Under Water Anchors S.r.l.

Cooperativa Muratori & Cementisti C.M.C. di Ravenna SAPIR ENGINEERING S.r.l. S.OPE.MAR. S.r.l. Under Water Anchors S.r.l. Realizzazione di Ancoraggi Subacquei Sub-Orizzontali secondo la tecnica U.W.A.

Indice I. U.W.A. - La Tecnologia...3 Premessa... 3 I.1 La tecnica minijet... 3 I.2 Ancoraggi subacquei U.W.A.... 4 I.3 Sequenza operativa degli ancoraggi subacquei U.W.A.... 4 II. U.W.A. - Il Sistema di Perforazione...7 Premessa... 7 II.1 Il Sistema U.W.A.... 8 1. Cingolato semovente... 8 2. Mast a tralicci telescopici... 10 3. Modulo di perforazione... 10 III. CASE STORIES...12 Premessa... 12 III.1 Il Test... 12 III.2 Porto di Ravenna - Consolidamento banchine portuali mediante esecuzione di ancoraggi subacquei con la tecnica U.W.A.... 14 1. Descrizione fasi esecutive di un tirante ( SAPIR - banchina 8 )... 15

I. U.W.A. - La Tecnologia Premessa Il crescente bisogno internazionale di impiegare navi con sempre maggiori capacità di carico ha evidenziato la necessità di approfondire i fondali portuali e conseguentemente di consolidare le relative banchine d attracco. Ad oggi, comunque, le tecniche tradizionali di consolidamento, costituite prevalentemente dall infissione di nuovi e più profondi palancolati, sono caratterizzate da numerosi e spesso irrisolti problemi tecnico-esecutivi. Il sistema di perforazione automatizzato subacqueo U.W.A. è stato studiato e realizzato per risolvere alcuni di essi. L idea originale, e per certi versi la più semplice, è stata quella di installare, attraverso l impiego della tecnica minijet, ancoraggi subacquei sub-orizzontali. Questo, sicuramente, è il modo più efficace per contrastare i carichi trasmessi alle paratie dei moli portuali e la tecnica minijet è di certo il sistema più semplice e rapido per installare ancoraggi in condizioni operative particolarmente problematiche. I.1 La tecnica minijet La tecnica minijet coniuga l impiego di sistemi auto-perforanti, costituiti da barre e manicotti di giunzione, con l iniezione di miscele cementizie ad alta pressione tipica del Jet-Grouting. Per l applicazione di tale tecnica vengono quindi sostanzialmente realizzati manicotti di giunzione, dotati di un apposito sistema di tenute e scalpelli di perforazione con ugelli (normalmente n. 2) per l iniezione ad alta pressione (Fig. 1). Le colonne minijet vengono dunque realizzate seguendo la metodologia JETTING-IN in base alla quale l iniezione avviene contemporaneamente alla fase di perforazione procedendo dalla superficie / paratia fino alla profondità di progetto, raggiunta la quale si considera terminata la realizzazione della colonna stessa. Il sistema auto-perforante è quindi abbandonato nel terreno, esattamente al centro della colonna minijet, a costituire il tirante vero e proprio, mentre la colonna così realizzata assolve alla funzione di bulbo di ancoraggio del tirante stesso. Con tale tecnica è possibile realizzare colonne di terreno con dimensioni che possono variare dai 300 ai 900 mm di diametro in funzione delle condizioni geologico / geotecniche locali, delle specifiche esigenze progettuali e dei parametri di iniezione adottati. Fig. 1 Schema composizione batteria auto-perforante minijet 3

I.2 Ancoraggi subacquei U.W.A. In funzione delle specifiche esigenze progettuali di approfondimento del fondale e quindi dei carichi trasmessi alle paratie dei moli, gli ancoraggi subacquei possono essere realizzati, a diverse profondità, secondo schemi che prevedono la loro installazione su una o più file. Per conseguire tali risultati tecnici è stata quindi progettata e realizzata una specifica attrezzatura di perforazione robotizzata denominata U.W.A. UnderWater Anchoring Unit in grado di installare ancoraggi subacquei a diverse profondità in modo semi-automatico. I tiranti sono realizzati con la tecnica di perforazione a rotazione con l impiego di barre autoperforanti dotate di uno scalpello su cui sono montati due ugelli disposti a 45 e a 90 rispetto all asse di perforazione. Le barre lasciate in sito vanno a costituire l armatura dei tiranti stessi. I.3 Sequenza operativa degli ancoraggi subacquei U.W.A. A. Posizionamento dell unità di perforazione subacquea alla quota di progetto in corrispondenza del punto di perforazione prescelto B. Introduzione della batteria di perforazione / iniezione minijet all interno del preforo precedentemente realizzato tramite carotaggio nella paratia / palancola in calcestruzzo / acciaio del molo esistente 4

