REGIONE TOSCANA Comune di Sansepolcro

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1 REGIONE TOSCANA Comune di Sansepolcro PROGETTO DEFINITIVO ATI DI PROGETTAZIONE: MANDATARIA Vicolo Sant'Arcangelo n Bologna T T r.a. F areatecnica@matildi.com RESPONSABILE DELLA PROGETTAZIONE PROF. ING. GIUSEPPE MATILDI MANDANTE EUTECNE architettura ingegneria Via Romana, Perugia T F Via Roma, 20/a Campo nell'elba (Li) Isola d'elba T/F office@eutecne.it s.r.l. RESPONSABILE DELLA PROGETTAZIONE ING. FEDERICO FRAPPI COMMITTENTE: COMUNE DI SANSEPOLCRO R.U.P. Dott.Ing. Remo Veneziani GRUPPO DI PROGETTAZIONE Prof. Ing. Giuseppe MATILDI Dott. Ing. Stefano ISANI Dott. Ing. Paolo BARRASSO Dott. Ing. Guido CAMMAROTA Dott. Ing. Federico FRAPPI Dott. Ing. Francesco ARDINO Dott. Arch. Olimpia LORENZINI Dott. Arch. Vania MARGUTTI Dott. Geol. Armando GRAZI Dott. Ing. Noemi BRIGANTI Dott. Ing.Luca DELL'AVERSANO Dott. Ing. Fabio PENNAZZI Dott. Ing. Paola GONFIA Dott.ssa Paola SFAMENI TITOLO RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA CODICE PROGETTISTA ELAB. IR1A CODICE COMMESSA B93DA_IR1A REV. - A SCALA - - REV.N DATA MOTIVO DELLA EMISSIONE A GEN 2016 PROGETTO DEFINITIVO F.Ardino F.Frappi

2 REGIONE TOSCANA COMUNE DI SANSEPOLCRO REALIZZAZIONE DEL SECONDO PONTE SUL FIUME TEVERE E RACCORDI STRADALI DI COLLEGAMENTO FRA LA ZONA INDUSTRIALE "ALTO TEVERE" E VIA BARTOLOMEO DELLA GATTA SUL TRACCIATO DELLA VIA COMUNALE DEI "BANCHETTI" RELAZIONE IDROLOGICA-IDRAULICA 1 di 88

3 Indice Premessa ed obiettivi dello studio idraulico Inquadramento progettuale e normativo Studio idrologico Il fiume Tevere Portate di progetto 22 3 Studio idraulico Schematizzazione del sistema Le condizioni al contorno Modellazione allo stato ante operam Modellazione allo stato Post operam 27 4 Verifica degli effetti di erosione localizzata Conclusioni verifica idraulica ponte sul Tevere Verifica idraulica Fosso "Reglia dei Mulini" Introduzione Dati pluviometrici e curva di possibilità climatica Calcolo del tempo di corrivazione e della altezza di pioggia puntuale Calcolo della pioggia areale Calcolo della pioggia netta Calcolo della portata al colmo Verifica delle sezioni idrauliche 46 7 Opere di Raccolta e Scarico delle Acque Meteoriche di Piattaforma...55 ALLEGATO.1 Lineamenti del modello...60 ALLEGATO.2 Modellazione idraulica stato ante operam...78 ALLEGATO. 3 Modellazione idraulica stato post operam di 88

4 Premessa ed obiettivi dello studio idraulico In riferimento al progetto che prevede la realizzazione del collegamento tra la Z.I. Alto Tevere e via Bartolomeo della Gatta attraverso il tracciato esistente della strada dei Banchetti con attraversamento, tramite un nuovo ponte sul fiume Tevere, sito nel Comune di Sansepolcro e promosso dalla stessa amministrazione comunale, si rende necessario redigere uno studio idraulico propedeutico al progetto al fine di verificare la compatibilità idraulica dello stesso e di determinarne le condizioni di sicurezza idraulica come da Art. 28, Comma 2, lettera e) delle Norme Tecniche di Attuazione del PAI (Piano Stralcio di Assetto Idrogeologico). La presente relazione è parte integrante del succitato progetto, giunto alla fase definitiva, che comprende planimetrie di progetto, profili, sezioni trasversali ed elaborati di carattere strutturale. Le verifiche saranno condotte secondo il programma delle macroattività di seguito elencate: Raccolta e riesame critico dei dati cartografici, topografici, altimetrici dell intera area interessata dalle opere e delle aree limitrofe di pertinenza fluviale interessate dalle piene significative; Raccolta e riesame dei dati idrologici e idrometrici relativi alle sezioni di chiusura del tronco esaminato; Rappresentazione su modello dell asta fluviale e delle aree di pertinenza fluviale interessate dalle opere; Modellazione del moto idraulico nel tratto di interesse delle opere per lo scenario di evento riferito alla piena di riferimento nella configurazione ante operam e post operam; Esame dei risultati ed elaborazione delle soluzioni progettuali atte ad eliminare possibili interferenze delle opere di progetto (ponti, rilevati di approccio ed opere accessorie) ed il regime idraulico di piena; Verifiche idrauliche dei manufatti accessori all'opera e delle acque di piattaforma. 3 di 88

5 1 Inquadramento progettuale e normativo L'intervento oggetto di studio è costituito da un tratto di Strada Locale in ambito extraurbano. Il tracciato di progetto si sviluppa per circa un chilometro ed è caratterizzato da due tratti rettilinei tra i quali è interposta un'ampia curva di raggio 160 metri in corrispondenza del nuovo ponte sul fiume Tevere. La nuova strada si collega alla viabilità esistente in località zona industriale Santa Fiora (o Alto Tevere) tramite un incrocio a raso su un bivio esistente in via Malpasso. Sul lato Sansepolcro la strada si affianca alla esistente strada vicinale dei Banchetti e si allaccia ad essa in corrispondenza del sottopasso della strada S.S. 3 bis /E45. L'opera d'arte principale connessa alla nuova viabilità sarà il Ponte sul fiume Tevere: dal km 0+269,7 al Km 0+413,7 il ponte è del tipo a via superiore a tre campate, la luce complessiva è di 144m. La struttura portante dell'impalcato è realizzata in acciaio tipo CorTen. Andamento planimetrico del nuovo tratto stradale 4 di 88

