STUDI DI AGGIORNAMENTO SULL’INGEGNERIA OFF-SHORE … · Canale del Mozambico utilizzando un modello autoregressivo capace di prevedere la traiettoria seguita da ciascun ciclone

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

2

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

Studi di Aggiornamento AIOM – Tecniche e tecnologie nelle costruzioni marittime e offshore

Genova,16-17 Ottobre 2015

3

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

G. Scarsi, S. Stura

4

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.



5

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.

mailto:[email protected]


B. Guida, E. Terrile

6

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.



7

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 semi-

chiusi, 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

P. De Girolamo, D. Pasquali, M. Di Risio

8

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.

http://dx.doi.org/



9

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

http://www.dicca.unige.it/meteocean/

L. Sartini, F. Cassola, G. Besio

10

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.



11

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.



12

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

M. Di Risio, D. Pasquali, P. De Girolamo

13

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.

http://dx.doi.org/10.1016/j.coastaleng.2011.05.015

http://dx.doi.org/10.1016/j.coastaleng.2011.05.015



14

“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

L. De Angelis, M. Gilardoni

15

- 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 m2 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.



16

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

A. Pedroncini. S. Torretta, F. Di Sarcina

17

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 21-

23 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”.



18

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, run-

up, ...) 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 predizione-

correzione, 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-Friedrichs-

Levy (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


C. Aricò, C. Lo Re, M. Monteforte, G. B. Ferreri, G. La Loggia

19

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

Figura 2. Geometria della barriera sommersa e posizione delle sonde di misura

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 )

G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 G11 G12

G1

G2

G6

G7 G8 G12



20

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.

1

2

R

s1-s2

E1

R

s2

E2

K1 R s1

K2 s2

R

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

G. Antolloni, S. Carbonari, C. Lorenzoni, A. Mancinelli

21

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.

Bu

ckli

ng

typ

e f

en

der

Abnormal Energy

RPD – Rated Performance Data

Deflection [%]

Reacti

on

fo

rce [

%]

Normal Energy

Figura 2. Comportamento tipico dei “buckling type fender”



22

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.



23

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 - e-

mail: [email protected]







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.



24

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 back-

up, 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-

A. Orlandi

25

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.



26

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. - e-


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.

A. Avila-Armella

27

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.



28

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






L.Cusati, A. Pedroncini, T. Del Giudice, R. Bertolotto

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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.

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STUDI DI AGGIORNAMENTO SULL’INGEGNERIA OFF-SHORE … · Canale del Mozambico utilizzando un modello autoregressivo capace di prevedere la traiettoria seguita da ciascun ciclone