COMUNE DI AREZZO. Ing. Francesco Lovrencie

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1 COMUNE DI AREZZO RELAZIONE IDRAULICA RELATIVA TORRENTE RIO DI RIGUTINO NEL TRATTO INTERESSATO DAL PIANO DI RECUPERO PROPOSTO PER GLI IMMOBILI RIPORTATI NELLA SCHEDA 661 DEL REGOLAMENTO URBANISTICO. Ing. Francesco Lovrencie

2 Indice Indice.. 1 Premessa 2 1. Area di intervento Inquadramento normativo Portate idrologiche Modello idraulico HEC-RAS: dati geometrici, condizioni al contorno HEC-RAS: moto permanente Risultati verifiche idrauliche Conclusioni ALLEGATO A Sezioni e rilievo fotografico. 31 ALLEGATO B Risultati verifica idraulica

3 Premessa La presente relazione ha lo scopo di verificare il rischio idraulico relativo all'area nella quale è previsto il recupero di alcune volumetrie ubicate in parte a distanza inferiore ai 10 metri dal Rio di Rigutino. Il corso d acqua in oggetto è stato analizzato nell ambito dello studio idraulico a supporto del Regolamento Urbanistico del Comune di Arezzo, dicembre In particolare, in detto studio, il Rio di Rigutino è stato analizzato in due tratti, indicati come tratto di monte, in corrispondenza dell abitato di Rigutino, e tratto di valle, in corrispondenza dell abitato di Frassineto. Il tratto del corso d acqua oggetto di verifica, di cui alla presente relazione, è compreso fra i due tratti studiati nel RU, relativi agli abitati di Rigutino e di Frassineto, e la pericolosità idraulica dell area studio di dettaglio. in oggetto attualmente non è definita tramite uno Il progetto urbanistico ha come obiettivi: a) Recuperare l'edificio 1 della casa colonica, demolendo alcune capanne e superfetazioni edificate a distanza ravvicinata al corso d'acqua. Il nuovo edificio, come quello attualmente esistente, non avrà nessun piano interrato e avrà il solaio del piano terreno a quota +30cm rispetto al terreno attuale; b) Demolire e ricostruire l'edificio 2 a distanza regolare rispetto al corso d'acqua, destinandolo in parte ad abitazione e in parte ad annesso. L edificio non avrà piano interrato e avrà il solaio del piano terreno a quota +30cm rispetto al terreno attuale; c) Restaurare l annesso 3, mantenendo le quote invariate; d) Recuperare l annesso 4 destinandolo ad abitazione Annesso 4. L edificio non avrà piano interrato e avrà il solaio del piano terreno a quota +30cm rispetto al terreno attuale. e) Le verifiche idrauliche del Rio Rigutino sono state condotte in moto permanente riferendosi ai picchi di piena, trascurando cioè, a favore di sicurezza, le possibili variazioni di portata lungo il tratto oggetto di analisi. 2

4 1. Area di intervento 1.1 Inquadramento normativo L area dell intervento è situata nell area di Selvetella di Rigutino (Figura 1). Figura 1. Estratto scheda n.661 dell allegato A delle Norme Tecniche di attuazione del Regolamento Urbanistico Sulla base della Carta delle aree a pericolosità idraulica del Regolamento Urbanistico del Comune di Arezzo, tale area risulta classificata in parte (Figura 2) in area a pericolosità idraulica I3 ( aree di fondovalle con notizie storiche di inondazione e/o morfologicamente in situazione sfavorevole di norma a quote altimetriche inferiori rispetto alla quota posta a 2 m. rispetto al piede esterno dell'argine ) e in parte (Figura 3) in area a pericolosità idraulica molto elevata I4 ( aree di fondovalle non protette da opere idrauliche con notizie storiche di inondazione e contestualmente morfologicamente in situazione sfavorevole ). 3

5 Figura 2. Area di intervento in area a pericolosità idraulica I.3 (aree di interesse cerchiata in rosso) Figura 3. Area di intervento in area a pericolosità idraulica I.4 (aree di interesse cerchiata in rosso) 4