C. Realizzazione, a tergo della paratia / palancola, del tratto libero (Free Zone) del tirante mediante semplice circolazione di acqua D. Perforazione e contemporanea iniezione di miscela cementizia per la realizzazione del bulbo di ancoraggio (Bond Zone) E. La giunzione di ulteriori barre prelevate dal carousel (magazzino barre) consente il raggiungimento della profondità di progetto 5

F. Ultimata l iniezione viene sganciata la testa di rotazione abbandonando le barre nel preforo / bulbo e terminando così la realizzazione del tirante Lasciando un tempo di maturazione congruente al tipo di cemento impiegato, il tirante sarà tesato al carico di esercizio di progetto e completato con l installazione di una piastra d acciaio di ripartizione. La protezione dalla corrosione della testata del tirante sarà garantita mediante l installazione di una guaina troncoconica coassiale e di una cuffia esterna, entrambe in polietilene, al cui interno verrà inserito uno speciale grasso di protezione ed eventualmente un anodo sacrificale di zinco per la protezione passiva del tirante stesso. Va sottolineato che tutti i tiranti realizzati con la tecnica U.W.A. e protetti come sopra descritto, sono ritesabili secondo quanto previsto dalle normative tecniche vigenti in materia (Raccomandazioni AICAP). 6

II. U.W.A. - Il Sistema di Perforazione Premessa La tecnica U.W.A. prevede che gli ancoraggi subacquei vengano installati mediante l impiego di una speciale attrezzatura di perforazione comandata dalla superficie e posizionata sulla banchina. Il sistema è costituito da un mezzo cingolato semovente (Fig. 2) che effettua le operazioni di movimento dell intera macchina che a sua volta è completata da un braccio meccanico che sostiene, tramite un mast a tralicci telescopici, il Modulo di perforazione / iniezione robotizzato (Fig. 3) che verrà posizionato sottacqua alla profondità di progetto. Le diverse attività di perforazione / iniezione sono completamente gestite attraverso un sistema di controllo remoto automatizzato. Fig. 2 Sistema di perforazione U.W.A. Fig. 3 Modulo di perforazione subacqueo Con questa tecnica si riesce a posizionare gli ancoraggi ad una profondità tale per cui si ottiene la massima efficienza (esempio: Fig. 4). Ancoraggio minijet Fig. 4 Schema di realizzazione tiranti di rinforzo subacquei 7

II.1 Il Sistema U.W.A. Grazie all esperienza precedentemente acquisita da Tecniwell S.r.l. nella realizzazione di sistemi di perforazione robotizzata per microtunnelling, è stato sviluppato il Sistema U.W.A. costituito dai seguenti elementi principali (Fig. 5): 1. Cingolato semovente 2. Mast a tralicci telescopici 3. Modulo di perforazione Cingolato semovente Modulo di perforazione Fig. 5 Schema di composizione Sistema U.W.A. Mast a tralicci telescopici 1. Cingolato semovente Sul cingolato semovente sono posizionate n. 2 cabine di comando per la gestione dell operatività dell intero Sistema di perforazione U.W.A. ; nello specifico: a. cabina di comando e controllo (Fig. 6) per la movimentazione ed il piazzamento del cingolato semovente in corrispondenza del punto di perforazione, che sarà individuato sulla banchina con un apposita marca (attraverso i comandi della cabina, l operatore può eseguire un primo piazzamento grossolano dell Unità di perforazione in corrispondenza del punto di perforazione subacqueo); b. cabina di comando e controllo del posizionamento finale della macchina e delle operazioni di perforazione (Fig. 7). Fig. 6 Fig. 7 8

