2.15 Stötkrafter på fören över vattenlinjen
1971 arbetade författaren för klassningssällskapet Lloyd's Register of Shipping, London, som inspektör och ombads undersöka ett stort antal olyckor, där bogen över vattenlinjen på tankers och bulkfartyg skadats. Vi fann att skadorna berodde på kortvariga stötkrafter, liknande slag mot fartygsbotten i hårt väder (som författaren hade studerat som assistent vid Webb Insitute of Naval Architecture, USA, 1968). Dessa stötkrafter mot bogen ovan vattenlinjen ökade, när vinkeln mellan förskeppsplåten och vattenytan minskade, och när förskeppsplåten var planare (mindre rundning). Stötkraften kunde vara tio gånger större än den regelbundna eller oregelbundna externa hydrodynamiska vågkraften men med kortare livslängd. Stötkraften är i själva verket luft som stängs inne mellan vattenytan och skrovplåten och som komprimeras till 10 bar och orsakar ett kortvarigt övertyck. Trycket kan sedan deformera plàten och spant bakom plàten. Sedan är energin förbrukad. Det innebär att stötkraften (det höga lufttrycket) enbart orsakar mindre skador där den appliceras.
När 'Estonia' krängde >40-50 grader åt styrbord, var vinkeln mellan visir och vatten nästan 0 grader - dvs helt plan mot havsytan, och därför kunde stora stötkrafter (lufttryck) uppstå på visiret, när visirsidan slog i havsytan. Kommissionen har inte undersökt, om visiret skadades på det viset. Det är osannolikt, eftersom trycket enbart skulle ha deformerat ytterplåt och spant. Kraften/energin är sedan förbrukad och kan inte, t.ex. riva sönder lås och gångjärn. Oavsett detta skulle visiret sedan ha hängt kvar med hjälp av lyfthydrauliken, när slagsidan var >110 grader, dvs när fartyget sjönk. Visiret skulle senare ha sprängts loss från vraket under vatten efter olyckan.
2.16 Estonias stabilitet och hur slagsidan uppstod
Skeppet var inte fullt lastat den 27 september 1994. I kapitel 3.7.3 i slutrapporten (5) sägs att en ny trim och stabilitetsbok togs fram och godkändes av Bureau Veritas i samband med flaggbytet (januari 93) (finns ej i slutrapportens supplement). Emellertid framgår det av kapitel 3.6.2 i (5) att fartyget endast erhöll provisoriska certifikat PSSC och LL, vilka utfärdades senaste gången i juni respektive september 1994, eftersom (ytterligare?) en ny trim och stabilitetsbok hölls på att tas fram då, dvs 'Estonia' saknade permanenta certifikat vid olyckan.
Att lasta en färja är emellertid inte speciellt svårt - hundratals färjor lastas, ofta flera gånger varje dag, så en lastmanual är knappast nödvändig. Antag att det var cirka 500 ton bränsle ombord, ett par 100 ton färskvatten, omkring 1 000 ton last (cars, lorries, trailers) och 100 ton passagerare och bagage och att babords trimtank var full, 185 ton, för att balansera tung last på styrbordssidan. Då är dödvikten (dwt) cirka 2 200 ton och djupgåendet (d) cirka 5,1-5,2 meter. 'Estonia' var inte fullt lastad! Hon kunde lasta minst 800 ton till för maximalt djupgående 5.56 meter. Däck 1 under bildäck befann sig då under vattenlinjen. Bildäcket och överbyggnaden är cirka 2,5 meter över vattenlinjen 2.17.
Vad som händer när vatten lastas på bildäck i överbyggnaden, när det kommer under vatten i sjögång, visas i fig. 2.16.1 och beskrivs nedan.
Intitialstabilitet med oskadat skrov
Med sin stora bredd (B) hade 'Estonia' alltid bra inbyggd initialstabilitet. Om vatten forsar upp och in på bildäcket i överbyggnaden 2,5 meter övervattenlinjen, pga framfart och sjögång, så kränger skeppet cirka 10 grader, när 600 000 liter, en enorm mängd vatten, har lastats där - se fig. 2.16.1B. Vattnet rinner inte ner till däck 1, eftersom öppningarna (branddörrar och trapphus) till däck 1 på däck 2 (bildäck) är på det torra i centerlinjen och försedda med 25 cm höga trösklar. Så fort färjan stannar, rinner emellertid allt vatten ut igen! Vi antar att färjan har framfart och att mer vatten kommer in.
