scarica il sommario delle lezioni

STUDI DI AGGIORNAMENTO
SULL’INGEGNERIA OFF-SHORE E
MARINA
16 e 17 Ottobre 2015
DICCA - Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica e Ambientale
Villa Cambiaso - Piano Nobile
Università degli Studi di Genova
SOMMARI DEGLI STUDI DI AGGIORNAMENTO
INDICE
G. Scarsi, S. Stura - Azioni delle onde su dighe verticali situate su medi e alti fondali
pag. 3
B. Guida, E. Terrile - Tropical cyclone design wave assessment
pag. 5
P. De Girolamo, D. Pasquali, M. Di Risio - Previsione in tempo reale dei livelli in bacini
semi-chiusi
pag. 7
L. Sartini, F. Cassola, G. Besio - Sulla stagionalità delle onde estreme nel Mar Mediterraneo
pag. 9
S. Pelizza, G. Fiorini - La nuova piattaforma Multipurpose del Porto di Vado Ligure
pag. 11
M. Gilardoni, L. De Angelis - Il nuovo porto di Al Faw in Iraq
pag. 15
A. Pedroncini - Supporto modellistico nella definizione degli interventi di mitigazione del fenomeno di
insabbiamento del porto di Tremestieri (Messina)
pag. 17
C. Aricò, C. Lo Re - Un modello non idrostatico, integrato sulla verticale per i processi idrodinamici costieri.
Validazione con nuovi esperimenti di laboratorio
pag. 18
G. Antolloni - Analisi e modellazione delle briccole di accosto flessibili dei sistemi di
attracco off-shore
pag. 20
P. Beamish - The Venice Offshore-Onshore port concept
pag. 22
F. Arena, V. Laface, G. Malara, A. Romolo - Applicazione del concetto di equivalent power storm alla stima
dell’energia ondosa
pag. 23
A. Orlandi - Il sistema di monitoraggio e previsione meteo-marina del Consorzio LaMMA. Applicazioni
all'efficienza energetica della navigazione
pag. 24
A. Avila Armella - Weather downtime in offshore wind installation works: assessment and potential R&D
work lines
pag. 26
L.A. Cusati, T. Del Giudice - Il sistema integrato “Mar Ligure”: l’idrodinamica 3D come base per la
previsione della qualità delle acque e la gestione delle emergenze
pag. 28
2
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
AZIONI DELLE ONDE SU DIGHE VERTICALI SITUATE SU MEDI
ED ALTI FONDALI
G. Scarsi1 & S. Stura1
(1) Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica e Ambientale, Università degli Studi di Genova,
Italia – e-mail: [email protected]
SOMMARIO
L’aumento delle dimensioni delle navi richiede la disponibilità di specchi acquei
portuali adeguati per la loro manovra. Tale nuova circostanza comporta, per i porti
esterni, la necessità di spostare verso il largo le opere di difesa, raggiungendo fondali
di considerevole profondità, come sta avvenendo per il porto di Savona-Vado e come
si prevede debba avvenire per il Porto di Genova, con lo spostamento della diga
foranea su un fondale di circa 50 m. Precedenti indagini (2013, 2014, 2015) hanno
messo in evidenza che l’azione del moto ondoso su dighe situate su elevate profondità
presenta aspetti peculiari che richiedono, nella formalizzazione dei modelli
matematici completi, una particolare attenzione nei confronti, soprattutto, di una
appropriata individuazione delle condizioni limiti per l’altezza e il periodo d’onda e
di una accurata valutazione dell’azione del moto ondoso, oltre che in condizioni di
cresta, anche in condizioni di cavo. Il modello presentato, che opera con grandezze
rese adimensionali per la generalizzazione dei risultati: si appoggia, per la
valutazione delle forze qui considerate nel dominio del tempo, al modello non lineare
di Fenton (1985) al terzo ordine di approssimazione, opportunamente rivisitato;
utilizza un procedimento già suggerito (1977) per la correlazione tra l’altezza delle
onde sulla parete e la corrispondente altezza delle onde incidenti con direzione
normale o obliqua; propone uno schema operativo che individua le condizioni limiti
relative alle altezze delle onde random massime a partire dalle condizioni di
frangimento e dalle condizioni di saturazione degli spettri di energia che descrivono
gli stati di mare ai quali appartengono tali onde; fornisce relazioni analitiche, di
comodo impiego, per la determinazione delle forze adimensionali indotte in
condizioni di cresta e di cavo su pareti “indefinite”, ottenute attraverso interpolazioni
matematiche non lineari al quarto ordine sui dati calcolati; consente di valutare
l’effetto della presenza di un imbasamento sull’entità delle forze. Si intende
evidenziare quanto segue: il modello di Fenton è in grado di interpretare il possibile
sdoppiamento delle creste nella oscillazione delle forze che ne limita la crescita ma
ne aumenta la persistenza; la specificazione della correlazione tra l’altezza delle onde
sulla parete e l’altezza delle onde incidenti consente di rendere effettivamente
operativo il modello di Fenton; la condizione limite per le altezze delle onde random
dovuta al frangimento è sostituita da quella relativa alla saturazione già all’inizio del
campo delle profondità intermedie; in assenza di imbasamento la forza differenza in
condizioni di cresta prevale su quella in condizioni di cavo nel campo delle basse
profondità (azione prevalente verso terra) mentre la situazione si inverte con
3
G. Scarsi, S. Stura
l’aumentare della profondità del fondale (azione prevalente verso mare); l’effetto
dell’imbasamento sulla riduzione delle forze è più marcato per le forze in cavo
rispetto alle forze in cresta. Si osserva infine che il modello proposto può costituire
strumento utile per una discussione circa l’inquadramento della progettazione delle
opere di difesa portuali nell’ambito delle NTC 2008.
4
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
TROPICAL CYCLONE DESIGN WAVE ASSESSMENT
B. Guida1 & E. Terrile1
(1) Oceanography and Marine Modeling Unit, D’Appolonia S.p.A., Italy, e-mail:
[email protected], [email protected]
SOMMARIO
I Cicloni Tropicali rappresentano uno dei fenomeni naturali più catastrofici sul
pianeta. L'effetto di tali eventi per le attività umane e l'ambiente è una conclusione
scontata.
Nella progettazione di strutture offshore in aree interessate da fenomeni ciclonici i
parametri meteomarini di progettazione (ovvero vento, onda e corrente “estreme”)
vengonosolitamente definiti utilizzando database storici contenenti informazioni
riguardanti cicloni tropicali verificatesi nell’area di interesse (per esempio il
percorso, la velocità di propagazione, la massima intensità del vento, la minima
pressione, etc.).
Da questi database storici vengono quindi estrapolati i valori di altezza d’onda e
vento per definiti periodi di ritono da usare in fase di progettazione. Considerata la
brevità delle serie storiche nel database (non più di 40-50 anni) rispetto ai periodi di
ritorno richiesti dalle normative (ad esempio 100, 1000 e 10.000 anni),
l'estrapolazione della coda della distribuzione con pochi punti di dati è inadeguata.
Per superare il problema nelle aree in cui i database storici dei cicloni sono
caratterizzati da pochi dati, un database sintetico statisticamente valido è necessario
al fine di ampliare il numero di eventi da analizzare (James e Mason 2005 Yasuda et
al., 2010) .
Un database ciclone tropicale sintetico, statisticamente coerente, è stato creato per il
Canale del Mozambico utilizzando un modello autoregressivo capace di prevedere la
traiettoria seguita da ciascun ciclone e l’intensità del ciclone stesso. Si osserva che il
fine ultimo di tale tipologia di modello non è quello di fornire delle previsioni accurate
relative al movimenti dei cicloni, ma semplicemente riprodurre la statistica contenuta
nei database storici ampliandone il numero di eventi.
Il profilo del vento per ogni ciclone “sintetico” è stato riprodotto utilizzando il
modello di Holland (1980). Un coefficiente di calibrazione è stato aggiunto per
ottenere un profilo del vento più vicino a quello presente nei pochi dati relativi
all’Oceano Indiano Meridionale. I campi di vento così ricavati sono stati quindi
utilizzati come forzante per il modello numerico di moto ondoso SWAN, vedi Figura
1. Nei punti di interesse, sono state quindi estratte le serie temporali di moto ondoso
e vento associato per ciascun ciclone simulato. Dall’analisi di queste serie temporali
sono quindi stati ricavati i valori di onde progettuali estreme indotte da eventi
ciclonici.
