Steel, Wood, Or Composite Yacht? Which One Scores Better?”

legno, composito, acciaio e alluminio

 

Love for wooden boats. (Noise, color, smell, etc.)

STEEL SHIP AND GRP BOATS.

When I was young  the dinghy 12’ was made of wood and the Flying Dutchman of the same material. The Yole ok and the Star were of wood, I started on wooden boats that remained dear to me.

The violins for example were made of wood in the past and are made of wood even today, boats don’t behave the same way

At one point (around 1970 in Italy) the transition to fiberglass as boat building material  became mandatory, but some boating sensations worsened. The plastic boats looked like cuttlefish bones because the gelcoat turned yellow, they gave off a bad smell of styrene , moreover I remember the noises that were produced when the plywood bulkheads screeched against the hull under stress. All these boats  were in any case “naviglio”: small boat up to ten or twelve meters of lenght. In those years GRP became the standard pleasure boat build material .

Just a few steps away from the nautical club of my youth, some fishing vessels were built of wood. They were quite large ( thirty or  forty meters) and massive, but the two worlds of yachts and fishing vessels touched each other without mixing and the big wooden yacht never come true in that era.The technique to build large wooden ships and make them lasting a long time  exists at least from the seventeenth century. It is to be said that exceeding sixty meters in length, when the longitudinal strength becomes primary, the keelson became so important as to occupy part of the hold and the internal planking thickens to reach double dimensions than those of the external planking. My be that, for this reason,  other materials have been generally preferred for the construction of large yachts.

 Today, with the use of plywood and of glued and laminated wood, large wooden yachts are successfully built  in various shipyards, especially in Turkey, in the Arab countries, in the USA in England and also in Italy. Among our champions, we could list  Sangermani, Castagnola, Baglietto on the Tirrenian shore , Carlini, De Cesari and Craglietto on the Adriatic shore . All these and many others built boats often following foreign regulations and specifications for which the required woods were esotic: teack and acajou. We must go back to the tradition of Venice to find among the materials the Cadore pine and the Romagna oak. Teack and mahogany are really precious wood essences that must be defended against overexploitation and in practice, trunks of length and diameter useful for shipbuilding  are no longer commercially available.

 Today, using the bonding techniques, large structural elements can be constructed even from short boards and this has brought back on the scene wood as a load bearing material for example in housing. I am not talking about small houses , but of modern multi-storey buildings with considerable floor spans. The reason for this revival lies in the properties of wood. Sturdy, fresh, silent, beautiful, renewable, recyclable. Moreover the relaunch of wood has coincided with a resumption of research in the sector with numerous results also for the creation of improved products that have more performing technical characteristics. In particular with a densification process it is possible to increase the density and the mechanical characteristics of the wood reaching those of steel.

 At this moment the national (italian)  wood market is still affected by the Vaia storm and the cost of 1 cubic meter of spruce has dropped from 50 to 12 euros (prices to be verified). In Italy we import three billion € of wood from non-EU countries of which more than 50% is supposedly  illegally cut. In the reality we could use local wood if … As we know there are many if , but atavic inertia is perhaps one of the major obstacles to use our wood and in particular the falled one. 

 Can we build durable and high-performance wooden yachts? I say yes.

Parlando del “materiale per yachtbuilding” è necessaria una piccola introduzione :

la barca trasmette all’acqua una parte della energia del vento o del motore.        L’altra parte invece sforza a e deforma le strutture della barca stessa.   La barca che si deforma meno  usa meglio l’energia disponibile.

 Un grande progettista inglese Colin Mudie portò a termine una ricerca sul suono emesso da una serie di dinghy in legno. Quelli col suono più acuto(più rigidi) erano quelli che più spesso vincevano in regata. Proprio come “ il clavicembalo ben temprato.” 

ogni materiale ha i suoi problemi:

• Il legno  costringe ad una laboriosa manutenzione, per ovviare a questo vi sono due strade a) la workboat cioè una barca con finiture da lavoro oppure b)la barca in legno lamellare imbevuto, sigillato e incollato con resine epossidiche poi protetto da tessuti di vetro.
• La vetroresina  Ha  difetti come l’osmosi , una certa mancanza di rigidità  e induce  l’effetto  camper. Il buon design, le resine epossidiche , la costruzione in sandwich e lefibre esotiche   ne hanno eliminato i difetti, ma il prezzo ne ha  risentito.
• I metalli  risentono della corrosione.

