Il reef artificiale in Italia: tesi sulla Liguria

Da 4surf mgazine #71 lo studio approfondito sui reef artificiali con gli esempi simulati di Savona e Ventimiglia, a cura di Giovanni Besio e Filippo Perata

26/06/2019
scritto da Redazione 4Surf

A cura di Giovanni Besio e Filippo Perata | Foto di: Alberto Carmagnani, Tommaso Pardini

IN PIENA ERA SURF MAINSTREAM CON PROBLEMI DI SOVRAFFOLLAMENTO E ONDE CANCELLATE DA BARRIERE FRANGIFLUTTI UNA SOLUZIONE EFFICACE ARRIVA DALLA SCIENZA: VI PRESENTIAMO LO STUDIO EFFETTUATO DAL DICCA (DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE, CHIMICA E AMBIENTALE DELL’UNIVERSITÀ DI GENOVA) SULLA PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DEL REEF ARTIFICIALE DI SAVONA E DI VENTIMIGLIA.

Il surf in Italia è diventato oramai uno sport molto popolare e il numero di praticanti è aumentato in maniera esponenziale negli ultimi dieci anni. Oggi infatti risulta abbastanza evidente, se ci si reca in un qualsiasi spot della penisola in un giorno di onde, che un problema piuttosto sentito consiste nel sovraffollamento degli spot, con tutti gli effetti collaterali del caso (poco rispetto delle regole, accesso a spot impegnativi anche da parte di neofiti e principianti, pericolo di incidenti e infortuni). La crescita dei praticanti è oramai un dato di fatto: in
Liguria le onde dalla qualità elevata, come quella Varazze o Levanto, richiamano un numero significativo di surfisti, al punto che nei weekend si arriva addirittura a contare più di 40/50 persone in acqua.
Come tutti sappiamo, a partire dalle olimpiadi di Tokyo 2020 il surf entrerà a far parte delle discipline olimpiche e, acquistando ancora più visibilità, in prospettiva il numero di atleti potrebbe ulteriormente incrementare, provocando un evidente peggioramento delle condizioni di surfabilità dei singoli spot.

Not a secret spot, Diano Marina, inverno 2016. Foto di www.albertocarmagnani.com

Un’altra problematica correlata alla pratica del surf nel Mar Mediterraneo è legata alla scarsa frequenza di giornate con onde adatte per poter surfare. Inoltre, quando le condizioni sono particolarmente buone, vi è un richiamo di surfisti che supera i confini regionali, arrivando fin oltre le Alpi. A volte si arriva quasi al paradosso che in condizioni di onde ottimali diventa sempre più difficile e complicato riuscire a prendere le onde in condizioni di affollamento gestibili.
Una delle soluzioni possibili per affrontare questo problema risiede nella realizzazione dei cosiddetti reef artificiali, ovvero delle strutture soffolte realizzate con delle forme particolari sul fondale marino, in grado di alterare la propagazione e la dinamica di frangimento delle singole onde in modo da renderle il più possibile surfabili.

L’esempio del Reef di Varazze (sopra) durante una giornata di buona qualità

Tali strutture, ovviamente, porterebbero un forte beneficio se venissero costruite in aree con un regime di moto ondoso propizio per il surf e ove vi sia un sovraffolamento di praticanti.
La realizzazione di queste strutture potrebbe quindi aumentare la numerosità di picchi disponibili e inoltre, se opportunamente progettate, potrebbero venire incontro alle esigenze di surfisti di diverso livello: opportunamente sagomate e ottimizzate sul clima ondoso locale queste strutture sarebbero in grado di produrre sia onde facili e morbide per principianti così come onde ripide e tubanti per surfisti più esperti. Inoltre con opportuni accorgimenti, sarebbero in grado di aumentare in maniera significativa il numero di uscite in mare all’anno rispetto agli spot tipici del Mediterraneo.