6 Inserimento fotografico del ponte Prospetto del ponte e andamento altimetrico Il ponte è costituito da n. 2 pile circolari, collocate rispettivamente in golena destra e sinistra del Fiume Tevere, e da un impalcato in sistema misto acciaio - calcestruzzo. Il numero delle pile rispetto al progetto preliminare è stato dimezzato: questo permette, infatti, una riduzione del livello di piena per la diminuzione dell ingombro delle sottostrutture. Congiuntamente al dimezzamento di numero delle pile in golena ne è stata ridotta la dimensione: invece dei setti larghi nove metri previsti nel progetto preliminare la soluzione proposta prevede colonne circolari con diametro di 240 cm. La soluzione con struttura a tre campate, consente appunto di realizzare una sovrastruttura snella e due sole pile posizionate in area golenale al di fuori dell'alveo del fiume, in ottemperanza a quanto prescritto dalla Relazione idraulica al Regolamento Urbanistico del Comune di Sansepolcro, secondo la quale il ponte può avere due pile ma non deve avere opere nell'alveo inciso. Il nuovo tratto stradale si trova in un'area pianeggiante, pertanto le livellette seguono l'andamento del terreno ed hanno pendenze contenute. La necessità di garantire la sicurezza idraulica dell'opera, nonché la necessità di sovrappassare la strada vicinale Reglia dei Mulini, facente parte dell'itinerario culturale della Via Francigena, impone di innalzare la quota stradale nel tratto di attraversamento 5 di 88

7 golenale ponendo un vertice altimetrico convesso nella mezzeria del ponte a raccordo di due livellette simmetriche di pendenza 5,8%. L area in oggetto ricade per intero nell unità idrografica del Fiume Tevere e pertanto è governata dall Autorità di Bacino del Fiume Tevere. L area di interesse è quella dell'alta valle del Tevere, a valle della diga di Montedoglio, all'altezza dell'abitato di Sansepolcro. I PAI, al fine di conservare, difendere e valorizzare il suolo individua sul territorio tre fasce per il reticolo idrografico principale in cui la disciplina delle attività di trasformazione del suolo è volta al raggiungimento degli obiettivi di assetto. Il Piano stralcio per l'assetto idrogeologico è redatto ai sensi e per gli effetti della legge n. 183/1989 e del decreto-legge n. 180/1998, convertito nella legge n. 267/1998, della legge 365/2000. Il Piano è stato adottato in II adozione con delibera n. 114 del 5 Aprile 2006 del Comitato Istituzionale dell Autorità di Bacino del fiume Tevere, dopo aver superato la prevista fase delle Osservazioni al Piano anche ad esito delle Conferenze Programmatiche Regionali. Il PAI è stato approvato in data 10 Novembre 2006, con pubblicazione sulla Gazzetta Ufficiale avvenuta in data 9 Febbraio Inoltre il Piano stralcio per l'assetto idrogeologico, primo aggiornamento, dell'autorità di Bacino del Fiume Tevere, adottato dal Comitato Istituzionale in data 18 Luglio 2012, è stato approvato con Decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri il 10 aprile Di seguito si riporta uno stralcio della Tavola 1 (Fasce Fluviali e Zone a Rischio) costituente parte integrante del PAI. 6 di 88

8 Tav. 1 Fasce Fluviali e Zone di rischiosità idraulica - Autorità di Bacino del Fiume Tevere Nel PAI dunque vengono definiti i contorni delle fasce di rischio idraulico che vengono disciplinate come di seguito: Art. 28 -La Fascia A 1. Nella fascia definita A il P.A.I. persegue l'obiettivo di garantire generali condizioni di sicurezza idraulica, assicurando il libero deflusso della piena di riferimento e il mantenimento e/o il recupero delle condizioni di equilibrio dinamico dell'alveo e favorendo l'evoluzione naturale del fiume. 2. Nella fascia A sono ammessi esclusivamente : a) gli interventi edilizi di demolizione senza ricostruzione; b) gli interventi edilizi sugli edifici, sulle infrastrutture sia a rete che puntuali e sulle attrezzature esistenti, sia private che pubbliche o di pubblica utilità, di manutenzione ordinaria, straordinaria, restauro, risanamento conservativo e di ristrutturazione edilizia, 7 di 88

9 così come definiti alle lettere a), b), c) e d) dell art.3 del DPR 380/2001 e s.m.i., nonché le opere interne agli edifici, ivi compresi gli interventi necessari all adeguamento alla normativa antisismica, alla prevenzione sismica, all abbattimento delle barriere architettoniche ed al rispetto delle norme in materia di sicurezza ed igiene sul lavoro, nonché al miglioramento delle condizioni igienico-sanitarie, funzionali, abitative e produttive. Gli interventi di cui sopra possono comportare modifica delle destinazioni d uso senza incremento del carico urbanistico, aumento di volume ma non della superficie di sedime ad eccezione delle opere necessarie per l abbattimento delle barriere architettoniche e degli adeguamenti impiantistici e tecnologici in adempimento alle norme in materia di sicurezza e risparmio energetico. Gli interventi che comportano almeno una delle seguenti condizioni: - aumento di volume; - diversa distribuzione dei volumi esistenti; - diversa disposizione delle superfici di sedime; - cambi di destinazione d'uso; - modifiche delle caratteristiche morfologiche delle aree; devono essere realizzati in condizioni di sicurezza idraulica e senza modifica del deflusso della piena, a tal fine è necessario acquisire il nulla osta dell'autorità idraulica competente. Questi interventi non possono comunque prevedere volumetrie al di sotto del livello di campagna; c) gli interventi di difesa idraulica delle aree e degli edifici esposti al rischio a condizione che tali interventi non pregiudichino le condizioni di sicurezza idraulica a monte e a valle dell'area oggetto di intervento; d) gli interventi necessari a ridurre la vulnerabilità degli edifici, delle infrastrutture e delle attrezzature esistenti ed a migliorare la tutela della pubblica incolumità senza aumento di superficie e di volume; e) gli interventi di ampliamento di opere pubbliche o di pubblico interesse, riferiti a servizi essenziali e non delocalizzabili, nonché di realizzazione di nuove infrastrutture lineari e/o a rete non altrimenti localizzabili, compresa la realizzazione di manufatti funzionalmente connessi e comunque ricompresi all interno dell area di pertinenza della stessa opera pubblica. E consentita altresì la realizzazione di attrezzature ed impianti sportivi e ricreativi all aperto con possibilità di realizzazione di modesti manufatti accessori a servizio degli stessi. Tali interventi 8 di 88