6 Nell articolo 35 delle Norme Tecniche di attuazione del Regolamento Urbanistico risulta in particolare che nelle aree in classe I.3 sono ammessi interventi di nuova edificazione o nuove infrastrutture solo nei casi in cui sia dimostrabile il rispetto di condizioni di sicurezza o sia prevista la preventiva o contestuale realizzazione di interventi di messa in sicurezza per eventi di piena con tempi di ritorno di 200 anni, mentre nelle aree in classe I.4 in assenza di studi e verifiche atti a determinare gli elementi di base per la predisposizione della relativa progettazione riportate nelle schede di fattibilità, sono ammessi interventi di nuova edificazione o nuove infrastrutture solo quando sia dimostrabile il rispetto delle condizioni di sicurezza o sia prevista la preventiva o contestuale realizzazione di interventi di messa in sicurezza per eventi di piena con tempi di ritorno compresi fra 30 e 200 anni. 1.2 Portate idrologiche In base ai contenuti dell articolo 35 delle Norme Tecniche di attuazione del Regolamento Urbanistico, nel presente studio idraulico sono state simulate le portate con un tempo di ritorno pari a 30 e 200 anni. E stata acquisita presso il Comune di Arezzo copia della documentazione inerente lo studio idraulico per definire correttamente il quadro conoscitivo. Lo studio condotto a supporto del RU ha determinato le portate idrologiche per i tratti esaminati, per semplicità chiamati Rigutino e Frassineto, con due differenti metodologie. Rimandando direttamente ai documenti allegati al RU per ogni approfondimento ulteriore, per quanto riguarda il Rigutino è stata calcolata la portata idrologica per i diversi tempi di ritorno (Tr=20, 30, 100, 200, 500 anni) con riferimento a eventi meteorici di durata critica pari a 1.3 h (Tabella 1). Nel caso di Frassineto la portata idrologica è stata ricostruita a partire da quella del bacino di monte mediante i parametri di Muskingum-Cunge dell interbacino (Tabella 1). Tabella 1. Risultati analisi idrogeologica studio idraulico RU Bacino di Monte Interbacino di Valle TR20 [m3/s] TR30 [m3/s] TR100 [m3/s] TR200 [m3/s] TR500 [m3/s]

7 Le verifiche condotte in moto vario nello studio allegato al RU hanno evidenziato, per la zona di Rigutino in particolare, l insufficienza idraulica del Rio nel tratto terminale, prima del ponte della ferrovia FI-Roma, dove si verificano ampie esondazioni in destra idraulica, tanto che il picco di piena in uscita dall ultima sezione del modello risulta notevolmente attenuato (vedi Tabella 2). Tabella 2. Risultati analisi idrologica-idraulica studio idraulico RU Sezione di valle bacino di Monte Interbacino di valle Sezione di monte bacino di valle TR20 [m3/s] TR30 [m3/s] TR200 [m3/s] TR500 [m3/s] Per il presente studio, riferendosi ai risultati dello studio condotto per il tratto di Rigutino, a monte, e quello di Frassineto, a valle, è stato deciso di utilizzare nelle verifiche i valori delle portate in ingresso alla sezione di monte del tratto Frassineto, sommando cioè alle portate idrauliche in uscita dal tratto di Rigutino, a favore di sicurezza, anche il contributo dell interbacino. Le portate utilizzate quindi sono le seguenti: Q (Tr=30) = m 3 /s; Q (Tr=200) = m 3 /s. 6