5
B. Guida, E. Terrile
Figura 1 – Moto ondoso indotto da un Ciclone Tropicale
BIBLIOGRAFIA
James, M. K., and L. B. Mason, (2005). Synthetic Tropical Cyclone Databas. Journal of
Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 131(4), 181-192.
Yasuda, T., Mase, H., Mori, N., (2010). Projection of future typhoons landing on Japan
based on a stochastic typhoon model utilizing AGCM projections. H. Res. Lett. 4, 65.
6
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
PREVISIONE IN TEMPO REALE DEI LIVELLI
IN BACINI SEMI-CHIUSI
P. De Girolamo1, D. Pasquali2 & M. Di Risio2
(1) Sapienza” Università di Roma, DICEA, Via Eudossiana, 18, 00184 Roma, Italia, - e-mail:
[email protected]
(2) Università di L’Aquila, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile Architettura e Ambientale,
Laboratorio di Idraulica Ambientale e Marittima (DICEAA-LIAM), P,le Pontieri, 1, 67040
Monteluco di Roio, L’Aquila, Italia - e-mail: [email protected],
[email protected]
SOMMARIO
La previsione in tempo reale dei livelli può essere di prezioso ausilio per la gestione
dei cantieri marittimi e delle attività portuali in genere. Nel caso di bacini semi chiusi
le variazioni del livello marino (sovralzo di tempesta) si esplicano in relazione alle
caratteristiche dinamiche del bacino stesso, cioè alle caratteristiche dei modi di
oscillazione (sesse) eccitati dalle forzanti meteorologiche, dipendentemente dalla sua
forma e dalla configurazione batimetrica. Nel rispetto dell’ipotesi di linearità dei
bacini, comunemente accettata (es. Roos and Schuttelaars, 2011), a tale componente
stocastica di variazione del livello marino (componente meteorologica) si aggiunge
l’oscillazione deterministica astronomica (componente astronomica, es. Codiga et
al., 2011) che, insieme, concorrono alla definizione del cosiddetto “livello totale”.
Il presente lavoro descrive un nuovo approccio (Pasquali et al., 2015) volto alla
previsione degli eventi di sovralzo di tempesta che possono verificarsi in bacini semichiusi, quali il Mar Adriatico. L’approccio è caratterizzato da un onere
computazionale molto limitato che permette la sua applicazione in tempo reale.
L’idea di base consiste nell’utilizzo della teoria dei sistemi dinamici lineari. In sintesi,
viene calcolata numericamente la funzione di risposta dell’intero bacino ad una
tensione di vento unitaria applicata ad una serie di aree del bacino. La funzione di
risposta a un impulso unitario può essere utilizzata al fine di ottenere una serie di
livello non calibrata in un certo punto di interesse localizzato all’interno del bacino
stesso. La serie così ottenuta non ha la pretesa di predire in maniera affidabile il
sovralzo di tempesta, ma di offrire una serie temporale fisicamente basata da
correggere mediante metodi statistici (es. Reti Neurali). In sintesi, la previsione dei
livelli viene ottenuta tramite l’utilizzo di un approccio deterministico fisicamente
basato i cui risultati vengono corretti con approccio statistico (es. Herman et al.,
2007) al fine di considerare gli altri effetti da cui il sovralzo di tempesta dipende (es.
effetto barico inverso e stato iniziale del sistema). Quindi, il livello totale previsto
viene fornito sovrapponendo alla componente meteorologica quella armonica.
La risposta del bacino a un impulso unitario di vento è stimato tramite il modello
numerico ROMS (Haidvogel et al., 2008) e la serie di livello non calibrata in
corrispondenza del generico punto di interesse è ottenuta sfruttando il principio di
7
P. De Girolamo, D. Pasquali, M. Di Risio
proporzionalità e di sovrapposizione degli effetti utilizzando le previsioni di vento
fornite da un qualsiasi centro di previsione (es. ECMWF). Si osserva, pertanto, che
le simulazioni numeriche finalizzate alla stima delle funzioni di risposta vengono
effettuate una volta per tutte, ottenendo un basso onere computazionale. La serie di
livello non calibrata viene corretta utilizzando una serie di reti neurali
opportunamente addestrate utilizzando la serie di livello non calibrata stessa, le
previsioni di pressione lungo il bacino e le misure di livello acquisite recentemente
nel punto di interesse.
L’articolo descrive l’applicazione del metodo ad un caso studio relativo ad un punto
di interesse posto nella porzione settentrionale del Mar Adriatico, in corrispondenza
della Laguna Veneta. I risultati (Figura 1) mostrano la buona affidabilità del metodo
che, pertanto, si presta ad essere utilizzato in tempo reale.
Figura 1: Confronto tra la componente meteorologica non calibrata (linea
tratteggiata), la componente meteorologica corretta (linea continua), la serie di livello
totale prevista (linea continua spessa), la componente meteorologica misurata
(asterischi) e la serie di livello totale misurato (croci).
BIBLIOGRAFIA
Codiga, D.L., 2011. Unified Tidal Analysis and Prediction Using the UTide Matlab
Functions. Technical Report 2011-01. Graduate School of Oceanography, University
of Rhode Island, Narragansett, RI, p. 59.
Herman, A., Kaiser, R., Niemeyer, H.D., 2007. Modelling of a medium-term dynamics in
a shallow tidal sea, based on combined physical and neural network methods. Ocean
Model. 17, 277e299.
Pasquali, D., Di Risio, M., & De Girolamo, P. (2015). A simplified real time method to
forecast semi-enclosed basins storm surge. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 165,
61-69.
Roos, P.C., Schuttelaars, H.M., 2011. Influence of topography on tide propagation and
amplification in semi-enclosed basins. Ocean Dyn. 61, 21e38. http://dx.doi.org/
10.1007/s10236-010-0340-0.
Haidvogel, D.B., Arango, H., Budgell, W.P., Cornuelle, B.D., Curchitser, E., Di Lorenzo,
E., Fennel, K., Geyer, W.R., Hermann, A.J., Lanerolle, L., et al., 2008. Ocean
forecasting in terrain-following coordinates: formulation and skill assessment of the
regional ocean modeling system. J. Comput. Phys. 227, 3595-3624.
8
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
SULLA STAGIONALITÀ DELLE ONDE ESTREME NEL MAR
MEDITERRANEO
L. Sartini1 & F. Cassola2,3 & G. Besio1
(1) Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica e Ambientale, Via Montallegro 1, 16145, Genova,
Università degli Studi di Genova- e-mail: [email protected]
(2) DIFI, Dipartimento di Fisica, Via Dodecaneso 33, 16146, Genova, Università degli Studi di
Genova, Italy.
(3) INFN, Genoa Section, Via Dodecaneso 33, 16146, Genova.
SOMMARIO
Il presente lavoro è incentrato sull'implementazione di una versione non stazionaria
del modello di processo GPD-P (Generalized Pareto Distribution-Poisson) e sua
diretta applicazione alle altezze d'onda significativa del Mar Mediterraneo.
A tal fine, sono state utilizzate le serie storiche del moto ondoso relative a 32 anni
(1979-2010, Mentaschi et al., 2015) generate nell'intera area mediante la catena di
modellistica
operativa
attiva
presso
il
DICCA
(http://www.dicca.unige.it/meteocean/).
Il carattere non stazionario esibito dalle altezze d'onda significative (Figura 1) ha
suggerito di modellare i parametri del modello con funzioni armoniche, al fine di
simulare i cicli stagionali all'interno di un anno. I trend a lungo termine e gli effetti
delle covariate (velocità del vento a 10 m dal suolo e il livello medio di pressione a
livello del mare, estratti dal modello meteorologico WRF-ARW, Figura 2) sono
inoltre stati incorporati nel modello.
Figura 1. Livelli di ritorno intra-annuali per il punto boa di Alghero.
In particolare, lo studio proposto è stato condotto con l'obiettivo di investigare i
diversi livelli di ritorno stagionali esibiti dalle altezze d'onda significative in risposta
9
L. Sartini, F. Cassola, G. Besio
alle principali forzanti meteorologiche, ampiamente diversificate nel bacino del
Mediterraneo, provando ad approfondire i seguenti aspetti:
i) spiegare i diversi livelli di ritorno stagionali sulla base delle variabili
meteorologiche;
ii) valutare gli effetti esercitati dalle variabili meteorologiche a mesoscala sui
campi di moto ondoso;
iii) effettuare uno studio di sensibilità volto a testare la sensibilità del modello in
risposta alla tipologia di forzante meteorologica incorporata.
