N N.. 3377 sommario - AIOM - Associazione di Ingegneria ... 37.pdf · Antonio Migliacci Massimo...

N. 37 - APRILE 2008

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CONSIGLIO DIRETTIVO AIOM

Presidente: Elio Ciralli Vice Presidente: Mario de Gerloni Tesoriere: Angelo Garassino Consiglieri: Renata Archetti

Viviana Ardone Mario Bernero

Daniela Colombo Stefano Copello Andrea Ferrante

Maurizio Gentilomo Antonio Migliacci

Massimo Montevecchi Giuseppe Passoni

Fabrizio Pelli Sandro Stura

Sindaci: Roberto Libè Gianfranco Liberatore

Alberto Meda Carlo Niccolai

Segretaria: Giselda Barina

BOLLETTINO AIOM Periodico dell’Associazione

Ingegneria Offshore e Marina

DIRETTORE RESPONSABILE

Mario de Gerloni

COMITATO DI REDAZIONE Renata Archetti

Mario Caironi Daniela Colombo Angelo Garassino

Maurizio Gentilomo

STAMPA Techinital spa, Verona

Quote Associative AIOM

Individuali: 80 € Collettive: 800 € Università: 160 € Juniores: 25 €

Contributo inserzioni

1 modulo = ½ pagina 300 € 2 moduli = 1 pagina 500 €

sommario

DALL’AIOM 33 Editoriale di E. Ciralli

PRIMO PIANO

66

Sfruttamento dell’energia eolica offshore: risorse potenziali e tecnologie di G. Botta, C. Casale, S. Viani

DAL PIANC 1188

Notizie a cura di Mario de Gerloni

CONGRESSI e CONFERENZE

2200

OMAE, ICCE, MED. DAYS a cura di Mario de Gerloni

RECENSIONI 2222

Articoli vari da riviste a cura di Angelo Garassino

NOTIZIE 2255

Rete Italiana per la Costa di Renata Archetti

Europe’s largest wind farmdi Maurizio Gentilomo

SPAZIO GIOVANI 2277

Rete Italiana per la Costa di Emanuela Clementi

In prima pagina: Aerogeneratore REpower da 5 MW dell’impianto sperimentale Beatrice vicino alla piattaforma petrolifera “Beatrice Alpha”, a 22 km dalla costa nord orientale della Scozia, in acque di circa 45 m di profondità (vedi articolo a pag. 5). Foto REpower

AAA III OOO MMM BOLLETTINO

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l Bollettino si rinnova! Seguendo il percorso deciso

dal Consiglio Direttivo, stiamo attuando il rinnovamento dell’offerta informativa della nostra AIOM. La rinnovata veste grafica e la proposta dei contenuti è un primo passo di un percorso che vedrà una completa rivisitazione dei due mezzi informativi principali dell’AIOM: il Bollettino ed il sito web (www.aiom.info).

Il Bollettino AIOM rimane ancor oggi l’unica rivista italiana periodica di settore e ambisce a divenire uno strumento sempre più agile ed efficace per la rapida informazione su quanto possa essere di interesse per gli addetti. In pratica una vetrina che offra una cospicua panoramica sulla produzione tecnica e scientifica, sulle pubblicazioni, sulle attività congressistiche, sulle realizzazioni e le problematiche connesse all’ingegneria off-shore e marina.

Tuttavia il Bollettino conterrà anche un approfondimento tematico, di volta in volta diverso, con articoli, tesi e stralci di pubblicazioni specialistiche.

a forte connessione con le università consente di

offrire una occasione comunicativa in più agli addetti alla formazione, ai tesisti ed ai cultori delle materie a noi vicine per proporre spunti di riflessione e temi alla comunità tecnica. Spero che questa opportunità venga sfruttata sempre più nel prossimo futuro.

AIOM ha nella formazione continua uno dei suoi obiettivi principali. Il rapporto con le università e con gli enti di ricerca riveste quindi una

notevole importanza per il raggiungimento degli scopi sociali.

Ho quindi il piacere e l’onore di comunicarvi la creazione delle prime “Sedi Operative AIOM”: Reggio Calabria e Bologna, presso le rispettive sedi universitarie. Di ciò ringrazio particolarmente Felice Arena, Alberto Lamberti e Renata Archetti per la loro attività.

Le Sedi Operative nascono per divenire il cuore delle attività divulgative e formative di AIOM, inoltre esse capillarizzano e avvicinano la presenza di AIOM sull’intero territorio nazionale.

A queste Sedi se ne aggiungeranno certamente altre nel prossimo futuro, con l’intenzione di moltiplicare le occasioni di seminari specialistici e incontri tecnici. Non verrà trascurata anche la possibilità di condurre progetti speciali nell’ambito dello scopo sociale dell’Associazione.

Della vita delle Sezioni Operative si occuperà dal prossimo numero una apposita sezione del

Bollettino.

IOM quindi svolge il suo ruolo sempre più e sempre

con maggiore successo e riconoscimento. Molte iniziative sono in corso e permettetemi di citarne alcune

tra le maggiormente significative.

E’ ormai in fase avanzata di svolgimento il ciclo 2007-2008 di “Seminari di Ingegneria Costiera, Portuale e Off-Shore” presso il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici in Roma, realizzati in collaborazione AIOM e PIANC Italia, grazie all’impulso fornito dal Pres. Mauro e dal Pres. Musci. Gli incontri, programmati su temi specialistici di alto interesse, vedono la partecipazione di esperti relatori italiani e stranieri.

AIOM e co-sponsor con IAHR e CSLLPP del “3° International Short Course and Workshop on Applied Coatal Research”, che si tiene a Lecce dal 2 al 4 giugno 2008. L’evento è organizzato dal Prof. R. Tomasicchio in onore del Prof. S. Stura.

AIOM è co-sponsor del “27th International Conference on Off-Shore Mechanics and Artic Engineering (OMAE 2008)”, che si svolge ad Estoril il 15-20 giugno 2008.

AIOM è co-sponsor del “First International Simposium on Life Cycle Civil Engineering” che si svolge a Varenna, Lago di Como, l’ 11-14 giugno 2008.

Infine AIOM avrà un ruolo rilevante nell’ambito della prossima prima edizione de

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editoriale di E. Ciralli

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“PIANC Mediterranean Days of Coastal and Port Engineering” che si terranno a Palermo il prossimo 7-9 ottobre 2008.

Per quest’ultima come per altre manifestazioni sono state concordate condizioni di iscrizione con quote ridotte per i soci AIOM.

Ricordo che per tutte le iniziative è possibile prendere tutte le informazioni direttamente sul sito

www.aiom.info.

l tematismo prescelto per l’approfondimento di questo

numero prende le mosse dall’attuale congiuntura energetica mondiale che spinge e costringe a riflessioni molto serie.

E’ noto a tutti il dibattito riaperto sull’esigenza di tornare quanto prima allo sfruttamento dell’energia nucleare, come fonte energetica di base. E’ pure noto che la percentuale di

energia oggi ricavabile da fonti rinnovabili assomma a qualche unità.

Ciononostante è vero che solo l’applicazione di cospicui investimenti verso nuove direzioni per la produzione energetica consentirà di svincolarsi gradualmente dal giogo dei combustibili fossili che sta condizionando pesantemente il sistema socioeconomico occidentale.

Molti esperti ritengono che la microproduzione diffusa, qualora le reti di distribuzione fossero adeguate, potrebbe contribuire significativamente alla soluzione che da più parti si sta cercando.

In questo il mare costituisce un elemento fondamentale, che deve essere sempre meglio conosciuto, utilizzato e se possibile sfruttato. Il mare infatti può essere visto sia come fonte (in un prossimo numero ci occuperemo di recupero di energia marina),

ma oggi soprattutto esso rappresenta il luogo ideale per svolgere quelle attività umane sempre meno compatibili con la terraferma (…d’altronde ci ostiniamo a chiamare terra un mondo per

lo più coperto da acque).

articolo principale di questo bollettino tratta

molto lucidamente questo argomento innovativo presentando lo stato delle applicazioni e degli studi sulla realizzazione di fattorie eoliche off-shore.

nteressante è pure la tesi che presentiamo sull’analisi sperimentale e numerica sull’idrodinamica in presenza di frangiflutti. Infine le rubriche vi renderanno le informazioni principali sul nostro mondo. Spero che tutto ciò vi interessi e vi coinvolga sempre più.

Buona lettura a tutti!

Elio Ciralli

Presidente AIOM

I

L’

CAMPAGNA ASSOCIATIVA 2008-2009 Sostenete e partecipate alle attività di AIOM! Gli interessati alle tematiche di AIOM possono facilmente divenire "Socio AIOM" con una semplice domanda, anche via e-mail a [email protected], unendo l'attestato di versamento della quota associativa annuale come descritto nelle sottostanti modalità. Si invitano inoltre i soci a rinnovare puntualmente la quota associativa: Individuale: 80 € Collettiva: 800 € Università: 160 € Juniores: 25 € Modalità: assegno non trasferibile e barrato, intestato ad A.I.O.M. bonifico bancario a favore di A.I.O.M. c/o Credito Emiliano, Ag. A,

Via Grasselli 1, Milano, IT 06 B 0303201601010000002083 versamento in c/c postale, n° 24370207,


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Dal 1964 società leader in Italia e nel mondo

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* infrastrutture di trasporto* opere marittime* salvaguardia ambientale e gestione territorio* idraulica e idrogeologia* strutture e costruzioni civili

Sede: via Cassano d'Adda, 27/1 20139 MILANOTel. 025357131 (4 linee r.a.) Fax 0255213580

Direzione e Sede Amm.: via C. Cattaneo, 20 37121 VERONATel. 0458053611; Fax 0458011558 [email protected]

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Sfruttamento dell'energia eolica in ambiente offshore: risorse potenziali e tecnologie di G. Botta1, C. Casale1, S. Viani1

INTRODUZIONE l deciso aumento del costo del petrolio, le possibili riduzioni nelle forniture di

metano e l’entrata in vigore del protocollo di Kyoto fanno assumere sempre più importanza alle fonti energetiche rinnovabili, tra le quali l’energia eolica sta assumendo un ruolo guida, essendo la relativa tecnologia ormai prossima alla maturità, perlomeno quella degli impianti sulla terraferma.

Come indicato nella fig. 1 (rif. [1]), dalla EWEA (Associazione Europea per l’Energia Eolica) per il futuro è prospettato un notevole aumento della potenza eolica installata, con incrementi annui fino a 20 GW, buona parte dei quali sarebbero però da realizzare in ambiente offshore. Il notevole sviluppo previsto per l’eolico offshore è conseguente al fatto che sulla terraferma gli spazi idonei, anemologicamente e ambientalmente, per impianti eolici stanno diventando

1 CESI RICERCA, Milano

http://www.cesiricerca.it

sempre più ridotti, mentre sul mare tali spazi sono abbondanti anche in considerazione che le centrali sul mare consentono di contenere l’impatto visivo in misura più accettabile, soprattutto se gli aerogeneratori vengono collocati a qualche chilometro dalla costa e dipinti con colori mimetici come il classico grigio delle navi militari.

