IT201800010901A1

IT201800010901A1 - "CELLULAR BOX FOR ANTI-REFLECTIVE AND PERMEABLE FORANEA DAMS"

Info

Publication number: IT201800010901A1
Application number: IT102018000010901A
Authority: IT
Inventors: Paolo Sammarco
Original assignee: Modimar S R L
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-07

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo: “CASSONE CELLULARE PER DIGHE FORANEE ANTIRIFLETTENTE E PERMEABILE”, Description of the industrial invention entitled: "MOBILE BOX FOR ANTI-REFLECTIVE AND PERMEABLE FORANEA DAMS",

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Breve sommario dell’invenzione Brief summary of the invention

Il presente trovato ha per oggetto un cassone cellulare in calcestruzzo armato antiriflettente per realizzare le dighe ed i pontili dei porti commerciali e turistici, che migliora significativamente le caratteristiche di assorbimento del moto ondoso rispetto agli standard e permette lo scambio idrico diretto fra il mare aperto e lo specchio portuale, migliorando così la qualità delle acque interne. A tale scopo infatti tutte le sue celle sono in comunicazione sia con il lato mare che con il lato porto e lateralmente fra loro tramite finestrature le quali hanno una proprietaria e originale disposizione labirintica così da dissipare quasi completamente l’energia del moto ondoso incidente ed abbattere significativamente il valore del coefficiente di riflessione. In particolare le finestrature presentano un innovativo gioco sfalsato, in modo tale che le aperture non siano mai tutte in asse fra i due lati “mare” e “porto” del cassone. The present invention relates to a cellular caisson in anti-reflective reinforced concrete for making the dams and piers of commercial and tourist ports, which significantly improves the absorption characteristics of wave motion compared to the standards and allows direct water exchange between the open sea and the port mirror, thus improving the quality of inland waters. For this purpose, in fact, all its cells are in communication both with the sea side and with the port side and laterally with each other through windows which have a proprietary and original labyrinthine arrangement so as to almost completely dissipate the energy of the incident wave motion and break down significantly the value of the reflection coefficient. In particular, the windows have an innovative staggered play, so that the openings are never all aligned between the two “sea” and “port” sides of the caisson.

Con tale disposizione, il cassone che si descrive è permeabile alle correnti grazie alle aperture delle finestre lato porto, che garantiscono la comunicazione idraulica fra il lato porto ed il lato mare migliorando quindi il ricambio idrico delle acque portuali e la loro qualità e grazie alla comunicazione laterale fra le celle, il moto ondoso è soggetto ad un maggior numero di attenuazioni per brusco allargamento di sezione e rimane di fatto intrappolato all’interno dello stesso cassone, abbattendo significativamente il valore del coefficiente di riflessione. With this arrangement, the caisson described is permeable to currents thanks to the openings of the port side windows, which guarantee the hydraulic communication between the port side and the sea side, thus improving the water exchange of the port waters and their quality and thanks to the communication lateral between the cells, the wave motion is subject to a greater number of attenuations due to abrupt widening of the section and is in fact trapped inside the same caisson, significantly reducing the value of the reflection coefficient.

Stato dell’arte State of the art

I cassoni cellulari anti riflettenti The anti-reflective cellular caissons

La realizzazione delle opere esterne di difesa dei porti si distingue in due tipologie fondamentali: opere a scogliera ed opere a parete verticali. La prima tipologia interessa fondali relativamente bassi ed è conformata in modo da dissipare il moto ondoso tramite il fenomeno del frangimento: l’onda dissipa la sua energia frangendo sulla scogliera. The construction of the external defense works of the ports is divided into two basic types: cliff works and vertical wall works. The first type affects relatively shallow waters and is shaped in such a way as to dissipate the wave motion through the phenomenon of breaking: the wave dissipates its energy by breaking on the reef.

La seconda tipologia di interesse nel presente contesto è uno standard specialmente per i porti commerciali ed industriali che si ergono su fondali elevati ed ha un funzionamento basato sulla riflessione (dalla parete verticale appunto) dell’onda incidente. Tipicamente queste opere sono costituite da cassoni, cioè strutture a forma di parallelepipedo dotate di celle interne, che vengono prefabbricati, trasportati in galleggiamento ed affondati in sito mediante riempimento delle celle interne con inerti o calcestruzzo magro. The second type of interest in this context is a standard especially for commercial and industrial ports that rise on high seabeds and has an operation based on the reflection (from the vertical wall in fact) of the incident wave. Typically these works consist of caissons, that is, parallelepiped-shaped structures equipped with internal cells, which are prefabricated, transported floating and sunk on site by filling the internal cells with aggregates or lean concrete.

La descrizione del trovato e le sue caratteristiche peculiari risulteranno evidenti dalla particolareggiata descrizione che segue facendo riferimento alle allegate tavole di disegni in cui, per maggiore chiarezza, sono illustrati nelle figure da 1 a 5 alcuni esempi di realizzazione di cassoni secondo lo stato dell’arte noto. The description of the invention and its peculiar characteristics will become evident from the detailed description that follows with reference to the attached drawings tables in which, for greater clarity, some examples of embodiments of caissons according to the state of the art are illustrated in figures 1 to 5. known.

