație care poate deveni periculoasă în condiții de valuri mari, în cazul navelor care trebuie să întoarcă sau a navelor rămase fără propulsie), dar este indus doar într-o bandă limitată de frecvență a valurilor întâlnite care depinde de amplitudinea schimbării de stabilitate a navei.

În schimb, rezonanța la valuri de travers depinde în mod direct de înălțimea valurilor, iar dacă frecvența acestora nu este în limitele de rezonanță, nava va avea un ruliu obișnuit de mică amplitudine.

Mișcarea navei în raport cu masa de apă în mod evident că influențează frecvența valurilor pe care nava le întâlnește, în funcție de viteza cu care se deplasează, dar și direcția relativă față de direcția din care vine valul.

Fig. 2.6 Dezvoltarea ruliului parametric

În condiții de navigație în valuri care au aceleași caracteristici, perioada valului de întâlnire poate scădea sau crește, daca nava merge odată cu valul sau împotriva lui.

2.1.3 Abordări matematice ale mișcării oscilatorii ale navei în cazul ruliului parametric

Studiul oscilațiilor navei pe val reprezintă o deosebită problemă de mecanică și pentru rezolvarea acesteia sunt introduse ipoteze simplificatoare, formule empirice și date statistice. Deși fenomenele care au loc sunt de mai mult timp în atenția specialiștilor în domeniu, o rezolvare completă care sa dea soluții clare de interpretare a tuturor proceselor care au loc atunci când nava se mișcă pe valuri încă nu a fost găsită.

În ultimii ani însă, au fost prezentate abordări noi ale acestei probleme, care se apropie din ce în ce mai mult de o acoperire largă a aspectelor de mai sus. Se consideră că indiferent de tipul lor , oscilațiile navei sunt apropiate de oscilațiile armonice.

Oscilațiile transversale sau de ruliu sunt considerate mișcări periodice de rotație pe care nava, considerată un corp rigid, le efectuează în jurul axei longitudinale centrale de inerție a masei sale.

Ecuația diferențială a oscilațiilor amortizate pe apă liniștită se obține din condiția de echilibru la momentul t adică suma momentelor M care acționează asupra navei este 0:

(2.1)

Considerând:

[kNm] – momentul stabilității transversale unde : Δ este mărimea forței de deplasament în kN, GM înălțimea metacentrică transversală inițială în m și Φ unghiul de înclinare transversală;

[kNm] – momentul de inerție al masei navei, calculat față de axa Ox a navei unde: este momentul de inerție al masei navei în tm2 iar accelerația unghiulară a mișcării în rad/s2;

[kNm] – momentul de inerție al masei de apă antrenată în mișcare odată cu nava, calculat față de axa Ox a navei unde: este momentul de inerție al masei de apă antrenată în mișcare față de axa Ox în tm2 iar accelerația unghiulară a mișcării în rad/s2.

[kNm] – momentul forțelor hidrodinamice de rezistență a apei în funcție de viteza unghiulară iar factor de proporționalitate al momentului cu viteza unghiulară ( coeficient de amortizare) în tm2/s.[58]

Introducând momentele și ordonând termenii, se poate scrie:

(2.2)

deci:

(2.3)

reprezentând ecuația diferențială a mișcării, care este o ecuație de ordinul doi omogenă, cu coeficienți constanți.

Așa cum am arătat anterior, înălțimea metacentrică GM, variază în timp la trecerea valului (foarte apropiat de o sinusoidă), astfel că:

(2.4)

Unde ɷe este frecvența valului întâlnit, GMm este înălțimea metacentrică medie iar GMa este amplitudinea înălțimii metacentrice care pot fi scrise:

(2.5)

(2.6)

Unde și sunt valorile instantanee, maximă și minimă, pe care înălțimea metacentrică GM o poate lua la trecerea succesivă a crestei și golului de val de-a lungul corpului navei.

Se poate substitui (2.4) în ecuația (2.3) și împărțind la ) se obține următoarea ecuație:

(2.7)

Unde:

(2.8)

Pentru aducerea în formă standard a ecuației (2.7) se introduce factorul :

(2.9)

Făcând substituția (2.9) în ecuația (2.7) :

(2.10)

Unde coeficienții ecuației sunt:

(2.11)

Următoarea substituție elimină amortizarea introducând o nouă variabilă x:

(2.12)

Astfel încât, forma finală a ecuației oscilației transversale se obține substituind (2.12) în (2.8), care este o ecuație de tip Mathieu:

(2.13)

Unde:

(2.14)

Ecuația Mathieu este o ecuație diferențială liniară cu coeficienți variabili, ale cărei soluții nu pot fi exprimate cu funcții elementare.

Fig. 2.7 Soluții stabile ale ecuației Mathieu

Așa cum se știe, ecuația Mathieu poate avea două tipuri de soluții, o interpretare a acestora fiind făcută și de unii cercetători, pentru elaborarea de noi criterii de stabilitate, cerute de IMO [62]:

mărginite sau stabile (Fig. 2.7) sau

nemărginite sau instabile (Fig. 2.8) depinzând de combinația dintre coeficienții p și q.

Fig. 2.8 Soluții instabile ale ecuației Mathieu

Diagrama Ince-Strutt (Fig. 2.9) arată relația dintre combinațiile celor doi coeficienți p și q, dar și aria soluțiilor stabile sau instabile, zona închisă corespunzând soluțiilor instabile, iar cea albă cele stabile. O interpretare a diagramei poate fi considerată variația amplitudinii excitației parametrice în funcție de pătratul frecvenței.[63]

Fig. 2.9 Diagrama Ince-Strutt

Deoarece q arată nivelul variației GM în valuri, prin pătratul raportului frecvențelor conform ecuațiilor (2.6), (2.8), (2.11), (2.14), acest parametru poate fi considerat ca amplitudinea excitației parametrice.

Prima zonă de instabilitate pentru p = 0,25 și raport de frecvență 2 înseamnă că zona corespunde unei frecvențe de excitație dublă față de cea naturală de ruliu a navei, iar aceasta este principala zonă de rezonanță parametrică.

Ecuația Mathieu are soluții stabile deoarece a fost eliminată amortizarea (2.12), de aceea ruliul corespondent ɸ(τ) se poate descompune după decrementul μ, dacă x(τ) este o soluție periodică, așa cum este în Fig. 2.7. O soluție instabilă a ecuației nu înseamnă însă neapărat că și ruliu va fi nelimitat deoarece termenul exponențial poate anula efectul de instabilitate, prin amortizare până la forma de atenuare a oscilației. Acest lucru înseamnă că pentru fiecare pereche de parametri p și q, există un prag până la care amortizarea este mai mică și atunci ruliul va fi instabil și peste acest prag, amortizarea face ca mișcarea de ruliu să fie limitată, chiar dacă soluția ecuației Mathieu este instabilă.

O valoare a acestui prag a fost propusa de Hayashi în 1953 după următoarea formulă:

(2.15)

Se poate astfel concluziona că, pentru a stabili criterii de susceptibilitate pentru formarea ruliului parametric, pe baza variației GM și analizării soluțiilor ecuației Mathieu, condițiile pe care o navă trebuie sa le întâlnească sunt:

condiția de frecvență, adică frecvența valurilor trebuie să fie aproximativ dublul frecvenței naturale de ruliu a navei (punctele definite de parametrii p și q aparțin unei zone de instabilitate pe diagrama Ince-Strutt);

condiția de amortizare limită, adică amortizarea ruliului să fie mai mică decât amortizarea limită μmin.

Aplicabilitatea soluțiilor bazate pe ecuația Mathieu este limitată în practică datorită liniarității. Se poate astfel stabili îndeplinirea condițiilor pentru apariția ruliului parametric, fără însă a putea calcula amplitudinea acestuia. Deși apariția ruliului parametric poate fi certă din îndeplinirea condițiilor, amplitudinea nu poate crește așa cum arată diagrama Ince-Strutt la valori nelimitate datorită acțiunii unor factorilor neliniari cum ar fi, factorul de amortizare și cel de redresare.

Variația GM la unghiuri mari de înclinare duce la o variație a frecvenței naturale de ruliu a navei ceea ce “scoate” nava din zona de instabilitate a diagramei și implicit oprirea rezonanței, nava putând lua doar câteva unghiuri de bandă și apoi revenind la mișcări de ruliu normale. Amortizarea datorită frecării dintre corpul navei și apă crește odată cu viteza de ruliu și la un moment dat poate depăși, pe parcursul dezvoltării ruliului parametric, pragul limită iar în acest caz ruliul se stabilizează. După unii autori, se consideră că este mai important factorul GM, decât cel de amortizare în stabilizarea ruliului parametric. [64]

Sunt de menționat cercetările recente ale unor autori din cadrul Universității Maritime din Constanța, unde au fost de asemenea studiate oscilațiile cuplate tangaj-ruliu ale navei și abordări matematice ale rezonanței acestor oscilații.[65] [66]

În practică este important de știut pentru fiecare condiție de încărcare a navei, care sunt frecvențele periculoase ale valurilor întâlnite, ce pot conduce la apariția ruliului parametric, iar măsuri în acest sens sunt prezentate în capitolul următor.

2.1.4 Evaluarea pierderii totale a stabilității navei în condiții de valuri longitudinale

Cercetările actuale sunt direcționate în evaluarea stabilității navei în caz de furtună, modul prin care se poate pierde stabilitatea navei și posibilitatea de evitare a pierderii stabilității în aceste condiții.

Evidențierea unor criterii de vulnerabilitate pentru evaluarea pierderii stabilității navei reprezintă un obiectiv pe care IMO îl dorește realizabil într-un viitor apropiat, pentru ca următorul pas ce trebuie făcut să fie reprezentat de elaborarea de proceduri, care să fie aplicate la bordul navei de către ofițerii de cart, în special cu ajutorul programelor computerizate, în cazul când aceste criterii sunt îndeplinite.

Deși în acest moment există reguli, cum ar fi cele elaborate de către American Bureau of Shipping (ABS), pentru evaluarea stabilității navei în caz de mare extremă, datele folosite în metodologia de evaluare nu sunt la dispoziția ofițerilor de la bordul navelor, rămânând la stadiul de ghid de bune practici, dar cu o aplicabilitate mai mare în domeniul proiectării navale, în special la nave portcontainer .[67]

Pierderea totală a stabilității pe valuri a navei este un fenomen fizic de pierdere a stabilității legat de variația momentului de redresare cauzată de poziția pe val. Astfel, pe creasta valului, momentul de stabilitate descrește iar în golul de val acesta crește, această variație putând duce la fenomenul de mai sus în anumite circumstanțe.

Dinamica pierderii totale a stabilității pe valuri a navei este diferită de ruliul parametric deși amândouă sunt legate de variația (în amplitudine și durată a) ariei plutirii. Pierderea totală a stabilității pe valuri presupune întâlnirea de către navă a unui val mare de urmărire, pe a cărui creastă, nava se poziționează un timp suficient de mare.

Deoarece momentul de redresare se reduce dramatic în cazul navei pe creasta de val, există posibilitatea ca, pentru un anumit interval de timp, în care nava se află pe creasta valului de urmărire (în special când acesta vine chiar din direcția pupa) și înălțimea valului este suficient de mare, nava sa-și piardă stabilitatea transversală și să se poată chiar răsturna, acest pericol fiind în momentul de față recunoscut și abordat și de către IMO.[56]

Din moment ce scăderea momentului de redresare are loc ca urmare a variației suprafeței de plutire pe creasta și golul de val, navele vor fi afectate în funcție de forma corpului și implicit a superfețelor udate de val.

Mai jos este redată o posibilă apariție a pierderii de stabilitate în valuri de urmărire. Astfel, când o nava în marș (Fig. 2.10) este ajunsă de un val de înălțime mare, dar viteza valului de urmărire este foarte apropiată de viteza navei (mai bine zis viteza valului depășește cu foarte puțin viteza navei), staționarea navei pe creasta valului poate fi considerabilă (Fig. 2.11). Variația momentului de redresare (GZ) în funcție de unghiul de înclinare al navei (φ) în cazul plutirii pe creasta de val este puternic afectată așa cum este arătat în Fig. 2.10.

Fig. 2.10 Nava în marș în valuri de urmărire. Momentul de redresare are variație mică datorită valurilor [60]

Cu cât valul depășește nava mai încet cu atât timpul în care stabilitatea navei este scăzută este mai mare iar pericolul răsturnării rămâne prezent cât timp limita minimă de stabilitate este depășită.

Fig. 2.11 Nava ajunsă pe creasta valului de urmărire. Momentul de redresare scade sub valoarea limită[60]

Unele abordările actuale ale acestui fenomen evidențiază doi factori principali de risc, care pot duce la pierderea stabilității în valuri de urmărire [62]:

Primul îl constituie amplitudinea schimbării stabilității navei pe val, lucru care este determinat în special de forma corpului navei. Navele cu corpul format predominant din pereți laterali verticali (tancuri sau mineraliere) sunt evident mai puțin expuse acestui fenomen decât cele cu extremitățile prova și pupa puternic alungite cum este cazul noilor generații de nave portcontainer.

Al doilea factor îl constituie posibilitatea întâlnirii unui val suficient de înalt și scurt, lucru care să permită o așezare a navei pe creasta acestuia pe o perioadă de timp suficientă pentru a reduce stabilitatea și luarea de unghiuri mari de înclinare.

Cel de al doilea factor implică îndeplinirea anumitor condiții, dintre care se evidențiază:

întâlnirea navelor mari cu valuri de asemenea înalte și scurte, care să inducă efectele de mai sus, posibilitatea este totuși rară;

viteza valurilor care pot influența navele mari este de asemenea de obicei o viteză relativ mare (peste 30 Nd). Totuși, navele actuale pot dezvolta o viteză apropiată de cea necesară apariției acestui fenomen;

caracteristicile spectrale ale valurilor pot amplifica sau diminua posibilitatea întâlnirii valurilor necesare pentru pierderea stabilității.

Condițiile de mai sus conduc spre o abordare probabilistică a problemei apariției unor astfel de situații. Mai mult decât atât, pierderea totală a stabilității pe valuri este un fenomen cauzat de interacțiunea cu un singur val care poate produce efectele amintite, val după a cărui trecere stabilitatea navei revine la parametrii normali.

De aceea, se poate spune că, riscul de apariție a acestui fenomen este legat de probabilitatea întâlnirii unui astfel de val în timpul navigației. Această probabilitate se bazează pe un proces stocastic tridimensional (doua componente spațiale și una temporală) și presupune utilizarea unor elemente de statistică, precum experimente aleatorii (ale căror rezultate nu sunt predictibile, dar pentru care frecvențele relative ale rezultatelor sunt predictibile), variabile aleatorii (funcții care asignează numere la ieșirile posibile ale experimentelor aleatoare) și procese aleatorii (pentru o condiție inițială cunoscută există mai multe variante de continuare a procesului dar unele variante sunt mai probabile decât altele). Înălțimea valului într-un anumit punct poate fi considerat un proces aleatoriu unidimensional.

Mărimile însă, pot varia în timp, spre exemplu înălțimea maximă a valului (care este funcție de variația înălțimii valurilor) poate lua diverse valori atunci când schimbarea vitezei și direcției vântului poate conduce la schimbarea valurilor. Aceste instrumente de fapt sunt necesare pentru a defini starea mării la un anumit moment, adică o distribuție a valurilor în ceea ce privește lungimea și înălțimea lor spre exemplu.

Utilizarea unor baze de date din oceanografie împreună cu metode computerizate de calcul probabilistic asigură o evaluare cuprinzătoare a fenomenelor asociate navigației pe valuri în diverse zone și perioade ale anului. Un astfel de program este OCTOPUS, a cărui utilitate practică este de evaluarea a comportării navei în condiții de mare montată și care va fi prezentat pe larg în următorul capitol.

Un criteriu de evaluare pentru primul factor de risc asociat formei corpului navei poate fi considerat coeficientul total de verticalitate al pereților laterali ai navei. Așa cum se poate observa și în Fig. 2.12, navele portcontainer actuale pot fi afectate în proporție de aproximativ jumătate din lungimea navei pentru evazajele prova și pupa.

Criterii suplimentare pot fi evidențiate pentru zonele prova și pupa dacă se iau în considerare rapoarte între volumele pentru o anumită secțiune (plutire) și volumele maxime pentru secțiunea respectivă, atât pentru zona imersă cât și pentru cea emersă a navei.

De asemenea sunt considerate criterii de evaluare pentru riscul pierderii stabilității și anumite rapoarte dintre dimensiunile și caracteristicile unei nave cum ar fi :

C1 = BM/KM (2.16)

reprezentând raportul dintre raza metacentrică transversală BM și cota metacentrică KM, sau:

C2 = BM/B (2.17)

reprezentând raportul dintre raza metacentrică transversală BM și lățimea navei B.

Fig. 2.12 Împărțirea longitudinală a corpului navei portcontainer funcție de gradul de verticalitate al pereților laterali

Este de menționat faptul că, cele trei criterii sus menționate nu se raportează la lungimea și înălțimea valurilor de aceea, ele nu pot face o diferențiere clară între nave care pot suferi fenomenul de pierdere a stabilității în valuri de urmărire, ci pot fi considerate doar împreună cu alte informații, pentru evaluarea riscului asociat fenomenului.[56]

Un posibil criteriu rapid de evaluare a pierderii stabilității navei în valuri, derivat din cele anterioare, poate fi considerat și raportul dintre timpul în care nava se află în zona critică de stabilitate pe val (tGZ<0) (vezi Fig. 2.13) și perioada de ruliu a navei Tφ. Valoarea critică a GM se calculează conform regulilor Codului de Stabilitate 2008.

Fig. 2.13 Poziția GM în funcție de poziționarea valului față de corpul navei [56]

Considerând că perioada critică este cea în care nava se afla pe val și forma corpului este evazată, așa cum am arătat mai sus, se poate lua în calcul proporția de ½ L ca și distanță pe care valul o parcurge în raport cu nava, în condiții de stabilitate critică:

(2.18)

Cu alte cuvinte, un raport mic înseamnă că nava nu va suferi o pierdere de stabilitate prin scăderea GM pentru o perioada lungă, în caz contrar nava având timp să dezvolte o mișcare de înclinare, simultan cu pierderea stabilității.

2.1.5 Plutirea pe creasta valului și căderea navei intre valuri de urmărire

Căderea navei între valuri de urmărire este un fenomen care poate fi întâlnit în cazul în care valurile vin dinspre direcția pupa a navei, sau înapoia traversului și au o viteză mai mare decât viteza navei. Acest lucru poate conduce la o abatere consistentă de la drum, în ciuda acționării cârmei în direcția dorită și de obicei este însoțită și de o înclinare puternică a navei, având ca urmare o pierdere parțială sau totală a stabilității.

Este de remarcat că această situație poate fi întâlnită atât la navele mici, cât și la cele foarte mari, iar dinamica acestui fenomen nu poate fi încadrată într-un anumit tipar.

Apariția căderii între valuri de urmărire are loc atunci când nava se află pe porțiunea din fața valului, aproape de golul de val creat între acesta și valul precedent, având loc o combinație a mișcărilor de oscilație longitudinal orizontală (avans) și oscilație laterală (girație). Procesul este precedat de o aparentă captare a navei pe val și o împingere a navei dinspre pupa acesta fiind fenomenul de plutire pe creasta de val (surf riding). (Fig. 2.14)

Fig. 2.14 Apariția plutirii pe creasta valului

În acest stadiu al cercetării acestor doua fenomene, posibilitatea apariției plutirii pe creasta de val poate fi considerată o vulnerabilitate pentru căderea între valuri de urmărire. Această posibilitate se consideră îndeplinită, după unii autori, pentru valuri cu o lungime de 0,75 – 2.0 din lungimea navei și viteza navei aproximativ 75% din viteza valului (depinzând însă și de panta valului. [63]

La navele mari, există totuși o mai mică probabilitate de apariție a plutirii pe creasta de val, deoarece valurile care au o lungime potrivită au și o viteză foarte mare în comparație cu cea a navei. În cazul plutirii pe creasta de val nava devine cumva „captivă”, viteza relativa dintre navă și val fiind, pentru o perioada, redusa la zero datorită accelerării vitezei navei până la viteza valului. Din această cauză, nava intră într-o zona de instabilitate direcțională care creează premisele dezvoltării a două posibilități, așa este reprezentat schematic în Fig. 2.15.[68]

Dacă nava reușește să mențină o direcție relativ constantă în perioada critică, are loc numai o oscilație longitudinal orizontală, sau de avans (care poate fi spre înainte, atunci când nava coboară pe panta din fața valului sau spre înapoi atunci când nava „urcă” pe val).

Fig. 2.15 Căderea navei în val de urmărire

În schimb, dacă nava este afectată de fenomenul plutirii pe val și ia naștere un moment suplimentar de oscilație laterală sau de pivotare în jurul axei verticale, acest moment nefiind contracarat suficient de puternic de momentul de răsucire datorat efectului cârmei, nava poate fi afectată de forța centrifugă apărută și înclinarea rezultată poate avea efectul descris mai sus, putând duce la pierderea semnificativă a stabilității.

Se poate remarca cu ușurință faptul că, dacă valurile nu vin exact din pupa și formează un unghi cu direcția longitudinală a navei, posibilitatea de apariție a fenomenului de cădere între valuri este cu atât mai ridicată.

Neliniaritatea datorată forței valului este factorul cheie atunci când, dinamica oscilației longitudinal orizontală este implicată în apariția fenomenului de cădere între valuri de urmărire.

Fenomenul de cădere a navei între valuri de urmărire este studiat de mai mulți ani, începând din 1948 cu Davidson, care a studiat stabilitatea direcțională a navei în valuri de urmărire. Acesta a demonstrat pentru prima dată că, luând în calcul forțele induse de valuri asupra corpului navei prin însumarea forței Froude-Krylov și a forței de ridicare hidrodinamică datorată vitezei particulelor valului, nava își poate pierde stabilitatea direcțională pe panta din fața frontului de val.[69]

Acesta fost urmat în 1951 de Otto Grimm, care a evidențiat posibilitatea apariției mișcării de plutire pe creasta valului în cazul navigării în valuri de pupa, care au o anumită lungime și pantă.[70]

În cursul deceniilor care au urmat, fenomenul a fost studiat prin abordări complexe, luând în calcul forțe hidrodinamice suplimentare (de exemplu, datorate ruliului navei), valuri neregulate și folosind atât modele experimentale cât și simulări numerice. Pentru elaborarea unor criterii de vulnerabilitate pe care IMO le solicită în vederea exploatării în mai mare siguranță a navelor în caz de navigație pe valuri, Spyrou propune metoda planului fazelor care evidențiază, pe baza fenomenului de bifurcație globală, pragul critic manifestat prin numărul Froude (Fn > 0,3) specific pentru tipuri de nave și viteze prin apă, la care este posibilă apariția plutirii pe cresta de val, care precedă mult mai periculoasa cădere în valuri de urmărire.[68]

Au fost de asemenea abordate și din punct de vedere probabilistic aceste fenomene de către Umeda ș.a. în cadrul SCAPE, care propune integrarea funcției de densitate de probabilitate a înălțimii și perioadei valurilor, rezultatele fiind validate de încercări simulate numeric. Pentru compararea rezultatelor a fost luată în calcul teoria elaborată de Spyrou deoarece, atât plutirea pe creasta de val cât și căderea navei între valuri de urmărire sunt fenomene puternic neliniare, deci și abordarea trebuie să fie neliniară.[71]

În studiul privind navele portcontainer, acest capitol nu implică neapărat comportamentul navelor mari deoarece, așa cum am arătat, probabilitatea de întâlnire a unui val cu lungimea și panta necesară pentru a produce fenomenul de cădere între valuri de urmărire este mică. Viteza mare a navelor portcontainer poate însă aduce numărul Froude la valori care se pot înscrie în zona de vulnerabilitate pentru aceste fenomene periculoase asociate.

Măsura imediată, care poate fi luată în astfel de cazuri, este scăderea vitezei, sau creșterea ei dacă acest lucru este posibil. Fenomenele periculoase descrise mai sus sunt des întâlnite la nave mici (pescadoare, remorchere, iahturi, bărci cu motor) și care de regulă navigă cu viteze relativ reduse. Pentru unele din aceste tipuri de nave există deja soluții tehnice propuse și unele deja folosite în scopul amplificării efectului cârmei în cazul în care nava suferă de pe urma plutirii pe val de urmărire.

Ultimele abordări în ceea ce privește stabilitatea navei în caz de navigație pe furtună conduce cu ajutorul analizei din punct de vedere matematic și fizic al comportamentului acesteia, la criterii care încep să devină clare, pentru situații care pot deveni critice

Primul domeniu în care aceste abordări sunt utile este cel al proiectării navei și care după cum am arătat poate interveni modificând anumite componente de design pentru îmbunătățirea comportamentului acesteia în situații care pot conduce la pierderea stabilității sau avarii la marfă și corp.

Al doilea domeniu este cel al exploatării și care presupune cunoașterea cât mai exhaustivă a fenomenelor periculoase care pot apărea în cazul navigației pe timp nefavorabil. Pentru că fenomenele extreme descrise mai sus sunt fortuite, o cat mai bună cunoaștere a probabilității de apariție și a posibilității de dezvoltare la nivel periculos este binevenită.

Măsurile care pot fi luate, pentru evitarea unor consecințe ale fenomenelor anormale pe care nava le poate întâlni, cad exclusiv în sarcina echipajului de aceea, orice mijloc care poate îmbunătăți siguranța vieții, navei și mărfii nu poate fi decât salutar.

Utilizarea mijloacelor moderne de navigație care pot simula comportamentul navei în marș va fi un lucru absolut necesar având în vedere dezvoltarea puternică și continuă a acestui sector de transport prin creșterea capacității și implicit a dimensiunii navelor, globalizarea care presupune atingerea tuturor zonelor de navigație, presiunea economică în creșterea eficienței prin viteză și marje mici în nerespectarea timpilor voiajului.

Cercetarea în acest domeniu a fost însoțită în ultimii ani de informatizare, astfel încât folosirea programelor bazate pe rezultatele celei dintâi devine un instrument folositor atât pe uscat cât și la bordul navei pentru evaluarea siguranței în diverse momente de exploatare ale navei.

2.2 ANALIZĂ PRIVIND COMPORTAMENTUL CORPULUI NAVEI ÎN CAZ DE ESUARE

2.2.1 Abordări actuale ale riscului de eșuare al navelor maritime

O analiză a riscului de eșuare a navei ar trebui să cuprindă cel puțin două aspecte, având în vedere consecințele unui asemenea incident. Primul aspect se referă la siguranța echipajului și a navei în ansamblu (incluzând și marfa) iar al doilea aspect se referă în special la impactul economic pe care eșuarea unei nave într-un anumit loc îl poate avea, incluzând și modul de afectare a mediului.

Analiza corectă a accidentelor de acest tip trebuie să arate:

factorii care contribuie la producerea accidentului,

împrejurările favorabile producerii,

dinamica accidentului,

impactul acestuia pentru toate părțile implicate.

Deoarece eroarea umană rămâne conform statisticilor, principală cauză a eșuărilor, factorii de risc aferenți trebuie identificați în această zonă și pot fi: oboseala, un management al riscului inadecvat, presiunile competitive, sau deficiențe în pregătirea echipajelor, pentru a enumera câțiva dintre cei mai importanți. “Pe măsură ce îmbunătățirile tehnologice reduc riscul, cu atât mai importantă devine cea mai slabă verigă din sistem – factorul uman. Aceasta este o zonă asupra căreia industria ar trebui să se concentreze mai mult, astfel încât bunele practici din domeniul managementului riscului și o cultură a siguranței să devină o a doua natură la nivelul flotei globale”, a declarat Dr. Sven Gerhard, specialist în cadru AGSC.

În ultimii ani au fost îmbunătățite procedurile de evaluare riscului și totodată o implementare sistemică a acestui tip de evaluare. Pornind de la una din cerințele de bază ale sistemelor și anume fiabilitatea, a fost introdus un concept nou și anume “fiabilitatea umană”, un corespondent al fiabilității tehnice, pe a cărui direcție se dezvoltă noi cercetări. Scopul este ca, reducând posibilitatea erorilor umane sau a consecințelor lor asupra sistemului, fiabilitatea globală să crească.

Noile analize în acest sens conduc către abordări calitative – care ar trebui să definească eroarea umană, tipurile de erori și mecanismele de apariție a acestora, și abordări cantitative – care ar trebui să evalueze probabilitatea apariției erorilor umane și a consecințelor acestora asupra sistemului global.[72]

Studiul și clasificarea erorilor umane în cazul exploatării navelor permite găsirea de soluții specifice sau comune pentru grupe de erori, soluții a căror aplicare permite eliminarea factorilor ce declanșează erorile sau aducerea lor într-o zonă acceptabilă. Un bun început în acest sens a fost implementarea Sistemului de Management al Siguranței (SMS), propriu fiecărei companie de navigație, ca cerință a adoptării în 1995, a Codului Internațional de Management al Siguranței și prevenirea poluării (ISM Code).