LEGNO

Il legno è un composito progettato dalla Natura ed  alterna fibre durissime di lignina ad una “pasta”più tenera e leggera, la cellulosa.Meccanicamente parlando, ha una resistenza molto elevata in relazione al suo peso. Il difetto, particolarmente evidente nella costruzione col fasciame tradizionale, è quello  di lasciare passare l’acqua nelle giunture tra le tavole. (comenti) Come succede? Le tavole, quando assorbono l’umidità si dilatano, asciugandosi si contraggono. Questo continuo movimento allenta la chiodatura, crea fessure, e in definitiva, vie d’acqua, veri danni o inestetismi. Il legno è veramente un materiale che piace; pensiamo alla bellezza delle venature  spesso messa in mostra con una finitura trasparente a coppale. Qualunque sia il materiale dello scafo, gli arredi interni sono in legno inoltre appena ce lo possiamo permettere, sotto i piedi vogliamo un ponte in legno.     Il legno  è’ un materiale molto “umano”.All’ interno della imbarcazione però gli arredi durano perchè sono ben protetti dagli agenti atmosferici, mentre all’ esterno il ponte in teak si ingrigisce per lo smog, si consuma col calpestio, soffre il lavaggio con i detergenti troppo forti. Se usata bene_ delicatamente_ una coperta in teak (a proposito forse c’è qualcosa di più ecologico di una coperta di teack!!)  di 8 mm nominali non dura più di 15 anni. Il legno va tenuto al riparo dagli agenti atmosferici, se si usa la coppale essa soffre il sole e va coperta o rifatta tutti gli anni, è una scelta gravosa per chi fa la manutenzione da solo. Rifare un fregio a coppale invece può essere un divertimento. Diventa invece un notevole impegno quando le superfici da coprire sono grandi, benchè oggi esistano poliuretaniche “long lasting.” (COELAN)   Un altro nemico del legno è la pioggia. Dove non vi sono teredini (animaletti che mangiano il legno sott’acqua che vivono ai tropici ) l’acqua di mare fa bene al legno l’acqua dolce no. Se l’acqua dolce ristagna sul legno con uno scarso ricambio d’aria si creano prima muffe, poi funghi che letteralmente “mangiano” il legno. In particolare la testa dei bagli e delle costole, i dormienti ed altre parti poco areate sono soggette a questa “malattia”.Il proprietario di una bella barca di legno si trova quindi nella antipatica posizione di chi, proteggi la barca dal sole, proteggila dalla pioggia, fai le coppali, dai l’olio paglierino agli interni, stagna il comento aperto sul ponte ecco che il tempo che rimane per andare in mare è molto poco, si tratta soprattutto di un grande esercizio di bricolage o, se non si ha tempo a disposizione, di una lunga lista di lavori al cantiere. Chi invece volesse mantenere una barca in legno di carattere

cioè più ispirata al lavoro che non al diporto si trova in una migliore posizione e, sempre che tutto il legno sia protetto dalla pittura, che mantiene più costante il livello di umidità, una mano ogni tre anni può bastare.

IL LEGNO MODERNO

Un discorso ancora diverso va fatto per le barche protette col West System e le altre “diavolerie” della chimica epossidica.

Se i fianchi della barca sopra al galleggiamento, costruiti con tecnica lamellare, incrociata o strip planking, con legni protetti dalla resina epossidica (che non lascia passare nemmeno l’umidità e mantiene il legno ad un volume costante) poi rivestiti da una stuoia di vetro, allora si ha una costruzione “mista” molto vicina come manutenzione alla plastica. In tutti i casi otteniamo un prodotto stabile e robusto che si comporta come il legno quanto a umanità, ma come la vetroresina in quanto resistenza agli abusi.

