Carotiere a Pistone Carma®

Si tratta di un nuovo modello di Carotiere concepito per prelevare carote di largo diametro lunghe fino a trenta metri, necessarie allo studio dei bacini sedimentari caratterizzati da grossi spessori di sedimenti fini e al raggiungimento di unità stratigrafiche antiche. Le soluzioni tecnologiche innovative adottate nella progettazione di questo carotiere consentono di limitare al minimo sia i disturbi compressivi sugli strati sedimentari prodotti inevitabilmente dalla penetrazione del tubo carotiere, sia gli episodi di frammentazione della carota in caso di aspirazione da parte del pistone durante la fase di carotaggio.

Le carote prodotte sono di buona qualità, caratterizzate da un “indice di recupero” attorno al 90%. Hvorslev (1949), definisce “indice di recupero” il rapporto fra la lunghezza della carota recuperata e la penetrazione del tubo carotiere.

 

Componenti principali del Carotiere a Pistone Carma®:

  • 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.

 

Pistone attivo

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 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.

 

Tecnica di carotaggio

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. vedi > Case Histories.

 

Acquisizione dei dati operativi sul carotaggio

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:

thumb Acceleration

 

Divulgazione

  • 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.

 

Proprietà Industriale

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

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