Speciale Ancore: Come ancorare meglio, Episodio 1: Catena o cima, di che lunghezza?
In questo speciale:
- Come ancorare meglio, episodio 1: catena o cima, di che lunghezza?
- Come ancorare meglio, episodio 2: 6 consigli per il punto di ancoraggio ideale
- Ancorare meglio, episodio 3: fissare saldamente l'ancora a fondo – 9 manovre
Gettare l’ancora nelle nostre acque è affascinante come sempre. In una baia riparata, idealmente deserta, regna il silenzio. Si sente solo il sussurro del vento e il dolce sciabordio delle onde contro lo scafo. Spesso a questo si aggiungono anche gli suggestivi giochi di luce al tramonto e all’alba. Per molti sono proprio questi momenti a rendere la navigazione a vela così speciale.
Per trascorrere una notte tranquilla all’ancora è indispensabile disporre dell’attrezzatura adeguata. Già nella scelta dell’ancora le opinioni divergono: alcuni puntano sull’ancora a piastra, più economica, altri preferiscono l’ancora a vomere in stile CQR, mentre altri ancora sono fermamente convinti che solo la forma a vanga dell’ancora a staffa offra una tenuta affidabile.
Non esiste una risposta assoluta alla domanda su quale sia l’ancora ideale, poiché, a seconda delle caratteristiche del fondale marino, possono risultare vantaggiose diverse caratteristiche costruttive. Non esiste un’ancora universalmente utilizzabile. I nostri test approfonditi condotti negli ultimi 16 anni su 27 modelli diversi evidenziano tuttavia chiaramente quali caratteristiche contraddistinguono una buona struttura e quali è meglio evitare.
Le dimensioni dell’ancora, solitamente determinate dal peso, costituiscono un criterio fondamentale. Le raccomandazioni fornite dai produttori o dalle società di classificazione, come DNV GL, e graduate in base al dislocamento dell’imbarcazione, sono solo valori approssimativi. In linea generale, la scelta di un'ancora più leggera comporta una riduzione della sicurezza. In caso di incertezza, è consigliabile optare per una classe di peso superiore.
Ciò riguarda in particolare il secondo ancoraggio. Spesso si consiglia una variante più leggera, il che però risulta incomprensibile. Esso non deve solo integrare l’imbracatura principale, ma anche poterla sostituire in caso di guasto o smarrimento. Di conseguenza, nella sua scelta dovrebbero essere applicati gli stessi criteri.
Confronto tra i tipi di ancora
Vantaggi Economico, facile da riporre nella cassetta degli attrezzi, di solito aderisce bene alla sabbia
Svantaggi Il problema principale è la mancanza di auto-stabilizzazione della struttura. Se l’ancora inizia a muoversi nel terreno, di norma è praticamente già fuori posto. Bastano anche piccole irregolarità nella composizione del terreno o una variazione dell’angolo di trazione per far ribaltare l’ancoraggio su un fianco; a quel punto spunta fuori dal terreno una parte dell’ancoraggio e, prima o poi, l’ancoraggio si stacca completamente.
Vantaggi Facile da manovrare nel portagancio di prua. La forma ad aratro raddrizza automaticamente l’ancora e la stabilizza. Nei test ha convinto soprattutto il modello Cobra di Plastimo. Di solito fa presa già al primo contatto con il fondo e si conficca molto bene. Inoltre, l’ancora rimane ben salda nel fondo ed è relativamente economica.
Svantaggi Sul mercato sono disponibili diversi modelli, ma non tutti funzionano altrettanto bene. I modelli con snodo sono meno consigliabili
Vantaggi Si adatta bene alla maggior parte degli attacchi di prua. La forma si stabilizza sul fondo; a seconda del modello, una staffa o la distribuzione del peso possono aiutare a raddrizzarlo. La punta di solito offre una buona presa. I modelli con staffa possono essere trasportati molto facilmente grazie a essa.