I risultati ottenuti hanno consentito non sono di attuare un aggiornamento della
definizione del clima ondoso già realizzato in modalità stazionaria (Sartini et al,
2015), ma anche di comprendere ed approfondire il legame sussistente tra le diverse
tipologie di clima ondoso dell'area e le dinamiche atmosferiche a mesoscala (Figura
2).
Figura 2. Campo di pressione media sul livello del mare mediato stagionalmente
(Dicembre-Gennaio-Febbraio)
BIBLIOGRAFIA
Mentaschi, L., G. Besio, F. Cassola, and A. Mazzino (2015), Performance evaluation of
Wavewatch III in the Mediterranean Sea, Ocean Modell., 90, 82–94.
Sartini, L., L. Mentaschi, and G. Besio (2015), Comparing different extreme wave
analysis models for wave climate assessment along the Italian coast, Coastal Eng.,
100, 37–47.
Sartini, L., Cassola, F., Besio, G., (2015), Extreme waves seasonality analysis: An
application in the Mediterranean Sea, J. Geophys. Res. Oceans, 2169-9291.
10
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
LA NUOVA PIATTAFORMA MULTIPURPOSE DEL PORTO DI
VADO LIGURE
S. Pelizza1, F. Destefanis1, G. Fiorini2
(1) Coordinatore Area Tecnica Autorità Portuale di Savona - Responsabile unico del procedimento
- Via Gramsci, 14 - 19110 Savona
e-mail: [email protected]
(2) Responsabile del Progetto - Technital S.p.A. - Via C. Cattaneo, 20 - 37121 Verona
e-mail: [email protected]
La piattaforma multipurpose di area 210.000 m, da realizzarsi nella rada di Vado
Ligure è destinata ad ospitare:
 un terminal container di capacità 720.000 TEUs all’anno, dotato di una
banchina che, grazie agli alti fondali naturali presenti nella rada di Vado,
consente l’approdo di navi portacontenitori del tipo super-post Panamax
(tipo Emma Marsk);
 una banchina per rinfuse per navi da 80.000 T, collegata a terra con un
nastro in grado di alimentare la centrale elettrica a carbone di Tirreno
Power;
 una banchina per prodotti petroliferi, per i due operatori (Esso-Petrolig) che
oggi operano nella rada su due pontili ad essi dedicati, da demolire.
La situazione della rada, coperta solo parzialmente da venti da sud - sud ovest, ha
orientato la scelta costruttiva verso una soluzione il più possibile prefabbricata; in
sostanza la piattaforma è suddivisa in un’area a terra, che ne costituisce il
radicamento alla costa, costituita da una terrapieno conterminato da cassoni
cellulari in conglomerato cementizio armato, e da un’area a giorno, sul lato mare,
costituita da cassoni cellulari in c.a., dotati di colonne verticali in c.a. che sorreggono
un impalcato in calcestruzzo armato.
La sfida della piattaforma è consistita nel conciliare il terreno di fondazione, che
presenta in superficie uno strato limoso di circa 12 m di spessore, caratterizzato da
una consistenza molto bassa e quindi da una alta compressibilità, con le basse
tolleranze delle gru di piazzale elettriche su rotaia.
L’obiettivo di limitare i cedimenti ai valori bassi ammessi dalle gru è stato raggiunto
tramite un sistema di precariche ed un trattamento del terreno con colonne in
calcestruzzo da realizzare con la tecnologia CMC.
11
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
ANALISI DEGLI EFFETTI DI BERMA SUMMERSA
SULLA STABILITÀ DI OPERE A GETTATA
M. Di Risio1, D. Pasquali1 & P. De Girolamo2
(1) Università di L’Aquila, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile Architettura e Ambientale,
Laboratorio di Idraulica Ambientale e Marittima (DICEAA-LIAM), P,le Pontieri, 1, 67040
Monteluco di Roio, L’Aquila, Italia - e-mail: [email protected],
[email protected]
(2) Sapienza” Università di Roma, DICEA, Via Eudossiana, 18, 00184 Roma, Italia, - e-mail:
[email protected]
SOMMARIO
Uno degli aspetti del dimensionamento idraulico delle opere a gettata riguarda la
scelta delle dimensioni (ovvero della massa) degli elementi, siano essi artificiali o
naturali, che costituiscono la mantellata della struttura. Ad oggi esistono varie
formule empiriche (es. Van Der Meer, 1987) che permettono l’agevole
dimensionamento della mantellata a partire dalle caratteristiche dell’onda di
progetto. In alcuni casi, può accadere che le analisi geotecniche del materiale che
costituisce il fondale suggeriscano la realizzazione di uno strato di transizione in
grado di distribuire i carichi esercitati dall’opera (Pasquali et al., 2014). In questi
casi si ha la presenza di una berma sommersa che, in linea di principio, permette di
poter utilizzare elementi di peso inferiore per la realizzazione della mantellata
rispetto al caso di assenza di berma (Van Gent, 2013). Tuttavia ricerche passate si
sono concentrate sullo studio (principalmente sperimentale) dell’effetto di berme
particolarmente alte per le quali il valore della profondità al piede della mantellata
(hb in Figura 1) è notevolmente diversa dalla profondità al piede dell’opera (h0 in
Figura 1). In estrema sintesi, l’utilizzo delle formulazioni di letteratura possono
portare a un sottodimensionamento della mantellata a causa della sopravvalutazione
dell’effetto della berma sommersa.
Lo scopo della presente memoria è quello di proporre un criterio di dimensionamento
di opere a gettata in presenza di berme sommerse di piccolo spessore (s in Figura 1)
rispetto alla profondità (h0 in Figura 1). Lo studio è basato sull’utilizzo congiunto di
modellazione numerica e riproduzione sperimentale. In particolare, l’effetto della
berma sommersa sulla propagazione delle onde incidenti è valutato tramite l’utilizzo
del modello numerico SWASH (Zilema et al., 2011), opportunamente validato rispetto
alle osservazioni sperimentali acquisite durante un’indagine relativa alla verifica
della stabilità di un’opera a gettata in similitudine di Froude (si veda Pasquali et al.,
2014). L’utilizzo del modello numerico permette la stima parametrica (in funzione
dello spessore s e della lunghezza Lb della berma) del valore dell’altezza d’onda H2%
al piede della mantellata che, così come suggerito da Van Der Meer (1987), gioca un
ruolo chiave nel dimensionamento della mantellata nel caso in cui la propagazione
delle onde incidenti è influenzata dal fondale. Il risultato è una formulazione
12
M. Di Risio, D. Pasquali, P. De Girolamo
parametrica dell’informazione idrodinamica (l’altezza d’onda H2%) che, introdotta
nella formula di dimensionamento di Van Der Meer, permette di considerare l’effetto
della berma sommersa. I risultati sono confrontati con le osservazioni sperimentali
mostrando un buon accordo. Inoltre, i risultati ottenuti sono confrontati con la
formulazione proposta da Van Gent (2013) estendendone di fatto il campo di
applicazione a berme sommerse basse.
Figura 1: Schema di un’opera a gettata con berma sommersa. La profondità al piede
dell’opera (h0) è diversa rispetto alla profondità al piede della mantellata (hb) a
causa della presenza della berma sommersa di spessore s e lunghezza Lb.
BIBLIOGRAFIA
Pasquali D., De Girolamo P., Passacantando G., Pellegrini G., Rashid A. A. & Di Risio
M., (2014) Experimental parametric study of the new al faw port rubble mound
breakwater, Proc. Of 5th International Conference on The Application of Physical
Modelling to Port and Coastal Protection, COASTLAB14, 29 September - 2 October
2014, Varna, Bulgaria
Van der Meer, J. W. 1987. ‘Stability of breakwater armour layers - design formulae’,
Coastal Engineering 11-3, pp. 219-239.
Van Gent, M. R., Smale, A. J., & Kuiper, C. (2004).’ Stability of rock slopes with shallow
foreshores’, Proceedings of Coastal structures, pp. 100-112.
Van Gent, M. R. (2013). Rock stability of rubble mound breakwaters with a berm. Coastal
Engineering, vol. 78, pp. 35-45.