Det krävs cirka 1 200 ton vatten, en otrolig mängd vatten, på bil/garagedäck 7,62 meter ovan kölen för att kränga skeppet 18-20 grader åt styrbord. Vattnet, 1 200 ton, bildar då en 2,8 meter hög kil med basen mot överbyggnadens inre styrbordssida med hävarm cirka 7,5 meter som kränger skeppet. (Ett antal stora lastbilar var parkerade vid styrbordsidan - vattnet fyller utrymmena under och vid sidan av lastbilarna helt, och vattenkilens tyngdpunkt förskjuts inåt) - se fig. 2.16.1C. Denna kils spets är flera meter från skeppets centerlinje och nästan en meter under branddörrarnas trösklar nära centerlinjen, när skeppet har krängt. Litet vatten rinner ut ur garaget genom de avlopp som finns i det för övrigt vattentäta däcket. Ju mer vatten som kommer in i garaget, ju mer kränger 'Estonia', och däckshuset, helt otätt, ovanpå överbyggnaden vattenfylls, fig. 2.16.1D, när krängningen är 34 grader.
Då tippar 'Estonia' upp och ned - kapsejsning!
Den rätande hävarmen (i krängt läge) GZ (GZ är det horisontella avståndet mellan fartygets tyngdpunkt G och fartygets flytkraftscentrum B är nämligen noll. Hela däckshuset vattenfylls snabbt, figs. 2.16.1E/F eftersom det inte är varken vädertätt eller vattentätt. När 'Estonia' hade tippat 90 grader - ostabilt läge, GZ <0 under ett par sekunder - borde hon ha flutit med centerlinjen och öppningarna ner till däck 1 en, två meter ovan vattenlinjen, fig. 2.16.1E. Inget vatten kunde ha runnit ner till däck 1. Sekunden efteråt flyter 'Estonia' upp och ner. Skrovet kunde omöjligen vattenfyllas uppifrån under den korta tiden!
Emellertid stannade 'Estonia' efter ett par minuter efter första slagsidan utan att kapsejsa och då borde allt vatten ha runnit ut igen.
Fartyget flyter på däckshuset?
Svenska sjöfartsverket har i ett brev 2000-12-15 Beteckning 0799-0036172 till Näringsdepartementet kommenterat ovan med att:
'Sjöfartsinspektionen vill understryka att man i läckstabilitetssammanhang inte får räkna med en flytkraft i en överbyggnad (sic - man menar däckshus) på ett fartyg, om den inte är vattentät. Den är på färjor inte vattentät för där finns dörrar, som är lätta att öppna, där finns fönsterrutor som inte tål vattentryck etc. Det förhållandet att man inte får från säkerhetsmässiga utgångspunkter räkna med flytkraften i en överbyggnad (dvs däckshus) utesluter emellertid inte att det faktiskt finns en sådan. Det gör det (sic) och bl.a. därför är haverikommissionens beskrivning av haveriförloppet mycket trolig'.
Naturligtvis finns det ingen flytkraft i ett icke vatten/vädertätt däckshus. Kommissionen anser därför i (5) att däckshuset - dvs däck 4-7 inte är vattentätt utan vattenfylldes med 7.000 ton/min under två minuter nitton minuter efter slagsidan cirka kl. 01.30-01.32, dvs med 14 000 ton vatten 3.12, men att sedan denna hastiga vattenfyllnad av däckshuset plötsligt (?) avstannade, så att fartyget flöt stabilt ytterligare 20 minuter, och Sjöfartsverket anser också att det fanns en mystisk flytkraft i däckshuset (inte överbyggnaden/bildäcket som ju redan var vattenfyllt) som hindrade att fartyget slog runt och flöt upp och ned. Hur denna mystiska flytkraft uppstod och vad den bestod av måste naturligtvis utredas för förbättrad sjösäkerhet (den existerar ej - Kommissionens utsaga är ren förfalskning!).
Även Styrelsen för psykologiskt försvar, SPF, som i april 2001 fått uppdrag av svenska regeringen att förklara vattenfyllnad och sjunkning, anser att 'Estonia' flyter på det initialt helt vattentäta (lufttäta!) däckshuset. Däckshuset vattenfylls sedan enligt SPF mycket långsamt, 12-17 minuter, genom några intryckta dörrar och fönster i däckshussidorna. Det leder emellertid inte till kapsejsning enligt SPF. Anledningen är att SPF hävdar att det finns ventilationskanaler/öppningar i överbyggnadens sida, som leder ner i skrovet, och att skrovet, som 'Estonia' flyter på, samtidigt vattenfylls genom dessa öppningar 1.51. Utsagan är falsk - det finns inga stora ventilationskanaler/öppningar i sidan. Varken Sjöfartsverket eller SPF kan förklara varför vattnet i överbyggnaden inte rann ut igen när 'Estonia' hade stannat.
