Costruzione Navale: Tecniche, Fasi e Materiali per Scafi in Legno

La costruzione navale è un settore complesso che integra ingegneria, artigianato e legislazione per dare vita a imbarcazioni di ogni dimensione e scopo. Al centro di questo processo vi è la cura meticolosa della carena, l'elemento fondamentale che garantisce galleggiabilità, stabilità e prestazioni.

Questo articolo esplora le diverse fasi della costruzione navale, concentrandosi in particolare sull'utilizzo del legno, dalle tecniche tradizionali alle innovazioni moderne, e sul ruolo cruciale della progettazione digitale della carena.

Fasi Preliminari e Aspetti Normativi della Costruzione Navale

La costruzione di navi e galleggianti è un processo altamente regolamentato, che richiede il rispetto di precise normative e l'abilitazione dei direttori di cantiere.

Regolamentazione e Supervisione

• Chi imprende la costruzione di una nave o di un galleggiante deve farne preventiva dichiarazione all'ufficio competente del luogo dove è intrapresa la costruzione dello scafo, indicando il cantiere e lo stabilimento, nei quali saranno costruiti lo scafo e le macchine motrici, e il nome dei direttori delle costruzioni.
• L'ufficio prende nota della dichiarazione nel registro delle navi in costruzione.
• Il registro delle navi e dei galleggianti marittimi in costruzione è tenuto dagli uffici di compartimento, da quelli di circondario e dagli altri uffici delegati dal capo del compartimento.
• Il controllo tecnico sulle costruzioni marittime è esercitato dal Registro italiano navale nei limiti e con le modalità stabilite da leggi e regolamenti.
• L'ufficio competente a ricevere la dichiarazione di costruzione può in ogni tempo ordinare la sospensione della costruzione, per la quale non sia stata fatta dichiarazione o che risulti diretta da persona non munita della prescritta abilitazione ovvero, nel caso di cui all'articolo 232, secondo comma, sia effettuata da impresa non autorizzata.

Contratti e Responsabilità

• Il contratto di costruzione della nave, le successive modifiche e la revoca devono essere fatti per iscritto a pena di nullità.
• Il contratto di costruzione della nave deve essere reso pubblico mediante trascrizione nel registro delle navi in costruzione. In mancanza, la nave si considera fino a prova contraria costruita per conto dello stesso costruttore.
• Per quanto riguarda la forma del titolo da trascrivere, si applica il disposto dell'articolo 252, primo comma. Tuttavia se si tratta delle navi o dei galleggianti indicati nel secondo comma dell'articolo 237, la trascrizione può compiersi in forza di una dichiarazione del costruttore con sottoscrizione autenticata.
• Gli atti costitutivi, traslativi o estintivi di proprietà o di altri diritti reali su navi in costruzione o loro carati devono essere fatti nelle forme richieste dall'articolo 249.
• Per gli effetti previsti dal codice civile, gli atti medesimi devono essere resi pubblici mediante trascrizione nel registro ove la nave in costruzione è iscritta. Nella stessa forma devono essere resi pubblici gli atti e le domande per i quali il codice civile richiede la trascrizione.
• L'azione di responsabilità contro il costruttore per le difformità ed i vizi occulti si prescrive col decorso di due anni dalla consegna dell'opera.
• Il costruttore non può varare la nave senza il consenso del committente o della maggioranza dei committenti. Il giorno e l'ora del varo, fissati in seguito a tale consenso, devono essere preventivamente comunicati all'ufficio ove la nave in costruzione è iscritta.

La Progettazione della Carena: Strumenti e Metodologie Digitali

In questa fase architetti navali, designer e ingegneri ideano il progetto della nave. La progettazione della carena è un aspetto cruciale, dove la forma dello scafo viene definita con precisione.

Il Processo di Modellazione

Il piano di costruzione deve essere sviluppato a seguito di calcoli e parametri preliminari che devono rispondere alle condizioni di progetto richieste. La lunghezza fra le perpendicolari viene divisa per un numero pari (10 o 20) ottenendo le ordinate di studio equidistanti tra loro (tranne a prora e poppa dove gli intervalli si dimezzano ad esempio O.S. 0 - 1/2 - 1 - 2 .... Ora, realizzando la superficie dello scafo così ottenuto, si possono generare le sezioni delle ordinate reali (all'intervallo di ordinata prestabilito della vera costruzione es. Nel nostro ufficio realizziamo/utilizziamo spesso i piani di costruzione soprattutto per ottenere le sezioni che ci interessano. Se dispongo del rilevato alla sala, comincio ad inserire i punti e poi effettuo le necessarie correzioni.