Sketch della rampa. Immagine adattata da Mead & Black (2001)

Tutto ciò sarebbe possibile studiando la climatologia del moto ondoso di un determinato tratto di costa e associando queste informazioni alla conoscenza della morfologia del fondale sotto costa. Le onde che si avvicinano a riva infatti subiscono delle trasformazioni indotte principalmente dalla natura del fondale (ripidità, assetto planimetrico) che ne possono cambiare drasticamente le caratteristiche quali l’altezza, la ripidità e la direzione.
Questo tipo di trasformazioni sono ben note a chi studia e analizza i processi della dinamica litorale (“nearshore dynamics”) e furono associati in maniera sistematica alla dinamica delle onde da surf da un gruppo di ricercatori neozelandesi nel 2001. Mead & Black (2001) hanno infatti realizzato una estesa campagna di monitoraggio di diversi spot in giro per il mondo per poter identificare le componenti più significative delle forme del fondale in grado di dare vita alle forme d’onda care ai surfisti quali il picco, il tubo o sezioni per fare i floaters. Dalle loro analisi venne evidenziato come le componenti principali che caratterizzano uno spot di alta qualità (“world class”) sono la rampa, la piattaforma, il fuoco, il cuneo e la mensola (vedi figure).

Sketch del fuoco e del processo di concentrazione dell’energia del moto ondoso. Immagine adattata da Mead & Black (2001)

La funzione primaria della rampa è di allineare lungo le batimetriche le onde prima che inizino a frangere. In questo modo le onde che provengono dal largo anche con direzioni parecchio diverse le une dalle altre, subiscono il fenomeno della diffrazione e tengono a regolarizzarsi e disporsi nella direzione di propagazione maggiormente favorevole per poter innescare il frangimento.

La piattaforma è schematizzabile come un fondale piatto, orizzontale, con effetti poco rilevabili sulla traiettoria delle onde. La funzione della piattaforma è quella di mantenere la direzione della cresta con l’allineamento stabilito precedentemente dalla morfologia di fondale. Nel caso degli spot maggiormente performanti, solitamente la piattaforma si trova in successione alla rampa.
Il fuoco rappresenta l’elemento più importante per la generazione di una buona onda per surfare: solitamente consiste in un innalzamento del fondale allineato in modo che le perpendicolari d’onda tendano a convergere verso il centro del fuoco stesso.
Tale convergenza provoca una concentrazione di energia in un punto ben specifico dello spot, provocando quindi un incremento dell’altezza dell’onda (in seguito ai fenomeni di shoaling e rifrazione) e dando vita al cosiddetto picco. Se il picco si sviluppa in tutta la sua potenzialità, si innesca il frangimento delle onde in un solo punto di tutto il fronte d’onda, lasciando le spalle a destra e a sinistra del picco inalterate: è qui che si forma la zona di take off e che prende vita un così detto A-frame.

Sketch dell’elemento cuneo. Immagine adattata da Mead & Black (2001)

Il cuneo è simile a una rampa nella forma ma la sua orientazione, profondità e funzione sono distintamente differenti. Un cuneo è orientato in maniera angolata rispetto alla direzione delle onde e la sua profondità risulta sufficientemente limitata da innescare il frangimento delle onde. Il cuneo rappresenta quindi quella parte dello spot dove si sviluppa la corsa lungo l’onda, ovvero dove si surfa l’onda dopo che è stato effettuato il take-off (destra o sinistra).

Una mensola può essere pensata come un cuneo molto ripido con una piattaforma che si estende verso riva dal suo bordo. Le onde, propagandosi, quando si imbattono in questa forte variazione di pendenza del fondale marino, frangono senza avere il tempo di ruotare dando vita a un frangimento violento e improvviso (tendenti al closeout). La presenza di questo tipo di elemento caratterizza sezioni molto rapide che solitamente sono superabili con tubi molto veloci, aerials o floaters.

Sketch dell’elemento mensola. Immagine adattata da Mead & Black (2001)

Gli spot di fama internazionale, ovvero quelli che presentano delle onde di qualità ottima e con sezioni particolari adatte allo sviluppo di manovre ed evoluzioni radicali (tubi, cut back, off the lip, floaters…), presentano combinazioni variabili di questi elementi morfologici fondamentali. Le diverse combinazioni daranno quindi vita a spot con caratteristiche e “fama” diverse.

La sfida principale nell’ideazione e progettazione di un reef artificiale è quella di combinare gli elementi presentati sopra, facendo in modo che l’onda si srotoli alla giusta velocità, ovvero mantenendo durante la corsa del surfista un angolo di frangimento sufficientemente grande da rendere l’onda surfabile. L’angolo di frangimento, o “peel angle”, è l’angolo acuto compreso tra la traiettoria della schiuma e la cresta dell’onda non franta nella sua propagazione verso riva (Scarfe 2002). Secondo alcuni studi peel angle minori di 30° sono adatti solo ad atleti professionisti, per cui durante la progettazione di queste opere si deve fare in modo di non oltrepassare questo limite, nel caso si voglia rendere lo spot fruibile da un numero consistente di surfisti.