Fartyg flyter på skrovet enligt Arkimedes princip
Volymen i det vattentäta skrovet under bildäcket är cirka 18 000 m3 fördelat i 14 vattentäta avdelningar, i dubbelbotten och i tankar och den luften kan inte läcka ut, när skeppet är upp och ned. Det finns också mycket flytande material i skeppet som bidrager till flytkraften.
Eftersom egenvikten bara var 10 000 ton och dödvikten 2 200 ton, fanns det gott om inbyggd flytkraft (ca 7 000 ton) kvar i skrovet, så att 'Estonia' skulle till slut ha flutit upp och ned om hon kapsejsat och tippat runt med vatten i garaget i överbyggnaden - fig. 2.16.1F.
Men det gjorde hon inte. Hon sjönk! Hur och varför 'Estonia' sjönk har Kommissionen eller SPF aldrig kunnat förklara.
Det spelar ingen roll om det är fel i ovan viktantaganden, dvs om skeppet och lasten, etc., var lättare eller tyngre, eller om stabiliteten var litet sämre eller bättre eller hävarmarna var längre eller kortare, eftersom principresultatet alltid är detsamma. Det krävs betydande, enorma mängder vatten på bildäcket i överbyggnaden för att kränga skeppet 18 grader, och det krävs otroliga 2 000 ton med vatten i överbyggnaden för att kränga skeppet cirka 34 grader, så att det tippar och flyter upp och ned på skrovet efter ett par minuter (eller sekunder). Kapsejsning sker snabbt när GZ är noll.
Färjor trimmar med vatten i en överbyggnad utan tvärskeppsskott
Vatten i garaget i överbyggnaden utan tvärskeppsskott kränger i själva verket inte bara skeppet. Vattnet trimmar också skeppet antingen på fören eller på aktern. Vattnet hamnar alltid på bildäckets lägsta punkt, som ändrar läge när skeppet trimmar/kränger.
Med cirka 1 200 ton vatten i överbyggnaden trimmar skeppet cirka en meter antingen på aktern (1 200 ton vatten akterut - öppningen i fören lyfts upp en meter över vattenlinjen), vilket försvårar ytterligare vatteninträngning - eller på fören (1 200 ton förut) - vilket innebär att vatten lättare forsar in om skeppet har fart framåt (annars rinner vattnet ut - vattenlasten är självlossande - och fartyget rätar upp sig!).
I det senare fallet - med 15 knops fart framåt och fören och rampen nertryckt under vågorna - skulle man förvänta att 'Estonia' hade slagit helt runt på ett par minuter Appendix 4 som 'Herald of Free Enterprise' utanför Zeebrügge 1987.
'Herald of Free Enterprise' hamnade dock bara på babordsidan, eftersom vattendjupet var 14-16 meter där hon kapsejsade, dvs hon sjönk aldrig helt under vattenytan utan vilade med babordssidan mot botten och bogporten i vattenlinjen. Det gick snabbt - alla passagerare instängda i hytter på babordssidan drunknade omedelbart, alla passagerare i hytter på styrbordssidan över vatten kastades i väggen som blev ett golv där de kunde invänta räddning och passagerarna i salongerna, som var lika breda som fartyget, hamnade i vattnet, instängda mellan golv och och tak där den f.d. styrbordsväggen med fönster och dörrar blev ett nytt tak högt ovan dem. De blev instängda i en "simbassäng" med 10 meter höga sidor! I garaget vräktes alla fordon åt babord och krossades och mosades ihop. Det var aldrig tid för evakuering, etc.
Stampning i vågor påskyndar förloppet - vattnet trycker ner förskeppet under vatten och inflödet ökar dramatiskt. Rullning i hårt väder påskyndar också kapsejsningen.
20 minuter att kränga 90 grader
Det tog enligt slutrapporten (5) cirka 20 minuter för 'Estonia' att kränga 90 grader (kl. 01.35) efter att ha plötsligt först krängt 15 grader kl. 01.15 1.9. Vi vet dock, om innerrampen var helt öppen och skeppet trimmade på fören och skeppet hade fart framåt, att det skulle slagit runt på ett par minuter pga vattnet i överbyggnaden, alternativt att om vattnet hamnade i aktern, att öppningen i fören skulle vara cirka 4-5 meter ovan vattenlinjen, dvs inget vatten kunde komma in om färjan stannat. Eventuellt vatten i överbyggnaden skulle ha runnit ut så fort färjan stannat. Det var därför inte vatten på bildäcket i överbyggnaden som orsakade slagsidan. Det är elementär stabilitetsteori för fartyg med oskadade skrov.