In particolare: In particular:

la fig. 1 è una sezione verticale tipica di una diga a cassoni cellulari in calcestruzzo armato dove il cassone è costituito da tre file di celle riempite di calcestruzzo magro. Sulla sommità è presente il massiccio di coronamento dotato di un muro paraonde con risvolto atto a limitare il sormonto del moto ondoso. fig. 1 is a typical vertical section of a cellular caisson dam in reinforced concrete where the caisson is made up of three rows of cells filled with lean concrete. On the top there is the crowning massif equipped with a wave-proof wall with a flap designed to limit the overlap of the wave motion.

Nella pratica delle costruzioni marittime è andata affermandosi una soluzione cosiddetta “a celle o camere antiriflettenti”: le celle lato mare non sono riempite fino all’estradosso del cassone ma vengono lasciate cave, mentre al contempo una finestratura sulla parete lato mare viene lasciata aperta. Il moto ondoso allora penetrando e uscendo dalla camera interna così creatasi dissipa la propria energia attraverso il fenomeno cosiddetto del brusco allargamento di sezione, fenomeno che si ripete ciclicamente nei due sensi di attraversamento della finestra in occasione dei cavi e delle creste del moto ondoso che investono la diga. A questo fenomeno si aggiungono le dissipazioni viscose associate al complesso moto turbolento tridimensionale che si instaura ciclicamente all’interno della camera stessa, che può presentare anche fenomeni di risonanza dell’oscillazione dei livelli nelle camere interne. In the practice of maritime construction, a so-called "anti-reflective cells or chambers" solution has emerged: the sea side cells are not filled up to the extrados of the caisson but are left hollow, while at the same time a window on the sea side wall is left open. The wave motion then penetrating and exiting the internal chamber thus created dissipates its energy through the so-called phenomenon of the abrupt widening of the section, a phenomenon that is repeated cyclically in the two directions of crossing the window on the occasion of the cables and the crests of the wave motion that invest The dam. Added to this phenomenon are the viscous dissipations associated with the complex three-dimensional turbulent motion that cyclically establishes itself inside the chamber itself, which can also present resonance phenomena of the oscillation of the levels in the internal chambers.

Questa tipologia di cassoni consente pertanto la riduzione della riflessione del moto ondoso incidente sulla parete verticale della struttura. This type of caissons therefore allows the reduction of the reflection of the wave motion incident on the vertical wall of the structure.

L’introduzione della tecnologia delle pareti forate o cassoni forati con celle per l’assorbimento dell’energia ondosa è stata introdotta da Jarlan nel 1961 ed è stata successivamente oggetto di numerosi studi teorici e sperimentali e di numerosissime realizzazioni in tutto il mondo. The introduction of the technology of perforated walls or perforated caissons with cells for the absorption of wave energy was introduced by Jarlan in 1961 and was subsequently the subject of numerous theoretical and experimental studies and numerous achievements all over the world.

I cassoni possono essere realizzati con una (monocamera) o più file (multicamera) di celle messe in comunicazione da opportune finestre. La risposta idraulica dei cassoni perforati monocamera, costituiti da una sola parete forata (quella esterna lato mare), è analoga a quella dei cassoni perforati multicamera, che invece prevede anche pareti interne forate e che risulta in generale di maggiore efficacia per la presenza di multipli fenomeni dissipativi. The caissons can be made with one (single chamber) or several rows (multi-chamber) of cells connected by suitable windows. The hydraulic response of the single-chamber perforated caissons, consisting of a single perforated wall (the external one on the sea side), is similar to that of the multi-chamber perforated caissons, which instead also includes perforated internal walls and which is generally more effective due to the presence of multiples dissipative phenomena.

Nei mari a piccolo sviluppo di marea, come il Mediterraneo, ove è frequente l’uso di dighe a cassoni (Franco 1994)2, è d’uso disporre le aperture a quote prossime alla superficie marina, ove è maggiormente concentrata l’energia del moto ondoso. In seas with low tidal development, such as the Mediterranean, where the use of caisson dams is frequent (Franco 1994) 2, it is customary to arrange the openings at altitudes close to the sea surface, where the energy of the wavy way.

Nelle figure illustrative seguenti sono riportati alcuni esempi di realizzazioni di questa tipologia di cassoni. The following illustrative figures show some examples of embodiments of this type of caissons.

La figura 2 mostra la diga foranea del porto commerciale di Porto Torres (1991). Nel caso di Porto Torres il cassone è multi camera a quattro file di celle. Figure 2 shows the breakwater of the commercial port of Porto Torres (1991). In the case of Porto Torres, the caisson is multi-chamber with four rows of cells.

Le prime tre file di celle (o camere) da sinistra sono in comunicazione diretta con il mare attraverso le finestre disposte sulla parte esterna lato mare (se ne contano quattro in figura); l’ultima cella (la quarta) è completamente chiusa e riempita affinché il moto ondoso non si propaghi nel porto. Ogni insieme di tre celle nel caso del cassone di Porto Torres della figura 2 è in comunicazione idraulica al suo interno. The first three rows of cells (or rooms) from the left are in direct communication with the sea through the windows arranged on the outside sea side (there are four in the figure); the last cell (the fourth) is completely closed and filled so that the wave motion does not spread into the port. Each set of three cells in the case of the Porto Torres caisson of figure 2 is in hydraulic communication inside it.