10 sono consentiti a condizione che tali interventi non costituiscano significativo ostacolo al libero deflusso e/o significativa riduzione dell'attuale capacità d invaso, non costituiscano impedimento alla realizzazione di interventi di attenuazione e/o eliminazione delle condizioni di rischio e siano coerenti con la pianificazione degli interventi di protezione civile; f) gli interventi per reti ed impianti tecnologici, per sistemazioni di aree esterne, recinzioni ed accessori pertinenziali di arredo agli edifici, alle infrastrutture ed alle attrezzature esistenti, purché non comportino la realizzazione di nuove volumetrie, alle condizioni di cui alla lettera e); g) la realizzazione di manufatti di modeste dimensione al servizio di edifici, infrastrutture, attrezzature e attività esistenti, realizzati in condizioni di sicurezza idraulica e senza incremento dell'attuale livello di rischio; h) le pratiche per la corretta attività agraria con esclusione di ogni intervento che comporti modifica della morfologia del territorio; i) interventi volti alla bonifica dei siti inquinati, ai recuperi ambientali ed in generale alla ricostituzione degli equilibri naturali alterati e alla eliminazione dei fattori di interferenza antropica; l) le occupazioni temporanee, a condizione che non riducano la capacità di portata dell'alveo, realizzate in modo da non arrecare danno o da risultare di pregiudizio per la pubblica incolumità in caso di piena; m) gli interventi di manutenzione idraulica come definiti nell allegato Linee guida per l individuazione e la definizione degli interventi di manutenzione delle opere idrauliche e di mantenimento dell officiosità idraulica della rete idrografica ; n) gli edifici e i manufatti finalizzati alla conduzione delle aziende agricole, purché realizzate in condizioni di sicurezza idraulica e senza incremento dell attuale livello di rischio; o) gli interventi di difesa idraulica così come disciplinati dall art. 33; p) l'attività estrattiva nei limiti previsti dall articolo 34; q) gli interventi e le attività connessi alla navigazione nei tratti classificati, purché ricompresi in piani di settore o regionali, ed a condizione che non costituiscano fonte di trasporto per galleggiamento di mezzi o materiali durante la piena. r) gli interventi connessi alla produzione di energia idroelettrica in condizioni tali da non modificare il regime della piena di riferimento. 9 di 88

11 3. È richiesto il parere di cui al R.D. n. 523/1904 rilasciato dall'autorità competente in materia idraulica relativamente agli interventi di cui alle lettere c), l), m), n), o), q) del precedente comma 2. Art. 29 -La fascia B 1. Nella fascia B invece il PAI persegue l'obiettivo di mantenere e migliorare le condizioni di invaso della piena di riferimento, unitamente alla conservazione e al miglioramento delle caratteristiche naturali e ambientali. 2. Nella fascia B, sono ammessi: a) tutti gli interventi consentiti in fascia A di cui all art. 28 anche con aumento di volume e ampliamento e modifica delle destinazioni d'uso; b) gli interventi di ristrutturazione urbanistica sugli edifici, sulle infrastrutture sia a rete che puntuali e sulle attrezzature esistenti e relative aree di pertinenza, sia private che pubbliche o di pubblica utilità, così come definiti dalle normative vigenti, nonché di ampliamento e modifica della destinazione d'uso; c) i depositi temporanei conseguenti e connessi ad attività estrattive autorizzate, da realizzarsi secondo le modalità prescritte in sede di autorizzazione; d) gli interventi previsti dagli strumenti urbanistici generali vigenti alla data di entrata in vigore del P.A.I. nelle zone omogenee A, B e D (limitatamente al completamento di lotti residui in ambiti totalmente o parzialmente urbanizzati), nelle zone F (limitatamente alle attrezzature di carattere generale e pubblico) di cui al decreto interministeriale 1444/68, subordinando l attuazione delle previsioni alla loro messa in sicurezza. 3. Non è richiesto il nulla osta idraulico di cui al regio decreto 523/1904 da parte dell'autorità idraulica competente relativamente ai soli casi già previsti dal comma 3 dell'articolo 28. In tutti gli altri casi è invece necessario il nulla osta di cui sopra per la verifica delle condizioni idrauliche di seguito esposte. Gli interventi sono realizzati in condizioni di sicurezza idraulica ed in modo da non costituire significativo ostacolo al libero deflusso e/o significativa riduzione dell'attuale capacità di invaso, impedimento alla realizzazione di interventi di attenuazione e/o riduzione delle condizioni di rischio idraulico e coerentemente con la pianificazione degli interventi di protezione civile. 10 di 88

12 Art La fascia C 1. Nella fascia C infine il PAI persegue l'obiettivo di aumentare il livello di sicurezza delle popolazioni mediante la predisposizione prioritaria, da parte degli Enti competenti ai sensi della L. 24 febbraio 1992, n. 225 e successive modificazioni e/o integrazioni, di programmi di previsione e prevenzione, nonché dei piani di emergenza, tenuto conto delle ipotesi di rischio derivanti dalle indicazioni del PAI. 2. I programmi di previsione e prevenzione ed i piani di emergenza per la difesa delle popolazioni e dei loro territori investono anche i territori individuati come Fascia A e Fascia B. 3. L'autorità idraulica competente esprime parere di cui al R.D. 523/1904 nei casi di nuove realizzazioni di infrastrutture lineari quali ferrovie, autostrade e strade extraurbane. Pertanto l'opera risulta consentita dall'art. 28 C. 2 lett.e) delle NTA del PAI. Inoltre l'opera risulta inquadrabile altresì come Art. 46 C. 1 delle citate NTA del PAI. "Art 46 Opere pubbliche, di interesse pubblico 1. All interno delle fasce fluviali e delle aree a rischio idraulico e/o geomorfologico è consentita la realizzazione di opere pubbliche e di interesse pubblico purché compatibili con le condizioni di assetto idraulico e/o geomorfologico definite dal PAI e non altrimenti localizzabili; a tale scopo l autorità proponente indice una Conferenza di servizi con la presenza obbligatoria dell autorità competente alla gestione del vincolo idraulico o idrogeologico e dell Autorità di Bacino del fiume Tevere. 2. Le opere per la messa in sicurezza delle aree a rischio idraulico o geomorfologico sono soggette alle Conferenza di servizio costituita come al comma 1; il progetto sarà sottoposto a verifica riguardo alla compatibilità con l assetto definito dal PAI nonché con l obiettivo specifico della riduzione del livello di rischio." 11 di 88