Le varie tecniche per costruire una barca in legno sono state semplificate con le colle epossidiche e i compensati. I masselli  sono oggi in lamellare, cioè composti di striscie incollate tra loro  fino a raggiungere lo spessore voluto spesso rendendo inutili quelle azioni di vera e propria scultura nelle battura ed in altre parti . Non è più necessario nemmeno scaldare il legno per piegarlo grazie alla grande forza del mastice. Anche alcuni pezzi metallici come braccioli e madieri sono stati sostituiti da fazzolettature in compensato o da  assemblati con giunti a palella.

I fasciami poi  sono longitudinali o diagonali a seconda della griglia delle ossature che li sorreggono. Su una serie di costole il fasciame è longitudinale in strip planking ( incollato di testa senza viti) mentre su una serie di serrette il fasciame sarà diagonale incrociato.

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YACHTBUILDING IN COMPOSITO

  La vetroresina è un buon materiale per la costruzione navale soprattutto nelle piccole dimensioni. Le nostre spiaggie sono disseminate di derivette che sopravvivono alle intemperie anno dopo anno, così come fanno le scialuppe sul ponte delle navi. La vetroresina non marcisce, non fa la ruggine, non teme il sole e la pioggia, certo diventa opaca e ingiallisce, ma resiste. È un materiale freddo, poco gradevole, un poco asettico al meglio ricorda la ceramica. Il tipo di costruzione è quello dei materiali compositi. Proprio come il cemento senza l’armatura la resina senza il tessuto di vetro ha ben poca robustezza. La vetroresina è la versione umana -cioè tecnologica- del legno. E’ l’uomo che combina i due elementi. Se il vetro è nella giusta quantità allora si ha un composto o meglio un “composito “ molto elastico in grado di resistere a colpi e sollecitazioni che non si ossida e soprattutto che non ha giunte, crea quindi un guscio stagno.  Non tutti sanno invece che la vetroresina, sia pur stagna, non è completamente impermeabile. Il gelcoat, che  è una resina di poliestere,  è il rivestimento stagno della barca. Osmosi quando l’acqua supera la barriera del gelcoat e penetra nella vetroresina piccole quantità di sali si sciolgono e con l’acqua salata formano acidi che attaccano ulteriormente la vetroresina: è la osmosi. L’osmosi “infradicia” la vetroresina e, per quanto sia un fenomeno lento, è dannoso.

Fra gli altri difetti delle vetroresina c’è quello di perdere parte della elasticità col tempo. Nel tempo la costruzione in vetroresina si “ammoscia”: diventa cedevole. Non è impossibile vedere vecchie barche in vetroresina con vistose deformazioni nella zona dell’albero.C’è un’altra cosa da dire ed è che una struttura a membrana, proprio come una barca in vtr, mal sopporta i tagli e le aperture. Infatti le tughe con ampie vetrate si crepano nello spigolo vicino alla apertura del vetro perché il taglio ha comportato una concentrazione degli sforzi. La barca in vetroresina non è sempre robusta quanto dovrebbe, innegabili passi in avanti sono stati fatti con le moderne costruzioni a sandwich sotto vuoto. In esse la mancanza di rigidità è stata risolta interponendo un anima di materiale leggero tra due “pelli “ di vetro o di altri materiali quali kevlar e carbonio. Così si ottiene una struttura tamburata, come una porta di casa, leggera e resistente. L’eccesso di resina nelle pelli viene eliminato compattando le laminazioni sotto vuoto, esercitando così una pressione di 6/8 t/mq difficilmente applicabile a mano. Una ulteriore indurimento della struttura si ottiene per ricottura, una specie di tempra, si ottengono così prestazioni “spaziali”come quelle dei multiscafi da competizione. Ultimamente si ricorre anche all’uso di pre impregnato nel quale la quantità di fibra è fissata al momento della tessitura del tessuto. Per consentire l’assemblaggio nello stampo la polimerizzazione viene momentaneamente inibita  a bassa temperatura e riparte quando il prepreg  impregnato viene scaldato. Recentemente sono apparse altre fibre interessanti di carattere molto diverso tra loro  il basalto e la canapa. Il basalto ha ottime qualità meccaniche mentre la canapa è imbattibile dal punto di vista della sostenibilità. Il marketing delle fibre di basalto è piuttosto aggressivo e punta a dare al pubblico l’immagine di un  materiale ecologico in quanto riciclabile. Non mi pare.