8 2. Modello idraulico 2.1 HEC-RAS: dati geometrici, condizioni al contorno Lo studio relativo al modello idraulico è stato eseguito utilizzando il programma HEC-RAS (Hidrologic Engineering Service River Analysis Sistem) distribuito da WRCS e prodotto per l US Army Corps of Engineers. Questo software adotta una schematizzazione monodimensionale (variazioni graduali della sezione dell alveo, limitata curvatura dei filetti liquidi, distribuzione della velocità pressoché uniforme nelle sezioni trasversali) su alveo assunto a fondo fisso. Per l implementazione del modello idraulico sono state utilizzate otto sezioni rilevate (vedi allegato A). Inoltre, al fine di simulare nel miglior modo possibile l andamento dei filetti fluidi presso i ponti, le sezioni rilevate in prossimità di quest ultimi sono state inserite doppiamente una a monte e a valle della struttura a distanza di circa 15m. Per migliorare l accuratezza dell analisi è stata aggiunta una sezione alla fine del tratto esaminato a distanza di 1 m dalla sezione 1. Quindi il modello in HEC-RAS è stato implementato con 14 sezioni più quelle interpolate lungo tutto il tratto, con una distanza massima una dall altra di 50m, per un totale di 26 sezioni (vedi Figura 4). 7

9 Figura 4. Localizzazione delle sezioni nel tratto esaminato Di queste sezioni sono stati inseriti i profili trasversali, le distanze relative, il coefficiente di scabrezza di Manning e i coefficienti di contrazione e di espansione secondo i valori di letteratura. Le scabrezze nel corso d acqua sono state assunte pari a m -⅓ s, valore costante per l intero tratto sia per l alveo principale sia per le zone golenali. Tale valore corrisponde a canali puliti, pressoché rettilinei e privi di salti di fondo (Tabella 3, fonte: V.T. Chow, D. Maidment, L.W Mays - Applied Hydrology, McGraw-Hill). I coefficienti di espansione e contrazione utilizzati, definiti dall andamento di variazione delle sezioni, sono indicati in Tabella 4. I ponti inseriti nella modellazione sono 4, di seguito chiamati, in ordine da monte verso valle: ponte della Ferrovia (presso sezione 8), ponte arco in mattoni (presso sezione 6), 8

10 ponte arco in cemento (presso sezione 5), ponticello a travata (presso sezione 4). L area oggetto del Piano di Recupero si trova 70 m a valle (circa) del ponticello a travata. Tabella 3. Coefficienti di scabrezza di Manning in funzione delle caratteristiche del corso d acqua Type of Channel and Description Minimum Normal A. Natural Streams 1. Main Channels a. Clean, straight, full, no rifts or deep pools b. Same as above, but more stones and weeds c. Clean, winding, some pools and shoals d. Same as above, but some weeds and stones e. Same as above, lower stages, more ineffective slopes and sections f. Same as "d" but more stones g. Sluggish reaches, weedy. deep pools h. Very weedy reaches, deep pools, or floodways with heavy stands of timber and brush 2. Flood Plains a. Pasture no brush 1. Short grass High grass b. Cultivated areas 1. No crop Mature row crops Mature field crops c. Brush 1. Scattered brush, heavy weeds Light brush and trees, in winter Light brush and trees, in summer Medium to dense brush, in winter Medium to dense brush, in summer d. Trees 1. Cleared land with tree stumps, no sprouts Same as above, but heavy sprouts Heavy stand of timber, few down trees, little undergrowth, flow below branches 4. Same as above, but with flow into branches Dense willows, summer, straight Mountain Streams, no vegetation in channel, banks usually steep, with trees and brush on banks submerged a. Bottom: gravels, cobbles, and few boulders b. Bottom: cobbles with large boulders Tabella 4. Coefficienti di contrazione e espansione utilizzati nelle simulazioni (fonte: Manuale HEC-RAS) Contrazione Espansione Cambiamento graduale Attraversamento di ponti

11 La modellazione del flusso nei ponti in HEC-RAS è stata effettuata, sia nel caso di low flow che in quello di high flow, con il metodo dell energia, che richiede in ingresso i coefficienti di Manning e quelli di contrazione e di espansione e calcola le perdite attraverso il ponte risolvendo iterativamente l equazione dell energia dalla sezione di valle a quella di monte del ponte passando per le due sezioni interne a filo monte e a filo valle. Figura 5. Sezione del ponte della Ferrovia Figura 6. Foto della sezione del ponte della Ferrovia (vista da valle) 10