13 Tav. P5 - Piano Gestione rischio alluvioni Fiume Tevere Per conoscenza si riporta un estratto dalla Tavola P5 facente parte del Piano di Gestione del Rischio Alluvioni, dell'autorità di Bacino del Fiume Tevere. Direttiva 2007/60/CE art. 6 D.Lgs. 49/2010, dove sono visibili le sezioni idrauliche del F. Tevere. 12 di 88

14 L area risulta inoltre vincolata ai sensi del Decreto Legislativo 24 marzo 2006, n. 157, recante "Disposizioni correttive ed integrative al decreto legislativo 22 gennaio 2004, n. 42, in relazione al paesaggio"; in particolare all art. 12 si legge: Art 12Sostituzione dell'articolo 142 del decreto legislativo 22 gennaio 2004, n L'articolo 142 del decreto legislativo 22 gennaio 2004, n. 42, e' sostituito dal seguente: «Art. 142 (Aree tutelate per legge) Sono comunque di interesse paesaggistico e sono sottoposti alle disposizioni di questo Titolo: a) i territori costieri compresi in una fascia della profondità di 300 metri dalla linea di battigia, anche per i terreni elevati sul mare; b) i territori contermini ai laghi compresi in una fascia della profondità di 300 metri dalla linea di battigia, anche per i territori elevati sui laghi; c) i fiumi, i torrenti, i corsi d'acqua iscritti negli elenchi previsti dal testo unico delle disposizioni di legge sulle acque ed impianti elettrici, approvato con regio decreto 11 dicembre 1933, n. 1775, e le relative sponde o piedi degli argini per una fascia di 150 metri ciascuna. Per quanto attiene infine al riferimento normativo della compatibilità idraulica dell opera si è fatto riferimento alla Direttiva contenente i criteri per la valutazione della compatibilità idraulica delle infrastrutture pubbliche e di interesse pubblico all interno delle Fasce A e B dell Autorità di Bacino del Fiume Po, approvata con deliberazione del Comitato Istituzionale n. 2 dell 11 maggio aggiornata con deliberazione n. 10 del Comitato Istituzionale del 5 aprile Come detto lo studio idraulico avrà come riferimento le portate utili alla determinazione delle Fasce A, B, C, portate riferite rispettivamente ai 50, 200 e 500 anni. La piena bicentenaria risulta essere quelle di riferimento per la determinazione dei franchi idraulici e della compatibilità di tutte le opere in progetto. Alle norme sopra citate si legge: Il minimo franco tra la quota idrometrica relativa alla piena di progetto e la quota di intradosso del ponte deve essere non inferiore a 0.5 volte l altezza cinetica della corrente e comunque non inferiore a un 1.00 m; il valore del franco deve essere assicurato per almeno 2/3 della luce quando l intradosso del ponte non sia rettilineo e comunque per almeno 40 m, nel caso di luci superiori a tale valore. Nel caso di corsi d acqua arginati, la quota di intradosso del ponte deve essere 13 di 88

15 superiore a quella della sommità arginale. Il franco minimo tra la quota idrometrica relativa alla piena di progetto e la quota di sommità del rilevato di accesso al ponte (piano viabile) deve essere non inferiore a 0.5 volte l altezza cinetica della corrente e comunque non inferiore a 1.00 m Per quanto riguarda il posizionamento del ponte si legge che L insieme delle opere costituenti l attraversamento non deve comportare condizionamenti al deflusso della piena e indurre modificazioni all assetto morfologico dell alveo. L orientamento delle pile (ed eventualmente delle spalle) deve essere parallelo al filone principale della corrente. In particolare devono essere rispettate le seguenti condizioni: _ per i corsi d acqua non arginati le pile e le spalle devono essere poste al di fuori delle sponde incise dell alveo; in via eccezionale la pila può interessare la sponda, purché sia integrata con opportuni accorgimenti di difesa e di rivestimento; _ nei casi in cui il ponte sia inserito in un tratto di corso d acqua interessato da altre opere di attraversamento poste in adiacenza, a monte o a valle, è necessario che le pile in alveo (ed eventualmente le spalle) siano allineate con quelle esistenti in modo che le pile presenti, considerate congiuntamente, non riducano la luce effettiva disponibile, anche ai fini del rischio di ostruzione da parte del materiale trasportato in piena; _ la struttura deve consentire il mantenimento della continuità della pista di servizio in fregio al corso d acqua ovvero sul rilevato arginale. Si richiama nel seguito la normativa vigente per gli aspetti connessi alla compatibilità idraulica dei ponti: 1. Decreto Ministero LL PP 4 Maggio 1990 Aggiornamento delle norme tecniche per la progettazione, l esecuzione ed il collaudo dei ponti stradali 2. Circolare n del 25/02/1991 del Ministero LL PP Istruzioni relativi all anormativa tecnica dei ponti stradali 3. Piano Stralcio per la realizzazione degli interventi necessari al ripristino dell assetto idraulico, alla eliminazione delle situazioni di dissesto idrogeologico e alla prevenzione di rischi idrogeologici, nonché al ripristino delle aree di esondazione Approvato con deliberazione n.9 del 10/05/1995 dal Comitato istituzionale dell Autorità di Bacino del Fiume Po Norme di Attuazione 14 di 88