Al fine di aumentare le dissipazioni e quindi il grado di assorbimento del moto ondoso, le celle (o camere) possono essere messe anche in comunicazione fra loro attraverso finestrature laterali. Tali finestrature laterali contribuiscono infatti in maniera sostanziale all’effetto di assorbimento, amplificando le dissipazioni per brusco allargamento specialmente per attacco del moto ondoso obliquo rispetto alla parete verticale, fenomeno che si manifesta regolarmente in quanto le onde incidenti hanno sempre caratteristiche di tridimensionalità ed obliquità rispetto al filo della diga di protezione. In order to increase the dissipation and therefore the degree of absorption of the wave motion, the cells (or chambers) can also be put in communication with each other through side windows. In fact, these side windows contribute substantially to the absorption effect, amplifying the dissipations due to abrupt widening especially due to the attack of the oblique wave motion with respect to the vertical wall, a phenomenon that occurs regularly as the incident waves always have characteristics of three-dimensionality and obliquity with respect to to the edge of the protection dam.

Le figure 3a, 3b e 3c riportano le sezioni tipo di altre importanti realizzazioni di cassoni con finestrature e celle con aperture lato mare di assorbimento del moto ondoso, Porti di Napoli e Sorrento. Figures 3a, 3b and 3c show the standard sections of other important constructions of caissons with windows and cells with openings on the sea side to absorb wave motion, Ports of Naples and Sorrento.

La sezione verticale del Molo Martello del Porto di Napoli (fig.3a) mostra che il cassone è a due celle, delle quali la prima a sinistra è aperta lato mare (a sinistra della figura) mentre la seconda è piena (cassone monocamera). I rettangolini neri mostrano le finestrature laterali di comunicazione fra le celle. The vertical section of the Molo Martello of the Port of Naples (fig.3a) shows that the caisson has two cells, of which the first on the left is open to the sea side (on the left of the figure) while the second is full (single-chamber caisson). The black rectangles show the lateral communication windows between the cells.

Nel caso del porto di Sorrento, (fig.3b), il cassone presenta quattro celle, delle quali le prime due sono aperte lato mare (a sinistra della figura -cassone multicamera). In the case of the port of Sorrento, (fig.3b), the caisson has four cells, of which the first two are open to the sea side (on the left of the figure - multi-chamber caisson).

La sezione della diga “Duca degli Abruzzi” di Napoli (fig.3c), è a cinque filari di celle, delle quali le prime due sono aperte verso il mare (a destra della figura) e sono dedicate ad assorbire il moto ondoso (cassone multicamera). The section of the "Duca degli Abruzzi" dam in Naples (fig.3c), has five rows of cells, of which the first two are open towards the sea (on the right of the figure) and are dedicated to absorbing the wave motion (caisson multi-camera).

Da un punto di vista strutturale la presenza di celle semivuote richiede un incremento della larghezza del cassone ai fini della stabilità di insieme, mentre le pareti con finestre implicano una maggiore sollecitazione sulla struttura. From a structural point of view, the presence of half-empty cells requires an increase in the width of the caisson for the purposes of overall stability, while the walls with windows imply greater stress on the structure.

Nella seguente figura 4 è raffigurata la realizzazione di cassone monocamera, in questo caso di protezione interna dell’avamporto, con finestrature laterali che mettono in comunicazione “trasversalmente” ogni cella con la vicina. Trattasi della realizzazione nel porto turistico di Marina di Pisa. La figura 4 mette in evidenza la fattura di questa soluzione, evidenziando tre momenti della realizzazione in tre foto: la prima A ritrae le celle ancora non chiuse superiormente e mette in evidenza la comunicazione laterale fra le celle, la seconda foto B l’opera quasi completata con la sovrastruttura quasi terminata e la terza C l’opera in esercizio. The following figure 4 shows the construction of a single-chamber caisson, in this case of internal protection of the outer port, with side windows that put each cell in communication "transversely" with the neighbor. This is the construction in the tourist port of Marina di Pisa. Figure 4 highlights the invoice of this solution, highlighting three moments of the realization in three photos: the first A portrays the cells still not closed at the top and highlights the lateral communication between the cells, the second photo B the almost completed with the superstructure almost finished and the third C the work in operation.

Modelli teorici e sperimentali della performance idraulica Theoretical and experimental models of hydraulic performance

La maggioranza degli studi analitici e su modello fisico è riferita al caso di pareti semplici o multiple con fessure orizzontali o verticali (screens o slit-type breakwaters) con la misura dell’energia trasmessa, riflessa e dissipata, la cui somma equivale all’energia totale del moto ondoso incidente. Le analisi teoriche si basano sull’applicazione delle equazioni di continuità, della quantità di moto e dell’energia per il flusso idrico attraverso le aperture, tenendo conto delle perdite di carico associate al restringimento ed espansione del getto (Kriebel 1992)3. Le azioni sono indotte dalle velocità orizzontali attraverso i fori legate ai gradienti di pressione tra i due lati della parete forata; la perdita di carico è proporzionale al quadrato delle velocità. Most of the analytical and physical model studies refer to the case of simple or multiple walls with horizontal or vertical cracks (screens or slit-type breakwaters) with the measurement of the transmitted, reflected and dissipated energy, the sum of which is equivalent to the energy total incident wave motion. Theoretical analyzes are based on the application of the equations of continuity, momentum and energy for the water flow through the openings, taking into account the pressure drops associated with the narrowing and expansion of the jet (Kriebel 1992) 3. The actions are induced by the horizontal speeds through the holes linked to the pressure gradients between the two sides of the perforated wall; the pressure drop is proportional to the square of the speeds.

