Interventi – BioMar3D

Interventi in programma

L’intervento in progetto prevede l’istallazione di opere morfologiche costituite da gruppi di reef stampati in 3D installati in una zona prossima all’ area SIC – ZSC marine, IT9310033 Fondali di Capo Tirone (Fig. 1), ma esternamente ad essa e in prossimità anche di un’area con presenza di Posidonia Oceanica, ma non insistente sull’area di posa.

La posizione di installazione dei manufatti è posta ad una distanza di circa 440 m dal molo esterno della marina di Belvedere, dove il fondale presenta la profondità media di circa -12÷-13 m s.l.m., che rappresenta la quota più idonea per la posa dei manufatti.

Il sito di installazione, che occupa una superficie di circa 2’000 m2, si posiziona subito al di fuori del limite dell’area protetta SIC – ZSC “IT9310033 Fondali di Capo Tirone”, in prossimità dagli esistenti banchi di Posidonia Oceanica.

Nella figura di seguito (Fig. 2) è riportata la posizione delle opere rispetto alle aree SIC e ai banchi di Posidonia.

Nel dettaglio l’intervento in progetto, prevede il posizionamento di 12 gruppi di opere morfologiche, costituite da un imbasamento in calcestruzzo armato sopra il quale installare, a gruppi di 5, gli elementi costituenti la vera e propria struttura dei reef.
In pianta gli elementi saranno posati ad un interasse tra loro di circa 14.00 m e risulteranno distanziati tra loro di circa 12.00 m.

Ogni singola opera sarà composta da 5 elementi di reef stampati 3D e assemblati a forma piramidale per un ingombro in pianta di 2.20 x 2.20 m. I singoli elementi avranno un ingombro massimo inscritto in un cubo di 1.05 m di lato cadauno e saranno distinti secondo 2 tipologie diverse: una per la parte inferiore e una per la parte superiore.

Nel dettaglio gli elementi che comporranno la struttura monolitica sono così individuabili (Fig. 3):

Piastra basamento/zavorra – questo elemento ha la triplice funzione di: costituire una struttura rigida su cui vincolare i reef, realizzare un basamento per distribuire meglio il peso delle strutture sul fondale marino e, in ultima, zavorrare gli elementi al fondo nei confronti di eventuali spinte di sollevamento dovute alle azioni marine durante eventi estremi di mareggiata. Gli elementi saranno realizzati, presso uno stabilimento su terra ferma, utilizzando del calcestruzzo debolmente armato nel quale saranno annegati 8 spezzoni di acciaio zincato in due gruppi da 4 che serviranno sia come elementi guida per la posa dei reef, sia come sistema di vincolo per ancorare gli elementi stessi tra loro e sulla struttura di basamento. Particolare attenzione sarà dedicata alla composizione del calcestruzzo e alla sua realizzazione cercando di utilizzare produttori locali per limitare i trasporti e studiando il mix design per garantire le massime prestazioni di durabilità nel rispetto dell’ambiente marino. A tale scopo si prevede di utilizzare del cemento pozzolanico o di loppa d’altoforno a basso tenore di clinker e di verificare con il fornitore, prima della realizzazione, la compatibilità del prodotto mediante dei test di cessione eseguiti presso laboratori certificati.
Elementi inferiori – in numero di 4 e realizzati a forma di “corallo” per le parti esposte, mentre, per le porzioni interne, realizzate con cavità, incisioni e cunicoli. La struttura sarà costituita da una base inferiore piana di dimensioni in pianta di 105×105 cm e altezza di 20cm e da una base superiore di dimensioni più contenute (40x40x20cm) collegata a quella inferiore mediante un plinto quadrato di lato esterno di 20 cm. Lo spazio tra le due basi sarà riempito, per l’appunto, dagli elementi che andranno a comporre l’effettiva forma a “corallo” inglobando le strutture descritte. La soluzione prevede che venga lasciato un foro circolare del diametro di 8 cm che attraversa le due basi ed il plinto di collegamento e una altra serie di fori posti nei restanti tre vertici della base inferiore. Tale sistema consente la posa dell’elemento nella corretta posizione rispetto alla piastra di basamento sfruttando gli spezzoni di acciaio che servono appunto da guida. Una volta posto in posizione corretta l’elemento inferiore sarà solidalmente vincolato alla struttura di basamento mediante imbullonatura del vertice più esterno e mediante la colatura di conglomerato cementizio entro il foro passante in corrispondenza del plinto cavo. Per la movimentazione dei singoli elementi si è previsto di realizzare, in fase di stampa, delle scanalature alla base in modo da consentire il passaggio di cinghie per il sollevamento. Per maggiori dettagli si rimanda alla Fig. 3.3 e nelle tavole grafiche di progetto.
Elemento superiore – anch’essi realizzati a forma di “corallo” su tutta l’estensione superiore rispetto al basamento con la costruzione di cunicoli e passaggi per la fauna marina. Sul basamento delle dimensioni in pianta di 105×105 cm e altezza di 20cm saranno realizzati dei fori passanti del diametro di 40 mm che consentiranno di posizionare l’elemento correttamente rispetto alle strutture inferiori sfruttando le barre di ancoraggio su menzionate. Prima della posa dell’elemento superiore su quelli inferiori, per aumentare la resistenza meccanica del sistema, sarà posata una piastra in acciaio zincato sopra la quale sarà installato, per l’appunto, l’elemento superiore. Quest’ultimo sarà reso solidale con gli altri elementi mediante imbullonatura.