Acest sistem este îmbunătățit periodic în mod obligatoriu, având în vedere date noi de intrare (rapoarte de investigații ale accidentelor, introducerea de noi echipamente sau tehnologii etc.) și riscuri potențiale pentru siguranței transportului maritim (ne referim la transport maritim pentru că siguranța include, așa cum am spus, pe lângă navă, marfă, echipaj și mediu-poluare, aspecte economice sau sociale). Organizația Maritimă Internațională (IMO) s-a implicat activ în problemele legate de analiza riscului în domeniu iar elaborarea și apoi revizuirea Ghidurilor pentru evaluarea formală a siguranței pentru folosirea în procesul de elaborare a legislației IMO nu face decât să dovedească o dată în plus implicarea la cel mai înalt nivel pentru acest domeniu.

Evaluarea formală a siguranței (FSA) este instrumentul, bazat pe o metodologie sistematică, așa cum se poate vedea în Fig. 2.16, care va ajuta nemijlocit la estimarea impactului noilor reguli în domeniul siguranței maritime incluzând și aspectele de prevenire a mediului sau sănătate ocupațională.

Fig. 2.16 Schema bloc a metodologiei de evaluare formală a siguranței

[Kristiansen,S., Maritime Transportation Safety Management and Risk Analisys, Elsevier Butterworth-Heinemann UK, 2009 ISBN 07506 59998 pag.284]

În mod clasic, schema este una secvențială însă, pașii sunt interconectați în realitate de aceea, schema bloc este, în opinia autorului, mai potrivită domeniului maritim. Fiecare pas reprezintă, pe lângă baza pentru următorul, feed-back-ul pentru alți pași din schemă.

Plecând de la definirea riscului ca o măsură a pericolului prin consecințe și probabilitate de apariție, evaluarea riscului reprezintă procesul care determină unde va fi localizat un pericol pe această scară. Această evaluare este făcută în pasul 2 din schemă, rezultatele fiind materializate atât printr-un profil de risc pentru o categorie de pericole identificate la pasul 1, cât și cunoașterea cauzelor ce conduc la un accident. Este necesară luarea în calcul a unui volum ridicat de informații pentru identificarea tuturor aspectelor ce pot contribui la un accident și furnizarea unui profil de risc cât mai potrivit.

Prezenta teză contribuie la furnizarea acestor cunoștințe, pentru luarea în considerare a unor măsuri de siguranță (pas 3), în fapt măsuri de control ale riscului, care să contribuie la reducerea consecințelor sau a probabilității de producere a unui accident, urmând ca evaluarea cost-beneficiu (pas 4) și recomandările pentru luarea acestor decizii (pas 5) să fie făcute în mod concret, de entitățile interesate în implementarea acestor măsuri (armatori, societăți de clasificare, autorități portuare etc.).

Odată ce riscul de eșuare sau de explozie nu poate fi eliminat pentru o navă portcontainer în exploatare, obiectivul final al FSA este de a introduce măsuri de control care să reducă la nivelul minim rezonabil practicabil acest risc (ALARP – as low as reasonably practicable).

Este important de notat că, datorită multitudinii de probleme care sunt întâlnite în domeniul maritim, este nevoie de abordări cantitative și calitative de către experți, a unor baze de date, modele fizice, analitice sau simulări. Este evidentă latura pro activă a FSA prin modelarea probabilistică a avariilor și elaborarea de scenarii pentru diverse accidente. Modelele analitice sunt evaluate acolo unde nu sunt așa de multe date istorice, iar evenimentele rare sunt descompuse în evenimente mai frecvente pentru care există datele necesare.[73]

O astfel de evaluare formală a siguranței după metodologia arătată mai sus, a fost prezentată de Danemarca în anul 2007 și adoptată de către IMO. Evaluarea riscului a fost făcută pentru toate tipurile de nave portcontainer, iar unul dintre pericolele analizate a fost și cel al eșuării navei, cu principale cauze:

zona de navigație și mediu înconjurător,

nava,

factorul uman (ofițerul de cart) și comunicațiile la bord.

Abordarea propusă a scos în evidență faptul că nava portcontainer eșuează puternic din cauza planificării eronate a voiajului, greșeli de navigație sau vreme nefavorabilă, în timp ce eșuarea mai ușoară are loc ca urmare a pierderii accidentale a propulsiei sau cârmei.

Riscurile pentru pierderi umane sunt reduse la acest tip de navă (spre deosebire de navele de pasageri).

Măsurile de siguranță propuse în studiu, pentru reducerea riscului de eșuare sunt: introducere ECDIS (deja în acest moment majoritatea navelor portcontainer au la bord acest sistem), controlul rutei, ghiduri pentru managementul resurselor echipei de cart, ofițeri de cart suplimentari și îmbunătățirea instruirii echipajului și a comenzii navei.[74]

O parte din aceste măsuri sunt dezvoltate în capitolele următoare în cadrul lucrării.

Deoarece riscul reprezintă posibilitatea de apariție a consecințelor unui eveniment nedorit, accidentele maritime pot fi considerate evenimente negative ale sistemului de operare al navelor. În ultimii ani, accidentele maritime au fost abordate din diverse perspective, iar simulările computerizate sunt din ce în ce mai apropiate de cazurile reale. Acest lucru conduce la ideea că, doi pași importanți în evaluarea riscului reprezintă baza unor evaluări serioase – analiza riscului și măsurile de siguranță.

Pentru că analiza riscului implică analiza factorilor care contribuie la producerea accidentelor, studierea acestora în legătură cu consecințele directe pe care le produc pot completa tabloul unei situații de pericol, cum este eșuarea navei.

Au fost propuse diverse modele de analiză a riscului în accidente dar, în opinia autorului prezentei teze, unele sunt mai potrivite pentru anumit tip de accident maritim, cum ar fi cel prezentat mai jos.

Modelul ”cașcavalului elvețian”(schweitzer) a fost elaborat de J.Reason, fiind gândit pentru a exemplifica eșecul sistemelor (de protecție). Fiecare pas din proces are un potențial de eroare sau eșec, în proporții variabile.

Sistemul ideal este analog unor felii aliniate de schweitzer și reprezintă bariere de protecție, cum ar fi: managementul echipei de cart, manevrabilitatea navei, echipament de navigație, planificarea voiajului, echipamentul de propulsie etc.

Găurile din schweitzer pot fi considerate ca oportunități de eroare și fiecare din feliile de schweitzer ca straturi defensive în proces, de exemplu lipsa unui membru al echipei de cart, pierderea propulsiei sau guvernării, erori de pilotaj, erori de instrumente (sondă ultrason), vreme nefavorabilă etc.

O eroare permite ca o anumită problemă să ”treacă” prin gaura unei felii dar în celelalte felii găurile sunt în alte locuri și problema trebuie reținută. Fiecare strat reprezintă o protecție față de eroarea potențială implicând rezultatul procesului. Fig. 2.17 prezintă modelul ”normal” al schweitzer-ului.

Fig. 2.17 Modelul de accident “cașcaval elvețian” (Reason, 1990)

Din figură se poate observa că o anumită problemă (risc) care trece printr-o felie e reținută de celelalte. Pentru ca să apară o eroare catastrofică e nevoie ca găurile din schweitzer să fie aliniate pentru fiecare pas din proces permițând tuturor apărărilor să fie depășite și rezultând într-o eroare. Dacă găurile din toate straturile de protecție sunt aliniate sistemul este compromis, permițând ca o problemă apărută în primul strat să se propage până în ultimul și să influențeze în mod advers rezultatul.

Modelul ne indică într-un fel și soluția de reducere a riscului prin cel puțin două metode:

micșorarea “găurilor” din barierele de protecție, care în cazul riscului de eșuare poate fi obținută prin: reducerea vitezei de manevră, creșterea distanței de siguranță, instruirea echipei de cart, verificarea echipamentului etc.

creșterea numărului de bariere de protecție, în cazul riscului de eșuare putându-se realiza prin: procedură nouă pe comanda de navigație în zone limitate, ofițer ce cart suplimentar, pornire generatoare sau pompe suplimentare etc.

În timpul cercetării accidentelor, investigatorii caută cauzele de bază, care de regulă sunt compuse din evenimentul apărut și factorii contribuitori.

Așa cum se poate observa în Fig. 2.18, aceste date sunt ușor de transmis către toate părțile implicate în cercetarea accidentelor, iar EMCIP a reușit introducerea codificării informațiilor la nivelul Uniunii Europene, urmând ca și în cadrul IMO să se implementeze același mod de lucru.

Evaluarea riscului de eșuare implică analiza factorilor care pot conduce la acest tip de accident, consecințelor pe care le provoacă eșuarea și legătura dintre toate componentele implicate în proces.

Este necesară deci analiza completă a accidentelor care au ca rezultat eșuarea navei, pentru a putea desprinde propuneri concrete de îmbunătățire a siguranței în exploatarea navei portcontainer. Acestea, pentru o implementare efectivă în domeniul maritim, evident vor trebui să fie evaluate în cheia cost-beneficiu de către factorii implicați în domeniul siguranței.

Fig. 2.18 Schema de raportare a accidentelor (EMCIP) [75]

Este de menționat faptul că la nivel național se are în vedere înființarea unei agenții de investigații a accidentelor maritime, conform cerințelor IMO, pentru aplicarea unei metodologii comune de investigare și elaborarea de măsuri care pot conduce la cresterea siguranței maritime.

Aceasta va colabora în mod efectiv atât cu autoritățile de la nivel național care au atribuții în cercetarea accidentelor grave, cât și cu agenția de securitate maritimă europeană EMSA, care va centraliza datele de pe întreg cuprinsul spațiului maritim european.

2.2.2 Modele de eșuare ale navei portcontainer

În ultimii ani au fost elaborate numeroase studii privind eșuarea navelor, de obicei în strânsă legătură cu coliziunea. Aspectele teoretice sunt deja cunoscute și prezentate sub diverse forme și analize, de către multiplele părți implicate în domeniul maritim. Un studiu teoretic complex al eșuării a fost prezentat și în cadrul Universității Maritime din Constanța de către Varsami A.E. în anul 2013, în cadrul tezei de doctorat și în articole de specialitate publicate, care tratează atât eșuarea navei cât și dezeșuarea cu mijloace proprii. [76] [77]

Pentru că accidentele maritime care au drept consecință eșuarea navei sunt în cea mai mare parte comune tuturor navelor, tiparul după care se desfășoară un asemenea accident este de asemenea comun marii majorități a navelor, particularitățile pentru navele portcontainer fiind evidențiate doar de:

factorii contributori la aceste accidente,

riscurilor asociate tipului de navă și

măsurile specifice care pot fi luate, ca urmare a analizei evenimentelor.

Păstrând cadrul general al designului acestui tip de accident, o împărțire a eșuării în două mari categorii, date de natura fundului mării, care are consecințe directe asupra rezultatelor, ar fi:

eșuarea pe fund “moale” al mării – nisip, nămol, pietriș mărunt – care produce avarii relativ puține învelișului de tablă al corpului navei dar, foarte important, poate induce momente de încovoiere și forfecare, ce pot conduce la slăbirea sau ruperea unor elemente din osatura navei;

eșuarea pe fund “tare” al mării – stânci (rocă) – mai mult sau mai puțin omogen, care produce ruperea tablelor de pe corpul navei și distrugerea sau slăbirea elementelor de osatură și care de asemenea, pot induce momente de forfecare, pe lângă inundarea compartimentelor navei.

Există însă, completări recente ale acestei clasificări, care includ și “reciful” în tipologia fundului mării, pentru a putea încadra mai multe tipuri de interacțiune dintre acesta și corpul navei, așa cum se poate vedea în Fig. 2.19.

Acest tip de eșuare poate interveni și în cazul navelor portcontainer, având în vedere gradul mare de acoperire în ceea ce privește zonele de navigație ale acestora.

Au fost de asemenea introduse concepte noi, cum ar fi “alunecarea” (sliding), de către Wang în 1997, în studierea eșuării pe fund moale al mării, când corpul navei suferă pe o lungime considerabilă deformații prin bombare a tablelor de fund sau conceptul de “sfâșiere”(raking), de către Alsos și Amdahl în 2008, când corpul navei este practic dezvelit de table, datorită contactului cu fundul stâncos al mării.

Abordările actuale tratează rezistența globală a corpului navei la momentele de încovoiere în cazul eșuării pe fund moale (pe suprafață mai mare) și tăierea sau ruperea tablelor de fund ale navei datorită eșuării pe stânci. În acest caz, datorită suprafeței de contact mai mici, apar momente tăietoare în corpul navei și studiul sarcinilor locale este de asemenea aprofundat.[78]

Fig. 2.19 Tipuri de eșuare a navei în funcție de natura solului și suprafața afectată

Navele portcontainer, prin natura destinației, transportă marfă în toate zonele maritime ale globului deci, sunt supuse riscului de a suferi oricare din cazurile de eșuare prezentate mai sus. Este de menționat totuși faptul că, datorită lungimii lor, navele Post Panamax (peste 300 m), pot fi puternic afectate de eșuări pe fund moale din cauza momentelor de efort suplimentar la care este supus corpul navei eșuate.

În schimb, o eșuare ce are drept rezultat o avarie locală datorată penetrării unei stânci, nu prezintă decât în situații deosebite un risc de poluare (spre deosebire de navele petrolier), rămânând însă problemele legate de vitalitatea și stabilitatea navei, în funcție de numărul și gravitatea compartimentelor etanșe inundate.

Se constată o abordare relativ comună a mecanicii eșuării în ultimii douăzeci de ani. Plecând de la modul de interacțiune al solului (fundului mării) asupra corpului navei, Pedersen a făcut în 1995 o separare a fenomenelor care au loc pe timpul eșuării în mecanica (dinamica) externă și mecanica internă.

Mecanica externă a accidentului se referă la mișcările corpului navei, generate de eșuare și presiunile hidrodinamice ce acționează asupra acesteia, iar mecanica internă evaluează răspunsul învelișului și structurii de rezistență a navei pe timpul eșuării.

Deși abordarea eșuării tinde să trateze în pereche, eșuarea pe fund moale cu mecanica externă, iar cea pe stâncă cu mecanica internă, în realitate, complexitatea acestui tip de accident, ca și în cazul coliziunii, face ca fenomenele asociate să se întrepătrundă fiind astfel relativ greu de stabilit un tipar în care să fie încadrată exact o eșuare. Omisiunea oricărui element care face parte din lanțul evenimentelor poate altera rezultatul analizei, afectând astfel justețea concluziilor și oportunitatea adoptării eventualelor măsuri.

2.2.3 Eșuarea pe fund moale a navei portcontainer

O eșuare tipică de acest fel cuprinde două faze:

a) prima fază este cea în care nava este supusă unui impuls la contactul cu solul, impuls care este considerat inelastic.

b) în cea de a doua fază, nava alunecă pe sol, fiind în contact continuu cu acesta. Energia cinetică rămasă în urma primei faze este transformată în energie potențială aplicată suprafeței de contact supusă frecării dintre navă și sol și deformării fundului mării când acesta este moale.[79]

Nava va brăzda fundul apei în funcție de viteză și forma corpului, iar în cazul navei portcontainer, ambele sunt favorabile unei eșuări puternice.

Pentru analiza teoretică, soluționarea poate fi integrarea numerică în domeniu timp a ecuațiilor mișcării navei sau o abordare simplificată, bazată pe conservarea energiei și a impulsului unui segment din corpul navei, sub forma [27] :

(2.19)

(2.20)

Unde și sunt forța și respectiv momentul de inerție, aplicate în centrul de greutate al segmentului (x,y,z) = (x,0,0), și sunt vectorii momentului de translație respectiv unghiular, este viteza de translație a secțiunii, iar =(0,Ψ,0), viteza unghiulară instantanee, datorată rotației segmentului prin ridicarea provei navei vezi Fig. 2.20.

Fig. 2.20 Nava eșuată pe fund moale și sistemul de coordonate

Nava a fost considerată după modelul Timoshenko, sub forma unei grinzi elastice, care permite ridicarea unei secțiuni din corp datorită unor eforturi la capăt. În interacțiunea dintre fundul mării și corpul navei este luată în calcul forța de reacțiune a solului generată de apa din pori, a căror presiune este determinată cu formula:

(2.21)

Unde:

(2.22)

În care:

φ = φ(x,y,z) presiunea potențială asociată mișcării unui corp rigid(prova navei) în fluid ideal,

și viteza și respectiv accelerația provei în solul saturat,

e raportul de vid (raportul dintre volumul porilor și volumul granulelor),

densitatea apei,

coeficient de permeabilitate,

accelerația gravitațională.

Integrarea presiunii p pe suprafața provei navei ne dă componenta forței exercitată de presiunea apei din pori(Xpori , Zpori).

Forța rezultată FR este exprimată în termen de coeficient de masă adițională Cm astfel:

FR=CmVRk (2.23)

Unde VR este volumul de referință, reprezentând volumul solului dislocat de prova navei. Sunt posibile tabelări ale valorilor CmVR în funcție de profilul provei navei.[80]

Pentru navele portcontainer este specifică o viteză de marș mare, peste 20 Nd, de aceea o eșuare accidentală pe fund moale provocată de neatenție, poate avea drept urmare ridicarea pe uscat a unei porțiuni foarte mari din corpul navei, lucru ce induce eforturi considerabile asupra structurii de rezistență. Posibilitatea de penetrare a tablelor de fund ale navei este relativ scăzută însă, pot fi cauzate bombări ale tablelor între elementele de rezistență ale fundului navei, corpul căpătând un aspect al cărui nume, introdus în literatura de specialitate, este de „cal costeliv” (hungry horse).

Forma alungită a operei vii a navei portcontainer este un factor periculos în acest caz, deoarece ajută la dislocarea solului și induce momente de încovoiere și forfecare (M, respectiv Q – Fig. 2.20), potențate de lungimea mare a acestor nave.

Suprafața mare de contact cu un fund al mării moale are însă avantajul, în cazul unor eșuări la viteză mică, de a nu găuri sau chiar deforma tablele de fund al corpului navei, operațiunile de dezeșuare fiind de asemenea mult simplificate.

2.2.4 Eșuarea pe stâncă a navei portcontainer

Particularitățile eșuării navei portcontainer pe rocă sau stâncă pot fi considerate după cum urmează:

suprafața de contact dintre corpul navei și fundul mării este relativ redusă;

eșuarea navei are loc de obicei la o viteză mare deoarece se presupune că un pericol izolat, cum este o stâncă sau o epavă semnalizată necorespunzător, nu poate fi evitat, de obicei datorită unei erori (umane sau de natură tehnică), apărute fortuit pe timpul exploatării navei;

pagubele produse asupra corpului navei sunt în primă fază locale, dar cu efecte foarte importante – producerea unei găuri de apă prin ruperea bordajului și/sau a dublului fund, distrugerea elementelor de întărire sau osatură (curenți, varange, pereți etanși);

posibilitățile de dezeșuare cu mijloace proprii sunt limitate, de obicei nava rămânând blocată pe stânca respectivă, încercările putând duce la agravarea situației;

gravitatea unui astfel de accident este stabilit în urma evaluării stabilității navei, datorate inundării unor compartimente;

în cazul în care nava rămâne sub orice formă “suspendată” de stâncă, orice mică mișcare sau modificare de pescaj (produsă de valuri, maree, ușurarea necorespunzătoare a navei) poate induce momente de forfecare foarte puternice datorită suprafețelor mici de acțiune a forțelor asupra corpului navei de aceea perioada cât nava rămâne eșuată este critică (vezi Fig. 2.21);

în general structura navei nu este afectată decât în zona de impact; atunci când eșuarea are loc în zona bulbului prova, aceasta poate fi considerată o coliziune (bibliografia în domeniul eșuării tratează în paralel și analiza coliziunii);

există posibilitatea ca eșuarea pe stâncă să provoace inundarea unor compartimente și înclinarea puternică a navei, lucru ce poate conduce la pierderea de containere stivuite pe punte, datorită solicitărilor peste limita admisibilă în sistemul de amaraj.

Abordarea acestui tip de accident așa cum s-a arătat mai sus se face prin studierea mecanicii interne. Majoritatea studiilor recente despre accidentele soldate cu eșuarea navei s-au axat pe evaluarea forțelor de eșuare și a energiei deformaționale.

Aceleași studii pleacă de la formula elaborată de Minorski în 1959, pe baza analizei a 50 de coliziuni și găsirea unei relații prin care energia disipată în accident este proporțională cu volumul de material avariat în accident.

Totuși, nu se poate face o generalizare prin metode statistice la diversitatea de nave și condiții de eșuare din prezent, de aceea au fost abordate metode experimentale. Acestea au fost făcute în număr limitat și la scară redusă, din motive economice lesne de înțeles, iar concluziile pot fi alterate de legile complicate de scalare care intervin.

Rezultatele acestor experimente sunt însă considerate mijloace convingătoare pentru înțelegerea fenomenelor locale și globale, care se petrec în structura navei și de asemenea pot valida simulările numerice sau formulările teoretice.[81]

Fig. 2.21 Nava eșuată pe stâncă și avariată prin sfâșiere

Metodele de analiză simplificată folosesc formulările teoretice și iau în calcul procesele care au loc în cadrul avarierii structurii. Aceste metode sunt instrumente de lucru pentru proiectanți și dau perspectiva proceselor locale dar și globale care au loc, asigurând predicția lor cu un grad ridicat de acuratețe.

Totuși, metoda are limitări în asumarea unor ipoteze teoretice, care nu întotdeauna descriu cu mare acuratețe complexitatea unei structuri (cu suduri, întărituri etc) cum este cea a navei dar, este puternic promovată de organizații de cercetare în domeniu.[82]

Metode de analiză utilizate de societăți de clasificare spre exemplu, adoptă conceptul de “rezistență la avarii structurale” al corpului, împrumutat din domeniul auto.

Pentru elaborarea analizei sunt luați în considerare următorii pași:

identificarea primară a modelului de avarie structurală;

dezvoltarea modelelor teoretice idealizate și a formulelor care să cuprindă caracteristicile modelului de avarie;

stabilirea modelelor globale ale întregului proces de avariere și verificarea acurateței;

combinarea modelelor globale cu formule pentru componentele structurale individuale pentru elaborarea unui instrument de calcul simplificat.

Au fost studiate mai multe modele care se referă la comportarea tablelor de fund și a elementelor de osatură ale navei în situații limită, cum ar fi: deformarea și ruperea tablelor, tăierea, îndoirea sau plierea (cum ar fi și cele tratate de capitolul anterior), acest tip de evaluare fiind folosită în ultimii ani pentru analiza accidentelor navale și de către alți cercetători (Wang ș.a.).[83]

Deoarece eforturile se concentrează pe analiza comportamentului elementelor de structură a navei sus menționate, baza teoretică este în cea mai mare parte adoptată din teoria deformării plastice a metalelor. Ideea de bază este că, atunci când asupra unei structuri deformabile se aplică forțe exterioare, puterea acestor sarcini este egală cu energia elastică înmagazinată sau disipată în structură.

În cazul în care structura este rigido-plastică, cum este cazul navei portcontainer, nu se înmagazinează energie elastică, iar puterea sarcinilor exterioare este disipată prin deformări plastice, rupturi sau efecte de frecare pe suprafața structurii, astfel după metoda validată de Simonsen:[84]

(2.24)

Unde,

forța de rezistență a structurii în direcția V (orizontală);

V viteza relativă dintre navă și stâncă;

rata de disipare a energiei plastice;

rata de disipare a energiei în zona de ruptură;

rata de disipare a energiei prin forțe de frecare pe suprafața structurii;

rezistență plastică care include atât plasticitatea cât și ruptura;

µ coeficientul de frecare al lui Coulomb;

p presiunea normală pe stâncă dată de elementul plăcii dS;

viteza relativă dintre stâncă și elementul de placă.

Pentru studierea avariilor provocate de penetrarea corpului navei pe o anumită lungime și cu o anumită adâncime de penetrare (vezi Fig. 2.22), este folosită o formulă simplificată care arată dependența de forma stâncii, cazul ales fiind cel de parabolă:[79]

(2.25)

Fig. 2.22 Secțiune transversală a navei eșuată pe stâncă

Presiunea de contact dintre navă și, roca a, la o adâncime de penetrare δ poate fi obținută cu expresia:

(2.26)

Unde FH este forța orizontală de eșuare, iar A este aria de contact care depinde de adâncimea penetrării:

(2.27)

O altă abordare (Samuelides ș.a.) a eșuării prin metoda analizei simplificate a avut în vedere studierea rezistenței la rupere a tablelor de fund la contactul cu o suprafață tăietoare.[85]

Formulele propuse arată că rezistența la rupere a tablei este proporțională cu tensiunea de curgere a materialului și include în varianta lui Zhang un factor de rupere la deformare conform formulei :

(2.28)

Unde:

tensiunea de curgere,

t grosimea,

l lungimea ruperii,

tensiunea de rupere,

coeficient de frecare (are valori între 0.3 și 0.4),

jumătate din unghiul de deschidere al obiectului de tăiere (considerând că are forma conică).

Studierea modurilor de deformare individuale ale tuturor componentelor structurii navei, combinarea corectă a interacțiunilor care apar și evaluarea globală a fenomenelor ce au loc în dezvoltarea unui accident de eșuare din punct de vedere al mecanicii interne este o provocare continuă datorită complexității structurii unei nave și un capitol deschis, în care sunt completate periodic informații, atât din zona teoretică cât și din cea experimentală sau reală, din rapoartele accidentelor care au avut loc.

Analiza mecanicii interne prin metoda elementelor finite este în continuă dezvoltare, datorită ușurinței de aplicare, în raport cu modelele teoretice și cantității de informații cu care se lucrează. Există deja pachete de programe care analizează rezistența tablelor sau a unor elemente de structură, în cazul unor game largi de deformații plastice, pe baza unor modele de avarie structurală.

Pentru că proprietățile materialelor supuse deformărilor sunt neliniare, analiza prin MEF neliniară oferă cele mai detaliate și de încredere rezultate. Volumul de muncă, în funcție de necesitați poate fi imens iar puterea de calcul de asemenea foarte mare, lucru ce poate implica costuri prohibitive.

Un astfel de program este NASTRAN folosit NX Siemens cu ajutorul căruia s-a efectuat simularea și analiza rezultatelor unei eșuări, prezentate în următorul capitol.

2.3 ANALIZA FACTORILOR DE RISC ASOCIAȚI EXPLOZIILOR LA BORDUL NAVELOR PORTCONTAINER

Pentru o evaluare cuprinzătoare a tuturor factorilor ce concură la apariția incendiilor sau exploziilor la bordul navelor portcontainer este necesară studierea accidentelor cu impact semnificativ pe care le au suferit în ultimii ani acest tip de nave.

Câteva dintre acestea, prin modul de desfășurare al accidentului și consecințele produse, pot fi considerate material de studiu al inițierii și evoluției incendiilor și exploziilor la bordul navelor portcontainer.

2.3.1 Analiza factorilor de risc întâlniți în cazul incendiilor de la bordul navelor portcontainer

În după amiaza zilei de 26 august 2014, un incendiu a izbucnit în magazia 9 (din 21) a navei Caroline Maersk, portcontainer de 9578 TEU capacitate. La momentul accidentului nava era în drum dinspre China, cu destinație Malaezia, la o distanță de coastă de aproximativ 50 M. Ofițerul de cart a luat act de declanșarea alarmei de incendiu, prin activarea senzorului de fum din magazie. Fumul a fost observat și de către membrii echipajului care lucrau pe punte, în zona magaziei 9.

Într-o descriere sumară a acțiunilor întreprinse, se pot enumera următoarele activități cu impact direct în gestionarea situației:

Reducerea vitezei navei, alegerea drumului, închiderea alimentării cu energie și a ventilației,

Verificarea cargo-manifestului în vederea stabilirii existenței mărfurilor periculoase conform Codului IMDG, constatându-se că, deși în magazie nu există o asemenea marfă, în schimb, pe puntea superioară magaziei erau stivuite containere cu marfă periculoasă (2.1 gaze inflamabile, 6.1 substanțe toxice, 8 substanțe corozive),

Fumul din magazie și condițiile limitate ale locului pentru manevra furtunurilor cu apă a determinat comandantul să decidă lansarea CO2 în magazie, în paralel cu răcirea zonelor exterioare adiacente; o celulă de criză la companie a fost formată urmare a notificării comandantului,

În ciuda unor disfuncționalități la lansare, în magazie a fost introdus CO2, observând-se o ușoară reducere a cantității de fum,

Au fost luate în considerare locuri de refugiu pentru navă în apropiere, dar adâncimea apei și facilitățile de la țărm nefiind potrivite s-a decis continuarea cu viteză crescută spre portul de destinație Tanjung Pelepas (Malaezia),

Deși încercarea de a găuri ușa containerului cu o bormașină a eșuat, eforturile ulterioare au avut succes astfel încât s-a reușit introducerea unui ajutaj ascuțit în peretele metalic, prin care s-a început inundarea cu apă a containerului (Fig. 2.23),

După 12 ore au fost semnalate fum și aburi ieșind din magazie, considerându-se necesar, odată cu creșterea temperaturii în zona afectată la 650 C (față de 450 C în restul magaziei), găurirea și inundarea cu apă a altor două containere adiacente,

În a treia zi de la izbucnirea incendiului, monitorizându-se în mod constant temperatura și nivelul apei în magazie, s-a observat o creștere a temperaturii (800 C), fum ieșind din magazia 8 (separată de magazia 9 printr-un perete transversal neetanș) și tăciuni de cărbune în magazie,

Au fost aplicate aceleași măsuri, respectiv oprirea energiei electrice în magazie și a ventilației, precum și acționarea cu apă în zona afectată; tăciunii au fost stinși după circa o oră și jumătate,

În a patra zi, la intrarea în portul Tanjung Pelepas, a fost solicitată intervenția pompierilor, care au intervenit simultan cu descărcarea containerelor ce conțineau tăciuni încă arzând.

