ELEMENTI DI REGIME E PROTEZIONE DEI LITORALI PARTE II. EROSIONE COSTIERA misure di gestione della fascia litoranea romana

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1 ELEMENTI DI REGIME E PROTEZIONE DEI LITORALI PARTE II Angelo Calamita - RomaInForma

2 SISTEMI DI DIFESA COSTIERA CLASSIFICAZIONI DESCRIZIONE COSTRUTTIVA FOCUS SU SISTEMI NON-TRADIZIONALI

3 Finalità e ubicazione intervento Localizzato limitato al solo tratto di costa coinvolto direttamente dal fenomeno erosivo Esteso interessante l unità fisiografica ove ricade la zona coinvolta dal fenomeno erosivo pianificazione di interventi localizzati suddivisi in lotti funzionali da estendere a tutta l unità fisiografica Tipologia intervento Strutturale opere marittime, ripascimenti,opere terrestri (fascinate, etc.) Interventi strutturali e accordi di programma tra istituzioni e concessionari del bene spiaggia Non Strutturale (Gestionale) strategie di uso e manutenzione del bene spiaggia

4 Funzionalità morfodinamica ed interazione con la dinamica costiera Attive inducono incrementi localizzati della spiaggia Passive protezione della fascia di litorale posta a tergo Caratteristiche strutturali - Deformabilità - Permeabilità - Conformazione Negative - fallimento dell intervento - effetti collaterali indesiderati Rigide Aderenti; Trasversali; Longitudinali (emer., somm.) Morbide Ripascimento artificiale; Restauro duna; by-pass Miste combinazione delle distinte tipologie al fine di ottimizzarne gli effetti

5 SISTEMI DI TIPO TRADIZIONALE OPERE ADERENTI o RADENTI (alla costa) - MURI DI SOSTEGNO O PARATIE - MURI PARAONDE O DI SPONDA - RIVESTIMENTI OPERE TRASVERSALI - PENNELLI OPERE LONGITUDINALI (distaccate) - BARRIERE FRANGIFLUTTI emerse o sommerse SISTEMI DI TIPO NON-TRADIZIONALE RIPASCIMENTO ARTIFICIALE (spiaggia, duna) STABILIZZAZIONE DELLA DUNA RIMODULAZIONE DELLA MORFOLOGIA DEL LITORALE - ARTIFICIAL HEADLANDS (promontori e calette artificiali) - BEACH-FACE DEWATERING SYSTEM (drenaggio del cuneo di falda lungo la zona di swash) BARRIERE SOMMERSE PREFABBRICATE - LCS (barriere sommerse del tipo narrow crested) - ARTIFICIAL SURF REEF (scogliere artificiali da surf ) PENNELLI SOMMERSI O SEMISOMMERSI IN GEOTESSILE

6 Principali tipologie e combinazioni di strutture di difesa A) opere rigide B) opere rigide abbinate ad interventi di ripascimento

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8 Strategie di selezione dell intervento strutturale a) CONTROLLARE LE CAUSE DEL PROBLEMA EROSIVO (curare la malattia = difesa dalle forzanti) OPERE b) CONTROLLARE GLI EFFETTI DEL PROBLEMA EROSIVO (curare i sintomi = compensazione dalle forzanti) RIPASCIMENTI EROSIONE STRUTTURALE (10-50 m 3 /m permanente): molto difficile

9 SISTEMI DI DIFESA COSTIERA CLASSIFICAZIONI DESCRIZIONE COSTRUTTIVA FOCUS SU SISTEMI NON-TRADIZIONALI

10 OPERE RADENTI Paratie e/o Palancolate Muri di sponda in cls Rivestimenti con mantellate di massi naturali o artificiali Vantaggi: se ben dimensionate disconnettono il bene da salvaguardare dalla dinamica evolutiva del litorale prospiciente Svantaggi: esasperano i fenomeni di riflessione del moto ondoso incidente anche per i tratti di costa limitrofi; possono indurre escavazioni al piede dell opera; possono esaltare il gradiente di trasporto solido sottoflutto; costituiscono un forte vincolo per la fruibilità della spiaggia prospiciente Dimensionamento: altezza d onda a ridosso dell opera (in previsione anche di possibili approfondimenti futuri dei fondali) e sovralzi del livello marino diagramma di spinta esercitata dall onda sulla parete verifiche di stabilità (geotecnica) escavazioni al piede sormonto dell onda