16 4. Per la progettazione dei ponti stradali si richiamano le norme vigenti, D.M. del 2 agosto 1980 e D.M. del 4 maggio 1990 Norme tecniche per la progettazione, l esecuzione e il collaudo dei ponti stradali e la Circolare del Ministero LL.PP. n del 25 febbraio 1991 recante Istruzioni relative alla normativa tecnica dei ponti stradali in cui sono contenuti indirizzi e prescrizioni circa il dimensionamento idraulico dei manufatti. Infine precise indicazioni per l'opera di progetto si evincono dal I Stralcio del Regolamento Urbanistico del Comune di Sansepolcro, approvato Con Deliberazione di Consiglio Comunale n. 41 del 01/04/2015. Per gli ambiti territoriali potenzialmente interessati da previsioni insediative ed infrastrutturali ricadenti all interno delle aree soggette a pericolosità idraulica MOLTO ELEVATA I4 ed ELEVATA I3 (così come definite ed individuate secondo il citato e vigente D.P.G.R. n. 53/R) il Comune di Sansepolcro, nella Relazione Idraulica del I stralcio al Regolamento Urbanistico, ha effettuato considerazioni dettagliate dal punto di vista prettamente idraulico. Queste considerazioni hanno prodotto delle prescrizioni, connesse con la fattibilità dell intervento, che sono state poi riportate in apposite schede in calce alla relazione idraulica. Per l'intervento in oggetto, indicato in relazione n. 65, è stata prodotta un'apposita scheda riportata in allegato. La scheda è stata prodotta sovrapponendo il tracciato della nuova infrastruttura del progetto preliminare con le mappe di pericolosità idraulica del Piano Strutturale del Comune di Sansepolcro. Poiché il tracciato del ponte individuato nella presente progettazione definitiva è cambiato rispetto al progetto preliminare; di seguito si riporta la nuova sovrapposizione tra la Carta delle aree a pericolosità idraulica aggiornata Febbraio 2015 Tav_G9b 15 di 88

17 n. doc. B93DA IR1A 16 di 88

18 Anche con il nuovo tracciato una limitata porzione di suolo in destra idraulica è interessata dagli allagamenti per eventi di piena a frequenza di accadimento duecentennale. La porzione interessata è anch'essa di circa 200 mq. Come riportato nella scheda dell'intervento la fuoriuscita delle acque è imputabile all'abbassamento dell'argine dovuto, presumibilmente, al transito di mezzi agricoli sullo stesso, anche per la presenza del guado sulla superficie Sansepolcro Gricignano. Nella scheda sono riportati i criteri base da considerare nella redazione del progetto. Di seguito si riportano in tabella le prescrizioni date dalla Relazione idraulica al Regolamento Urbanistico e le soluzioni adottate dal presente progetto definitivo: Il ponte in progetto deve essere realizzato senza opere interne all'alveo inciso preferibilmente con una struttura a tre campate con due spalle realizzate all'interno del corpo arginale Le pile del ponte saranno realizzate esternamente all'alveo inciso. Il ponte presenta una struttura a tre campate Le spalle del ponte saranno realizzate al di fuori dell'area golenale del Tevere. E due pile all'interno delle golene La soluzione proposta prevede due colonne circolari con diametro di 240 cm all'interno delle golene Per garantire la continuità arginale è necessario realizzare rampe in terra in corrispondenza delle spalle del ponte; inoltre deve essere previsto l adeguamento del corpo arginale che nel tratto in corrispondenza del ponte risulta in cattivo stato di manutenzione e non in grado di contenere le acque di piena di eventi con Tr200 Conformemente a quanto prescritto al par del D.P.G.R. n. 53/R, p.to b), sulla porzione di suolo soggetta a pericolosità idraulica ELEVATA I3 la viabilità può essere realizzata purché sia assicurata la contestuale messa in sicurezza rispetto ad eventi con tempo di ritorno di 200 anni e non si determini aumento della pericolosità in altre aree. Le verifiche condotte sul Tevere in sede di In fase di realizzazione verrà garantita la continuità arginale tramite la riprofilatura dello stesso argine, assicurando la messa in sicurezza rispetto a eventi con Tr200 e la realizzazione della strada di accesso all'area golenale in quota. La quota della nuova viabilità in corrispondenza dell'area a pericolosità idraulica elevata I3 è maggiore di quella del p.d.c attuale maggiorata di 0,95m (0,65 m di battente + 0,30 franco). La quota del p.d.c in asse alla viabilità in tale zona è, infatti, pari a m.s.l.m, mentre la quota dell'asse della strada di progetto è di 308,02 m.s.l.m. 17 di 88

19 redazione dello Strumento Urbanistico comunale consentono di individuare in zona, in corrispondenza dell evento con Tr200, un battente idrico pari a ~0,65 m; la messa in sicurezza si ottiene pertanto impostando il piano carrabile su di un rilevato di altezza pari a 0,95 m (0,65 m battente + 0,30 m franco) rispetto al p.d.c. attuale. In prossimità del rilevato si rende necessario individuare lo scavo da realizzare per conseguire il compenso del volume sottratto al libero deflusso dell acqua. La superficie impegnata dall opera, soggetta a pericolosità idraulica ELEVATA I3 esterna agli argini e coinvolta nell ostacolo alla libera espansione delle acque, è di circa 200 mq; ne consegue che il volume da compensare è pari a V=200x0,65=130 mc. Il modesto volume di compenso necessario può essere ottenuto considerando i fossi di guardia da realizzarsi al piede dei rilevati stradali. 18 di 88

