The aim of the present work is to estimate the horizontality of the displacement of INSEAN Carriage N.1 as the parallelism between its vector and the free water surface. A lot of measures have been performed along all the useful part of the basin, from the narrow part where models are prepared to pillar n. 40.Obiettivo del presente studio ? quello di valutare l\u27orizzontalit? del movimento del carro dinamometrico N.1 dell\u27INSEAN, intesa come parallelismo tra il suo vettore spostamento e la superficie libera del bacino. Sono state eseguite misure lungo tutto il campo di utilizzo del bacino di prova N.1, dalla vaschetta utilizzata per l\u27approntamento dei modelli fino alla colonna 40

Moriconi, Alessandro

Sale, Mauro

PUblication MAnagement

ISTITUTO NAZIONALE PER STUDI ED 
ESPERIENZE DI ARCHITETTURA NAVALE 
 
Technical Report: Horizontality 
measurement of INSEAN carriage N. 1 
displacement. 
 
A. Moriconi - M. Sale 
 1 
 
 
 
 
HORIZONTALITY MEASUREMENT OF INSEAN 
CARRIAGE N.1 DISPLACEMENT 
 
 
MISURA DELL’ORIZZONTALITA’ DELLO 
SPOSTAMENTO DEL CARRO DINAMOMETRICO N.1 
 
 
 
Alessandro MORICONI 
Mauro SALE 
 
 
 
 
CNR - I.N.S.E.A.N. 
 
 
Centro Nazionale delle Ricerche 
 
Istituto Nazionale Studi ed Esperienze 
di Architettura Navale - Roma 
 
 
 
 
Ottobre 2011 
ISTITUTO NAZIONALE PER STUDI ED 
ESPERIENZE DI ARCHITETTURA NAVALE 
 
Technical Report: Horizontality 
measurement of INSEAN carriage N. 1 
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INDICE 
 
 
Abstract ........................................................................................................................ 3 
Sommario ..................................................................................................................... 3 
Introduzione................................................................................................................. 3 
1. L’impianto e la tecnica di misura utilizzata ......................................................... 4 
2. La sonda utilizzata................................................................................................... 4 
3. Le misure eseguite ................................................................................................... 4 
4. Presentazione e analisi dei risultati........................................................................ 5 
6. Conclusioni............................................................................................................... 6 
7. Bibliografia............................................................................................................... 6 
Tabella 1: tabella di taratura dello strumento di misura............................................. 7 
Tabella 2: rilievi in funzione della distanza ................................................................. 8 
Tabella 3: angoli d’inclinazione in funzione della distanza ........................................ 9 
Foto 1: particolare di uno dei registri dei binari ....................................................... 10 
Foto 2: sonda kenek .................................................................................................... 10 
Figura 1: variazione dell’altezza del carro N.1 rispetto al punto iniziale................. 11 
Figura 2: angolo d’inclinazione del carro N.1 .......................................................... 12 
 
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Technical Report: Horizontality 
measurement of INSEAN carriage N. 1 
displacement. 
 
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Abstract 
 
The aim of the present work is to estimate the horizontality of the displacement of INSEAN 
Carriage N.1 as the parallelism between its vector and the free water surface. 
A lot of measures have been performed along all the useful part of the basin, from the 
narrow part where models are prepared to pillar n. 40. 
 
 
Sommario 
 
Obiettivo del presente studio è quello di valutare l’orizzontalità del movimento del carro 
dinamometrico N.1 dell’INSEAN, intesa come parallelismo tra il suo vettore spostamento e la 
superficie libera del bacino. 
Sono state eseguite misure lungo tutto il campo di utilizzo del bacino di prova N.1, dalla 
vaschetta utilizzata per l’approntamento dei modelli fino alla colonna 40.  
 