Conform raportului de investigație, focul a izbucnit prin autoaprinderea cărbunelui care era încărcat în containere sub punte (în magazie).

Fig. 2.23 Ajutaje tip lance pentru stingerea incendiului cu apă (sus) și CO2 (jos) – stânga și lance CO2 montată în ușa containerului- dreapta [86]

Marfa, declarată conform cargo-manifestului, era constituită din comprimate pentru conducte de apă însă, se făcea referire și la codificarea conform Codului HS 440290, reprezentând cărbune de lemn, marfă ce ar fi trebuit clasificată ca și marfă periculoasă în clasa 4.2, conform Codului IMDG, adică marfă predispusă la aprindere spontană [86].

Analiza efectuată a evidențiat faptul că, sistemul și echipamentul de prevenire și stingere a incendiilor de la bordul navei Caroline Maersk, îndeplinea toate cerințele de reglementare, iar componentele erau instalate, certificate, întreținute și operate în mod corespunzător.

Mai mult, compania, în baza experienței, a livrat către navele sale echipament suplimentar pentru lupta împotriva incendiilor în containere. Totuși, au existat provocări de ordin tehnic, cum ar fi: eșecul primei lansări de CO2 și scurgeri de gaz în compartimentul de comandă, imposibilitatea găuririi cu bormașina a ușii containerului, defectarea unui aparat de respirat și lipsa unor ajutaje ascuțite suplimentare folosite pentru inundarea containerelor.

În ciuda numeroaselor provocări legate de necunoașterea exactă a conținutului containerului și a pregătirii formale în lupta contra incendiilor, echipajul a reușit ținerea sub control pentru câteva zile a incendiului și evitarea răspândirii focului pe navă.

Acest lucru a fost rezultatul organizării echipajului și capacității de adaptare prin completarea diferențelor dintre pregătirile din cadrul rolurilor de urgență și situația reală cu care s-au confruntat.

În urma accidentului, compania de transport a implementat noi proceduri de urgență dar și măsuri legate de sistemele de stingere a incendiilor.

2.3.2 Analiza factorilor de risc întâlniți în cazul exploziilor de la bordul navelor portcontainer

În dimineața zilei de 14 iulie 2012, alarma de fum a fost declanșată în magazia 4 (din 21) a navei MSC Flaminia, portcontainer Post Panamax, cu o capacitate de 6750 TEU, care se afla în drum din Statele Unite spre Europa. La bordul navei erau încărcate 2876 containere (echivalentul a 4805 TEU) din care, 149 erau încărcate cu mărfuri periculoase.

Primele măsuri luate sunt similare cu cele prezentate în cazul anterior (reprezintă măsuri general valabile stabilite prin procedurile fiecărei companii/nave în caz de incendiu), iar desfășurarea evenimentelor pe scurt s-a prezentat astfel:

După activarea senzorului, observându-se și fumul care ieșea din magazie, a fost dată alarma generală pe navă, comandantul preluând comanda și organizarea operațiunilor specifice de stingere a incendiului,

A fost oprită ventilația și, la ordinul comandantului, a început descărcarea de CO2 (36 butelii, corespunzător pentru situația de încărcare completă) în magazia 4; de menționat că odată cu lansarea CO2 a fost declanșată neintenționat și alarma în compartimentul mașină, lucru ce a condus la oprirea unor instalații auxiliare ale motorului principal (ventilație, caldarină),

După o scurtă perioadă – jumătate de oră – a fost descărcată o nouă cantitate de CO2 (24 butelii) în magazia 4,

În timpul pregătirii pentru răcirea zonei exterioare (pe punte) magaziei 4, o explozie puternică a avut loc, rănind patru membri de echipaj dintre care unul grav iar o persoană a fost dată dispărută; câteva containere au căzut peste bord și peste căile de acces prova-pupa, izolând astfel câțiva oameni în prova navei,

Având în vedere gravitatea situației, comandantul navei a ordonat abandonul navei. Toți membrii echipajului, mai puțin persoana dispărută au fost urcați în barca de salvare și preluați de o navă din apropiere. (Căpitanul secund, rănit grav a murit la bordul navei de salvare iar un alt membru de echipaj a murit câteva zile mai târziu în spital). Nava MSC Flaminia a rămas în derivă,

În data de 17 iulie (după trei zile de la izbucnirea incendiului), primul remorcher de salvare contractat de armator a ajuns lângă navă și a început operațiunile de stingere a incendiului și salvare a navei dar, numai în data de 20 iulie, prima echipă a putut urca la bordul navei MSC Flaminia, nava fiind remorcată în vederea conducerii spre un loc de refugiu și reparații.

Din cauza exploziei și a incendiului, nava și marfa din zona cuprinsă între magaziile 3 și 7 au suferit avarii majore.

Structura navei a fost slăbită necesitând înlocuirea în zona afectată de temperaturile dezvoltate de incendiu și explozie.

Containerele din zona cuprinsă între calele (bays) 26 la 46 au fost de asemenea distruse, temperaturile ridicate ducând la cedarea capacelor de magazie și căderea containerelor de pe punte peste cele din magazie.

Peretele transversal etanș dintre magaziile 4 și 5 a fost distrus iar 3 alți pereți de rezistență din zona afectată au fost de asemenea distruși sau grav afectați (vezi Fig. 2.24)

Ancheta comisiei de investigație cu privire la explozia de la bordul navei MSC Flaminia a condus la imposibilitatea determinării unei cauze unice a incendiului, datorită condițiilor magaziei 4 după incendiu și a numărului mare de mărfuri periculoase din zona afectată de incendiu [87].

Totuși, așa cum a arătat și analiza tehnică efectuată de experți, în baza probelor și a istoricului desfășurării evenimentelor, sunt luate în considerare următoarele mărfuri, care au putut sta la baza izbucnirii incendiului și exploziei în zona magaziei nr. 4:

1. Divinil-benzen, substanță lichidă, încărcată în trei containere cisternă în magazia 4 și care are o tendință puternică de polimerizare fapt pentru care este transportată stabilizată cu TBC (4 terț-butil-catechină).

Fig. 2.24 Fotografia navei MSC Flaminia în zona afectată de explozie și incendiu (sursa: German Federal Bureau of Maritime Casualty Investigation)

Conform fișei de securitate, substanța prezintă pericol de explozie în cazul descompunerii și de asemenea formează amestecuri explozibile cu aerul la încălzire intensă. Stabilizatorul (TBC) își menține eficiența în anumite condiții de temperatură în special, așa cum reiese din informațiile de specialitate și teste făcute în acest sens, astfel:

60 de zile la temperatura de 180 C,

30 de zile la temperatura de 270 C,

5 zile la temperatura de 350 C.

Este foarte posibil ca în aceste condiții, polimerizarea să fi putut fi declanșată într-unul din cele trei containere aflate în magazia 4, după aproximativ o săptămână pe mare. Creșterea temperaturii în containerele cisternă cu divinil benzen a avut trei posibile cauze:

Temperatura ambiantă,

Temperatura din magazie crescută datorită tancurilor de combustibil,

Temperatura ridicată în containerele stivuite alăturat (conțineau di fenilamina).

Căldura degajată datorită polimerizării (temperaturi de peste 350 C) a condus la creșterea temperaturii atât în zona adiacentă dar și în magazia nr. 4 în ansamblu, explozia putând fi astfel inițiată de substanțe care au atins punctul de auto-aprindere.(containerele care conțineau dimetilaminoetanol)

Pentru transportul divinil benzenului, Codul IMDG, încadrează această marfă la Clasa 9 (Substanțe periculoase pentru mediu) deși pericolele pe care divinil-benzenul le prezintă, conform aceluiași cod, sunt:

Substanțe (lichide sau solide) auto-reactive (Clasa 4.1)

Lichide inflamabile (Clasa 3)

Substanțe periculoase pentru mediu (Clasa 9)

Pentru substanțele care prezintă mai multe pericole, se acordă prioritate substanțelor auto-reactive iar divinil benzenul stabilizat se încadrează în cerințele Codului IMDG:

Substanță instabilă termic,

Stabilizatorul (TBC) are punct de fierbere mai mic de 1500 C,

Energia de descompunere este mai mică de 300 J/g (din teste 175 J/g).

În aceste condiții transportul containerelor se putea face doar pe punte asigurându-se monitorizarea temperaturii, însă modul de interpretare al prevederilor Codului IMDG, un cod eminamente tehnic, a permis clasificarea în Clasa 9, care recomandă încărcarea în magazie datorită potențialului de poluare și slăbește în același timp, cerințele de separare, stivuire sau monitorizare a containerelor.

2. Dimetilaminoetanol (marfă periculoasă clasa 3 – punct de aprindere 390 C) a fost transportată în patru containere cisternă în magazia nr. 4, iar această substanță în contact cu apa se amestecă producând leșie, al cărui volum este mult mai mare decât cel al substanțelor în amestec, și o reacție puternic exotermă. A existat posibilitatea ca o anumită cantitate de substanță, provenită dintr-un din containerele cu dimetilaminoetanol să se scurgă și să se combine chimic cu apa (provenită din condens cel puțin) de pe fundul magaziei nr. 4, degajând o cantitate semnificativă de căldură, sau cu alte substanțe din vecinătatea locului de stivuire cum ar fi PVC, difenilamină sau glifosat, reacțiile fiind de asemenea urmate de o degajare puternică de căldură. Ținând cont de faptul că tancurile de combustibil, a căror temperatură trebuie să fie constant peste 450 C, sunt prevăzute în aceeași zonă a magaziei 4, este foarte posibil ca punctul de aprindere (390 C) să fie atins și chiar depășit.

3. Produse de îngrijire pentru mașini au fost transportate sub formă de spray-uri cu gaz sub presiune sau recipiente cu lichide, împachetate și stivuite într-un container pe fundul magaziei nr. 4. O eventuală scurgere de lichid ar fi fost posibilă însă dimensiunile reduse ale recipientelor nu puteau conduce la inițierea unei explozii. Punctul de aprindere al unor produse – 37,80 C – și ușurința aprinderii acestora a putut contribui la dezvoltarea incendiului mai ales datorită situării în zona adiacentă containerelor cu marfă ce ar putea constitui sursa exploziei.

4. Policlorură de vinil pulbere (PVC) transportată în 90 de containere se pare că a jucat un rol important în explozie prin gazele degajate ca urmare a creșterii temperaturii, știind că la 1500 C aceasta elimină acid clorhidric, care atacă fierul în prezența umidității, prin următoarea reacție chimică rezultând hidrogen, după următoarea formulă:

2HCl + Fe → FeCl2 + H2

Hidrogenul are un nivel de energie de aprindere extrem de scăzut iar pulberea de PVC în suspensie datorată introducerii de CO2 în magazie se pare că a contribuit, prin cantitatea suficientă, la întrunirea condițiilor de explozie. Fumul alb/gri observat este un indiciu de existență al acidului clorhidric sau al amoniacului.

Amoniacul a fost un alt gaz care a putut fi eliminat datorită creșterii bruște a temperaturii (la cca. 3000 C) în containerele cu difenilamină, melamină, dimetilaminoetanol, glifosfat sau nylon. Cele două gaze, acidul clorhidric și amoniacul reacționează formând clorura de amoniu cu degajarea unui fum alb/gri:

NH3 + HCl → NH4Cl

Gazul de amoniac reacționează de asemenea cu apa formând hidroxid de amoniu, sub forma unui gaz alb de asemenea:

NH3 + H2O → NH4OH (fum alb)

La temperaturi ridicate, dioxidul de carbon reacționează cu amoniacul formând carbamatul de amoniu sau uree astfel:

2NH3 + CO2 → NH4[H2NCO2] (carbamat de amoniu)

care se descompune formând uree și apă:

NH4[H2NCO2] → CO[NH2]2 + H2O

Descărcarea de CO2 în magazie este posibil să nu fi avut efectul scontat deoarece majoritatea gazelor emanate ca urmare a creșterii temperaturii sunt mai ușoare decât acesta și în plus, efectul de relaxare al CO2 îi scade puternic temperatura la lansarea în magazie, diferența de densitate dintre gaze crescând astfel semnificativ. Fenomenul de convecție a fost de asemenea întârziat și datorită numărului mare de containere din magazie, aceasta fiind aproape plină.

Observații

a) La navele care pot folosi apa ca sistem de răcire în caz de incendiu, în capacele magaziilor sunt montate tubulaturi care se conectează prin cuple și furtunuri la sistemul de stingere a incendiului clasic de pe navă. Conform cerințelor SOLAS (Cap II-2, Reg. 19.3.1.3), pentru magaziile care transportă mărfuri periculoase Clasa 1 (Substanțe explozive) IMDG, sunt necesare mijloace de răcire (cu apă sau alți agenți), atât pentru marfă cât și pentru inundarea magaziei. În timpul construirii navei MSC Flaminia a fost abandonată ideea de folosire a acestui tip de capace de magazie, cel puțin pentru cele care în mod obișnuit pot transporta mărfuri periculoase – magaziile 12,3,4 – singurul mijloc rămas la dispoziție pentru răcirea mărfii fiind CO2 sau sistemele exterioare ale navei. Această situație este des întâlnită și la alte tipuri de navă portcontainer.

b) Sistemul de management al siguranței (SMS) al navei MSC Flaminia, elaborat în conformitate cu prevederile Codului ISM face referire la sistemul NAVECS (nautical audiovisual emergency control support), instalat de la bordul navei. Acesta este un program computerizat, dezvoltat de firma INTERSCHALT AG, care printre multiplele utilizări, oferă asistență pentru determinarea sarcinilor echipajului în caz de exerciții sau situații reale de urgență. Programul conține planul de urgență în caz de “Incendiu pe mare” și de asemenea, o bază de date referitoare la mărfuri periculoase. În manualul sistemului de siguranță sus-amintit, elaborat de operatorul navei, activarea sistemului NAVECS este obligatorie pentru ofițerul de cart în caz de urgență, până la sosirea comandantului pe comanda de navigație.

Pot exista și variante printată sau extrase din acest manual, care să prevadă măsuri referitoare la:

Plan de urgență – Incendiu pe mare

Plan de urgență – Abandonul navei

Sarcinile unităților de apărare contra incendiilor și unităților de asistență (suport)

Liste de verificare

Comisia de investigații a considerat că fiecare descriere de sarcini este suficient de bine detaliată, constituind un instrument foarte folositor în caz de urgență la bordul navei.

c) Este de menționat faptul că Ghidul procedurilor de răspuns în caz de urgență pentru navele care transportă mărfuri periculoase (EmS Guide) clasifică tipurile de măsuri specifice care se iau în caz de incendiu (F-A la F-J) și în caz de scurgere accidentală (S-A la S-Z), iar pentru mărfurile precum divinilbenzenul, clasificate sub codul F-A, este prevăzut faptul că, “în caz de incendiu mărfurile expuse pot exploda și ambalajul se poate distruge. Stingeți incendiul dintr-un loc protejat, cât mai departe posibil”. În cazul produselor de îngrijire pentru mașini și dimetilaminoetanol, același Ghid le încadrează la codurile F-D respectiv F-E unde este stipulat că, “gazele în recipiente închise expuse la căldură pot exploda brusc sau după un incendiu prin explozia prin expansiunea vaporilor unui lichid în fierbere(BLEVE).”[88].

Un exemplu de marfă care prezintă un real pericol pe timpul transportului este azotatul de amoniu, despre ale cărui efecte explozive sunt mai bine cunoscute urmările din transportul rutier sau feroviar.

Deși clasificarea sa este de agent oxidant conform IMDG, este cunoscut faptul că azotatul de amoniu poate suferi o descompunere termică atunci când primește energie calorică suficientă, după următoarea reacție chimică, conform fișei de scuritate a substanței[89]:

NH4NO3 → NO2 + 2H2O + 37 kJ/mol

Dacă temperatura este mai mare de 2500 C, din descompunere rezultă amoniac și acid azotic după o reacție endotermă:

NH4NO3 → NH3 + HNO3 – 174 kJ/mol

Dioxidul de azot din prima reacție împreună cu azotatul de amoniu, datorită căldurii, se pot combina după următoarea reacție exotermă:

NH4NO3 + 2NO2 → N2 + 2HNO3 + H2O + 232 Kj/mol

Creșterea temperaturii (peste 4000 C) conduce la o detonație după următoarea formulă:

2NH4NO3 → 2N2 + 4H2O + O2 + 118 kJ/mol

În acest fel este explicată posibilitatea apariției unei explozii puternice a unei substanțe fără contribuția oxigenului, acesta fiind produs pe timpul reacțiilor. Odată ce introducerea de CO2 în magazia unei nave spre exemplu, nu poate avea nici un efect de prevenire, factorul cheie în evoluția acestor reacții este temperatura de aceea, controlul acesteia reprezintă principalul mijloc de combatere a producerii exploziilor pe timpul transportului materialelor periculoase.

Desfășurarea evenimentelor, de la observarea fumului și declanșarea alarmei, până la explozia și incendiul generalizat urmat de abandonul navei și lupta pompierilor cu salvarea navei, reprezintă procesul complet pe care accidentele urmate de incendiu sau exlozie îl parcurg.

Cauzele exploziei sau incendiului, chiar dacă nu sunt determinate cu certitudine, se înscriu totuși într-un cadru posibil, pentru marea majoritate a voiajelor pe care navele portcontainer le execută. Din acest motiv, accidentele prezentate mai sus, reprezintă teste, extrem de scumpe, din care se pot extrage concluzii pertinente care evaluate corespunzător, pot să conducă la elaborarea unor măsuri de prevenire a acestor tipuri de accidente pe viitor.

Cele trei obiective de siguranță majore, reprezentând viața oamenilor, integritatea navei și mediul înconjurător, fac din evaluarea acestora un lucru absolut necesar deoarece succesiunea evenimentelor poate lua o turnură dramatică.

Incendiul și explozia, pe lângă amenințarea intrinsecă pe care o reprezintă asupra vieții oamenilor, afectează structura de rezistență a containerelor (făcând posibilă dezvoltarea exponențială a incendiului sau exploziei) sau a navei cu consecințe greu de estimat pentru cele trei componente enumerate mai sus.

Măsurile de prevenire care se pot lua sunt de aceea, legate de momentul aplicării lor în cadrul procesului iar, pe lângă componenta principală a vieții oamenilor, menținerea integrității navei și a încărcăturii reprezintă unul dintre obiectivele acestor măsuri.

CAPITOLUL 3 CONTRIBUȚII PROPRII LA ELABORAREA UNOR METODE DE EVALUARE A SIGURANȚEI NAVEI PORTCONTAINER ÎN SITUAȚII CRITICE

3.1 ANALIZA COMPORTAMENTULUI NAVEI PORTCONTAINER ÎN SITUAȚII CRITICE PRIN UTILIZAREA PROGRAMULUI OCTOPUS

Încă din stadiul de proiect, navele sunt evaluate atât din punct de vedere economic, urmărindu-se optimizarea dimensiunilor și caracteristicilor de operare pentru mărfurilor pe care le transportă, dar și din punct de vedere al comportamentului acestora în diverse situații de operare sau condiții de navigație.

Dezvoltarea informatică din ultimele decenii au dus la o îmbunătățire substanțială a programelor de simulare a răspunsului navei și a componentelor sale pentru o varietate mare de scenarii. Ca parte a siguranței navei, echipajului și mărfii, chestiunile legate de stabilitate au constituit dintotdeauna veritabile criterii pentru proiectarea și exploatarea navei. Abordările în această privință au crescut ca număr de la an la an prin acoperirea unor scenarii cât mai largi și cu rezultate cât mai exacte posibil.

Numărul de variabile care trebuie luate în calcul la încărcarea navelor portcontainer duce de la necesitate spre obligativitate în implementarea unor programe computerizate de încărcare a navei, capabile nu numai să simuleze dar să și dea soluții în timp real, pentru cât mai multe aspecte de siguranță a navei (diagrama de stabilitate, momente de încovoiere sau forfecare care acționează asupra corpului navei, perioada de ruliu etc), în funcție de anumiți parametri de intrare (marfă, poziționare, balast, combustibili etc.)

Programele dedicate analizei mișcărilor de răspuns ale navei, pentru diverse condiții pe care le poate întâmpina în marș, sunt necesare, având în vedere construcția de portcontainere mari și foarte mari, în paralel cu creșterea gradului de dotare cu echipamente de ultimă generație, pentru toate nivelurile de exploatare (propulsie, navigație, instalații și echipamente auxiliare sau instalații de încărcare).

Programul OCTOPUS este unul din programele care validează în primă fază, analiza teoretică făcută în ceea ce privește comportamentul oscilatoriu al navei, în navigația pe valuri. Răspunsul navei în comportamentul dinamic poate astfel sa funcționeze ca un criteriu, pentru condiții de stabilitate statică sau dinamică a navei, prin luarea de măsuri de siguranță înainte de plecarea în voiaj, dar și subiect de analiză pentru efectele pe care acest comportament le induce asupra structurii și încărcăturii navei. Analize similare cu ajutorul acestui program au fost efectuate de Chițu și Zăgan în anul 2014, pentru determinarea comportamentului unei nave de aprovizionare pentru platforme de foraj.[90]

Dacă până nu foarte mulți ani în urmă, dinamica navei era privită la modul foarte simplist și de cele mai multe ori ignorată, în acest moment, luarea în calcul a sarcinilor hidrodinamice asupra corpului navei, a accelerațiilor care apar și care pot fi cuantificate, conduc la o abordare mai temeinică asupra acestui subiect. Introducerea de limitări specifice, pe diverse niveluri de operare (unghi de ruliu, accelerații și sarcini în leasing, accelerații verticale care conduc la solicitarea provei navei datorită efectului de tangaj violent), pot completa un tablou comprehensiv al problemelor de comportament dinamic al navei, pentru aproape orice situație întâlnită.

Principalii parametrii operaționali, reprezentați de viteza și drumul navei, așa cum a fost evidențiat în capitolul anterior, au un efect puternic asupra răspunsului navei pentru o anumită stare a mării.

Pentru descrierea cantitativă a valurilor neregulate, întâlnite în mod obișnuit pe mare, sunt necesare analize statistice care permit identificarea caracteristicilor individuale în cadrul setului de date. Individualizarea se bazează pe principiul suprapunerii mai multor componente armonice regulate ale valului, fiecare cu propria amplitudine, lungime, perioadă sau frecvență și direcție de propagare, pentru a forma o profilul unui val neregulat. Conceptul a fost introdus în hidrodinamică de St. Denis și Pierson în 1952, pentru aplicarea teoriei valurilor regulate în anticiparea comportamentului în cazul valurilor neregulate.

Programul OCTOPUS folosește principalele mărimi din teoria valurilor, precum:

Hs = Înălțimea semnificativă a valurilor și care reprezintă înălțimea medie, a celei mai înalte treimi, din totalul valurilor produse (înregistrate) într-o anumită perioadă;

Ts = Perioada semnificativă a valurilor care este perioada medie a celei mai înalte treimi din totalul valurilor produse (înregistrate) într-o anumită perioadă;

Tz = Perioada medie a valurilor care este media perioadelor tuturor valurilor dintr-un interval de timp dat.

O metodă de evaluare a unui câmp natural de valuri este analiza spectrală, prin care se evidențiază spectrul valurilor ce reprezintă corelat, energia valurilor versus frecvența valurilor.

Conform teoriei liniare a valurilor, energia totală a valurilor pe aria unitară de suprafață orizontală este:

(3.1)

Unde, ρ = densitatea apei de mare (kg/m3), g = accelerația gravitațională, iar H este înălțimea valului. [91]

Energia (E) se poate observa că se raportează la suprafață (J/m2), fiind în fapt o masură a densității energiei valurilor.

Nivelul de agitație al mării poate fi însă apreciat și prin analiza distribuției energiei valului neregulat în funcție de pulsația valurilor regulate componente.

Se poate astfel scrie:

(3.2)

În care, s(ɷ) reprezintă energia valului corespunzătoare unității de suprafață, în Js/m2, și Δɷ reprezintă variația pulsației în rad/s. Înlocuind:

(3.3)

În care, S(ɷ) se numește spectru energetic al valului neregulat plan, rezultă:

(3.4)

Forma spectrului energetic este influențată de gradul de agitație al mării și de viteza vântului. Marea se montează după o anumită perioadă, în care bate în mod constant vântul, iar pentru diferite valori ale vitezei vântului, marea evident că se montează în grade diferite.

Așa cum se poate observa și în Fig. 3.1 a), pentru viteza vântului constantă în direcție și viteză, după o anumită perioadă, spectrul energetic crește și tinde să se deplaseze în domeniul pulsațiilor joase. În Fig. 3.1 b) se observă cum, pentru valori diferite ale vântului (Vv1-4 ) care au provocat montarea completă a mării, maximul spectrului energetic este pe măsură și totodată deplasat spre domeniul pulsațiilor joase.

Pentru obținerea unui spectru energetic a cărui frecvență de variație a înălțimii respectă legea de probabilitate a distribuției Rayleigh, nu este recomandată înregistrarea unui număr prea mare de valuri pe o perioadă de timp prea îndelungată deoarece marea își păstrează o anumită stare, care este limitată pentru o anumită perioadă de timp și arie.

Este considerată optimă observarea unui număr de 1000 de valuri, iar înălțimea valului cu o asigurare de 10%, poate fi considerată cea mai probabilă înălțime a valului neregulat plan, având spectrul obținut din aceste înregistrări.

Fig. 3.1 Forma spectrului energetic al valului pentru diferite stări ale mării [90]

Aria de sub spectrul energetic se numește momentul spectrului, m0 și se determină cu relația:

(3.5)

Derivând în raport cu timpu ecuația profilului valului neregulat plan, obținem expresia vitezei profilului valului. Momentul spectrului vitezei valului va fi:

(3.6)

Mărimile de mai sus sunt folosite de programul OCTOPUS pentru calcularea perioadei de trecere aparente prin 0, definită ca:

(3.7)

Amplitudinea semnificativă:

(3.8)

Înălțimea semnificativă:

(3.9)

Și maximul definit ca cea mai probabilă extremă (MPE)

(3.10)

Unde, t este perioada de referință a stării mării, în secunde, de obicei 3 ore sau 10400 de secunde. Această perioadă poate fi definită însă și de utilizatorul programului.

Procedura care se folosește pentru analiza mișcărilor navei, accelerațiile sau momentele de redresare trebuie să includă:

analiza stabilității inițiale a navei pentru a obține parametrii de stabilitate;

evaluarea condițiilor meteo care pot fi întâlnite;

analiza mișcărilor navei în ceea ce privește accelerațiile, unghiurile de bandă, momente și evidențierea valorilor proiectate pentru diferite puncte de interes pentru navă sau marfă.

O astfel de analiză se poate efectua cu ajutorul programului OCTOPUS care funcționează după schema logică din Fig. 3.2:

Nava poate fi privită în acest caz ca un sistem, în care intră anumite mărimi și răspunde prin alte mărimi, de ieșire, prin intermediul unei funcții de transfer. Pentru studiul mișcărilor pe care nava le execută datorită valurilor, funcția de transfer este un operator numit „răspuns în amplitudine” (RAO – response amplitude operator) .

Fig. 3.2 Secvența de analiză a valorilor proiectate în programul OCTOPUS [92]

Pentru fiecare pulsație de val regulat, ɷ, care participă la formarea de valuri neregulate, RAO are expresia:

(3.11)

Unde, rA este amplitudinea răspunsului navei pentru tipul de mișcare analizat în m iar este amplitudinea valului regulat, de asemenea în m.[92]

Sistemul reprezentat de navă și excitat de valuri produce răspunsuri diferite pentru fiecare din cele șase grade de libertate pe care le are.

Operatorul RAO are valori în funcție de mișcarea pe care o descrie și care poate liniară, în m, pentru mișcarea de translație (avans, derivă sau înălțare pe verticală) sau unghiulară, în grade, pentru cea de rotație (ruliu, tangaj, girație).

Pentru predicția funcției de transfer se folosesc:

metode numerice în domeniul timp, prin care se analizează valul care întâlnește nava urmărindu-i evoluția în eșantioane de timp mici. Prin integrarea pe pași a presiunii hidrodinamice a apei pe carena navei se determină componentele rezistenței la înaintare, iar din legea a doua a mecanicii clasice se determină accelerația carenei, ce permite obținerea vitezei și poziției navei.

metode numerice în domeniul frecvență (pulsație), care folosesc teoria fâșiilor, prin care carena se divizează în secțiuni transversale subțiri și se calculează coeficienții hidrodinamici, lucru ce permite determinarea valorilor variabilelor din ecuațiile de mișcare și implicit răspunsul navei la acțiunea valurilor.

Este de menționat faptul că cea de a doua metodă este folosită datorită volumului mai mic de calcul și a posibilității estimării mișcărilor navei încă din fazele incipiente. Rezultatele ambelor metode trebuie sa fie validate prin probe de bazin sau probe de mare.