Svantaggi Sul mercato sono disponibili molti modelli che, nonostante le differenze quasi impercettibili, in alcuni casi presentano comportamenti molto diversi. Alcuni modelli danno il meglio di sé solo su fondali sabbiosi
Matematica senza libri di testo
Anche l'ancora migliore serve a poco se il collegamento con l'imbarcazione non è corretto. Soprattutto la lunghezza della catena o della cima calata è determinante per il corretto funzionamento dell'ancora. Solo se il corpo dell'ancora rimane a terra anche sotto carico, il ferro può sviluppare tutta la sua forza di tenuta.
Tradizionalmente, la lunghezza della catena viene indicata come un multiplo della profondità dell’acqua. Di norma, si raccomanda di calare una catena lunga da tre a cinque volte la profondità indicata dall’ecoscandaglio. Nel caso delle cime, occorre calarne una lunga otto volte la profondità dell’acqua.
Già l'ampiezza dell'intervallo indicato fa sorgere dubbi sulla sua correttezza; inoltre, contrariamente a ogni esperienza pratica, non viene presa in considerazione la forza del vento.
Lo stesso pensiero è venuto in mente anche a René Lattmann, lettore di YACHT. L’esperto skipper del Cruising Club della Svizzera ha approfittato del periodo di inattività velistica causato dal coronavirus per approfondire la matematica alla base di questo fenomeno. Nel caso statico, ovvero se si trascurano l’oscillazione dell’imbarcazione e il moto del mare, l’andamento della catena dell’ancora o della cima segue la cosiddetta linea di catena, che può essere calcolata con l’ausilio di funzioni iperboliche.
Il percorso esatto risulta dal dislivello tra l’ancora e la prua, dalla trazione e dal peso della catena per metro. In questo modo è possibile calcolare anche la lunghezza necessaria affinché il gambo dell’ancora non venga sollevato.
La derivazione esatta e la risoluzione delle equazioni andrebbero oltre lo scopo di questo articolo, ma non sono necessarie per la comprensione dei risultati. È sufficiente considerare un'approssimazione semplificata. Partendo dal presupposto che la velocità del vento sia nettamente superiore alla profondità dell'acqua, si ottiene la seguente formula per la lunghezza minima della catena in metri:
Dove per “profondità” si intende la somma della profondità dell’acqua e del bordo libero, mentre il vento va espresso in nodi. “K” è una costante specifica per la nave e la catena:
In questo contesto, “A” indica la superficie di esposizione al vento dello yacht in metri quadrati, mentre “w” è il peso della catena per metro in acqua. La superficie di resistenza al vento deve essere stimata. Per i calcoli pratici, Lattmann ha utilizzato i dati tratti dal libro «Richtig ankern» di Joachim Schult e li ha adattati a un Hallberg-Rassy 340.
Un'altra possibilità consiste nel misurare direttamente la trazione della catena a diverse intensità del vento. Tuttavia, date le forze previste, dell'ordine di diverse centinaia di dekanewton, a tal fine è necessaria una bilancia di trazione molto robusta.
Ancoraggio simulato
Con l’aiuto di un programma scritto da Lattmann è possibile simulare diversi scenari di ancoraggio. Ad esempio, quale andamento assume una catena secondo la regola del cinque e quale lunghezza sia effettivamente necessaria. È evidente che il collegamento rigido alla profondità non è corretto né in acque poco profonde né a grandi profondità. Con due metri d’acqua e un metro di bordo libero, si ottiene una lunghezza della catena di 15 metri. Già la trazione generata da un vento di 15 nodi solleva questa catena con tale forza che il gambo dell’ancora viene tirato verso l’alto con una forza di due decanewton, che corrisponde all’incirca al peso di due chilogrammi. Con un po’ più di vento, la configurazione sarebbe definitivamente sovraccaricata; in acque poco profonde è quindi necessaria una lunghezza più di cinque volte superiore.
A profondità maggiori si verifica il contrario. A otto metri, secondo la regola del cinque, si dovrebbero calare 40 metri di catena. In realtà, con un vento di 15 nodi, basterebbero circa 28 metri per mantenere a zero l’angolo di attacco della catena all’ancora.
