RELAZIONE IDRAULICA 1. PREMESSA
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- Ivo Carbone
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2 RELAZIONE IDRAULICA 1. PREMESSA Il presente studio idraulico è finalizzato alla determinazione dei profili di corrente e alla successiva verifica di stabilità delle opere di sistemazione idraulica previste nell ambito dalla presente perizia di variante in corso d opera al progetto dei Lavori di sistemazione idraulica e riqualificazione ambientale del fiume Calore per l'asta fluviale compresa tra il ponte della Lavandaia e la confluenza con il torrente Pacione. L obbiettivo del progetto è quindi della presente variante è quello della mitigazione del rischio idraulico lungo il fiume Calore, attraverso la realizzazione di interventi di sistemazioen idraulica, quali gabbionate e scogliere, per risolvere problemi di erosione localizzati e a protezione di infrastrutture e insediamenti esistenti. 2. PORTATE UTILIZZATE Le portate di piena a cui si è fatto riferimento per il dimensionamento delle opere, sono state desunte dalle Mappe della Pericolosità Idraulica del Piano di Gestione del Rischio di Alluvione del Distretto Idrografico dell Appennino Meridionale, redatte dall Autorità di Bacino dei Fiumi Liri Garigliano e Volturno. Nelle suddette tavole oltre alla mappatura delle aree a pericolosità idraulica, sono riportate anche le tabelle (v. figure seguenti) in cui sono indicate per le diverse sezioni le portate di piene per periodi di ritorno 30 e 100 anni. 1
3 2
4 I valori delle portate utilizzati nelle successive elaborazioni sono: Q(T=100) Q(T=30) mc/s mc/s Sezione Sezione Sezione Sezione IL MODELLO DI CALCOLO Il modello di calcolo utilizzato è il codice di calcolo HEC - RAS (River Analysis System) implementato presso l Hydrologic Engineering Center (HEC) dell U.S. Army Corps of Engineers, che permette il tracciamento dei profili di corrente in moto permanente gradualmente variato in canali aperti con contorni fissi. Il calcolo del profilo di corrente in condizioni di moto permanente fra due sezioni successive è effettuato mediante la soluzione dell equazione dell energia: V1 Z1 Y1 2 g 2 Z 2 2 V2 Y2 2 g h e dove Z è la quota del fondo del canale; Y il tirante idrico in corrispondenza delle sezioni di studio; è un coefficiente che tiene conto della distribuzione non uniforme della velocità dell acqua; V è la velocità media della corrente; g l'accelerazione di gravità; he è la perdita di carico tra le sezioni i e i+1. (1) Fig. 1 - Rappresentazione dei termini presenti nell equazione dell energia 3
5 Tutti i fenomeni che producono una transizione corrente lenta - corrente veloce e viceversa, quali variazioni di pendenza, costrizioni associate alla presenza di un ponte, confluenze, ecc., vengono invece simulati applicando l equazione dei momenti: 2 Q g A A1 A2 A2 Y2 2 A1 A2 L S 0 2 L S f 1 Q g A A Y 1 1 (2) dove: Q = portata A = area bagnata L = distanza fra le sezioni 1 e 2 misurata lungo la direzione X = coefficiente di ragguaglio che tiene conto delle variazioni nella distribuzione della velocità in canali irregolari (permette di modellare il problema in termini di soli valori medi di V) S 0 = pendenza del canale S f = cadente piezometrica Fig. 7 - Applicazione dell equazione dei momenti Il metodo di risoluzione, adottato dal modello HEC-RAS, per l equazione di continuità dell energia applicata al moto permanente gradualmente variato, richiede l assunzione che la perdita di carico in una sezione sia la stessa che si avrebbe in moto uniforme a parità di sezione e velocità dell acqua. 4
6 Nel modello HEC-RAS tali perdite di carico vengono valutate attraverso l applicazione della formula del moto uniforme di Manning: V S f 1 R (3) n dove V è la velocità media della corrente nella sezione in (m/s) n è il coefficiente di scabrezza R il raggio idraulico della sezione bagnata in (m) Sf la pendenza della linea piezometrica dovuta alle perdite di carico distribuite lungo l alveo. L equazione (3) combinata con la (1) consente la determinazione del profilo idrico della corrente una volta note la geometria e la scabrezza dell alveo e le condizioni al contorno. 4. DATI DI CALCOLO Le elaborazioni, come detto, sono state effettuate in corrispondenza della portata trentennale e centennale. Relativamente al coefficiente di scabrezza, n di Manning, si è fatto ricorso a tabelle disponibili in letteratura tecnica che riportano il valore di n associato a varie categorie di alveo, in particolare si è fatto riferimento ai dati proposti da CHOW V. T., 1959, 5