Zijlema, M., Stelling, G. and Smit, P., 2011. SWASH: An operational public domain code
for simulating wave fields and rapidly varied flows in coastal waters. Coast. Engng.,
58, 992-1012.
13
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
“IL NUOVO PORTO DI AL FAW IN IRAQ”
L.de Angelis1 & M. Gilardoni2
(1) TECHNITAL S.p.A., Via Cassano d’Adda, 27/1, 20137 Milano, ITALIA - e-mail:
[email protected]
(2) TECHNITAL S.p.A., Via Cassano d’Adda, 27/1, 20137 Milano, ITALIA - e-mail:
[email protected]
SOMMARIO
Il nuovo porto di Al Faw è un esempio di un pianificazione, progettazione e direzione
lavori di un porto di notevoli dimensioni, e tocca le principali tecniche e tecnologie
di progettazione e realizzazione delle opere marittime.
Il nuovo porto di Al Faw in Iraq è stato pianificato in funzione dello sviluppo previsto
dell’Iraq nei prossimi 50 anni e, in considerazione del limitato tratto di costa a
disposizione, anche per un futuro più a lungo termine.
Il Contratto per “Engineering Consultancy Services for the New Al Faw Port” è stato
firmato nel gennaio 2010 fra il Ministero dei Trasporti Iracheno e il consorzio
italiano IECAF (Italian Engineers and Consultants for Al Faw), costituita da
Technital S.p.A., Progetti Europa & Global S.p.A. e RSG S.r.l.
Descrizione del progetto
Il nuovo porto di Al Faw è situato lungo il canale Kaw Abd Allah, in prossimità della
foce dello Shatt Al Arab, in Iraq.
Il nuovo porto è stato progettato per molteplici e differenti funzioni:
- Porto commerciale: Container Terminal da 2 a 25 milioni TEU/anno;
- Dry Bulk Terminal fino a 50 milioni t/anno
- General Cargo Terminal : fino a 5 milioni t/anno
- Terminal auto: fino 400,000 veicoli/anno
- Impianti, servizi, edifici, strade e ferrovie necessari per il funzionamento del
porto
14
L. De Angelis, M. Gilardoni
-
Base navale: banchine per navi marina militare, shipyard e shiplift, impianti e
servizi
- Oil Terminal: parco serbatoi per 4 prodotti differenti, 6 accosti per
carico/scarico prodotti raffinati, impianti, servizi e edifici
- Shipyard: spazio a disposizione per futura realizzazione
La profondità delle banchine (-17.5m) permetterà l’operatività delle navi
portacontainer di nuova generazione. Nella configurazione finale del porto sono
previsti 16,000 m di banchine per le operazioni delle navi portacontainer (circa 46
banchine d’attracco), 5,000 m per le banchine per merci alla rinfusa (circa 6
banchine d’attracco) e 4,000 m per le banchine industriali/general cargo (20 accosti)
Il progetto include un’area di 2.000.000 m2 per lo stoccaggio dei container, 600.000
m2 per lo stoccaggio di merci alla rinfusa e 1.000.000 m 2 di aree a terra per la
costruzione di edifici e magazzini, 200.000 m3 di silos per il grano.
Attività
Le attività sviluppate dal Consorzio IECAF nell’ambito di questo progetto sono:
supervisione delle indagini topografiche, batimetriche, geotecniche e meteomarine,
coordinamento ed esecuzione degli studi specialistici a supporto della progettazione,
il Piano regolatore portuale, la progettazione a livello di FEED (Front End
Engineering Design). IECAF è anche responsabile dell’assistenza in fase di gara,
incluse negoziazione e firma del contratto di progettazione e costruzione, della
direzione lavori, della supervisione e il controllo del progetto esecutivo.
Il layout e la posizione del porto sono stati definiti tenendo in considerazione le
interferenze con altri progetti in corso di esecuzione nella zona, i possibili effetti
sull’idrodinamica e la morfologia del sito, e gli aspetti di navigazione.
Le attività hanno incluso la revisione dei risultati dello studio di fattibilità realizzato
dal Consorzio CIITI e completato nel 2008, tenendo conto delle informazioni
aggiornate sul traffico esistente e la domanda futura del Paese, in termini di strade,
ferrovie e porti.
Il piano regolatore del porto è stato sviluppato tenendo in conto l’estensione di
banchine e piazzali, la profondità di banchine e canali, le strutture, gli impianti, gli
edifici, ecc., i requisiti tecnici discussi con il cliente, e esaminando inoltre il risultato
di studi tecnici specialistici, in particolar modo geotecnici e idrodinamici.
Le strutture e gli impianti necessari affinché il porto sia operativo nella prima fase di
costruzione (2028) sono stati progettati a livello di FEED (Front End Engineering
Design). Lo scopo del lavoro include anche la redazione dei documenti di gara
relativi alla costruzione, da attuarsi con contratto conforme alle normative FIDIC
Yellow Book.
Il porto sarà realizzato in più fasi. Al momento sono state aggiudicate due fasi di
costruzione: la diga di protezione Est e la diga di protezione Ovest. Recentemente è
stata avviata la procedura di gara in forma di BOT (Build, Operate and Transfer) del
Terminal Container per una capacità di 1,75-2 milioni di TEU/anno.
15
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
SUPPORTO MODELLISTICO NELLA DEFINIZIONE DEGLI
INTERVENTI DI MITIGAZIONE DEL FENOMENO DI
INSABBIAMENTO DEL PORTO DI TREMESTIERI (MESSINA)
A. Pedroncini1, S. Torretta1, F. Di Sarcina2
(1) DHI S.r.l., Via Operai 40/19, 16149 Genova
(2) Autorità Portuale di Messina, Via Vittorio Emanuele II, 27, 98122 Messina
SOMMARIO
Il porto di Tremestieri (ME), completato negli anni 2005-2006, ha determinato un
significativo impatto sulle dinamiche di trasporto sedimentario lungo la costa ionica
messinese in termini di progressivo accumulo di una grande quantità di sedimento
nel tratto a sud del molo di sopraflutto, con la contestuale accentuazione dei fenomeni
erosivi nel tratto di costa a nord dell’approdo, e di progressivo accumulo di sedimenti
nei pressi dell’imboccatura del porto.
A fronte dei recenti e reiterati fenomeni di insabbiamento dell’imboccatura portuale
dell’approdo di Tremestieri, e la conseguente forzata chiusura al traffico marittimo,
l’Autorità Portuale di Messina e DHI hanno predisposto approfondimenti e studi
supportati da modellistica numerica al fine di individuare e verificare alcune
soluzioni volte alla mitigazione del problema.
Gli studi hanno previsto diverse fasi, che hanno contemplato la valutazione e la
condivisione tra DHI e i tecnici dell’Autorità Portuale delle possibili ipotesi
progettuali volte alla mitigazione dei fenomeni di insabbiamento, la raccolta dei dati
batimetrici, sedimentologici, anemometrici e ondametrici ed infine la predisposizione
di due modelli numerici, volti rispettivamente alla quantificazione del trasporto
sedimentario in corrispondenza del sito di Tremestieri dal 1990 e alla verifica ed
ottimizzazione dell’ipotesi progettuale di realizzazione di una sorta di “vasca di
sedimentazione” per il trasporto litoraneo. Il volume della vasca, nonché la sua forma
e collocazione dovranno garantire, con opportuna manutenzione, che le profondità
all’imboccatura portuale siano tali da permettere l’operatività del porto. Per i dati
meteomarini storici si è fatto riferimento al database MWM (Mediterranean Wind
Wave Model) di DHI, che include la ricostruzione storica (hindcast) delle condizioni
di vento e onda in tutto il bacino del Mediterraneo.
Le simulazioni relative all’andamento del trasporto litoraneo “storico” hanno
permesso di stimare in circa 37.000 m3 il volume di materiale che mediamente
attraversa in un anno un’ipotetica sezione trasversale posta ortogonalmente al molo
di sopraflutto del porto di Tremestieri. La variabilità interannuale del trasporto
risulta assai elevata, con anni caratterizzati da volumi movimentati inferiori a 20 mila
m3 ed anni caratterizzati da trasporto sedimentario superiore a 50 mila m3. Gli eventi
16
A. Pedroncini. S. Torretta, F. Di Sarcina
di mareggiata del Novembre 2014 e del Febbraio 2015, che hanno determinato il
fermo dell’operatività del porto a seguito dell’insabbiamento di larga parte del
bacino portuale, si collocano ai primi posti nella lista ultraventennale degli eventi
che hanno comportato apporti sedimentari consistenti.