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21 2 Studio idrologico 2.1 Il fiume Tevere Per l'inquadramento idrologico e territoriale del F. Tevere nel tratto di studio si riporta un estratto dello studio idraulico del I Stralcio del Regolamento Urbanistico del Comune di Sansepolcro, approvato Con Deliberazione di Consiglio Comunale n. 41 del 01/04/2015. Il Fiume Tevere, con le sue golene ed il reticolo minore di fossi e canali di bonifica ad esso afferenti in destra e sinistra idrografica, costituisce il principale asse di drenaggio del territorio comunale di Sansepolcro. Il Tevere nasce in Emilia Romagna, alle pendici del Monte Fumaiolo, nel comune di Verghereto (FC), ad una quota di circa m s.l.m; il corso d acqua trae origine da due sorgenti, ubicate ad una decina di metri l'una dall'altra e denominate "le Vene". Con i suoi 405 km il Tevere costituisce il terzo fiume d Italia per lunghezza (dopo il Po e l Adige). Il Fiume Tevere è iscritto nell elenco delle acque pubbliche della Provincia di Arezzo, ai sensi del R.D. 523/1904, con il n. 259; all interno dell Allegato n. 4 del Quadro Conoscitivo del P.I.T. Corsi d acqua principali ai fini del corretto assetto idraulico il Fiume Tevere è identificato con il codice AR751. Dopo aver inciso un ripido dislivello e dopo un percorso di circa 4 chilometri in terra di Romagna, il Tevere continua il suo viaggio in Toscana, attraversando il comune di Pieve Santo Stefano. In località Montedoglio, al confine tra i comuni di Pieve Santo Stefano, Anghiari e Sansepolcro, le acque del Tevere trovano regolazione nell invaso che in tale sito è stato realizzato durante gli anni 80 (anno di inaugurazione: 1990 massima capacità di invaso prevista: 150 milioni di mc). Alle porte di Sansepolcro il fiume Tevere perviene recando in sé i contributi del Torrente Singerna (affluente di destra proveniente dal territorio di Caprese Michelangelo) e del Torrente Tignana. A valle di Sansepolcro il fiume entra in Umbria, quindi nel Lazio: è qui che, a Sud di Roma, sfocia nel Mar Tirreno. Il delta è formato da due rami; quello di Fiumara lambisce Ostia antica e dà origine alla foce vera e propria; quello navigabile bagna Fiumicino ed è stato, probabilmente, scavato dall uomo in epoca romana. 20 di 88

22 Dati morfometrici del F. Tevere nel tratto di interesse 21 di 88

23 3.2 Portate di progetto Per la definizione delle portate di progetto si farà riferimento alla Relazione Idraulica del Piano Strutturale del Comune di Sansepolcro che è stata prodotta per stabilire la sostenibilità dal punto di vista dell assetto idraulico delle ipotesi di sviluppo urbanistico della Città. Nel documento sono riportati i risultati di diverse metodologie di calcolo della portata (metodo del volume d'invaso; metodo di Regionalizzazione delle portate di piena in Toscana con il programma ALTO e la procedura per il calcolo della portata al colmo della piena utilizzata dall'autorità di Bacino del Tevere), per stabilire il valore di portata ragionevolmente più critico anche in virtù delle modificazioni che ha subito il corso d acqua negli ultimi decenni e dei fenomeni di esondazione che si sono verificati. Pertanto verranno utilizzate le massime portate calcolate come fatto nella modellazione allegata allo studio idraulico del PRG di seguito riportate: Nella Relazione Idraulica risulta, inoltre, che la portata massima scaricabile dall invaso di Montedoglio è pari a mc/sec (circa 700 mc/sec) ed è provocata dall apertura dello scarico di superficie regolato ( Q max = 360 mc/sec ) e dello scarico di fondo ( Q max = mc/sec). E da considerare che la portata di mc/sec è superiore a quella millenaria laminata dalla Diga. 22 di 88

24 3 Studio idraulico Di seguito riportiamo gli aspetti principali della modellazione idraulica, quali scelta del software di riferimento, scelta delle basi da utilizzare, assunzioni teoriche di base e scelta delle condizioni al contorno. 3.1 Schematizzazione del sistema La propagazione delle piene in alveo fluviale e la caratterizzazione del campo di moto è fortemente influenzata dalle condizioni idrometriche in riferimento alla conformazione morfologica del corso d acqua. Si ritiene opportuno svolgere, sulla scorta delle valutazioni fatte nel corso degli studi idraulici pregressi, una modellazione idraulica in moto permanente e/o vario 1D monodimensionale. A tal fine è stato utilizzato il modello in moto permanente HEC RAS dello US Army Corps of Engineers, basato sull integrazione, sezione per sezione, dell equazione dell energia e sulla soluzione dell equazione di continuità di massa. La simulazione del comportamento idraulico del corso d acqua nell intorno dell attraversamento di progetto è stata svolta ricostruendo localmente la geometria dell alveo mediante l introduzione nel modello di un numero sufficientemente rappresentativo di sezioni trasversali. Congruentemente con la scala di analisi e di rappresentazione del fenomeno idraulico sono state utilizzate le sezioni ufficiali come riportate nel sito ufficiale sia.umbriaterritorio.it; esse sono state opportunamente integrate con rilievi diretti volti all approfondimento di alcune aree, specie nei pressi dell attraversamento di progetto. Nei sopralluoghi è stato inoltre valutato lo stato di conservazione degli alvei in modo da introdurre nel modello di calcolo parametri di scabrezza effettivamente rappresentativi delle locali condizioni di deflusso. Per le scabrezze in alveo si è ritenuto opportuno utilizzare un coefficiente n di generalmente con fondo di ghiaia e ciottoli e presenza di bassa Manning pari a 0,035 s/m 1/3, ben rappresentativo delle condizioni rilevate (gli alvei risultano vegetazione quale erba e piccoli cespugli lungo le sponde). Per le 23 di 88

25 scabrezze delle golene sono stati utilizzati coefficienti mediamente più elevati (0,040 s/m 1/3 / 0,050. s/m 1/3 ). Il coefficiente di scabrezza per le opere in cls è stato assunto pari a 0,013 s/m 1/3. Tali coefficienti sono i medesimi riportati nei tabulati delle sezioni idrauliche nello studio pregresso allegato al PRG del Comune di Sansepolcro. Inoltre sono i coefficienti che meglio rappresentano l effettiva situazione morfologica della zona in esame e che meglio permettono la congruenza dei risultati della modellazione ante-operam realizzata con i risultati dello studio del PRG Riportiamo di seguito le sezioni utilizzate per la schematizzazione del sistema. Sezioni utilizzate per la modellazione idraulica (come da geometria Hec-Ras) 24 di 88