I singoli elementi costituenti i reef saranno stampati con una particolare stampante, presso l’impianto di Desamanera Srl (società mandante nell’ATS), e realizzati utilizzando una speciale miscela ecocompatibile.

L’innovativo processo di aggregazione, brevettato, avviene tramite leganti naturali idraulici, non OPC (Ordinary Portland cement) attivati con acqua, non contenenti resine, che aggregano granulati multi- dimensionali di minerali inerti (sabbia del Po) rendendo i Reef prodotti particolarmente adatti per l’utilizzo in mare. In aggiunta ai minerali inerti (sabbia, roccia e/o marmo) potrebbero essere aggiunti scarti di lavorazione come, ad esempio, i gusci di vongole opportunamente sinterizzati per renderli inerti e frantumati con mulino trituratore.

L’uso del basamento in calcestruzzo, rispetto ad altre soluzioni studiate, permette di assemblare l’intero blocco basamento/reef sulla banchina del porto consentendo un agevole movimentazione sia nella fase di carico sia nella fase di posa in mare, inoltre, non risulta più necessario procedere ad una fase preliminare di formazione dell’imbasamento con materiale lapideo riducendo conseguentemente i tempi di utilizzo dei pontoni e dunque la durata del cantiere.

Un secondo aspetto migliorativo riguarda la resistenza del blocco alle sollecitazioni prodotte dal moto ondoso e la risposta ai cedimenti. La piastra, infatti, funge contemporaneamente da zavorra contro il sollevamento e da basamento contro i cedimenti del fondale distribuendo il carico su di una superficie ampia.

Infine, la soluzione consente di realizzare dei vincoli rigidi tramite le barre di ripresa che migliorano le caratteristiche meccaniche degli elementi (reef) e impediscono il reciproco movimento impedendo che si danneggino o che si scompongano in caso di sollecitazioni significative del moto ondoso.

La profondità di posa individuata, sulla base delle recenti batimetrie, è tra i -12.5 m e i -13.0 m quota al di sotto della profondità di chiusura che rappresenta la posizione al di sotto della quale l’energia del moto ondoso non è più in grado di determinare spostamenti significativi di sedimento.

Oltre ad essere delle opere morfologiche con lo scopo di contribuire allo sviluppo della fauna ittica, le opere sono da considerarsi anche come supporti per le attività di monitoraggio ambientale del sito grazie all’installazione di apparecchiature scientifiche, attrattori per i pesci e installazione di ostriche che fungeranno da elementi di controllo. A tale scopo saranno prodotti ed installati alcuni reef “speciali” classificabili di tipo A, B e C, le cui caratteristiche e funzioni sono di seguito descritte:

Reef speciale di tipo A:

reef recante sensori o altri dispositivi elettronici collocati in nicchie appositamente create nel corso delle fasi di preparazione in modo che l’elemento finito una volta attrezzato diventi uno strumento tecnologicamente evoluto per il rilevamento di grandezze e parametri utili allo studio dei processi di popolamento biologico. La tipologia di strumentazione ipotizzata per la prima installazione è una fototrappola subacquea, ma in seguito potranno essere installate anche strumentazioni diverse da parte degli enti di ricerca per incrementare il numero di dati per il monitoraggio ambientale. La strumentazione sarà alimentata via cavo dalle batterie e dal pannello fotovoltaico installato sulla boa di segnalazione centrale;

Reef speciale di tipo B:

reef portante in superficie piccole ostriche incollate con resina (si ipotizza il fissaggio di circa 100 esemplari su ogni reef). Questi reef permettono di studiare le possibilità di attecchimento e quindi di sviluppo di una comunità di questi molluschi in contesti ritenuti ammissibili per stabilire la fattibilità e le implicazioni di varia natura connesse all’attivazione di impianti di mitilicoltura;

Reef speciale di tipo C:

reef con strato superficiale ottenuto impiegando una miscela di composizione opportuna in grado di rilasciare progressivamente e in quantità contenutissime, elementi e sostanze naturali utili allo sviluppo della biocenosi locale (vedi nutrienti, Fe, Mn, MgO, etc.).

