I modelli numerici quale strumento di supporto allo sviluppo di progetti complessi

Ing. Alessandro PORRETTI

Strumenti e servizi per l’ingegneria portuale costiera e offshore, Messina 12 maggio 2017

I modelli numerici quale strumento di supporto allo sviluppo di progetti complessi

In un contesto di produzione globale di beni e servizi, il sistema delle grandi industrie non può prescindere dal concetto di “sistema a rete” che vede, la realizzazione del prodotto finito, non già in un unico stabilimento, come in passato, ma il suo“prendere forma” attraverso trasformazioni continue, in luoghi diversi, spesso distanti tra loro.Gli scambi di materie prime e semilavorati avvengono, totalmente o in parte, via mare. Le grandi linee d’acqua costituiscono i canali preferenziali quando sono in gioco quantità rilevanti, grandi distanze e si devonocontenere i costi di trasporto.Lo sforzo della logistica moderna persegue l’obiettivo di minimizzare il costo per unità di trasporto. Esauriti o quasi i margini di ottimizzazione a terra, si sono concentrati gli sforzi sul perfezionamento della tratta a mare



…. Un porto (dal latino portus, che ha la stessa radice diporta) secondo la definizione più ricorrente, è unospecchio di acqua sufficientemente protetto dal motoondoso, dalle correnti, dai venti e dagli effetti di marea,(fattori meteomarini), all'interno del quale le navipossono svolgere le operazioni di carico e scarico dimerci e passeggeri, oltre che approvvigionarsi di viveri edi combustibili o semplicemente stazionare…

Scarroccio(sway)

Beccheggio(pitch)

Abbrivio(surge)

Imbardata(yaw)Rollio

(roll)

Sussulto(heave)

η

ξ

ζ

θ

ψ

ϕ



Civitavecchia (Italia)

Taranto (Italia)

Centrale termoelettrica di Porto Romano Durazzo (Albania)



Enel Albania ShpkINFRASTRUTTURE PER LO SCARICO DEL CARBONE

STUDIO DI SOLUZIONE DI PONTILE PER L’ATTRACCO DIRETTO DELLE NAVI CARBONIERE O PER OPERAZIONI DI TRANSHIPMENT



Soluzione di progetto di un terminale marittimo per lo scarico del carbone, sia di tipo diretto a partire da navicarboniere “capesize”, sia di tipo indiretto mediante operazioni di transhipment, per l’alimentazione dell’impiantotermoelettrico di Porto Romano, sito nelle vicinanze di Durazzo (Albania).

Esempio di soluzione transhipment Esempio di soluzione attracco diretto



A partire dall’ insieme dei dati disponibili, si è proceduto allacaratterizzazione del paraggio ed alla definizione del clima ondosoa largo (altezza d’onda significativa, direzione e periodo)

Campi di Altezza d’ondasignificativa

Le caratteristiche del clima ondosomedio annuo sotto costa

Largo -20

Punto d’Interesse

Per la trasposizione delle onde da largoa riva,è stato applicato il modellobidimensionale MIKE 21 SW, che hafornito:

Gli eventi estremi per assegnatoperiodo di ritorno sotto costa


I modelli numerici quale strumento di supporto allo sviluppo di progetti complessiSoluzione TSH - A

950m

Soluzione TSH - B

1.220m

Soluzione TSH - C

1.220m

290m

Soluzione DIR - A

1.710m

400m

Soluzione DIR - B

1.860m

300m

Soluzione DIR - C

1.370m

Soluzione TSH - A Soluzione TSH - B

1.220m

Soluzione TSH - C

1.220m

290m

Soluzione DIR - A

1.710m

400m

Soluzione DIR - B

1.860m

300m

Soluzione DIR - C

1.370m



Coefficiente di disturboAltezza d’onda significativa

Sono state analizzate:• 6 differenti soluzioni di lay-out• 6 diversi climi ondosi al largo• 36 scenari di onda