Nella cabina di comando e controllo dell Unità di perforazione (Fig. 8a - 8b) sono presenti: a. due monitor che ricevono immagini da quattro telecamere, poste in posizioni strategiche sul Modulo di perforazione, per visualizzare le operazioni di perforazione ed il carico delle barre autoperforanti; b. una consolle di comando ed uno schermo touch screen su cui, virtualmente, mediante un software dedicato, vengono riprodotte in tempo reale tutte le operazioni che la macchina compie durante le fasi di perforazione. Fig. 8a Fig. 8b L operatività della macchina è garantita da una serie di sensori che permettono la visualizzazione di un immagine virtuale dell attrezzatura e di tutti i suoi movimenti. Le telecamere, laddove le condizioni di visibilità lo consentono, danno un ausilio alle manovre senza però condizionarle, potendo così operare anche in caso di forte torbidità. Il Sistema di Perforazione Automatizzato Subacqueo U.W.A. è predisposto per la registrazione di tutti i principali parametri relativi alla realizzazione degli ancoraggi subacquei ed è quindi in grado di emettere uno specifico report (Fig. 9) per ogni ancoraggio eseguito e sul quale vengono specificati: - la velocità di avanzamento (m/min) - la forza di spinta (Kg) - la coppia applicata (Kgm) - la velocità di rotazione (rpm) - la pressione di iniezione (Bar) Sono inoltre evidenziati tutti i dati caratteristici del tirante stesso quali, ad esempio: numerazione identificativa, data di esecuzione, tempo di esecuzione totale, tempo di carotaggio, tempo di perforazione. Fig. 9 Report ancoraggio minijet subacqueo 9

2. Mast a tralicci telescopici I movimenti verticali del mast, trasmessi da un sistema di verricelli, permettono di posizionare il Modulo di perforazione alla profondità richiesta fino ad un massimo di -13,10 metri rispetto al piano di lavoro della banchina (Fig. 10). Fig. 10 Profondità massima di perforazione 3. Modulo di perforazione Il corretto posizionamento del Modulo di perforazione è garantito da un sistema a più gradi di libertà, che consente i seguenti movimenti principali: rotazione dell Unità di perforazione su un piano orizzontale (perpendicolare al mast principale): 95 + 10 ; traslazione dell Unità di perforazione lungo l asse X (perpendicolare all asse di perforazione): 500 mm; traslazione dell Unità di perforazione lungo l asse Y (perpendicolare all asse di perforazione): 500 mm; movimento di beccheggio dell Unità di perforazione rispetto all asse X : + 5 / - 5. 10

Nello specifico il Modulo di perforazione è costituito da (Fig. 11): 1. Mast di perforazione 2. Testa di rotazione 3. Caricatore a tamburo barre minijet L = 3.000 mm (n. 10 pz.) 4. Gruppo centratore-morse-svitatore 5. Manipolatore meccanico carotiere 6. Manipolatore meccanico barre minijet 7. Videocamere e sistema di illuminazione 8. Scatola alloggiamento valvole idrauliche e logica 9. Catena porta-tubi 8 7 9 Fig. 11 Modulo di perforazione 3 1 4 5 2 6 L approccio finale del Modulo di perforazione alla banchina portuale è assistito mediante l impiego di quattro sensori d approccio (Fig. 12). Sensori di approccio Fig. 12 Sensori di approccio 11

III. CASE STORIES Premessa La tecnologia U.W.A. ad oggi è già stata applicata con successo nell area portuale di Ravenna per il consolidamento di una parte delle banchine costituenti il porto stesso, in previsione dell approfondimento dei fondali ad una quota di circa -12,00 metri rispetto al livello medio mare. Nello specifico va evidenziato il fatto che precedentemente è stato eseguito un test in scala reale, finalizzato alla validazione della tecnica per la sua applicazione nell esecuzione dei lavori di cui sopra. In seguito verranno descritte le attività svolte nel Porto di Ravenna sia per la realizzazione del test, sia per l esecuzione del lavoro di consolidamento vero e proprio. III.1 Il Test Nel periodo giugno - luglio 2010, in fregio all accosto n. 18 della Darsena San Vitale (Fig. 13 e 14), è stato eseguito un test in scala reale caratterizzato dalla realizzazione di n. 7 tiranti subacquei minijet. Fig. 13 Localizzazione campo prove Fig. 14 Allestimento del campo prove 12