YACHTBUILDING IN ACCIAIO E ALLUMINIO

Molti navigatori ritengono che per affrontare sia coste inesplorate in completa autonomia sia la vastità degli oceani una barca di acciaio o di alluminio si assolutamente necessaria. I metalli infatti possono deformarsi assorbendo in questo processo grandi quantità di energia. Una barca in metallo è molto difficilmente “bucabile” e questo e un pregio incalcolabile per un involucro stagno.

Ma cominciamo dall’inizio:
Con il composito reso “rigido” dalle tecniche moderne si arrivano a costruire anche barche molto grandi. Le navi sono tuttavia tradizionalmente costruite in acciaio. Tradizionalmente, intendiamo dire da 150 anni circa. In questo secolo e mezzo, ma soprattutto nel dopoguerra con la diffusione degli elementi saldati, i cantieri navali navali hanno partorito delle vere e proprie città galleggianti come i transatlantici e le portaerei che, senza la tecnologia dell’acciaio, non si sarebbero potute costruire. Mentre per fare il composito avanzato tecnologicamente è necessario un ambiente pulito a temperatura controllata ecc. l’acciaio è un materiale che si può lavorare facilmente anche all’ aperto e, per quanto sia difficile da modellare, vi sono tutta una serie di macchine in grado di ridurre la fatica*. Inoltre è saldabile anche di testa; cioè due pezzi di acciaio possono essere uniti senza aumenti di spessore. L’acciaio è molto robusto, la costruzione in acciaio è diffusa in tutto il mondo. L’acciaio, robusto, elastico, isotropico e giuntato per saldatura, tende a produrre strutture di grande robustezza e normalmente è solo la concentrazione degli sforzi a creare punti deboli. L’unica cosa che rovina questo materiale è la ruggine. Le costruzioni in acciaio col tempo si assottigliano quindi è necessario lasciare dei margini di spessore per la corrosione. Un altro elemento che impedisce di costruire in acciaio con lamiere molto sottili è la difficoltà nel saldare lamiere di spessore inferiore ai tre millimetri.(*discorso sull’ isolamento termico acustico)

In definitiva, essendo la lamiera pesante e bisognosa di rinforzi ad essa perpendicolari ad intervalli brevi, è difficile trovare barche in ferro di dimensioni inferiori ai dieci metri. È difficile trovare barche in ferro di dislocamento leggero.Cosa significa? Sono particolarmente compromesse le prestazioni con vento leggero e sono molto; compromesse le prestazioni a motore dove la potenza è proporzionale al peso. Qui si aprirebbe un discorso lungo: comunque la quantità di vela è proporzionale alla stabilità la stabilità e proporzionale alla altezza del baricentro l’altezza del baricentro alla quantità di zavorra, la quantità di zavorra è inversamente proporzionale al peso del resto; Albero leggero, scafo leggero, niente interni, alzano la percentuale di zavorra qundi aumentano la possibilità di portare più tela  .Tuttavia se quello che interessa è la robustezza nelle barche in ferro ci si può sentire molto sicuri. A seguito del record sul giro del mondo controvento in solitario Chay Blight organizzò una flottiglia che ha portato centinaia di persone non professioniste in giro per il mondo a vela controvento rifacendo la rotta attorno ai tre capi.( Leween, Horn, Aghulas) e questo grazie proprio alla robustezza di questi settanta ’ (19 m) in acciaio. Riguardo la manutenzione della barca in acciaio. Ovunque l’aqua ristagni si forma la ruggine quindi è necessaria una vera e propria lotta alla ossidazione per fermarla prima che dilaghi. Oltre alla ruggine la barca in acciaio teme la corrosione dovuta alle correnti galvaniche o alle correnti vaganti è quindi necessario progettare diversamente l’impianto elettrico (a doppio isolamento) e proteggere tutta l’imbarcazione con un numero sufficiente di zinchi.(anodi sacrificali) Un ultima raccomandazione : sulla barca in acciaio l’attrezzaura subisce maggiori stress perché la barca è più rigida e trasmette tutte le sollecitazioni senza smorzarle in nessun modo. Questo ha creato talvolta danni inspiegabili e per tenerne conto bisognerebbe maggiorare l’attrezzatura.