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Il piano di costruzione si fa sempre allo stesso modo. Per quel che so le navi si disegnano da sempre con prua a destra per tradizione (scaramanzia), così come i disegni delle auto sono sempre con muso a sinistra.

Strumenti CAD per la Progettazione Navale

Il piano di costruzione si fa allo stesso modo, ma la tecnica di modellazione 3D cambia. Mediante rilevato di carena si ottiene una nuvola di punti che appartengono alla superficie, tridimensionale, della carena. Si possono tracciare le curve principali (cinta, chiglia, chine se presente, ecc.) in modo che passino per le estremità delle sezioni. Man mano che si incontrano difficoltà, si "forza" la superficie aggiungendo un'isoparametrica al punto giusto.

Esistono diversi software dedicati a questo scopo:

• Si sta provando ad usare Maxsurf, un programma dedicato al progetto in campo navale perché contiene poi degli applicativi per valutazioni di resistenza, stabilità etc... Tuttavia si può fare fatica a riprodurre fedelmente la carena.
• Alias e Rhino: Quello che si fa tipicamente (Con Alias, ma con Rhino la procedura è analoga) è mettere tutte le sezioni in 3D in modo da vedere lo scheletro. Per una carena planante vanno disegnati prima gli spigoli (chiglia, cinta e ginocchio) e poi gli si fa passare una superficie. Per una carena dislocante, è spesso meglio partire da una serie e modificare la superficie. Con Rhino, fare uno scafo di barca a vela perfettamente avviato è un dolore (e qui entrava in gioco Maxsurf).
• CATIA: È il TOP per questi lavori. Si è usato con profitto Catia V con il modulo quick surface reconstruction. Certo si dispone delle licenze di Aveva Marine Vantage (Tribon) dell'università.
• Software Parametrici (ProE, SolidWorks): Si è detto che non si dovrebbe sconsigliare ProE o qualsiasi altro parametrico. Anzi, si sta valutando quale farci comprare in ufficio. Il parametrico è troppo comodo. Un diretto va bene all'università dove la spirale di progetto fa un paio di giri e basta, ma avere tutta la modellazione parametrica con integrato FEM, assemblaggi, tavole, layup delle pelli, etc è troppo più comodo. La modellazione parametrica offre un maggior controllo. Con ProE, se si riesce a fare ciò che si ha in testa, le superfici vengono piuttosto bene, mentre con Rhino, probabilmente anche a causa della sua maggior versatilità, si rischia sempre di avere l'angolino o la giunzione non assolutamente perfetta.

Che il parametrico sia comodo lo si è realizzato. Lo si è apprezzato moltissimo da quando si è iniziato con SolidWorks. Tuttavia, si ha ancora qualche remora sul disegno del piano di costruzione, in particolare per quanto riguarda il disegno effettivo di una nave.

Il Legno come Materiale Navale: Storia ed Evoluzione

Il legno è il materiale originale per la costruzione delle navi, proprio come le canoe che venivano costruite direttamente da un tronco d'albero. Per mantenere la flotta della Serenissima Repubblica, bisognava conservare produttive le foreste e questo significa tagliare senza depauperare. Enormi zattere di tronchi scendevano sul Po e sull'Adige in piena, per fermarsi proprio alle Zattere, a Venezia, e da lì entrare all'Arsenale per uscirne navi, da guerra e da trasporto.

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L'unione di testa e la curvatura sono i problemi tecnici che affronta il carpentiere. La curva a breve raggio la si ottiene bollendo il legno o col vapore, piegandolo poi in fretta prima che si raffreddi. Tuttavia, la prima modernità è ferro e carbone e il legno deve cedere il passo anche perché di legna adatta in molti boschi non ce n'è più.