Le analisi effettuate hanno rafforzato la consapevolezza che l’ipotesi progettuale
della vasca costituisca, tra tutte le soluzioni possibili, quella che garantisce la
migliore combinazione tra necessità di esecuzione rapida dell’intervento, costi di
realizzazione ed incremento significativo del margine di sicurezza rispetto alla
condizione attuale in riferimento alle problematiche di insabbiamento. I volumi di
trasporto sedimentario che caratterizzano il sito in rapporto ai volumi di escavo
ipotizzati per la soluzione in oggetto rendono in ogni caso necessaria una continua
verifica della funzionalità della “vasca di sedimentazione” ipotizzata.
La definizione della forma, dalla posizione e del volume della “vasca” sono stati
oggetto di un processo iterativo per ottimizzare al massimo lo scavo, minimizzando
la rimozione di sedimenti in aree non interessate dal fenomeno di accumulo e tenendo
conto dei vincoli strutturali legati alla prossimità di alcune zone del fondale con le
fondazioni delle opere foranee esistenti.
A seguito delle prime simulazioni, appariva sempre più evidente la necessità di
intervenire in misura significativa anche con il dragaggio della parte esterna del
porto, nella zona adiacente il molo di sopraflutto, creando così un volume utile per
l’accumulo almeno di parte del materiale sedimentario trasportato durante la
mareggiata, minimizzando in tal modo l’ingresso dello stesso nella zona di
imboccatura portuale. La soluzione finale adottata prevede infatti la rimozione di
circa metà del volume complessivamente da dragare nell’area interna al porto e metà
del volume nell’area esterna allo stesso, in adiacenza al molo di sopraflutto.
La forma e la dimensione definitive da adottare per la “vasca” sono state
opportunamente valutate sulla base dei risultati del modello morfodinamico
(accoppiamento dinamico di modelli bidimensionali di propagazione del moto
ondoso, correnti e trasporto sedimentario) per la mareggiata di riferimento del 2123 Febbraio 2015.
Tale soluzione è stata successivamente tradotta in un vero e proprio progetto delle
attività di escavo, che ha previsto le opportune verifiche in termini di effettivi volumi
da movimentare, nonché le necessarie verifiche di stabilità del pendio e delle opere
foranee in presenza della “vasca”.
17
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
UN MODELLO NON-IDROSTATICO, INTEGRATO SULLA
VERTICALE PER I PROCESSI IDRODINAMICI COSTIERI.
VALIDAZIONE CON NUOVI ESPERIMENTI DI LABORATORIO.
RISULTATI PRELIMINARI
C. Aricò, C. Lo Re, M. Monteforte, G. B. Ferreri & G. La Loggia
(1) Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, Aerospaziale, dei Materiali (DICAM),
Università di Palermo, Viale delle Scienze, Ed. 8, 90128, Palermo - e-mail:
[email protected]
SOMMARIO
Si presenta un modello ai Volumi Finiti, integrato sulla verticale, per la modellazione
numerica di processi idrodinamici costieri (rifrazione, shoaling, wave breaking, runup, ...) descritti dalle equazioni delle acque basse con ipotesi di distribuzione delle
pressioni non-idrostatica. Le equazioni di governo sono scritte in forma conservativa.
Il dominio spaziale è discretizzato con griglie di calcolo non strutturate triangolari,
a causa della loro capacità di adattarsi a geometrie e contorni irregolari dei domini
fisici naturali. Le griglie di calcolo devono soddisfare la proprietà Generalizzata di
Delaunay.
Nell'algoritmo numerico, si applica una procedura del passo temporale frazionato in
cui si risolvono in successione un problema idrostatico ed uno non idrostatico. Il
problema idrostatico, a sua volta, è risolto applicando uno schema predizionecorrezione, pertanto, globalmente, la procedura ha 3 passi, di cui i primi sono relativi
alla soluzione di un problema idrostatico. Durante l'ultimo passo, si corregge il
campo di moto calcolato dai primi due passi (idrostatici), inserendo nelle equazioni
del moto i termini di pressione non idrostatica.
Si dimostra che il modello conserva la massa, sia localmente, sia globalmente. La
procedura numerica ha mostrato soluzioni stabili per numeri di Courant-FriedrichsLevy (CFL) maggiori di 1. Il modello è automaticamente shock-capturing, senza
l'impiego di criteri empirici/semi empirici di frangimento. Il modello risolve
efficacemente problemi di asciutto / bagnato senza soluzione di equazioni aggiuntive
all'interfaccia asciutto/bagnato e conserva il bilancio di massa nella zona di
transizione asciutto / bagnato.
Si presentano diverse applicazioni del modello, per onde sia frangenti, sia non
frangenti, con rifrazione, run-up e draw-down a diverse applicazioni sperimentali. Si
osserva un buon accordo tra i risultati calcolati dal modello proposto e quelli misurati
e, in generale, anche con altri risultati di altri modelli di letteratura. Si presenta
un'analisi dei costi computazionali e si osserva una crescita dell'onere
computazionale molto basso con il numero delle celle di calcolo.
Tra le applicazioni del modello si presentano i risultati preliminari di nuovi
esperimenti condotti presso il laboratorio di Idraulica del Dipartimento di
Ingegneria, Civile, Ambientale, Aerospaziale, dei Materiali dell'Università di
18
C. Aricò, C. Lo Re, M. Monteforte, G. B. Ferreri, G. La Loggia
Palermo. Si è utilizzato un canale a fondo orizzontale, di lunghezza 40 m, larghezza
2 m e profondità 1.9 m (v. figura 1,a). Ad una delle estremità è posizionato una
macchina ondogena (v. figura 1,b), mentre all'estremità opposta si trova un
dissipatore passivo di onde di forma parabolica (v. figura 1,c). Il fondo del canale è
fatto di cemento lisciato, le pareti laterali sono fatte dello stesso materiale, per i primi
15 m (misurati dalla macchina ondogena), di vetro per la restante parte.
A circa metà del canale è posizionata una barriera sommersa (v. figura 1), alta 0.6 m
lunga 3.2 m a larga 2 m (v. in figura 2 i dettagli geometrici). La forma della barriera
è simmetrica, con pendenza 0.6/0.7 su entrambi i lati. Sono stati condotti diversi
esperimenti di onde solitarie, caratterizzati da una profondità iniziale in condizioni
di quiete (SWL) e, per ogni valore di profondità iniziale, da diverse altezze di onda.
Sono stati misurati i livelli idrici con 12 sonde resistive (v. figura 2). In figura 3 si
riporta il confronto dei livelli misurati e calcolati dal modello proposto in alcune tra
le 12 sonde.
In base ai risultati calcolati nelle diverse applicazioni e all'analisi dei tempi di
calcolo, il modello proposto può essere assunto come uno strumento robusto di
previsione per applicazioni di pieno campo della fenomenologia dei processi
idrodinamici nella zona costiera.
Figura 1. a) (sinistra) il canale sperimentale; b) (centro) il wave maker; c)(destra) il
dissipatore passivo
G1
G2
G3 G4 G5
G6
G7
G8 G9 G10
G11
G12
Figura 2. Geometria della barriera sommersa e posizione delle sonde di misura
G6
G1
G2
G7
G8
G12
Figura 3. Confronto tra i livelli idrici misurati (linea con cerchi blu) e i risultati del
modello (linea rossa) in diverse sonde (SWL 0.62 m, ampiezza onda 0.25 m )
19
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
ANALISI E MODELLAZIONE DELLE BRICCOLE DI ACCOSTO
FLESSIBILI DEI SISTEMI DI ATTRACCO OFF-SHORE
Giulia Antolloni1, Sandro Carbonari1, Carlo Lorenzoni1, Alessandro Mancinelli1
(1) Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Architettura, Università Politecnica delle Marche,
Ancona
SOMMARIO
I terminali petroliferi off-shore dedicati alle attività di estrazione ed
approvvigionamento delle materie grezze si affidano tipicamente, per la ricezione
delle navi-cisterna, ad un sistema di strutture indipendenti in grado di garantire un
sicuro ed efficiente attracco della nave, necessario per l’avvio delle operazioni di
carico/scarico. In tale ambito si ricorre generalmente a delle briccole di accosto
flessibili (Figura 1) che si compongono di due elementi operanti in serie: palo e
parabordo (fender), entrambi con funzione di assorbimento dell’energia di accosto.
