L’operazione di dragaggio deve essere supportata da un idoneo verricello capace di trascinare la draga sul pendio voluto in grado di sopportare strappi sul cavo fino a 10.000 Kg.

Al verricello è consigliabile applicare una contametri ed un dinamometro per rilevare in continuo i valori di tensione sul cavo. Contemporaneamente i dati possono essere inviati ad un registratore grafico sul quale risulteranno evidenti i punti significativi del dragaggio: quando la draga tocca il fondo, la rottura della roccia e la risalita in superficie.

G. Busatti, P. Colantoni, A. Magagnoli, M. Mengoli – Il dragaggio del fondo marino strumentazioni e metodologie – Rapporto Tecnico n. 14, IGM – CNR, Bologna, 1981.

Un altro tipo di benna è il modello Shipek, che raccoglie il campione in una scatola di forma semicilindrica mantenuta aperta fino all’impatto sul fondo. Al contatto col fondale, una molla precaricata imprime una rotazione alla scatola destinata a raccogliere il sedimento e conservarlo indisturbato fino alla superficie.

Volume della cucchiaia: 3 litri

Il Box Corer è costituito da un basamento di forma rettangolare in ferro zincato rastremato nella parte superiore, dove termina con un supporto snodato atto a guidare, quando il basamento tocca il fondo, la discesa di una colonna tubolare a sezione quadra così attrezzata:

• la parte superiore comprende il sistema di armamento dello strumento con dispositivo di sgancio della colonna e l’aggancio del cavo portante che comanda la rotazione della pala di chiusura ed il recupero del box corer;
• nel tratto centrale, la colonna può alloggiare fino a 5 masse rettangolari da 14 Kg cadauna in modo da calibrare il peso e la spinta sulla scatola campionatrice;
• nella parte inferiore viene applicata la scatola porta campione a sezione quadrata in lamiera sottile di acciaio inox. La scatola ha una parete rimovibile con fissaggio a baionetta per consentire l’osservazione diretta delle caratteristiche litologiche del campione prelevato senza arrecarne disturbi;
• la pala: effettua la chiusura della scatola ed il recupero del box corer. È costituita da una struttura incernierata alla colonna posta in rotazione dalla trazione del cavo portante nella fase di recupero dello strumento.

Si cala il box corer armato fino all’impatto del basamento sul fondo. Successivamente avviene lo sgancio della colonna, la discesa e la penetrazione della scatola nel sedimento. Si recupera lentamente il cavo del verricello che comanda la rotazione della pala, la chiusura della scatola ed infine la risalita del box corer alla superficie.

N° 5 masse rettangolari componibili in Pb da 14 Kg cad.
Peso complessivo del box corer: 80 Kg
Dimensioni della scatola porta campione: 170×170 mm; altezza 250 mm; volume 7,2 litri

E’ composto da tre parti principali:

• la Testata. E’ una massa cilindrica di peso variabile, da 200 a 800 Kg, capace di imprimere l’energia necessaria a far penetrare il tubo carotiere attraverso gli strati sedimentari del fondo marino. Il peso della testata può variare in funzione del numero di masse anulari in ferro zincato.
• Il Tubo carotiere. E’ un tubo in ferro zincato di 105 mm di diametro esterno, di lunghezza variabile da 2 a 6 metri. Si possono comporre anche lunghezze superiori congiungendo due tubi tramite l’apposito giunto . All’interno del tubo trova il giusto alloggiamento il liner in PVC, diametro esterno 90 mm, diametro interno 84 mm, destinato a contenere la carota.
• Il Naso, completo del sistema di chiusura e di Puntale. E’ costituito da un corpo cilindrico in acciaio inox che si accoppia inferiormente al tubo carotiere ed ha la funzione di creare la carota. Un dispositivo a 4 palette di forma triangolare, incernierate in un’apposita sede, realizza la chiusura del naso necessaria a trattenere la carota durante la risalita del carotiere. La chiusura delle palette è comandata dal liner stesso all’inizio dell’estrazione dal fondo.