26 3.2 Le condizioni al contorno Alla luce dei caratteri morfometrici ed idraulici del corso d acqua risultanti nel tratto in esame si è scelto, anche alla luce degli studi idraulici pregressi, di effettuare una modellazione idraulica che presentasse come condizione di valle e di monte l altezza idraulica critica (modellazione svolta in regime di corrente mista). Tale assunzione, anche alla luce di ulteriori approfondimenti svolti, risulta appropriata alla condizione idraulica nel tratto fluviale preso in esame. 3.3 Modellazione allo stato ante operam La modellazione allo stato ante operam è stata svolta ponendo la dovuta attenzione agli studi idraulici pregressi e alle tracce delle fasce che ne sono seguite. Avendo modellato con le sezioni ufficiali del PAI e con le portate dello studio idraulico del PRG non è facile trovare precisa corrispondenza. Ci si baserà essenzialmente sulle evidenze note alla sezione 6 del PRG con la sezione caricata ad hoc nel progetto. profile Q tot Min Ch WS Crit E.G. E.G.Slope Froude Reach (m3/s) El (m) Elev WS Elev (m/m) (m) (m) (m) tevere 6 q tevere 6 q tevere 6 q tevere 6 q di 88

27 In riferimento alla citata sezione, si ottengono i seguenti risultati in termini di tiranti idraulici. Sezioni Idrauliche Studio Idraulico Consorzio PRG Livello idrico (m s.l.m.) Velocità (m/s) Studio Idraulico presente Livello idrico (m s.l.m.) Velocità (m/s) sez Confronto tiranti idrici e velocità per Tempo di ritorno di 200 anni - portata 668,1 mc/s Sezioni Idrauliche Studio Idraulico Consorzio PRG Livello idrico (m s.l.m.) Velocità (m/s) Studio Idraulico presente Livello idrico (m s.l.m.) Velocità (m/s) sez Confronto tiranti idrici e velocità per Tempo di ritorno di 500 anni - portata 700 mc/s Nonostante il livello idrico risulti più basso di alcuni centimetri, si ritiene valida la modellazione ante operam, da utilizzare nel post-operam per valutare gli effetti idraulici del ponte e delle opere connesse. Come già anticipato confermiamo la similitudine dei risultati raggiunti; i livelli ottenuti nel presente studio idraulico confermano quanto segue: 26 di 88

28 Estrema vocazione dell area posta in sinistra idraulica alla laminazione naturale del fiume, per eventi con elevati tempi di ritorno; Gli argini sia in dx che in sx non presentano adeguato franco di sicurezza idraulica. Le opere in progetto dovranno pertanto rispettare le seguenti prescrizioni e/o indicazioni di carattere idraulico: L opera dovrà mantenere un franco di un metro tra la minima quota dell intradosso dell impalcato e la sommità arginale e tutte le prescrizioni recepite dall'intervento n. 65 del I Stralcio del Regolamento Urbanistico del Comune di Sansepolcro. Il progetto stradale così concepito ha rappresentato la base per la costruzione dello stato post operam secondo quanto di seguito esposto. 3.4 Modellazione allo stato Post operam Al fine di modellare le opere annesse alla realizzazione dell attraversamento di progetto è stata introdotta una ulteriore sezione idraulica. La geometria del ponte è stata opportunamente inserita, tendendo conto delle tavole stradali e strutturali di progetto, in maniera tale da valutare l effettiva influenza delle opere in virtù della loro angolazione rispetto al verso di scorrimento della corrente, ortogonale al quale sono strutturate le sezioni idrauliche. La soluzione progettuale è stata ampiamente sviluppata, e verificata in virtù delle proposte avanzate. Di seguito riproponiamo i risultati più significativi emersi nell ambito della presente modellazione svolta secondo la geometria di progetto con il confronto dei risultati. La tabella seguente mostra il confronto dei livelli idrici e delle velocità di deflusso nello stato ante operam e post operam (con viabilità e ponte di progetto) con relativi differenziali. 27 di 88

29 ANTE OPERAM Reach River Sta Profile Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) Tevere 956 Tr=20 anni Tevere 956 Tr=30 anni Tevere 956 Tr=200 anni Tevere 956 Tr=500anni SEZIONE NON PRESENTE, INSERITA SOLO NELLA CONFIGURAZIONE POST OPERAM PER COSTRUIRE LA GEOMETRIA DEL PONTE PONTE Tevere Tr=20 anni Tevere Tr=30 anni di 88

30 Tevere Tr=200 anni Tevere Tr=500anni n. doc. B93DA IR1A Tevere 955 Tr=20 anni Tevere 955 Tr=30 anni Tevere 955 Tr=200 anni Tevere 955 Tr=500anni Tevere 954 Tr=20 anni Tevere 954 Tr=30 anni Tevere 954 Tr=200 anni Tevere 954 Tr=500anni Tevere 953 Tr=20 anni Tevere 953 Tr=30 anni Tevere 953 Tr=200 anni Tevere 953 Tr=500anni di 88

31 Reach River Sta Profile DIFFERENZA POST OPERAM ANTE-POST OPERAM Q Min Ch W.S. Crit E.G. E.G. Vel Flow Top Froude # W.S. Elev Total El Elev W.S. Elev Slope Chnl Area Width Chl (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) (m) Tevere 956 Tr=20 anni Tevere 956 Tr=30 anni Tevere 956 Tr=200 anni Tevere 956 Tr=500anni n. doc. B93DA IR1A Tevere Tr=20 anni Tevere Tr=30 anni Tevere Tr=200 anni Tevere Tr=500anni Tevere Tr=20 anni Tevere Tr=30 anni Tevere Tr=200 anni Tevere Tr=500anni Tevere Tr=20 anni Tevere Tr=30 anni Tevere Tr=200 anni Tevere Tr=500anni di 88

32 Tevere 955 Tr=20 anni Tevere 955 Tr=30 anni Tevere 955 Tr=200 anni Tevere 955 Tr=500anni Tevere 954 Tr=20 anni Tevere 954 Tr=30 anni Tevere 954 Tr=200 anni Tevere 954 Tr=500anni Tevere 953 Tr=20 anni Tevere 953 Tr=30 anni Tevere 953 Tr=200 anni Tevere 953 Tr=500anni di 88