Un breve accenno alle barche di alluminio. L’alluminio è un materiale più difficile da saldare, ma molto più leggero dell’acciaio, è un ottimo materiale per le costruzioni non di ;serie anche nelle dimensioni inferiori, l’unico problema è che l’alluminio soffre la corrosione e va quindi protetto. Comunque quasi tutti abbiamo, sulle nostre imbarcazioni, alberi di alluminio, di cui apprezziamo la resistenza e la mancanza di manutenzione. La verniciatura dell’alluminio è un procedimento molto delicato che al giorno d’oggi può comunque essere affrontato.la prima macchina per diminuire la fatica è la testa: le carene a spigolo con fasciami sviluppabili hanno consentito un gande risparmio di tempo e fatica grazie alle tecniche di proiezione geometrica e del disegno, sono infatti le proprietà di un fascio di rette che si incontano in un punto(coniche) o parallele tra loro (cilindriche ) che generano le superfici sviluppabili.

YACHTBUILDING  CONCLUSIONE:

La barca in legno moderno ,  dotata di una impiantistica semplice  di lunghezza fino a d 12 m presenta una manutenzione che può essere portata a termine da una sola persona nel tempo libero tra febbraio e maggio. La barca in composito va costruita da persone esperte mentre l’acquirente deve considerare che, a parità di peso e di equipaggiamento, le costruzioni più robuste sono più costose.La barca in acciaio è una scelta giusta quando si prendano in esame navigazioni impegnative in luoghi ventosi e non sia l’aspetto economico quello preponderante. Purtroppo il prezzo di una imbarcazione varia proporzionalmente al suo peso ed anche questo è un elemento da considerare.La barca d’alluminio è nella maggior parte dei casi una barca di lusso costruita artigianalmente a partire da un materiale di per se costoso.La barca da crociera in strip-planking  e compensati con legno incapsulato nella resina epossidica e protetto da tessuto di vetro, se si usano i dimensionamenti giusti senza risparmi, dà luogo ad una struttura molto robusta, monoscocca,capace di assorbire l’energia negli urti, durevole e  poco inquinante nello smaltimento-oggi questo è il modo giusto per “farsi” la barca su misura.

YACHTBUILDING UN ULTIMA RIFLESSIONE TECNICO/ECONOMICA
C’è una ulteriore riflessione da fare rispetto ai materiali. La tecnologia oggi ci ha spinto ad apprezzare quei filamenti robustissimi che però complicano di molto il processo  costruttivo. Ci costringono cioè all’uso di uno stampo nel quale  ricostruire il materiale partendo dalle fibre e dalla matrice quando più spesso ci servirebbe un elemento modulare come può essere la tavola di legno o la lamiera di acciaio. In campo navale per semplificare e rendere più economica la costruzione si cercano forme semplici con piccole percentuali di fasciame ad elevata curvatura e grande percentuale di lamiere piane o piegate in una sola direzione. La disponibilità di pannelli già fatti, unito allo studio delle geometrie, potrebbe portare ad evoluzioni nella produzione degli scafi costruiti senza stampi finora escluse. Voglio dire che una barca custom in esemplare unico con un 75% delle superfici formate da pannelli piani o ad una sola curvatura porterebbe ad una velocità di costruzione doppia …L’uso di resina epossidica e di nastri di tessuto di vetro per le saldature ci porta vicino alla costruzione metallica recuperando soluzioni finora impensabili come costruire il fondo scafo con i paglioli poi fare gli interni e quindi applicare i fianchi e la coperta all’assemblato.

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