Le tecniche più in uso sono due:

• A gravità: lasciando scendere il carotiere alla massima velocità consentita dal verricello con cui si opera fino all’impatto sul fondo.
• A caduta libera: da una distanza prefissata dal fondo (1,5-3 metri) con l’ausilio di un dispositivo di sgancio meccanico. É composto dalla leva di sgancio, dal contrappeso e dal cavo di sgancio di lunghezza calibrata in funzione dell’altezza di caduta prescelta.

Si può utilizzare anche la “Discesa ad angelo”, sia in acque profonde, sia in acque basse. Vedi > Discesa ad angelo

Uno strumento accessorio, indispensabile a ricostruire gli eventi susseguitisi nella dinamica del carotaggio, è costituito da una cella di carico montata sulla pastecca di carotaggio, provvista di uscita digitale per l’acquisizione simultanea dei dati di tiro applicati al cavo del verricello. Questi dati forniscono il grafico tensiometrico, che evidenzia i momenti significativi dell’operazione: la discesa del carotiere, lo sgancio, l’impatto sul fondo, la penetrazione, l’estrazione e la risalita.

Un nuovo strumento acquistato da Carmacoring per lo studio approfondito della dinamica del campionamento è l’accelerometro. Fissato alla testata del carotiere, registra ogni 2 millesimi di secondo l’accelerazione in g, fino ad una profondità massima di 3000 metri.

G. Busatti, A. Magagnoli, M. Mengoli: Carotiere a gravità 1.2 T. Rapporto Tecnico n. 13, C.N.R. – Istituto di Geologia Marina, Bologna, 1980.

Il nuovo sistema di brandeggio Carmacoring è stato utilizzato durante una campagna di campionamenti nel Mar Adriatico condotta dal C.N.R. – ISMAR Sezione di Bologna.
Grazie all’interesse e alla fiducia accordata dal Capo Missione Dott. Fabio Trincardi, è stato montato il nuovo sistema di brandeggio sulla nave oceanografica R/V Urania, costituito da 4 moduli reticolari di 5 metri l’uno collegati alla culla. Ciò ha permesso l’esecuzione di carotaggi lunghi fino a 20 metri, ottimizzando i tempi di messa a mare e recupero dello strumento. Infatti la rotazione del traliccio di 90°, quindi del carotiere dalla posizione orizzontale a verticale e viceversa, è avvenuta in tempi mediamente inferiori al minuto.
Da sottolineare inoltre la praticità dell’esecuzione, in quanto è stato sufficiente utilizzare una sola gru per gestire la manovra completa.
L’utilizzo di questo nuovo sistema ha dimostrato quindi la sua efficacia ed il controllo sicuro delle operazioni di messa a mare di strumenti di campionatura molto lunghi e, soprattutto, nelle condizioni operative di massima sicurezza per gli operatori.

Dott. Fabio Trincardi (Direttore ISMAR – CNR)
Comandante Vincenzo Lubrano Lavadera (R/V Urania – So.Pro.Mar. S.p.A.)

Il carotiere è costituito da cinque elementi principali: la testata, il tubo carotiere, il naso con il sistema di chiusura, la valvola salva-acqua ed il liner.

La Testata è a forma di traliccio e comprende i dispositivi di armamento e di chiusura, la valvola superiore che racchiude l’acqua di fondo, le masse anulari componibili e l’innesto del tubo carotiere.

Il Tubo carotiere è costituito da un tubo sottile in acciaio inox ø 114,3 mm, spessore 1,5 mm, lunghezza 2008 mm, 1354 mm oppure 654 mm.

Il Naso in acciaio inox comprende il puntale conico molto affilato, per agevolare la penetrazione del tubo nel fondale e creare la sezione della carota; all’interno del Naso trova alloggiamento un originale sistema di chiusura tramite due anelli ammortizzati da molle, i quali controllano il passaggio di un manicotto di tela impermeabile che chiude a diaframma il naso.

La Valvola salva-acqua è il dispositivo di chiusura della parte superiore del liner che racchiude e conserva il campione d’acqua di fondo. È azionata da due lunette semi circolari poste in rotazione da una molla precaricata un istante prima che avvenga l’estrazione del carotatore dal fondale.

Il Liner è costituito da un tubo in metacrilato trasparente che consente l’immediata visualizzazione della carota prelevata. Il diametro interno è 104 mm con una lunghezza di 2000 mm, 1346 mm oppure 646 mm.