La progettazione di tali opere, posta in termini energetici, è guidata attualmente da
importanti riferimenti, tra i quali le linee guida PIANC (1984, 2002) che propongono
metodologie semplificate che non entrano nel merito della complessa interazione tra
i due elementi che compongono la briccola. Richiami normativi, come in particolare
le BS6349, sottolineano, tuttavia, la necessità di considerare il funzionamento
accoppiato di palo e fender, soprattutto in quei casi in cui questo risulta rilevante,
ovvero quando le rigidezze dei due elementi sono paragonabili.
Nel presente lavoro si illustra una strategia di progettazione generale per briccole
flessibili che, oltre a considerare l’interazione palo-fender, permette di ottimizzare
l’impiego del dispositivo di difesa e di garantire un funzionamento globale flessibile
dell’opera in qualsiasi ambiente e sotto qualsiasi condizione di utilizzo.
R
s1
s2
K1
K2
R
R
2
E1
1
s1-s2
R
E2
s2
Figura 1. Accoppiamento palo-fender
Il metodo si basa sulla definizione della performance attesa per il dispositivo di difesa
in relazione alla manovra di accosto considerata (“normal berthing energy” o
“abnormal berthing energy”), potendo identificare l’energia assorbita e la relativa
20
G. Antolloni, S. Carbonari, C. Lorenzoni, A. Mancinelli
Reaction force [%]
Buckling type fender
forza trasmessa dal dispositivo a partire dalle informazioni fornite dai produttori. Il
bilancio energetico del sistema in serie fender-briccola viene quindi formulato
tenendo conto della deformabilità della briccola, per la quale si ipotizza un
comportamento lineare e della cedevolezza del sistema di fondazione. Considerando
che il materiale privilegiato per la realizzazione di queste briccole è l’acciaio, la
procedura di progetto si configura di tipo iterativo, non potendo scindere resistenza
e rigidezza del palo.
Il metodo di progetto, che permette di ottimizzare le capacità di assorbimento del
dispositivo di difesa abbinato a strutture di supporto deformabili, è applicato ad un
caso studio in un contesto caratterizzato da fondali medio-bassi, mettendo in evidenza
i vantaggi dell’approccio proposto. Nello specifico si opta per un fender marino di
tipo “instabile” (buckling type fender) e si applica la procedura proposta imponendo,
per l’energia di accosto normale ed eccezionale, rispettivamente il comportamento
“stabile” ed “instabile” del dispositivo (Figura 2).
La soluzione progettuale dedotta è studiata approfonditamente, con lo scopo di
validare la procedura proposta, attraverso una dettagliata modellazione globale
dell’opera (fender e briccola). Al fine di verificare la condizione di funzionamento del
fender per i differenti urti, è stato sviluppato e calibrato un semplice modello fisico il
cui comportamento, descritto nell’ipotesi di spostamenti finiti, approssima il
comportamento del fender sia in campo “stabile” che “instabile”. Il modello
proposto, caratterizzato da pochi parametri, è implementabile in comuni software di
calcolo dedicati all’ingegneria strutturale. Il modello strutturale globale dell’opera
è sviluppato schematizzando il palo con elementi trave a plasticità diffusa ed il terreno
con un set di molle indipendenti a comportamento non lineare. Sebbene non siano
attesi fenomeni instabili globali, l’analisi è svolta in grandi spostamenti per cogliere
la cinematica non lineare del modello adottato per il fender. Lo sviluppo di fenomeni
instabili locali nel palo è controllato monitorando le tensioni normali prodotte dalla
flessione. Allo scopo di definire le capacità di assorbimento di energia del sistema
sono eseguite analisi di spinta, incrementando progressivamente lo spostamento del
punto di contatto struttura-imbarcazione. L’analisi permette di definire la curva di
capacità della struttura da cui è possibile risalire all’energia assorbita dal sistema in
funzione degli spostamenti globali dell’opera.
I risultati dell’analisi globale della struttura sono in buon accordo con quelli ottenuti
in fase di progetto, a dimostrazione che la metodologia proposta costituisce un valido
strumento ingegneristico per il dimensionamento di briccole flessibili, anche in
contesti comunemente ritenuti poco idonei alla loro realizzazione.
RPD – Rated Performance Data
Abnormal Energy
Normal Energy
Deflection [%]
Figura 2. Comportamento tipico dei “buckling type fender”
21
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
THE VENICE OFFSHORE-ONSHORE PORT CONCEPT
D. Pachakis1, A Libardo2, P Menegazzo2 & P.H. L. Beamish3.
(1) Royal HaskoningDHV, - 2 Abbey Gardens, London, SW1P 3NL; e-mail:
[email protected]
(2) Autorità Portuale di Venezia, Italy
(3) Royal HaskoningDHV, Rightwell House, Bretton, Peterborough, PE3 8DW, UK; e-mail:
[email protected]
SOMMARIO
The Venice Port Authority (VPA) is examining the issues related to the creation of an
offshore island hub with container terminal, an oil terminal, and an onshore terminal
at Porto Marghera (named Montesyndial) and the methods for transferring
containers from one terminal to the other. RHDHV is supporting VPA as part of the
above study with the specific task to define the equipment, handling systems and
layouts for the two terminals: the offshore container terminal and Montesyndial. This
article describes the challenges, methods and options that were considered in order
to arrive at the layouts and equipment selection for the two terminals. It is
demonstrated that for the offshore terminal it is possible to apply a fully automated
operating concept, based on currently available equipment solutions, which can
achieve a reasonable throughput capacity in a restricted available footprint. At the
same time the proposed solution achieved a significant reduction in the cost per TEU
of the project, including equipment Capital and Operational Expenditures.
22
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
APPLICAZIONE DEL CONCETTO DI EQUIVALENT POWER
STORM ALLA STIMA DELL’ENERGIA ONDOSA
F. Arena1, V. Laface2, G. Malara3 & A. Romolo4
(1) Laboratorio NOEL, Università degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria, 89122, Italy mail: [email protected]
(2) Laboratorio NOEL, Università degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria, 89122, Italy mail: [email protected]
(3) Laboratorio NOEL, Università degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria, 89122, Italy mail: [email protected]
(4) Laboratorio NOEL, Università degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria, 89122, Italy mail: [email protected]
eeee-
SOMMARIO
Il concetto di mareggiata equivalente fu sviluppato da Boccotti (1986, 2000) negli
anni ’80 e ’90 per condurre la statistica in tempi lunghi delle sequenze di mareggiate
estreme. L’idea centrale del metodo è di rappresentare la storia temporale delle
mareggiate con una semplice forma triangolare, in cui la base e l’altezza sono
calcolate imponendo un’equivalenza statistica tra le mareggiate registrate e quelle
equivalenti. La caratteristica più interessante del metodo è che esso permette di
derivate delle soluzioni in forma chiusa di periodi di ritorno usati nel calcolo delle
altezze d’onda di progetto. Recentemente, questa metodologia è stata generalizzata
da Fedele & Arena (2010) adottando delle mareggiate con leggi di potenza ed è stato
sviluppato per la stima dei periodi di ritorno e delle persistenze medie.
In questa memoria si intende descrivere un’applicazione del metodo al campo della
“wave energy”. In particolare si analizza il problema della stima dei tempi di
inattività del convertitore oggetto di studio (downtime) e la quantità di energia persa
mediamente in un anno a causa di eventi estremi, in cui un convertitore deve essere
disattivato. Si mostra che l’applicazione del concetto di persistenza media porta
direttamente alla stima del downtime e che attraverso la stima dell’energia associata
alla mareggiata equivalente è possibile ottenere delle stime dell’energia mediamente
persa in un anno da un convertitore. La validazione delle soluzioni proposte è
condotta tramite confronti con dati da boe ondametriche.
BIBLIOGRAFIA
Boccotti, P., 1986, "On coastal and offshore structure risk analysis," Excerpta of the
Italian Contribution to the Field of Hydraulic Eng., 1, pp. 19-36.
Boccotti, P., 2000, Wave mechanics for ocean engineering, Elsevier, Amsterdam, The
Netherlands.