Pentru a exemplifica analiza comportamentului navei în cu ajutorul programului OCTOPUS, a fost aleasă o nava portcontainer de tip Panamax, încărcată cu marfă și cu următoarele caracteristici principale:

LWL = 285 m (lungimea navei)

B = 32,2 m (lățimea navei)

Tmax = 12,5 m (pescajul navei)

CB = 0.691 (coeficient bloc)

GM = 3m (înălțime metacentrică)

M1 = 82760 to (masa în condiția de încărcare 1)

M2 = 42760 to (masa în condiția de încărcare 2 – marș în balast)

Voiajul ales pentru studiul comportamentului navei a fost pe ruta Hamburg – Baltimore, prin Atlanticul de Nord, o rută foarte folosită de altfel, iar rezultatele sunt sistematizate în continuare.

După încărcarea datelor referitoare la dimensiunile principale ale navei, a fost modelat în 3D corpul navei, cu posibilitatea de a defini scenarii pentru mai multe pescaje, viteze sau unghiuri de incidență ale valurilor.

Conform analizei pe termen lung a statisticilor bazate pe înregistrările de val, diagrama de împrăștiere a valurilor ia în considerare histogramele înălțimii de val pentru perioada fixată, iar distribuția pe lungă durată a înălțimii semnificative poate fi aproximată folosind distribuția de probabilitate tip Weibull.[59]

Prin folosirea bazei de date din programul OCTOPUS ( program ce se poate conecta cu alte baze de date oceanice disponibile la bordul navei sau la uscat), a fost elaborată digrama de împrăștiere, care arată numărul aparițiilor diferitelor înălțimi semnificative Hs corespunzătoare la diferite perioade medii Tz, într-o perioadă de înregistrare pe o perioadă lungă ce acoperă 100.000 de măsurători.(Fig. 3.3)

Fig. 3.3 Diagrama de împrăștiere pentru Atlanticul de Nord (programul OCTOPUS)

Este de menționat că înălțimea medie semnificativă a valului în zona centrală a Atlanticului (Anexa 1 Fig.1 – careul 15 și careul 16) este considerabil mai mare decât în restul regiunilor aferente rutei alese.

Spectrul de val folosit a fost Jonswap, programul permițând și folosirea spectrului Newman sau Bretschneider (echivalent cu Pierson-Moskowitz).

Caracteristicile de stare ale mării, cu valori specifice unei anumite zone în care nava se află la un moment dat, sunt introduse cu ușurință ca două sisteme de valuri: sistem principal – provocate de vânt și sistemul secundar – valul de hulă, înlocuind astfel parametrii statistici pe termen scurt din baza de date a programului.(Anexa 1 Fig. 2)

Analiza hidrodinamică a corpului navei depinde doar de caracteristicile dimensionale ale navei, unghiul de incidență și frecvența valului, precum și viteza navei, fără a lua în considerare condițiile de încărcare.

În cazul mișcării de ruliu, răspunsul în amplitudine datorat sarcinilor valului, pentru corpului de navă având pescajul de 12,5 m și viteza de 19,2 Nd, poate fi observat în Fig. 3.4 a). Este ușor identificabilă o zonă critică a ruliului, pentru incidența valului din direcții cuprinse între 550 și 730 (în cazul programului Octopus direcția se referă la unghiul de incidență al valului, contat dinspre pupa navei în sens direct).

Fig. 3.4 a) RAO – Mișcarea de ruliu a navei –amplitudine (program Octopus)

Se poate observa de asemenea dependența momentului indus de frecvența valurilor. Așa cum este arătat în Fig. 3.4 a), momentul începe să crească în gama de frecvență cuprinsă între 0,9 rad/s și 1,1 rad/s, atingând valoarea maximă = 1,01 x 105 kNm, în condițiile de pescaj 8,67 m, și viteză a navei de 18 Nd iar direcția valurilor din travers (830).

O detaliere a gamelor de frecvente periculoase pentru navă este redată în diagrama mișcărilor de ruliu în funcție de frecvența valului fapt ce confirmă aspectele de mai sus, valorile fiind redate în Fig. 3.4 b).

A fost verificată amplitudinea răspunsului pentru celelalte mișcări oscilatorii ale navei, în Anexa 1 Fig. 3 fiind redată diagrama de răspuns pentru tangaj, nava fiind solicitată suplimentar în mod evident pentru valuri de prova (1300 – 1800).

Un pescaj mai mic al navei (10 m), ceea ce presupune de fapt un corp mai mic în imersie, va modifica amplitudinea momentelor de înclinare, pentru același regim de viteză, nemodificând însă masa navei, valorile maxime cresc ușor, atingând un maxim de 1,32 x 105 kNm (Anexa 1 Fig. 4).

Fig. 3.4 b) RAO – Diagrama de ruliu a navei (amplitudine) în funcție de frecvență de val

Schimbarea regimului de viteză, așa cum este arătat și teoretic, modifică valorile maxime ale solicitărilor induse în corpul navei, reducându-se mărimea unghiurilor cu care nava oscilează, iar diagrama care simulează reducerea de la viteza de 19,2 la viteza de 6,4 Nd (Anexa 1 Fig. 5) confirmă acest lucru, prin valoarea maximă a momentului de 9,54 x 104 kNm.

Cazul 1

Pentru simularea voiajului cu nava încărcată, am ales o variantă de încărcare specifică, după cum urmează:

Masa totală: 82.760 to

Tpv 13,24 m

Tpp 13,13 m

GM 3,15 m

Principalul răspuns, care prezintă interes maxim pentru stabilitatea dinamică a navei, este reprezentat în Fig. 3.5 și arată amplitudinea ruliului pentru diferite unghiuri de incidență ale valului, la viteza de 19.2 Nd.

Fig. 3.5 a) RAO – Diagramele de ruliu ale navei (amplitudine) la viteza de 19,2 Nd [grade] și maximul pentru unghiul de incidență de 2500 și 1100

Valorile maxime pot fi atinse în cazul unui val de travers (puțin spre prova) pentru ambele borduri. Maximele de ruliu pe care nava le poate atinge sunt ușor de vizualizat în raportul comparativ pentru diferite unghiuri de incidență a valului, conform Figurii 3.5 b).

În pasul următor au fost deduse mișcările de accelerație pe care, un punct corespunzător poziției unui container, (coordonate de la linia de bază pupa x = 145 m, y = 16 m, z = 25 m), aflat pe puntea navei în stivă laterală, le poate dezvolta datorită oscilațiilor navei.

Acest lucru ajută ofițerii de punte în verificarea criteriilor pentru lashingul containerelor din documentațiile tehnice și de asemenea, valorile mari ar trebui evitate pentru a nu solicita suplimentar nici mărfurile aflate în interiorul containerelor (Anexa 1 Fig. 6).

Fig. 3.5 b) Diagrama comparativă a ruliului pentru diferite unghiuri de val

Există în acest moment o presiune pe echipajul navei portcontainer, în sensul luării tuturor măsurilor de precauție, pentru evitarea pierderii în mare agitată, a containerele de pe punte, lucru destul de des întâlnit de altfel.[93]

Pentru luarea unei decizii corecte de atenuare a oscilațiilor navei în caz de furtună se poate evalua comportamentul navei în condiții similare, dar modificând câte un parametru de intrare cum ar fi, scăderea vitezei navei, rezultatele fiind elocvente și redate pentru viteza de 12,8 Nd și 6,4 Nd în Anexa 1 Fig. 7 respectiv Anexa 1 Fig. 8.

Statistica pe termen scurt a stării mării este redată în continuare pentru diferite răspunsuri ale navei și pentru operatorul ales, cea mai probabilă extremă (MPE – Most Probable Extreme).

Diagrama polară pentru mișcările de ruliu ale navei, redată în Fig. 3.6, reprezintă cel mai fidel maximele pe care nava le poate dezvolta, în funcție și de starea mării, pe lângă parametrii care au fost prezentați anterior.

Fig. 3.6 Diagrama polară a mișcării de ruliu a navei

Diagrama răspunsurilor în funcție de starea mării din programul OCTOPUS, ne-a permis ca, în funcție de drumul și viteza navei, dar și gradul de agitație al mării, să estimăm cea mai probabilă extremă a unei anumite valori pe care un anumit parametru de mișcare îl poate atinge.

Modelul diagramei este utilizat și de alte programe de la bordul navelor (ex Arrow) și respectă cerințele Codului de Stabilitate din anul 2008.[94]

În figură este redată statistica pentru o perioadă scurtă a mișcărilor de ruliu ale navei , pentru marea cu valuri Hs = 5,2 m și Tz = 8,3 s. Deși această înălțime a valurilor nu reprezintă în mod obișnuit o problemă pentru o navă Panamax, este important de observat că sunt create condiții ca cele expuse în capitolul precedent, de apariție a anumitor fenomene periculoase în comportamentul navei.

Astfel, pentru valuri de prova (1600 – 2000 unghiul de incidență al valurilor), există în regimul de viteză de 23 – 25 Nd, posibilitatea apariției ruliului parametric, așa cum a fost descris în capitolul 2.1. Acest lucru este posibil în fapt, având în vedere viteza nominală a unei nave portcontainer tip Panamax, ce se situează în jurul acestei valori.

Vizualizarea valorilor extreme în funcție de direcția valului la o anumită viteză, este mai facilă analizând diagrama din Fig. 3.7, în care se confirmă amplitudinea maximă a ruliului pentru valurile de travers.

Fig. 3.7 Diagrama celei mai probabile extreme de ruliu a navei în funcție de direcția valului

Al doilea fenomen periculos descris în teză se referă la fenomenele asociate valurilor de urmărire și anume de plutire pe creasta de val – surfing și de cădere între valuri – broaching, ce afectează așa cum am arătat, stabilitatea navei într-un mod rapid și periculos.

Fenomenul de broaching este asociat de obicei cu slamming-ul (lovirea puternică a fundului navei de apă) ce induce după cum am spus, sarcini suplimentare asupra tablelor și structurii navei. Condițiile de apariție sunt pentru valuri de pupa (450 – 3150 unghi de incidență față de pupa navei) în regimul de viteză de 14,5 Nd – 17,5 Nd.

Alt fenomen reprezentat este ruliu sincronizat însă, direcția valurilor din travers (800 – 1000 și 2600 – 2800) impune în mod uzual atenție sporită din partea echipei de cart datorită afectării directe a stabilității navei prin unghiurile de bandă ridicată pe care nava le poate lua (vezi Fig. 3.7)

Măsuri ce pot fi luate în vederea evitării unor oscilații puternice ale navei sunt date chiar de citirea corectă a diagramei polare și se rezumă la cele uzuale:

Reducerea vitezei – până la limita de guvernare a navei în cazuri extreme

Schimbarea de drum a navei – în așa fel încât abaterea să fie rezonabilă și efectele să fie totuși cele așteptate.

Având în vedere ca starea mării nu are modificări atât de rapide, o calibrare a diagramei pentru fiecare navă este evident necesară, pentru a fi siguri de evaluare corectă a răspunsului dinamic al navei în condiții certe.

O schimbare relativ minoră a parametrilor valurilor poate atenua sau amplifica răspunsurile navei, iar o mare mai montată poate elimina cadrul de apariție al unor fenomene periculoase, cum ar fi ruliul parametric pentru Hs =6,6 m (Anexa 1 Fig. 9) însă evaluarea este bine să fie făcută în termen de extreme și în acest caz am folosit anvelopele MPE ale ruliului, în funcție de starea mării, direcția valului și viteza navei.

Fig. 3.8 Anvelopa valorilor maxime pentru unghiul de ruliu în funcție de starea mării

Conform teoriei, starea mării are o relație de proporționalitate cu oscilațiile transversale ale navei iar graficul acestei relații, pentru nava încărcată, pe ruta din Atlanticul de Nord este confirmat în Fig. 3.8 , unde se poate observa o pantă ascendentă a valorilor maxime pentru mare cu valuri de 8 m, după care această creștere devine mai lentă.

O evaluare similară a maximelor pe care nava le poate întâlni pe ruta de mai sus, a fost făcută în funcție de unghiul de incidență al valurilor, conform datelor din Fig. 3.9.

Fig. 3.9 Anvelopa valorilor maxime pentru unghiul de ruliu în funcție de direcția valului

După cum unghiul de ruliu poate lua valoarea maxime pentru anumite valori de incidență ale valului, tot diagrama ne oferă soluția de limitare a acestei valori prin corectarea drumului, evitând valori de incidență ale valului între intervalele corespondente unghiului limită.

Spre exemplu, valori de peste 250 unghi de ruliu pot fi evitate dacă valul un este din direcția 700 – 1300 sau 2200 – 2850).

Evident că variația vitezei poate aduce îmbunătățiri ale comportamentului navei, iar rezultatele pot fi evaluate și în ceea ce privește celelalte tipuri de mișcări ale navei (unghiulare sau de translație pe cele trei axe) însă, viteza de marș se adaptează de regulă la condițiile de la fața locului deoarece variația maximelor nu poate reflecta situația de moment. (Anexa 1 Fig. 10)

În mod practic, aceste anvelope de maxim se pot tipări înainte de plecarea în zona de navigație, urmând să fie folosită pentru evaluare cea care corespunde în ceea ce privește unghiul valului și starea mării, viteza fiind un parametru de rezervă pentru situații excepționale.

Decizia se ia în funcție de parametrul urmărit și zona de navigație ce urmează a fi parcursă. Starea mării poate fi modificată în program potrivit realității de moment și în acest caz se poate utiliza diagrama statistică a mării pe termen scurt.

Diagrama de împrăștiere a valurilor a fost întocmită pentru ruta prin Atlanticul de Nord, cu nava încărcată și arată într-o altă formă, prin operatorul de cea mai mare probabilitate, unghiurile de ruliu pe care nava le poate atinge în condițiile de valuri pe care le poate întâlni (Fig. 3.10). Pe coloana din dreapta diagramei de împrăștiere este reprezentat gradul de realizabilitate, ce reprezintă probabilitatea combinată dintre stările mării și valorile de răspuns care nu depășesc un nivel dat, pentru unghiul de ruliu.

Fig. 3.10 Diagrama de împrăștiere pentru unghiul de ruliu în funcție de direcția valului

Unghiul de incidență a fost ales la valoarea de 1100, pentru a putea compara rezultatele cu celelalte diagrame, confirmându-se valorile maxime posibile pe care, ruliul navei portcontainer, le poate lua.

Utilitatea folosirii diagramei de împrăștierea constă în metoda comparativă prin care pot fi evidențiate valorile statistice optime pentru anumite situații, în funcție de parametrii de intrare, viteza navei (19 Nd) și unghiul de incidență al valului (1100).

Acestea sunt cele două mărimi care pot fi modificate în timp real la bordul navei, decizia de alegere dintre cele două și gradul de modificare bazându-se cu ajutorul diagramei, pe date statistice din diagramele de împrăștiere.

Astfel, dacă măsura este de scădere a vitezei și menținere a drumului navei, acest lucru conduce la înrăutățirea mișcărilor de ruliu, prin creșterea unghiului maxim în cele mai multe cazuri. (vezi diagrama de împrăștiere din Anexa 1 Fig. 11)

Dacă însă, măsura este să se mențină viteza și să se modifice 200 spre dreapta drumul navei, astfel încât, unghiul de incidență al valului să fie de 1300, valorile sunt simțitor îmbunătățite. (Anexa 1 Fig.12)

Decizia finală aparține de regulă comandantului care în baza experienței și a cunoștințelor furnizate prin mijloacele de la bord, și ținând seama în primul rând de siguranța navei și a oamenilor va lua măsurile ce se impun.

Cazul 2

Pentru simularea voiajului cu nava în balast, am ales o altă variantă de încărcare, după cum urmează:

Masa totală: 42.760 to

Tpv 7,49 m

Tpp 8,01 m

GM 4,40 m

După încărcarea datelor s-a putut face comparația între cele două moduri de navigație ale navei iar rezultatele confirmă abordările teoretice, în sensul scăderii solicitărilor pe care valurile le induc asupra corpului navei.

Comparând raspunsul dinamic al navei în balast în amplitudinea mișcărilor de ruliu, se constată o reducere de aproximativ două grade/metru, așa cum se poate observa în Fig. 3.11.

Fig. 3.11 RAO – Diagramele de ruliu ale navei în balast (amplitudine) la viteza de 19,2 Nd și maximul pentru unghiul de incidență de 2600

Incidența critică a valului se apropie mai mult de traversul navei în acest caz decât în cel al navei încărcate, valorile maxime fiind atinse pentru unghiul de 950 și 2650.

Se poate observa o mutare a valorilor maxime de la frecvența valului de 0,5 rad/s la 1,05 rad/s și totodată o scădere de la 9,42 grade/m la 6,26 grade/m, în privința valorilor maxime de ruliu, iar acest lucru este mai bine scos în evidență de diagrama din Fig. 3.12, unde pentru aceleași valori folosite pentru nava încărcată, maximele se regăsesc în dreapta diagramei, iar valorile sunt cu aproximativ 3 grade mai mici.

Fig. 3.12 Diagrama comparativă a ruliului pentru diferite unghiuri de val, nava în balast

Statistica pe termen scurt a stării mării a fost evaluată prin elaborarea diagramei polare (Fig. 3.13), în condiții similare ca cele din cazul navei încărcate.

Fig. 3.13 Diagrama polară a mișcării de ruliu a navei (în balast)

Observația principală este că se confirmă valorile mai scăzute, ale celei mai probabile extreme, în toate variantele de stări ale mării.

Pentru mișcarea de ruliu, definitorie în evaluarea stabilității, diagrama polară relevă ca fenomene periculoase doar surf-riding-ul sau broaching –ul, ambele cauzate de valuri de urmărire.

A fost efectuată o comparație între mișcările navei portcontainer încărcată și în balast, iar rezultatele pentru principalele mișcări au fost structurate după cum urmează:

De rotație în jurul axei Ox – ruliu și Oz – răsucire (yaw),

De translație pe axa Oy – derivă (sway) și Oz – ridicare (heave).

Statistica MPE arată modul cum valorile maxime variază pentru cele două cazuri, în funcție de unghiul de incidență al valului și viteza navei.

Așa cum a fost arătat și în capitolul de teorie, valorile maxime pentru ruliu se îmbunătățesc în cazul navei în balast (cel mai important indicator de stabilitate – GM, crește), dar cele în jurul axei Oz se amplifică, masa totală a navei (prin pescajul mai mare), făcându-și efectul. Valorile cresc în cazul navei în balast și în ceea ce privește mișcările de translație, în special de derivă laterală pe axa Oy – sway.

În Anexa 1 Fig. 13 este prezentat rezultatul acestei comparații, unde diagramele scot mai bine în evidență comportamentul navei în cele două situații de încărcare, pentru mișcarea de ruliu, urmate de diagramele de răspuns cu maximele mișcărilor de răsucire (yaw) în Anexa 1 Fig. 14, diagramele de răspuns cu maximele mișcărilor pe axa Oy (sway) în Anexa 1 Fig. 15 și diagramele de răspuns cu maximele mișcărilor pe axa Oz – Anexa 1 Fig. 16.

După cum se poate observa în Figurile 3.6 și 3.13, pe diagramele polare sunt clar delimitate zonele în care pot apărea fenomenele periculoase pentru pierderea stabilității. Măsurile care presupun scăderea sau creșterea vitezei reprezintă una din soluțiile cele mai facile și ușor de evaluat atunci când modificarea drumului și implicit a unghiului de incidență a valului este mai puțin preferată.

Apariția fenomenelor periculoase în mare agitată poate fi evitată atât prin modificarea anumitor parametri enumerați mai sus – viteza navei și drumul navei – dar și prin modificarea înălțimii metacentrice, GM, prin balastarea sau debalastarea navei (atunci când este posibil).

A fost propus un model de evitare al fenomenelor periculoase prin folosirea programului OCTOPUS și studierea diagramei polare ca bază pentru decizia de schimbare a vitezei sau drumului navei în condiții de navigație pe vreme rea. [ 95]

Diagrama de împrăștiere din Fig. 3.14, arată pentru cazul navei în balast, valori maxime mai mici pentru ruta aleasă, cu maxime critice în doar câteva situații specifice.

Fig. 3.14 Diagrama de împrăștiere pentru unghiul de ruliu în funcție de direcția valului

Evaluarea stabilității dinamice prin analiza mișcărilor pe cele șase grade de libertate ale navei în funcție de parametrii sus menționați completează calculele de stabilitate statică cu care nava pleacă în mod normal în orice voiaj.

În concluzie, putem afirma că introducerea programului OCTOPUS în procedura de evaluare a stabilității, poate fi considerată o bună măsură de siguranță, pentru evitarea oscilațiilor periculoase ale navei portcontainer, oscilații care pot conduce la pierderea containerelor dar și la supunerea structurii de rezistență a navei la eforturi considerabile.

Daca în urmă cu mulți ani, deciziile referitoare la siguranță în situații critice se luau exclusiv în baza experienței, în zilele noastre aceste decizii pot fi luate pe baza informațiilor furnizate de simulări computerizate sau cunoștințe noi, rezultate din ultimele cercetări în domeniul respectiv.

3.2 UTILIZAREA METODEI ELEMENTULUI FINIT ÎN EVALUAREA REZISTENȚEI STRUCTURALE A NAVEI PORTCONTAINER ÎN CAZ DE ESUARE

În vederea evaluării rezistenței structurale a navei portcontainer în caz de eșuare, a fost aleasă analiza prin metoda elementelor finite. Programul folosit este NX 8.0, dezvoltat de firma SIEMENS, unul dintre cele mai puternice programe atât pentru partea de proiectare asistată de calculator (CAD), cât și în aplicarea metodei elementelor finite, fiind unul dintre cele mai bine cotate pe piața specifică în acest moment.

Siemens PLM Software a elaborat produsul Teamcenter, care manageriază întreg ciclul de viață al produsului, de la faza de concept și proiectare, analiza produsului (analiza cu elemente finite), până în momentul în care produsul va fi retras din folosire, conform conceptului cunoscut sub denumirea de Management al ciclului de viață (PLM – Product Life Management). Acest concept a fost folosit cu succes în industriile care se bazau de siguranță (aeronautică, militară etc) și a fost importat în ultimii ani și de alte domenii economice, care de asemenea consideră siguranța un factor important, cum ar fi și sectorul maritim (bine cunoscutul concept „Safety First”).

Softul folosit de NX este utilizat pe scară largă atât în industria militară navală, cât și în cea civilă, atât de șantierele de construcții nave (Daewoo, Hyundai, STX, MAN) sau ambarcațiuni agrement (Sunseeker, Mercury), dar și societăți de clasificare din sectorul maritim (Bureau Veritas). [96]

Solverul folosit este NX Nastran, care realizează analiza cu elemente finite pentru tensiuni, deformări, defecte de structură, vibrații sau transferuri de căldură. [97]

În studierea comportamentului structurii unei nave, este importantă simularea solicitărilor și analizarea răspunsurilor urmare a acestora. Unul din modurile cele mai simple de evaluare a deformărilor materialelor este de verificare a tensiunilor apărute (spre exemplu von Mises, normale sau tangențiale) și comparare a lor cu starea limită – de curgere sau de rupere, iar acest lucru va fi evidențiat în continuare.

3.2.1 Studiul deformărilor tablelor de fund ale navei ca urmare a eșuării

În vederea studierii navelor de tip portcontainer în diverse situații care includ accidente navale, cum ar fi eșuarea, prin metoda elementelor finite trebuie realizată partea de proiectare asistată CAD, programul NX permițând, folosind funcția Ray Traced, realizarea unor desene de calitate superioară, imaginea apropiindu-se la nevoie de cea reală, așa cum se poate observa în Fig. 3.15

Fig. 3.15 Nava portcontainer realizată în NX (751 comenzi)

Modelul ales a fost o nava portcontainer de tip Panamax (230 m), și au fost folosite planuri similare cu cele realizate de către NOWA Design Office din Szczecin Polonia, pentru șantierul din Hamburg din Germania, nava fiind reprezentată schematic în Fig. 3.16 a) și b).

Desenele realizate au respectat dimensiunile și caracteristicile acestui tip de navă cu excepția bulbului prova, realizat în 3D sub o formă clasică, acest lucru neinfluențând în nici un fel rezultatele metodei.

Fig. 3.16 a) Navă tip portcontainer – vedere laterală

Fig. 3.16 b) Navă tip portcontainer – vedere de sus

Pentru realizarea corpului de navă au fost folosite simultan și cele două profile, prin vizualizarea lor perpendiculară și folosirea funcției Decal (Fig. 3.17), programul permițând folosirea planurilor pentru realizarea unor desene complexe și detaliate.

Fig. 3.17 Desenul navei realizat cu comanda Decal vedere superioară

Programul permite cu ajutorul acestei funcții, proiectarea ulterioară a unor îmbunătățiri, scoaterea sau introducerea rapidă a unor detalii, evitând proiectarea de la zero a unui produs existent.

Se poate de asemenea urmări conformitatea desenului original cu produsul nou în diverse stadii ale execuției desenului așa cum se poate observa în Fig. 3.18.

Fig. 3.18 Desen nava portcontainer cu comanda Decal fără planuri de execuție

3.2.2 Studiul prin metoda elementelor finite a fenomenului de eșuare a unei nave portcontainer

După ce a fost realizată partea de CAD, s-a trecut la utilizarea metodei elementelor finite, așa cum s-a arătat, una din cele mai folosite metode în acest moment, pentru determinarea stărilor de tensiune din corpul navei de tip portcontainer.

Majoritatea subiectelor practice din inginerie aplicată, sunt reprezentate de modele matematice simple sau complexe ale problemelor fizice. Aceste modele matematice sunt de regulă supuse unor ecuații diferențiale și integrale (simple, duble, și triple), prin care poate fi prezentată orice problemă fizică într-un model matematic. Dificultatea care apare însă la rezolvarea acestor ecuații matematice, constă în geometria foarte complexă, deoarece se folosesc corpuri în 3D, și condiții la limită (constrângeri-încastrări și solicitări-forțe, momente, presiuni etc.).[98]

Procesul de analiză folosind metoda elementelor finite, începe cu împărțirea corpului în suprafețe mici denumite elemente, acest procedeu de formare a elementelor constituind discretizarea. Aceste elemente pot avea tipologie: triunghiulară, pătrată sau hexagonal iar în cazul navei portcontainer, similar cu analiza altor structuri navale, au fost folosite elemente de tip triunghiular.[99]

Pentru determinarea elementelor finite, au fost parcurse mai multe etape, cele mai importante fiind:

Tipul de analiză. Pe un corp discretizat se pot defini elemente finite, ce au inclus calcule matematice destinate unor analize diverse, cum ar fi: neliniar, linear elastic, mecanica fluidelor, termotehnică, câmpuri magnetice etc.

Rolul funcțional. Elementele finite trebuie să fie utilizate în funcție de corpul studiat. (Exemplu: dacă este studiată o placă, în 2D, trebuie folosite elemente de suprafață, pentru o bară, trebuie discretizată bara cu elemente de tip linie, iar dacă este vorba despre un corp, adică în 3D, sunt folosite elemente de volum = Tetrahedral Mesh).

Rolul nodurilor. În afară de elementele finite, a doua componentă este cea a nodurilor. Nodurile pot fi situate atât în colțurile laturilor elementelor cât și pe laturi. Cu cât sunt mai multe noduri și elemente, calculele sunt mai numeroase iar rezultatele sunt evident mai bune. Dacă elementele sunt de tip volum, atunci nodurile pot fi de interior sau de exterior. De altfel înainte de discretizare se mai folosesc pentru realizarea unor rezultate bune și nodurile la limită (boundary nodes) care apar din cauza condițiilor la limită.[100]

Caracteristicele materialului. Alegerea materialului din care este constituit corpul navei trebuie aleasă după caracteristicile mecanice: omogen, izotrop sau anizotrop. În cazul nostru am ales ca materialul să fie izotrop, adică corpul studiat are pe cele 3 axe (OX, OY și OZ) aceleași proprietăți mecanice.

Solverul. Rezolvarea presupune introducerea corectă a datelor, în caz contrar programul putându-se bloca. Programul permite identificarea unei greșeli și reintroducerea datelor și reluarea rezolvării. Cu cât sunt mai multe elemente și noduri, solverul merge evident, mai greu.

Modelul matematic pentru studiul unei structuri de rezistență, presupune determinarea unui număr mare de variabile și funcții, ca de exemplu funcțiile v*(ε), care pot fi: deplasări, tensiuni, deformații etc., iar funcțiile de coordonate ε(x,y,z), care sunt exprimate în punctele domeniului pe care este definită structura. Dacă soluția exactă a funcției v*(ε) este necunoscută și v(ε) este o funcție de aproximare a acesteia, atunci funcția eroare este de forma:

(3.12)

Dar soluția aproximativă v(ε) este de forma:

(3.13)

Unde a1, a2, ….., an sunt parametrii de aproximare.

La metoda elementelor finite, funcția de aproximare este nodală și are forma:

(3.14)

Unde v1, v2,…, vn sunt parametrii nodali ai funcției aproximării, în care pot fi (deplasări nodale, deformații nodale, temperaturi nodale etc.), iar N1(ε), N2(ε), N3(ε),…., Nn(ε) – funcții polinomiale care sunt de fapt funcții de aproximare.[101]

Conform teoriei, în rezistența materialelor se poate introduce o funcție φ, care reprezintă energia potențiala totală a corpului. Dacă îi impunem acestei funcții φ condiția de staționaritate (regim static), atunci obținem:

(3.15)

Dacă funcția structurii este dependentă de parametrii nodali ai funcției aproximării, atunci φ(u) se poate aproxima prin procesul de discretizare și este de forma:

(3.16)

Dacă se scrie de forma unor ecuații diferențiale funcționala funcției φ:

(3.17)

Sau, ecuația este de forma:

(3.18)

Unde i = 1,2,3,..,n, pentru care se rezolvă parametrii aproximării; după care se rezolvă problema metodei elementelor finite.