Alcune caratteristiche peculiari del carotiere SW-104 Carma^®:

• Massima riduzione dei disturbi sulla carota, in particolare sul Top
• Indice di recupero di carota prossimo al 100%
• Assenza di percolazione d’acqua dal Top verso gli strati inferiori
• Possibilità di estrarre la carota dal tubo carotiere mantenendola verticale. Ciò preserva i danni all’interfaccia causati dai mescolamenti, grazie all’originale sistema di chiusura del naso
• Possibilità di regolare la penetrazione a seconda del tipo di sedimento, variando la massa del carotiere e la lunghezza del tubo
• Adozione di materiali inossidabili onde evitare possibili contaminazioni
• Praticità di montaggio, armamento e recupero della carota

La tecnica operativa più idonea è quella a gravità a velocità di discesa ridotta del verricello.

Il carotiere SW-104 Carma^® è equipaggiato da un apposito “Cavalletto di servizio” in alluminio, utile per le operazioni di assemblaggio, armamento, messa a mare e recupero della carota verticale.

Il Cavalletto sostiene il carotiere tramite una culla incernierata che gli consente di essere bloccato in diversi gradi di inclinazione col minimo sforzo manuale.

Divulgazione

• A. Magagnoli – M. Mengoli: “Carotiere a gravità SW-104” per carote di sedimento e acqua di fondo di grande diametro e minimo disturbo. Rapporto Tecnico n. 27, CNR Istituto di Geologia Marina, Bologna 1995.

Il Carotiere a gravità SW-104 Carma® ha ottenuto il deposito di brevetto di invenzione industriale
Titolo: Apparecchiatura di carotaggio per la campionatura di fondali fangosi e sabbiosi
Titolare: Consiglio Nazionale delle Ricerche
Inventore: Angelo Magagnoli & Maurizio Mengoli

• Testata – è costituita da una massa cilindrica in ferro di peso variabile atta a fornire l’energia necessaria alla penetrazione di molteplici tubi carotieri attraverso i sedimenti del fondale.
• Governale – composto da 4 alette sagomate poste sopra alla testata necessarie a stabilizzare e mantenere in assetto verticale il carotiere durante la caduta libera sul fondo.
• Tubo carotiere – tubo in acciaio inox di elevata resistenza meccanica, lungo 5 metri per 6 mm di spessore, lavorato alle estremità per essere collegabile alla testata e ad altri tubi mediante appositi Giunti ad innesto rapido.
• Liner – tubo in pvc di diametro esterno 100 mm, spessore 3 mm, lungo 5 metri destinato a contenere la carota.
• Giunti per tubi – manicotti in acciaio inox provvisti di asole per il collegamento longitudinale di più tubi carotieri mediante l’inserimento di apposite Chiavette circolari ad innesto rapido.
• Naso e Valvola di chiusura – corpo cilindrico in acciaio inox alloggiato all’estremità inferiore del tubo carotiere. All’interno contiene il dispositivo di chiusura a lamelle, atto a trattenere la carota all’interno del liner nella fase di estrazione e di risalita del carotiere.
• Puntale – componente terminale del Naso: a geometria ottimale alla formazione della carota e alla riduzione degli attriti lungo le pareti del liner nella fase di penetrazione. È in acciaio speciale con trattamento termico di bonifica per aumentarne la durezza e la resistenza all’impatto.

Il Pistone è il componente più importante di un carotiere, poiché consente di recuperare carote lunghe e di ottima qualità su fondali caratterizzati da alternanze litologiche (argilla, limo, sabbia, depositi organogeni), sulle quali focalizzare lo studio dei bacini sedimentari sotto l’aspetto geologico, geotecnico, ambientale, paleoclimatico, ed anche per scopi applicativi.

Ha la funzione di agevolare l’entrata del sedimento lungo le pareti del liner, vincendone gli attriti ed attenuandone gli effetti compressivi sulle strutture, causati dalla dinamica del carotaggio. All’interno del Pistone agisce una valvola sferica e, radialmente, una serie di piccole valvole a spina, capaci di attivarsi autonomamente in funzione dello stato di depressione esistente fra il pistone e la carota sottostante. La fuoriuscita di una o più spine determina il travaso di acqua dalla camera superiore del pistone a quella inferiore, sufficiente a ripristinare la condizione di equilibrio idraulico.