Fedele, F., and Arena, F., 2010, "Long-Term Statistics and Extreme Waves of Sea
Storms," Journal of Physical Oceanography, 40(5), pp. 1106-1117.
23
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
IL SISTEMA DI MONITORAGGIO E PREVISIONE
METEO-MARINA DEL CONSORZIO LAMMA E
SUE APPLICAZIONI ALL'EFFICIENZA ENERGETICA
DELLA NAVIGAZIONE.
A. Orlandi1
(1) Consorzio LaMMA, Presso CNR Area della Ricerca di Firenze, via Madonna del Piano 10,
Edificio D, 50019, Sesto Fiorentino (FI), Italia.
SOMMARIO
Il sistema di previsione meteo-marina del Consorzio LaMMA è costituito da varie
catene operative basate su modelli stato dell’arte di previsione numerica dei sistemi
geofisici atmosferico e marino. In particolare si utilizzano i modelli WRF, per la
previsione delle condizioni atmosferiche, Wavewatch III per la previsione del moto
ondoso, ROMS per la previsione delle condizioni idrodinamiche del mare. La
componente atmosferica delle catene operative è alimentata (per inizializzazione e
condizioni al contorno) dai dati prodotti da modelli globali. Si hanno due linee di
previsione, una basata su dati globali prodotti da ECMWF (due run al giorno), l’altra
basata sui dati prodotti da ENCEP-GFS (quattro run al giorno). In cascata ad esse
vi sono varie catene di previsione delle condizioni del mare. Per le componenti
atmosferica e del moto ondoso la previsione si articola in run innestate a risoluzione
crescente, a partire dalle run alla risoluzione di circa 10 Km, coprenti buona parte
dell’Europa e la totalità del Mediterraneo, a cui poi si aggiungono le run innestate
coprenti l’Italia (per l’atmosfera) ed il Tirreno Settentrionale ed il Ligure (per il moto
ondoso), alla risoluzione di circa 3 Km. Oltre alle catene operative ufficiali, i cui dati
sono resi disponibili sul sito web del Consorzio, vi sono catene operative di ricerca e
sviluppo, con configurazioni variate, che svolgono anche l’importante ruolo di backup, nel caso di malfunzionamenti di quelle ufficiali.
Per la validazione e la calibrazione di tali catene modellistiche vengono utilizzate
varie sorgenti di dati osservativi, tra esse le stazioni meteorologiche delle reti WMO
e regionale, boe ondametriche della rete nazionale (RON), le boe (presso Gorgona e
Giannutri) ed i correntometri del Centro Funzionale della Protezone Civile Toscana.
Grazie alla partecipazione a recenti progetti il Consorzio LaMMA, ha ora a
disposizione nuove strumentazioni di misura, tra le quali: radar meteorologici
(Progetti PROTERINA), radar costieri in banda X ed in banda HF e (Progetto
SICOMAR) per la rilevazione di correnti ed onde, un wave glider (Progetto
SICOMAR) veicolo autonomo marino per la rilevazione di molti parametri
oceanografici ed atmosferici. Si ha inoltre la partecipazione a studi oceanografici
facenti uso di drifter lagrangiani, per la rilevazione di correnti e temperatura.
Molte delle risorse di monitoraggio e previsione numerica hanno visto rilevante
applicazione e sviluppo in ambito meteo-marino durante le attività legate recupero di
nave Costa Concordia presso l’Isola del Giglio. Durante i due anni di tali attività il
Consorzio LaMMA ha fornito il quotidiano servizio operativo di previsione meteo-
24
A. Orlandi
marina, su incarico della Regione Toscana, ed ha coadiuvato nell’esecuzione di
numerosi studi ed analisi tecniche connesse.
In relazione alla partecipazione ai progetti COSMEMOS e PROFUMO, sono stati
sviluppati studi per la valutazione di fattibilità di un sistema costituito da una rete di
raccolta cooperativa di dati meteo-marini da imbarcazioni e navi. L’utilizzo di tali
dati, mediante assimilazione nei modelli, dovrebbe consentire previsioni numeriche
più accurate, su cui basare un servizio di ottimizzazione meteorologica delle rotte,
finalizzato alla riduzione dei consumi di carburante, all’incremento dell’efficienza
energetica delle navi e all’incremento della sicurezza della navigazione nel
Mediterraneo.
Per indagare la fattibilità di un tale servizio di ottimizzazione delle rotte e in
particolare per indagarne le potenzialità di risparmio carburante, è stato
implementato un modello numerico di una nave Ro-Ro reale operata Corsica e
Sardinia Ferries (partner nei progetti). Tale modello è stato calibrato utilizzando un
rilevante dataset di dati in-service rilevati in navigazione negli anni 2012 e 2013,
riguardanti il consumo carburante ed altri parametri di rotta ed assetto nave.
L’algoritmica utilizzata è basata sull’integrazione dettagliata dei dati di vento e
spettri direzionali d’onda con modelli numerici per la simulazione delle risposte della
nave. In particolare essa consente di prevedere le prestazioni di tenuta al mare
(seakeeping) e di propulsione e consumo (powering) lungo varie rotte alternative,
utilizzando i dati di previsione numerica prodotti dal Consorzio LaMMA. La struttura
modulare dei dati di input consente di variare molto agevolmente le diverse
caratteristiche della nave simulata, potendo così estendere lo studio ad altre navi,
così come la struttura topologica delle rotte alternative.
Come strumento di indagine, per la valutazione degli effetti dell’incertezza
previsionale e per quantificare le potenzialità di risparmio carburante, è stato
implementato un sistema di previsione di ensemble vento e onda, basato sui 21
membri dell’Ensemble Prediction System NCEP GEFS. La struttura computazionale
così ottenuta ha consentito di inserire anche le componenti di simulazione navale in
una catena modellistica completa che a partire da dati di previsione meteorologica
globale arriva alla previsione di un ensemble di dati di consumo e moti nave su varie
rotte alternative a scala Mediterranea. L’analisi statistica di tali dati di ensemble
consente valutazioni quantitative sia sulle potenzialità di riduzione dei consumi ed
incremento dell’efficienza energetica, mediante ottimizzazione meteorologica delle
rotte, sia sulla attendibilità di tali risultati, valutando lo spreading dell’ensemble dei
dati.
Tale il sistema viene descritto mediante l’illustrazione di alcuni casi studio
riguardanti alternative di rotta sulle linee Savona-Bastia e Genova-La Valletta.
Nonostante molte delle componenti implementate siano ancora in versione
sperimentale, e che quindi i risultati ottenuti debbano essere completati da uno studio
più ampio, le prime valutazioni che si possono effettuare sono incoraggianti, sia per
quanto riguarda le potenzialità di risparmio carburante a scala Mediterranea, che
per quanto riguarda l’utilizzo di sistemi di previsione di ensemble nell’ambito della
previsione delle prestazione della nave in condizioni meteo-marine realistiche. Data
l’analogia e correlazione di tali aspetti con altre problematiche emergenti
nell’ingegneria marina ed off-shore lo studio presentato può essere considerato come
esempio particolare di un più vasto campo di applicazione delle metodiche analizzate.
25
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
WEATHER DOWNTIME IN OFFSHORE WIND INSTALLATION
WORKS: ASSESSMENT AND POTENTIAL R&D WORK LINES
A. Avila-Armella1
(1) ScottishPower Renewables, Offshore Construction. 1 Tudor St., EC4Y 0AH, London, UK. - email: [email protected]
Introduction
Weather downtime (WDT) during installation and operations is one of the key
uncertainties to manage in an offshore wind energy project, as it is highly relevant for
the economics and delivery programme. Also, as project move further offshore, the
installation means are more costly and the WDT associated to them increases its
relevance.
Given the randomness of weather, WDT forecasts must use statistical techniques, and
the decisions based in such results must consider (a) the quality of the metocean
information and statistical characterization of the maritime climate, (b) the sensitivity of
each operation to the different agents that limit them, (c) the accuracy of the definition of
the limits (d) the level of risk that the developers resolve to take, among others.
The current state of technology development has room for improvements, however
innovations may require long implementation processes (e.g. development, trials,
certification, regulation, etc.), and the implication of many stakeholders (developers,
contractors, certification agencies, insurers, authorities). Consequently the Research and
Development initiatives have more chances to succeed if there is consensus.