11 OPERE RADENTI Dimensionamento: altezza d onda a ridosso dell opera (in previsione anche di possibili approfondimenti futuri dei fondali) e sovralzi del livello marino diagramma di spinta esercitata dall onda sulla parete verifiche di stabilità (geotecnica) escavazioni al piede sormonto dell onda h 3 4 m s.l.m. d -1-2 m s.l.m. b L Planimetria L b h d Sezione

12 OPERE RADENTI

13 OPERE RADENTI

14 OPERE TRASVERSALI Vantaggi: ove esiste una componente longitudinale ben definita ed il moto ondoso è chiaramente inclinato rispetto all orientamento della linea di riva hanno un buon comportamento per il litorale sopraflutto intercettando la componente longitudinale del trasporto solido; sono efficaci anche per forti escursioni di marea. Svantaggi: introducono una discontinuità al trasporto solido litoraneo trasferendo il fenomeno di erosione sottoflutto; se mal dimensionate possono essere cortocircuitate dal fenomeno di erosione della linea di riva sottoflutto; costituiscono un ostacolo alla fruizione turistico-balneare lungo la battigia; favoriscono la concentrazione di correnti di rip associate a perdite dei sedimenti verso il largo.

15 OPERE TRASVERSALI Parametro Valori medi d profondità di imbasamento della testata rispetto al l.m.m. -1,5-4,5 m h quota di coronamento del pennello rispetto al l.m.m. 2,0-1,5 m b larghezza del coronamento della barriera 3,0 5,0 m 1/n pendenza del paramento di testata 1:1,5 1:3 1/m pendenza dei paramenti laterali 1:1 1:1,5 f angolo di allineamento dei pennelli di estremità sottoflutto 4 6 L sviluppo trasversale del pennello variabile ( m) D interasse tra pennelli contigui variabile (2 3)L L D D 1 L 1 φ m 1 d b 1 m h

16 OPERE TRASVERSALI

17 OPERE TRASVERSALI

18 OPERE TRASVERSALI risultante del moto ondoso Correnti di rip lungo i pennelli con perdita dei sedimenti verso il largo Moto ondoso attenuato nella zona sottoflutto Linea di riva originaria

19 OPERE LONGITUDINALI (distaccate) Solitamente sono costituite da un opera a gettata in massi naturali (talvolta priva di nucleo per i limitati spessori d insieme). Possono essere sommerse o emerse rispetto al livello medio marino. In funzione della geometria e della tipologia strutturale sono più o meno permeabili al trasporto solido longitudinale. Vantaggi: hanno un buon comportamento per attacco del moto ondoso ortogonale alla linea di riva e/o trasporto solido di tipo bi-direzionale; possono cambiare di efficacia per forti escursioni di marea. Svantaggi: introducono una discontinuità al trasporto solido litoraneo trasferendo il fenomeno di erosione sottoflutto; se mal dimensionate possono favorire la concentrazione di correnti di rip ; se tombolizzate possono introdurre elementi isobata -3-4 di disturbo m per le attività turistico-balneari e di alterazione della qualità dell ambiente marino.

20 OPERE LONGITUDINALI (distaccate) Parametro Valori medi d profondità di imbasamento della barriera rispetto al l.m.m. -2,5-4,5 m h quota di coronamento della barriera rispetto al l.m.m. 2,0-1,5 m b larghezza del coronamento della barriera 3,0 15,0 m 1/n pendenza del paramento lato terra 1:1 1:2 1/m pendenza del paramento lato mare 1:1,5 1:3 L sviluppo longitudinale della barriera variabile ( m) D ampiezza del varco tra le barriere contigue variabile (0,5 1) L S distanza della barriera dalla linea di riva variabile (0,8 2) L isobata -3-4 m b S D L n 1 d 1 m h

21 Emerse: L/S<1 tombolo ; >2 costose e poco efficaci; L m; S m; D L/2 b 3 5 m ; h m ; m n Sommerse: L m; S m; D m b 10h m ; h m ; m ; n S D L n 1 b 1 m h

22 OPERE LONGITUDINALI (distaccate)

23 risultante del moto ondoso Correnti ai varchi con perdita dei sedimenti verso il largo Moto ondoso attenuato a tergo delle barriere migrazione dei sedimenti a tergo delle barriere attenuazione del moto ondoso Linea di riva originaria Sovralzo di tempesta cedimenti strutturali scalzamenti e assestamenti Progressiva regressione e modifica del profilo trasversale

24 risultante del moto ondoso Forti correnti ai varchi con approfondimento dei fondali Marcate tracimazioni a tergo delle barriere migrazione dei sedimenti verso il largo Progressivo arretramento della linea di riva minore attenuazione del moto ondoso con marcate tracimazioni Maggiore sovralzo di tempesta Progressivo approfondimento dei fondali in corrispondenza dei varchi