Astfel, deplasările unui punct în interiorul unui element (câmpul deplasărilor) este de forma:

, , (3.19)

Dar dacă se transformă deplasările sub formă matriceală, atunci:

(3.20)

Sau teoretic

(3.21)

Deformațiile specifice ce apar la elementele finite, sunt de forma:

(3.22)

La figurile în 3D, apare vectorul tensiunilor și vectorul deformațiilor:

(3.23)

Dar relațiile între tensiuni și deformații sunt de forma:

(3.24)

Unde E = 2,1 x 105 MPa, care este modulul lui Young pentru oțeluri și ν = 0,3 coeficientul lui Poisson.

Sau pe scurt:

(3.25)

Dar deplasările nodurilor, afectează forma elementelor, iar teoretic sunt de forma:

(2.26)

La noduri, relațiile dintre deformațiile specifice și deplasări sunt de forma:

(3.27)

(3.28)

Astfel deformațiile specifice virtuale sunt de forma:

(3.29)

(3.30)

Dacă tensiunile sunt constante pe parcursul producerii deplasărilor virtuale, atunci variația energiei potențiale este:

(3.31)

Din înlocuirea deformațiilor virtuale în variația energiei potențiale, rezultă:

(3.32)

(3.33)

(3.34)

(3.35)

După ce se înlocuiesc cele trei relații de mai sus în variația energiei potențiale de deformație, se obțin:

(3.36)

Iar ecuațiile de echilibru pentru noduri sunt de forma:

(3.37)

(3.38)

(3.39)

Unde Fx, Fy și Fz sunt forțele nodale.[102]

Pentru studiul tensiunilor prin metoda elementelor finite, în cazul eșuării unei nave, a fost aleasă partea din nava care urmează să fie studiată, mai precis zona de fund a navei în care apare și osatura corpului, pentru navele cu dublu fund (vezi Fig. 3.19).

.

Fig. 3.19 Parte din corpul navei aleasă pentru studiul eșuării

Navele portcontainer fac parte din cele care folosesc sistemul de osatură longitudinal în larga lor majoritate, având în vedere dimensiunile pe care le au.[103]

Pentru studiu propus, am reprezentat corpul de navă care este eșuat pe un fund moale (nisip, mâl, noroi), pe toată lățimea sa (Fig. 3.20).

Pentru prima evaluare a fost aleasă o porțiune din zona de dublu fund iar pentru a doua, una din zona de gurnă, la ambele fiind studiate tensiunile apărute în caz de eșuare.

Fig. 3.20 Parte din corpul navei aleasă pentru studiul eșuării pe nisip

Pentru primul studiu al tensiunilor apărute în corpul navei, a fost aleasă o porțiune aflată între coastele 123 și 133 în suprafață de 32 mp prezentată în Fig. 3.21

Fig. 3.21 Prima zonă studiată în zona tablelor de fund ale navei

Materialul ales pentru simulare este oțel naval, ale cărui caracteristici sunt prezentate mai jos sub forma unui extras din program, după cum urmează:

Information listing created by : Ancuta Cristian

Date : 13.08.2017 12:12:48

Current work part : C:\Users\Ancuta Cr (3)_fem2.fem

Node name : compaq-nw9440

============================================================

––––––––––––––––––––

MATERIAL INFORMATION

––––––––––––––––––––

Library Material : Steel- NVA ,

Category METAL

Material grade: SZ35JR-EN 10025

Library Reference physicalmateriallibrary.xml

Material Type : Isotropic Material

Version : 2.0

Category : METAL

Mass Density (RHO) : 7.829e-006kg/mm^3

======== Mechanical

Young's Modulus (E) : Tabular Data:

temperature Youngs Modulus (E)

C mN/mm^2(kPa)

20 206940000

Poisson's Ratio (NU) : Tabular Data:

temperature Poissons Ratio (NU)

C Unitless

20 0.288

51.67 0.289

121.11 0.291

148.89 0.292

190.56 0.293

218.33 0.294

260 0.295

287.78 0.296

329.44 0.297

357.22 0.298

398.89 0.299

426.67 0.3

454.44 0.301

482.22 0.302

510 0.303

523.89 0.304

551.67 0.305

565.56 0.306

579.44 0.307

593.33 0.308

607.22 0.309

621.11 0.31

635 0.311

648.89 0.312

662.78 0.313

676.67 0.314

690.56 0.316

704.44 0.317

Type of Nonlinearity (TYPE)

NLELAST=0

PLASTIC=1;: 1

Yield Function Criterion (YF) –

von Mises=1

Tresca=2

Mohr-Coulomb=3

Drucker-Prager=4;: 1

Hardening Rule (HR)

Isotropic=1

Kinematic=2

Combined Isotropic and Kinematic=3;: 1

======== Strength

Yield Strength : Tabular Data:

temperature Yield Strength

C mN/mm^2(kPa)

20 137895

51.6667 137206

121.111 135827

176.667 133758

190.556 133069

204.444 131690

218.333 130311

232.222 128242

246.111 126174

260 124106

273.889 121348

287.778 117900

301.667 114453

315.556 111006

329.444 107558

343.333 104111

357.222 100663

371.111 97216.1

385 93768.7

398.889 90321.3

412.778 86184.5

426.667 82737.1

Ultimate Tensile Strength : Tabular Data:

temperature Ultimate Tensile Strength

C mN/mm^2(kPa)

20 276000

23.8889 262001

79.4444 262001

107.222 262001

121.111 262001

135 262001

148.889 262001

246.111 262001

260 261311

273.889 260622

357.222 236490

371.111 228906

385 220632

398.889 212359

412.778 202706

426.667 193053

======== Formability

Initial Strain : 0.02mm/mm

Hardening Exponent : 0.2

Strength Coefficient : 550N/mm^2(MPa)

R0 : 1.3

R45 : 1.3

R90 : 1.3

======== Thermal/Electrical

Thermal Expansion Coefficient (A) : Tabular Data:

temperature Thermal Expansion (A)

C 1/C

20 1.128e-005

135 1.206e-005

260 1.2852e-005

385 1.3644e-005

510 1.44e-005

635 1.4904e-005

760 1.4634e-005

815.56 1.368e-005

Thermal Conductivity (K) : Tabular Data:

temperature Thermal Conductivity (K)

C microW/mm-C

20 55700

21.11 55672

135 52456

148.89 52052

260 48533

287.78 47581

371.11 44711

385 44235

482.22 40788

496.11 40297

510 39792

593.33 36792

607.22 36288

621.11 35783

635 35278

648.89 34773

676.67 33764

704.44 32740

Specific Heat (CP) : 434000000microJ/kg-K

Procesul de modelare folosit (funcția din program – Nonlinear Parameters) are următoarele caracteristici:

Maximum iterations per load increment: 25,

Intermediate output flag: no.

Maximum diverging conditions: 3,

Maximum line searches per iteration: 4,

Effective stress fraction limit: 0,2,

Line search tolerance: 0,5,

Maximum bisections: 5,

Maximum adjusted versus initial ratio: 20,

Maximum incremental rotation: 200,

Time increment for creep: 0,

În vederea stabilirea condițiilor necesare pentru determinarea tensiunilor prin MEF a fost efectuată discretizarea eșantionului (primului corp) și s-au folosit următoarele caracteristici:

Element tip: CTETRA (10),

Mărime element: 5,53 mm, (automat),

Mesh quality options: (Model de discretizare)

Midnode method: mixed,

Max jacobian: 10.

Mesh settings:

Surface curvature based size variation: 48,

Element growth rate through volume: 50.

Small feature tolerance (% of element size): 10.

Înainte de a discretiza primul corp, s-au obținut nodurile la limită (au fost stabilite condițiile la limită la marginea domeniului modelat), iar pentru modelarea 3D au fost folosite elemente de volum sub forma unui tetraedru regulat conform Figurii 3.22.

Fig. 3.22 Noduri la limită și elemente de volum folosite

După obținerea nodurilor la limită, s-a trecut la discretizarea primului corp și au fost obținute 8747 elemente de tipul CTETRA și 17149 de noduri. (Anexa 2 Fig.1)

După terminarea discretizării, a fost încastrat primul corp de studiu apoi s-au aplicat presiuni oblice, direcția CSYS Global, folosind următoarele valori ale presiunilor: Px = -500 MPa, Py = 400 MPa și Pz = 600 MPa, (card name este: PLOAD 4) după cum este reprezentat în Anexa 2 Fig. 2.

În studiul tensiunilor prin MEF se procedează la determinarea tensiunilor normale, tangențiale și von Mises (sau Tresca), care indică stările de tensiune și posibila atingere sau depășire a stării limită a materialului studiat în diverse situații de încercări.

Tensiunile tangențiale sunt calculate cu formula lui Juravski

(3.40)

(3.41)

Unde: Tz și Ty – forțe tăietoare (după axele y și z),

Iy și Iz – momentele de inerție axiale (după axele y și z),

Sy și Sz – momentele statice (după axele y și z),

by și bz – lățimile secțiunilor (după axele y și z).

Pentru tensiunile normale se folosește formula lui Navier:

(3.42)

Unde: N – forța axială,

A – suprafața de calcul,

My și Mz – momentele de încovoiere (după axele y și z),

Iy și Iz – momentele de inerție axiale (după axele y și z),

z – distanța pe axa Oz.

y – distanța pe axa Oy.

Pentru a studia comportamentul primului corp suspus la presiuni, s-a observat comportarea materialului din corp în mai mulți pași (în funcție de timp), iar pentru fiecare tip de tensiune au fost aleși 6 pași, după cum urmează:

Fig. 3.23 Pasul 1 – stânga și pasul 5 – dreapta în evoluția tensiunilor tangențiale

Variația tensiunilor tangențiale pe pași este redată în Anexa 2 Fig. 3, din care au fost extrase prima și ultima figură, putându-se observa stadiul inițial și modul de deformare finală a corpului, precum și valorile extreme ale tensiunilor tangențiale (Fig. 3.23):

Valoarea minimă a tensiunii tangențiale: τmin = 0,967 Mpa,

Valoarea maximă a tensiunii tangențiale: τmax = 396,821 MPa.

În cazul alegerii unei zone de interes pe corpul navei (o linie de 122 mm aleasă aleator pentru studiu), programul permite elaborarea diagramei tensiunilor tangențiale, așa cum este reprezentată în Anexa 2 Fig. 4.

Folosind teoria de rupere a energiei defomaționale maxime din teoriile de rezistență, se determină tensiunile echivalente von Mises, cu relația:

(3.43)

Unde: σ11, σ22, σ33, σ12, σ23, σ31,– tensiuni normale principale, iar σv – tensiunea von Mises.

Variația tensiunilor von Mises este reprezentată similar în Anexa 2 Fig. 5, iar valorile maxime și minime, conform Figurii 3.24, sunt:

σv min = 0 MPa și

σv max = 1539,083 MPa.

Fig. 3.24 Pasul 1 – stânga și pasul 5 – dreapta în evoluția tensiunilor von Mises

Pentru zona de interes aleasă pe corpul navei, diagrama de variație a tensiunilor von Mises este reprezentată în Anexa 2 Fig. 6.

Sunt prezentate mai jos tensiunile normale, utilizate mai des în practica inginerească, valorile minime și maxime (Fig. 3.25) atingând:

σmin = -365,797 MPa și

σmax = 321,229 MPa.

Pașii variației tensiunilor normale și diagrama de variație a acesteia sunt reprezentate în Anexa 2 Fig. 7 și respectiv Anexa 2 Fig. 8.

Fig. 3.25 Pasul 1 – stânga și pasul 5 – dreapta în evoluția tensiunilor normale

Pentru analiza completă a stării de solicitare, programul a permis analizarea tensiunilor normale octaedrice. Simularea a fost făcută de asemenea în cinci pași conform Anexei 2 Fig. 9.

Tensiunile normale octaedrice într-un tetraedru elementar, sunt tensiunile care acționează pe planele egal înclinate față de direcțiile principale, numite plane octaedrice, având o relația:

(3.44)

Unde σ1, σ2 și σ3 sunt tensiuni normale principale.

Fig. 3.26 Pasul 1 – stânga și pasul 5 – dreapta în evoluția tensiunilor normale octaedrice

Deși tensiunea octaedrică este tratată mai rar, sunt arii de cercetare unde se folosește acest tip de tensiune, cum ar fi zona fenomenelor de oboseală a materialelor. Valorile extreme ale tensiunilor octaedrice sunt (Fig. 3.26):

σ oct min = 750,582 MPa și σ oct max = -1967,922 MPa.

Similar se poate citi diagrama acestor tensiuni pentru o zonă de interes, unde se poate vedea variația puternic nelineară în diverse puncte a tensiunii normale octaedrice. (Anexa 2 Fig. 10)

A doua evaluare de tensiuni induse de eșuarea navei a fost efectuată pentru comportarea învelișului navei în zona de gurnă, delimitată de coastele 123-133.(Fig. 3.27 – corpul II de studiu)

Fig. 3.27 A doua zonă de studiu a tensiunilor în caz de eșuare (corpul II)

Pentru al doilea caz a fost ales ca obiect de modelare, un parametru neliniar cu următoarele caracteristici:

Card Name: NLPARM,

Time increment for creep: 0,

Maximum iteration per load increment: 25,

Intermediate output flag: No,

Maximum diverging conditions: 3,

Maximum line searches per iteration: 4,

Effective stress fraction limit: 0,2,

Line search tolerance: 0,5,

Maximum bisections: 5,

Maximum adjusted versus initial ratio: 20,

Maximum increment rotation: 200.

A fost realizată discretizarea celui de al II-lea corp; elementele finite sunt de tip CTETRA(10) și au o valoare de 17,3 mm. În urma discretizării obțin: 8582 de elemente și 16834 de noduri, reprezentate în Anexa 2 Fig. 11.

Rezultatele finale sunt reprezentate în Fig. 3.28 (tensiuni tangențiale) și Fig. 3.29 (tensiuni von Mises), valorile extreme fiind:

Tensiunile tangențiale τmax = 1187,34 MPa și τmin = 0 MPa.

Fig. 3.28 Tensiuni tangențiale corp II Fig. 3.29 Tensiuni von Mises corp II

Tensiuni von Mises σv max = 1434,46 MPa și σv min = 4,23 Mpa

Modul de variație și diagramele tensiunilor tangențiale și von Mises se regăsesc în Anexa 2 Fig. 12 și Fig. 13 respectiv Anexa 2 Fig. 14 și Fig. 15.

A fost efectuată evaluarea tensiunilor normale (3 pași) și normale octaedrice (3 pași), după tiparul folosit și cazul primei zone, rezultatele extreme fiind:

σ max = 417,27 MPa și σ min = -487,52 Mpa pentru tensiunile normale (Fig. 3.30),

σoct max = 123,82 MPa și σoct min = -62,51 Mpa pentru tensiuni normale octaedrice (Fig. 3.31),

iar diagramele tensiunilor normale și a tensiunilor normale octaedrice se regăsesc în Anexa 2 Fig. 16 și respectiv Anexa 2 Fig. 17.

Fig. 3.30 valorile extreme ale tensiunilor normale în corpul II studiat

Fig. 3.31 valorile extreme ale tensiunilor normale octaedrice în corpul II studiat

Pentru obținerea unor rezultate care să ajute la concretizarea unor măsuri, sunt necesare mai multe simulări, pentru nave de diferite dimensiuni sau zone afectate. Ca urmare a acestor simulări se pot evidenția limitele unor parametri pentru care structura cedează – viteza navei, aria de contact, zona afectată din corpul navei, pescaj.

Cercetări de acest fel sunt folositoare unor autorități portuare, care sunt încurajate să efectueze astfel de analize pentru evaluarea unor situații limită. Un astfel de studiu a fost efectuat de către Autoritatea Canalului Panama, care a simulat eșuarea unei nave portcontainer în zona unui pod de pe Canal și în urma căruia au fost propuse măsuri cu privire la panta taluzului în zona apropiată de piciorul podului pentru a fi evitată o coliziune cu acesta.[104]

3.2.3 Studiul dezvoltării fisurilor apărute ca urmare a eșuării navei portcontainer prin metoda elementelor finite

În acest capitol au fost analizate câteva categorii de fisuri care pot lua exista în corpul navei portcontainer, ca urmare a unui accident soldat cu eșuare. Apariția fisurilor este una din temerile principale în acest tip de accident deoarece, propagarea lor poate provoca o avarie structurală gravă, ce poate conduce în final, la pierderea totală a navei.

Deplasamentul navei eșuate contribuie la dezvoltarea unor energii de deformație foarte mari la interacțiunea cu fundul mării, iar fenomene asociate deformărilor plastice ale materialelor din care este constituită structura navei – table, varange, suporți – pot iniția astfel de manifestări. Stadiile ulterioare pot agrava situația prin contribuția suplimentară a sarcinilor provocate de valuri care induc momente de încovoiere și forte tăietoare ce pot amplifica efectul acestor fisuri, așa cum a fost arătat în cazul eșuării navei RENA în anul 2011 pe reciful Astrolab din Australia.

Dacă fisurile apărute în bordajul navei pot fi observate cu relativă ușurință, apariția acestora în zona tablelor de fund ale navei este mai greu detectabilă și necesită echipament de specialitate sau urcarea efectivă a navei pe doc pentru o evaluare detaliată.

Studiul modului de apariție dar în special de propagare al fisurilor în zona de fund a navei devine astfel un obiectiv important pentru toți cei interesați în acest domeniu, în vederea găsirii celor mai potrivite soluții de diminuare sau eliminare a consecințelor pe care le au în rezistența globală a navei. Modul de apariție și propagare al fisurilor depinde de mai mulți factori printre care, materialul din care este construit corpul navei, vechimea acestuia, zona de impact, condiții exterioare etc.

Pentru studiul prin metoda elementului finit a fisurilor din zona fundului navei a fost folosit programul Abaqus/CAE creat de firma Dassault Systemes al cărui mod de folosire este descris pe scurt în cele ce urmează. De altfel, programul Abaqus este folosit în procesele de optimizare pentru proiectare în șantierele navale Hyundai.

Modelarea navei portcontainer a fost realizată în programul NX 10 (dezvoltat de Siemens), după un proiect tip, similar celui realizat la DSME (Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering) din Coreea, al unei nave portcontainer cu capacitate de 13.300 TEU și care are următoarele caracteristici principale:

Lungime = 351 m;

Lățime = 48 m;

DWT = 153.514 Tdw;

Pescaj = 15,5 m.

Șantierele Daewoo din Coreea folosesc de asemenea programul NX de la Siemens, pentru diverse faze din proiectarea navelor.

Dacă în studiul anterior, pentru a îmbina desenele originale, a fost folosită funcția Decal, în acest caz a fost folosită funcția Rister Image, funcție utilizată relativ des în birourile de proiectare.

Un model de lucru pentru acest studiu de caz este prezentat în Fig. 3.32 pentru care au fost folosite doar 544 de comenzi.

Fig. 3.32 Nava portcontainer – schiță profil lateral

Modelul ales este specific navelor de tip New Panamax, capabile să încarce o cantitate mare de containere și sunt folosite, de regulă, pe distanțe foarte lungi (Asia – Europa) datorită randamentului economic foarte bun de aceea și zonele în care operează sunt foarte diverse.

Programul NX permite de asemenea vizualizarea sumară sau mai detaliată, în funcție de diverse tipuri de prezentări spre exemplu, tip oglindă – Anexa 3 Fig. 1, planșe în 2D – Anexa 3 Fig. 2, plașe în 3D – Anexa 3 Fig. 3, face analyis – Anexa 3 Fig. 4 sau plane de lucru Anexa 3 Fig. 5.

De aceea, folosirea programului NX poate acoperi nu numai aspecte de proiectare dar și de cercetare, studiu sau activități operaționale desfășurate de diverse entități din domeniu (studenți, cercetători, autorități, administrații sau managementul unor companii de navigație).

Fig. 3.33 Nava portcontainer – elemente de osatură de fund și eșantion

Pentru analiza fisurilor din zona tablelor de fund ale navei în caz de eșuare a fost folosit programul Abaqus/CAE 6.14, după un scenariu care a mai fost abordat în literatura de specialitate, prin modelarea unei porțiuni (eșantion) de 1 m x 0,5 m, conform Figurii 3.33.[105]

Pentru aplicarea unor măsuri pasive, așa cum eu fost ele definite, este necesară înțelegerea dinamicii în caz de eșuare (sau coliziune), iar simularea aplicată se va referi la fisurarea plăcii pe toată grosimea ei în zona de fund a navei.[106]

A) În prima simulare, dimensiunea eșantionului este de 0,5 m x 1 m iar grosimea tablei a fost aleasă conform standardelor navale, de 0,02 m, formându-se astfel un corp în forma de paralelogram, în programul Abaqus, în care fisura poate fi reprezentată atât la marginea plăcii cât și la interior (Fig. 3.34). [107]

Fig. 3.34 Eșantion tablă fund cu fisură în interiorul plăcii (stânga) sau în margine (dreapta)

Modul în care a fost efectuată elaborată simularea fisurii și dezvoltarea acesteia în programul Abaqus este reprezentat în Anexa 3 Fig. 6.

Pentru discretizare au fost folosite elemente finite de tip HEX (6 suprafețe) cod C3D8R (element finit continuu în 3D cu 8 noduri și integrare redusă). Studiul fisurii (comanda JOB) verifică totodată modul corect de introducere a valorilor și etapelor de lucru (Anexa 3 Fig. 7).

În urma calcului efectuat cu metoda elementelor finite în programul Abaqus s-a constatat că, la aplicarea unei presiuni (100 MPa), fisura începe să se dezvolte pe lățimea plăcii.

Fig. 3.35 Propagarea fisurii în placă

Odată cu creșterea presiunii (200 MPa), fisura crește în lungime, tensiunile von Mises atingând valorile maxime la capătul fisurii (Fig. 3.35), iar în final aceasta se propagă pe toată lungimea plăcii, ducând la ruperea eșantionului. Procesul este redat în Anexa 3 Fig. 8.

B) Scenariul analizat presupune simularea prin MEF, a apariției și propagării în zona tablelor de fund a fisurii, la marginea unei găuri de formă circulară, care poate fi consecința unei eșuări ușoare a navei portcontainer.

O gaură în bordaj este ea însăși un pericol pentru siguranța navei datorită posibilității inundării compartimentului/tancului, sau poluarea mării cu hidrocarburi ca urmare a deschiderii legăturii dintre lichidul din tanc și apa mării. Dimensiunea găurii evident că joacă un rol principal în acest caz, iar mijloacele de combatere a efectelor sus menționate fac obiectul vitalității navei. Problema se complică dacă această gaură dezvoltă fisuri ce se pot propaga și pot să amenințe rezistența structurii datorită încărcărilor la care este supusă zona de fund a navei pe timpul marșului.

Aplicarea MEF pentru propagarea fisurilor poate constitui o abordare care să ducă la o analiză modernă a dinamicii acestui fenomen.

A fost aleasă simularea unei găuri circulare, din zona tablelor de dublu fund ale navei și analizată cu SIMULIA, parte a programului Abaqus Unified FEA, al firmei Dassault Systeme.( Fig. 3.36)

Fig. 3.36 Simularea unei găuri circulare în tabla de fund a navei

Presiunea care a fost aleasă este perpendiculară pe una din fețele plăcii, pe suprafața opusă este încastrarea, iar restul corpului comportându-se ca o articulație. Placa a fost discretizată în elemente finite de tip Hex de 3 mm. Dimensiunea elementelor finite au fost alese automat iar discretizarea conține 428 elemente finite.

Modul de propagare al fisurii de lângă gaură confirmă teoria și este redat în Fig. 3.37, iar în Fig. 3.38 se poate observa că tensiunile normale maxime se concentrează la vârful fisurii.

Fig. 3.37 Tensiunile normale σmax înainte Fig. 3.38 Tensiunile normale σmax după

de deformare (stânga) deformare (dreapta)

Fisura se dezvoltă fără a fi nevoie de eforturi mari, diferențele de tensiuni între starea inițială și cea de dezvoltare a fisurii nefiind diferențe notabile, după cum se poate observa în Fig. 3.38.

A fost studiată și distribuția tensiunilor von Mises, valorile minime și maxime situându-se în zona fisurii și zona opusă punctului de început al acesteia, lucru redat în Fig. 3.39.

Tensiunile tangențiale maxime păstrează tiparul tensiunilor von Mises, diferența constând în valori care, sunt mai reduse. (Fig. 3.40)

Fig. 3.39 Tensiunile von Mises Fig. 3.40 Tensiunile tangențiale maxime

Urmare a dezvoltării fisurii, deformațiile care apar sunt în totalitate plastice iar abordarea acestora face apel la criteriile de plasticitate din teoriile de rezistență.

Prin utilizarea MEF, calea cea mai simplă de a cuantifica avarierea structurii (materialului) o reprezintă limitele von Mises însă, după unii autori, aceste limite nu pot fi considerate limite ultime ca urmare a unor testări uniaxiale.

Deformările specifice echivalente (von Mises) dintr-un element, într-o zonă unde variația spațială este puternică, depind foarte mult de dimensiunea elementului.[85]

În Anexa 3 în Fig. 9, Fig. 10 și Fig. 11 este arătată diferența dintre cele trei tensiuni σ11, σ22 , respectiv σ33, valorile cele mai mari fiind pentru tensiunile σ33 (planul perpendicular pe placă).

Acest lucru evidențiază faptul că presiunea exercitată de fundul mării amplifică propagarea unei fisuri de la marginea unei găuri, agravând în mod evident consecințele unei eșuări.

C) A fost studiat prin MEF, modul de propagare al fisurii, dacă gaura de la care începe propagarea este de formă eliptică, caz mai aproape de consecințele reale ale unei astfel de avarii la tablele de fund ale navei.

A fost studiată întâi varianta în care fisura este poziționată în prelungirea axei mari a elipsei, după tiparul folosit la gaura circulară, discretizarea, încastrarea și presiunea aplicată fiind exemplificate în Anexa 3 Fig. 12.

Valorile maxime ale tensiunilor von Mises (σv) se află, așa cum era de așteptat, la vârful fisurii și capătul opus al axei mari al elipsei, similar cu tensiunile σ11 (Fig. 3.41).

Fig. 3.41 Tensiunile von Mises (stânga) și σ11 (dreapta) pentru fisura la axa mare a elipsei

Valorile tensiunilor σ12, prezintă o particularitate, în sensul că, dacă la vârful fisurii, valorile maxime sunt într-o parte a acesteia, atunci valorile σ12 maxime se regăsesc în capătul opus al elipsei, pe partea simetrică față de axa mare. (Fig. 3.42).

Fig. 3.42 Tensiunile σ12 la placa cu fisură la axa mare a găurii eliptice

Dacă fisura s-a dezvoltat la 70 MPa, creșterea presiunii la valoarea de 200 MPa, provoacă ruperea plăcii și redistribuirea tensiunilor, fenomenul de rupere și distribuție a tensiunilor von Mises și σ12 în placă fiind reprezentate în Anexa 3 Fig. 13.

În al doilea caz, fisura a fost inițiată la gaura eliptică în lungul axei mici, încastrarea și discretizarea regăsindu-se în Anexa 3 Fig. 14.

Aplicarea unei presiuni de lucru de 70 MPa, provoacă o distribuire a tensiunilor potrivit criteriilor von Mises și Tresca, similar cu situația precedentă în privința distribuirii pe placă, adică la extremitatea axei lungi a elipsei(Anexa 3 Fig. 15).

La cresterea presiunii, fisura se propagă pe direcția semiaxei mici, tensiunile maxime von Mises concentrându-se doar la vârful fisurii, o distribuție similară cu cea a tensiunilor normale σ11, după cum se poate observa în Fig. 3.43.

Fig. 3.43 Tensiunile von Mises (stânga) și σ12 (dreapta) la placa cu fisură la axa mare a găurii eliptice la cresterea presiunii

Dezvoltarea fisurii apare la o presiunea uniformă de 200 MPa, iar ruperea plăcii se realizează la o presiune de 600 MPa, o valoare mult mai mare decât la eșantionul care are fisura lângă semiaxa mare (Fig. 3.41).

S-a observat că, la ruperea elipsei după axa mică, valorile tensiunilor maxime von Mises sunt neuniform repartizate la unul din capetele axei mari a elipsei (similar cu σ12), iar maximele tensiunilor normale σ11, sunt poziționate în partea opusă rupturii. (Fig. 3.44)

Fig. 3.44 Tensiunile von Mises (stânga) și σ11 (dreapta) la placa cu fisură la axa mare a găurii eliptice la rupere (Abaqus)

Putem concluziona că, în cazul existenței unei fisuri datorate unei găuri în formă de elipsă, în tablele de fund ale navei, și propagarea fisurii și ruperea se produce mai rapid și cu mai puține eforturi, în cazul în care fisura se află în prelungirea axei mari a găurii, decât în cazul fisurii poziționate în prelungirea axei mici a găurii eliptice.