Più forte è il vento, più lo scostamento rispetto alla regola del cinque si sposta verso profondità maggiori. Se il vento raggiunge i 6 Beaufort, secondo la regola si ottiene una lunghezza della catena sufficiente solo a partire da dieci metri di profondità.
Nei calcoli occorre tenere presente che è necessario che il gambo dell’ancora poggi piatto sul fondo, il che garantisce senza dubbio la massima forza di tenuta dell’ancora. È difficile prevedere in che misura la forza di tenuta diminuisca a causa di un angolo di trazione leggermente rivolto verso l’alto.
Se si consente un leggero sollevamento della catena, aumentano le profondità di ancoraggio possibili. Questa considerazione è all’origine delle semplici regole relative alla lunghezza della catena. Esse si basano sulla speranza che una catena completamente tesa, con una pendenza di 1:5 o 1:8, non provochi lo sganciamento del chiodo di base.
Catena o guinzaglio?
Il programma consente anche di simulare diverse combinazioni di catena e cima o cime di ancoraggio in piombo. La catena risulta chiaramente superiore, mentre le differenze tra la catena iniziale e la cima in piombo sono relativamente minime. Con la cima di zavorra lunga 40 metri, con un vento di 20 nodi si riuscirebbe ad ancorarsi a malapena a una profondità di quattro metri. Con la cordame e dieci metri di catena iniziale, la profondità massima aumenta a sei metri. Una catena pura sarebbe sufficiente per una profondità di quasi dieci metri, ma con i suoi 56 chilogrammi pesa il triplo della combinazione catena-corda e circa nove volte di più della cima di piombo.
Una nota sulla catena: ai fini del calcolo, il materiale e il tipo di esecuzione non hanno alcuna rilevanza – ma nella pratica sì. Chi vuole andare sul sicuro, sceglie una versione zincata e calibrata. In questo caso è opportuno farsi garantire il carico di rottura. In commercio circolano anche catene che sopportano solo una frazione delle forze usuali. Le catene in acciaio inossidabile non solo sono molto più costose, ma in alcuni casi sono anche soggette a corrosione. I problemi si verificano solitamente in corrispondenza dei cordoni di saldatura e non sono sempre facili da individuare, pertanto è consigliabile utilizzare solo prodotti di marca. I principali vantaggi della catena in acciaio inossidabile sono: occupa meno spazio nel pozzetto dell’ancora, la sua superficie liscia ne facilita lo scorrimento e non si forma un grande accumulo sotto il verricello.
È interessante anche l’effetto di un peso di contrappeso. Posizionando un peso, ad esempio una seconda ancora, proprio davanti all’ancora, è possibile aumentare la lunghezza effettiva della catena e stabilizzare un paranco sovraccarico.
L'effetto dipende dalla massa del peso da traino rispetto alla catena. Più il peso è pesante, meglio è. Nel nostro esempio, con un peso che in acqua pesa 13 chilogrammi e una catena dello spessore di otto millimetri, è possibile aumentare la lunghezza effettiva di circa otto metri oppure aumentare la gamma di vento da 20 a 25 nodi.
I limiti del modello
A causa dell’influenza della superficie di attacco del vento e della catena, questi valori, proprio come gli altri grafici, si applicano solo a un Hallberg-Rassy 340 equipaggiato con una catena da 8 o a yacht simili. La superficie effettiva di esposizione al vento ipotizzata per lo scafo e l’attrezzatura è di circa 13 metri quadrati. Gli yacht più grandi devono utilizzare una catena più lunga, mentre le imbarcazioni con una minore resistenza aerodinamica ne richiedono una più corta.
Inoltre, i calcoli si riferiscono all’ancoraggio stazionario. Nella pratica, però, con l’aumentare del vento lo yacht si sposta, iniziando a oscillare avanti e indietro sull’ancora. A seconda del tipo di imbarcazione e dell’intensità del vento, si possono raggiungere velocità notevoli prima che la catena si irrigidisca e il movimento si arresti. In quel momento l’energia cinetica viene trasferita all’ancora e si verificano forze di trazione più elevate. La situazione è simile in presenza di mare mosso: anche in questo caso il sistema di ancoraggio deve sopportare sollecitazioni aggiuntive.