12 Figura 7. Sezione del ponte arco in mattoni Figura 8. Foto della sezione del ponte arco in mattoni (vista da monte) 11

13 Figura 9. Sezione del ponte arco in cemento Figura 10. Foto della sezione del ponte arco in cemento (vista da valle) 12

14 Figura 11. Sezione del ponticello a travata Figura 12. Foto della sezione del ponticello a travata (vista da valle) 13

15 2.2 HEC-RAS: moto permanente HEC-RAS calcola i profili di corrente in moto permanente risolvendo, mediante procedura iterativa (standar step method), la seguente equazione del bilancio dell energia fra due sezioni: Y 2 Z 2 2V 2g 2 2 Y Z 1 1 1V 1 2g 2 h e Dove: Y1,Y2: altezze idriche in corrispondenza delle sezioni 1 e 2; Z1,Z2: quote dei punti di talweg in corrispondenza delle sezioni 1 e 2; V1,V2: velocità medie; α1, α2: coefficienti di velocità; g: accelerazione di gravità; he: perdita di carico totale. Le perdite di carico totale tra due sezioni, comprendenti sia le perdite distribuite, dovute al coefficiente di attrito, sia le perdite concentrate dovute ad allargamenti e restringimenti delle sezioni sono calcolate secondo la seguente equazione, dove L, S e C indicano rispettivamente la distanza tra le due sezioni, la perdita per attrito per unità di lunghezza e il coefficiente di espansione e contrazione. h e 2U LS C 2g 2 2 1U 2g 2 1 La risoluzione di tale equazione richiede l utilizzo di alcuni coefficienti: i coefficienti di contrazione e di espansione ed il coefficiente di attrito, rappresentato dal coefficiente di Manning. Il coefficiente di scabrezza deriva dall equazione del moto uniforme formulata da Manning: U R 2 3 J n 1 2 dove: n: coefficiente di Manning; R: raggio idraulico; J: pendenza dell alveo; U: velocità media della corrente. 14

16 3. Risultati verifiche idrauliche I valori di portata inseriti per effettuare la verifica idraulica del tratto in esame sono quelli relativi al valore massimo raggiunto dell idrogramma di piena, come dettagliato nel paragrafo 1.2, e quindi: Q (Tr=30) = m 3 /s; Q (Tr=200) = m 3 /s. La simulazione è stata effettuata specificando il regime di corrente mista (Mixed), lasciando al software il compito di individuare i tratti di corrente lenta e veloce in base all altezza critica e impostando, come condizione al contorno sia a monte che a valle, l altezza di moto uniforme (Normal Depth) con pendenza desunta dal locale profilo dell alveo: per monte S=0.07 e per valle S= I risultati del modello HEC-RAS delle portate con Tr=30 anni (Figura 13) e con Tr=200 anni (Figura 14) denotato una capacità insufficiente del tratto considerato presso i quattro ponti simulati. Per i primi 3 ponti a monte (qui chiamati ponte ferrovia, ponte arco a mattoni e ponte arco in cemento) si notano notevoli incrementi del livello idrico per entrambe le portate analizzate. Per quanto riguarda il ponticello a travata la criticità è presente solo per portate con un tempo di ritorno di 200 anni. Il tratto a valle del ponticello a travata denota una capacità di deflusso sufficiente a contenere gli eventi analizzati, senza esondazioni, sia per Tr=30 anni che per Tr=200 anni. Figura 13. Profilo longitudinale risultante dalla simulazione in moto permanente Tr=30anni 15