Questi elementi saranno inseriti nell’elemento superiore del gruppo di reef e saranno installati secondo lo schema riportato in Fig. 4.

Come anticipato nelle premesse, durante le fasi di preproduzione, è emersa la difficoltà, da parte di Desamanera, nel reperimento di alcune componenti per i leganti necessari alla stampa 3D che possono essere reperiti solamente nel mercato estero e un conseguente e non sostenibile aumento dei costi oltre che dei tempi di fornitura non compatibili con le tempistiche del progetto.

Per ovviare a tale problematica, è stato necessario provvedere alla riformulazione della miscela. Tra le varie soluzioni prese in considerazione la più promettente è risultata quella che utilizza come legante del cemento pozzolanico (CEM IV/A R42.5). Sono state eseguite numerose prove variando le miscele ed utilizzando diversi additivi, tuttavia nessuna delle miscele provate ha dato dei risultati accettabili in termini di resistenza e struttura del materiale come indicato sia nella relazione tecnica a cura della Prof.ssa Teresa Mangialardi, Associato di Scienza e Tecnologia dei Materiali presso la Facoltà di Ingegneria Civile e Industriale – Università di Roma “La Sapienza”, sia dal rapporto di prova a cura del laboratorio LIFE Laboratori Ingegneria Ferrara Srl a cui sono state affidate le prove di rottura dei campioni.

In merito alle considerazioni finali rispetto alle prove eseguite e alla selezione delle miscele più opportune la professoressa Mangialardi conclude che “Nell’urgenza di chiudere la campagna di prove, il mio parere risulta favorevole alla selezione per il processo di stampa 3D, tramite attivazione selettiva del cemento, della miscela CEM IV/A 42,5 R-2,5% alluminatosodico-4% superfluidificante P191, previa verifica dei risultati di resistenza meccanica a 28 giorni. Ai fini dell’accettabilità dei materiali e del processo di stampa, il risultato a 28 giorni potrà essere considerato positivo non solo se si porrà ad un livello superiore rispetto a quello conseguito con la miscela CEM IV/B 32,5N-sabbia-2,5% NaAlO2, ma anche superiore a quello ottenuto con la miscela CEM IV/B 32,5N-sabbia priva di accelerante (dovrà, cioè, raggiungere valori significativamente > 4 MPa). Da non trascurare, infine, le problematiche connesse alla eventuale movimentazione e al trasporto prematuro dei prodotti stampati di grandi dimensioni, quando i valori delle resistenze meccaniche potrebbero risultare critici per la loro integrità. In altri termini. È fortemente consigliata un’adeguata stagionatura in condizioni controllate per un periodo non inferiore a 28 giorni prima del trasporto dei pezzi stampati presso la sede definitiva.”

Come si evince i valori necessari per l’accettabilità del materiale devono superare ampiamente la resistenza di 4MPa. Tale resistenza non viene mai però raggiunta o superata come riportato nelle conclusioni del rapporto di prova a cura del laboratorio LIFE di seguito riportato.

“A conclusione della campagna si riportano di seguito alcuni grafici significativi del percorso di analisi eseguito, mettendo a confronto le formulazioni risultate più significative. [Omesso elemento grafico] Si osserva che nessuna delle formulazioni analizzate ha raggiunto i 4 MPa di resistenza a compressione. Il rapporto tra la resistenza a compressione e la resistenza a flessione risulta inferiore all 1,5 (calcolato sui valori di picco). [Omesso elemento grafico] Si osserva infine per tutte le formulazioni testate, se estratte dal letto di stampa al momento stesso della stampa a seguito della spruzzatura dell’acqua prestabilita, e successivamente miscelate meccanicamente ed energicamente compattate all’interno di appositi stampi, sottoposti a maturazione nelle stesse condizioni dei provini stampati, forniscono una resistenza a compressione compresa nel range dei 30 – 40 MPa, valori propri del legante pozzolanico impiegato. Pertanto per quanto sin qui riportato, e pure considerando i valori attesi in fase di predisposizione della campagna, fissati nel raggiungimento di una resistenza a compressione di almeno 10 MPa, si ritiene che le formulazioni testate fino a questo momento con tempi di maturazione inferiori ai 28gg non siano idonee al processo di realizzazione dei BIOREEF, nell’impossibilità di garantire l’integrità dei manufatti durante le fasi di trasporto e movimentazione dei manufatti stessi. Le masse volumiche, indipendentemente dal grado di maturazione, risultano molto basse, sempre inferiori ai 1500 kg/mc, più prossime ai valori di riferimento di una sabbia non compattata piuttosto che ad un prodotto miscelato con legante idraulico. I grafici seguenti mostrano le masse volumiche a 28gg e l’elevata porosità del materiale ottenuta mediante pesatura e asciugatura in forno.”