DIREZIONE ONDA Hs a largo (m) Tp (sec.) ALTEZZA MEDIA ONDA Hm

(m)Onda n° 1 200° 2,50 6,60 1,42Onda n° 2 220° 3,50 6,80 1,99Onda n° 3 240° 3,50 6,80 1,94Onda n° 4 260° 3,50 6,80 1,64Onda n° 5 280° 3,00 6,70 1,39Onda n° 6 300° 3,50 6,80 1,40

I risultati delle simulazioni condotte forniscono 2 importanti parametri per la caratterizzazione del bacino quali



Per la stima delle curve di downtime, i dati presi a riferimento sono:

• Navi di progetto

• Massima altezza d’onda ammissibile

Transhipment Altezza d’onda limite HS

Scarico in mare aperto da Nave Madrea Barge 0,8m

Operazioni al pontile 0,5mManovre 1,0m

Centrale Porto Romano - Numero navi/anno e frequenza

Numero navi/anno da 150.000DWT per due gruppi 26Frequenza media nave/mese 2,14 nave/mese

Transhipment - Durata operazioni per ogni capesize 150.000 DWT

Tempi totali di un singolo ciclo di carico-scarico-carico(1 betta) 14,56 h

Numero di viaggi necessari 15

Tempo complessivo scarico Nave Madre (1 betta) 218,34 h

Giorni complessivi scarico Nave Madre (1 betta) 9,10 ggGiorni complessivi scarico Nave Madre (2 bette) 4,55 gg

• Piano degli approvvigionamenti e frequenza delle navi

Abbrivio(surge)

Attracco diretto Altezza d’onda limite HS

Operazioni al pontile per scarico

carbone1,0m

Operazioni al pontile per carico ceneri e gesso

0,8m

Manovre ed evoluzione 1,5m



Manovrabarge

ManovraCapesize

Ship to Shipstorage nave madre

Ship to Shipnave madre barge

0,80 m0,00 m

l.m.m.

Altezza d’onda limite per l’operatività a largo

1,50 m0,00 m

l.m.m.

1,00 m0,00 m

l.m.m.

1,50 m0,00 m

l.m.m.

AccostoCapesize

Accostosottoprodotti

Accostobarge

Altezza d’onda limite per l’operatività all’accosto

0,80 m0,00 m

l.m.m.

1,00 m0,00 m

l.m.m.

0,50 m0,00 m

l.m.m.





L’analisi condotta ha affiancato diversi approfondimenti, relativi a:

✓ Aspetti economici connessi alla costruzione della infrastruttura, anche valutando opzioni alternative cheprevedessero l’insediamento industriale, in tutto o in parte, nell’eventuale area di colmata

✓ Considerazioni più puntuali riguardo le implicazioni ambientali, morfologia dinamica costiera e regime termicoall’interno del bacino

✓ Aspetti funzionali con l’esercizio della centrale, in particolare con le variabili connesse alla logistica a terra e perla gestione delle acque di raffreddamento

Solu

zion

eTS

H -

B

Solu

zion

eTS

H -

C

Solu

zion

eD

IR -

B

Solu

zion

eD

IR -

C

Solu

zion

eTS

H -

A





Autorità di Sistema Portuale del Mar Tirreno Centro Settentrionale

Procedura ristretta per l’affidamento in appalto dei lavori di realizzazione dell’intervento denominato

PRIMO LOTTO FUNZIONALE OPERE STRATEGICHE PER IL PORTO DI CIVITAVECCHIA: PROLUNGAMENTO ANTEMURALE COLOMBO,

DARSENA TRAGHETTI, DARSENA SERVIZI



OFFERTA TECNICATra i criteri di valutazione dell’offerta tecnica:• Prolungamento antemurale colombo - proposta tecnica migliorativa e di ottimizzazione delle

previsioni progettuali

• Darsena servizi - proposta tecnica migliorativa e di ottimizzazione delle previsioni progettuali e soluzioni tecniche diverse

• Darsena traghetti - proposta tecnica migliorativa e di ottimizzazione delle previsioni progettuali

OBIETTIVO• Una nuova geometria dei cassoni di progetto (idraulica)• Aumento delle performance per l’attenuazione del moto ondoso• Diminuzione dell’onda residua interna