Inoltre, il regime dei venti sul mare spesso è più favorevole rispetto alla terraferma, e ciò consente di compensare, almeno parzialmente, i maggiori costi di realizzazione delle centrali eoliche offshore.

TIPI DI IMPIANTI EOLICI OFFSHORE

ella fig. 2 (rif. [2]) sono rappresentate le principali tipologie delle

strutture di sostegno degli aerogeneratori offshore, che possono essere così suddivise in funzione della profondità del mare: • strutture per acque basse,

fino a 30 metri circa, le sole già realizzate;

• strutture per acque intermedie, fra 30 e 60 m, di imminente realizzazione;

• strutture per acque profonde, maggiori di 60 m, ipotizzate per il futuro.

I

N

Fig. 1 Proiezione, secondo la EWEA, della potenza eolica installata

annualmente nell’Unione Europea fino al 2030.


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Le profondità indicate sono orientative, in quanto dipendono anche dal tipo di aerogeneratore da installare, dalla ventosità del sito e dalle condizioni del fondo marino.

IMPIANTI EOLICI IN ACQUE BASSE

l momento nel mondo sono presenti solo installazioni

eoliche in acque basse. Ad

esempio nella fig. 3 viene rappresentata la centrale eolica di Middelgrunden (rif. [3]) - una delle prime di grande potenza realizzate, costruita nel 2000-2001 vicino a Copenaghen, tra 1,5 e 2,5 km dalla costa. Questa centrale è costituita da 20 aerogeneratori Bonus da 2 MW, con diametro del rotore di 76 m, altezza del mozzo di 64 m, per una potenza totale di 40 MW ed una producibilità di ~100 GWh/anno.

In particolare questa installazione è stata realizzata sia per produrre energia elettrica sia come campo prova per la realizzazione di altre future grandi centrali eoliche offshore in Danimarca.

Quasi tutte le centrali eoliche offshore si trovano nel Nord Europa, in corrispondenza dei punti indicati nella fig. 4 (rif. [4]), dove è già in esercizio una notevole potenza eolica offshore, dell’ordine di 1000 MW. In

A

A Fig. 3 Centrale eolica di Middelgrunden, vicino a

Copenaghen (DK).

Centrali eoliche esistenti con grandi aerogeneratori

Centrali eoliche esistenti con piccoli aerogeneratori

Centrali eoliche in costruzione

Fig. 4 Ubicazione delle principali centrali eoliche offshore esistenti, o in costruzione, o in avanzato progetto.

1

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Fig. 2 Tipologie delle strutture di sostegno degli aerogeneratori offshore in funzione della profondità del mare.

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particolare questo risultato è originato dalla presenza contemporanea di buona ventosità e bassi fondali, profondi di norma al massimo 20-30 m anche a parecchi km dalla costa, che consentono di vincolare le torri di sostegno degli aerogeneratori direttamente sul fondo del mare.

Nella fig. 5 (rif. [2]) sono rappresentati schematicamente i principali tipi di strutture di fondazione delle torri degli aerogeneratori offshore in acque basse, così suddivisi: • fondazione monopalo,

utilizzata nella maggior parte dei casi ;

• fondazione a gravità, usata meno frequentemente;

• fondazioni a suzione, utilizzata in un unico caso a titolo di studio.

La fondazione monopalo, come mostrato in fig. 6 (rif. [5]), viene realizzata infiggendo nel fondo del mare un grosso palo in acciaio, di norma con diametro di 4÷4,7 m e spessore di 4÷5 cm, infisso fino alla profondità di 20÷30 m. Per l’operazione viene impiegato uno speciale natante, dotato di apposite attrezzature e di gambe telescopiche, che, appoggiandosi sul fondo marino, consentono di lavorare con maggiore stabilità. Questo tipo di natante, costoso, è assai valido in quanto svolge una grossa mole di lavoro, permettendo sia di realizzare i pali di fondazione, sia di montare gli aerogeneratori, comprese le loro torri.

La fondazione a gravità viene costruita disponendo sul fondo del mare, preventivamente preparato e livellato, una ampia struttura, di norma in calcestruzzo armato come quella rappresentata nella fig. 7 (rif. [3]), che, tramite il suo peso e la sua ampia base di appoggio, mantiene stabile la torre di sostegno dell’aerogeneratore.

Fig. 6 Centrale eolica di North Hoyle (GB) con aerogeneratori installati su fondazioni monopalo.

Fig. 7 Fondazione a gravità, realizzata per gli aerogeneratori della

centrale eolica di Middelgrunden (DK).

Fig. 5 Principali tipi di fondazione per aerogeneratori in acque basse.


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Le fondazioni a gravità presentano la particolarità di poter essere realizzate senza l’utilizzo di attrezzature oltremodo specializzate, al contrario delle fondazioni monopalo, e di poter essere quindi utilizzate anche per la costruzioni di centrali eoliche con pochi aerogeneratori.

La fondazione a suzione, o “Suction Bucket Foundation” (rif. [6]), è stata realizzata sperimentalmente presso il campo prova eolico danese di Frederikshavn per sostenere un aerogeneratore Vestas V90 da 3 MW con diametro del rotore di 90 m, ed è formata da un grosso cilindro cavo (diametro 12 m, altezza 6 m, spessore 2,5÷3 cm) che viene inserito nel terreno per suzione aspirando l’acqua contenuta nel suo interno.

IMPIANTI EOLICI IN ACQUE INTERMEDIE

ella fig. 8 (rif. [7]) è mostrato l’ impianto eolico dimostrativo, denominato “Beatrice”, in fase

di ultimazione, che costituisce per ora l’unico esempio di centrale eolica in acque intermedie. Questo impianto è formato da due aerogeneratori con potenza unitaria di 5 MW e si trova vicino alla piattaforma petrolifera “Beatrice Alpha”, a circa 22 km dalla costa nord orientale della Scozia, (vedi fig. 3) a c.a 45 m di profondità.

Questa centrale costituisce una realizzazione dimostrativa per favorire lo sviluppo delle installazioni eoliche in acque intermedie e, qualora produca buoni risultati, sarà seguita dalla costruzione, nella stessa area, della centrale eolica Moray Firth, prevista con circa 200 aerogeneratori, per una potenza globale di ~520 MW.

Ogni aerogeneratore della centrale in ultimazione ha un peso di ~4100 kN, pale lunghe ~63 m, e mozzo delle stesse disposto a ~88

m sul l.m.m.. La torre di sostegno ha un peso di ~2100 kN ed un diametro di ~6 m alla quota di ~20 m sul livello del mare, dove si innesta in una struttura di fondazione reticolare a quattro piedi. Ogni piede di questa struttura è vincolato al fondo del mare tramite un palo in acciaio, con diametro di 2,1 m, infisso nel fondale marino per una profondità di circa 39 m, utilizzando come guida uno spezzone tubolare pressoché

verticale (sleeve) attaccato allo stesso piede, al quale il palo è reso solidale mediante iniezioni di calcestruzzo.

IMPIANTI EOLICI GALLEGGIANTI IN ACQUE PROFONDE

ella fig. 9 (rif. [8]) sono riportati gli schemi delle principali tipologie di

N

N

Fig. 8 Centrale eolica offshore Beatrice (GB), la prima costruita in acque

intermedie, con mare profondo ~ 45 m.

Stabilizz. con peso

Stabilizz. con

tiranti

Stabilizz. con

forma

Fig. 9 Strutture di sostegno proposte per gli aerogeneratori in acque

profonde (> 60 m circa).

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sostegno per aerogeneratori in acque profonde proposte nella letteratura tecnica: • “Stabilizzazione con peso”,

con stabilizzazione della struttura galleggiante - ancorata al fondale del mare con linee di ormeggio a catenaria - ottenuta tramite una grossa zavorra posizionata nella sua parte inferiore ;

• “Stabilizzazione con tiranti”, con stabilizzazione della struttura galleggiante ottenuta tramite tiranti verticali, fissati sul fondo del mare in corrispondenza delle estremità della stessa struttura galleggiante;

• “Stabilizzazione con forma”, con stabilizzazione della struttura galleggiante - ancorata al fondale del mare con linee di ormeggio a catenaria - ottenuta tramite la sua forma, molto ampia. Nella fig. 10 è

rappresentata la proposta “Hydro’s Floating Windmill” (rif. [9]), formulata dalla società Hydro (2º produttore di petrolio norvegese) per sostenere aerogeneratori galleggianti in zone di mare profonde tra 200 e 700 m. Questa proposta, con stabilizzazione mediante peso, prevede di installare gli aerogeneratori su cilindri galleggianti in calcestruzzo, lunghi 120 m, zavorrati nella loro parte inferiore e fissati sul fondo del mare mediante tre lunghe linee di ormeggio a catenaria. Gli aerogeneratori sono previsti con potenza di 5 MW, rotore di 120 m, mozzo a 80 m sopra il livello medio del mare e torre di sostegno immersa per 12 m nel mare, dove si attacca al cilindro galleggiante in calcestruzzo,

che si sviluppa quindi tra 12 e 132 m sotto il livello del mare. Il peso complessivo della struttura galleggiante, completa di aerogeneratore e zavorra, è assai elevato e pari a circa 80000 kN.

Un modello in scala della struttura in oggetto, completo anche di un simulacro dell’aerogeneratore, è già stato esaminato con risultati promettenti presso il laboratorio Marintek's Ocean Basin a Trondheim (Norvegia), ed è in fase di sviluppo un prototipo dimostrativo, con un aerogeneratore da 3 MW. La società Hydro ipotizza, nel caso in cui il progetto in esame abbia esiti favorevoli, di realizzare centrali eoliche in mare aperto anche con 200 aerogeneratori da 5 MW, con potenza globale, quindi, fino a 1000 MW e producibilità di circa 4,5 TWh all'anno, corrispondente a 4500 ore annue equivalenti di funzionamento a piena potenza. Per quanto riguarda gli investimenti, la società Hydro ha già investito circa 20 milioni di Corone Norvegesi (~2,5 milioni di Euro), e conta

di investire altri 150 milioni di Corone Norvegesi (~19 milioni di Euro) per ricerche e per il progetto dimostrativo.