Le singole maglie della catena non presentano alcuna elasticità; pertanto, tali picchi di carico possono essere assorbiti solo sollevando la catena e riducendone il gioco. Tuttavia, in acque poco profonde ciò è possibile solo in misura molto limitata, poiché il peso della catena non è sufficiente. In questi casi, una combinazione di catena e cime risulta molto vantaggiosa. Grazie al suo allungamento compreso tra il 5 e il 15 per cento, la cima di ormeggio è in grado di assorbire una quantità relativamente elevata di energia (vedi test su YACHT 13/2010). Pertanto, ammortizza bene l’affondamento dell’imbarcazione durante l’oscillazione. Inoltre, è possibile contrastare l’oscillazione con una vela di ancoraggio. Nei nostri test pratici, l’angolo di oscillazione è stato ridotto di circa 25 gradi con vento di forza 6 Beaufort, attenuando notevolmente la compressione della catena.
Anche se la stima della superficie effettiva esposta al vento e il comportamento dinamico comportano alcune incertezze, le considerazioni teoriche e l’esempio di calcolo confermano chiaramente una cosa: il fattore fisso indicato nei libri di testo non fornisce la lunghezza ottimale della catena.
In questo contesto, nelle acque locali dovrebbe essere determinante soprattutto la zona di acque poco profonde. Lì, già in presenza di vento moderato, si dovrebbe calare una lunghezza di catena pari a più di cinque volte la profondità dell’acqua. Ma anche il comportamento della catena a profondità maggiori è interessante. Infatti, acque più profonde non significano automaticamente che sia necessaria una quantità infinita di catena.
Rischio in acque poco profonde
Quando lo yacht è all'ancora, l'attrezzatura deve sopportare carichi notevolmente superiori a quelli calcolati in precedenza. Di conseguenza, la lunghezza minima necessaria della catena può aumentare in modo significativo.
Già i calcoli effettuati in precedenza per determinare la lunghezza minima necessaria della catena hanno dimostrato che non solo la profondità dell’acqua, ma anche la pressione del vento gioca un ruolo determinante e che un semplice multiplo della profondità dell’acqua può rivelarsi pericoloso.
Per semplificare i calcoli matematici, ci eravamo limitati a una situazione stazionaria, ovvero avevamo preso in considerazione solo le forze generate direttamente dal vento.
Il velista di lungo corso e lettore di YACHT, il dott. Mathias Wagner, ha espresso le stesse considerazioni, ma si è inoltre soffermato sulle forze generate dall’oscillazione laterale o dal moto del mare e sulle loro conseguenze.
A tal fine, oltre alla pressione statica del vento, si tiene conto anche dell’energia cinetica dell’imbarcazione, poiché questa deve essere assorbita dal sistema di ancoraggio. L’energia dipende dalla stazza dello yacht e dalla sua velocità di navigazione e può essere calcolata con la seguente formula:
Dove “M” è il dislocamento dello yacht e “v” la velocità raggiunta durante la virata. Il carico aggiuntivo sul sistema di ancoraggio aumenta quindi con il dislocamento. Un’influenza ancora maggiore è esercitata dalla velocità di andatura, poiché questa viene considerata al quadrato. È possibile stimarla con l’aiuto del log. Chi osserva l’indicatore in presenza di vento moderato noterà che si raggiungono rapidamente alcuni decimi di nodo.
Ignoriamo per un momento l’effetto smorzante di un’eventuale cime di ancoraggio; in tal caso, la catena deve assorbire l’energia delle onde. Poiché non presenta praticamente alcuna estensione, ciò può avvenire solo sotto forma di energia potenziale attraverso il sollevamento della catena. A condizione che la catena non sollevi il fusto dell’ancora dal fondo, è possibile determinare la lunghezza minima necessaria della catena. La derivazione dettagliata della formula è disponibile su Sito web dell'autore spiegare tutto ciò andrebbe ben oltre lo scopo di questo articolo.