Acest lucru ne întărește ipoteza că, o gaură în zona de fund a navei poate dezvolta fisuri, ale căror propagări pot duce la ruperea masivă a materialului, în condiții care țin de configurația găurii și evident de caracteristicile materialului.

Analiza prin MEF prezentată mai sus, privind comportamentului fisurilor în timpul eșuării unei nave portcontainer reprezintă un mic segment din desenul foarte complex pe care acest tip de accident îl poate dezvolta. Metoda a folosit găuri uzuale, de forme relativ regulate deși acestea, după cum s-a arătat anterior în lucrare, pot fi mult mai complexe, motiv pentru care abordările în cercetarea acestui domeniu trebuie făcute cu multă precauție.

În prezentările de mai sus a fost descrisă mai detaliat și procedura de lucru cu programul Abaqus, pentru analiza prin MEF a fisurilor dezvoltate la marginea unei plăci, în jurul unor găuri circulare și eliptice (în axa mare și axa mică). Scenariile se pot aplica pentru compararea unor accidente reale astfel încât rezultatele acesteia să poată fi validate astfel încât să ridice nivelul de încredere pentru utilizarea metodei.

Lucrarea evidențiază faptul că metoda elementului finit poate fi utilizată cu succes la mecanica ruperii în domeniul naval, nu numai pentru faza de proiectare, ci și pentru fazele ulterioare ale exploatării navei, în vederea elaborării unor măsuri de siguranță bazate pe o cunoaștere profundă a tuturor proceselor care se desfășoară în domeniul accidentelor navale.

În opinia autorului acestui studiu, este oportună dezvoltarea ramurii de “Mecanica ruperii în domeniul naval”, având în vedere că acesta cuprinde și mecanica coliziunii navei dar cu extindere și asupra construcțiilor hidrotehnice cu care transportul naval este conectat (poduri, diguri, parcuri eoliene etc).

3.3 STUDIU COMPARATIV PRIVIND EVALUAREA REZISTENȚEI CONTAINERULUI MARITIM LA CRESTEREA TEMPERATURII ÎN CAZ DE EXPLOZIE SAU INCENDIU LA BORD

3.3.1 Rezultatele testelor privind influența creșterii temperaturii în caz de incendiu asupra rezistenței containerului maritim stivuit pe punte

Incendiul sau explozia la bordul navei portcontainer, reprezintă un tipar descris în capitolul anterior, în care fenomenele descrise mai sus se desfășoară. Stiva de containere se comportă ca o structură complexă dar, a cărui rezistență, depinde de fiecare rând de containere.

Prin modul de construcție, rezistența containerului este dată de cei patru montanți verticali din colțuri, întărită prin rigidizarea cu elemente orizontale care unesc acești montanți (vezi Fig. 3.45). Avarierea gravă a unui montant, poate conduce la prăbușirea întregii stive de containere care se află deasupra.

Teste la scară reală pentru cercetarea fenomenelor ce se desfășoară în caz de incendiu la o stivă de containere și efectele reale ale focului asupra structurii containerelor nu sunt deloc numeroase ci dimpotrivă, puține și cu o vechime apreciabilă. Motivul este faptul că luarea de măsuri pentru evitarea consecințelor focului asupra containerelor navale nu se referă la modificarea structurii acestora sau adăugarea de materiale ajutătoare ci, mai degrabă la măsuri de prevenire și de diminuare a efectelor incendiului la bordul navei. Totuși, testele efectuate au confirmat abordările teoretice din acel moment, iar modul ulterior de desfășurare a incendiilor sau exploziilor la bordul navelor portcontainer în caz de accidente s-au încadrat în tiparul folosit la aceste teste, extrapolând evident anumite elemente.

Varietatea de mărfuri ce pot fi transportate și stivuite în sistem multimodal face inutilă încercarea de a evalua prin teste, efectele flăcărilor generate de diverse materiale asupra stivei de containere.

Cele două scenarii care au putut fi luate în considerare au fost situațiile în care incendiile au fost provocate în interiorul containerului (datorită ambalării sau stivuirii necorespunzătoare a mărfurilor) și efectele datorate unui incendiu din exterior, sursa acestuia putând fi o scurgere de substanțe inflamabile din container (sau container adiacent).

Fig. 3.45 Elementele structurale de rezistență ale containerului maritim standard de 20’

Rezultatele testului de foc efectuat in interiorul unui container etanș și în exteriorul unei stive de 3×3 containere de oțel și aluminiu, a arătat pe scurt următoarele:

Containerele de oțel nu acționează ca bariere în calea dezvoltării unui incendiu într-o stivă de containere. Transferul de căldură în interiorul stivei este doar întârziat de un container cu câteva minute în cazul unui incendiu.

Containerele cu cadre din aliaj de aluminiu nu oferă aceeași rezistență la foc în comparație cu cele clasice care folosesc cadre de oțel.

Componentele de aluminiu ale containerelor s-au topit, temperatura de topire (2320 C) fiind atinsă între 9 și 15 minute în containerele din stivă. Este de menționat că transferul termic în stivă este foarte rapid, astfel încât între 10 și 17 minute întreaga stivă atinge temperaturi de până la 5000 C.

Sistemul de amaraj și de stivuire al containerelor are o influență pozitivă asupra stivei afectată de incendiu, în sensul că oferă o oarecare rigiditate și stabilitate structurală acesteia pentru containerele amarate cu dispozitive specifice. Este posibil ca rândul superior de containere să se “susțină” de elementele de amaraj chiar dacă containerele de la bază au rezistența structurală sub limită.

Un incendiu, izbucnit în interiorul unui container de oțel etanș, se stinge datorită scăderii procentajului de oxigen din interior, fără a afecta integritatea containerului. În 12 minute, concentrația de O2 a scăzut de la 21% la 15%, concentrația de CO2 a crescut de la 0,5% la 4,5%, iar temperatura nu a depășit 1700 C în această perioadă, după care focul s-a stins [108].

Concluziile testului au fost confirmate în decursul anilor, în sensul că incendiile izbucnite în interiorul containerelor etanșe care nu s-au dezvoltat stingându-se de la sine, nu au afectat containerele adiacente însă, focul deschis poate afecta integritatea stivei.

Odată ce un container nu poate juca rol de barieră de protecție, este ineficientă economic orice încercare de a modifica structura sau modul de construire al acestuia, măsurile de lupta împotriva incendiului la containere rezumându-și eficienta, la mijloace de stins incendiu care să controleze temperatura sau să suprime focul.

3.3.2 Studiu de evaluare a rezistenței containerului maritim la cresterea temperaturii prin MEF folosind programul ABAQUS

În ultimii ani, evaluarea rezistenței structurale se face încă din stadiul de proiect prin intermediul programelor computerizate dedicate. Odată ce testarea efectivă în condiții reale și la scară corespunzătoare sunt greu de realizat din motive economice evidente, studiul structurilor în condiții ultime, pentru determinarea limitelor critice este o procedură des aplicată în domeniul tehnic.

Containerul maritim este, prin modul de construire, un mijloc foarte eficient de transport a unei mari varietăți de mărfuri, ce permite manipulări ușoare și rapide iar, prin forma specifică regulată, o stivuire foarte bună atât ca eficientă, cât și ca rezistență în condițiile transportului pe navă.

Există însă, pe parcursul perioadei de exploatare a acestor containere, momente în care caracteristicile fizice sunt puse la încercare – manipulările repetate, solicitările pe care le induc greutățile mărfurilor încărcate în diverse forme și configurații în container sau, solicitările asupra structurii de rezistență a containerului stivuit pe navă datorită cumulării greutăților suprapuse și accelerațiilor suplimentare datorate oscilațiilor navei.

Proiectarea containerului tine seama de aceste lucruri, impunând folosirea de materiale potrivite și teste riguroase efectuate de societățile de clasificare în faza de producție. Totuși, pot exista momente, în care limitele de rezistență pot fi depășite, în împrejurări neprevăzute și al căror impact nu poate fi definit cu acuratețe, cum ar fi cazul incendiului.

Una din măsurile de luptă împotriva incendiului la bordul navelor portcontainer este de a restrânge și mai ales, de a ține sub control zona afectată de foc.

Generalizarea incendiului, așa cum a fost arătat mai sus, afectează mai devreme sau mai târziu structura de rezistență a navei.

Răspândirea focului este evitată de obicei prin măsuri de răcire a zonei dar presupune și lipsa de material combustibil, care poate fi marfa conținută în containerele din zona incendiului.

Atunci când acestea sunt stivuite, iar greutatea totală a stivei, a cărei înălțime poate ajunge la 9-12 rânduri, afectează în mod direct un container de la bază, această greutate poate atinge valori de 200 000 kg (9 rânduri înseamnă 8 suprapuse x 24 000 kg = 192 000 kg, peste cel de la bază), fiind și greutatea folosită la testele de standardizare a containerului [109].

Studii privind influenta incendiului asupra stivei de containere au fost elaborate, folosind metoda FDS (Fire Dynamics Simulator) pentru studiul căldurii eliberate și obținerea curbelor de temperatură urmate de studiul prin MEF a structurii afectate, pentru construcțiile civile din containere suprapuse, în caz de incendiu.

Acestea abordează mai degrabă modul de distribuție și transfer al temperaturii prin stivă, situație ce prezintă interes evident, pentru spatii construite din containere și proiectarea unei izolații eficiente [109] .

Prezenta simulare prezintă modul de manifestare a tensiunilor în interiorul montanților de susținere a containerului maritim de la baza unei stive, la modificarea temperaturii materialului, așa cum a fost explicat anterior.

Condițiile de atingere și depășire a limitelor de rezistență, pot fi îndeplinite în cazul dezvoltării unor temperaturi de peste 5000 C, lucru obișnuit în cazul incendiilor cu flacără, ce afectează direct un container.

Restul elementelor componente ale containerului (vezi Fig. 3.46), neparticipând la rezistența la compresiune datorate greutății containerelor suprapuse, nu au fost luate în considerare.

Fig. 3.46 Elementele componente ale containerului maritim standard de 20’

Simularea a fost simplificată prin încărcarea cu o sarcină corespunzătoare greutății stivei, ce acționează sub forma unei forte de compresiune în elementele de susținere verticală – montanții – ale containerului. Fig. 3.47

Fig. 3.47 Elementele structurale de rezistență ale containerului maritim standard de 40’

Desenul a fost realizat in programul NX 10 de la Siemens, respectând toate valorile standard pentru stâlpul de la container.

Oțelul folosit are caracteristicile conform standardului ISO [108]:

Tip oțel JIS: SPA-H OR EQUIVALENT,

Densitate 7850 kg/m3,

Dimensiuni stâlp: 60 mm x 60 mm x 3 mm,

YP= 35 kg/mm2,

TS= 49 kg/mm2,

E= 22%.

Coeficientul lui Poisson (modulul contracției transversale) ν = 0,33.

Desenul a fost importat în programul Abaqus/CAE 6.14-15, pentru a putea studia variația parametrilor modulul lui Young sau modulul de elasticitate longitudinal și coeficientul de plasticitate.

Combinația aleasă, între Programele NX și Abaqus, este folosită cu succes și în evaluarea proceselor mecanice din industria auto.

După inițierea etapelor metodei elementelor finite (ex. Property, Assembly, Step, Interaction etc.), s-a procedat la discretizare (Mesh) în care au fost folosite elemente finite de tip TET.(Anexa 3 Fig. 1)

Fig. 3.48 Montantul containerului la temperatura ambiantă (200 C)

În cazul încălzirii materialului, limitele de curgere și de rezistență ale oțelului se modifică în conformitate cu cele descrise anterior, astfel încât valorile von Mises se modifică în montant, în funcție de temperatură, la aceeași încărcare în capătul montantului.

Astfel, dacă la temperatura ambiantă (200 C), așa cum se poate observa în Fig. 3.48, acestea ating un maxim de 1.44 x 102 N/mm2, odată cu modificarea temperaturii datorită încălzirii provocate de un incendiu, la valori ce ating 6000 C în material, tensiunile din material ating valoarea maximă de 3,143 x 10 2 N/mm2 (vezi Fig. 3.49).

Fig. 3.49 Montantul containerului la temperatura ambiantă (6000 C)

În cazul în care temperatura continuă să crească, fenomenul de slăbire a rezistenței oțelului se amplifică, valorile von Mises atingând 5,82 x 102 N/mm2, la temperatura de 8000 C, depășind evident limitele de curgere ale oțelului, chiar dacă forța de compresiune rămâne constantă (Anexa 4 Fig. 2).

Totuși, depășirea limitelor de curgere ale materialului din care este confecționat montantul containerului, în cazul afectării de creșterea temperaturii, nu înseamnă neapărat prăbușirea stivei în orice condiții. Așa cum a fost arătat și în testul efectuat în Statele Unite în anul 1977, există posibilitatea ca, amarajul de la baza stivei, împreună cu containerele neafectate din imediata vecinătate, să „țină” pentru o perioadă stiva în poziția verticală, eventual containerele să se sprijine unele de altele înainte de prăbușire. [37]

În cazul când ambii montanți de la un capăt al containerului sunt afectați, posibilitatea de colaps crește în mod direct, din acest motiv, măsurile de răcire a containerului de la bază sunt întotdeauna primordiale, chiar dacă apa nu reușește să atingă întreaga suprafață exterioară a acestuia.

Concluzia care poate fi trasă este că, elementele de rezistentă ale containerului sunt afectate de creșterea temperaturii în caz de incendiu, lucru ce poate conduce, în anumite condiții la prăbușirea întregii stive de containere provocând astfel generalizarea incendiului.

Deși procedurile ar putea indica obiectivul principal ca fiind stingerea incendiului, evaluările prezentate mai sus, testele efectuate în ultimii ani, și analiza accidentelor soldate cu incendii sau explozii de la bordul navelor portcontainer, arată indubitabil că, măsura primă și permanentă este de răcire a zonei afectată de incendiu. Doar acest lucru poate asigura integritatea containerelor și a elementelor structurii navei, contribuind astfel la menținerea stării de nescufundabilitate a navei, adăpost pentru echipaj și un real ajutor în limitarea focului sau evitarea exploziei.

4 MĂSURI PROPUSE PENTRU CREȘTEREA SIGURANȚEI ÎN EXPLOATARE A NAVEI PORTCONTAINER

4.1 PROPUNERI DE MĂSURI PENTRU EVITAREA EȘUĂRII NAVEI PORTCONTAINER

Din studierea comportamentului navelor portcontainer și a modului în care structura de rezistență răspunde solicitărilor în diverse situații care pot apărea pe parcursul exploatării, se pot desprinde idei care să conducă la îmbunătățirea prevenirii unor accidente sau cel puțin la diminuarea consecințelor cât mai mult posibil.

Această muncă este ușurată în zilele noastre de răspândirea programelor de calcul care ajută la evaluări foarte realiste a fenomenelor, cum este cea prin metoda elementelor finite. Este necesară efectuarea de cât mai multe simulări și evaluări pentru situații concrete și foarte posibile în care poate ajunge nava portcontainer.

Interpretarea datelor și a fenomenelor care au fost evidențiate pentru nava portcontainer scoate în evidență propuneri, care pot deveni măsuri de îmbunătățire a siguranței pentru accidentele maritime soldate cu eșuare astfel:

introducerea unor viteze de manevră a navei, specifice pentru anumite zone cu potențial ridicat de risc de eșuare. Efectuarea unor simulări încă din faza de proiectare a navei pentru eșuări sau coliziuni pot scoate în evidență valori ale vitezei care să limiteze drastic efectele în cazuri specifice pe care nava le poate întâlni;

viteze de manevră pot fi introduse și de către autorități urmare a unor analize de evaluare a riscului pentru eșuare în anumite zone. Analiza de risc presupune luarea în calcul a unor scenarii realistice și adaptate situației cercetate, cu o probabilitate ridicată de producere pentru navele portcontainer;

introducerea în programele de încărcare ale navei a unor scenarii de compartimente inundate urmare a găurii de apă, astfel încât evaluarea stabilității din punct de vedere al solicitărilor suplimentare care pot apărea să poată fi făcută rapid și sigur;

efectuarea de simulări complexe în situații variate pentru fiecare navă și aduse la cunoștința comandanților, astfel încât deciziile importante luate în momente critice să diminueze la maxim consecințele unei eșuări; Măsura poate fi implementată la nivel de companii de navigație în funcție de tipul de navă cel mai expus riscului de eșuare.

revizuirea permanentă a procedurilor pentru operarea navei atât la echipa de cart – plan de intervenție, dar și la compartimentul mașină – proceduri specifice în zone speciale (porturi, strâmtori, scheme de separare etc), care să ia în calcul posibile avarii la instalația de guvernare sau propulsie și cadrul de măsuri specifice imediate care pot remedia situația și reduce riscul eșuării;

creșterea pantei șenalului navigabil printr-un dragaj sau amenajare hidrografică corespunzătoare, în vederea evitării unor eșuări puternice, ce ar putea duce la blocajul șenalului (sau canalului cum au fost notate eșuările de pe canalul Suez sau Anvers). Găsirea uni unghi de pantă corespunzător poate fi realizat prin simularea unei eșuări sau coliziuni a unei nave care prezintă cel mai mare risc asociat acestui tip de accident.

amenajarea unor construcții hidrotehnice, urmare a unor simulări comparative între efectele unei eșuări puternice pe fund moale al unei nave și efectele unei coliziuni la aceeași viteză cu o amenajare de tip cheu, ce poate fi prevăzută cu fendere sau alte mijloace de amortizare;

Pentru introducerea unor astfel de măsuri vor fi necesare analize complexe cost-beneficiu, dar, dacă pentru nave specializate, cum sunt navele de pasageri sau petroliere, au fost introduse măsuri speciale pentru evitarea unor consecințe devastatoare asupra vieții sau mediului în caz de eșuare, navele portcontainer merită atenție deosebită prin prisma impactului economic important avut în caz accident maritim similar.

Există posibilitatea ca nava portcontainer să sufere o eșuare ușoară ale cărei consecințe imediate să nu constituie o amenințare este reală. Dimensiunile tot mai mari ale acestor tipuri de nave, riscul permanent la care sunt supuse datorită presiunii comerciale, condiții specifice propice cum ar fi penetrarea tablelor de fund în zona unor tancuri de balast, lucru ce îngreunează depistarea inundării compartimentului sunt tot atâția factori ce pot contribui la acest lucru.

Consecințele unui asemenea accident pot degenera, din cauza propagării unor fisuri în structura navei, ducând la o slăbire importantă a rezistenței structurale a navei, cu posibilitatea reala de cedare totală a acesteia prin ruperea efectivă. Accidentele la care s-a făcut referință – MOL Confort, MSC Napoli, Rena – sunt tot atâtea exemple care susțin această teorie.

Scopul cercetărilor în acest domeniu este să găsească proceduri de identificare a unor parametri care influențează semnificativ un anumit scenariu de esuare. Topologia fundului mării, asociată cu dimensiunea navei (prin pescaj), viteza de deplasare în momentul producerii accidentului, caracteristicile specifice ale structurii (cum sunt spre exemplu, oțeluri folosite și aranjamentul spațiilor de lângă chilă) pot evidenția anumite tipare (șabloane), care se constituie în instrumente utile de evaluare a unor situații specifice anumitor zone de navigație (porturi, rade, canale, strâmtori etc), sau anumitor nave (portcontainere, vrachiere, tancuri etc), în vederea elaborării de reguli, norme sau analize ale dinamicii unor accidente care implică eșuarea navei.

Trebuie avut în vedere și faptul că, așa cum a fost arătat în lucrare, o eșuare care nu presupune străpungerea tablelor de fund, poate fi extrem de periculoasă prin slăbirea extremă a rezistenței structurale datorită afectării elementelor de rezistență din osatura navei.

Practica verificării acestor elemente atât periodic, cât și urmare a unor evenimente soldate cu eșuarea sau coliziunea navei este necesară în vederea evaluării corecte a stării de rezistență generală a navei. Au fost elaborate multiple cercetări în domeniul eșuării navei și determinării răspunsului structurii la momentele de încovoiere și forte tăietoare suplimentare, care iau în calcul diverse scenarii de esuare pe fund moale, fără ruperea tablelor dar unde, pericolul slăbirii structurii este ridicat.[110]

În ultimii ani, datorită dezvoltării puterii de calcul, accesul relativ facil la calculatoare performante, extinderea programelor de operare în domeniul simulării atât a elementelor de structură dar mai ales în cel al mecanicii acestor elemente, a făcut ca folosirea unor metode, ca cea a elementelor finite, să coboare și la niveluri mai joase decât cele de proiectare, mai precis în zona de cercetare și operare. Metodele analitice de calcul tind să fie înlocuite de metodele numerice, pe măsură ce eficiența acestora din urmă își dovedește veridicitatea.

Metodele de calcul depind însă foarte mult de mărimea eșantionului, tipurile de încărcări, poziționarea locului de impact, condițiile de frontieră și nu în ultimul rând de puterea de calcul a computerului care rulează programul.

Numărul de simulări în domeniul eșuărilor și coliziunilor crește constant în ultima perioadă iar acest lucru duce la o rafinare a rezultatelor. Ținta urmărită ar putea fi de găsire a unor criterii de deformare a structurii pentru fiecare model de deformare prin luarea în calcul a cât mai multor cazuri posibile, dar care să fie și probabil să se întâmple.[85]

Metoda elementelor finite devine astfel, un instrument foarte potrivit pentru înțelegerea și investigarea comportamentului navei în caz de eșuare, iar rezultatele pot să sprijine validarea unor experimente efectuate, pentru abordarea viitoare a scenariilor de eșuare.

4.2 PROPUNERI DE MĂSURI PENTRU CONTROL A RISCULUI ÎN TRANSPORTUL MĂRFURILOR PERICULOASE LA BORDUL NAVELOR PORTCONTAINER

Recunoscând rolul determinant pe care mărfurile periculoase îl au în evaluarea riscurilor asociate incendiului sau exploziei la bordul navelor portcontainer, este necesară cunoașterea proceselor care se desfășoară pe timpul transportului acestor mărfuri de la producător la destinatarul final.

Deși Codul IMDG se aplică navelor, acesta reprezintă principalul instrument în transportul din „poartă în poartă”, al containerelor ce conțin mărfuri periculoase, așa cum sunt ele definite de același cod. Fără a detalia excesiv modul în care se desfășoară lanțul de transport al containerelor ce transportă mărfuri periculoase, se pot totuși evidenția, punctele cheie în acest lanț, pentru a evalua impactul posibilelor măsuri de siguranță ce ar putea fi implementate și care prin legăturile de cauzalitate cu nava portcontainer pot contribui la diminuarea riscurilor de incendiu sau explozie la bordul acestor nave. O rezumare a acestor operațiuni, prezentată și în Fig. 4.1, ar fi următoarea:

1. Clasificarea mărfurilor periculoase de către producător/expeditor în conformitate cu clasificările prevăzute de Națiunile Unite după tipurile de risc pe care transportul acestora le implică.

1.1 Transmiterea cererii de acceptare de către client (expeditor) a operatorului de transport (liniei de transport containere) în vederea transportului de mărfuri periculoase. În general există un formular pus la dispoziție de către linia de transport, prin biroul de comenzi, și care trebuie completat în totalitate, cu informații referitoare la marfă. (este prima menționare a numărului UN corespunzător pericolului asociat mărfii).

1.2 Linia de transport, prin biroul de mărfuri periculoase, verifică corectitudinea informațiilor furnizate și, prezumând că acestea sunt corecte, verifică disponibilitatea unei nave pentru transportul containerelor cu marfă periculoasă.

1.3 În funcție de reglementările interne ale armatorului sau liniei de transport, fiecare navă are alocat un număr de containere cu marfă periculoasă pe care le poate transporta. După identificarea navei potrivite, transmite acceptul și condițiile de transport, clientului.

2. Încheierea fermă a acordului se face după parcurgerea acestor pași, iar expeditorul va primi containerul/containerele în vederea încărcării cu marfă periculoasă nominată anterior.

3. Marfa este pachetizată, stivuită, amarată în container care, este la rândul său etichetat pe cele patru laturi corespunzător și transportat în terminalul de containere din port, în zona specială destinată acestor mărfuri periculoase și stivuit conform procedurilor de separare și stivuire a mărfurilor periculoase. Terminalul din portul de expediție nu trebuie să accepte containere cu marfă periculoasă neetichetată corespunzător.

4. Expeditorul va trimite odată cu containerele, completate corespunzător, Dangerous Goods Declaration And Container Packing Certificate (Declarația de pachetizare a mărfii periculoase în container), care de regulă, are forma cerută de linia de transport. Acesta este cel mai important document care însoțește containerul, atât pentru linia de transport dar mai ales pentru siguranța navei.

5. O copie a acestei declarații va fi disponibilă în permanentă la bordul navei. Manifestul mărfurilor periculoase de la bord va fi întocmit separat și înmânat navei pentru disponibilitate la bord în vederea verificării de către autorități portuare de tranzit sau destinație. Acesta va fi însoțit de declarații de pachetizare individuale, pentru fiecare container.

Verificarea încrucișată a informațiilor din Declarația de mărfuri periculoase cu cele transmise expeditorului ca urmare a cererii de acceptare a transportului de mărfuri periculoase este o recomandare ce trebuie transformată în cerință, urmare a deselor inadvertențe întâlnite în cazul investigațiilor accidentelor în care au fost implicate astfel de mărfuri.

În concluzie, trebuie conștientizată importanta clasificării corecte a mărfurilor periculoase și a completării corecte a tuturor informațiilor cerute în Declarația de Pachetizare a Mărfii Periculoase în Container deoarece, fiecare câmp din declarație poate juca un rol vital pentru navă și echipaj pe timpul transportului containerului pe mare.

Instruirea personalului de la birourile de mărfuri periculoase și a celor care execută planificarea stivuirii pe navă reprezintă o măsură de maximă importantă, în prevenirea unor evenimente care pot conduce la incendii sau explozii la bordul navelor portcontainer, atunci când sunt angrenate în transportul mărfurilor periculoase.

Fig. 4.1 Diagrama fluxului mărfurilor periculoase în lanțul de transport containerizat

Numărul mare de entități implicate în transportul containerizat, care împart diverse roluri în siguranța acestuia, fac din introducerea unor măsuri noi, care presupun de cele mai multe ori cheltuieli materiale, o sarcină dificil de realizat fără o coordonare și o conștientizare a consecințelor pe care toți le pot suporta, ca urmare a unor accidente navale.

Armatorii sunt cei care trebuie să facă o analiză a recomandărilor din domeniu sigurantei maritime, iar dacă acestea sunt aplicabile, să preia prin proceduri interne o cât mai mare parte din aceste recomandări.

4.3 MĂSURI SPECIALE PENTRU EVITAREA INCENDIILOR SAU EXPLOZIILOR ÎN CAZUL ANUMITOR MĂRFURI PERICULOASE

Un număr însemnat de incidente, în care sunt implicate nave portcontainer ce transportă mărfuri periculoase și la bordul cărora au loc incendii, sunt semnalate în buletinele săptămânale care inventariază și publică accidentele maritime ce au loc pe mările și oceanele lumii.

Pentru o parte însemnată din incidente legate de incendii, cauzele sunt comune în ceea ce privește marfa transportată și care reprezintă sursa incendiului. Chiar dacă dezvoltarea lor este limitată și avariile sunt de cele mai multe ori minore, lipsa de victime sau pierderi ale navei clasificându-le astfel, în categoria de incidente, modul în care sunt observate și controlate incendiile, se poate înscrie în multe cazuri, în anumite tipare. Făcând o legătură, firească altminteri, între marfa periculoasă care a cauzat incidentul, cadrul de desfășurare și evoluția ulterioară, se pot evidenția anumite riscuri pentru care, după analiză și evaluare cost-beneficiu, pot fi asociate măsuri de prevenție potrivite.

În luna iulie din anul 2010, un incendiu a izbucnit la bordul navei Cape Fresco, iar originea acestuia l-a constituit un container stivuit pe punte și încărcat cu peroxid de metiletilcetonă. Focul a fost în cele din urmă stins, după două ore, provocând doar pagube minore la instalația electrică și capacul de magazie.

Tot în iulie 2010, pe nava Charlotte Maersk, în voiaj dinspre Malaezia spre Oman, având la bord 190 de containere conținând mărfuri periculoase, a izbucnit un incendiu pe punte, incendiu care a necesitat două săptămâni până la stingerea completă cu ajutorul pompierilor de la uscat. Pagubele au constat în avarierea a 160 de containere și mici pagube minore la tablele de punte din zona magaziei nr. 6. Cauza incendiului, conform raportului de investigație al DMAIB, a constituit-o peroxidul de metiletilcetonă (MEKP – UN nr.3105), un peroxid organic, transportat în 2688 recipiente, stivuite într-un container de 20’[111]. Aceasta a avut ca punct de expediție China iar destinația finală, Egiptul. În fișa mărfii este stipulată instabilitatea și inflamabilitatea puternică, împreună cu recomandarea evitării de șocuri sau frecări.

Accidente similare au mai avut loc, spre exemplu în 2007 în Iran, când un container cu aceeași substanță, cuprins de flăcări în timpul descărcării a fost mutat în terminal unde, până la stingerea incendiului a explodat. Guvernul iranian a transmis atunci, subcomitetului IMO pentru mărfuri periculoase, mărfuri solide și containere (DSC), propunerea obligativității transportului acestei substanțe în containere frigorifice pentru controlul temperaturii, cel puțin în lunile din an în care temperatura și umiditatea au valori ridicate. Această propunere a fost avansată Subcomitetului de experți în transportul mărfurilor periculoase, având în vedere caracterul multimodal al propunerii iar răspunsul final al acestui subcomitet a fost unul negativ.