17 Figura 14. Profilo longitudinale risultante dalla simulazione in moto permanente Tr=200anni Analizzando in dettaglio il deflusso in corrispondenza dei ponti, le sezioni filo monte e filo valle del ponte della Ferrovia, sia per la portata trentennale (Figura 15) sia per la portata duecentennale (Figura 16), contengono i livelli idrica. Le sezioni del Ponte con arco a mattoni (Figura 17-18) e del ponticello a travata (Figura 21-22) non contengono i livello idrici per entrambe le portate simulate. Mentre le sezioni del Ponte con arco in cemento contengono la portata trentennale (Figura 19), ma non la duecentennale (Figura 20). Nelle sezioni a monte dei ponti si ha un aumento dei livelli idrici dovuto al passaggio della corrente nelle sezioni ristrette dei ponti, con pendenze variate rispetto all alveo naturale. Infatti nella sezione 8, a monte del ponte della Ferrovia, il volume d acqua esce in destra idraulica per Tr=30 (Figura 23a), sia in destra che in sinistra idraulica per Tr=200 (Figura 23b). La sezione 7, a monte del ponte con arco in mattoni, non riesce a smaltire sia l onda di piena trentennale che quella duecentennale, esondando nel territorio circostante (Figura 24). Nella sezione 6 (Figura 25), a monte del Ponte con arco in cemento, il volume d acqua esce solo in destra idraulica per entrambe le portate. La sezione 4 (Figura 26), a monte del ponticello a travata, contiene la portata trentennale, anche se il franco è solo di 10cm, ma non la duecentennale. La sezione relativa alla zona oggetto del progetto urbanistico è la numero 3. Nella figura 27 si può osservare che entrambe le portate sono smaltite. Nel caso della portata trentennale il franco è 45cm, nel caso della duecentennale, il franco è 20cm. 16

18 a) b) Figura 15. Sezioni filo monte (a) e filo valle (b) del Ponte della Ferrovia con Tr=30 anni 17

19 a) b) Figura 16. Sezioni filo monte (a) e filo valle (b) del Ponte della Ferrovia con Tr=200 anni 18

20 a) b) Figura 17. Sezioni filo monte (a) e filo valle (b) del Ponte arco a mattoni con Tr=30 anni 19

21 a) b) Figura 18. Sezioni filo monte (a) e filo valle (b) del Ponte arco a mattoni con Tr=200 anni 20

22 a) b) Figura 19. Sezioni filo monte (a) e filo valle (b) del Ponte arco in cemento con Tr=30 anni 21

23 a) b) Figura 20. Sezioni filo monte (a) e filo valle (b) del Ponte arco in cemento con Tr=200 anni 22

24 a) b) Figura 21. Sezioni filo monte (a) e filo valle (b) del ponticello a travata con Tr=30 anni 23

25 a) b) Figura 22. Sezioni filo monte (a) e filo valle (b) del ponticello a travata con Tr=200 anni 24

26 a) b) Figura 23. Sezione n.8, a monte del Ponte della Ferrovia: (a) Tr 30, (b) Tr

27 a) b) Figura 24. Sezione n.7, a monte del Ponte arco in mattoni: (a) Tr 30, (b) Tr

28 a) b) Figura 25. Sezione n.6, a monte del Ponte arco in cemento: (a) Tr 30, (b) Tr

29 a) b) Figura 26. Sezione n.4, a monte del Ponticello a travata: (a) Tr 30, (b) Tr

30 a) b) Figura 27. Sezione n.3 relativa alla zona d intervento: (a) Tr 30, (b) Tr

31 4. Conclusioni Lo studio idraulico ha evidenziato criticità nel tratto analizzato del Rio Rigutino a causa principalmente dell insufficienza idraulica delle sezioni dei numerosi ponti presenti, che determinano evidenti profili di rigurgito a monte con le conseguenti esondazioni del corso d acqua. Il tratto del corso d acqua a valle dei ponti risulta invece con capacità di deflusso sufficiente a contenere gli eventi con periodo di ritorno di 30 e 200 anni, seppur con franchi inferiori al metro, anche se è opportuno sottolineare che le verifiche sono state condotte in moto permanente, trascurando quindi, a favore di sicurezza, le sottrazioni di portata causate dalle esondazioni di monte. L area oggetto di intervento si trova nel tratto a valle dei ponti, in prossimità delle sezione n. 3, dove la sezione del corso d acqua è sufficiente a contenere gli eventi simulati. Pertanto, si può concludere che l area oggetto del piano di recupero non risulta interessata da esondazioni per eventi con periodo di ritorno di 30 e 200 anni e dunque l'intervento proposto nel PdR è ammissibile. 30