Tra le strutture galleggianti di supporto per gli aerogeneratori, un valido punto di riferimento è rappresentato dalla proposta olandese “Dutch Tri-floater” (fig. 11), sviluppata da ECN, MARIN, Lagerwey the Windmaster, TUD, TNO e MSC (rif. [10]) e formulata per sostenere aerogeneratori galleggianti da 5 MW. Questa struttura, stabilizzata in parte con la forma e in parte con il peso, utilizza tre serbatoi cilindrici galleggianti - parzialmente sommersi e riempiti al loro interno con acqua di zavorra - posizionati al vertice di un triangolo equilatero con lato di 68 m, e vincolati al fondo del mare tramite sei linee di ormeggio pretese in modo da ridurre i movimenti della struttura.

Ogni cilindro galleggiante ha diametro di 8 m e altezza di 24 m, ed è sommerso, in condizione di quiete, per 12 m. Ogni linea di ormeggio è pretesa con un tiro di 300 kN

Fig. 10 Proposta norvegese “Hydro’s Floating Windmill” per strutture di

sostegno degli aerogeneratori in acque profonde.


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ed è formata, superiormente, da una fune metallica lunga 225 m e con diametro di 160 mm, ed, inferiormente, da una catena da 150 mm, lunga 225 m e vincolata su un dispositivo di ancoraggio a suzione fissato sul fondo del mare.

Per il calcolo dei movimenti della piattaforma sono stati impiegati appositi programmi di calcolo. Si è ottenuto che la struttura in esame presenta i seguenti periodi naturali:

traslazione verticale 16,5 s; rollio e beccheggio 25,9 s.

Le ampiezze massime dei movimenti dinamici della struttura prodotti dalle onde nelle condizioni di massimo operativo (onde con altezza significativa di 5,4 m e con periodo tra 6 e 9 s) e di sopravvivenza (onde con altezza significativa di 10 m e periodo tra 8 e 12 s) sono mostrate in tabella I.

In particolare, l’inclinazione

dinamica della struttura in condizioni di massimo operativo, pari a 1,5º, aggiunta all’inclinazione prodotta dal vento, pari a 8,3º, determina un valore di 9,8º, inferiore al valore massimo ammissibile per un accettabile funzionamento dell’aerogeneratore, assunto pari a 10º.

Nella fig. 12 è rappresentata la proposta americana “NREL TLP” (rif. [11]) per sostenere aero-generatori galleggianti da 5 MW. La struttura, denominata TLP (Tension Leg Platform), è stabilizzata con tiranti verticali, che consentono alla struttura ampie traslazioni e contenute inclinazioni. In particolare, questa proposta utilizza un grande serbatoio cilindrico ad asse verticale, con diametro 16 m ed altezza 10 m, posizionato in asse alla torre dell’aerogeneratore, sommersa per 15 m sotto il livello del mare.

Alla base del serbatoio sono presenti tre bracci radiali, lunghi 22 m, all’estremità di ognuno dei quali è collegato un tirante tubolare semigalleggiante, con lunghezza di 157 m e peso di circa 534 kN. Ad ogni tirante, distante 30 m dall’asse del serbatoio, sono collegati due dispositivi di ancoraggio, ciascuno dei quali è progettato per sopportare una forza di trazione di 4740 kN. Il peso globale della struttura galleggiante, incluso l’aerogeneratore, è di 11200 kN, apprezzabilmente più ridotto anche dell’anzidetta proposta “Dutch Tri-floater”. Il sistema “NREL TLP” presenta inclinazioni assai ridotte, più contenute di quelle dei rimanenti sistemi, e quindi potrebbe risultare più adatto all’utilizzo di aerogeneratori analoghi a quelli impiegati nelle centrali offshore in acque basse. Per contro richiede sistemi di ancoraggio al fondo del mare decisamente più importanti

Fig. 12 Proposta U.S.A. “NREL TLP” per strutture di sostegno degli

aerogeneratori in acque profonde.

Fig. 11 Proposta olandese “Dutch Tri-Floater” per strutture di sostegno degli aerogeneratori in acque profonde.

movimento Massimo operativo sopravvivenza verticale 2,4 m 9,0 m rollio 1,4º 3,1º beccheggio 1,5 º 3,9º

Tab. I – movimenti dinamici del Dutch Tri-Floater

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e costosi, che sono indispensabili per mantenere stabile la struttura galleggiante.

Nella fig. 13 è mostrata la configurazione esaminata da CESI RICERCA (rif. [12]) allo scopo di ricavare informazioni sul comportamento delle soluzioni stabilizzate con tiranti, chiamate come detto TLP, al variare delle modalità di collegamento al fondo del mare, che sono state previste sia con tiranti (verticali o con ridotte inclinazioni) sia, opzionalmente, anche con cavi diagonali.

In particolare, sono stati utilizzati i pesi e le dimensioni della struttura galleggiante “NREL TLP” e - tramite un modello di calcolo statico semplificato appositamente prodotto - sono stati valutati i movimenti della struttura galleggiante e le forze che si scaricano sui dispositivi di ancoraggio, considerando: il carico orizzontale di progetto previsto nel progetto “NREL TLP”, pari a 1700 kN; differenti profondità del mare; diverse inclinazioni dei tiranti; la presenza o l’assenza dei cavi diagonali.

I risultati ottenuti hanno permesso di ritenere come più interessante la soluzione con tiranti verticali, in quanto richiede tiranti con sezione leggermente minore, genera più contenute forze orizzontali sui dispositivi di ancoraggio e produce minori inclinazioni della piattaforma, che tuttavia presenta importanti traslazioni orizzontali.

Peraltro, nel caso in cui fosse richiesto di ridurre significativamente tali traslazioni per un miglior funzionamento dell’aerogeneratore, risulterebbe estremamente efficace inserire le diagonali, che comporterebbero comunque un costo aggiuntivo e maggiori carichi orizzontali sui dispositivi di ancoraggio.

POTENZIALITÀ EO-LICHE IN ACQUE PROFONDE AL LARGO DELLE COSTE ITALIANE

ella fig. 14 (ricavata dal rif. [13]) sono rappresentate le mappe della velocità del

vento e della producibilità specifica (MWh/MW, cioè ore annue equivalenti di funzionamento di un aerogeneratore “tipo” a piena potenza) sull’intero territorio italiano e sul mare fino a ~40 km dalla costa, valutate a 75 m sul livello del suolo o del mare, quota

ritenuta particolarmente significativa per le installazioni eoliche, soprattutto se offshore galleggianti.

Nella tab. 2 (rif. [12]) vengono fornite indicazioni sulle aree offshore più promettenti per fini eolici, valutate considerando le aree di mare con distanza dalla costa superiore a 5 km e con producibilità maggiori di 2500 o di 3000 ore equivalenti, rispettivamente per installazioni in acque basse ed in acque intermedie/profonde. In particolare, da tale tabella risulta che le aree di mare più promettenti per un utilizzo eolico interessano le seguenti Regioni (elencate in ordine di estensione

N

Fig. 13 Struttura di sostegno per aerogeneratori in acque

profonde esaminata dal CESI RICERCA


13

delle stesse aree): • centrali eoliche in acque

basse: Puglia, Sardegna, Sicilia e Molise;

• centrali eoliche in acque intermedie: Sardegna e Sicilia;

• centrali eoliche in acque profonde: Sardegna, Sicilia e Puglia. Si segnala che i valori

indicati delle ventosità, delle potenze eoliche installabili e delle producibilità elettriche stimate sul mare sono di larga massima, dato che la loro valutazione è stata spesso guidata più da percezioni che da elementi oggettivi. Infatti, come indicato nel rif. [12], nelle stime della ventosità sul mare, a partire dalle quali sono state poi valutate potenze e producibilità, sono presenti elevati valori di incertezza, variabili da un minimo di circa 2 m/s (Mar Ligure e Adriatico) a un massimo di circa 3 m/s (Isole minori, Salento, Sardegna). Relativamente alle potenze installabili stimate rimangono anche le incognite derivanti in generale dalle procedure autorizzative - legate non solo al complesso sistema di vincoli vigenti, ma anche alla sensibilità dell’opinione pubblica - e dai costi di realizzazione, soprattutto per quanto riguarda le centrali eoliche in acque intermedie e profonde, quest’ultime mai realizzate a livello mondiale, per le quali non si hanno concreti dati economici a cui fare riferimento.

Si fa comunque osservare che, sulla base delle producibilità indicate nella fig. 14 e degli andamenti della profondità del mare, è stato determinato che le aree più

Fig. 14 Mappe della velocità del vento e della producibilità eolica a 75

m dal suolo o dal mare.

÷

13600÷67004000÷2000620÷3057000÷35002000÷1000310÷1553300÷16001000÷500155÷753300÷16001000÷500155÷75

Energia elettrica stim ata [GW h/anno]

Potenza stim ata [MW ]

Aree più prom ettenti [km ²]

Stim a di m assim a del potenziale eolico in acque profonde (>60 m )

Regione

PugliaS icilia

SardegnaTotale

2500÷800750÷250115401700÷800500÷25075÷40800÷0250÷040÷0




Stim a di m assim a del potenziale eolico in acque interm edie (30÷60m )

Regione

S iciliaSardegna

Totale




Regione

Stim a di m assim a del potenziale eolico in acque basse (< 30 m )

5600÷27001900÷900293÷135Totale1500÷700450÷20070÷30Sardegna1200÷600400÷20060÷30Sicilia2800÷14001000÷500155÷75Puglia100÷050÷08÷0Molise

÷

13600÷67004000÷2000620÷3057000÷35002000÷1000310÷1553300÷16001000÷500155÷753300÷16001000÷500155÷75




Stim a di m assim a del potenziale eolico in acque profonde (>60 m )

Regione

PugliaS icilia

SardegnaTotale

2500÷800750÷250115401700÷800500÷25075÷40800÷0250÷040÷0




Stim a di m assim a del potenziale eolico in acque interm edie (30÷60m )

Regione

S iciliaSardegna

Totale




Regione

Stim a di m assim a del potenziale eolico in acque basse (< 30 m )

5600÷27001900÷900293÷135Totale1500÷700450÷20070÷30Sardegna1200÷600400÷20060÷30Sicilia2800÷14001000÷500155÷75Puglia100÷050÷08÷0Molise

Tab. 2 Stime della producibilità eolica offshore in funzione della

profondità del mare.

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promettenti per centrali eoliche galleggianti si trovano al largo: • delle coste nord-orientali e sud-

occidentali della Sardegna; • della costa occidentale della

Sicilia; • della costa adriatica della

Puglia.

In Italia è già in fase di sviluppo progettuale da parte della società Gamesa una grande centrale eolica, che dovrebbe interessare il golfo di Manfredonia, in Puglia, in corrispondenza dell’area indicata nella fig. 15 (rif. [14]). Le principali caratteristiche previste per tale centrale sono: • numero di aerogeneratori:

66; • potenza totale installata:

297 MW; • profondità minima del

fondale marino: 14 m; • profondità massima del

fondale marino: 22 m; • distanza minima dalla

costa: 10 km; • distanza fra gli

aerogeneratori: 960 m; • area complessiva occupata

dall’impianto: circa 40 km2. Si prevede che la fase di

sviluppo del progetto (studi, approvvigionamento di materiali, apparecchiature, ecc.) impieghi almeno due anni, che la costruzione della centrale duri diciotto mesi, e che l’iniziativa crei un apprezzabile numero di posti di lavoro, sia per la realizzazione della centrale eolica, che per il suo esercizio. In particolare, per quest’ultima fase si prevedono 55 occupati diretti e 35 occupati indiretti.