Justificarea, deși are un substrat economic – creșterea cheltuielilor pentru transportul acestui tip de marfă prin folosirea containerelor frigorifice, a avut la bază un studiu al ICCA, ale cărui concluzii, cu privire la modul de transport containerizat al MEKP, au fost că reglementările actuale corespund cerințelor de control ale temperaturii prevăzute de Codul IMDG și recomandarea ca, pentru staționarea prelungită în terminale, să fie evitată expunerea directă a containerului la soare. Amendamentul adus totuși Codului IMDG în legătură cu această substanță a fost evidențierea caracterului toxic sau iritant al fumului degajat. Acest lucru scoate în evidență inerția în schimbarea anumitor aspecte legislative, care implică introducerea de noi cerințe cu costuri suplimentare, din partea expeditorilor.

Începând cu anii 1990, un mare număr de nave portcontainer au fost afectate de incendii provocate de hipocloritul de calciu. Pentru a exemplifica amploarea din acea perioadă, se pot enumera:

1998 – pe nava ACONCAGUA, în largul coastei Ecuadorului, a avut loc o explozie datorată hipocloritului de calciu transportat în magazie în container provenit din China (UN 1748);

1998 – pe nava SEA LAND MARINER, în largul insulei Creta, două persoane au decedat într-o explozie urmată de incendiu la containere stivuite în pupa navei iar probele au condus către aceeași marfă nedeclarată, hipocloritul de calciu;

1998 – la bordul navei DG HARMONY în largul coastelor Sud Africane zece containere din magazia 3, încărcate cu hipoclorit de calciu din Statele Unite, au fost afectate de incendiu autoaprins, urmat de explozie;

1999 – pe nava CMA DJAKARTA, în largul Egiptului, un container stivuit pe punte, încărcat cu hipoclorit de calciu de proveniență China (UN 2208) a luat foc și a explodat;

2003 – pe nava SEA ELEGANCE o persoană i-a pierdut viața datorită incendiului izbucnit într-un container de 20' încărcat cu hipoclorit de calciu (UN 2208) nedeclarat și stivuit în magazia din pupa navei;

2002 – la bordul navei M/V HANJIN PENNSYLVANIA, în largul coastelor Sri Lanka, două persoane și-au pierdut viața datorită exploziei inițiale în magazia 4, în care nu au fost declarate mărfuri periculoase dar, focul extins în următoarele patru zile, au provocat o uriașă explozie a unor containere cu artificii din magazia 6, pagubele consemnate la final depășind 235 milioane USD. Cauza cea mai probabilă a condus tot la hipocloritul de calciu, nedeclarat ca atare.

Hipocloritul de calciu a intrat în atenția factorilor implicați în transportul containerizat, fiind elaborate numeroase studii și totodată, făcând cunoscute consecințele pe care le poate avea transportul în condiții inadecvate ale acestui produs. Societățile de asigurări au fost printre primele care au tras un semnal de alarmă cu privire la transportul containerizat al acestei substanțe, în anul 2011, P&I elaborând un document în care se punctează elementele cheie de siguranță în transportul hipocloritului de calciu, cum ar fi:

numele diferite sub care este transportat hipocloritul de calciu (un 1748; un 2880; un 2208; un 3485-3487),

proprietățile periculoase ale hipocloritului de calciu (agent oxidant, coroziv, instabil, auto reactiv, cu descompunere exotermă inițiată de căldură sau impurități sau mixtură cu alte substanțe organice, caz în care se aprinde fără sursă exterioară de aprindere)

temperatura ambientală critică, care depinde de forma și mărimea pachetizării – mai mare pentru pachetizare mai mică, de unde recomandarea de transport în butoaie mici (45 kg),

temperatura de descompunere auto auto accelerată – determinată prin testare și care reprezintă cea mai mică temperatură, la care apare o creștere de 60 c în substanță, după o perioadă de șapte zile. cei doi parametri de temperatură pot caracteriza mai bine comportamentul auto reactiv al unui material pe timpul transportului.

dezavantajul transportului hipocloritului de calciu în containere frigorifice, în cazul în care acestea se defectează sau se întrerupe alimentarea electrică, rata de încălzire a substanței în container va fi mai mare decât în container maritim obișnuit [112].

Mai mult decât atât, în anul 2011 a fost înființat sistemul CINS, din care fac parte 15 linii de operare a navelor portcontainer, dintre care cinci cele mai mari (CMA CGM, Evergreen, Hapag-Loyd, Maersk Line, MSC), dar și societăți de asigurări sau de expertize tehnice, sistem ale cărui obiective sunt de analizare a informațiilor din baza de date comună și de căutare a unor incidente care să necesite acțiuni imediate sau evaluare a unor trenduri pentru anumite incidente. Hipocloritul de calciu este una din substanțele intrate în atenția CINS care, în anul 2016, a elaborat un ghid de transport al hipocloritului de calciu în containere.

Acest ghid prevede testarea materialului pe bază de hipoclorit de calciu ce urmează să fie transportat în containere, pentru determinarea cu acuratețe a celor două temperaturi critice ambientale și de descompunere, proprii modului de pachetizare și transport ce urmează să se desfășoare. Sunt prevăzute totodată recomandări de pachetizare și separare în cazul transportului containerizat al hipocloritului de calciu [113].

Având în vedere un istoric relativ similar, pentru transportul cărbunelui sub diverse forme, în containere și înregistrarea unor accidente precum cel al navei Kitano, din anul 2001, în care 16 containere au fost afectate de un incendiu izbucnit datorită peletelor de cărbune și stins cu ajutorul pompierilor în rada portului Halifax, CINS a elaborat în 2017 un ghid similar, pentru transportul cărbunelui și carbonului în containere [114].

Este recomandat insistent ca transportul containerizat al cărbunelui/carbonului, să fie efectuat respectând prevederile codului IMDG, datorită pericolelor de instabilitate chimică, auto încălzire și auto aprindere, pe care acest material le prezintă.

Nu în ultimul rând, bateriile de litiu au fost sursa unor incendii la bordul navelor portcontainer în ultimii ani, motiv pentru care, preocuparea pentru introducerea de noi măsuri care să sporească siguranța transportului acestora în containere, s-a materializat prin introducerea de la 1 ianuarie 2018, odată cu al 38-lea amendament al Codului IMDG, a unor noi reguli de etichetare, marcare și măsuri specifice de transport care urmează să fie aplicate.

Exemplele de mai sus întăresc ideea de particularizare a unor măsuri pentru anumite mărfuri, în așa fel încât aplicarea lor să conducă în mod direct la evitarea unor incendii sau explozii în containerele ce transportă aceste mărfuri.

Societățile de asigurări au un rol principal evident în elaborarea măsurilor sus menționate, prin natura economică a relației pe care o au cu liniile de operare ale navelor, cele care în ultimă instanță beneficiază în mod direct de îmbunătățirea siguranței transportului containerizat.

4.4 MĂSURI SUPLIMENTARE ȘI SOLUȚII TEHNICE CE POT CONTRIBUI LA CREȘTEREA SIGURANȚEI LA BORDUL NAVELOR PORTCONTAINER ÎN CAZ DE INCENDIU SAU EXPLOZIE

Acțiunile care se pot întreprinde în scopul evitării efectelor incendiilor și al exploziilor la bordul navelor portcontainer se pot grupa în funcție de două mari obiective:

prevenirea inițierii incendiilor și exploziilor la bordul navelor portcontainer,

controlul luptei cu focul și limitarea la minim a ariei afectate, în cazul când incendiul deja s-a dezvoltat, asociat sau nu cu o explozie.

În timp ce prima grupă de obiective se adresează întregului lanț logistic, începând de la expeditor până la destinatarul mărfii transportată în container datorită legăturii de cauzalitate în acest lanț, a doua grupă detaliază măsuri specifice unui anumit loc sau entitate care participă la transportul containeriza, în acest caz, măsuri specifice aplicabile la bordul navei portcontainer.

Din analiza factorilor de risc prezentați anterior, la transportul mărfurilor containerizat, se pot evidenția următoarele tipuri de măsuri:

Măsuri care au legătură directă cu marfa transportată și sunt în fapt măsuri de prevenție:

în sarcina expeditorului/producătorului și sunt legate de corectitudinea: identificării, testării autorizate a modului de comportare al mărfii la modificări de temperatură, umiditate, presiune, mixturi cu alte substanțe, șocuri etc, ambalării, pachetizării, stivuirii în container, etichetării, ventilării și întocmirii corecte a documentelor însoțitoare – fișa de securitate. Introducerea de măsuri poate fi realizată prin amendarea legislației (cod IMDG sau națională) sau cerințe proprii introduse de liniile de operare;

în sarcina terminalului și a liniei de operare, iar acestea presupun stivuirea corectă a containerelor, separarea lor conform regulilor, monitorizarea atentă a parametrilor, cerută de producător și asigurarea transmiterii corecte și în timp a informațiilor despre marfă, planificarea încărcării pe navă conform cerințelor codului IMDG, a containerelor cu marfă periculoasă. Măsurile țin în acest caz de organizarea procedurilor interne a terminalelor și a liniilor de operare, fiind ușor de luat dar în aceeași măsură, ușor de încălcat.

implementarea unor programe axate pe siguranță (cu cuvinte cheie pentru mărfuri periculoase de exemplu), care să elaboreze liste de încărcare cât mai sigure poate fi o măsură foarte bună;

în sarcina navei cad măsurile de urmărire a modului corect de stivuire al containerelor cu marfă periculoasă, programe noi de gestionare ușoară a informațiilor legate de mărfurile periculoase și introducerea de noi căi de monitorizare a parametrilor mărfurilor periculoase.

Este de urmărit evoluția rețelelor de senzori fără fir (WSN) care deja a trecut stadiul de testare și care presupune montarea la containerele cu marfă ce trebuie monitorizată (periculoasă), a unor dispozitive de rețea cu senzori, alimentate cu baterii, ce transmit datele de monitorizare unui punct de coordonare de pe navă (alimentat electric și poziționat pe aripa comenzii sau catarge pe punte), centralizate apoi într-o cameră de control, în vederea procesării.

Acest model a fost experimentat în anul 2009 la bordul unei nave portcontainer, monitorizând temperatura și presiunea în containere, rezultatele testului fiind mai mult decât promițătoare [115].

Dezvoltarea conceptului de M2M, în cardul IoT, ce presupune transmiterea în rețea a parametrilor observați de un senzor sau traductor, la un program software ce interpretează parametrii realizând controlul sau supravegherea unui sistem, poate fi următorul pas în aplicarea noilor tehnologii de comunicare și control în domeniul logistic, cu aplicații în domeniul siguranței. Există deja, introdus de un mare furnizor logistic în industria chimică (Bertschi), a unui sistem de senzori “smart” fără întreținere și fără fir (producător Nexios), care monitorizează în timp real temperatura din containere tip tanc ce se transportă pe calea ferată, iar adaptarea pentru nave portcontainer ar trebui evaluată.

Măsuri care au legătura cu nava portcontainer și pot avea, atât rol de prevenție, dar și de gestionare eficientă al unui incendiu sau urmări ale unei explozii:

sisteme de detecție a incendiului în stadiu timpuriu. Acest lucru poate fi făcut prin dotarea navelor portcontainer cu camere de termoviziune, similare celor folosite de pompieri. Pe puntea navei pot exista camere fixe montate pe suprastructura navei și protejate mecanic iar în magazii se poate de asemenea instala un sistem de camere fixe, care să acopere cea mai mare suprafață posibilă de containere ce urmează să fie monitorizate;

prelungirea pereților etanși și rezistenți la foc, pe puntea navei, în așa fel încât să creeze bariere împotriva răspândirii incendiului pe puntea navei. Această soluție constructivă, deși costisitoare și consumatoare de spațiu, rezolvă simultan și problema răcirii cu apă a zonei de separație. O variantă intermediară ar putea-o constitui departajarea unor compartimente separate de incendiu care să cuprindă mai multe magazii;

în combinație sau separat de soluția de mai sus, un sistem fix de tunuri cu apă ce pot fi folosite în caz de incendiu, suportul vertical fiind rabatabil sau telescopic pentru a fi ferit de manipulările din porturi, dar care să asigure acoperirea cu apă a întregii nave, iar operarea acestor tunuri cu apă să poată fi făcută de la distanță.

O schemă simplificată este redată in Fig. 4.2.

Fig. 4.2 Schema instalației fixe de stingere a incendiului cu tunuri de apă (telescopice)

echiparea capacelor de magazie și a pereților magaziilor cu sisteme de stingere a incendiului cu apă, în acest mod realizându-se și o răcire eficientă care permite protejarea structurii navei în caz de incendiu și pentru prevenirea exploziei. Introducerea de apă în magazie necesită abordarea simultană a modificării stabilității navei însă, acest lucru poate fi corectat prin una sau combinând următoarele măsuri:

pompe de santină puternice,

sistemul de stingere cu apă în magazie să folosească ceața de apă,

sistem de răcire în capacele de magazie care să permite curgerea liberă a apei pe punte,

ridicarea nivelului punții de amaraj a containerelor, peste nivelul 5, asigurând în acest fel și un amaraj eficient și echiparea cu sprinklere sau sisteme de ceață de apă care să separe zone afectate de incendiu.

O variantă alternativă ar putea-o constitui formarea de bariere de apă pulverizată la înaltă presiune între stivele de containere, sub forma unor perdele sau pereți de apă, ca în Fig. 4.3.

Măsurile propuse mai sus trebuie evaluate în cheia cost-beneficiu, însă se bazează pe necesitatea implementării la bordul navelor portcontainer a unor măsuri suplimentare de prevenție sau de ajutor în cazul accidentelor maritime datorate incendiilor sau exploziilor.

Toate studiile efectuate în ultimii ani, atât din punct de vedere al prevenției cât și ca gestionare al incendiului, arată că:

Fig. 4.3 Schema instalației fixe de perdea de apă pe puntea navei portcontainer

la bordul navei nu sunt pompieri profesioniști,

mijloacele de stingere a incendiului sunt limitate față de cele de la uscat,

multitudinea de mărfuri implicate în incendiu fac imposibilă elaborarea de scenarii care să acopere toate situațiile posibile,

cea mai bună recomandare este de a ține sub control incendiul și a preveni astfel explozia sau răspândirea focului pe navă, lucru ce ar compromite rezistența acesteia.

Toate evaluările indică imposibilitatea eliminării complete a riscului de incendiu și explozie la bordul navelor portcontainer printr-o soluție tehnică sau procedurală aplicabilă, însă conștientizarea riscului și împărtășirea experienței acumulate ca urmare a accidentelor care au avut loc, și a măsurilor luate individual și care și-au dovedit eficiența, pot aduce nivelul riscului la valori pe care acest sector al transportului le merită.

CONCLUZII

Teza de doctorat prezintă trei aspecte critice din exploatarea navelor portcontainer, care pot conduce la slăbirea rezistenței structurale a navei, lucru demonstrat prin modul în care s-au desfășurat unele accidente maritime, ale căror rapoarte de investigație au fost studiate și prezentate.

Acestea se referă la:

a) Modul în care nava portcontainer este afectată în cazul navigației pe mare agitată, prin studierea oscilațiilor navei pe valuri cu ajutorul programului OCTOPUS și măsuri ce pot fi luate în vederea evitării unor fenomene oscilatorii periculoase pentru siguranța navei.

b) Condiții specifice în care se poate produce eșuarea navei portcontainer și evaluarea modului în care este afectată structura navei în cazul eșuării

pe fund moale, lucru care poate conduce la bombarea tablelor de fund sau,

eșuarea pe stâncă, ce poate conduce la găurirea corpului navei.

A fost arătat faptul că nava eșuată poate fi supusă unor solicitări suplimentare ce pot conduce la propagarea unor fisuri iar aspectele legate de bombarea tablelor și propagarea fisurilor au fost evaluate prin MEF, folosind programul NX al firmei SIEMENS.

c) Impactul temperaturilor crescute din cazul unei explozii la bordul navei portcontainer, atât asupra structurii navei dar și a containerelor cu marfă, avarierea acestora putând conduce la prăbușirea stivei și generalizarea incendiului cu efecte devastatoare pentru navă și echipaj.

Aspectele critice de mai sus au fost tratate etapizat pe parcursul lucrării, prin studierea contextului actual și al elementelor teoretice care stau la baza fenomenelor care se desfășoară în caz de accident, analiza unor accidente reprezentative, simularea unor situații în studii de caz și propunerea unor măsuri de îmbunătățire a sigurantei, după cum urmează:

Oscilațiile navei pot induce, în anumite cazuri, sarcini suplimentare asupra corpului navei portcontainer, precum fenomenul de arcuire de capete al navei (hogging sau sagging). Formele specifice datorate condițiilor de proiectare, pentru atingerea unor viteze de marș superioare, combinate cu o capacitate de transport a unui număr cât mai mare de containere, conduc la un comportament periculos al acestui tip de navă, lucru confirmat în ultimii ani de statistica accidentelor maritime și urmările unor cazuri celebre, precum nava MOL Comfort. A fost arătată necesitatea evaluării stabilității navei în condiții de navigație pe valuri de urmărire sau valuri de prova, lucru subliniat de către IMO, care depune eforturi constante de aliniere a cerințelor de stabilitate pentru navele portcontainer, luând în considerare fenomene periculoase precum, ruliu parametric, sau pierderea stabilității prin căderea între valuri de urmărire.

A fost expus în cadrul capitolului 2 al tezei, un studiu al oscilațiilor navei portcontainer, precum și teoria formării fenomenelor de ruliu parametric și de pierdere a stabilității navei în valuri de urmărire, evidențiind condițiile specifice de apariție în cazul navelor portcontainer.

În cadrul capitolului 3 a fost analizat comportamentul navei portcontainer pe valuri prin simularea unui voiaj pe ruta Hamburg – Baltimore, folosind programul OCTOPUS. Au fost confirmate posibilitățile teoretice de comportament oscilator al navei și au fost evidențiate măsuri de reducere a acestor oscilații, printr-un studiu comparativ pentru o navă Panamax încărcată și aceeași nava încărcată parțial (balast), întărind astfel rolul pe care programul OCTOPUS îl poate juca în evaluarea stabilității dinamice a navei în condiții de vreme rea.

În același capitol a fost prezentat detaliat modul de operare al programului OCTOPUS și importanța folosirii acestuia la bordul navelor portcontainer, ca bază a unor decizii care trebuie luate în cazurile de navigație pe vreme rea.

Accidentele soldate cu eșuarea navelor ocupă un loc important în ierarhia accidentelor navale, în ciuda progreselor făcute în dezvoltarea echipamentelor, îmbunătățirea procedurilor și a instruirii personalului de la bord. Au fost prezentate în teza abordările actuale ale accidentelor maritime, precum și conceptele noi și modelele de evaluare a riscului. În acest proces de evaluare sunt chemați să participe toți factorii implicați în domeniul maritim deoarece consecințele unor evenimente pot afecta și sfera economică mai largă, legată de transportul maritim.

Un accident maritim al navei portcontainer, similar cu cele descrise în teză, poate avea consecințe enorme dacă ne gândim la pierderea de vieți omenești sau poluarea marină, iar costurile economice sunt uneori greu de estimat, având în vedere cheltuielile cu reparații, asigurări, contravaloare marfă sau cota de încredere. Este deci necesară, o continuă creștere a siguranței acestui tip de transport iar măsurile care trebuie luate pot avea atât un caracter general, cât și particular, vizând riscuri punctuale sau factori specifici unei zone de navigație sau tip de navă, prin elaborarea și revizuirea continuă a modelelor de analiză a accidentelor, pentru implementarea cât mai rapidă, dar în același timp rezonabilă, în baza unei analize cost beneficiu, a acestor măsuri de siguranță.

Așa cum s-a arătat în cap 1.5 referitor la fenomenele asociate eșuării, navele portcontainer, datorită dinamicii pe care o au în dezvoltarea din ultimii ani, sunt expuse riscului de accident maritim soldat cu eșuare datorită unor factori contribuitori specifici precum:

presiunea comercială puternică puse pe conducerea navelor pentru respectarea programelor de rotație a porturilor,

porturi de escală foarte dese,

viteză de manevră mare.

În urma cercetărilor efectuate pe timpul doctoratului și rezumate în capitolul 2.2, s-a arătat că, efectele produse în urma unei eșuări pentru nava portcontainer pot fi amplificate de forma specifică, foarte alungită a carenei, care poate conduce la eșuări puternice pe fund moale. Lungimea mare a ultimelor generații de nave în exploatare sau în producție lansează provocări mari privind stabilitatea navei și starea de rezistență la eforturi, chiar și în condițiile unei exploatări normale; cu atât mai mult eșuarea unei astfel de nave pe o stâncă duce la apariția unor momente de încovoiere și de forfecare care pot depăși limitele ultime.

7. După prezentarea aspectelor teoretice legate de fenomenele asociate eșuării navei portcontainer, a fost utilizată MEF pentru studierea comportamentului structurii navei portcontainer prin simularea solicitărilor și analizarea răspunsurilor în cazul unei nave Panamax, cu ajutorul programului NX Siemens.

Au fost evidențiată variația tensiunilor principale – tangențiale, von Mises și tensiuni normale – care apar și ating valori critice, ce depășesc limitele de curgere sau deformabilitate, în cazul tablelor de fund sau tablelor din zona de gurnă a navei portcontainer.

În a doua parte a studiului a fost efectuată o analiză prin MEF, a modului de propagare a fisurilor ce pot apărea în tablele de fund ale navei portcontainer în caz de eșuare. Pentru acest studiu a fost folosit programul Abaqus/CAE 6.14, și simulată dezvoltarea fisurilor în întreaga grosime a plăcii (reprezentând tabla de fund) dar și propagarea fisurilor în jurul unei găuri circulare sau elipsoidale, în conformitate cu aspectele tratate teoretic.

Și în acest caz au fost evidențiate tensiunile principale normale, tangențiale și von Mises, de la apariția fisurii și până la ruperea plăcii, evidențiind modul rapid și ușor în care fisura se propagă și dezvoltă în cazul apariției pe marginea unei găuri, în tabla de fund a navei.

8. Au fost făcute propuneri de măsuri legate de eșuarea navei portcontainer pe baza studierii comportamentului structurii acesteia, care să conducă la:

limitarea efectelor unei eșuări prin – reducerea vitezei, simulări și scenarii la navă, amenajări hidrotehnice specifice,

reducerea riscului de eșuare prin – revizuirea procedurilor, viteze de manevră.

9. A fost prezentat pe larg stadiul actual în domeniul legislației maritime referitoare la prevenirea incendiilor și a exploziilor la bordul navelor portcontainer, arătându-se faptul că, progresul în domeniul reglementărilor nu a ținut întotdeauna pasul cu progresul tehnologic uimitor, pe care ramura transportului containerizat a cunoscut-o. Abordările conservative și generale, confruntate cu realitatea unor accidente catastrofale care au avut loc în ultimii ani, au arătat necesitatea imperioasă a unei îmbunătățiri urgente și personalizate în domeniul siguranței navelor portcontainer în transportul mărfurilor periculoase.

Deși eficienta economică, care a atins performante impresionante, este termenul care guvernează acest tip de transport, evaluarea corectă a riscurilor, incluzând aici riscul de incendiu și explozie la bordul navelor portcontainer, trebuie să fie un proces continuu. Presiunea vine în primul rând din partea societăților de asigurări, dar ea trebuie să fie compensată de beneficiarii direcți ai măsurilor de control ale acestor riscuri – societăți de clasificare, armatori, linii de operare, echipaje, autorități etc.

Societățile de clasificare sunt cele din prima linie a frontului de luptă împotriva riscurilor la care sunt expuse navele, iar cercetările și studiile pe care acestea le-au desfășurat în ultimii ani, în urma cărora au început să fie introduse treptat măsuri corespunzătoare, prezentate și în lucrarea de față, arată totuși preocuparea constantă a acestora în acest sens.

10. Au fost prezentate principalele sisteme de stingere a incendiilor la bordul navelor și prin studierea folosirii acestora în cazul unor accidente navale reprezentative (MSC Flaminia), prezentate și analizate în capitolul 2, a fost evaluată eficacitatea acestora și limitările pe care aceste sisteme le au în cazul navelor portcontainer.

În domeniul prevenirii incendiilor și a exploziei la bordul navelor, prevederile suplimentare privind dotarea și echiparea navelor portcontainer, fată de cele obligatorii conform convențiilor internaționale, arată pasul important făcut de societățile de clasificare în înțelegerea acestor limitări, pe care actualele sisteme de monitorizare, control și luptă împotriva incendiilor o au în cazul navelor portcontainer.

11. Au fost analizate situațiile prezentate în rapoartele accidentelor maritime, pe care navele portcontainer le-au avut în ultimii ani, în care au fost implicate explozii și incendii, și au fost confirmate următoarele concluzii și măsuri:

A) Un incendiu la bordul navei portcontainer odată inițiat este de preferat să fie ținut mai degrabă sub control decât stins și au fost propuse măsuri privind echiparea navelor, încă din stadiul de proiect cu:

instalații de stins incendiu cu debit mare,

tunuri de apă mobile și fixe în număr suficient ,

instalații de CO2 performante, fiabile și ușor de utilizat,

echipamente suplimentare – telecomunicații, ajutaje penetrante, aparate de respirat etc.,

mijloace eficiente de răcire a capacelor de magazie și a pereților magaziei,

crearea de separații între zone ale navei – cu pereți transversali sau perdele de apă.

B) Exploziile la bordul navelor portcontainer implică în totalitatea cazurilor mărfuri periculoase de aceea, pe lângă condiții de echipare de genul celor de mai sus, modul în care mărfurile periculoase sunt:

clasificate,

ambalate,

stivuite și amarate în container,

etichetate,

separate,

monitorizate,

însoțite de documente potrivite,

manipulate,

reprezintă de asemenea, măsuri specifice prin care armatorii, liniile de transport și echipajele, controlează riscurile la care nava, marfa, echipajul și mediu sunt expuse.

12. A fost prezentat un studiu privind rezistența containerului maritim standard, la creșterea temperaturii datorată unei explozii sau unui incendiu puternic de la bordul navei portcontainer. Evaluarea rezistenței containerului a fost efectuată prin MEF, folosind programul Abaqus iar concluziile confirmă rezultatele testelor de foc efectuate asupra unei stive de containere, arătând faptul că, elementele de rezistență ale containerului (stâlpii de colț), pot ceda la creșterea temperaturii, provocând generalizarea incendiului la bord. Măsura de siguranță propusă ca urmare a evaluării rezistenței containerului maritim în caz de incendiu sau explozie este de răcire imediată a zonei, care asigură în acest fel atât rezistența generală a stivei dar și evitarea creării condițiilor de explozie a mărfurilor periculoase de la bord.

13. Din cercetările pentru pregătirea tezei, efectuate în ultimii ani, în legătură cu pericolul pe care incendiul și explozia îl reprezintă pentru transportul containerizat, au fost propuse idei, care pot fi materializate în echipamente noi, bazate pe cele mai noi progrese tehnologice, și care să ajute la prevenirea sau controlul incendiilor prin:

monitorizarea mai bună a temperaturilor atât în containere cât și în magaziile navei sau pe punte – senzori eficienți, în special pentru mărfurile periculoase,

sisteme noi și mai eficiente de răcire sau de protecție cu perdea de apă, ceață de apă, sau spumă,

programe de încărcare a containerelor care iau în calcul riscurile de incendiu sau explozie la mărfurile periculoase.

14. Au fost propuse măsuri pentru control ale riscului în transportul mărfurilor periculoase (cap. 4), în baza rolului pe care acestea le au în riscul de explozie la bordul navelor portcontainer.

Incendiul și explozia sunt două pericole majore pe care nava portcontainer trebuie să le înfrunte, având ca scop final păstrarea integrității structurale și minimizarea pagubelor pe care aceste pericole le pot cauza, prin măsuri de prevenire adecvate, luate de toate entitățile cu care aceste nave au o legătură directă sau indirectă .

Evidențierea cauzelor exploziilor și incendiilor și a dinamicii acestora la bordul navelor portcontainer garantează menținerea la zi a legislației, prin:

elaborarea de norme noi și eficace pentru lupta împotriva incendiilor,

introducerea de măsuri specifice, pentru cazuri specifice a căror incidență este foarte probabilă,

conștientizarea personalului implicat în domeniul transportului containerizat asupra riscurilor de incendiu sau explozie aferente acestui tip de transport.

Domeniul transportului maritim containerizat, prin multitudinea de variabile nou apărute în ultimii ani, legate de mărfuri, nave sau porturi, împreună cu riscurile care le leagă, deschide un orizont de cercetare nou, ale cărui rezultate trebuie să conducă la creșterea sigurantei globale a domeniului, pe măsura nivelului atins în dezvoltarea sa.

Contribuții proprii

În actuala teză au fost elaborate următoarele studii, ce constituie contribuții proprii la cercetarea în domeniul siguranței navelor portcontainer:

1. Descrierea modului de folosire a programului OCTOPUS pentru analiza oscilațiilor navei în condiții de navigație pe mare montată.