Definizione del “peel angle”. Immagine adattata da Mead & Black (2001) & Trip surf (Youtube)

Un altro aspetto fondamentale da tenere in conto in fase di progettazione è il tipo di frangimento che si vuole innescare lungo la corsa. Si possono infatti generare o delle onde non troppo ripide con molta schiuma (onde frananti o “spilling”) o onde ripide in grado di formare tubi (onda tubante o “plunging”). La realizzazione di una o dell’altra figura di frangimento è controllata dalla pendenza del fondale e dalla ripidità locale d’onda combinate assieme in un numero adimensionale detto numero di Irribarren (Yoo, 1986).

Per la realizzazione di queste strutture è necessario quindi sviluppare degli studi dettagliati del loro effetto sulla dinamica del moto ondoso sottocosta. In quest’ottica Il Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica e Ambientale (DICCA) dell’Università di Genova ha realizzato degli studi sui reef artificiali valutando la possibilità di realizzare questo tipo di opere a Savona ed uno a Ventimiglia (Perata, 2017).

Esempio di pointbreak con peel angle superiore ai 30°. Location: Toscana – foto: Tommaso Pardini

Il reef di Savona è stato pensato come un nuovo spot in grado di creare delle onde pulite, adatte anche ai principianti. Per questa ragione è stato collocato quasi di fronte al Mare Hotel, in una zona parzialmente protetta dal porto di Vado, che ha l’effetto di pulire le onde dalle componenti ad alta frequenza: anche in condizioni di mare incrociato o attivo le onde in arrivo su questo reef sarebbero più pulite (“glassy”) rispetto alle zone circostanti.
L’aspetto negativo è che l’altezza d’onda presente in corrispondenza del reef sarebbe parzialmente diminuita. Tale fattore viene però compensato dagli effetti di shoaling e rifrazione indotti dalla specifica forma del reef, in grado di incrementare l’altezza delle onde in arrivo nella zona del take off.

Il reef di Ventimiglia invece è stato collocato nella zona delle Calandre, poco più a Ovest del fiume Roia, in una zona più esposta rispetto a quella di Savona e in grado di soddisfare gli appetiti anche dei surfisti più esperti.

Il tipo di frangimento, elemento fondamentale per il surfista: ad un take-off apparentemente meno ripido possono seguire sezioni più veloci e tubanti…tutto è possibile attraverso la tecnologia dei reef artificiali. L’esempio naturale di Capo Mannu. Foto: Paolo Carta

Lo studio si è svolto innanzitutto con delle valutazioni statistiche sulle condizioni marine di queste due zone, per capire quali fossero le direzioni di provenienza delle mareggiate con maggiori potenzialità, considerando come fattori caratterizzanti l’altezza ed il periodo delle onde, con due scopi: verificare che le zone scelte fossero idonee ed orientare i reef nella direzione che sfruttasse al meglio le onde in arrivo.
I dati analizzati sono stati simulati dallo stesso DICCA tramite delle analisi numeriche del moto ondoso all’interno del Mediterraneo nel periodo compreso tra il 1979 e il 2016 (www.dicca.unige.it/meteocean/hindcast.html).

Analisi statistica dei giorni di moto ondoso in funzione della direzione di provenienza, dell’altezza d’onda e del periodo – per Savona (prima riga) e per Ventimiglia (seconda riga qua sopra)

Con l’analisi della frequenza del moto ondoso è quindi possibile valutare il numero di giorni/anno in cui mediamente si verificano le condizioni di periodo e altezza d’onda (caselle colorate figure da 1 a 6) in funzione della direzione di provenienza delle onde (nei siti scelti principalmente Libeccio, Meridione e Scirocco).
Una volta note le condizioni caratteristiche del moto ondoso è necessario indagare su quale possa essere la forma del reef artificiale che modifichi nella maniera ottimale le onde presenti in un determinato spot.
Prendendo spunto dal reef di Varazze, una delle onde migliori, se non la migliore del Mediterraneo, e combinando gli elementi schematici prima presentati, si è arrivati a due configurazioni plano-altimetriche più che soddisfacenti.