L'Innovazione nel Legno: Dal Compensato alle Tecniche Ibride

Il legno, anche se ha perso una battaglia, non si dà per vinto e alla fine del 1800 nasce un legno nuovo, pronto a dare filo da torcere nell'ambito delle costruzioni navali e non solo: il compensato. Il bello è che non nasce piano, ma curvo e già nel 1911 i Francesi ci fanno aerei monoscocca dove il fasciame, cioè il guscio esterno, viene costruito per primo quindi, rinforzato nei punti nevralgici. Quegli aerei avevano motori da 50 cavalli, (la Yaris oggi ha 70 cavalli).

Oggi la tecnica del compensato si è evoluta e con le colle moderne, quelle epossidiche, si possono costruire sia ossature "lamellari" curvate in opera sia fasciami "monoscocca", talvolta in compensato piano e talvolta in compensato curvo. Il compensato curvo è ottenuto a freddo in opera e i suoi componenti sono strisce diagonali sottili ed elastiche, sovrapposte e incrociate. Così la maestria dei carpentieri si è modificata ed è diventata conoscenza degli adesivi.

Le costruzioni in legno rispetto a quelle in poliestere sono abbastanza resistenti e richiedono poca manutenzione (quando il legno è combinato con la resina). Infine, non c'è rischio di osmosi.

Ma c’è anche il rovescio della medaglia: la moderna leggerezza che usa strutture a guscio di spessore modesto e con finiture superficiali brillanti, ha bisogno di protezione dall'abrasione. Le barche moderne in legno o almeno molte di loro, sono rivestite da un sottile strato di tessuto di vetro in matrice epossidica.

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Principali Tecniche Costruttive per Scafi in Legno

Esistono diversi tipi di materiali di costruzione per le nostre barche e diverse tecniche per lavorare il legno.

Tecnica	Descrizione	Caratteristiche / Vantaggi / Svantaggi
Legno classico o a fasciame (Clapboard)	Il metodo tradizionale consiste nel costruire l'intera barca in legno, usando tavole di diverse dimensioni. Sono assemblati l'uno accanto all'altro (fasciame libero) o leggermente sovrapposti (come nel caso dei drakkar).	Metodo tradizionale, ancora usato per costruzioni amatoriali.
Compensato Marino	Assemblaggio di fogli di legno (strati) incollati insieme. Richiede l'uso di resina epossidica per "marinizzare" il compensato.	Più strati = più rigida e resistente. Risparmio di peso. Richiede scafi con chines (bordi). Resistenza all'impatto moderata.
Legno Modellato (Molded Wood)	Per aumentare la resistenza, le fibre dell'impiallacciatura sono incrociate tra i diversi strati. Lo scafo è sagomato (senza chine) e la resistenza è uguale a quella di un compensato.	È come montare il compensato direttamente sulla barca. Esempio famoso: Damien, che ha navigato intorno al mondo.
Listello a strisce (Strip Planking)	Consiste nell'incollare delle lamelle di legno con resina epossidica su uno stampo (che viene poi rimosso) prima di coprirle con un tessuto di vetro (laminazione).	Le doghe sono sottili, si adattano alla forma arrotondata senza creare sentine. Più leggero del compensato, ma richiede più tempo.

La Tecnica dell'Infusione su Legno: Il Caso Bonezzi Sailing

Luca Bonezzi di BonezziSailing, cantiere noto per i suoi velocissimi Contender, ha elaborato una tecnologia innovativa. Certamente la costruzione in legno del passato non poteva essere riprodotta pedissequamente, infatti anni di esperienze nello sviluppo di tecniche relative al composito non potevano essere abbandonate.

“Quindi nasce l’idea di applicare un singolo strato di mogano allo stampo e infondere in un unico step, garantendo la totale infusione di resina anche allo strato di finitura. In questo modo si garantisce una rigidezza aggiuntiva. Ho notato, da altri costruttori di altre classi, che la coperta con finitura legno è una pratica consolidata ma mai applicata allo scafo.”

La costruzione attuale tramite la tecnica dell’infusione ti permette di stampare le barche in modo molto rispettoso nei confronti dei lavoratori che ne prendono parte: i tessuti vengono infatti posizionati a secco nello stampo, e la resina immessa per depressione solo alla fine senza alcun contatto da parte dell’operatore che non respira e non tocca la resina. Ovviamente questa tecnica non è applicabile nella costruzione delle barche interamente in legno a triplo strato per la non permeabilità del legno stesso. Anche nella coperta vi sono molte differenze tra la costruzione in pannelli di compensato e vetroresina. La coperta in legno è realizzata mediante l’incollaggio di pannelli finiti che necessitano di una struttura molto complessa per tenerli uniti.