 
Introduzione 
 
In tutti gli esperimenti svolti in una vasca navale, l’invariabilità della distanza del carro 
dinamometrico dalla superficie libera è fondamentale per l’accuratezza di molte delle misure 
eseguite durante i test, sia in assetto bloccato che in assetto libero. Nel primo caso è evidente 
l’importanza di tale condizione, in quanto se non si verificasse varierebbe l’immersione dell’oggetto 
in prova durante il test, modificando le forze idrodinamiche in gioco; nel secondo caso il modello è 
svincolato quindi l’idrodinamica dell’esperimento è rispettata, ma la strumentazione è solidale al 
carro, risulta quindi inficiata la misura ad esempio delle 
sovraimmersioni, né rimangono costanti gli angoli della linea di tiro e di 
controtiro. 
Quanto fosse importante l’orizzontalità dello spostamento del 
carro e quindi dei binari su cui esso poggia, era ovviamente ben noto a 
coloro che realizzarono gli impianti dell’Insean negli anni ’70, tanto che 
essi sono dotati di appositi registri per la regolazione in altezza. (Foto 1) 
E’ opportuno sottolineare che, se si vuole mantenere costante la 
distanza dalla superficie dell’acqua, è necessario posizionare i binari 
considerando la curvatura della terra; trascurarla infatti significherebbe, 
su una distanza di 470 m (la lunghezza del bacino N.1 dell’INSEAN), 
commettere un errore di circa 17 mm.  
In origine tale allineamento fu realizzato disponendo lungo tutto 
il bacino, una livella ad acqua che, sfruttando il principio dei vasi 
comunicanti, consentì di posizionare i binari sempre alla stessa distanza 
dalla superficie libera. 
Con il presente lavoro abbiamo voluto indagare quanto, a distanza di circa 40 anni dalla sua 
costruzione, il bacino N.1 dell’Insean abbia mantenuto tale requisito. 
 
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1. L’impianto e la tecnica di misura utilizzata 
 
Il bacino N.1 dell’INSEAN è lungo circa 470 metri, largo 13.5 e profondo 6.5. Il carro 
dinamometrico in pianta è un rettangolo lungo circa 15 metri e largo quanto il bacino stesso, che 
poggia su 4 coppie di ruote poste ai due lati e distanti circa 11 m una dall’altra.  
L’orizzontalità dello spostamento del carro è stata valutata misurando la distanza di un punto 
solidale con il carro rispetto al pelo libero dell’acqua, al variare della posizione lungo il bacino. Ai 
fini di questo tipo d’indagine, che necessita di una superficie libera il più possibile piana, l’assenza 
di onde è evidentemente determinante. Per evitare al massimo la loro presenza, sia ad alta che a 
bassa frequenza, i test sono stati svolti attendendo almeno 72 ore dopo l’ultima immissione d’acqua 
in bacino, dopo almeno 5 giorni di assenza di prove, con le porte del bacino chiuse e spostandosi 
con il carro alla velocità di 0.5 m/s, dopo aver comunque tolto dall’acqua la sonda ed  il suo cavo 
elettrico di riferimento. 
Sono state eseguite acquisizioni di 240 secondi per tenere conto di eventuali onde lunghe 
residue delle quali non è comunque apparsa traccia nell’analisi dei rilievi temporali. La frequenza di 
acquisizione utilizzata è stata scelta molto bassa per evitare file molto pesanti e per la sicura assenza 
di alte frequenze nel fenomeno in esame. 
 
 
2. La sonda utilizzata 
 
E’ stata utilizzata una sonda kenek generalmente usata per la misura dell’altezza d’onda 
nelle prove di seakeeping. Questo tipo di sonda ha la caratteristica di sfiorare appena la superficie 
dell’acqua senza generare quindi alcuna onda. (Foto 2)  
La tabella 1 mostra i valori di taratura eseguiti e riassume tra l’altro le caratteristiche 
tecniche principali dello strumento utilizzato.  
Dalla stessa tabella si evince che l’incertezza espansa dello strumento è 0.164 mm.  
 