Il secondo meccanismo di dissipazione dell’energia ondosa all’interno delle camere forate dei cassoni è invece basato soprattutto su fenomeni di risonanza e di vorticità turbolenta, oltreché di attrito per i flussi idrici entranti ed uscenti dai fori nelle fasi di cresta e di cavo d’onda rispettivamente. Tali fenomeni sono regolati principalmente dal (i) rapporto tra la larghezza della camera B (nella direzione di propagazione dell’onda) e la lunghezza d’onda incidente L e (ii) dalla porosità della parete esterna (rapporto fra l’area delle finestre e l’area della parete verticale) e secondariamente di quelle interne. La porosità varia tipicamente tra il 10% e il 40%, mentre il rapporto B/L presenta un “ottimo” di funzionamento per valori intorno a 0,1-0,3. Anche la forma e la disposizione delle aperture gioca un suo ruolo, così come la presenza o meno di aperture o sfiati sul “tetto” delle camere assorbenti per la fuoriuscita dell’aria compressa dal flusso idrico entrante. Come già osservato, nel caso di onde incidenti obliquamente risultano altresì efficaci ulteriori aperture praticate sui setti interni trasversali delle celle. Attenzione è stata volta anche alla forma geometrica delle camere, come ad esempio nei recenti cassoni realizzati per il porto di Valencia nel 2009 con camere di sezione circolare su due file collegate trasversalmente in modo articolato The second mechanism of dissipation of wave energy inside the perforated chambers of the caissons is instead based above all on phenomena of resonance and turbulent vorticity, as well as friction for the water flows entering and leaving the holes in the crest and cable phases. 'wave respectively. These phenomena are mainly regulated by (i) the ratio between the width of chamber B (in the direction of wave propagation) and the incident wavelength L and (ii) the porosity of the external wall (ratio between the area of the windows and the area of the vertical wall) and secondarily of the internal ones. The porosity typically varies between 10% and 40%, while the B / L ratio presents an “excellent” operation for values around 0.1-0.3. The shape and arrangement of the openings also plays a role, as does the presence or absence of openings or vents on the "roof" of the absorbent chambers for the release of compressed air from the incoming water flow. As already observed, in the case of obliquely incident waves, further openings made on the transverse internal septa of the cells are also effective. Attention was also paid to the geometric shape of the chambers, such as in the recent caissons built for the port of Valencia in 2009 with chambers of circular section on two rows connected transversely in an articulated way

Gli standard europei di PROVERBS (Probabilistic Design Tools for Vertical Breakwaters -Vol. IIa -Hydrodynamic Aspects -MAST III – PROVERBS, 1999) considerano cassoni di tipo monocamera o multicamera, sempre “chiusi” lato porto, fornendo i parametri idraulici di interesse quali il coefficiente di riflessione dell’onda in funzione dei parametrici geometrici e delle caratteristiche delle onde incidenti. Il coefficiente di riflessione (quindi il parametro sintetico che misura la bontà del sistema di assorbimento – minore il coefficiente di riflessione migliore la performance idraulica del cassone) dipende da due parametri fondamentali: la larghezza relativa della camera (B) e la lunghezza d’onda incidente (L). Valori ottimi del rapporto B/L sono attorno a 0,2. The European standards of PROVERBS (Probabilistic Design Tools for Vertical Breakwaters -Vol. IIa -Hydrodynamic Aspects -MAST III - PROVERBS, 1999) consider single-chamber or multi-chamber caissons, always "closed" on the port side, providing the hydraulic parameters of interest such as reflection coefficient of the wave as a function of the geometric parameters and the characteristics of the incident waves. The reflection coefficient (therefore the synthetic parameter that measures the goodness of the absorption system - the lower the reflection coefficient the better the hydraulic performance of the caisson) depends on two fundamental parameters: the relative width of the chamber (B) and the wavelength accident (L). Optimal values of the B / L ratio are around 0.2.

La figura 5 mostra un confronto di letteratura fra i cassoni monocamera e multicamera tratta da Probabilistic Design Tools for Vertical Breakwaters - Vol. IIa – Chapter 8.1 -Hydrodynamic Aspects -MAST III – PROVERBS, 1999. Il grafico viene riportato nel presente contesto anche per mettere in evidenza come sia la sperimentazione che la teoria e la pratica ingegneristica considerino unicamente geometrie con almeno l’ultima fila di celle lato porto completamente riempita. Figure 5 shows a comparison of literature between single-chamber and multi-chamber caissons taken from Probabilistic Design Tools for Vertical Breakwaters - Vol. IIa - Chapter 8.1 -Hydrodynamic Aspects -MAST III - PROVERBS, 1999. The graph is reported in this context also to put in evidence that both experimentation and engineering theory and practice only consider geometries with at least the last row of cells on the port side completely filled.

L’esame delle realizzazioni esistenti in Italia ed in tutto il mondo, gli standard europei ed internazionali confermano che è consolidata prassi mantenere almeno una o due celle lato porto chiuse (cioè riempite fino alla sovrastruttura), in maniera tale da evitare che il moto ondoso si propaghi all’interno dello specchio portuale causando così un detrimento alla funzione principale di protezione dal moto ondoso. The examination of the existing buildings in Italy and all over the world, European and international standards confirm that it is consolidated practice to keep at least one or two port-side cells closed (i.e. filled up to the superstructure), in such a way as to prevent wave motion spreads inside the port area, thus causing a detriment to the main function of protection from wave motion.