Sempre in Puglia, a 20 km dalla costa di Tricase, da parte della “Blue H - Sky Saver” è in fase di sviluppo un’iniziativa eolica offshore (rif. [15]) che,

come indicato nella fig. 16, contempla: • l’installazione, in corso, di

una struttura galleggiante “prototipo” completa di un aerogeneratore da 80 kW, descritta di seguito;

• la realizzazione di una centrale eolica con potenza totale di 93 MW, composta da aerogeneratori bipala con potenze unitarie via via

crescenti (2,5 MW, 3,5 MW e 7,5 MW) installati su supporti galleggianti analoghi a quello presente nel prototipo, anche se ovviamente con dimensioni maggiori. Nella fig. 17 è mostrato il

prototipo “Sky Saver”, di tipo TLP, con sei tiranti verticali, vincolati da un lato ai vertici di una struttura galleggiante

Fig. 15 Centrale eolica proposta nel Golfo di Manfredonia (Puglia) in acque

basse.

Fig. 16 Ubicazione del prototipo “Sky Saver” e della centrale eolica

proposta al largo di Tricase (Puglia), in acque profonde.


15

esagonale, con peso globale di ~ 2900 kN, e dall’altro lato ai vertici di un unico contrappeso (o corpo morto) pure esagonale - con peso globale sommerso di ~ 6500 kN - appoggiato sul fondo del mare. In particolare, questo contrappeso, rappresentato nell’immagine in basso a destra della stessa fig. 17, è fondamentalmente formato da 6 cassoni e da 6 vasche, e viene trainato in sito tramite un rimorchiatore. Qui viene annegato e zavorrato, riempiendo i cassoni con acqua e le vasche con materiale inerte.

Il prototipo è stato realizzato con gli obiettivi primari di dimostrare la validità del sistema, testare le procedure di assemblaggio, trasporto ed installazione, e certificare la tecnologia. Obiettivi secondari che hanno condotto alla realizzazione del prototipo sono: testare il comportamento della struttura con le diverse condizioni meteo marine, e monitorare in loco i dati eolici e marini.

La prima unità di produzione della centrale eolica, con potenza di 2,5 MW, è previsto venga

installata a breve, utilizzando un aerogeneratore Gamma 60 bipala, opportunamente adattato per l’applicazione.

CONCLUSIONI e centrali eoliche offshore sono in una fase di rapido sviluppo, in particolare nel

Nord Europa, e le previsioni della EWEA (European Wind Energy Association) indicano, per il periodo 2025÷2030, che in Europa dovrebbero essere installate, in ambiente offshore, potenze annue dell’ordine di 10000 MW.

Anche attorno alle coste del Sud Italia, fondamentalmente della Sardegna, Sicilia e Puglia, sono presenti notevoli potenzialità eoloenergetiche, e si ritiene quindi verosimile che pure in tali zone si realizzino in futuro installazioni eoliche. Esistono già alcuni progetti e, in particolare, in Puglia sono già in fase di sviluppo due importanti iniziative, che interessano, rispettivamente, un’area del golfo di Manfredonia con acque basse, e una zona di mare al largo di Tricase con acque profonde.

In particolare, le installazioni eoliche

galleggianti in acque profonde sono ancora nella fase iniziale e l’iniziativa al largo di Tricase costituisce addirittura la prima applicazione concreta a livello mondiale.

Presso il CESI RICERCA sono in corso studi per l’individuazione di una o più soluzioni galleggianti tecnicamente ed economicamente interessanti. A tale scopo sono utilizzati anche modelli matematici in grado di rappresentare la dinamica del sistema, ed in particolare il codice di calcolo specializzato per strutture marine Moses, e un modello in fase di sviluppo presso il CESI RICERCA per l’analisi dell’aerogeneratore galleggiante.

Attraverso questi modelli si intendono ottenere risposte flessibili riguardo, ad esempio, la stabilità del sistema galleggiante al variare delle opzioni strutturali (Tension Leg Platform, Monocolonna, ecc.) e delle relative caratteristiche dimensionali e/o dei materiali prescelti, in particolare in condizioni estreme di vento e/o di mare. Si prevede anche di analizzare le condizioni di normale esercizio dell’aerogeneratore per evidenziare eventuali aspetti problematici o penalizzanti per le prestazioni energetiche - rispetto a quelle che l’aerogeneratore offrirebbe su terraferma - e per ricavare spunti per adeguamenti del sistema di controllo.

L’intera attività è quindi finalizzata ad approfondire le possibilità di sfruttamento di una risorsa, come l’eolico offshore, che può contribuire in modo non trascurabile al contenimento della

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Fig. 17 Prototipo “Sky Saver” in fase di installazione.

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dipendenza energetica dall’estero.

RICONOSCIMENTI Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo di Programma tra CESI RICERCA ed il Ministero dello Sviluppo Economico – D.G.E.R.M. stipulato in data 21 giugno 2007 in ottemperanza del Decreto legge. n. 73 del 18 giugno 2007.

RIFERIMENTI [1] “Esperienze e Prospettive

dell’Energia Eolica in Europa”. Prof. Arthouros Zervos , Presidente EWEA, Eolica Expo Mediterranean 2006. Roma, 28 ÷ 30 settembre 2006.

[2] “Energy from Offshore Wind”, W. Musial e S. Butterfield, National Renewable Energy Laboratory, B. Ram, Energetics Inc., Offshore Technology Conference, Houston, Texas, 1÷4 maggio 2006 http://www.nrel.gov/docs/fy06osti/39450.pdf

[3] Sito internet “Middelgrunden Wind Turbine Co-operative” http://www.middelgrunden.dk/MG_UK/ukindex.htm

[4] Sito internet “OWE - The Offshore Wind Energy Website” http://www.offshorewindenergy.org/0_home.php?menu=windfarms

[5] Sito internet “Npower renewables” http://www.npower-renewables.com/northhoyle/components.asp

[6] “Bucket Foundation, a status”, Lars Bo Ibsen, Morten Liingaard, Søren A. Nielsen, Copenhagen Offshore Conference, Copenhagen, Danimarca, 26-28 ottobre 2005

[7] Sito internet “Beatrice Wind farm Demonstrator Project ” http://www.beatricewind.co.uk/home/default.asp

[8] “Engineering Challenges for Floating Offshore Wind Turbines”, Sandy Butterfield NREL, Presentazione PowerPoint, Copenhagen Offshore Conference, Copenhagen, Danimarca, 26-28 ottobre 2005

[9] “Floating Wind Mill”, sito internet della società Hydro. http://www.hydro.com/en/press_room/news/archive/2005_11/hywind_en.html http://www.hydro.com/library/attachments/en/press_room/floating_windmills_en.pdf

[10] “Studie narr haalbaarheid van en randvoorwaarden voor drijvende offshore windturbines”. ECN, MARIN, Lagerwey the Windmaster, TNO, TUD, MSC, Dec. 2002. http://www.windenergy.citg.tudelft.nl/content/research/pdfs/drijfwind_report.pdf

[11] “Feasibility of Floating Platform Systems for Wind Turbines”, W. Musial, S. Butterfield, and A. Boone, 23rd ASME Wind Energy Symposium, Reno, Nevada, 5÷8 gennaio 2004 http://www.nrel.gov/docs/fy04osti/34874.pdf

[12] “Valutazioni preliminari sul potenziale eoloenergetico offshore in acque profonde. Studio di prefattibilità di impianti offshore in acque profonde”. F. Bettinali, S. Viani, R. Vailati, G. Botta, L. Mazzocchi. CESI RICERCA, protocollo 06007614, 28.12.2006.

[13] “ATLAEOLICO. Atlante eolico interattivo”. CESI RICERCA.

http://atlanteeolico.cesiricerca.it/viewer.htm

[14] Comunicato stampa del 19 aprile 2006 della Città di Manfredonia “Parco eolico offshore nel Golfo di Manfredonia” (documento parco_eolico.doc) http://www.comune.manfredonia.fg.it/atti/comunicati/com31_05_06.htm

[15] “Sky Saver - Progetto Tricase Canale di Otranto. Eolico offshore per acque profonde”. Giovanni Franzì. Workshop “Rinnova”. Centro Congressi Enel, Roma. 27 novembre 2007. http://www.enel.it/Rinnova/aree_tematiche/doc/Giovanni%20Franzi'.pdf


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ome è noto a tutti gli addetti, il PIANC con sede a Bruxelles, già anche

AIPCN, è in campo mondiale la più antica e diffusa associazione. AIOM ha intrapreso un percorso di rafforzamento dello scambio culturale con PIANC, con particolare riguardo alla veicolazione delle informazioni tecniche in lingua italiana. Uno dei punti più importanti nell’ambito di questa ampliata collaborazione e sinergia tra PIANC ed AIOM riguarderà la traduzione in lingua italiana degli abstract tratti dalle principali pubblicazioni del PIANC. L’intenzione è quella di dare ai soci e simpatizzanti dell’AIOM delle informazioni selezionate tra quelle di maggiore interesse rimandando naturalmente alla pubblicazione originale per chi avesse interesse ad approfondire. Le pubblicazioni del PIANC che riguarderanno questa rubrica saranno principalmente:

RAPPORTI TECNICI Sin dal 1885 PIANC mantiene una tradizione di rapporti tecnici di alto livello nei campi della navigazione marittima e fluviale, nonché diportistica tenendo conto anche degli aspetti ambientali. Questi rapporti, preparati nell’ambito di Gruppi di lavoro, rappresentano delle importanti guide tecniche per progettisti e tecnici

PERIODICO ON COURSE: Si tratta di un giornale

trimestrale emesso in gennaio, aprile, luglio e ottobre di ogni anno. Contiene principalmente degli articoli tecnici e le ultime novità in ambito PIANC ed in generale nel mondo della navigazione.

SINTESI TECNICHE: Si tratta di un’iniziativa recente del PIANC che intende riassumere la posizione tecnica e le osservazioni del PIANC in merito a specifici argomenti di interesse per il mondo (nel senso più ampio del termine) della navigazione.