 
3. Le misure eseguite 
 
La posizione 0 è stata per semplicità posta in corrispondenza della colonna “0” del bacino, 
anche se in tale punto non è stata eseguita alcuna misura poiché la sonda è stata posizionata al 
centro della zona in cui vengono generalmente approntati i modelli in prova, e tale posizione, con il 
carro tutto indietro, coincide con la colonna “1”. Le colonne distano una dall’altra 9.6 m ed il primo 
rilievo è stato quindi eseguito a 9.6 m; è rispetto a questo punto che sono state calcolate le 
variazioni in altezza di tutto il bacino, in altre parole tutti i rilievi sono stati nettati con il valore 
misurato alla colonna “1”. 
Inizialmente sono stati acquisiti tre rilievi alla velocità di 0.5 m/s, lungo tutto l’impianto, per 
valutare quale fosse a livello qualitativo l’andamento del fenomeno in analisi, così da poter decidere 
dove eseguire le misure da fermo, stabilendo di infittirli nelle zone con le maggiori variazioni. La 
parte iniziale (fino alla colonna 10) e quella finale (dalla colonna 36 alla 40) sono quelle risultate 
più variabili: in queste sono stati eseguiti rilievi ad ogni colonna; nella parte centrale invece le 
misure sono state effettuate ogni 3 colonne. 
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Sono stati poi eseguiti 27 rilievi da fermo più due acquisizioni per l’azzeramento in due 
giorni diversi: 13 il primo giorno più lo zero e 14 il secondo più ancora lo zero di riferimento; tutte 
le misure sono state per semplicità effettuate in corrispondenza delle colonne. Il secondo giorno 
sono state ripetute 2 misure eseguite il giorno precedente per saggiare la ripetibilità dei risultati. Le 
misure all’interno dello stesso giorno sono state eseguite nell’arco di circa 2 ore. 
 
 
4. Presentazione e analisi dei risultati 
 
L’elenco dei risultati ottenuti è riportato in Tabella 2.  
E’ interessante notare che i rilievi eseguiti nei due giorni siano assolutamente congruenti e 
che i punti ripetuti manifestino differenze dell’ordine dei centesimi di millimetro, ben al di sotto 
dell’incertezza espansa dello strumento utilizzato. 
In figura 1 ne è riportato il grafico in funzione della distanza dall’inizio del bacino; i punti 
sperimentali sono stati evidenziati con “◊”. 
Al fine di rendere la rappresentazione dei risultati più comprensibile e fruibile, nel grafico è 
stata riportata anche la pianta dei due bacini rettilinei. Appare evidente come i binari su cui si 
muove il carro dinamometrico subiscano un repentino abbassamento dell’ordine del millimetro nei 
primi 30 m, rimangano ad un’altezza pressoché costante fino a 250 m, per ricominciare poi a 
scendere nell’ultimo tratto. 
Per quanto non siamo in possesso di rilievi sull’orizzontalità del bacino effettuati all’epoca 
della costruzione dell’impianto, rilievi che sarebbero stati comunque eseguiti con strumenti 
certamente meno affidabili di quelli di cui siamo a disposizione oggi, possiamo ipotizzare che 
inizialmente i binari fossero molto più “orizzontali” di quanto non lo siano oggi, visto che gli errori 
trovati con la presente indagine sono dell’ordine dei 3 mm, ovvero di una quantità già apprezzabile 
con gli strumenti esistenti alla fine degli anni ’70.  
Tale decadimento potrebbe essere riferito a varie cause: 
• consumo dei binari dovuto allo sfregamento necessario per la loro pulizia, un tempo 
realizzata a mano ed ora elettricamente: i binari infatti risultano per tutta la loro lunghezza 
più bassi del punto iniziale, punto in cui, quando venivano puliti a mano, stazionava il 
carro, cosa che rendeva la pulizia difficoltosa e meno energica rispetto al resto, e punto in 
cui ora, che vengono puliti elettricamente, le spazzole non arrivano, visto che sono 
posizionate davanti alle ruote anteriori del carro, ovvero a circa 16 m minimo dal punto 
iniziale; 
• consumo dei binari dovuto all’attrito volvente generato dal rotolamento delle ruote del 
carro; 
• assestamento strutturale della parte finale del bacino: dal grafico risulta infatti abbastanza 
evidente che dai 250 m in poi è presente un peggioramento notevole dovuto forse al fatto 
che proprio in quella zona termina il bacino N.2 e diminuisce quindi la stabilità del bacino 
N.1, essendo le due strutture in cemento armato legate tra loro.  
In tabella 3 sono riportati anche i valori dell’angolo d’inclinazione dei binari sempre al 
variare della distanza dal punto iniziale, ottenuti come l’arcotangente del rapporto incrementale tra 
le altezze e le distanze di rilievi contigui. In figura 2 ne è riportato il grafico, dal quale è evidente 
che per quasi tutto il bacino l’inclinazione raggiunge punte massime di un grado e che i problemi 
maggiori sono presenti nel primo tratto dove invece l’angolo supera abbondantemente tale valore.  
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Queste misure oltre a non avere una buona accuratezza, essendo state ottenute come 
grandezze derivate, tra i 100 e i 350 m hanno l’imprecisione dovuta al fatto che in effetti 
l’inclinazione del carro dipende dai punti in cui le ruote sono poggiate ai binari, e le ruote, come 
detto, distano tra loro 15 metri, mentre invece le distanze tra le misure sono multipli di 9.6 m. 
Sarebbe quindi necessario, per avere dei risultati più accurati, posizionare un inclinometro sul carro, 
ed effettuare delle misure dirette. I valori dell’angolo quindi sono da considerare solo per il loro 
ordine di grandezza e come base per avviare un eventuale indagine futura. 
 