Descrizione particolareggiata del trovato Problematiche e limiti dello stato dell’arte Come testimoniato anche dagli standard europei il valore minimo ottenibile da configurazioni multi camera del coefficiente di riflessione è pari a circa 0,3 (vedi figura 5), che significa che l’ampiezza dell’onda riflessa da un cassone è comunque pari al minimo al 30% dell’ampiezza dell’onda incidente. Per i cassoni monocamera il valore del coefficiente di riflessione si attesta generalmente attorno a 0,5. Infine va osservato che nel mare Mediterraneo le onde di progetto hanno localmente una lunghezza dell’ordine dei 100 m e sarebbero necessarie camere forate piuttosto ampie (tra 10 e 20 m) per assicurare un buon assorbimento, poco compatibili con le dimensioni totali trasversali medie dei cassoni (tra i 10 e 20 m circa). Detailed description of the invention. The wave reflected by a caisson is in any case equal to at least 30% of the amplitude of the incident wave. For single-chamber caissons, the value of the reflection coefficient is generally around 0.5. Finally, it should be noted that in the Mediterranean sea the project waves locally have a length of the order of 100 m and rather large perforated chambers (between 10 and 20 m) would be necessary to ensure good absorption, not very compatible with the total average transverse dimensions of the caissons. (between 10 and 20 m approximately).

La riflessione genera comunque un indesiderato incremento dell’agitazione ondosa di fronte alle dighe di protezione degli specchi portuali, fenomeno che tipicamente rappresenta un pericolo per la navigazione specialmente per quelle rotte di accesso che si articolano lungo od in prossimità delle opere stesse. The reflection, however, generates an undesirable increase in wave agitation in front of the protective dams of the port mirrors, a phenomenon that typically represents a danger for navigation, especially for those access routes that run along or near the works themselves.

Un problema annoso degli specchi portuali è la qualità delle acque interne, che a causa del ridotto scambio idrico con il mare risulta spesso non sufficiente. Le dighe marittime di protezione dal moto ondoso essendo completamente impermeabili allo scambio idrico confinano gli scambi con il mare aperto alla sola imboccatura portuale. Tale problematica è accentuata nei mari microtidali come i mari italiani e mediterranei, dove le correnti di marea sono già deboli in partenza, specie se confrontate con i mari a forte oscillazione di marea come ad esempio i mari del Nord Europa. An age-old problem of port mirrors is the quality of inland waters, which due to the reduced water exchange with the sea is often not sufficient. The sea dams for protection from wave motion, being completely impermeable to water exchange, confine the exchanges with the open sea to the port entrance only. This problem is accentuated in microtidal seas such as the Italian and Mediterranean seas, where tidal currents are already weak at the start, especially when compared with seas with strong tidal oscillations such as the seas of Northern Europe.

Al fine di evitare i conseguenti problemi di ristagno e detrimento della qualità delle acque portuali sono spesso messi in opera sistemi di scambio forzato con il mare aperto tramite complessi impianti di pompaggio delle acque dall’interno verso l’esterno o, più spesso, dall’esterno verso l’interno. Altre soluzioni sono costituite da impianti di vivificazione delle acque che consistono nel pompare aria compressa tramite opportuni compressori nei punti critici all’interno dello specchio portuale, tipicamente nei punti più ridossati dello specchio portuale stesso e più distanti dall’imboccatura portuale. Spesso tali impianti presentano problematiche di manutenzione e di operatività che causano una scarsa efficienza del sistema. In order to avoid the consequent problems of stagnation and detriment of the quality of port waters, forced exchange systems with the open sea are often put in place through complex water pumping systems from the inside to the outside or, more often, from the outside inwards. Other solutions consist of water vivification systems which consist of pumping compressed air through appropriate compressors at critical points within the port area, typically in the most sheltered points of the port area itself and further away from the port entrance. Often these systems have maintenance and operational problems that cause a poor efficiency of the system.

Specifiche del cassone secondo l’invenzione Il cassone che si descrive migliora significativamente le caratteristiche di assorbimento del moto ondoso rispetto agli standard e permette lo scambio idrico diretto fra il mare aperto e lo specchio portuale, migliorando così la qualità delle acque interne. Specifications of the caisson according to the invention The caisson described significantly improves the absorption characteristics of wave motion compared to the standards and allows direct water exchange between the open sea and the port area, thus improving the quality of inland waters.

A solo titolo di esempio non limitativo le figure da 6 a 10 illustrano preferite forme di realizzazione dell’invenzione, e precisamente: la figura 6 mostra una vista in sezione orizzontale in corrispondenza dei riempimenti delle celle necessari per la stabilità dell’insieme del cassone; By way of non-limiting example only, Figures 6 to 10 illustrate preferred embodiments of the invention, and precisely: Figure 6 shows a horizontal sectional view corresponding to the filling of the cells necessary for the stability of the body as a whole;

la fig.7 mostra una sezione orizzontale dello stesso cassone presa in corrispondenza delle finestre laterali delle celle; Fig. 7 shows a horizontal section of the same caisson taken at the side windows of the cells;

la fig. 8 è una sezione verticale secondo il piano di traccia A-A della fig. 6 o 7; fig. 8 is a vertical section along the plane of line A-A of fig. 6 or 7;

la fig.9 è una vista in sezione verticale secondo il piano di traccia B-B della fig. 6 o 7; e la fig.10 mostra la configurazione labirintica delle celle del cassone secondo il trovato ed il suo schema di funzionamento idraulico. Fig. 9 is a vertical sectional view along the plane of line B-B of Fig. 6 or 7; and Fig. 10 shows the labyrinthine configuration of the cells of the body according to the invention and its hydraulic operating diagram.