Sailing Ahead E’ stato emesso il numero di Aprile di Sailing Ahead la news-letter del PIANC con le ultime informazioni sulla comunità della navigazione. La news-letter può essere visionata nel sito http://www.pianc-aipcn.org/

PREMIO Jack Nichol 2009 PER LA PROGETTAZIONE DI PORTI TURISTICI

a commissione per la navigazione da diporto (RecCom) invita i

progettisti e proprietari di porti turistici a proporre un sommario per concorrere al Premio Jack Nichol 2009 per progetti di marina entro il 31 agosto 2008. La lista dei progetti selezionati verrà notificata entro il 30 settembre

2008, dopodichè vi sarà tempo fino al 31 dicembre 2008 per sottoporre la proposta completa.

Il Premio Jack Nichol è stato creato per onorare la memoria di John M. “Jack” Nichol, membro onorario del Pianc e famoso progettista di marina. Lo scopo del premio è quello di evidenziare l’eccellenza nella progettazione di porti turistici in tutto il mondo e consiste in una placca di bronzo che potrà essere esposta nel porto assegnatario del premio.

Il premio è assegnato dalla

Commissione RecCom ogni anno purchè vi sia un sufficiente numero di partecipanti. Il vincitore sarà annunciato nel corso dell’assemblea generale annuale (AGA) nel maggio 2009 dal presidente della commissione e sarà citato nel giornale del PIANC nonché nel sito internet.

I requistiti per la partecipazione ed i criteri di assegnazione sono scaricabili dal sito stesso. Le domande di partecipazione andranno inviate a: Dr. Eng. Elio Ciralli Secretary of PIANC RecCom Viale delle Magnolie, 36 90144 – Palermo, Italy E-mail: [email protected]

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Notizie dal PIANC


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OMAE 2008 27th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering Estoril, Portugal between 15-20 June 2008

he event is organised by ASME International, the OOAE Division of the

International Petroleum Technology Institute (IPTI), and the Instituto Superior Técnico (Technical University of Lisbon), through its Unit of Marine Technology and Engineering and is sponsored by various professional associations of many countries. Among the co-sponsor associations is AIOM, the Italian Associations for offshore and marina.

The objective of this annual international event is to provide a forum for the scientific and industrial community from around the world to meet and present advances in technology and its scientific support, to exchange ideas and experience whilst promoting technological progress and its application in industry as well as international cooperation in ocean, offshore and arctic engineering.

The Conference proceedings will be indexed in the ISI Web of Knowledge.

The Conference will have 8 traditional Symposia and will

be complemented by 4 Special Symposia:

Offshore Technology Structures, Safety and

Reliability Materials Technology Pipeline and Riser

Technology Ocean Space Utilization Ocean Engineering Polar and Arctic Sciences

and Technology CFD & VIV Nick Newman Symposium

on Marine Hydrodynamics Yoshida and Maeda

Special Symposium on Ocean Space Utilization

Offshore Renewable Energy

Offshore Measurement and Data Interpretation

The Nick Newman Special Symposium on Marine Hydrodynamics is organized to honour the significant accomplishments of Professor Nick Newman in the fields of marine hydrodynamics which has formed the foundation of much of the development of floating production systems in the last few decades. Additionally, a review of the present state of marine hydrodynamics and a look at the future of this area of investigation is intended.

The Yoshida and Maeda Special Symposium on Ocean Space Utilization is organized to honour the significant accomplishments of Professors Koichiro Yoshida and Hisaaki Maeda in the

fields of Ocean Space Utilization. They have both been leading researchers on the subject of hydroelasticity and structural mechanics of Very Large Floating Structures.

ICCE 2008 Hamburg, Germany August 31 - sept. 5, 2008

he ICCE 2008 will be held in Hamburg, Germany from Sunday, 31st August

2008 to Friday, 5th September 2008 at the Hamburg Congress Centre CCH. The ICCE 2008 will be organised by the German Society of Port Engineering and the German Coastal Engineering Research Council under the auspices of the Coastal Engineering Research Council (CERC) of Coasts, Ocean, Ports and Rivers Institute (COPRI) of the American Society of Civil Engnieers (ASCE). Papers are invited on theory, measurement, analysis, modelling and practice for the following conference topics:

Coastal Processes Coastal, Shore and Estuarine Structures

Ports, Harbours and Waterways

Coastal Environment Coastal Risks Coastal Development

Practical papers detailling the design, construction and performance of case study coastal projects are encouraged. Original papers are invited on theory, measurement, analysis, modelling and practice for the following topics:

Coastal Processes: Wave theories and wave transformation, tides and

T

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congressi


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tidal dynamics, storm surges and extreme events, transport processes, sediment transport, coastal erosion, shoreline changes and scouring

Coastal, Shore and Estuarine Structures: Planing, design, construction, performance, optimisation and maintenance, wave-structure-soil interactions

Ports, Harbours and Waterways: Planning, design and construction of ports, deep water terminals and waterways, siltation, management and optimisation of dredging, ship impacts

Coastal Environment: Coastal pollution, recreation, water quality, wadden sea, wetlands and estuaries, environmental impacts and compensation, coastal ecohydraulics

Coastal Risks: Coastal risk sources, coastal breaching, flood risk management and strategies, assessment of coastal risks

Coastal Development: Coastal zone management, coastal energy, navigation and transportation, monitoring, data management, coastal information systems, sustainability of coastal projects, coastal protection concepts

Prospective authors are invited to submit papers dealing with the conference subjects or related topics not later than July, 15, 2007. Further instructions concerning the abstract submission process can be found in the 1st Bulletin which is available on the conference website http://icce2008.hamburg.baw.de

MEDITERRANEAN DAYS Palermo 7-9 ottobre 2008

alermo è la prima di una serie di quattro edizioni delle “Giornate Mediter-

ranee di Ingegneria Costiera e Portuale”, secondo quanto disposto dal “Protocollo d’Intesa” sottoscritto da Italia, Francia, Spagna, Portogallo e dalla Sezione Nazionale del PIANC. Scopo principale della conferenza è favorire lo sviluppo di una comune cultura tecnica nell’area del Mediterraneo nel settore dell’ingegneria costiera e portuale, tenendo conto della necessità di elaborare nuove strategie per fronteggiare in modo appropriato le nuove sfide del mercato globale, senza trascurare gli aspetti ambientali e sociali alla luce dei principi dello sviluppo sostenibile.

Gli argomenti della conferenza sono: 1. Porti e Terminali 2. Navigazione Marittima 3. Gestione della Costa 4. Ambiente ed Energie

Rinnovabili nel Mediterraneo

5. Porti Turistici, Porti Urbani e Waterfronts La sede della conferenza è

la villa Igiea (nella foto). Progettata da Ernesto Basile nel 1908, la Villa si affaccia sulla baia di Palermo, adiacente ad un porto turistico

e circondata da un parco dalla ricca vegetazione mediterranea.

La facciata esterna in stile neoclassico, la scenografica scalinata che scende verso il mare in un susseguirsi di terrazze, i saloni interni con arredi liberty originali completamente ristrutturati: tutto concorre alla bellezza ed eleganza del luogo. Per le sue caratteristiche il complesso è stato più volte scelto dai regnanti di vari Paesi europei in occasione delle visite in Italia.

Nel programma della conferenza sono inclusi i seguenti eventi sociali : Lunedì, 6 ottobre Welcome Ice-Breaking Party Martedì, 7 ottobre Welcome Cocktail ed Evento Culturale Mercoledì, 8 ottobre Cena di Gala Giovedì, 9 ottobre Farewell Happy Hour

POST CONFERENCE TOURS Tour delle isole Eolie Tour della Sicilia Occidentale Tour delle isole Egadi Tour della Sicilia Orientale

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Questa nuova rubrica, a cura di Angelo Garassino, si propone di fornire una carellata, completa di un breve sommario, su recenti pubblicazioni di potenziale interesse.

ittner, R. B., Safaqah, O., Zhang, X., and Jensen, O. J. “Design and

Construction of The Sutong Bridge Foundations .” DFI Journal 1(1), 2-18. 2007. DFI. Sommario: Riporta la descizione dell progettazione del ponte Suttong con particolare riferimento a 3 argomenti: • progetto e costruzione dei

131 pali trivellati sotto ciascuno dei due piloni;

• progetto e costruzione della protezione antiscalzamento dei due piloni;

• metodi di costruzione

yrne, B. W. and Houlsby, G. T. “Assessing novel foundation options for

offshore wind turbines." World Maritime Technology Conference, London, UK (March). 2006. Sommario: In Gran Bretagna l’energia rinnovabile proveniente da impianti eolici offshore costituisce un contributo energetico importante. Uno degli aspetti che hanno grande influenza sul costo di realizzazione di questi impianti è la costruzione offshore delle fondazioni delle turbine. Si passano in rassegna i risultati di uno studio recente orientato alla progettazione di fondazioni a cassone per questi tipi di macchine. Sono ampiamente discusse tutte le possibilità di impiego di fondazioni a cassone sia per fondazione singola sia per fondazione multipla (tripode, tetrapode, ecc.)

elly, R. B., Houlsby, G. T., and Byrne, B. W. ”Transient vertical loading

of model Suction caissons in a pressure chamber.” Geotechnique 56(10), 665-675. 2006. Sommario: Prove di carico verticali sono state eseguite per verificare la portata ed il comportamento di una fondazione per torre eolica a piedi multipli; sono presentati i risultati anche di prove cicliche varie per verificare la dipendenza delle portate dei pali dai metodi di installazione

oulsby, G. T., Kelly, R. B., Huxtable, J., and Byrne, B. W. “Field trials of suction

caissons in sand for offshore wind turbine foundation.” Geotechnique 56(1), 3-10. 2006. Sommario: Descrive le prove sperimentali per la progettazione di fondazioni monoappoggio o a piede multiplo.

aess, A., Karlsen, H. C., and Teigen, P. S. “Numerical methods for

calculating the crossing rate of high and extreme response levels of compliant offshore structures subjected to random waves.” Applied ocean research 28(1), 1-8. 2006 Sommario: L’articolo è incentrato sui metodi per calcolare i valori medi che sorgono dai processi stazionari rappresentabili da serie stocastiche Volterra del 2° ordine. E’ la corrente rappresentazione secondo lo stato dell’arte del responso a una

sollecitazione di moto orizzontale, cioè una piattaforma del tipo “tension leg platform” in mari con condizioni casuali. Viene descritto un metodo numerico per calcolare il livello medio “mean upcrossing rate” dell’aliquota di incidenza sulla struttura di un processo di risposta stocastica del tipo considerato. In aggiunta a questo metodo esatto sono anche discussi due metodi approssimati.