Pertanto, ci limitiamo al risultato relativo alla lunghezza della catena in metri:
Il primo termine della formula descrive l'ancoraggio statico, come già illustrato su YACHT 12/2020. Il secondo termine descrive approssimativamente l'effetto dell'ancoraggio dinamico. “Y” è la profondità dell’acqua in corrispondenza dell’ancora, compreso il bordo libero, “g” è l’accelerazione di gravità, “m” è il peso della catena per metro in acqua. «∆E» indica l’energia cinetica dell’imbarcazione, che deve corrispondere alla variazione dell’energia potenziale della catena. Il parametro «a» riassume gli effetti del peso della catena, della superficie esposta al vento e della forza del vento.
Acque basse pericolose
Il significato pratico di questa formula si comprende meglio con un esempio. Partiamo nuovamente da un Hallberg-Rassy 340 con catena da 8 millimetri. A seguito di un diverso calcolo della pressione del vento, l’area di incidenza del vento «Aeff» questa volta è pari a 10 metri quadrati.
A una velocità di ormeggio di 0,1 nodi, la catena deve assorbire un’energia aggiuntiva di soli 8 joule. Di conseguenza, il carico sull’ancora corrisponde in gran parte a quello dell’ancoraggio statico. In acque poco profonde, la componente dinamica diventa evidente. La forza che agisce sull’ancora aumenta notevolmente.
Le conseguenze sulla lunghezza della catena sono illustrate nei grafici seguenti. Finché l’energia da assorbire è minima, gli effetti dinamici si manifestano solo a profondità che, a causa del pescaggio, non sono raggiungibili senza che la chiglia affondi nel fango.
La situazione diventa critica quando la catena deve assorbire più energia, ad esempio perché l’imbarcazione si sposta di un nodo. Come si può vedere nel diagramma sottostante, l’ancoraggio dinamico diventa rilevante in un ampio intervallo di profondità. È ormai quasi impossibile ancorare a una profondità inferiore ai sette metri senza sovraccaricare l’ancora.
Le curve nere indicano il carico massimo dell’ancora. Se, ad esempio, non si vuole sottoporla a un carico superiore a 500 dekanewton, sono ammesse solo lunghezze di catena che si trovano al di sotto di questa curva. Ne consegue che potrebbe essere necessario ricorrere a profondità di ancoraggio maggiori per ridurre il carico. Ricorrere ad acque poco profonde in presenza di vento forte e mare mosso non è sempre la scelta giusta!
Lungo e sottile o corto e grosso?
È interessante confrontare diverse catene. 80 metri di una catena da otto millimetri pesano quanto 35 metri di una catena da dodici millimetri. Dai grafici si può ricavare la profondità massima possibile in funzione della lunghezza della catena e della forza del vento.
In questo modo, con una catena da 80 metri di tipo “Achter” e un vento di 45 nodi, è possibile ancorarsi a undici metri di profondità; con una catena da 35 metri di tipo “Zwölfer”, invece, solo fino a cinque metri di profondità. Poiché alla profondità dell’acqua va aggiunta la distanza fino al rullo di prua, non rimane quasi più spazio per le variazioni del livello dell’acqua dovute alle maree.
Nelle zone con acque profonde o forti maree, è preferibile utilizzare una catena sottile e lunga. Se invece si vuole mantenere il raggio di manovra ridotto, perché le baie sono affollate, ma le maree e la profondità dell’acqua non hanno grande importanza, allora la scelta migliore è una catena più pesante ma più corta.
La necessità di tenere conto degli effetti dinamici dipende dalle condizioni e dalla profondità dell’ancora. Più l'acqua è bassa, più la catena dell'ancora rischia di raggiungere i propri limiti. Ciò evidenzia ancora una volta quanto sia utile utilizzare una fettuccia in cordame con ammortizzatore di urti per alleggerire la catena. L'allungamento notevolmente maggiore della fettuccia è in grado di assorbire gran parte dell'energia.
