Studio sperimentale del comportamento di un frangiflutti galleggiante vincolato tramite sistemi di ancoraggio aventi diversa rigidezza

This master thesis investigates on a experimental and numerical response of a π-type floating breakwater anchored with chain to the seabed and subjected to several irregular wave conditions. The general aim of this work is to search which anchor configuration of the three examinated gives the best performance in terms of transimission coefficient (defined as the ratio between the transimitted and the incident wave height), floating breakwater displacements and forces transferred to the mooring lines. Floating breakwaters (FBs) are usually composed of a series of adjacent interconnected modules set in a convenient layout and individually moored. These structures are typically used to protect small marinas in mild sea conditions but in the last years their range of applicability thanks to their numerous advantages. One particular type of FB is the π-type composed by a rectangular caisson with two vertical plates protruding downward from the sides. These vertical plates are a low-cost solution to increase draft and thus can enhance wave reflection. These are also effective in inducing vortices at the breakwater edges and in increasing dissipation. A physical model in 1:20 scale of a 20x5 meters π-type floating breakwater has been tested in the Maritime Laboratory of the University of Padua. The wave flume used for the tests is equipped with a rototranslating wave generator and an active absorption system. Twelve test under irregular waves for each anchor configuration system have been carried out recording incident and transmitted wave heights, model displacement and mooring forces. After the analysis of the recorded data made using Matlab a comparison was made between the FB efficiency under the three layouts of anchoring system. This showed how the layouts of the mooring lines in this study don’t seem to affect the transmission coefficient. In the other hands the second mooring lines layout (figure 30) had significantly lower mooring forces compared to the other two analyzed in this work. Better perfomance in displaments were made by the third mooring system but still transmitting high forces to the mooring lines and the anchor. An effective proposed solution is to use the second anchoring system modifying the mooring lines layout while the FB is in service depending on the seasonal weather.

In questa tesi, basata sulla conduzione di un’attività sperimentale su un modello fisico bidimensionale, viene analizzata la risposta di un frangiflutti galleggiante π-type ancorato al fondale mediante catene disposte in tre configurazioni aventi diversa rigidezza, sottoposto a diverse condizioni di moto ondoso irregolare. L’obiettivo ricercato è la determinazione di quale di queste configurazioni garantisca le migliori prestazioni in termini di coefficiente di trasmissione, spostamenti del frangiflutti e sforzi trasferiti alle linee di ancoraggio. frangiflutti galleggianti sono una particolare tipologia di frangiflutti tipicamente utilizzati in piccoli porti in condizioni di mare mite. Questi sono composti da una serie di moduli adiagenti e interconnessi, disposti secondo una configurazione planimetrica che dipende dalle caratterisitche del sito di messa in opera e ancorati individualmente. I frangiflutti galleggianti presentano numerosi vantaggi rispetto alle tradizionali strutture fisse come: o la maggiore economicità in caso di profondità elevate; o la non interferenza con i fenomeni di circolazione litoranea; o il basso impatto visivo; o la loro maggiore adattabilità a variazioni nelle condizioni di contorno. Una particolare tipologia di frangiflutti galleggianti sono i π-type, strutture scatolari dotate di estensioni verticali rivolte verso il fondale. Le estensioni verticali rappresentano una soluzione economica per incrementare il pescaggio, quindi aumentare la dissipazione dell’onda incidente, generando inoltre dei vortici lungo i bordi della struttura che vanno ad incrementare la dissipazione. La mitigazione dell’onda incidente è regolata anche dalla tipologia del sistema di ancoraggio, il quale ha il principale scopo di mantenere il più possibile il frangionde nella sua posizione originaria trasferendo parte dell’energia assorbita dal passaggio dell’onda incidente agli ancoraggi stessi. Presso il Laboratorio Marittimo del Dipartimento ICEA dell’Università di Padova un modello in scala 1:20 di un frangiflutti π-type 20x5 m, ancorato tramite catene in tre diverse configurazioni, è stato sottoposto ad una serie di 37 mareggiate all’interno di una canaletta ad onde. Il canale, dotato di un generatore ad onde irregolari, è stato allestito fissando 8 sonde di livello resistive in due gruppi, 4 poste di fronte e 4 a tergo del frangiflutti potendo così registrare l’onda incidente e quella trasmessa successivamente all’impatto con la struttura. Le sollecitazioni sulle catene di ancoraggio al passaggio delle onde sono state monitorate attraverso delle 4 celle di forza agganciate ad ognuna di esse. Tramite una videocamera sono stati registrati gli spostamenti subiti dal modello durante l’intera durata del fenomeno ondoso. Attraverso l’elaborazione dei dati acquisiti è stato possibile quantificare il coefficiente di trasmissione per ogni caso analizzato, definito come rapporto tra onda trasmessa e onda incidente, studiando le variazioni che questo subisce in funzione del periodo d’onda e della configurazione di ancoraggio utilizzata. La determinazione della configurazione d’ancoraggio ottimale per il frangiflutti in esame ha richiesto lo studio degli spostamenti subiti dal modello nei vari layout e degli sforzi trasferitisi alla catene, determinando quindi quale configurazione più delle altre potesse garantire spostamenti ridotti e sforzi sulle catene contenuti. Dei sistemi di ancoraggio esaminati la seconda configurazione è risultata essere la migliore in termini di sforzi subiti, registrando forze sulle catene nettamente minori a parità di moto ondoso. Per quanto riguarda gli spostamenti permessi al frangionde questa ha ottenuto prestazioni molto variabili ma comunque peggiori rispetto alla terza configurazione che da questo punto di vista risulta la più soddisfacente.