aaijer, M. B. “Foundation modelling to assess dynamic behaviour of

offshore wind turbines.” Applied Ocean Research 28(1), 45-57. 2006. Sommario: Il comportamento dinamico delle turbine eoliche offshore è più complesso della combinazione somma di turbina eolica a terra e di una piattaforma offshore che si affrontano nell’industria petrolifera o del gas. Vengono presentati approcci semplificati al problema

amgaard, J. S., Sumer, B. M., Teh, T. C., Palmer, A. C., Foray, P., and Osorio,

D.: “Guidelines for Pipeline On-Bottom Stability on Liquefied Noncohesive Seabeds.” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 132(4), 300-309. 2006. Sommario: l’articolo fornisce pratiche linee guida per il progetto delle pipelines basate sulla stabilità del fondo del mare in materiali non coesivi. Sono raccomandati metodi esistenti per calcolare la probabilità di

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recensioni


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liquefazione e sono indicati i requisiti minimi della soil investigation. E’ presentata una nuova formula per individuare la profondità di interramento in terreni che hanno subito liquefazione.

e Groot, M. B., Bolton, M. D., Foray, P., Meijers, P., Palmer, A. C., Sandven,

R., Sawicki, A., and Teh, T. C.: “Physics of Liquefaction Phenomena around Marine Structures.” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 132(4), 227-243. 2006. Sommario: si analizzano i diversi tipi e possibilità di liquefazione attorno alle strutture marine e i fenomeni fisici sono brevemente descritti. Tra essi: compressibilità dello scheletro solido del terreno, dilatanza, rapporto tra deformazione elastica e plastica, risposte in condizioni di carico ciclico

e Groot, M. B., Kudella, M., Meijers, P., Oumeraci, H.: “Liquefaction

Phenomena underneath Marine Gravity Structures Subjected to Wave Loads.” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 132(4), 325-335. 2006. Sommario: la fondazione di un breakwater verticale di una piattaforma offshore può arrivare a rottura per l’azione delle onde. In terreni sabbiosi ci può essere un contributo del fenomeno di liquefazione come la generazione di eccessi di pressione interstiziale residua o mobilità ciclica.Il fenomeno è presente solamente nel caso di terreno sabbioso molto sciolto in combinazione con basso potere drenante cioè in contatto con uno strato argilloso. Sono individuati anche altri tipi di rotture.

unn, S. L., Vun, Pui Lee, Chan, A. H. C., and Damgaard, J. S.:

“Numerical Modeling of Wave-Induced Liquefaction around Pipelines”. Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 132(4), 276-288. 2006. Sommario: si mostrano i risultati di una modellazione numerica di uno studio di liquefazione indotta dal moto ondoso. Il modello può riprodurre sia la liquefazione istantanea sia la liquefazione residua. Il problema studiato riguarda una tubazione interrata con il terreno sabbioso di riempimento che va in liquefazione sotto l’effetto del moto ondoso. Si evidenziano gli effetti delle condizioni al contorno.

udella, M., Oumeraci, H., De Groot, M. B., and Meijers, P. “Large-Scale

Experiments on Pore Pressure Generation underneath a Caisson Breakwater.” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 132(4), 310-324. 2006. Sommario: sono presentati i risultati di simulazioni su modelli in scala grande con generazione di eccesso di pressione interstiziale nel letto sabbioso su cui poggia iil cassone, che è soggetto ad effetti pulsanti ed all’impatto delle onde. Si fa riferimento a letti di sabbia sciolta con straterelli sottili di argilla o limo. La liquefazione totale non si è potuta raggiungere, l’eccesso di pressione è prodotto dai movimenti del cassone sotto l’impatto dell’onda corrispondenti a deformazioni residue del terreno che possono portare alla rottura del frangiflutti.

umer, B. M., Hatipoglu, F., Fredsoe, J., and Ottesen Hansen, N. E. “Critical

Flotation Density of Pipelines in Soils Liquefied by Waves and Density of Liquefied Soils.” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 132(4), 252-265. 2006. Sommario: l’articolo riporta i risultati di un esperimento su modello e di un’analisi teorica riguardante il galleggiamento del tubo in un terreno liquefatto e la densità del terreno liquefatto. Si evince dallo studio che la tubazione funziona come un idrometro, lo strumento per misurare la densità dei fluidi, si vede che la densità del terreno liquefatto risulta variabile con la profondità.

umer, B. M., Truelsen, C., and Fredsoe, J. “Liquefaction around

Pipelines under Waves.” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 132(4), 266-275. 2006. Sommario: per un tubo interrato in terreni sabbiosi sono state indagate con onde di altezza crescente le condizioini di inizio liquefazione in prossimità del tubo e lontano da esso. E’ risultata evidente l’influenza della tubazione: lontano da essa la liquefazione, come normale inizia dall’alto e si propaga verso il basso, vicino al tubo la liquefazione parte dal basso, dalla generatrice inferiore e si propaga verso l’alto. Sono anche state analizzate le influenze sul regime di “non liquefazione”di altri diversi fattori.

eh, T. C., Palmer, A. C., Bolton, M. D., and Damgaard, J. S. “Stability

of Submarine Pipelines on Liquefied Seabeds.” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 132(4), 244-251. 2006. Sommario: E’ rivisto in forma sperimentale l’approccio normale

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alla stabilità delle tubazioni interrate. Si è esaminato il meccanismo di rottura su di un fondale che va in liquefazione. E’ stato trovato un modello analitico per predire l’affossamento della tubazione.

ory, M., Michallet, H., Bonjean, D., Piedra-Cueva, I., and et, al. “A

Field Study of Momentary Liquefaction Caused by Waves around a Coastal Structure.” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 133(1), 28-38. 2007. Sommario: E’ il risultato di un esperimento in vera grandezza effettuato su di un bunker della seconda guerra mondiale sulla spiaggia. La struttura è stata circondata dal mare in alta marea ed assoggettata ad un intenso moto ondoso.L’impiego di sensori a differenti profondità sotto il bunker ha dimostrato che lo strato di sedimenti al confine superiore non resta continuamente in equilibrio. Si osserva la liquefazione momentanea. Si considera la presenza di gas e se ne stima l’effetto paragonando i risultati con la teoria.

ttesen Hansen, N. E. and Gislason, K. “Soil Reactions in Saturated

Sand Caused by Impulsive Loads.” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 133(1) 39-49. 2007. Sommario: in sabbie sature la reazione a carichi impulsivi è dipendente dalla velocità di applicazione e che può risultare anche di molto superiore a quella che si sviluppa per i carichi applicati lentamente. La ragione è l’interazione tra la rottura del terreno ed il flusso dell’acqua interstiziale. I metodi di calcolo tradizionalmente usati in geotecnica vengono estesi per

tener conto di questa interazione.Si vede che le zone di rottura sono generalmente dilatanti con l’eccezione dello strato più sciolto cosa che indica che al momento in cui la rottura si sviluppa l’acqua interstiziale verrà richiamata nella zona di rottura. La resistenza media risulta incrementata anche di 70 volte rispetto alla sabbia asciutta.

andven, R., Husby, J. E., Husby, E., Jønland, J., Roksvag, K. O., and et, al.

“Development of a Sampler for Measurement of Gas Content in Soils.” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 133(1), 3-13. 2007. Sommario: il problema della liquefazione indotta dalle onde è un punto importante nell’ingegneria marina ed un argomento di ricerca. Il contenuto di gas è uno degli argomenti di interesse perchè la presenza del gas influenza lo sviluppo della pressione interstiziale ed il gradiente della stessa durante l’azione dell’onda.L’obiettivo principale dello studio è la messa a punto di un campionatore che possa consentire la misura della quantità di gas nel terreno ed allo stesso tempo una buona caratterizzazione del suolo.

umer, B. M., Ansal, A., Cetin, K. O., and et, al. “Earthquake-Induced

Liquefaction around Marine Structures.” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 133(1), 55-82. 2007. Sommario: E’ una panoramica dello stato dell’arte di liquefazione indotta da sisma con particolare riguardo alle strutture a mare.L’articolo è organizzato in diverse sezioni: (1) introduzione; (2) liquefazione da sisma, in cui è riportata una trattazione generale del fenomeno di liquefazione dei terreni;(3) normative/linee guida

sulla liquefazione indotta da sisma e conseguenze per le strutture marine;(4) panoramica sulla esperienza giapponese con cenni storici sui terremoti e indicazioni di possibili contromisure; (5) carrellata sui danni inflitti dal terremoto su strutture a mare in occasione del terremoto di Kocaeli; (6) verifica degli spostamenti dovuti al sisma; (7)gli tsunami ed il loro impatto

umer, B. M., Hatipoglu, F., and Fredsoe, J. “Wave Scour around a Pile in

Sand, Medium Dense, and Dense Silt.” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering 133(1), 14-27. 2007. Sommario: Si riportano i risultati di una ricerca sperimentale sullo scalzamento attorno ad un palo circolare con 3 differenti tipi di terreno: limo denso, limo medio denso e sabbia

inna, R. “Buckling of suction caissons during installation.” UWA, The

University of Western Australia 2003. PhD thesis. Sommario: questo tipo di fondazione sostituisce, con molti vantaggi in acque alte, i pali. E’ costituita da un involucro cilindrico che viene infisso nel terreno per peso proprio in una prima fase e per pressione dell’acqua, a fronte di una depressione interna, in seconda fase. La tesi esamina un gran numero di dati strutturali che vanno dall’influenza della forma del cassone, all’interazione con il terreno in condizioni di carico che generano il collasso o l’instabilità elastica della struttura. Sono studiati anche gli effetti delle imperfezioni sul carico di collasso. E’ presentata anche la serie completa di risultati come linee guida per la progettazione di strutture di questo tipo.

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25

RIC Rete Italiana per la Costa

www.ric.unibo.it a cura di R. A.

a Rete Italiana per la Costa nasce con lo scopo di fornire supporto alla

divulgazione di informazioni e conoscenze in ambito costiero, rafforzare la cooperazione tra le istituzioni partecipanti, creare nuove alleanze e individuare migliori canali di comunicazione. Favorisce il processo di scambio di esperienze e conoscenze, fornisce supporto per la risoluzione di problemi e la ricerca di nuove soluzioni per la gestione della zona costiera.

RIC è la rete Italiana di ENCORA (www.encora.eu) azione di coordinamento Europeo per la ricerca sulla gestione integrata della zona costiera, il cui scopo è integrare le attività di tutti i partecipanti alla rete e stabilire legami appropriati tra tutti coloro che hanno come interesse comune lo stato della costa. Attraverso ENCORA si connettono le reti Nazionali di 18 paesi partecipanti e le 10 reti tematiche dedicate ad argomenti condivisi di maggior interesse. COME ADERIRE

possibile aderire a RIC e ad ENCORA attraverso il sito web della rete

Nazionale RIC: www.ric.unibo.it. Sono previste 2 modalità

di adesione: le istituzioni che svolgono attività legate alla gestione integrata della zona costiera possono associarsi come Membri RIC; i singoli

possono aderire come Partecipanti alla rete ENCORA. Entrerete quindi a far parte di una rete di contatti Nazionali ed Internazionali molto vasta e potrete usufruire dei servizi offerti. La rete è aperta a:

Tecnici di Amministrazioni Pubbliche

Scienziati, ricercatori Ingegneri, gestori e

consulenti tecnici I membri RIC-ENCORA

hanno la possibilità di usufruire di una serie di servizi privilegiati, di cooperare e scambiare informazioni con gli altri partecipanti sia a livello Nazionale che Europeo, di partecipare alla creazione degli European White Papers e Action Plans per la formulazione delle priorità Europee in ambito costiero. L’adesione a RIC è gratuita!