25 RIPASCIMENTI CON SABBIE E/O GHIAIE Versamenti di sabbia e/o ghiaie lungo la fascia costiera Vantaggi: tendono a riequilibrare il deficit del trasporto solido litoraneo; per l assenza di opere di tipo rigido hanno limitati impatti ed sul litorale limitrofo Svantaggi: nelle fasi esecutive possono creare condizioni di torbida del mare prospiciente; costosi per le tecniche di coltivazione in cava ed approvvigionamento. Dimensionamento: onda e sovralzi lungo il litorale; verifica dell evoluzione a lungo termine (linea di riva) ed a breve termine (profilo trasversale); analisi sedimentologica del sedimento nativo e di ripascimento per il calcolo dell overfill factor e del renourishment factor.

26 ELEMENTI RIPASCIMENTI DI REGIME E PROTEZIONE CON SABBIE DEI E/O LITORALI GHIAIE PARTE II RIPASCIMENTI CON SABBIE E/O GHIAIE B E B V L E L V Δ h DC Ricostituzione duna Ricostituzione spiaggia emersa Ricostituzione profilo Ricostituzione barra

27 ESEMPIO DI RIPASCIMENTO PURO Castilla (Spagna). Ripascimento al piede della falesia

28 Sylt (Germania) Situazione nel 1978 Situazione dopo la realizzazione della spiaggia artificiale

29 Pellestrina (VE): prima e dopo l intervento misto

30 DEWATERING: DRENAGGIO PER ABBASSAMENTO LINEA DI FALDA

31 Realizzazione di due promontori artificiali per la creazione di una pocket beach Realizzazione di più promontori artificiali per differenziare l offerta ricreativa

32 OBIETTIVI DI RIQUALIFICAZIONE E SALVAGUARDIA LITORALI Riequilibrare l attuale bilancio solido litoraneo, chiaramente deficitario a causa dei minori apporti solidi fluviali; Limitare la fuga dei sedimenti verso il largo responsabile di fenomeni di regressione di tipo strutturale della spiaggia; Ristabilire la continuità del flusso litoraneo con i tratti di costa limitrofi; Individuare le azioni di compenso più idonee tra i tratti di costa in avanzamento e quelli in erosione; Garantire un ampiezza della fascia di spiaggia emersa tale da limitare i fenomeni di erosione associati alle mareggiate più intense; Individuare e riqualificare le opere di difesa più degradate e/o più dannose per la stabilità del litorale; Gli interventi di difesa devono offrire valide garanzie di facilità d uso antropico del bene spiaggia.

33 SOFFOLTA E RIPASCIMENTO Risagomatura delle barriere emergenti con la trasformazione in barriere soffolte Isolotti emergenti Ripascimenti a tergo e nei tratti limitrofi Linea di riva originaria Barriera soffolta ed isolotto emergente Profilo trasversale dopo il ripascimento

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35 Seabee Linea ferroviaria Salerno-Reggio

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40 SISTEMI DI DIFESA COSTIERA CLASSIFICAZIONI DESCRIZIONE COSTRUTTIVA FOCUS SU SISTEMI NON-TRADIZIONALI

41 Introduzione Obiettivi Generali Attitudini

42 Obiettivi Generali Ridurre l impatto sull ambiente Ridurre i costi Incentivare la realizzazione di grandi interventi, estesi all intera unità fisiografica

43 Attitudini Resilienza al moto ondoso a) eliminano l aliquota di energia direttamente responsabile dell erosione b) sfruttano il moto ondoso per difendere la costa Proposta di valore aggiunto Reversibilità dell intervento

44 Compiti di un Sistema di Difesa Stabilizzare la linea di riva Favorire il ripascimento naturale Ritenere il materiale depositato

45 Categorie di Sistemi Barriere Sommerse (Scogliere Artificiali) Pennelli Sommersi

46 Beachsaver Reef Reef Ball ASR Ltd. CPNS

47 Barriere Sommerse - Attenuazione dell onda - Controllo del riflusso d onda

48 Barriere Sommerse

49 Barriere Sommerse Parametri Progettuali - Sommergenza F = h - d - Larghezza di Coronamento B

50 Barriere Sommerse Parametri Progettuali - Indice di Sommergenza f = F/H - Sommergenza Relativa f = F/B BARRIERE BROAD-CRESTED BARRIERE NARROW-CRESTED

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52 Barriere Sommerse Calcolo Coefficiente di Trasmissione C = t H H t i K = t H H t c (Ahrens, 1987) H c = Altezza dell onda misurata nella posizione di H t ma senza barriera