Reef di Savona

La forma del reef di Savona:
• La rampa serve ad orientare le onde nella giusta direzione
• Il focus concentra le onde orientate dalla rampa facendole quasi raddoppiare di altezza
• La piattaforma serve a prolungare l’effetto del focus
• La mensola è la zona in cui avviene il frangimento dell’onda ed è presente in modo da irripidire e rendere più veloce l’onda.

Reef di Ventimiglia

Il reef di Ventimiglia è molto simile a quello di Savona, con la differenza che essendo in una zona diversa e più esposta presenta un diverso orientamento e qualche variazione nella forma, specialmente per quanto riguarda il focus, che è meno accentuato, e la mensola che è più stretta, per mantenere un peel angle adeguato.

Sia per Savona che per Ventimiglia i risultati delle simulazioni numeriche dell’interazione del moto ondoso con la struttura risultano essere molto soddisfacenti, in quanto le onde presentano tutte quelle caratteristiche che le rendono attraenti per la pratica del surf.
Nelle immagini seguenti è possibile apprezzare, per diverse condizioni di altezza d’onda, periodo e direzione di provenienza, la dinamica di frangimento sul reef artificiale (tipo di frangimento e peel angle).

Risultati di simulazione relativi al reef di Savona

Il primo grafico rappresenta l’altezza dell’onda e i punti in cui si verifica il frangimento: si vede bene che l’onda di altezza 0.85 m a largo si innalza fino a raggiungere 1.5 m nella zona centrale del fuoco, dopodiché comincia a frangere con una forma tipo A-frame e la corsa dell’onda è lunga circa 60-70m. Il secondo grafico rappresenta il valore che determina il tipo di frangimento, l’onda sinistra è tendenzialmente tubante (“plunging”) e la destra franante (“spilling”). Esistono diverse condizioni di mare, specialmente se il periodo dell’onda è grande, per cui sia la destra che la sinistra sono tubanti.
Il terzo grafico rappresenta il peel angle, quindi è rappresentativo di come l’onda srotoli: all’inizio il peel angle è grande, quindi l’onda srotola lentamente e facilita il take off, dopo diminuisce e la corsa del surfer aumenta di velocità, restando però sempre entro limiti accettabili rispetto alle capacità dei surfisti italiani.

dati di Ventimiglia

La filosofia generale che si è cercato di seguire è quella di ottenere una partenza con un’onda che frana e srotola lentamente per poi avere lungo la corsa una parete ripida con un’onda che tuba e srotola più velocemente. Lo stesso tipo di risultati è possibile ritrovarli anche per il reef artificiale localizzato a Ventimiglia. (figure qui sotto)

Risultati relativi al reef di Ventimiglia

Il reef produce sempre una destra ed una sinistra, l’altezza viene sempre aumentata, ma meno rispetto al reef di Savona. Anche la corsa è leggermente più corta, circa 50-60m. In questo caso sia la destra che la sinistra sono onde tendenzialmente tubanti (vedi valore del parametro di Yoo nella seconda figura).
Da queste simulazioni si può dire che entrambi e reef creano delle onde notevoli, di alta qualità per il Mar Mediterraneo.

Da un’analisi statistica delle condizioni storiche di moto ondoso, infine, è stato stimato che con la realizzazione di questi due reef vi sarebbero condizioni molto buone di surfabilità di un centinaio di giorni all’anno per Savona e di circa 120 giorni per Ventimiglia. Tali stime sono estremamente promettenti per un bacino come quello del Mediterraneo e per una regione, la Liguria, oramai satura per quanto riguarda la frequentazione degli spot.

Ringraziamo Giovanni Besio e Filippo Perata per questo bellissimo articolo.
Giovanni Besio è professore di Ingegneria Marittime e Costruzioni Marittime presso l’Università di Genova e vorrebbe surfare ben più di quello che riesce.
FiIlippo Perata è ingegnere ambientale appassionato e specializzato nell’ingegneria costiera, che soffre di forte dipendenza da surf.

Bibliografia:
• Mead, S. T. & K. P. Black, 2001. Field Studies Leading to the Bathymetric Classification of World-Class Surfing Breaks. Journal of Coastal Research. SI 29
• Yoo D., 1986. Mathematical modelling of wave-current interacted flow in shallow waters. PhD thesis, University of Manchester
• Perata F., 2017. Ottimizzazione idrodinamica di surfing-reef, caso studio per la costa Ligure. Tesi di Laurea. Università degli studi di Genova

L’esempio dell’onda di Levanto (sotto) durante una giornata di buona qualità

 Foto: Giovanni Nepa

 

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