7 Valori dei coefficienti di scabrezza di Manning, n s/m 1/3, relativi ad alvei naturali (Open-Channel Hydraulics, CHOW V. T., 1959) L autore propone per alvei naturali e per le diverse condizioni un intervallo di valori a cui fare riferimento. Si è ritenuto di poter assumere il valore 0 in quanto valore medio tra quelli proposti. Per le condizioni al contorno si è imposta altezza di moto uniforme nella sezione di monte e in quella di valle. I risultati ottenuti sono riportati nelle tabelle e grafici allegati. 5. ANALISI DEI RISULTATI Dall esame dei risultati ottenuti dalla modellazione idraulica si evidenzia che le sezioni non sono tutte sufficienti a contenere le portate di piena trentennali e centennali, tuttavia, essendo gli interventi finalizzati non a eliminare i fenomeni di esondazione presenti ma a risolvere solo alcune criticità localizzate in corrispondenza di infrastrutture esistenti e abitati esistenti, tale circostanza risulta accettabile. 6
8 In considerazione di ciò lo studio non è stato finalizzato alla definizione delle aree inondali ma alla determinazione delle caratteristiche della corrente, quali velocità e sforzi tangenziali, necessari per il dimensionamento delle opere di protezione previste. A tal fine c è da evidenziare che nella modellazione non sono state utilizzate le sezione estese all intera area inondabile andando così a vantaggio di sicurezza in quanto abbiamo valori di velocità e sforzi tangenziali maggiori. 6. VERIFICA DELLE GABBIONATE E DELLE SCOGLIERE La procedura utilizzata si basa sul noto metodo delle tensioni di trascinamento, vale a dire sul confronto tra lo sforzo tangenziale agente sulla struttura e lo sforzo massimo ammissibile per la struttura stessa. Le elaborazioni effettuate con il modello HEC-RAS forniscono gli sforzi tangenziali agenti sulle pareti delle sezioni di studio (v. tabelle allegate) e quindi gli sforzi tangenziali agenti sulle opere di sistemazione in progetto. Per la verifica, tale valore viene confrontato con lo sforzo massimo ammissibile per le singole opere. Gli sforzi tangenziali massimi ammissibili sono forniti dalla letteratura tecnica e riportati nella seguente tabella: Non vegetato Vegetato Sforzo tollerato N/m2 Sforzo tollerato N/m2 Gabbioni 0.50m (18") Gabbioni 1.00m (36") Riprap/Rock Wall Si osserva che i valori degli sforzi tangenziali ricavati dalla modellazione idraulica sono inferiori a quelli massimi ammissibili, tranne che in due sezioni in cui vengono superati di poco. Tuttavia, tenuto conto di quanto evidenziato nel paragrafo precedente, ovvero che si operati a vantaggio di sicurezza non consideranto le sezioni estese, si ritiene che le opere di protezione sono tutte verificate. 7
9 HEC-RAS Plan: Calore River: CALORE Reach: Calore Profile: T = 100 anni Reach River Sta Profile Q Total Length Chnl Min Ch El LOB Elev ROB Elev W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Froude # Chl Shear Chan (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (N/m2) Calore 83 T = 100 anni Calore 82 T = 100 anni Calore 81 T = 100 anni Calore 80 T = 100 anni Calore 79 T = 100 anni Calore 78 T = 100 anni Calore 77 T = 100 anni Calore 76 T = 100 anni Calore 75 T = 100 anni Calore 74 T = 100 anni Calore 73 T = 100 anni Calore 72 T = 100 anni Calore 71 T = 100 anni Calore 70 T = 100 anni Calore 69 T = 100 anni Calore 68 T = 100 anni Calore 67 T = 100 anni Calore 66 T = 100 anni Calore 65 T = 100 anni Calore 64 T = 100 anni Calore 63 T = 100 anni Calore 62 T = 100 anni Calore 61 T = 100 anni Calore 60 T = 100 anni Calore 59 T = 100 anni Calore 58 T = 100 anni Calore 57 T = 100 anni Calore 56 T = 100 anni Calore 55 T = 100 anni Calore 54 T = 100 anni Calore 53 T = 100 anni Calore 52 T = 100 anni Calore 51 T = 100 anni Calore 50 T = 100 anni Calore 49 T = 100 anni Calore 48 T = 100 anni Calore 47 T = 100 anni Calore 46 T = 100 anni Calore 45 T = 100 anni Calore 44 T = 100 anni Calore 43 T = 100 anni Calore 42 T = 100 anni Calore 41 T = 100 anni
10 HEC-RAS Plan: Calore River: CALORE Reach: Calore Profile: T = 100 anni (Continued) Reach River Sta Profile Q Total Length Chnl Min Ch El LOB Elev ROB Elev W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Froude # Chl Shear Chan (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (N/m2) Calore 40 T = 100 anni Calore 39 T = 100 anni Calore 38 T = 100 anni Calore 37 T = 100 anni Calore 36 T = 100 anni Calore 35 T = 100 anni Calore 34 T = 100 anni Calore 33 T = 100 anni Calore 32 T = 100 anni Calore 31 T = 100 anni Calore 30 T = 100 anni Calore 29 T = 100 anni Calore 28 T = 100 anni Calore 27 T = 100 anni Calore 26 T = 100 anni Calore 25 T = 100 anni Calore 24 T = 100 anni Calore 23 T = 100 anni Calore 22 T = 100 anni Calore 21 T = 100 anni Calore 20 T = 100 anni Calore 19 T = 100 anni Calore 18 T = 100 anni Calore 17 T = 100 anni Calore 16 T = 100 anni Calore 15 T = 100 anni Calore 14 T = 100 anni Calore 13 T = 100 anni Calore 12 T = 100 anni Calore 11 T = 100 anni Calore 10 T = 100 anni Calore 9 T = 100 anni Calore 8 T = 100 anni Calore 7 T = 100 anni Calore 6 T = 100 anni Calore 5 T = 100 anni Calore 4 T = 100 anni Calore 3 T = 100 anni Calore 2 T = 100 anni Calore 1 T = 100 anni