 
6. Conclusioni 
 
I rilievi effettuati mostrano che, pur essendo passati circa 40 anni dalla costruzione degli 
impianti dell’Insean, i binari del bacino N.1 si sono sì leggermente abbassati, ma nel complesso 
hanno mantenuto una buona orizzontalità. 
Tuttavia, nelle prove in assetto libero le misure delle sovraimmersioni sono dell’ordine di 
grandezza di alcuni millimetri ed hanno un’accuratezza di qualche decimo di millimetro, e in 
assetto bloccato l’accuratezza delle immersioni è dell’ordine del mezzo millimetro e le altre 
grandezze misurate sono fortemente dipendenti dall’immersione realizzata; è quindi consigliabile 
un riallineamento delle rotaie, visto che le differenze riscontrate sono dell’ordine di qualche 
millimetro.  
I binari sono dotati di appositi registri per la regolazione in altezza, sui quali sulla base del 
presente lavoro, si potrebbe operare per eliminare al meglio le imprecisioni. In tal caso sarebbe 
certamente più veloce agire sulla parte iniziale e quella finale, portando tutto ad una quota pari a -1 
mm rispetto all’attuale posizione del punto iniziale. Tale operazione andrebbe comunque eseguita 
mediante l’utilizzo di un sistema di riferimento puntuale su tutta la lunghezza del bacino. 
 
 
7. Bibliografia 
 
R. De Santis (1964) “Il nuovo centro di idrodinamica” - Estratto dalla Rivista TECNICA 
ITALIANA n.12, dicembre 1964. 
E. Balzerano (1975) “Some notes on the facilities of I.N.S.E.A.N.” – Polish-Italian Seminar 
in the field of scientific cooperation concerning the ship hydrodynamic. 
 
