PC1-luokan jäänmurtajan vakavuuden määrittäminen
Arktisissa olosuhteissa laivan turvallisuudella on suuri merkitys. Haastavat olosuhteet kuten esimerkiksi jää, kylmyys ja huono näkyvyys tuottavat haasteita laivojen operoinnissa. Yksi laivasuunnittelun tärkeimmistä turvallisuuden näkökohdista on laivan vakavuus, jolla tarkastellaan laivan kykyä pysyä pystyssä ja palautua kallistumisen jälkeen.
Työ pohjautuu toimeksiantajan Elomatic Consulting & Engineering Oy:n IBELO-nimiseen jäänmurtajahankkeeseen. Tällä jäänmurtajalla edustetaan konseptivaiheen suunnitteluratkaisua, jota voitaisiin myöhemmin edistää pidemmille suunnittelun vaiheille jatkojalostukseen. Laivasuunnittelua voidaan kuvastaa kiertävänä suunnitteluspiraalina, jossa jokaisella kierroksella tehdyt suunnitteluratkaisut tarkentuvat. Laivan vakavuutta pidetään osana tätä suunnitteluspiraalia.
Arktiset operointialueet levittäytyvät vuosien mittaan uusille alueille, joissa jääolosuhteet muuttuvat yhä vaativammiksi. Jää vaikuttaa laivan operointiin eri tavoin: kerääntynyt jää muuttaa laivan painopistettä, jää voi aiheuttaa vaurioita laivan rakenteisiin ja aiheuttaa kuormituksia laivaan. Tällaiset tekijät vaikuttavat suoraan laivan vakavuuteen.
Jääkertymä heikentää laivan vakavuutta
Laivan pinnoille, kuten kansille, ylärakenteisiin ja laitteisiin, voi kerääntyä jäätä. Jäätä voi kerääntyä aallokkojen roiskeista, kannelle vuotaneesta vedestä, viileästä sumusta ja lumisateesta (Lundqvist & Udin, 1977). Kerääntynyt jää kasvattaa laivan kokonaismassaa ja nostaa sen painopistettä. Mitä ylempänä tämä painopiste on, sitä alttiimpi laiva on isoille kallistuksille, jolloin laivan vakavuus heikkenee. Laivan vakavuuslaskelmissa tulisi tällöin ottaa huomioon mahdollinen jääkertymä (Polar Code, 2017).
Vauriot voivat johtaa kriittisiin tilanteisiin
Jää voi aiheuttaa laivan rakenteisiin vaurioita kahdella eri tavalla: Jääkenttien iskuista, jolloin syntyy dynaamisia kuormia ja jääkenttien puristaessa laivan rakenteita, jolloin syntyy staattisia kuormia. Joissain tilanteissa jäästä aiheutuva vaurio voi olla niin suuri, että se aiheuttaa vuodon laivan sisärakenteisiin. Vuotanut vesi aiheuttaa heikentynyttä vakavuutta laivaan, ja vuodot voivat aiheuttaa vakavan vaaratilanteen, pahimmassa tapauksessa laivan uppoamisen.
Laivan eri lastitilanteet vaikuttavat laivan kellumisasentoon
Laivoissa on erilaisia tiloja, joihin kuuluvat esimerkiksi lastitilat, varastot ja tankkitilat. Tilojen täyttöaste voi vaihdella laivan operoinnin eri tilanteissa. Esimerkiksi satamasta lähtiessä kaikki varastot ja tankkitilat voivat olla täynnä ja tyhjänä laivan saapuessa takaisin satamaan. Jokainen massan muutos aiheuttaa myös muutoksen koko laivan painopisteessä. Tässä työssä tutkittiin erilaisten lastitilanteiden vaikutuksia konseptilaivan painopisteiden muutoksiin ja laivan kellumisasentoon. Lastitilanteissa otettiin huomioon myös mahdollisen jääkertymän tuomat vaikutukset laivan vakavuuteen.
Useiden tekijöiden yhteisvaikutus voi olla suuri
Pahimmassa tapauksessa kerääntyneen jään, vauriotilanteiden ja lastitilanteiden yhteisvaikutukset laivan vakavuuteen voivat olla liian suuria, jolloin laivan kyky operoida voi heiketä merkittävästi. Pahimmassa tapauksessa nämä yhteisvaikutukset voivat aiheuttaa tilanteen, josta laiva ei enää selviä.
Laskentamallilla voidaan tunnistaa mahdolliset riskit
Työn aikana tuotettiin laskentamalli, jolla pystyttiin tutkimaan toimeksiantajan konseptilaivan vakavuustietoja sekä tunnistamaan erilaisia riskialueita laivan sen hetkisestä tilajärjestelystä. Laskentamalli koostui kolmiulotteista konseptilaivan mallista, todennäkösyyksiin perustuvista vauriolaskelmista sekä lastitilannelaskelmista. Työn tulokset osoittivat, että konseptilaivassa on alueita, jotka eivät kestäisi tiettyjä mahdollisia vauriotilanteita. Laskentamallilla pystyttiin myös todistamaan, etteivät mahdollisen jääkertymän vaikutukset laivan vakavuuteen eri lastitilanteissa muodostu kriittisiksi.
Laivan vakavuuden tarkastelu konseptivaiheessa on tärkeää, koska tässä vaiheessa mahdolliset muutokset ovat vielä helposti tehtävissä. Myöhemmissä suunnitteluvaiheissa muutokset ovat huomattavasti vaikeampia toteuttaa.
Lähteet
Palviainen, J. 2026. PC1-luokan jäänmurtajan vakavuuden määrittäminen konseptisuunnitteluvaiheessa – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.
Lundqvist, J.-E.;& Udin, I. (1977). Ice Accreation on Ships – with special emphasis on Baltic conditions. Winter Navigation Research Board. Haettu 12. helmikuu 2026 osoitteesta https://www.traficom.fi/sites/default/files/10707-No_23_Ice_accretion_on_ships_with_special_emphasis_on_Ba.pdf
Polar Code. (2017). Stability in damaged conditions (4.3.2.1). IMO. Haettu 15. helmikuu 2026 osoitteesta https://wwwcdn.imo.org/localresources/en/KnowledgeCentre/IndexofIMOResolutions/MSCResolutions/MSC.385(94).pdf
Kuva: Elomatic Oy