Assorbimento del moto ondoso Wave absorption

Nel cassone secondo il trovato tutti i filari di celle sono dedicati all’assorbimento del moto ondoso, poiché tutte le celle sono “aperte”. Ma le finestrature presentano un innovativo gioco sfalsato, in modo tale che le aperture non siano mai tutte in asse fra i due lati “mare” e “porto” del cassone. Tutte le celle sono inoltre in comunicazione laterale fra loro. Conseguentemente, il moto ondoso è soggetto ad un maggior numero di attenuazioni per brusco allargamento di sezione e rimane di fatto “intrappolato” all’interno del cassone stesso. In tal modo tutto il cassone contribuisce ad attenuare il moto ondoso, ma al contempo l’onda non si propaga nello specchio interno portuale. Il sistema conferisce così al sistema di dissipazione una molto maggiore efficacia nell’assorbire il moto ondoso. In the caisson according to the invention, all the rows of cells are dedicated to the absorption of wave motion, since all the cells are "open". But the windows have an innovative staggered play, so that the openings are never all aligned between the two “sea” and “port” sides of the caisson. All the cells are also in lateral communication with each other. Consequently, the wave motion is subject to a greater number of attenuations due to abrupt widening of the section and is in fact "trapped" inside the caisson itself. In this way, the entire caisson contributes to attenuating the wave motion, but at the same time the wave does not propagate in the internal port area. The system thus gives the dissipation system a much greater effectiveness in absorbing the wave motion.

Con riferimento alle figure 6-9, le figure 6 e 7 riportano due sezioni verticali del cassone secondo l’invenzione (sopra) e due sezioni orizzontali (sotto). Il cassone in figura 6 è costituito da tre file di celle. Cassoni di dimensioni maggiori possono avere anche un maggior numero di celle con un ulteriore miglioramento della performance idraulica. Tutte le celle sono vuote nella sola parte sommitale: tutti i (tre nel caso delle figure 6-9) filari di celle sono dedicati all’assorbimento del moto ondoso, od anche nessuna fila di celle è completamente riempita fino alla sovrastruttura, differentemente da quanto realizzato nei cassoni allo stato dell’arte. With reference to figures 6-9, figures 6 and 7 show two vertical sections of the caisson according to the invention (above) and two horizontal sections (below). The caisson in figure 6 consists of three rows of cells. Larger caissons can also have a greater number of cells with a further improvement in hydraulic performance. All the cells are empty only in the upper part: all the (three in the case of figures 6-9) rows of cells are dedicated to the absorption of the wave motion, or even no row of cells is completely filled up to the superstructure, differently from what made in state-of-the-art caissons.

La prima sezione A-A della figura 6 mostra che la prima camera è subito chiusa lato porto (è dunque una monocamera). La sezione mostra anche la finestra laterale di sezione rettangolare. Proseguendo verso il lato porto, la seconda cella è chiusa lato mare, ma è aperta lateralmente con la cella adiacente ed aperta verso la terza cella lato porto. La terza cella lato porto non ha l’apertura nella parete lato porto. The first section A-A of figure 6 shows that the first chamber is immediately closed on the port side (it is therefore a single chamber). The section also shows the rectangular section side window. Continuing towards the port side, the second cell is closed on the sea side, but it is open laterally with the adjacent cell and open towards the third cell on the port side. The third port side cell does not have an opening in the port side wall.

La seconda sezione B-B taglia il sistema di tre celle adiacente al sistema di cui alla sezione A-A. La prima cella è in comunicazione con la seconda tramite opportuna finestra; la seconda cella è però chiusa lato porto, mentre comunica lateralmente con le altre celle. La terza cella è chiusa lato mare ma aperta lato porto: è quindi in comunicazione idraulica diretta con le acque portuali. The second section B-B cuts the system of three cells adjacent to the system referred to in section A-A. The first cell is in communication with the second through a suitable window; the second cell, however, is closed on the port side, while it communicates laterally with the other cells. The third cell is closed on the sea side but open on the port side: it is therefore in direct hydraulic communication with the port waters.

Per meglio comprendere il gioco sfalsato e labirintico delle finestrature si esamini ora la pianta (sezione orizzontale) di destra in basso nella figura 6 (la sezione orizzontale a sinistra è eseguita in corrispondenza dei riempimenti delle celle, necessari per la stabilità di insieme del cassone): le aperture lato porto sono sempre schermate dalle aperture lato mare. To better understand the staggered and labyrinthine play of the windows, now examine the plan (horizontal section) on the bottom right in figure 6 (the horizontal section on the left is performed in correspondence with the cell filling, necessary for the overall stability of the caisson) : the openings on the port side are always shielded from the openings on the sea side.

Le due piante indicano la posizione delle sezioni verticali A-A e B-B. The two plans indicate the position of the vertical sections A-A and B-B.

Per meglio illustrare il principio di funzionamento della dissipazione del moto ondoso si faccia riferimento allo schema idraulico di figura 10. To better illustrate the operating principle of wave motion dissipation, refer to the hydraulic diagram in figure 10.