In considerazione dei risultati ottenuti, insoddisfacenti dal punto di vista delle resistenze, ci si è trovati nell’impossibilità di procedere con la stampa tridimensionale, quindi, su indicazione della ATS, si è reso necessario cambiare modalità realizzativa degli elementi optando per un getto in opera dei reef utilizzando un calcestruzzo con cemento pozzolanico identico a quello proposto per l’imbasamento.

Dovendo realizzare la struttura gettata in opera non risulta possibile creare forme troppo complesse, pertanto, pur mantenendo ingombri massimi di poco inferiori a quelli autorizzati si è optato per una forma troncopiramidale con 4 fori per faccia come concordato con l’esperto biologo del CURSA.

Per la realizzazione dell’elemento tronco conico in serie è necessario l’impiego di casseforme metalliche riutilizzabili e quindi di una redistribuzione delle foronomie del basamento per consentire l’estrazione del guscio inferiore. Inoltre, la forma, la maggiore resistenza del materiale impiegato e la possibilità di armarlo, da un lato, comportano un maggiore peso della struttura superiore, dall’altro la possibilità di renderlo collaborante e solidale alla struttura di basamento che può quindi essere ridotta di spessore per contenere i pesi garantendo la capacità strutturale durante le fasi di sollevamento per i trasporti e la posa.

Nel dettaglio il nuovo elemento sarà costituito da due componenti gettate in opera: il basamento e il reef.

Come per la previsione di progetto il basamento costituisce l’elemento di zavorra e distribuzione dei pesi, le dimensioni esterne risultano le stesse della situazione di progetto ovvero 4.30 m x 2.70 m, viene variato lo spessore che passa da 35 cm a 30 cm per contenere il peso della struttura finita intorno alle 10 ton.

La distribuzione delle finestrature viene modificata riducendo la dimensione delle quattro esterne (da 1.25 x 0.70 m a 0.80 x 0.60 m) e realizzandone una centrale, di dimensione 1.70 x 1.70 m, per consentire l’installazione e la successiva rimozione delle casseforme per il getto del tronco di piramide.

L’elemento tronco piramidale, che va a sostituire i reef stampati in 3D, avrà un ingombro in pianta di 2.20 x 2.20 m come la soluzione di progetto ed una altezza alla sommità di 1.50 m di poco inferiore a quella che si sarebbe realizzata nella soluzione precedente.

Alcuni dettagli dimensionali dei nuovi elementi ed una vista assonometrica sono riportate nella Fig. 5.

Una immagine comparativa tra le strutture di progetto e quelle oggetto di modifica sono riportate invece in Fig. 5.

Le modifiche apportate alle strutture di progetto risultano di lieve entità e relative prevalentemente al metodo costruttivo ed ai materiali impiegati, mentre in termini dimensionali risultano con ingombri leggermente più contenuti. Gli altri aspetti generali del progetto come il numero delle strutture, la loro posizione e la possibilità di rendere le strutture di tipo A, B e C rimangono immutate cosi come l’installazione della segnaletica marina.

Riassumendo le modifiche al progetto presentato non appaiono sostanziali in quanto:

L’opera non è strutturale;
La funzione per cui viene realizzata l’opera rimane identica;
Il numero degli elementi rimane invariato;
La posizione di installazione rimane invariata;
Gli ingombri in pianta rimangono inalterati
Si riducono leggermente le dimensioni in termini di ingombro dovuti per lo più alla assenza delle
strutture tipo corallo previste con stampa 3D;
Viene modificato il solo materiale e la tecnica realizzativa dei reef;

Considerazioni statiche

Come detto, la natura dell’opera non si modifica e non si configura come elemento strutturale, bensì come semplice opera morfologica che svolge la funzione di modificare la configurazione piana del fondale marino consentendo la creazione di un ambiente utile alla fauna ittica per il ripopolamento della zona, si può considerarla, quindi, come un opera che non costituisce pericolo per la pubblica incolumità sia nei riguardi delle persone che delle cose e che non costituisce ostacolo per la navigazione e un pericolo per essa.

Ai soli fini delle attività di movimentazione in ambito di cantiere, sulla base delle nuove caratteristiche, è stato verificato il dimensionamento strutturale della piastra di basamento seguendo le indicazioni delle NTC 2018 nella condizione rappresentata dal sollevamento delle opere non apportando modifiche sostanziali alle armature. Le armature sono indicate nella tavola di dettaglio “3.3 Sezioni particolari costruttivi”.

BioMAR3D

Interventi in programma

Considerazioni statiche