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Tabella 1 
 CALIBRATION REPORT nr. 1270    
Measuring instrument characteristic calibration  and standard  data 
Instrument Manufacturer model/type N° identification measurement laboratory reference reference data 
wave meter KENEK SHT3-30 KEN148-L procedure standard standard standard 
  measurement 
unit nominal range 
 calibration 
range limiting operating conditon  PR-31 calliper s/n 3347 see Mod-09 
mm 300 -80 ÷ 60 1% (nominal range) Calibration conditions 
repeatability resolution hysteresis target uncertainty* temperature relative humidity  fixing position framework 
  0.015 0.0 0.20 20 °C 62% vertical Remmers and wood 
Measurement result Measurement uncertainty 
reference measured  reference fit value difference (ref-fit) standard** combined* expanded***  
standard value (V) value   (abs. value)      (relative) 
calliper 2.3014 0.0001 -0.4715 -0.4715 0.0034 0.272   
/ 1.9037 -20.0000 -20.2413 -0.2413 0.0034 0.140 -0.70 
/ 1.5033 -40.0000 -40.1483 -0.1483 0.0034 0.086 -0.22 
/ 1.1040 -60.0000 -60.0017 -0.0017 0.0034 0.009 -0.01 
/ 0.7061 -80.0000 -79.7839 0.2161 0.0034 0.125 -0.16 
/ 2.3164 0.0000 0.2732 0.2732 0.0034 0.158   
/ 2.7172 20.0000 20.2016 0.2016 0.0034 0.117 0.58 
/ 3.1173 40.0000 40.0928 0.0928 0.0034 0.054 0.14 
/ 3.5171 60.0000 59.9700 -0.0300 0.0034 0.020 0.03 
/ 2.3131 0.0000 0.1092 0.1092 0.0034 0.064   
   uncertainty fit* maximum maximum   
   2.46E-01 0.2732 0.003   
Uncertainty valuation and conformity analysis Data for testing 
combined uncertainty 0.25 mm signal slope intercept uncertainty 
expanded uncertainty *** 0.49 mm conditioner mm/V mm mm 
expanded uncertainty (relative) 0.164 Conform SH  s/n 148181 49.7154 -114.8859 0.49 
Note:typical standard deviation for every input (over 200 observations) 0,27 mV       
                
* according to PR-31 procedure     Date Performer Signature 
** total uncertainty for reference standard   23/09/2011 M.Sale   
*** for approximately 95% coverage interval      
Tabella 1: tabella di taratura dello strumento di misura
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Tabella 2 
 
Distanza Δ altezza 
m mm 
  9.6 0.0 
9.6 0.0 
14.4 -0.40 
19.2 -0.70 
28.8 -1.05 
38.4 -0.93 
38.4 -0.90 
48.0 -0.89 
57.6 -0.91 
67.2 -0.86 
76.8 -0.89 
86.4 -1.07 
96.0 -1.13 
124.8 -1.19 
124.8 -1.24 
153.6 -1.41 
182.4 -1.40 
211.2 -1.50 
240.0 -1.52 
249.6 -1.51 
268.8 -1.73 
297.6 -2.13 
326.4 -2.64 
345.6 -3.00 
355.2 -3.13 
364.8 -3.27 
374.4 -3.25 
384.0 -3.14 
\ 
 
Tabella 2: rilievi in funzione della distanza 
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Tabella 3 
 
Distanza Angolo 
m deg 
12.0 -4.73 
16.8 -3.62 
24.0 -2.08 
33.6 0.70 
33.6 0.87 
43.2 0.27 
43.2 0.09 
52.8 -0.13 
62.4 0.30 
72.0 -0.22 
81.6 -1.07 
91.2 -0.35 
110.4 -0.12 
110.4 -0.21 
139.2 -0.43 
139.2 -0.34 
168.0 0.02 
196.8 -0.21 
225.6 -0.03 
244.8 0.04 
259.2 -0.65 
283.2 -0.80 
312.0 -1.00 
336.0 -1.10 
350.4 -0.76 
360.0 -0.85 
369.6 0.13 
379.2 0.66 
 
 
 
Tabella 3: angoli d’inclinazione in funzione della distanza 
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Foto 1: particolare di uno dei registri dei binari 
 
 
Foto 2: sonda kenek 
 
 
 
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BACINO 1 
 
 
VARIAZIONE DELLA DISTANZA DEL CARRO N. 1 RISPETTO ALLA 
SUPERFICIE LIBERA
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450m
m
m
Figura 1: variazione dell’altezza del carro N.1 rispetto al punto iniziale 
 
BACINO 2 
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ANGOLO D'INCLINAZIONE DEL CARRO N. 1
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0 400.0 450.0m
d
e
g
Figura 2: angolo d’inclinazione del carro N.1 
 
BACINO 2 
BACINO 1 


Horizontality measurement of Insean carriage N.1 displacement

http://puma.isti.cnr.it/rmydownload.php?filename=cnr.insean/cnr.insean/2011-TR-009/2011-TR-009.pdf

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