La figura 10 rappresenta la pianta del cassone, per il caso di tre file di celle, ottenuta da una sezione orizzontale del cassone in corrispondenza delle camere. La struttura piena tagliata dalla sezione è campita, mentre le finestre fra una cella e l’altra appaiono in bianco. Figure 10 represents the plan of the caisson, for the case of three rows of cells, obtained from a horizontal section of the caisson corresponding to the chambers. The solid structure cut from the section is filled in, while the windows between one cell and another appear in white.

La figura 10 rappresenta qualitativamente la fase di cresta dell’onda che incide sul lato mare del cassone. Il moto ondoso riceve la prima attenuazione nell’espandersi nella prima fila di celle e fra una cella e l’altra della prima fila tramite le finestre laterali. Due delle quattro celle sono chiuse lato porto e quindi funzionano da “monocamera”. Le altre due celle della prima fila lato mare sono invece aperte ed un nuovo brusco allargamento di sezione ne attenua ulteriormente l’energia nel passare alla seconda fila di celle (quindi come un “multicamera” a due celle). Figure 10 qualitatively represents the crest phase of the wave that affects the sea side of the caisson. The wave motion receives the first attenuation in expanding in the first row of cells and between one cell and another in the first row through the side windows. Two of the four cells are closed on the port side and therefore function as a “single chamber”. The other two cells of the first row on the sea side are instead open and a new sharp widening of the section further attenuates the energy in passing to the second row of cells (therefore like a two-cell "multi-chamber").

L’energia viene riflessa quindi dalla parete chiusa della seconda cella lato porto, ma nel cassone oggetto dell’invenzione, differentemente da tutti gli altri cassoni, può “sfogare” lateralmente nelle celle adiacenti, che sono però a loro volta da un lato separate dal mare e non ricevono quindi energia direttamente (costituiscono infatti il “retro” delle prime celle monocamera), dall’altro sono in comunicazione con la terza fila di celle e, nell’attraversare la finestra, sono ulteriormente attenuate ed infine si trovano di fronte la parete lato porto chiusa! L’oscillazione ondosa residua si trasmette attraverso le finestre laterali della terza fila alle celle adiacenti dotate di apertura verso mare (la cella aperta al porto è però schermata dalla poca energia diretta dalla seconda fila di celle), dissipando così la minimale parte di energia residua. The energy is therefore reflected by the closed wall of the second cell on the port side, but in the caisson object of the invention, unlike all the other caissons, it can "vent" laterally into the adjacent cells, which are however in turn separated on one side by the sea and therefore do not receive energy directly (in fact they constitute the "back" of the first single-chamber cells), on the other hand they are in communication with the third row of cells and, when crossing the window, they are further attenuated and finally they face the harbor side wall closed! The residual wave oscillation is transmitted through the lateral windows of the third row to the adjacent cells with opening towards the sea (the cell open to the port is however shielded from the little energy directed by the second row of cells), thus dissipating the minimal part of residual energy .

La retta spezzata tratteggiata ad andamento orizzontale e verticale AB rappresenta il percorso più diretto che l’onda può seguire per arrivare al lato porto: l’onda subisce sei bruschi allargamenti di sezione, due dei quali per “attraversamento” laterale (tratti verticali della spezzata AB in figura), il cui effetto combinato con l’intensa dissipazione per agitazione turbolenta in ognuna delle cinque celle attraversate ne attenua completamente l’energia. Questa combinazione labirintica delle celle ha anche il vantaggio di rendere ancora più difficoltoso il “ritorno” dell’energia nella fase di cavo verso il mare. Mentre infatti le due celle monocamera della prima fila restituiscono l’energia ivi presente analogamente al caso del cassone forato “standard”, le altre due celle in parte riflettono come un cassone a due celle “standard”, ma in parte dissipano completamente l’energia nella terza fila di celle lato porto, energia che quindi non riesce a ripercorrere il percorso inverso. Di fatto è come se il cassone classico con tre celle (e quindi al massimo con due celle dedicate alla dissipazione del moto ondoso) si trovasse ad avere cinque filari di celle tutte dedicate a dissipare il moto ondoso, ma con una dissipazione sempre maggiore perché il percorso idraulico è labirintico, con trasmissione solo laterale dell’energia per ben due celle. The broken line with a horizontal and vertical trend AB represents the most direct path that the wave can follow to reach the port side: the wave undergoes six sudden widening of the section, two of which for lateral "crossing" (vertical sections of the broken AB in the figure), the effect of which combined with the intense dissipation due to turbulent agitation in each of the five cells crossed completely attenuates their energy. This labyrinthine combination of cells also has the advantage of making the "return" of energy in the cable phase towards the sea even more difficult. While in fact the two single-chamber cells in the first row return the energy present there similarly to the case of the "standard" perforated box, the other two cells partly reflect as a "standard" two-cell box, but partly dissipate the energy completely in the third row of cells on the port side, energy which therefore fails to retrace the reverse path. In fact, it is as if the classic caisson with three cells (and therefore at most two cells dedicated to the dissipation of wave motion) were to have five rows of cells all dedicated to dissipating the wave motion, but with an increasingly greater dissipation because the hydraulic path is labyrinthine, with only lateral transmission of energy for two cells.

La retta tratteggiata a 45 gradi CD rappresenta una condizione di moto ondoso obliquo: l’onda subisce sette bruschi allargamenti di sezione in sequenza, arrivando lato porto quasi completamente attenuata! The dotted line at 45 degrees CD represents a condition of oblique wave motion: the wave undergoes seven abrupt section enlargements in sequence, arriving on the harbor side almost completely attenuated!