2. Studiu comparativ al răspunsului dinamic al navei portcontainer de tip Panamax în două condiții de încărcare, pe ruta Hamburg – Baltimore, folosind Programul OCTOPUS evidențiind modul în care programul este folosit pentru luarea unei decizii referitoare la stabilitatea navei portconatiner în condiții de navigație pe vreme rea și evitarea fenomenelor periculoase precum ruliu parametric sau căderea între valuri de urmărire.

3. Analiza prin MEF a modului de deformare a tablelor de fund ale unei nave portcontainer, în cazul unei eșuări pe fund moale, prin studierea variației tensiunilor normale, tangențiale și von Mises peste limita de curgere în eșantionul ales în zona de fund și gurnă a unei nave portcontainer, folosind programul NX.

4. Analiza prin MEF a modului de dezvoltare a fisurilor în jurul unei găuri circulare sau eliptice din tabla de fund a unei nave portcontainer, prin evidențierea variației tensiunilor normale și von Mises până la ruperea totală a eșantionului, folosind programul Abaqus.

5. Studiu privind rezistența containerului maritim stivuit la bordul navei portcontainer, la creșterea temperaturii în caz de explozie sau incendiu, prin MEF, folosind programul Abaqus.

6. Analiza proceselor din fluxul mărfurilor periculoase pe timpul transportului containerizat pentru evidențierea riscurilor și elaborarea unor măsuri de control ale riscului de explozie la bordul navei portcontainer.

Domenii de cercetare

Pentru că există un număr relativ mic de studii efectuate de cercetători din țara noastră, este oportună dezvoltarea zonei de analiză a accidentelor navale, pentru o înțelegere mai bună a producerii și desfășurării acestor accidente de către toți factorii implicați în transportul naval.

Avand în vedere gradul mare de acoperire al tipului de nave pe care navigatorii români își desfășoară activitatea precum și multitudinea de terminale care deservesc portul Constanța, interesul pentru creșterea siguranței specifice anumitor nave este deplin justificat, iar domeniile de cercetare propuse, în vederea unei aprofundări a cunoștințelor legate de accidentele maritime sunt:

analiza factorilor care afectează siguranța navei petrolier sau LNG în cazul unui accident maritim care implică incendiu sau explozie,

cercetări privind comportamentul navelor vrachier sau petrolier în caz de eșuare,

cercetări privind comportamentul navelor în caz de coliziune.

BIBLIOGRAFIE

[1] *** Review of Maritime Transport 2016, United Nations, Geneva 2017.

[2] Levinson M, The box: How the shipping container made the world smaller and the world economy bigger, Princetown University,2006.

[3] *** https://www.statista.com/statistics/253987/international-seaborne-trade-carried-by-containers/.

[4] *** https://www.alphaliner.com/resources/Alphaliner_Monthly_Monitor/.

[5] *** https://alphaliner.axsmarine.com/PublicTop100 .

[6] *** Annual Overview Of Marine Casualties And Incidents, EMSA, 2017.

[7] *** Claims at a Glance, The Swedish Club, ianuarie 2017, www.swedishclub.com.

[8] *** OP Notice To Shipping No.N-1-2016, Panama Canal Authority, 2016.

[9] *** Container Ship Update, DNV-GL Maritime, 2016, www.dnvgl.com.

[10] *** https://theloadstar.co.uk/msc-cma-cgm-jumbo-ise-21-containerships-ulcvs/.

[11]*** Rules for Building and Classing, American Bureau of Shipping, 2017, www.dnvgl.com.

[12]*** Interim Report of Committee on Large Container Ship Safety, Committee on Large Container Ship Safety, Japan -December 2013, www.classnk.or.jp.

[13]*** Intermodal Marine Container Transportation: Impediments and Opportunities, Transportation Research Board, Special Report 236, National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, Washington DC, 1992, https://doi.org/10.17226/11404.

[14] Payer, H.G., Challenges în ship design, fabrication and inspection – A Class view, 9th Symposium on Practical Design of Ships and Other Floating Structures, Luebeck-Travemuende, Germany, 2004

[15]*** Interim Guidelines for Open-top Containerships, MSC/Circular 608/Rev.1, IMO, 1994.

[16]*** Adoption of the International Code on Intact Stability, Resolution MSC.267(85), IMO, December 2008.

[17] *** Investigation Report on Structural Safety of Large Container Ships, Class NK, September 2014, www.classnk.or.jp.

[18] *** Flooding of engine room of Emma Maersk, Danish Maritime Accident Investigation Board, 19 December 2013, www.dmaib.com.

[19] *** Report on the investigation of the structural failure of MV MSC Napoli, Marine Accident Investigation Branch, 9 April 2008, www.maib.gov.uk.

[20] *** Grounding of the MV Norfolk Express on the River Vesser, Federal Bureau of Maritime Casualty Investigation, Germany, 10 April 2014, www.bsu-bund.de.

[21] *** Fire and explosion on board the MSC Flaminia în Atlantic and ensuing events, Federal Bureau of Maritime Casualty Investigation, Germany, 28 February 2014, www.bsu-bund.de.

[22] Yong B., Wei-Liang J., Marine Structural Design, Butterworth-Heinemann, 2016 ISBN 978-0-08-099997-5.

[23] *** Final Report of Committee on Large Container Ship Safety, Committee on Large Container Ship Safety, March 2015, http://www.mlit.go.jp/common/001081297.

[24] *** Functional Requirements on Load Cases for Strength Assessment of Container Ships by Finite Element Analysis, Mai 2015, www.iacs.org.uk.

[25] Nguen TH., Amdahl J., Leira B.J., Garre L., Understanding ship-grounding events, Marine Structures, October 2011, www.researchgate.net/publication/251621852.

[26] Wang G., Ohtsubo H., Liu D., A Simple Method for Predicting the Grounding Strength of Ships, Journal of Ship Research, Vol. 41, No. 3, Sept. 1997, pp. 241-247

[27] Simonsen B.C. – Ship grounding on the rock – Danish Center For Applied Mathematics And Mechanics, Report No 555, Octombrie 1997

[28] Wang G., Seah A.H., Shin Y., Predicting Ship Structure Performance in Accidents, MARTECH 2002 International Conference on Maritime Accidents,Singapore, 18 – 20 September, 2002

[29]*** Damage Assessment After Accidental Events, 17th International Ship And Offshore Structures Congress, 2009 Seoul, Korea – VOLUME 2 , COMMITTEE V.1, pag 30

[30] Buzdugan G., Rezistența materialelor, Ed. Didactică și Pedagogică, București, 1963.

[31] Tripa P., Rezistența Materialelor, Editura MIRTON,Timișoara, 2001

[32] *** Curs de mecanica ruperii, Universitatea Politehnica din București, www.resist.pub.ro

[33] Diaconu-Șotropa D., Bazele securității la incendiu în construcții, Universitatea Tehnică „Gh. Asachi” din Iași, Editura POLITEHNIUM, 2014.

[34] ***, Fire safety – Vocabulary, ISO 13943:2017

[35] Zoltan T., Analize calitative și cantitative în managementul riscului în sectorul industrial chimic, Universitatea Babeș –Bolyai, Facultatea De Științe și Ingineria Mediului, Teza de doctorat, 2010

[36] Eckhoff R., Dust explosions in the process industries, 3rd ed., Burlington: Gulf ProfessionalPublishing, 2003.

[37] Eberly R., Fire Performance of Intermodal Shipping Containers, Merchant Marine Technical Division, Washington, 1977.

[38] Tripa P., Hulușcu M., Rezistența Materialelor. Noțiuni Fundamentale Și Aplicații, Editura Mirton, Timișoara 2006.

[39] Franssen J.M., Talamona D., Kruppa J.,Cajot L.G., Stability Of Steel Columns In Case Of Fire: Experimental Evaluation, Journal of Structural Engineering, February 1998.

[40]*** Eurocode 3:Design of Steel structures – Part 1-2: General rules –Structural fire design, The European Union Per Regulation, 2011.

[41] Kaspar W., Yunping X., Keun L, Byunhun K., Thermal Response Of Reinforced Concrete Structures In Nuclear Power Plants, College of Engineering and Applied Scinece, University of Colorado, SESM No. 02-2009.

[42] Zaharia R., Calculul Structurilor La Actiunea Focului.Partea aI-a:Eurocoduri, Universitatea “Politehnică ”Din Timișoara Facultatea De Construcții, Curs Master, 2016.

[43] ***, Convenția Internațională din 1974 pentru ocrotirea vieții omenești pe mare (Convenția SOLAS), Rezoluția 98(73) a Comitetului de Securitate Maritimă a IMO, Londra, 2000

[44] ***, Rezoluție nr. 365/2014, Comitetul de Securitate Maritimă a IMO, Amendamente la Convenția internațională din 1974 pentru ocrotirea vieții omenești pe mare Londra, 22 mai 2014.

[45] ***, Rezoluție nr. 380/2014, Comitetul de Securitate Maritimă a IMO, Amendamente la Convenția internațională din 1974 pentru ocrotirea vieții omenești pe mare Londra, 24 noiembrie 2014.

[46] ***, Rezoluție A.81 (IV), Codul maritim internațional pentru mărfuri periculoase (Codul IMDG), Londra, 27 noiembrie 1965.

[47] ***, Alternative Design and Arrangements for Fire Safety, Guidance Notes, American Bureau of Shipping, January 2004.

[48] ***, Rules for Classification of Ships, Additional Fire Protection Part 6 Chapter 4, Det Norske Veritas, January 2011.

[49] ***, Enhanced Fire Protection Arrangements, American Bureau of Shipping, September 2013.

[50] ***, Fire-Fighting Systems for On-Deck Cargo Areas of Container Carriers, American Bureau of Shipping, May 2017.

[51] ***, Codul Internațional pentru instalațiile de protecție contra incendiului (Codul FSS), Organizația Maritimă Internațională, Londra, 2006.

[52] Andrei C., Lamba M.D., Hanzu Pazara R., A Proposed Criterion for Assessment the Pure Loss of Stability of Ships in Longitudinal Waves, U.P.B. Sci. Bull., Series D, Vol. 77, Iss. 2, 2015

[53] ***, The Swedish Club, Heavy Weather 2014, www.swedishclub.com

[54] Rahola J, The judging of the stability of ships and the determination of the minimum amount of stability, Ph.D. Thesis, Helsinki 1939.

[55] St. Denis M, Pierson W., On the motions of ships in confused seas, Princetown University,2006.

[56] ***, IMO MSC707, Guidance to the Master for Avoiding Dangerous Situations in Following and Quartering Seas, Octombrie 1995.

[57] ***, IMO Document SLF 55, Summary Report, February 2013.

[58] Maier V, Mecanica și Construcția Navei, VOL II – Dinamica Navei, Editura Tehnică 1987.

[59] Domnișoru L, Dinamica Navei, Oscilații și vibrații ale corpului navei, Editura Tehnică, 2001.

[60] Belenky V.L.,Katt J.O., Umeda N.,On Performance-Based Criteria for Intact Stability, ABS Technical Papers, 2007.

[61] Shin Y.S.,Belenky V.L.,Pauling J.R.,Weems K.M.,Lin W.M, Criteria for Parametric Roll of Large Containerships in Longitudinal Seas, ABS Technical Papers, 2004.

[62] Belenky V., Bassler C., Spyrou K., Development of Second Generation Intact Stability Criteria, Naval Surface Warefare Centre, Carderock Division , Report NSWCCD-5-FR- 2011/065 (USA Navy public release December 2011).

[63] Vromen, T.G.M., Analysis of Parametric Roll Resonance using Poincare Maps,Eindhoven Institute of Technology, 2010.

[64] Francescutto A., Bulian G., Nonlinear and Stochastic Aspects of Parametric Rolling Modelling,Ship Stability Workshop, Webb Institute, 2002.

[65] Deleanu D., Numerical investigation of a two – degrees – of – freedom ship model for pitch – roll motion, 4th International Conference "Modern Technologies in Industrial Engineering", 2017.

[66] Deleanu D., Simultaneous Resonance Cases In A Pitch – Roll Ship Model. Part 1: First – Order Approximate Solutions, Fourth International Scientific Conference “Engineering, Technology, Education, Security”, DOI10.13140/RG.2.1.2147.7529, 2016.

[67] ***ABS, Guide for the assessment of parametric roll resonance in the de design of container carriers, American Bureau of Shipping, September 2004 (updated June 2008).

[68] Spyrou K.J. The Nonlinear Dynamics of Ships in Broaching, MCFA Annals, Ianuarie 2001, http://www.mariecurie.org/annals/volume1/spyrou.pdf.

[69] Davidson K.S.M. A note on the steering of ships in following seas, 7th Int. Congr. Appl. Mech., London 1948.

[70] Grim O., Das Schiff in von Achtern Anlaufender See, 1951.

[71] Umeda N.,Hashimoto H.,Maki A.,Hori M.,Matsuda A., Momoki T., Prediction Methods for Broaching and Their Validation – Final report of SCAPE Committe (Part 6), IMO SLF 51 Session, Iulie 2008, https://www.jasnaoe.or.jp/en/research/pdf/Part_6.pdf.

[72]. ***, Guidelines for Chemical Process Quantitative Risk Analysis, American Institute of Chemical Engineers (AIChE), Second Edition, New York, 2000.

[73] *** Revised Guidelines For Formal Safety Assessment (FSA) For Use In The Imo Rule-Making Process, IMO MSC-MPEC. 2/Circ 12, Iulie 2013.

[74] *** Formal Safety Assessment FSA – Container Vessels – Details Of The Formal Safety Assessment, IMO MSC 83/INF, 8 Iulie 2007.

[75] *** Annual Overview Of Marine Casulities And Incidents, European Maritime Safety Agency, 2015, www.emsa.europa.eu.

[76] Varsami A.E., Chircor, M., Popescu C., Hanzu – Pazara R., Refloating A Ship Using Her Own Means – Annals Of DAAAM & Proceedings Of The 23rd International DAAAM Symposium, Volume 23, 2012.

[77] Varsami A.E., Popescu C., Dumitrache C.L., Hanzu – Pazara R., Chircor M., Acomi N., The Influence Of Grounding Events On Maritime Industry – Annals Of DAAAM & Proceedings Of The 22nd International DAAAM Symposium, Volume 22, 2011.

[78] Hong L., Amdahl J., Rapid Assessment Of Ship Grounding Over Large Contact Surfaces, Ships And Offshore Structures, Vol. 7, No. 1, 2012.

[79] Heinvee M, Tabri K., A Simplified Method To Predict Grounding Damage Of Double Bottom Tankers¬, Journal Of Marine Structures, Elsevier, Octombrie 2015.

[80] Pedersen P.T., Simonsen B.C., Dynamics Of Ships Running Aground – Danish Center For Applied Mathematics And Mechanics, Martie 1995.

[81] Hong L., Simplified Analysis And Design Of Ships Subjected To Collision And Grounding, Norwegian University Of Science And Technology, Decembrie 2008

[82] *** Collision And Grounding, 16th International Ship And Offshore Structures Congress, August 2006.

[83] Wang G., Spence J., Chen Y., Assessment Of A Ship’s Performance In Accidents, American Bureau Of Shipping, Houston, 2002.

[84] Simonsen B.C., Ship Grounding on Rock, Danish Center For Applied Mathematics And Mechanics, Octombrie 1997.

[85] Samuelides M.S., Amdahl J., Dow R., Studies On The Behaviour Of Bottom Structures During Grounding, 1st International Conference Of Marine Structures – Glasgow, Martie 2007.

[86] *** Marine Accident Report, Caroline Maersk Fire in containers, Danish Maritime Investigation Board, Aprilie 2016, www.dmaib.com.

[87]*** Fire and explosion on board the MSC FLAMINIA on 14 July 2012 in the Atlantic and the ensuing events, Federal Bureau of Maritime Casualty Investigation, Februarie 2014, www.bsu-bund.de.

[88] ***, Revised Emergency Response Procedures for Ships Carrying Dangerous Goods (EmS Guide), MSC/Circ.1025,Organizația Maritimă Internațională, Londra, 2002.

[89] ***, Fișa cu date de securitate Nitrat (azotat) de amoniu, www.azomures.com.

[90] Chițu M.G.,Zăgan R., Prediction for Roll Cross-Vertical Oscillatory Motions of the Ship in Real Sea Using OCTOPUS, International Journal of Modern Manufactoring Technologies Vol VI, No 1/2014.

[91] Journee H.M.J., Pinkster J., Introduction in ship hydromechanics, Delft University of Tehnology, April 2002.

[92] *** OCTOPUS Office 6 User Manual, AMARCON BV September 2010.

[93] France W.N., Levandou M., Trakle T.W., Michel R.K.,Moore K., An Investigation of Head-Sea Parametric Rolling and its Influence on Container Lashing Systems, SNAME Annual Meeting Presentation, 2001.

[94] *** MSC267(85), Code on Intact Stability IMO, December 2008.

[95] Acomi N., Ancuta C , Andrei C, Bostina A, Avoiding the Parametric Roll, 8th International Conference on Advanced Topics in Optoelectronics, Microelectronics, and Nanotechnologies (ATOM­N) 25-28 sept 2016 Constanta, Romania.

[96]*** Program NX, Siemens PLM Software, https://www.plm.automation.siemens.com/en.

[97] *** Program Nastran, https://www.plm.automation.siemens.com/en/products/femap/nxNastran/.

[98] Hadar A., Marin C., Metode Numerice În Inginerie, Ed. Politehnica, București, 2004

[99] Domnișoru L., Analiza Structurilor Navale Prin Metoda Elementului Finit.Aplicații Numerice, Editura Fundației Universitare „Dunărea De Jos” Galați , ISBN: 978-973- 627-437-4, 2009.

[100] Năstăsescu V., Amado S., Analiza Neliniară A Structurilor Mecanice Prin Metoda Elementelor Finite, Ed. ATM, București, 2002.

[101] Radeș M., Analiza Cu Elemente Finite, Ed. Politehnica, București, 2006.

[102] Domnișoru L., Calculul Și Construcția Navei. Îndrumar De Proiect, Editura Universității “Dunărea De Jos” Galați, 2004.

[103] Maier V, Mecanica Și Construcția Navei, Ed. Tehnică, Vol. I. București

[104] CCC Highways Consulting Co., Vessel Grounding Study Report, PANAMA CANAL AUTHORITY

[105] *** Manual SIMULIA, www.3ds.com/product-services.

[106] Paik J., Wierzbicki T., A Benchmark Study on crushing and cutting of plated structures, Journal of Ship Research, 1997, pag. 147-160

[107] *** Manual Abaqus, www.abaqus.software.polimi.it.

[108] ***, Series Freight Containers – Specification and Testing – Part 1, General Cargo Containers, ISO 1496-1, 5th edition 1990.

[109] Zha X., Zuo Y., Finite Element Study of Container Structure under Normal and High Temperature, Mathematical Problems in Engineering, Volume 2016.

[110] Zipfel B., Lehmann E., Evaluation of Critical Grounding Incidents, 5th International Conference on Collision and Grounding of Ships, Finland 2010, pp.97-103

[111] *** Marine Accident Report, Charlotte Maersk Fire, Danish Maritime Investigation Board, Iulie 2010, www.dmaib.com.

[112] *** P&I – FAQ Calcium Hypochlorite, The Swedish Club, Mai 2011, www.swedishclub.com.

[113] *** Guidelines for the Carriage of Calcium Hypochlorite in Containers, A Joint Publication of CINS (the Cargo Incident Notification System) and the International Group of P&I Clubs, Mai 2016.

[114] *** Guidelines for the Carriage of Charcoal and Carbon in Containers, A Joint Publication of CINS (the Cargo Incident Notification System) and the International Group of P&I Clubs, October 2017.

[115] Yeoh C.M., Chai B.L., Kwon T.H., Yi K.O., Kim T.H., Lee C.S., Kwark G.H., Lim H., Ubiquitous Containerized Cargo Monitoring System. Development based on Wireless Sensor Network Technology, Int. J. of Computers, Communications & Control, ISSN 1841-9836, E-ISSN 1841-9844 Vol. VI (2011), No. 4 (December), pp. 779-793.

LISTA FIGURI

Fig. 1 Volumul traficului maritim containerizat 1980 – 2016

Fig. 2 Evoluția capacității flotei de nave portcontainer – milioane tdw

Fig. 1.1 Arcuirea de capete a navei datorită valurilor

Fig. 1.2 Variația consumului de combustibil în funcție de mărimea navei și viteză

Fig. 1.3 Dimensiunile principale ale navei – vedere transversală și longitudinală

Fig. 1.4 Situații de accidente în exploatare ce afectează structura navelor portcontainer

Fig. 1.5 Curbele caracteristice de probabilitate ale sarcinilor și rezistenței materialului

Fig. 1.6 Curba de distribuție a probabilității solicitărilor și rezistenței navei MOL Comfort

Fig. 1.7 Placa și modul de deformare ca urmare a perforării

Fig. 1.9 Modelul de îndoire prin pliere (tip “armonică”) a tablei

Fig. 1.10 a) Deformarea progresivă a întăriturii sub o sarcină localizată în planul acesteia

Fig. 1.10 b) Deformarea progresivă a întăriturii sub o sarcină localizată în planul acesteia –model simplificat

Fig. 1.11 Element de volum paralelipipedic cu tensiunile principale

Fig. 1.12 Stări plane de tensiune – criteriul von Mises

Fig. 1.13 Stări plane de tensiune – criteriul Tresca

Fig. 1.14 Stări plane de tensiune – criteriul Tresca și criteriul von Mises

Fig. 1.15 Concentratori de tensiuni

Fig. 1.16 Relația dintre temperatură și limitele de elasticitate și rezistență ale oțelului exprimate în procente din valoarea normală

Fig. 1.17 Diagrama fluxului decizional de segregare (Anexa 5, Cod IMDG)

Fig. 1.18 Schema sistemului de stingere a incendiilor cu CO2 de înaltă presiune

Fig. 1.19 Schema sistemului de stingere a incendiilor cu CO2 cu presiune scăzută

Fig. 2.1 Mișcările oscilatorii ale navei după cele 6 grade de libertate

Fig. 2.2 Schimbarea planului plutirii pentru o navă în gol de val

Fig. 2.3 Schimbarea planului plutirii pentru o navă pe creasta de val

Fig. 2.4 Variația stabilității la trecerea navei prin gol de val și pe creasta valului

Fig. 2.5 Dezvoltarea rezonanței parametrice la ruliu (Ruliu parametric)

Fig. 2.6 Dezvoltarea ruliului parametric

Fig. 2.7 Soluții stabile ale ecuației Mathieu

Fig. 2.8 Soluții instabile ale ecuației Mathieu

Fig. 2.9 Diagrama Ince-Strutt

Fig. 2.10 Nava în marș în valuri de urmărire. Momentul de redresare are variație mică datorită valurilor

Fig. 2.11 Nava ajunsă pe creasta valului de urmărire. Momentul de redresare scade sub valoarea limită

Fig. 2.12 Împărțirea longitudinală a corpului navei portcontainer funcție de gradul de verticalitate al bordajului

Fig. 2.13 Poziția GM în funcție de poziționarea valului față de corpul navei

Fig. 2.14 Apariția plutirii pe creasta valului

Fig. 2.15 Căderea navei în val de urmărire

Fig. 2.16 Schema bloc a metodologiei de evaluare formală a siguranței

Fig. 2.17 Modelul de accident “cașcaval elvețian”

Fig. 2.18 Schema de raportare a accidentelor (EMCIP)

Fig. 2.19 Tipuri de eșuare a navei în funcție de natura solului și suprafața afectată

Fig. 2.20 Nava eșuată pe fund moale și sistemul de coordonate

Fig. 2.21 Nava eșuată pe stâncă și avariată prin sfâșiere

Fig. 2.22 Secțiune transversală a navei eșuată pe stâncă

Fig. 2.23 Ajutaje tip lance pentru stingerea incendiului cu apă (sus) și CO2 (jos) – stânga și lance CO2 montată în ușa containerului- dreapta

Fig. 2.24 Fotografia navei MSC Flaminia în zona afectată de explozie și incendiu

Fig. 3.1 Forma spectrului energetic al valului pentru diferite stări ale mării

Fig. 3.2 Secvența de analiză a valorilor proiectate în programul OCTOPUS

Fig. 3.3 Diagrama de împrăștiere pentru Atlanticul de Nord

Fig. 3.4 a) RAO – Mișcarea de ruliu a navei –amplitudine

Fig. 3.4 b) RAO – Diagrama de ruliu a navei (amplitudine) în funcție de frecvență de val

Fig. 3.5 a) RAO – Diagramele de ruliu ale navei (amplitudine) la viteza de 19,2 Nd [grade] și maximul pentru unghiul de incidență de 2500 și 1100

Fig. 3.5 b) Diagrama comparativă a ruliului pentru diferite unghiuri de val

Fig. 3.6 Diagrama polară a mișcării de ruliu a navei

Fig. 3.7 Diagrama celei mai probabile extreme de ruliu a navei în funcție de direcția valului

Fig. 3.8 Anvelopa valorilor maxime pentru unghiul de ruliu în funcție de starea mării

Fig. 3.9 Anvelopa valorilor maxime pentru unghiul de ruliu în funcție de direcția valului

Fig. 3.10 Diagrama de împrăștiere pentru unghiul de ruliu în funcție de direcția valului

Fig. 3.11 RAO – Diagramele de ruliu ale navei în balast (amplitudine) la viteza de 19,2 Nd și maximul pentru unghiul de incidență de 2600

Fig. 3.12 Diagrama comparativă a ruliului pentru diferite unghiuri de val, nava în balast

Fig. 3.13 Diagrama polară a mișcării de ruliu a navei (în balast)

Fig. 3.14 Diagrama de împrăștiere pentru unghiul de ruliu în funcție de direcția valului

Fig. 3.15 Nava portcontainer realizată în NX

Fig. 3.16 a) Navă tip portcontainer – vedere laterală

Fig. 3.16 b) Navă tip portcontainer – vedere de sus

Fig. 3.17 Desenul navei realizat cu comanda Decal vedere superioară

Fig. 3.18 Desen nava portcontainer cu comanda Decal fără planuri de execuție

Fig. 3.19 Parte din corpul navei aleasă pentru studiul eșuării

Fig. 3.20 Parte din corpul navei aleasă pentru studiul eșuării pe nisip

Fig. 3.21 Prima zonă studiată în zona tablelor de fund ale navei

Fig. 3.22 Noduri la limită și elemente de volum folosite

Fig. 3.23 Pasul 1 – stânga și pasul 5 – dreapta în evoluția tensiunilor tangențiale

Fig. 3.24 Pasul 1 – stânga și pasul 5 – dreapta în evoluția tensiunilor von Mises

Fig. 3.25 Pasul 1 – stânga și pasul 5 – dreapta în evoluția tensiunilor normale

Fig. 3.26 Pasul 1 – stânga și pasul 5 – dreapta în evoluția tensiunilor normale octaedrice

Fig. 3.27 A doua zonă de studiu a tensiunilor în caz de eșuare (corpul II)

Fig. 3.28 Tensiuni tangențiale corp II

Fig. 3.29 Tensiuni von Mises corp II

Fig. 3.30 Valorile extreme ale tensiunilor normale în corpul II studiat

Fig. 3.31 Valorile extreme ale tensiunilor normale octaedrice în corpul II studiat

Fig. 3.32 Nava portcontainer – schiță profil lateral

Fig. 3.33 Nava portcontainer – elemente de osatură de fund și eșantion

Fig. 3.34 Eșantion tablă fund cu fisură în interiorul plăcii (stânga) sau în margine (dreapta)

Fig. 3.35 Propagarea fisurii în placă

Fig. 3.36 Simularea unei găuri circulare în tabla de fund a navei

Fig. 3.37 Tensiunile normale σmax înainte de deformare (stânga)

Fig. 3.38 Tensiunile normale σmax după deformare (dreapta)

Fig. 3.39 Tensiunile von Mises

Fig. 3.40 Tensiunile tangențiale maxime

Fig. 3.41 Tensiunile von Mises (stânga) și σ11 (dreapta) pentru fisura la axa mare a elipsei

Fig. 3.42 Tensiunile σ12 la placa cu fisură la axa mare a găurii eliptice

Fig. 3.43 Tensiunile von Mises (stânga) și σ12 (dreapta) la placa cu fisură la axa mare a găurii eliptice la cresterea presiunii

Fig. 3.44 Tensiunile von Mises (stânga) și σ11 (dreapta) la placa cu fisură la axa mare a găurii eliptice la rupere

Fig. 3.45 Elementele structurale de rezistență ale containerului maritim standard de 20’

Fig. 3.46 Elementele componente ale containerului maritim standard de 20’

Fig. 3.47 Elementele structurale de rezistență ale containerului maritim standard de 40’

Fig. 3.48 Montantul containerului la temperatura ambiantă (200 C)

Fig. 3.49 Montantul containerului la temperatura ambiantă (6000 C)

Fig. 4.1 Diagrama fluxului mărfurilor periculoase în lanțul de transport containerizat

Fig. 4.2 Schema instalației fixe de stingere a incendiului cu tunuri de apă (telescopice)

Fig. 4.3 Schema instalației fixe de perdea de apă pe puntea navei portcontainer

LISTA TABELE

Tabel 1.2. Parametrii relației tensiune-deformare în funcție de temperatură

Tabel 1.1 Categorii de nave portcontainer în funcție de capacitate și principalele dimensiuni

ANEXE