11 CALORE Calore LOB ROB Main Channel Distance (m)
12 River = CALORE Reach = Calore RS = 83 5-Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = 81 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 80 5-Tavola
13 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 78 16bis-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 76 24bis-Tavola
14 River = CALORE Reach = Calore RS = 75 29bis-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 73 40bis-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 72 43bis-Tavola
15 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = bis-tavola
16 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 65 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
17 River = CALORE Reach = Calore RS = 63 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 61 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 60 3-Tavola
18 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 58 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 57 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 56 4-Tavola
19 River = CALORE Reach = Calore RS = 55 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 54 3-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 53 4-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto
20 River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = 49 1a-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 48 2-Tavola
21 River = CALORE Reach = Calore RS = 47 6-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 46 8-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
22 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto
23 River = CALORE Reach = Calore RS = 39 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 38 6-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 37 7-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
24 River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = 33 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 32 8-Tavola
25 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 29 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 28 5-Tavola
26 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola 16 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
27 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola 17 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
28 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola 17 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 17 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
29 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola 18 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola 18 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
30 River = CALORE Reach = Calore RS = 11 1-Tavola 18 River = CALORE Reach = Calore RS = 10 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 9 5-Tavola 19 River = CALORE Reach = Calore RS = 8 7-Tavola
31 River = CALORE Reach = Calore RS = 7 10-Tavola 19 River = CALORE Reach = Calore RS = 6 14-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 5 18-Tavola 19 River = CALORE Reach = Calore RS = 4 24-Tavola
32 River = CALORE Reach = Calore RS = 3 39-Tavola 19 River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto
33 HEC-RAS Plan: Calore River: CALORE Reach: Calore Profile: T = 30 anni Reach River Sta Profile Q Total Length Chnl Min Ch El LOB Elev ROB Elev W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Froude # Chl Shear Chan (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (N/m2) Calore 83 T = 30 anni Calore 82 T = 30 anni Calore 81 T = 30 anni Calore 80 T = 30 anni Calore 79 T = 30 anni Calore 78 T = 30 anni Calore 77 T = 30 anni Calore 76 T = 30 anni Calore 75 T = 30 anni Calore 74 T = 30 anni Calore 73 T = 30 anni Calore 72 T = 30 anni Calore 71 T = 30 anni Calore 70 T = 30 anni Calore 69 T = 30 anni Calore 68 T = 30 anni Calore 67 T = 30 anni Calore 66 T = 30 anni Calore 65 T = 30 anni Calore 64 T = 30 anni Calore 63 T = 30 anni Calore 62 T = 30 anni Calore 61 T = 30 anni Calore 60 T = 30 anni Calore 59 T = 30 anni Calore 58 T = 30 anni Calore 57 T = 30 anni Calore 56 T = 30 anni Calore 55 T = 30 anni Calore 54 T = 30 anni Calore 53 T = 30 anni Calore 52 T = 30 anni Calore 51 T = 30 anni Calore 50 T = 30 anni Calore 49 T = 30 anni Calore 48 T = 30 anni Calore 47 T = 30 anni Calore 46 T = 30 anni Calore 45 T = 30 anni Calore 44 T = 30 anni Calore 43 T = 30 anni Calore 42 T = 30 anni Calore 41 T = 30 anni