SIMULAZIONI DELLA SOLUZIONE A BASE DI GARAMIKE 21 BWGrazie ai dati riportati nella documentazione di progetto è stato possibile effettuare una simulazione per le diverse direzioni d’onda.I risultati della simulazione forniscono:• La base di riferimento per i successivi confronti• Evidenza delle maggiori criticità



NUOVA GEOMETRIA DEI CASSONI DI PROGETTO

Parametri di controllo: • Larghezza complessiva della camera di dissipazione;• Posizione della o delle pareti forate interne in caso di camere di

dissipazione multiple;• Porosità della o delle pareti traforate;• Dimensioni e forma delle aperture;• Altezza della camera (quota) e caratteristiche dell’onda incidente, in

modo particolare, il suo periodo.



• La larghezza complessiva della camera B determina il periodo dell’onda in cui la riflessione è minima. Se lacamera occupa l’intera colonna d’acqua, tale periodo si equivarrà a quello la cui lunghezza d’onda è di circa B/L= 0,20. Le restrizioni in termini di spazio e di stabilità in fase di galleggiamento e servizio fanno sì che, in genere,la camera presenti una larghezza inferiore a quella ottimale.

• La porosità della parete forata per la quale si minimizza la riflessione oscilla tra il 15% e il 30% per la camerasemplice estesa all’intera colonna d’acqua.

• La presenza di pareti traforate interne (camere multiple) fa sì che la dissipazione sia efficace in periodo più brevidi quello ottimale.

• La riduzione della profondità all’interno della camera provoca un aumento del periodo per il quale la riflessione èminima.

• L’impiego delle camere di dissipazione riduce le forze idrodinamiche orizzontali sulla struttura a seguito,sostanzialmente, dello sfasamento tra le sollecitazioni massime che agiscono sulla parete o sulle pareti traforatee sulla parte massiccia posteriore.



• Aumento della dimensione longitudinale delle celle e collegamento interno delle celle assorbenti, con conseguente modifica della larghezza complessiva della camera pari 4,40+0.25+4,40=9,05m (L/9);

• Apertura di finestre interne, di dimensioni 1.50x3.50m, tra le celle assorbenti della seconda fila;• Aumento dell’area delle forature esterne sia lato mare che lato terra, ove presenti.





Risultati positivi per il comportamento delle celle antiriflettenti.Il clima d’onda analizzato è quello caratterizzato da una direzione di provenienza 240°N e 270°N.Gli interventi atti a massimizzare la porosità dei cassoni esterni alla Darsena, oltre che quelliindividuati per i cassoni costituenti l’imboccatura portuale, evidenziano una migliore risposta deicassoni, come si evince dai grafici qui riportati.


I modelli numerici quale strumento di supporto allo sviluppo di progetti complessiL’efficacia delle modifiche adottate è stata verificata attraverso simulazioni numeriche dell’agitazione interna residua attraverso l’utilizzo del modulo Mike 21 BW.Due le direzioni che comportavano penetrazione del moto ondoso all’interno del porto:• 240° N, Hs = 3,5m, Tp = 8s• 270° N, Hs = 2,0m, Tp = 8s




I modelli numerici quale strumento di supporto allo sviluppo di progetti complessiI modelli numerici a servizio dell'operatività portuale

© DHI



AUTORITÀ DI SISTEMA PORTUALE DEL MAR IONIO - PORTO DI TARANTO

RIQUALIFICAZIONE DEL MOLO POLISETTORIALE AMMODERNAMENTO DELLA BANCHNA DI ORMEGGIO

PROGETTO DEFINITIVO E DIREZIONE DEI LAVORI



L'intervento attiene ad opere strutturali lungo l'esistente banchina di ormeggiodel Molo Polisettoriale, finalizzate a perseguire una molteplicità di scopi:• Consentire, salvaguardando la stabilita delle strutture a cassoni esistenti,

l'approfondimento dei fondali: dagli attuali - (14,50 ÷ 15,50) metri, airichiesti -16,50 metri

• Realizzare le vie di corsa in grado di servire le gru di banchina di ultimagenerazione aventi caratteristiche:− possibilità di intervento sino alla 24a fila della stiva delle

portacontainer di nuova generazione;− opportunità di movimentazione contemporanea di 4 container da 20

piedi per volta;− capacità di trasferimento di carico per ruota della gru pari a circa 100

Tonnellate/metro lineare rispetto alle attuali 50 tonnellate/metrolineare;

• Aggiornare le reti di utenza: impianto di drenaggio, alimentazione elettricain Media Tensione.