53 Barriere Sommerse Barriere Sommerse + = ) / 1,09( ) / 0,65( 0,067 0,047 1 n i n B H H F t BD FH L D BF e K i i (Ahrens, 1987) (Seabrook, 1997) Calcolo Coefficiente di Trasmissione + + = L D A H F dl A d h K n i t / 0,261 1,188 0, ,529 exp 1 1

54 Beachsaver Reef

55 Generalità Struttura modulare in cls armato prefabbricato (R ck = 70 MPa; FeB500 φ6-φ8) Sezione triangolare Coronamento ridotto Anima cava

56 Generalità h = 1,83 m P = 21 t Base risegata Interconnessione a tenone e mortasa

57 Dimensioni

58 Caratteristiche Principali

59 Funzionamento Idrodinamico Attenuazione onda Ritenzione sedimenti

60 Attenuazione onda Dissipazione mediante generazione di getti

61 Ritenzione sedimenti Recupero sabbia mediante canale di risacca

62 Studi su Modello Fisico

63 Studi su Modello Fisico Scala: 1:12, 1:6 Onda lineare e non lineare Direzione d attacco normale H i 2,70 m ; T = 4 12 s F = 0,70 m (Dalrymple et al., 1991) F = 1,80 m (Bruno et al., 1992) Distanza da riva 50 m

64 Studi su Modello Fisico Coefficiente di Sicurezza a Scorrimento η 0 = 2,7 Stabile a Ribaltamento: Prove in vasca (H i 2,70 m; T 12 s) Prove in canaletta (v 9,4 m/s)

65 Studi su Modello Fisico C t = 0,6 0,7 (Dalrymple et al., 1991) Ritenzione sabbia pressoché completa (Bruno et al., 1992)

66 Studi in Vera Grandezza (progetti-pilota) pilota)

67 Studi in Vera Grandezza (progetti-pilota) pilota) Stati Uniti Spagna Israele

68 Studi in Vera Grandezza - 6 Installazioni nell Atlantico - 2 installazioni nel Mediterraneo - 5 installazioni su spiagge aperte strutturate (pennelli) - 3 installazioni su spiagge aperte non strutturate - 4 interventi a difesa di ripascimenti artificiali

69 Cape May Point (New Jersey)

70 Cape May Point (New Jersey)

71 Studi in Vera Grandezza Dopo anni di monitoraggio su 6 interventi: Stabilizzazione della linea di riva Almeno l 80% del materiale di ripascimento è stato ritenuto Allargamento della spiaggia soddisfacente C t diminuisce all aumentare di H s

72 Studi in Vera Grandezza Dopo anni di monitoraggio su 6 interventi: Su spiagge aperte, l effetto di ritenzione è minore nei pressi delle estremità della barriera Erosione al piede interno Cedimenti Erosione sottoflutto ridotta Compatibilità ambientale soddisfacente

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76 Reef Ball

77 Obiettivo Originario progetti di Recupero e Valorizzazione realizzati

78 Generalità Struttura modulare in cls prefabbricato (R ck = 55 MPa) Sezione emisferica Coronamento ridotto Anima cava

79 h = 1,22 1,83 m Generalità B = 1,83 m P = 1,0 4,5 t Porosità 35 40% Moduli indipendenti

80 Caratteristiche Principali

81 Ancoraggi & Fondazioni Ancoraggio per fondali sabbiosi

82 Ancoraggi & Fondazioni Fondazioni per fondali sabbiosi

83 Funzionamento Idrodinamico Attenuazione onda: Shoaling Shoaling Generazione di getti e vortici vortici

84 Dissipazione mediante generazione di getti e vortici

85 Funzionamento Idrodinamico Aperture progettate per creare mulinelli

86 Studi su Modello Fisico

87 Studi su Modello Fisico Scala: 1:10 Onda lineare e non lineare Direzione d attacco normale H i 7,50 m ; T = 8 16 s F = 0,30 1,00 m (Harris, 1996; Ward, 2004)

88 Studi su Modello Fisico Fissato il Coefficiente di Sicurezza a Scorrimento η 0 = 2, il peso minimo necessario a garantire la stabilità è calcolato con l equazione di Morison Fdrag P d = + FA + μ F L (Harris, 1996)

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90 Studi su Modello Fisico Stabile a Ribaltamento: Prove in vasca (H i 2,25 m; T 12 s) Necessaria l adozione di fondazione o ancoraggio

91 Studi su Modello Fisico C t = 0,35 0,55 con 7 file allineate C t = 0,40 0,62 con 4 file sfalsate L IMPORTANZA DELLO SCHIERAMENTO!