I Contender di Bonezzi Sailing vantano prestazioni eccellenti confermate da velisti di livello internazionale, primo fra tutti il 7 volte campione del mondo Andrea Bonezzi (fratello di Luca). “Abbiamo costruito il nostro primo Contender nel 1978, acquisendo la licenza costruttori dal 1991 e siamo andati avanti con le barche di legno, fino al 2011. Da quell’anno è nata la Bonezzi Sailing che ha iniziato a fare barche in plastica, con sistema tradizionale e bagnato, dal 2012 ho iniziato a farle in infusione. Il prezzo della barca in VTR è di circa 12.000 euro + IVA, la barca con finitura legno costa 2000 euro in più (sempre + IVA).”

Il Superamento del Legno per le Grandi Costruzioni: L'Avvento del Metallo

Le travi di legno utilizzate in passato o per barche particolari sono state sostituite da profili in acciaio e il fasciame è costituito da lamiere. Attualmente vengono costruite navi in vari materiali, principalmente acciaio dolce e leghe leggere. Gli acciai utilizzati per le costruzioni navali devono rispettare precise caratteristiche imposte dal R.I.Na. e devono passare determinate prove.

Vantaggi e Svantaggi delle Costruzioni in Acciaio

Le costruzioni in acciaio hanno molti vantaggi rispetto a quelle in legno:

• Minori rischi di incendi e allagamenti.
• Maggiore facilità e rapidità di manutenzione e periodo di servizio relativamente lungo (anche più di 40-50 anni).
• Maggiore leggerezza: l’acciaio ha un peso specifico maggiore del legno, ma l’acciaio è molto più resistente e sono necessari profili più sottili.
• Maggiore capacità di volume libero disponibile.

A fronte di questi vantaggi, ci sono dei piccoli difetti:

• Deviazione delle bussole magnetiche.
• Corrosione.
• Minore resistenza agli urti e maggiore possibilità di lacerazione dello scafo.

Evoluzione delle Strutture degli Scafi in Metallo

Come abbiamo già detto, all’inizio le navi in ferro erano costruite con lo stesso sistema di quelle in legno. Si occupano di creare modelli in legno dello scafo usati per la piegatura delle lamiere.

• Chiglia massiccia: Il primo tipo di chiglia utilizzato nelle navi in acciaio riprendeva il sistema di costruzione delle navi in legno. Presentava quindi una lunga trave sul fondo in senso longitudinale sporgente sotto lo scafo.
• Chiglia a paramezzale: Dopo venne ideata la chiglia a paramezzale, con due barre d’acciaio sotto il fondo, collegate alle facce laterali dello scafo da una lamiera. Il principale vantaggio di questi due primi tipi di chiglia era la stabilità, ma erano molto ingombranti, pesanti e causavano un incremento del pescaggio.
• Chiglia piatta: Fu creata la chiglia piatta, dove barre e lamiere sono saldate dando maggiore sicurezza, anche se però la stabilità peggiora e a questo inconveniente si può ovviare con opportune soluzioni, tra le quali gli stabilizzatori.
• Struttura trasversale: Avevano una struttura particolare, con molte ossature trasversali e poche longitudinali, al posto delle quali c’erano dei piccoli ma robusti rinforzi. Infatti questo sistema è detto a struttura trasversale. Questo sistema, usato ancora oggi nelle piccole imbarcazioni, risulta debole longitudinalmente.
• Struttura longitudinale: Nacque, successivamente, il sistema longitudinale. Predominavano dunque le strutture longitudinali, con alcuni rinforzi trasversali e c’erano delle paratie che formavano un telaio. Questo sistema, che ancora una volta si rivelò poco valido, tuttora è utilizzato nelle navi cisterna per la presenza delle paratie a telaio.
• Scafo a struttura mista: Infine venne creato lo scafo a struttura mista, che prevedeva ossature trasversali o longitudinali a seconda degli sforzi a cui sono sottoposte.

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