Co to jest tonący kamień morski? Typy, kompatybilność dna morskiego i przewodnik wyboru

A tonący kamień morski — dokładniej nazywany obciążnikiem cumowniczym, ciężarem zbrylonym lub betonowo-żelaznym blokiem balastowym — to ciężki ciężar opuszczany na dno morskie i połączony łańcuchem z boją, znakiem nawigacyjnym lub miejscem cumowania statku w celu utrzymania go w ustalonej pozycji. Właściwy wybór zależy prawie całkowicie od rodzaju dna morskiego: kamienie o ciężarze własnym (betonowe lub żelazne bloki) nadają się do twardych, skalistych lub piaszczystych dna, gdzie nie jest możliwe wkopanie się, natomiast kotwice kształtowe, takie jak grzyby lub piramidy, nadają się do miękkiego błota lub piasku, gdzie konstrukcja może wkopać się i wykorzystać ssanie dla dodatkowej siły trzymania. Wybranie niewłaściwego rodzaju dna jest najczęstszą przyczyną przeciągania się lub niepowodzenia cumowania.

Poniżej przedstawiamy wymiary tych obciążników, jakie materiały i kształty sprawdzają się najlepiej w różnych warunkach dna morskiego, a także rzeczywiste wartości siły trzymania, które powinny stanowić wskazówkę przy podejmowaniu decyzji o zakupie lub instalacji.

Co właściwie robi tonący kamień morski

W systemach cumowniczych i nawigacyjnych zadaniem ciężarka jest zapewnienie wystarczającej masy skierowanej w dół lub oporu kopania, aby zapobiec dryfowaniu boi, znacznikowi kanału lub punktowi cumowniczemu lub poluzowaniu przez prąd, przypływ, wiatr lub działanie fal. Zwykle jest połączony z boją powierzchniową za pomocą ciężkiego łańcucha, zwanego pionem, przy czym sam ciężarek jest osadzony na dnie morskim lub osadzony w nim w wyznaczonym miejscu.

Dwa sposoby, w jakie ciężarek utrzymuje pozycję

Sinkers utrzymują swoją pozycję poprzez jeden z dwóch mechanizmów: zwykła masa własna , gdzie blok po prostu polega na tym, że jest zbyt ciężki, aby go poruszyć, lub ssanie i osadzanie , gdzie ukształtowana kotwa wbija się w materiał dna i generuje dodatkowy opór ze strony otaczającego błota lub piasku. Obciążniki o ciężarze własnym są prostsze i bardziej przewidywalne, ale muszą być znacznie cięższe niż kotwica do osadzania, aby osiągnąć tę samą siłę trzymania.

Materiały: Beton kontra żeliwo

Dwa najpopularniejsze materiały wypornikowe zachowują się zupełnie inaczej po zanurzeniu, a różnica ma bezpośredni, możliwy do obliczenia wpływ na to, ile suchej masy należy kupić.

Beton traci większą wagę pod wodą

Beton ma masę jednostkową suchej masy około 150 funtów za stopę sześcienną w porównaniu do około 62,4 funtów na stopę sześcienną w przypadku wody morskiej. Po całkowitym zanurzeniu można betonować do 45% lżejszy niż jego sucha masa , ponieważ jego stosunkowo mała gęstość oznacza, że wyporność znosi dużą część jego masy. Żeliwo, ponieważ jest znacznie gęstsze, traci pod wodą jedynie około 10% swojej masy, co oznacza, że ​​dana sucha masa żelaza zapewnia znacznie większą rzeczywistą siłę trzymania, gdy znajdzie się na dnie morskim.

Dlaczego beton jest nadal szeroko stosowany

Pomimo zmniejszenia ciężaru pod wodą, beton pozostaje najpopularniejszym materiałem obciążników, ponieważ jest niedrogi, można go prefabrykować w niestandardowych formach na dużą skalę i może zawierać zbrojenie drutowe lub osadzone śruby oczkowe podczas odlewania. Aby osiągnąć zadaną siłę trzymania, obciążniki betonowe muszą po prostu mieć większe wymiary niż równoważne jednostki żeliwne, aby skompensować większą utratę pływalności.

Dopasowanie kształtu ciężarka do typu dna morskiego

Kształt określa, czy ciężarek opiera się wyłącznie na masie, czy też uzyskuje dodatkową siłę trzymania w wyniku wkopania się w dno – a prawidłowy kształt zależy w dużej mierze od tego, z czego faktycznie zbudowane jest dno morskie.

Kotwy grzybkowe do miękkiego błota i piasku

Kotwy w kształcie grzybka, zwykle odlewane z żelaza, mają kołpak w kształcie miseczki, który zatapia się w miękkim materiale dna i wytwarza ssanie podczas osadzania. Są najpopularniejszym typem kotw cumowniczych i są dostępne w ciężarach od 25 funtów do 1000 funtów lub więcej , przy czym powszechną praktyczną zasadą dotyczącą rozmiaru jest 5 do 10-krotność długości łodzi w funtach. Słabo radzą sobie na twardym lub kamienistym dnie, ponieważ czapka nie ma się w co wkopać.