L'intervento si sostanzia nella realizzazione di un impalcato su pali,affiancato all'esistente linea dei cassoni.

Risultati attesiIncremento della funzione di HUB Internazionale, mediante adeguamento e potenziamento delle infrastrutture del Porto di Taranto.



Il progetto in esame include quindi i seguenti interventi:• costruzione di un nuovo impalcato su pali lungo i primi 1.200

m di banchina, per impedire che a causa dei lavori di escavodei fondali, i cassoni imbasati a -14,00m s.l.m.m. vadanoincontro a fenomeni di instabilità per scalzamento al piede;

• realizzazione della nuova via di corsa lato terra;• dragaggio dei fondali dagli attuali -14,5m ai -16,5m slm

-16,50m

-14,50m

500 kN/wheel

1240 kN/wheel

500 kN/whee

l

1310 kN/wheel

Tre gli obiettivi raggiunti attraverso l’applicazione dei modelli numerici MIKE21 mod. SW e BW:• Individuazione dell’onda di progetto• Operatività all’accosto e curve di downtime;• Fattibilità dell’intervento in fase di cantiere -

esecutivo



Propagazione Traversia Secondaria

Propagazione sotto costa con Modulo SW• 152 eventi ordinari registrati dalla boa ondametrica di Taranto.Punto di estrazione dei risultati• UTM33: 680500 E, 4481500 N, profondità di circa 25m, distanza

di circa 4km dalla costa.

Propagazione Traversia Principale





Punti significativi di controlloCerchio di evoluzione E0 - Accosto di testata A1 - Altri accosti A2, A3, A4

© DHI

Scenari di simulazione con Modulo BW1. Stato di fatto2. Nuova diga foranea con Cassa di colmata V sporgente I lotto3. Nuova diga foranea con Cassa di colmata V sporgente Completa

21 3



Nave LOA (m) LBP (m) Beam (m) Design draft(m)

Feeder 176 170 23,7 7,7Vessel 5.000 TEUs 276,5 259,9 32,2 12,5

A-CLASS Maersk 366,9 351,08 42,8 12,2

Hyundai - 13.800 TEUs 368 352 51,0 14,5

STX - 12.000 TEUs 365,8 348,8 48,4 13,5Samsung - 8.500 TEUs 334 319 42,8 13

Samsung - 16.000 TEUs 396 379 54,0 14,5

Tipologia di naveAltezza d’onda limite HS in metri

0°(direzione parallela alla prua) 45° – 90°

Nave mercantile generale 1,0 0,8Nave container 0,5Nave da carico (secco) 30 000 – 100 000dwt(Dry bulk) fase di carico

1,5 1,0

Nave da carico (secco) 30 000 – 100 000dwt(Dry bulk) fase di scarico

1,0 0,8 – 1,0

Petroliera 30 000 dwt 1,5Petroliera 30 000 – 200 000 dwt 1,5 – 2,5 1,0 – 1,2Petroliera 200 000 dwt 2,5 – 3,0 1,0 – 1,5



Rispetto allo stato attuale, la costruzione del I lotto funzionale determina unmiglioramento in termini di agitazione residua agli accosti del Molo Polisettoriale:• -7% di Hs per l’accosto in testata +22gg di operatività• -5% di Hs nel cerchio di evoluzione +32gg per l’accessibilità

Configurazione finale prevista da PRP:• Peggioramento delle condizioni agli accosti in testata al Molo Polisettoriale (A1 e

A2) e nel cerchio di evoluzione.





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Thank youAlessandro Porretti Technical Director @S.J.S. Engineering srl