ATTIVITA’ oastal Wiki: E’ uno dei risultati del progetto

ENCORA, consiste in una enciclopedia multimediale in ambito costiero a livello Europeo. E’ rivolta a professionisti, tecnici ed è uno strumento importante di informazione e divulgazione dei più recenti sviluppi e studi. Tutti gli iscritti possono pubblicare, aggiornare e modificare articoli su Coastal Wiki.

YPEP - Young Professional Exchange

Programme: RIC facilita e finanzia la mobilità di giovani ricercatori e professionisti, incoraggia la formazione e l’ampliamento di personali reti di contatti Nazionali ed Internazionali attraverso: (1) Meet and Greet Days (2) Summer Schools (3) Personal Exchange Programmes (4) ENCORA Theme Meetings

CSM – Contact Search Mechanism: Meccanismo per la ricerca di contatti e informazioni attraverso il quale la domanda formulata viene pubblicata sul sito web, inviata

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C

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notizie

NNN ... 333 777 APRILE 2008

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via e-mail a tutti i partecipanti, e divulgata attraverso il Forum.

Newsletter: Distribuita mensilmente a tutti i partecipanti, contiene informazioni di rilievo Nazionale e Internazionale.

Contact Database: Vasto Database di contatti contenete informazioni su persone e istituti partecipanti e dettagli di progetti in ambito costiero.

CONTATTI Ufficio di Coordinamento Nazionale (NCO) ha sede presso: Università di

Bologna, Facoltà di Ingegneria, DISTART Idraulica, Viale del risorgimento, 2, 40136 Bologna. web: www.ric.unibo.it e-mail: [email protected] Tel.: +39-051-2093749 Fax.: +39-051-6448346 Coordinatore: Prof. Alberto Lamberti

Europe’s largest wind farm Da New Civil Engineer, 6 dicembre 20072, pag. 9 (traduzione del testo originale a cura di MG))

l mese scorso (novembre 2007, ndt) ha visto il montaggio delle prime

cinque turbine della maggiore windfarm d’Europa. Il sito, Whitelee, a sud est di Glasgow, ha una superficie di 55 km2: potrà generare 320 MW mediante 140 turbine Siemes alte, ciascuna, 110 m. L’elettricità prodotta potrà alimentare 200.000 abitazioni.

2 Periodico di “the Institution of Civil Engineers”, UK.

Prima di installare le turbine è previsto di realizzare infrastrutture per un importo programmato di 80 milioni di sterline (circa 120 milioni di Euro, ndt). Il piano di tali infrastrutture comprende 87,5 km di strade, il 65% delle quali “galleggianti” su spessi strati di torba.

Per l’immissione in rete dell’energia prodotta saranno necessari 950 km di cavi elettrici. (www.nce.co.uk)

Alcuni riferimenti e valutazioni (ndt):

nel sito Whitelee, il rendimento energetico è pari a (320 MW/55 km2) = 5,8 W/m2

la produttività media di una turbina: (320 MW/140) ≈2.300 kW

la densità terrestre delle turbine: (55 km2:140 n.) ≈ 0,4 km2 (40 ettari) Per avere un termine di

paragone si ricordano i parametri tipici dell’energia

solare, di cui in ultima analisi il vento è un “sottoprodotto”:

la potenza della radiazione solare incidente, a perpendicolo, su 1 m2 della superficie terrestre è c.a 1,3 kW; la quota non riflessa dalla Terra è circa 1:1.000 (1,3 W)

in regioni molto favorevoli (come New Mexico, Arizona, Israele) la potenza solare media, durante il giorno, è 800 W/m2; le ore di effettiva utilizzazione quotidiana sono 8; i giorni sereni in un anno: 330. Ne deriva una potenza elettrica media di 250 W/m2 che, tenuto conto dei rendimenti di trasformazione, nei casi più favorevoli, scende a 75 W/m2

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I

Rendering di un impianto offshore (tratto dal sito citato nell’articolo)


27

TESI: analisi sperimentale e studio numerico dell'idrodina-mica in prossimità di frangi-flutti in massi di E. Clementi

Fig. 1 Rappresentazione della circolazione idrodinamica in prossimità di barriere tracimabili e permeabili.

iprende in questo numero la rubrica dedicata ai giovani che presenta in

questo numero un interessante studio sperimentale e numerico di stampo eminentemente marittimo svolto dall’Ing. Emanuela Clementi durante la tesi di Dottorato svolta a Bologna con relatore il prof. Alberto Lamberti.

La tesi propone un’analisi sperimentale e uno studio numerico sui processi di interazione tra onde e frangiflutti in massi a cresta bassa.

INTRODUZIONE utilizzo di barriere a cresta bassa rappresenta una frequente soluzione per

contrastare il processo di erosione costiera. La ridotta emergenza consente infatti, sia di diminuire l’energia ondosa incidente sulla spiaggia attraverso una serie di processi di interazione onda-struttura, che di garantire un opportuno ricircolo nella zona protetta dovuto alla frequente tracimazione e minimizzare l’impatto visivo e ambientale. In generale, si verifica che la portata trasmessa nell’area protetta dalla scogliera in termini di tracimazione e

filtrazione, induce un innalzamento del livello idrico rispetto al medio mare (piling up). L’aumento del livello medio a tergo della barriera implica un incremento di flussi di ritorno offshore attraverso la struttura, oltre a correnti lungo riva e attraverso i varchi (nel caso di un sistema di difesa costituito da più barriere), con conseguente erosione nelle aree di maggior fragilità. La particolare circolazione idrodinamica innescata dalla presenza di tali strutture è rappresentata in fig. 1.

Negli ultimi decenni sono state condotte numerose analisi

sperimentali e studi matematici e teorici al fine di analizzare i diversi processi di interazione onda-struttura a cresta bassa. Lo sviluppo di modelli numerici basati sulla diretta risoluzione delle equazioni bidimensionali e mediate di Navier Stokes (RANS) ha permesso di disporre di una realistica, seppure approssimata, descrizione di tali processi.

L’obiettivo della tesi è stato lo studio dei principali processi di interazione tra onde e frangiflutti in massi a cresta bassa attraverso analisi sperimentale e modellazione numerica.

R

L’

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ANALISI SPERIMENTALE

er analizzare i processi di interazione onda-struttura, sono stati condotti

esperimenti a piccola scala nel canale per onde e correnti del Laboratorio di Idraulica del Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Firenze. Nel canale, lungo 47.0 m, largo 0.8 m e alto 0.8 m, dotato di un sistema di ricircolo bidirezionale, sono state condotte 40 prove con onde regolari e 40 con onde irregolari analizzando 8 strutture con diversa emergenza (Rc=5/0/-5 cm), larghezza in cresta (Bc=20/40/50 cm) altezza (h=20/5 cm), porosità n=0.42, diametro dei massi d50=0.03 m, (maggiori dettagli in Cappietti et al., 2006, Clementi et al., 2006 e in Clementi, 2007). La variazione della superficie libera è stata misurata tramite 13 sonde di livello dislocate lungo il canale.

Tramite un sistema di ricircolo che sottrae acqua da riva per reimmetterla al generatore è stato simulato il flusso di ritorno attraverso i varchi. Sono state quindi riprodotte diverse condizioni di confinamento compreso tra i casi estremi di barriera indefinitamente lunga (ricircolo nullo) e barriera isolata (piling up nullo). La fig. 2 definisce i flussi che interessano una barriera emersa sottoposta a prova in presenza di ricircolo.

Lo studio della variazione del piling up (p) con la portata di ricircolo (Qr) evidenzia un rapporto di linearità tra le due grandezze come evidenziato in Fig. 3 ed espresso dalla seguente equazione:

rQr Qpp α−Δ=Δ =0 dove il primo termine a destra rappresenta il piling up per

ricircolo nullo, α è un coefficienrte di resistenza al moto pari alla pendenza delle rette rappresentate in Fig. 3.

Grazie al confronto comparato tra 2 strutture emerse, 4 con bordo libero nullo e 2 sommerse, è stato possibile scindere i contributi del flusso di ritorno sopra e attraverso la barriera; la filtrazione stessa è stata suddivisa nella

componente più profonda e in quella limitata allo strato dei massi superficiali. Si è notato che la filtrazione attribuibile a questo strato è quantitativamente molto significativa risultando quasi pari all’intera portata sottostante (v. Fig. 4). Ciò è dovuto alla evidente minore compattazione dello strato stesso.

P

Qov_in

Qf_in

Qf_out

Qr

Fig. 2. Schematizzazione dei flussi nell’intorno di una barriera emersa in

canale con ricircolo.

Fig.3 Piling up vs. portata di ricircolo.

P o rta ta d i r ic irc o lo

B a rrie ra so m m e rsa

B arrie ra freeboa rd nu llo

Barriera emersa

Pilin

g up

P o rta ta d i r ito rn o s o p ra la c re s ta

P o rta ta d i f iltra z io n e s tra to s u p e r io re

P o rta ta d i f iltra z io n e

Fig. 4. Rappresentazione delle diverse portate di ritorno attraverso e

sopra l’opera per curve caratterizzate dalla stessa portata di ricircolo a piling up nullo.


29

E’ stata misurata la tracimazione (portata totale entrante) per barriera sommersa (a piling up nullo, ovvero in assenza di flussi di ritorno indotti da questo). Dallo studio si evidenzia che la portata totale entrante diminuisce quando l’emergenza della barriera aumenta e anche quando la larghezza della berma aumenta.

Si osserva che la classica formulazione utilizzata per derivare la portata di tracimazione, proposta da van der Meer & Janssen (1995) e accoppiata con il coefficiente λRc di Kofoed & Burcharth (2002) valida per strutture emerse a cresta bassa non rappresenta la tracimazione al limite per Rc=0:

cRfmo

c

moH

R

gH

q λγ ⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

)0,max(6.2exp2.0

3

con

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

fmo

cR H

Rc γ

πλ3

)0,max(2sin4.06.0

dove q è la portata di tracimazione, Hmo rappresenta l’altezza d’onda incidente.