Kotwy piramidowe zapewniające większą siłę trzymania na funt

Kotwy w kształcie piramidy mają krawędź kopiącą, która wnika w dno szybciej i głębiej niż kotwy w kształcie grzybka, a szeroka powierzchnia generuje silne ssanie, gdy osadza się głębiej. Kotwy piramidowe zazwyczaj zapewniają siłę trzymania od 3 do 10 razy większą niż ich sucha masa — na przykład kotwa piramidowa o masie 650 funtów może po całkowitym osadzeniu zapewnić siłę trzymania wynoszącą około 6500 funtów, co czyni ją znacznie bardziej efektywną w przeliczeniu na funt niż zwykły blok o ciężarze własnym.

Bloki z ciężarem własnym na twarde lub skaliste dna

Na twardym, kamienistym lub mocno ubitym dnie, gdzie nic nie może się wbić, standardowym rozwiązaniem jest zwykły blok betonowy lub żelazny o ciężarze własnym. Ponieważ siła trzymania wynika wyłącznie z masy, bloki te muszą być znacznie cięższe — betonowe cumowanie o nośności 8000 funtów zwykle zapewnia tylko około 4000 funtów rzeczywistej siły trzymania, czyli mniej więcej połowę jego suchej masy, ponieważ nie czerpie korzyści z osadzania ani ssania.

Moc trzymania według typu ciężarka

Poniższa tabela podsumowuje porównanie głównych typów ciężarków i kotw pod względem siły trzymania w stosunku do ich ciężaru, w oparciu o typowe dane terenowe dla każdego projektu.

Rysunek kotwy śrubowej jest uderzający w kontekście: jeden z przywołanych przypadków opisuje prawidłowo ustawiony Kotwa śrubowa o wadze 150 funtów wykazujący siłę trzymania równą a Betonowy obciążnik o wadze 40 000 funtów . Ta luka ilustruje, jak duża siła trzymania oparta na osadzeniu może przewyższać czysty ciężar własny – chociaż kotwy śrubowe wymagają specjalistycznego sprzętu instalacyjnego i nie nadają się do stosowania na kamienistym lub bardzo twardym dnie.

Dobór ciężarka: czynniki praktyczne do potwierdzenia

Przed zamówieniem lub wylaniem obciążnika należy sprawdzić te czynniki, ponieważ nieprawidłowe wykonanie któregokolwiek z nich może spowodować niedowymiarowanie całego systemu cumowniczego.

1. Skład dna morskiego. Przetestuj lub zbadaj rzeczywisty materiał dna — miękkie błoto, piasek, ubitą glinę lub skałę — ponieważ ten pojedynczy czynnik decyduje o tym, czy odpowiednia będzie kotwa kształtowa czy zwykły blok o nośności.
2. Głębokość wody i zasięg pływów. Głębsza woda i większe wahania pływów zwiększają obciążenie, jakie łańcuch i taśma przenoszą na obciążnik, co wpływa zarówno na masę ciężarka, jak i rozmiar łańcucha.
3. Masa statku lub konstrukcji i narażenie. Większy statek lub boja narażona na działanie silnego prądu, wiatru lub warunków sztormowych wymaga proporcjonalnie większej siły trzymania niż osłonięte, lekko obciążone miejsce do cumowania.
4. Utrata masy materiału i zanurzenie. Porównując wartości suchej masy pomiędzy materiałami, należy wziąć pod uwagę utratę masy betonu wynoszącą około 45% w porównaniu z utratą masy żelaza wynoszącą około 10%.
5. Dostępna metoda instalacji. Bloki o ciężarze własnym można opuszczać za pomocą barki i dźwigu; kotwy kształtowe i śrubowe mogą wymagać instalacji nurka lub specjalistycznego sprzętu hydraulicznego, co wpływa zarówno na koszt, jak i możliwą głębokość.

Kluczowe dania na wynos

Skuteczność tonącego kamienia morskiego sprowadza się do dopasowania jego materiału i kształtu do dna morskiego, na którym się znajduje, a nie tylko zakupu najcięższej dostępnej opcji. Bloki betonowe lub żelazne o ciężarze własnym są niezawodnym rozwiązaniem w przypadku dna twardego lub skalistego, podczas gdy kotwy kształtowe, takie jak piramidy i kotwy śrubowe, zapewniają znacznie większą siłę trzymania na funt w błocie lub piasku — w niektórych udokumentowanych przypadkach prawidłowo osadzona kotwa o wadze kilkuset funtów jest w stanie wytrzymać wielokrotnie większy ciężar własny niż blok. Potwierdzenie faktycznego rodzaju dna morskiego przed wyborem ciężarka to najważniejszy krok pozwalający uniknąć wleczenia się cumowania lub uszkodzenia pod obciążeniem.