Il Carotiere a Pistone Carma^® è a configurazione variabile, sia di massa (650-950-1250-1550-1850-2150 Kg), sia di lunghezza dei tubi carotieri (da 5 a 30 metri), per poter scegliere la composizione più idonea alle caratteristiche fisico-meccaniche dello spessore dei sedimenti da attraversare.

L’impiego ottimale del carotiere a pistone si ottiene con la nuova tecnica a velocità di penetrazione controllata. Dipendentemente dalla profondità d’acqua, la nuova metodologia, denominata “Discesa ad angelo“, si può applicare con diverse tecniche: in acque profonde l’ausilio del Carma^® Winch permette di campionare secondo il metodo brevettato. Invece in acque basse, fino a 30 metri di profondità, non è indispensabile l’utilizzo del nuovo verricello.

In alternativa sono stati ottenuti finora ottimi risultati tramite la tecnica tradizionale tradizionale del carotaggio a caduta libera, da una distanza prefissata dal fondo (3-5 metri) attivata da un dispositivo di sgancio meccanico applicato sul cavo principale e agganciato al golfare del carotiere. É composto dalla leva di sgancio, dal contrappeso e dal cavo di sgancio di lunghezza calibrata in funzione dell’altezza di caduta prescelta.

Uno strumento accessorio, indispensabile a ricostruire gli eventi susseguitisi nella dinamica del carotaggio, è costituito da una cella di carico montata sulla pastecca di carotaggio, provvista di uscita digitale per l’acquisizione simultanea dei dati di tiro applicati al cavo del verricello. Questi dati forniscono il grafico dinamometrico, che evidenzia i momenti significativi dell’operazione: la discesa del carotiere, lo sgancio, l’impatto sul fondo, la penetrazione, l’estrazione e la risalita.

Un nuovo strumento acquistato da Carmacoring per lo studio approfondito della dinamica del campionamento è l‘accelerometro. Fissato alla testata del carotiere, registra ogni 2 millesimi di secondo l’accelerazione in g, fino ad una profondità massima di 3000 metri. Si veda l’immagine ove si può notare lo sgancio e la fase di penetrazione del carotiere.

Grafico accellerometrico:

• A. Magagnoli: “CP-20” Carotiere a pistone per carote di sedimento lunghe fino a venti metri. Rapporto Tecnico n.83, CNR – ISMAR – Sez. Geologia Marina, Bologna, Novembre 2003.
• A.Magagnoli: Sistema Universale per il brandeggio di carotiere lungo venti metri. Rapporto Tecnico n. 85, CNR – ISMAR – Sez. Geologia Marina, Bologna, Dicembre 2003.

Il Carotiere a pistone CP-20 ha ottenuto un primo deposito di brevetto come Modello di Utilità

Titolo: Tubo Carotiere, particolarmente per Carotieri del tipo a gravità o a caduta libera
Titolare: Consiglio Nazionale delle Ricerche
Inventore: Angelo Magagnoli

Secondo deposito di brevetto relativo al Pistone Attivo

Titolo: Carotiere a Pistone
Titolare: Consiglio Nazionale delle Ricerche
Inventore: Angelo Magagnoli

Per le alte profondità è stato progettato un argano speciale: il Carma^® Winch. Questo strumento deve essere solidale al cavo principale e posizionato poco sopra alla leva di sgancio; ciò permetterà una penetrazione a velocità controllata. Le variabili di configurazione del carotiere rimarranno pressoché invariate, in quanto l’altezza di caduta libera sarà settata per essere pari a zero, così come l’imbando. Inoltre l’elasticità del cavo non è più un problema con la “Discesa ad angelo“; infatti la massa del carotiere che grava sul cavo principale viene a diminuire gradualmente: la velocità di ritorno del cavo principale sarà inferiore alla velocità di penetrazione del tubo carotiere nel fondale, permettendo quindi di ottenere un miglior risultato.

Con il nuovo brevetto inoltre si possono eseguire analisi più sicure a livello ambientale, come gli studi di datazione dei campioni indisturbati per determinare gli eventi accaduti in caso di inquinamento ambientale.