Skadat skrov - vanligt läckage
Om ett vattentätt utrymme under däck 1 i det vattentäta skrovet under bildäcket på 'Estonia' vattenfylls med ett par hundra ton vatten, pga läckage, minskar initialstabiliteten, metacenterhöjden GoM, pga fria vätskeytor. Om två utrymmen vattenfylls (fig. 2.16.2B) minskar metacenterhöjden ytterligare och det finns bara liten GoM kvar. Det innebär att skeppet fortfarande är stabilt, men rullar långsammare. Detta är regelkravet för skadade passagerarfartygsskrov!
Passagerarskepp som 'Estonia' skall flyta stabilt med två vattenfyllda skrovutrymmen.
Om tre skrovutrymmen delvis vattenfylls blir initialstabiliteten GoM negativ och skeppet kränger och kan faktiskt slå runt direkt. Men eftersom det 'bara' var en viss mängd som läckt in, så blir skeppet stabilt igen, när det kränger en viss vinkel - fig. 2.16.2D, eftersom de fria vätskeytorna minskar med krängvinkeln, när vattnet trycks upp mot skeppets vattentäta bildäck. Öppna vattentäta dörrar i de vattentäta skotten kommer då temporärt 'på det torra' och förhindrar att vatten sprids (se vidare 2.17 för en detaljerad beräkning).
Att tre eller flera skrovutrymmen kunde ha vattenfyllts på 'Estonia' under olycksnatten är klart. De vattentäta dörrarna (helt olagliga) mellan alla sex utrymmen på däck 1 för om maskinrummet och alla på däck 0 var öppna (totalt olagligt). Följande hände troligtvis. Först vattenfylldes (omkring kl. 00.50 eller tidigare) ett eller två utrymmen på däck 0, pga en skada, läckage, i skrovet under vattenlinjen och skeppet var fortfarande stabilt - fig. 2.16.2B. Ett par vattentäta dörrar stängdes och läckaget isolerades. Länspumpar startades.
När vattnet nådde däck 1 (omkring klockan 00.54) så spillde det ut där (fig. 2.16.2C) och observerades av ett par passagerare på däck 1, varav en som klagade i receptionen, som i sin tur meddelade bryggan (kl. 00.56).
De två smällarna
Medan ett stort antal passagerare på däck 1 började evakuera sina hytter och ta sig till däck 7, så spred sig vattnet genom de öppna vattentäta dörrarna på däck 1 och fyllde flera andra utrymmen på och under däck 1. Kanske någon öppnade de vattentäta dörrarna på däck 0 eller något gick sönder på däck 0 - de två smällarna - så att vattnet spreds snabbt på däck 0. Resultatet var att initialstabiliteten, GoM, snabbt blev noll och skeppet krängde >30 grader styrbord klockan 01.02/5 och sedan rätade upp sig.
Skeppet blev temporärt stabilt igen vid 15 graders krängning (fig. 2.16.2D), där vattnet inte kunde spridas när de vattentäta dörrarna på däck 0 ett tag var över vattnet inne i skeppet.
Men vatten fortsatte att läcka in - fig. 2.16.2E, vatten kunde åter spridas genom öppna vattentäta dörrar och däckshuset (men inte överbyggnaden - rampen var stängd) vattenfylldes också, så att skeppet långsamt men ryckvis krängde mer - 90 grader cirka kl. 01.30, fig. 2.16.2F - och sjönk kl. 01.35. Vatten forsade in på bildäcket i överbyggnaden, när däck 4 akterut kom under vatten kl 01.15 och vatten kunde forsa in genom ventilationsöppningarna på däck 4. Då började skeppet trimma på aktern!
Vid alla krängvinklar var färjan i stabil, krängd jämvikt och kapsejsade inte. Att skeppet slutligen sjönk (kl. 01.35) och inte, t.ex. tippade upp och ned, berodde alltså på att det var hål under vattenlinjen - fig. 2.16.2F och en massa vatten (vikt) som stabiliserade skeppet i botten. All luft i skeppet under garaget för om maskinrummet läckte ut genom ventilationssystemet medan krängvinkeln var mindre än 90 grader och flytkraften minskade. Maskinrummet var kanske fortfarande torrt, men dess flytkraft var bara 5 000 ton så 'Estonia' kunde inte flyta på det. Det är möjligt att den vattentäta dörren mellan hyttavdelningar och maskinrummen på däck 1 var öppen och att vatten kunde tränga in i maskinrummen den vägen.
Författaren antar att de vattentäta dörrarna mellan maskinrummen sedan var öppna och då kunde vatten spridas akterut. Alltså sjönk 'Estonia' med aktern först, som många bevittnade. De vattentäta dörrarna måste helt enkelt ha varit öppna, eftersom det inte var möjligt att vatten rann ner från däck 4 till däck 0 akterut genom två, tre vattentäta däck.
---