Analisi degli effetti erosivi delle navi in accosto alle banchine portuali

Abstract

La presente tesi di laurea si propone di indagare il problema dell'erosione che si verifica ai piedi delle banchine di ormeggio, causata dai getti generati dalle eliche delle navi durante le manovre di accosto. La ricerca è motivata dall’aumento significativo delle dimensioni e della potenza impiegata in fase di manovra da parte delle navi, risultanti in sollecitazioni intense sia sulle strutture di accosto che sui fondali circostanti. Tali processi possono portare allo scavo sottostruttura (sgrotto), potendo arrivare a condizioni critiche corrispondenti a cedimenti significativi che, se non gestiti, possono portare anche al crollo della struttura di accosto. Inizialmente, vengono esaminati i vari contributi forniti da diversi ricercatori nel corso del tempo, esplorando sia l’erosione in condizioni non confinate che in quelle confinate dalla presenza di un muro di banchina, con considerazioni specifiche anche riguardo l'influenza del timone. Successivamente, viene presentata un’applicazione specifica alle navi della classe FREMM nei principali porti militari italiani, avvalendosi della programmazione in Python. Vengono infine realizzati ulteriori approfondimenti, introducendo sia un’analisi di tipo probabilistico, che l’applicazione di recenti tecniche di Machine Learning, utilizzando metodi come MLR, CART, RF e LSBoost. I risultati vengono visualizzati attraverso diagrammi di Taylor, così da fornire una valutazione chiara e accurata delle metodologie utilizzate. Questo lavoro contribuisce alla comprensione e alla gestione degli effetti erosivi provocati dalle manovre di accosto delle navi nei porti. L’approccio multidisciplinare adottato integra teoria, applicazioni pratiche e metodologie avanzate come l'analisi probabilistica e il Machine Learning, fornendo così una prospettiva completa e innovativa sulla problematica in esame.

This thesis aims to investigate the problem of erosion occurring at the bed of the mooring docks, caused by the jets generated by the ships' propellers during the berthing maneuvers. The research is motivated by the significant increase in the size and power used during maneuvering by ships, resulting in intense stresses on both the docking structures and the surrounding seabed. Such processes can lead to substructure excavation (scouring), leading to critical conditions corresponding to significant subsidence that, if left unmanaged, can even lead to the collapse of the berthing structure. Initially, the various contributions provided by different researchers over time are reviewed, exploring both erosion in unconfined conditions and in those confined by the presence of a quay wall, with specific considerations also regarding the influence of the rudder. Next, a specific application to FREMM-class ships in Italy's main military ports is presented, making use of programming in Python. Finally, further insights are made, introducing both a probabilistic analysis and the application of recent Machine Learning techniques, using methods such as MLR, CART, RF and LSBoost. The results are visualized through Taylor diagrams, thus providing a clear and accurate evaluation of the methodologies used. This work contributes to the understanding and management of the erosive effects caused by ship docking maneuvers in ports. The multidisciplinary approach adopted integrates theory, practical applications and advanced methodologies such as probabilistic analysis and Machine Learning, thus providing a comprehensive and innovative perspective on the issue under examination.