Permeabilità: scambio idrico fra specchio portuale e mare Permeability: water exchange between the port area and the sea

Al contempo il cassone risulta anche permeabile alla circolazione idrica, favorendo il ricambio delle acque portuali e quindi il mantenimento della loro qualità. L’oscillazione mareale è il motore primario del ricambio idrico delle acque portuali; consiste in una oscillazione dei livelli con periodo diurno o semidiurno a seconda del sito. Trattasi quindi di evoluzione dei livelli di tipo quasi statico con periodi dell’ordine di grandezza delle ore (di due ordini di grandezza maggiori di quelli del moto ondoso che restano oscillatori - ordine di grandezza dei secondi), a cui sono associate le correnti di marea in ingresso ed uscita dal porto attraverso l’imboccatura portuale. Tali correnti possono schematizzarsi come una successione di stati stazionari di corrente diretta in un solo senso e di durata tale da garantire una significativa portata di massa per un tempo rilevante ai fini del ricambio idrico. At the same time, the caisson is also permeable to water circulation, favoring the exchange of port waters and therefore the maintenance of their quality. The tidal oscillation is the primary engine of the water exchange of port waters; it consists of an oscillation of levels with a diurnal or semi-diurnal period depending on the site. It is therefore an evolution of the levels of a quasi-static type with periods of the order of magnitude of the hours (of two orders of magnitude greater than those of the wave motion which remain oscillators - order of magnitude of the seconds), to which the tidal currents are associated. at entry and exit from the port through the port entrance. These currents can be schematized as a succession of steady states of direct current in one direction only and of such duration as to guarantee a significant mass flow for a time relevant to the water exchange.

In presenza di una diga realizzata con i cassoni che si descrivono, lo scambio idrico avviene anche attraverso le finestre dei cassoni. Anche piccole differenze di livello di pochi centimetri fra il lato mare e il lato porto possono forzare correnti idriche che trasportano massa ora verso dentro ora verso fuori il porto attraverso le celle. Quindi lo stesso sistema di celle che dissipa drasticamente l’oscillazione ondosa è ora facilitatore delle correnti quasi statiche di gradiente idraulico che attraversano le finestre. In the presence of a dam made with the caissons described above, the water exchange also takes place through the caissons windows. Even small differences in level of a few centimeters between the sea side and the port side can force water currents that carry mass now inwards and outwards through the cells. So the same system of cells that drastically dissipates the wave oscillation is now a facilitator of the quasi-static hydraulic gradient currents that pass through the windows.

Il vantaggio in termini di qualità delle acque è molto elevato, poiché è come avere l’intera diga permeabile. The advantage in terms of water quality is very high, since it is like having the entire dam permeable.

Si è fin qui descritto un cassone cellulare in calcestruzzo armato antiriflettente con tutte le celle aperte ed in comunicazione con il lato porto sulla base di alcuni preferite forme di realizzazione. E’ peraltro evidente che numerose modifiche e varianti possono essere apportate dagli esperti del settore senza uscire dall’ambito della presente invenzione come definito dalle rivendicazioni che seguono. Up to now, a cellular caisson in anti-reflective reinforced concrete has been described with all the cells open and in communication with the port side on the basis of some preferred embodiments. It is also clear that numerous modifications and variations can be made by experts in the field without departing from the scope of the present invention as defined by the following claims.

Claims

Claims 1) Cellular caisson in reinforced concrete for the construction of dams and wharfs of tourist and commercial ports, of the single or multi-chamber type, with anti-reflective cells or rooms facing the sea that are open and in communication with the port side while laterally they are with other cells through windows, characterized by the fact that it is permeable to currents, since all the cells, even if arranged in several rows, are open and equipped with at least three windows positioned on orthogonal walls so as to allow direct water exchange between the sea open and the port mirror, thus improving the quality of inland waters, while through a labyrinthine arrangement of the communication windows between the cells the energy of the incident wave motion is almost completely dissipated, as by preventing the direct crossing of each cell it is demolished significantly the value of the reflection coefficient.

2) Cellular caisson as in the previous claim characterized by the fact that the windows have an innovative staggered clearance, so that the openings are never all aligned between the two “sea” and “port” sides of the caisson.

3) Cellular caisson as in any one of the preceding claims characterized by the fact that all the cells or chambers are equipped with side windows, all the rows of cells starting from the second have three of the four walls equipped with a window, while only the first row of cells alternate three-windowed chambers with four-windowed chambers.

4) Cellular caisson as in any one of the preceding claims, characterized in that, in the case of larger dimensions and with rows of cells greater than three, also the chambers of the first row are all equipped with four windows.

5) Cassone as in any one of the preceding claims characterized by the fact that, thanks to the lateral communication between the cells, the wave motion is subject to a greater number of attenuations due to abrupt widening of the section and remains in fact "trapped" inside the caisson itself, thus obtaining that the entire caisson contributes to attenuating the wave motion, but at the same time the wave does not propagate in the internal port area.

6) Cellular caisson as in any of the preceding claims characterized by the fact that in the presence of cells arranged in several rows, all rows of cells are dedicated to the absorption of wave motion.

7) Cellular caisson as in any of the preceding claims characterized by the fact that no row of cells is completely filled up to the superstructure, that is, up to the extrados of the caisson.