34 HEC-RAS Plan: Calore River: CALORE Reach: Calore Profile: T = 30 anni (Continued) Reach River Sta Profile Q Total Length Chnl Min Ch El LOB Elev ROB Elev W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Froude # Chl Shear Chan (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (N/m2) Calore 40 T = 30 anni Calore 39 T = 30 anni Calore 38 T = 30 anni Calore 37 T = 30 anni Calore 36 T = 30 anni Calore 35 T = 30 anni Calore 34 T = 30 anni Calore 33 T = 30 anni Calore 32 T = 30 anni Calore 31 T = 30 anni Calore 30 T = 30 anni Calore 29 T = 30 anni Calore 28 T = 30 anni Calore 27 T = 30 anni Calore 26 T = 30 anni Calore 25 T = 30 anni Calore 24 T = 30 anni Calore 23 T = 30 anni Calore 22 T = 30 anni Calore 21 T = 30 anni Calore 20 T = 30 anni Calore 19 T = 30 anni Calore 18 T = 30 anni Calore 17 T = 30 anni Calore 16 T = 30 anni Calore 15 T = 30 anni Calore 14 T = 30 anni Calore 13 T = 30 anni Calore 12 T = 30 anni Calore 11 T = 30 anni Calore 10 T = 30 anni Calore 9 T = 30 anni Calore 8 T = 30 anni Calore 7 T = 30 anni Calore 6 T = 30 anni Calore 5 T = 30 anni Calore 4 T = 30 anni Calore 3 T = 30 anni Calore 2 T = 30 anni Calore 1 T = 30 anni
35 CALORE Calore LOB ROB Main Channel Distance (m)
36 River = CALORE Reach = Calore RS = 83 5-Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = 81 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 80 5-Tavola
37 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 78 16bis-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 76 24bis-Tavola
38 River = CALORE Reach = Calore RS = 75 29bis-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 73 40bis-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 72 43bis-Tavola
39 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = bis-tavola
40 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 65 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
41 River = CALORE Reach = Calore RS = 63 1-Tavola 8 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 61 1-Tavola 9 River = CALORE Reach = Calore RS = 60 3-Tavola
42 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 58 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 57 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 56 4-Tavola
43 River = CALORE Reach = Calore RS = 55 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 54 3-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 53 4-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto
44 River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = 49 1a-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 48 2-Tavola
45 River = CALORE Reach = Calore RS = 47 6-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 46 8-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
46 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto
47 River = CALORE Reach = Calore RS = 39 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 38 6-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 37 7-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
48 River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = 33 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 32 8-Tavola
49 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 29 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 28 5-Tavola
50 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
51 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola 17 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
52 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola 17 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 17 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
53 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola 18 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola 18 River = CALORE Reach = Calore RS = Tavola
54 River = CALORE Reach = Calore RS = 11 1-Tavola 18 River = CALORE Reach = Calore RS = 10 1-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 9 5-Tavola 19 River = CALORE Reach = Calore RS = 8 7-Tavola
55 River = CALORE Reach = Calore RS = 7 10-Tavola 19 River = CALORE Reach = Calore RS = 6 14-Tavola River = CALORE Reach = Calore RS = 5 18-Tavola 19 River = CALORE Reach = Calore RS = 4 24-Tavola
56 River = CALORE Reach = Calore RS = 3 39-Tavola 19 River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto River = CALORE Reach = Calore RS = Stato di fatto
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