32 ALLEGATO A SEZIONI E RILIEVO FOTOGRAFICO La sezione numero 8 è immediatamente a monte dello scatolare, in mattoni con volta, sotto la ferrovia Firenze Roma. A fianco di detto scatolare ce ne è un altro in cemento armato per la strada vicinale. Figura 28. Sezione 8 modello idraulico HEC-RAS Figura 29. Sezione 8 modello idraulico HEC-RAS (vista da monte) 31

33 La sezione numero 7 è immediatamente a valle della ferrovia Firenze Roma e prima del ponticello in mattoni. Figura 30. Sezione 7 modello idraulico HEC-RAS Figura 31. Sezione 7 modello idraulico HEC-RAS (vista dal ponte ad arco in mattoni verso monte) 32

34 La sezione numero 6 è sul ponte ad arco in mattoni. Tale ponte è provvisto di parapetto anche questo in mattoni e conduce ad una proprietà recintata con rete metallica. Figura 32. Sezione 6 modello idraulico HEC-RAS Figura 33. Sezione 6 modello idraulico HEC-RAS (vista da monte) 33

35 La sezione numero 5 è stata fatta immediatamente a monte del ponte ad arco in cemento. Figura 34. Sezione 5 modello idraulico HEC-RAS Figura 35. Sezione 5 modello idraulico HEC-RAS (vista da valle) 34

36 La sezione numero 4 è stata fatta immediatamente a monte del ponticello a travata in cemento. Da notare che fino alla sezione numero 4, compresa, il corso d'acqua scorre in trincea. Figura 36. Sezione 4 modello idraulico HEC-RAS Figura 37. Sezione 4 modello idraulico HEC-RAS (vista da valle) 35

37 La sezione 3 è situata in prossimità dell area di interesse. Inoltre è importante notare che da questa sezione in poi, le sezioni del Rigutino sono caratterizzate dalla presenta di argini. Figura 38. Sezione 3 modello idraulico HEC-RAS Figura 39. Sezione 3 modello idraulico HEC-RAS (vista verso valle) zona di interesse 36

38 La sezione numero 2 è stata fatta a valle della zona di interesse. Figura 40. Sezione 2 modello idraulico HEC-RAS Figura 41. Sezione 2 modello idraulico HEC-RAS (vista verso valle) 37

39 La sezione numero 1 è stata fatta circa 40 metri a monte dello scatolare della ferrovia Direttissima Firenze Roma. Figura 42. Sezione 1 di valle del modello idraulico HEC-RAS Figura 43. Sezione 1 di valle del modello idraulico HEC-RAS (vista verso valle) 38

40 ALLEGATO B RISULTATI VERIFICA IDRAULICA Figura 44. Sezione 8 modello idraulico HEC-RAS Figura 45. Sezione 7 modello idraulico HEC-RAS 39

41 Figura 46. Sezione 6 modello idraulico HEC-RAS Figura 47. Sezione 5 modello idraulico HEC-RAS 40

42 Figura 48. Sezione 4 modello idraulico HEC-RAS Figura 49. Sezione 3 modello idraulico HEC-RAS 41

43 Figura 50. Sezione 2 modello idraulico HEC-RAS Figura 51. Sezione 1 modello idraulico HEC-RAS 42

44 River Sta Prof ile Q Total Tabella 5. Output del modello HEC-RAS (PF1= Qtr=30, PF2=Qtr=200) Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev 43 E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) 8 PF PF PF PF Bridge 7.4 PF PF PF PF PF PF Bridge 5.9 PF PF * PF * PF * PF * PF PF PF Bridge 4.9 PF PF * PF * PF * PF * PF * PF * PF PF PF Bridge 3.9 PF PF * PF * PF PF PF * PF * PF * PF

45 2.5* PF * PF * PF PF PF * PF * PF * PF * PF * PF * PF PF PF PF PF