This paper will present case studies that illustrate activities whose sensitivity to the
weather conditions and cost impact make them suitable candidates for R&D initiatives.
Potential R&D Work lines will be identified, from methodologies for the forecast and
management of WDT, to improvements in monitoring and installation equipment.
OPERATIONAL LIMITS
Marine operations must be engineered, firstly, to guarantee the safety of the people
that executes them, but also to keep the integrity of the elements to install and installation
means. The ultimate factor that determines the safety conditions of an operation is the
movement, absolute and relative between elements involved. However, defining the limits
for each operation in terms of movements in six degrees of freedom is complex and
normally not feasible, as both operations and weather agents are rarely standardisable
at a practical level. Therefore limits are normally expressed in terms of thresholds for
metocean agents, which include some conservatism and at the same time are subject to
decisions of captains or Marine Warranty Surveyor.
26
A. Avila-Armella
POTENTIAL WORK LINES
WDT assessment
WDT assessment tools are not standard, as they are normally in-house developments.
There is a number of commercially available tools, but more suitable for being used by
the developer (e.g. consultant who offer the results as a service) than by external users.
Sequences of offshore operations, defined by durations and operational limits, are
generally simulated for historical data sets, and results are analysed statistically to
represent optimistic, mean and pessimistic scenarios.
Useful improvements would be, for example, (1) methodologies for assessing the
reliability of the results regarding the quality of the input data, (2) considerations for the
expected accuracy of weather forecasts during the construction phase, (3) sensitivity
analysis to identify critical activities, etc.
Monitoring
Better monitoring systems (devices and methodologies) would facilitate a more
precise link between metocean agents and movements. Results would achievable after a
number of operations have been monitored, and confidence has been developed between
the different stakeholders.
Improved operational limits
The development of installation equipment and method statements to perform with
more severe weather conditions is an important work line. Priority should be given to
operations and elements with more standardization possibilities. Efforts have
traditionally focused on the reduction of man work required (automation and remote
operation) and devices to compensate movements.
R&D in offshore wind
Organizations like the Carbon Trust Offshore Wind Accelerator (OWA) and Offshore
Renewable Energy Catapult (ORE Catapult) promote and coordinate R&D initiatives in
the UK among various stakeholders. Future initiatives should identify gaps in the
collaborative and individual initiatives.
27
Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore
Genova,16-17 Ottobre 2015
IL SISTEMA INTEGRATO “MAR LIGURE”: L’IDRODINAMICA 3D
COME BASE PER LA PREVISIONE DELLA QUALITÀ DELLE
ACQUE E LA GESTIONE DELLE EMERGENZE
L. Cusati1, A. Pedroncini1, T. Del Giudice2 e R. Bertolotto2
(1) DHI S.r.l., Via Operai 40/19, 16149 GENOVA, ITALY, e-mail: [email protected],
[email protected]
(2) Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente Ligure, Via Bombrini 8, 16149 GENOVA,
ITALY
e-mail:
[email protected],
[email protected],
[email protected]
SOMMARIO
L’Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente Ligure e DHI hanno predisposto
nel corso degli ultimi anni una piattaforma modellistica dedicata all’ambiente marino.
La piattaforma, basata sull’utilizzo della suite MIKE 3 FM, si compone di una “base
idrodinamica” sulla quale si innestano diversi applicativi dedicati alla qualità delle
acque e dell’ecosistema marino e alla gestione delle emergenze. Grazie a tale strumento
modellistico, sviluppato da DHI, ARPAL riesce a supportare e a integrare le attività
istituzionali, quali attività di monitoraggio e controllo delle acque costiere.
La base idrodinamica, sulla quale si fonda tutta la piattaforma, è stata realizzata
mediante l’applicazione di modellistica tridimensionale (modulo HD di MIKE 3 FM di
DHI) e fornisce per l’intero Mar Ligure i campi previsionali di livello del mare, salinità,
temperatura, velocità e direzioni delle correnti a vari livelli di profondità. Il modulo
idrodinamico rappresenta il cuore di una complessa catena che prevede l’impiego di:
 Condizioni al contorno in termini di velocità di corrente, temperatura e salinità
ricavate dal sistema di previsione del Mare Mediterraneo MFS (Mediterranean
Forecast System), disponibile nell’ambito dei prodotti del sistema europeo
COPERNICUS Marine Service;
 Forzanti atmosferiche in termini di venti superficiali, temperatura dell’aria,
umidità relativa, copertura nuvolosa ricavate dal modello atmosferico ad area
limitata (LAM) MOLOCH, operativo presso ARPAL CFMI-PC;
 Apporti idrici dai principali bacini liguri ricavati dal modello afflussi deflussi
DRiFt, anch’esso operativo presso ARPAL CFMI-PC.
Il sistema è operativo dal settembre 2013, a regime prevede 2 corse giornaliere (ore 00
e 12 UTC), fornisce previsioni a +48 ore ed è stato implementato a due diverse scale di
dettaglio: “Mar Ligure” e “Genova e Tigullio”. Nello specifico si tratta di due modelli
differenti, innestati l’uno dell’altro. Il primo (Mar Ligure) comprende una più ampia
porzione di mare, che si estende dalla Liguria alla Corsica e dalla Costa Azzurra alla
28
L.Cusati, A. Pedroncini, T. Del Giudice, R. Bertolotto
Toscana ed arriva ad una risoluzione di 500m. Il secondo (Genova e Tigullio), che si
configura come un downscaling del primo, comprende il tratto di costa antistante la
provincia di Genova, in particolare da Arenzano a Sestri Levante, ed arriva ad una
risoluzione di 50m.
Innestati sul sistema “Mar Ligure” e “Genova e Tigullio” ci sono diversi applicativi
dedicati sia alla qualità delle acque e dell'ecosistema marino sia alla gestione delle
emergenze. Tali applicativi possono essere utilizzati per simulare la dispersione di
inquinanti provenienti dagli impianti di trattamento delle acque reflue e dai corsi
d'acqua, lo stato di qualità delle acque di balneazione, il movimento di chiazze di
idrocarburi rilasciate in mare in seguito ad incidenti, l'impatto delle mareggiate sulla
costa e l’incremento di torbidità delle acque marine a seguito di eventi di piena dei corsi
d’acqua.
Nello specifico è stato recentemente sviluppato un sistema per la previsione su scala
locale degli effetti di apporti di inquinamento biologico da scarichi degli impianti di
depurazione e da foci fluviali sulla qualità delle acque destinate alla balneazione, in
attuazione di quanto evidenziato dalla Direttiva 2006/7/CE sulla Qualità delle Acque di
Balneazione, recepita in Italia con D.lgs n.116/08, circa la necessità per le autorità locali
competenti di dotarsi di strumenti atti a prevedere il verificarsi di inquinamenti di breve
durata. In merito alla qualità delle acque costiere vengono inoltre utilizzati in modalità
previsionale gli applicativi modellistici sia a supporto delle previsioni di fioriture di
alghe tossiche (progetto M3-HABs), sia a supporto della previsione dell’impatto
ambientale degli impianti di acquacoltura presenti lungo il litorale (progetto
IMPAQUA).
Un altro degli applicativi sviluppati recentemente, all’interno del progetto SEAGOSS
(Sistema Informativo E di Allertamento-Gestione degli inquinanti da Oil Slick e
Sedimenti), è finalizzato sia alla modellazione della torbidità del mare a seguito di eventi
di piena sia alla modellazione della dispersione d idrocarburi, costituendo un elemento
chiave per la valutazione di impatto ambientale ed anche un’importante base per la
pianificazione della risposta all’emergenza.
La modellistica può essere utilizzata anche in caso di ricerca di corpi galleggianti, il
modulo applicativo “Particle Tracking” infatti, innestato sul modello idrodinamico del
Mar Ligure, permette la gestione dell’emergenza uomo a mare simulando la traiettoria
percorsa da un corpo in mare nelle condizione meteomarine previste al momento
dell’incidente. ARPAL è infatti impegnata nel supporto operativo alle Capitanerie di
Porto in caso di emergenze ambientali quali, sversamenti accidentali o operazioni di
“Search and Rescue”.
La modellistica ambientale nei processi di previsione e pianificazione costituisce un
elemento di ottimizzazione delle conoscenze e di razionalizzazione delle risorse,
consentendo una più efficace azione sul territorio e una sua ottimale gestione sia in
condizioni ordinarie che durante le emergenze.
29