Il test è stato predisposto dalla SAPIR Engineering S.r.l., incaricata dall Autorità Portuale di Ravenna di redigere il progetto di approfondimento dei fondali ad una quota di -12,00 m rispetto al livello medio mare. L esecuzione del test è stata possibile grazie all impiego della tecnologia U.W.A. Under Water Anchoring System, messa a disposizione dalla Tecniwell S.r.l. di Piacenza, società che ha realizzato il Sistema di perforazione robotizzato denominato appunto U.W.A.. Nello specifico sono stati realizzati tiranti di 18,00 m di lunghezza, di cui n. 3 alla quota di -5,00 m e n. 4 alla quota di -8,00 m dal livello medio mare. I tiranti di prova sono stati eseguiti secondo la tecnica minijet, con pressioni d iniezione di circa 400 Bar per la realizzazione di un bulbo d ammarro di circa 400 mm di diametro. Il completamento delle testate dei tiranti (Fig. 15) è avvenuto dopo l installazione di una piastra di distribuzione dei carichi zincata, di una protezione in polietilene con grasso di tipo marino ed un elemento sacrificale in zinco per la protezione passiva del tirante contro le correnti vaganti; in precedenza, tutti i tiranti minijet erano stati pretensionati ad un carico di 100 KN mediante un martinetto idraulico. Diaframma Dado Martinetto Barra minijet Piastra Manicotto Dado Piastra Fig. 15 Rappresentazione metodologica pre-tensionamento tiranti Successivamente alla loro realizzazione, i tiranti di prova sono stati sottoposti a diversi cicli di tesatura al fine di verificare la compatibilità dei tiranti stessi con le specifiche esigenze progettuali e con le condizioni litologiche locali. Le prove eseguite hanno dato esiti estremamente positivi in funzione dei carichi di esercizio applicati (300 KN) e di quelli di rottura delle barre impiegate (Tipo R51: 630 KN). Di seguito (Fig. 16 e 17) si riportano due esempi di prove di carico eseguite nel sopracitato test. Fig. 16 Tirante di prova: profondità -5,00 m l.m.m. Fig. 17 Tirante di prova: profondità -8,00 m l.m.m. 13

III.2 Porto di Ravenna - Consolidamento banchine portuali mediante esecuzione di ancoraggi subacquei con la tecnica U.W.A. La validazione della tecnica U.W.A. ha dato il via al primo lotto dei lavori di consolidamento delle banchine del porto di Ravenna, necessari per il successivo approfondimento dei fondali alla quota di progetto di -12,00 m dal livello medio mare (Fig. 18). I terreni interessati dall intervento in oggetto sono caratterizzati, prevalentemente, da livelli di sabbie, limi ed argille: litologie tipiche di condizioni deposizionali marine e di laguna di bassa energia. I tiranti del primo lotto, circa 890, sono stati tutti realizzati con la tecnica U.W.A. secondo la metodologia minijet, che consente l impiego contemporaneo dei sistemi auto-perforanti e della tecnica di iniezione jet-grouting. Nello specifico, sono stati eseguiti ancoraggi sub-orizzontali alla quota di -8,00 m dal livello medio mare di 18,00 m di lunghezza e con un bulbo d ammarro di circa 400 mm di diametro; le barre ed i relativi manicotti di giunzione sono stati sottoposti a trattamento di zincatura galvanica. Il primo lotto, dei due preventivati, consta nella realizzazione di circa 16.000 metri di ancoraggi. Fig. 18 Planimetria d insieme delle banchine oggetto del consolidamento Tirante 276 14

1. Descrizione fasi esecutive di un tirante ( SAPIR - banchina 8 ) CARICO (kn) PRESSIONE (bar) ALLUNGAMENTO (mm) TIRANTE numero 276 t = 0' t = 1' t = 2' t = 3' t = 4' t = 5' Delta Progressiva 210,50 100 81 5,90 5,93 5,96 5,98 6,00 6,01 0,11 Quota di esecuzione -8,50 Data di Esecuzione 28/06/2011 200 161 7,42 7,45 7,48 7,51 7,53 7,54 0,12 Pressione Malta Cementizia 340 bar Velocità di Avanzamento 100 cm/min 300 242 8,83 8,87 8,91 8,94 8,96 8,97 0,14 Velocità Rotazione Carotiere 600 giri/min Velocità Rotazione Asta 12 giri/min 393,6 317 10,42 10,58 10,75 10,78 10,80 10,82 0,40 Ora Inizio Carotaggio 11,05 Ora Fine Carotaggio 11,10 200 161 9,82 9,81 9,81 9,81 9,81 9,80-0,02 Ora Inizio Tirante 11,14 Ora Fine Tirante 11,50 100 81 8,55 8,54 8,54 8,53 8,53 8,53-0,02 Data di Posa Piastra 13/10/2011 Data di Tesatura 11/01/2012 Note Tirante Esecuzione Regolare 0 0 4,01 3,96 3,95 3,95 3,95 3,95-0,06 Fotografie Note Tesatura Assestamento del dado al martinetto di tesatura durante il primo step Grafico Carico Allungamento 15