92 Coefficiente di Trasmissione Ct in funzione dell'efficacia 0,7 Sommergenza: 0,30 m 0,6 Spaziatura: 0,45 m C t 0,5 0,4 0,3 1,50 m, 8 s 0,75 m, 8 s 1,50 m, 5 s 0,75 m, 5 s Onda 7 File Allineate 5 File Allineate 4 File Sfalsate

93 Studi in Vera Grandezza

94 Studi in Vera Grandezza Stati Uniti Messico Caraibi (Rep. Dominicana, Cayman Islands, Antigua, etc.) Kuwait

95 Studi in Vera Grandezza - 18 installazioni su spiagge aperte - 15 Installazioni nell Oceano Atlantico - 3 installazioni nell Oceano Pacifico - 2 interventi a difesa di ripascimenti artificiali

96 Bayahibe (Rep. Dominicana)

97 Bayahibe (Rep. Dominicana)

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99 Studi in Vera Grandezza Dopo anni di monitoraggio su 10 interventi: Stabilizzazione della linea di riva C t 0,5 per H i = 0,50 2,50 m, T =4 10 s Allargamento della spiaggia soddisfacente in 8 casi Cedimenti trascurabili

100 Studi in Vera Grandezza Dopo anni di monitoraggio su 10 interventi: Prestazioni massime con schieramento sfalsato (almeno 5 file) e fondazione Erosione sottoflutto minima Compatibilità ambientale eccellente

101 Vita marina a tre mesi dall installazione

102 Dentro la Scogliera Trapianto di Corallo

103 CPNS

104 Generalità Struttura modulare in cls rivestita con geotessile Sezione ellittica L g = m, M = m semiasse a 1,50 m semiasse b = 0,15 0,60 m

105 Caratteristiche Principali

106 Funzionamento Idrodinamico Attenuazione delle correnti indotte dal moto ondoso: Generazione di vortici

107 Dissipazione mediante generazione di vortici

108 Studi Verifiche di Stabilità: : Analisi agli Elementi Finiti Direzione Attacco: normale, obliqua, parallela H i 6,00 m ; T = 5 s Coefficiente di Sicurezza a Rottura η α 3,3 Coefficiente di Sicurezza a Scorrimento η 0 3,5

109 Studi Variazione della Dinamica Costiera (strato limite dell ordine di qualche centimetro) Effetto sul trasporto solido per trascinamento di fondo: - Dissipazione della longshore current (corrente in moto vario 2-D di fluido viscoso e incomprimibile su fondo orizzontale e poco permeabile) 40%

110 Studi Variazione della Dinamica Costiera (strato limite dell ordine di qualche centimetro) Effetto sulla longshore current: - Polarizzazione del moto delle particelle liquide tra pennelli, con formazione di vortici di verso opposto - Per L g /M 2 il sistema stabilizza la spiaggia e ne favorisce l allargamento

111 L g = 50 m, M = 22 m; L g /M = 2,27

112 Studi in Vera Grandezza

113 Studi in Vera Grandezza Grecia Egitto Italia - 17 interventi su spiagge del Mediterraneo -

114 Theologos (Grecia( Grecia) Estate 94 Estate 95

115 Theologos (Grecia( Grecia) Estate 94 Estate 95

116 Aghia Marina (Grecia( Grecia)

117 Studi in Vera Grandezza Dopo anni di monitoraggio su 17 interventi: Stabilizzazione della linea di riva Allargamento della spiaggia soddisfacente solo in 3 casi Erosione sottoflutto minima

118 Studi in Vera Grandezza Dopo anni di monitoraggio su 17 interventi: Capacità di ritenzione della sabbia apprezzabile (necessarie ulteriori esperienze di pieno campo) Compatibilità ambientale soddisfacente Impatto estetico evidente in 5 casi

119 ASR Ltd.

120 Barriere sommerse in geosintetici, il cui scopo principale, oltre a quello fondamentale della difesa della costa, è quello ricreativo, mirante a favorire la pratica del surf. I geocontainers differiscono dai tubi per la loro messa in opera: vengono riempiti, chiusi e poi scaricati nel punto di interesse.

121 Considerazioni Conclusive Visione Globale del Concetto di Difesa Modellazione Fisica a Grande Scala Opere a Ridotto Impatto Ambientale

122 L idea alla base dei sistemi presentati: OPERARE UNA RAZIONALIZZAZIONE DELLE RISORSE DI MATERIALE DISPONIBILI ALL INTERNO DELL UNITA FISIOGRAFICA, NEL RISPETTO DEI PROCESSI COSTIERI