E’ stata quindi derivata una nuova equazione empirica che rappresenta la tracimazione anche nel caso di barriere a bordo libero nullo:

( )+⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

fmo

c

c

eq

mo

moH

RBH

gHQ

γ0,max6.2exp2.0

3

bgBHh

eqmo

1α+

dove il rapporto adimensionale eqmo BH rappresenta un

coefficiente di riduzione alla formula di Van der Meer. Poiché quest’ultima esprime la tracimazione per barriere emerse ed impermeabili, è stato introdotto un termine che include la percolazione attraverso la berma e quindi il minore run-up nel caso di strutture permeabili. Il secondo termine a destra rappresente la filtrazione indotta dall’azione

dell’onda incidente e dipende dalla quota della superficie libera, dall’altezza d’onda, dalla larghezza della berma e dal coefficiente non-lineare della formula di filtrazione, b, e quindi dalle caratteristiche geometriche del mezzo poroso. I coefficienti c e α sono stati valutati sulla base dei risultati sperimentali e risultano avere i seguenti valori: c=0.6 per strutture emerse e a bordo libero nullo; c=0.3 per barriere sommerse; α=1.5.

La figura 5 mostra un buon accordo tra la portata totale entrante nella zona protetta dalla barriera per tutte le tre tipologie di barriere studiate.

MODELLAZIONE NUMERICA

biettivo specifico dello studio numerico è stato esaminare molteplici configurazioni

geometriche caratterizzate da diversa porosità, dimensione e forma estendendo il database sperimentale presente nella letteratura scientifica.

Nella tesi è stato utilizzato il modello 2DV COBRAS (Cornel Breaking Waves and Structures) sviluppato da Lin e Liu (1998) e recentemente integrato e validato

da Garcia et al., 2004, Lara et al., 2006. Il modello è in grado di simulare i processi di riflessione, trasmissione, tracimazione e frangimento delle onde oltre alla turbolenza sia nella regione fluida che in quella porosa. Il tracciamento della superficie libera avviene attraverso l’utilizzo dell’algoritmo VOF (Volume Of Fluid), mentre le equazioni 2D di Navier-Stokes vengono chiuse dal modello di turbolenza k-ε che in queste analisi viene assunto per certo essendo verificato anche dalla corretta rappresenta-zione del decadimento dell’onda sulla spiaggia. Il processo di filtrazione all’interno della struttura porosa è descritto dalle equazioni RANS, mediate nel volume della cella, e modellato dalla combinazione di forze lineari e non lineari che seguono la legge di filtrazione suggerita da Forchheimer e in seguito sviluppata da van Gent (1995):

tucubuuaI∂∂

++=

con: ( )250

3

21gdn

na να −=

, 50

315.71

gdnn

KCb νβ −

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

O

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.10

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

[(Hmo/Beq)c*QVdM]+α (√h/H)/gBeqb

Q/√

g H

mo

3

Emerged s truc tureNull freeboard struc tureSubmerged s truc ture

Strutture emerse Strutture bordo libero nulloStrutture sommerse

Fig.5 Portata totale verso riva calcolata e misurata sperimentalmente.

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ngn

n

c⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

+=

11 γ

dove n è la porosità, d50 è il diametro medio dell’ammasso poroso, KC è il numero di Keulegan-Carpenter, γ è il coefficiente di massa aggiunta, ν è la viscosità cinematica e g è l’accelerazione gravitazionale.

La calibrazione del codice consiste nel determinare il coefficiente β del termine non lineare della legge di filtrazione essendo i coefficienti α e γ meno determinanti e tutte le altre grandezze assunte come note. In Garcia (2005) e nella presente tesi, si suggeriscono i valori ottimali di β, evidenziando una calibrazione non univoca e dipendente dal valore dell’emergenza della barriera. In Clementi et al., 2007, si è inoltre evidenziato un aumento del valore del coefficiente β all’aumentare di KC in contrasto con quanto indicato nel modello di filtrazione descritto e sono state discusse possibili soluzioni relative alla calibrazione del codice, ma questa rimane tuttora una limitazione nell’utilizzo del modello.

L’insieme di prove sperimentali descritte nel paragrafo precedente sono state simulate numericamente utilizzando il codice COBRAS allo scopo sia di indagare l’accuratezza del modello opportunamente calibrato, sia di approfondire l’idrodinamica indotta dall’interazione di onde e barriere a cresta bassa.

Allo scopo di individuare opportuni coefficienti di calibrazione, si sono confrontati i risultati numerici e sperimentali relativamente a condizioni di moto stazionario. L’analisi ha evidenziato che è possibile ottenere una buona

corrispondenza tra i risultati utilizzando un valore del coefficiente β pari a 0.8, maggiore del valore individuato sperimentalmente in moto permanente e pari a β=0.55. L’analisi di calibrazione è stata quindi estesa a condizioni di moto ondoso, confrontando la variazione della superficie libera (in caso di onde regolari) o degli spettri d’onda (in caso di onde irregolari) misurati sperimentalmente e ricavati numericamente a tergo delle barriere. Lo studio ha evidenziato una variazione del coefficiente di calibrazione β per i diversi valori di bordo libero delle barriere: per barriere emerse β=0.4-0.6; per barriere a bordo libero nullo e sommerse β=0.8.

Al fine di analizzare l’accuratezza del modello, opportunamente calibrato, si riportano i risultati di simulazioni numeriche relativamente ad attacchi ondosi regolari ed irregolari caratterizzati da altezza d’onda generata Hs=0.15m, periodo T=1.8s, lunghezza d’onda al largo Lo=3.5m su diverse barriere in assenza di ricircolo e quindi in

condizioni di piling up massimo; di seguito si farà sempre riferimento alle suddette condizioni ondose. In Figura 6 si mostrano gli andamenti degli inviluppi della superficie libera, dell’altezza d’onda Hrms e del periodo medio T misurati sperimentalmente (cerchi) e calcolati numericamente (linea continua) in prossimità della barriera sommersa DS relativamente alla prova con onde regolari 1518rDS. I risultati presentati corrispondono alla serie temporale di 20 onde consecutive a partire da t=90s.

Dal confronto con i dati sperimentali, il modello numerico riproduce correttamente i valori medi misurati evidenziando un aumento del livello medio (piling up) e una diminuzione dell’altezza d’onda nella zona protetta dalla barriera. Modesti scostamenti sono visibili nella zona dell’onda trasmessa dove si nota un maggiore valore del periodo medio simulato ad evidenziare che le frequenze elevate vengono maggiormente filtrate dalla barriera rispetto alle prove sperimentali.

L ivello med io R isultati numeric i D a ti sperimenta li

Fig. 6 Variazione spaziale degli inviluppi di: superficie libera, altezza e periodo d’onda, per il test 1518rDS: dati sperimentali (cerchi) e risultati numerici (linea).


31

In Figura 7 si riportano i confronti tra gli spettri d’onda derivati dall’analisi di frequenza sui dati sperimentali e sui risultati numerici e si mostra la variazione spettrale dovuta all’interazione tra onde irregolari e struttura sommersa DS per la prova 1518jDS. I dati sperimentali risultano correttamente interpretati dal modello numerico, uno scostamento si rileva dal confronto tra gli spettri relativi ai dati misurati dietro la barriera (WG11-12-13).

L’evoluzione degli spettri lungo il canale evidenzia che la presenza di strutture a cresta bassa induce una riduzione dell’energia incidente totale ma anche una redistribuzione dell’energia rimanente nel dominio di frequenza.

CONCLUSIONI risultati principali della tesi di dottorato hanno evidenziato una relazione di linearità tra

piling up e portata di ricircolo, inoltre, è stato possibile scindere i contributi del flusso di ritorno sopra e attraverso la barriera; la filtrazione stessa è stata suddivisa nella componente più profonda e in quella limitata allo strato dei massi superficiali. E’ stata misurata la tracimazione per barriera sommersa (a piling up nullo, ovvero in assenza di flussi di ritorno indotti da questo) ed è stata derivata una nuova equazione empirica che rappresenta la tracimazione anche nel caso di barriere a bordo libero nullo.

Nella tesi viene applicato il codice 2DV COBRAS alle configurazioni sperimentate in laboratorio. L’analisi mostra che il modello non presenta una calibrazione stabile poiché il valore ottimale del parametro non-lineare, β, della legge di filtrazione varia al variare del

bordo libero delle barriere. In generale, utilizzando il valore ottimale di β il modello numerico rappresenta correttamente i risultati sperimentali sia all’interno che dietro la struttura. Prima di programmare una intensiva simulazione numerica del comportamento delle barriere a cresta bassa è necessario introdurre nel codice una più idonea rappresentazione dei flussi di filtrazione.

BIBLIOGRAFIA Cappietti, L., Clementi, E., Aminti,

P.L., Lamberti, A., 2006. Piling-up and filtration at low crested breakwaters of different permeability. Proc. of the 30th Int. Conf. on Coastal Eng., Vol. 5, pp. 4957-4969.

Clementi, E., Cappietti, L., Martinelli, L., 2006. Analisi sperimentale di tracimazione, piling up e filtrazione per scogliere a cresta bassa. Atti del XXX Convegno Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Versione elettronica, 16 pp.

Clementi, E., Gaeta, M.G., Lamberti, A., 2007. Filtration through low crested structures in 2D: experimental and numerical investigations. Proc. of the 5th Int. Conf. on Coastal Structures. In stampa.

Clementi, E., 2007. Hydrodynamics in and around rubble mound breakwaters: experimental analysis

and numerical modelling. Tesi di Dottorato. Politecnico di Milano. 231 pp.

Garcia, N., Lara, J.L. and I.J. Losada, 2004. 2-D numerical analysis of near-field flow at low-crested permeable breakwaters. Coastal Engineering, Vol. 51(10), pp. 991-1020.

Garcia, N., 2005. Numerical modelling of water wave interaction with low-crested breakwaters based on VARANS equations. Ph.D. thesis, University of Cantabria, Spain.

Kofoed, J.P. and H.F. Burcharth, 2002. Estimation of overtopping rates on slopes in wave power device and other low crested structures. Proc. of the 28th Int. Conf. on Coatsal Eng., ASCE, Vol. 2, pp. 2191-2202.

Lara, J.L., Garcia, N. and I.J. Losada, 2006. RANS modelling applied to random wave interaction with submerged permeable structures. Coastal Engineering, Vol. 53, pp. 395-417.

Lin, P. and P.L.-F. Liu, 1998. A numerical study of breaking waves in the surf zone. J. of Fluid Mechanics, Vol. 359, pp. 239-264.

Van der Meer, J.W. and J.P.F.M. Janssen, 1995. Wave run-up and wave overtopping at dikes. Task Commitee Reports, ASCE.

Van Gent, M.R.A., 1995. Wave interaction of permeable coastal structures. Ph.D. Thesis, Delft University, The Netherlands.

I

Dati sperimenta li Risultati numerici

Fig. 7 Variazione degli spettri d’onda lungo il canale per la prova 1518jDS e confronto tra dati sperimentali (punti) e risultati numerici (linea continua).

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