33 Dalla tabella precedente possiamo trarre le seguenti considerazioni: Gli argini all'altezza del ponte non vengono sormontati dalla corrente di piena nemmeno per portata con TR 200 anni; Risulta garantito il franco di un metro ben oltre i 2/3 della luce del ponte, praticamente sulla intera sezione (vedi sezione di attraversamento) prendendo in via cautelativa come quota di riferimento con TR 200 anni 305,78 m slm pari al livello idrico della sezione 6 dello studio idraulico del PRG; Gli effetti indotti sulla laminazione naturale possono considerarsi del tutto trascurabili; infatti il sopralzo massimo per Tr=200 anni è inferiore a 10 cm e si verifica in corrispondenza della sezione a monte e si dissipa a circa 350 metri a monte del ponte di progetto; Le aree di laminazione naturale del fiume rimangono pressoché inalterate e le modifiche indotte in termini di battenti idrici e velocità della corrente (praticamente immutate) non vanno a modificare le condizioni attuali di rischio idraulico. Alla luce di quanto evidenziato la soluzione tecnica proposta per l attraversamento del Fiume Tevere risulta corretta e l opera non impedisce il transito delle portate di piene del fiume. L opera di progetto si presenta altresì in condizioni di sicurezza idraulica, anche in virtù dell arginatura risagomata per la realizzazione dell'opera. 32 di 88

34 4 Verifica degli effetti di erosione localizzata Contestualmente alla analisi di compatibilità idraulica delle opere di progetto è stata condotta una verifica di stabilità delle opere in progetto esposte all azione della corrente (pile e argini). Sono stati valutati a tal fine i fenomeni incisivi localizzati alla base delle pile e degli argini causati dalla deflessione del campo cinematico indotta dalla presenza di strutture rigide in corrente. Dall analisi dei campi di velocità in corrispondenza della sezione di attraversamento per tempi di ritorno di 50 e 200 anni si evince come le velocità di deflusso siano piuttosto basse in corrispondenza delle pile di progetto, dell ordine di 1-2 m/s. Fiume Tevere Sezione di attraversamento ponte di progetto Campo di velocità nella sezione per Tr=200 anni 33 di 88

35 Come evidenziato nello studio idraulico le portate di piena interferiscono dunque con gli argini riprofilati dove si è ricorso all adozione di opere di difesa idraulica costituite da scogliere di massi di calcare sano privo di giunti e fessurazioni. Le opere longitudinali in scogliera hanno la funzione, oltre che di protezione dall erosione (anche in previsione di future evoluzioni morfologiche dell alveo), di regolarizzazione dei deflussi attuali. La verifica di una protezione di sponda in massi sciolti deve valutare la stabilità sia nella zona B (vedi figura seguente) dove è massima la tensione tangenziale della corrente sulla sponda, che nella zona A, dove è massima la tensione tangenziale della corrente sul fondo. Schema di un corso d acqua con indicazione delle zone di importanza progettuale ai fini della stabilità delle sponde L opera verrà fondata al di sotto della linea di thalweg con la posa in opera di massi di cava di peso e volume tali da corrispondere al volume risultante dalle verifiche di stabilità. Per la disposizione planimetrica si rimanda agli elaborati grafici allegati. VERIFICHE SISTEMAZIONI IDRAULICHE SPONDALI Il metodo utilizzato si basa sulla teoria delle condizioni di moto incipiente del materiale investito dalla corrente sulle sponde (Teoria di Shields). Il moto del materiale di diametro minore o uguale a d ha origine quando la tensione tangenziale τ dovuta alla corrente supera il valore critico τ cr, funzione della dimensione del materiale e delle caratteristiche geometriche dell'argine. 34 di 88

36 La tensione tangenziale massima esercitata dalla corrente è espressa dalla relazione : τ =ξ γw y i 0 0 dove γ w è il peso specifico del fluido (pari ad 1 t/mc), i la pendenza di fondo, y 0 l altezza idrica nella sezione e ξ è un coefficiente che tiene conto della distribuzione delle τ sul fondo e sulle sponde; esso viene assunto cautelativamente pari ad 1 in corrispondenza del fondo e 0,75 in corrispondenza delle sponde, secondo le indicazioni usualmente riportate in letteratura tecnica e nelle raccomandazioni dei costruttori (cfr., a titolo esemplificativo, Ugo Maione, Armando Brath Moderni Criteri di Sistemazione degli Alvei Fluviali - Atti del Corso di Aggiornamento- Politecnico di Milano). Il calcolo delle tensioni tangenziali dovute alla corrente è stato svolto nelle condizioni più gravose in cui risulta massimo il battente idrico y 0 con Tr=200 anni ed ipotizzando una pendenza media nel tratto dello 0,3% ed è riassunto nel prospetto seguente. Pendenza (i) Battente idrico (y 0 ) Corso d acqua τ 0 (N/mq) (m) Fiume Tevere (sponda) 0,0031 5,35 123,01 Calcolo delle tensioni tangenziali massime esercitate dalla corrente I valori della τ0 devono essere confrontati con le tensioni tangenziali critiche che mobilitano il materiale sul fondo e sulle sponde. Il valore critico τcr che mobilita un granulo di diametro dm con peso specifico γs (2,67 t/mc) in assenza di coesione ed in regime turbolento ha la seguente espressione: τ tg ( α ) = (0,06 ( γ s γ w ) d tg ( ϕ ) 2 cr ( α ) cos( α ) 1 2 m dove α dell inclinazione della sponda (assunta pari a 35 per le sezioni in esame) e φ l angolo di attrito del materiale (da letteratura si assume un angolo di 50 per il calcare sano privo di giunti e fessurazioni; dm (diametro medio dei massi da scogliera) è pari a 0,8 m. Se α è pari a zero (fondo alveo) la precedente si riduce a: τ cr = 0,06( γ γ ) d s w m 35 di 88

37 Di seguito si riporta il confronto tra le tensioni esercitate dalla corrente e quelle critiche in riferimento alla protezione dell'argine. Corso d acqua τ 0 (N/mq) τ cr (N/mq) Fiume Tevere (sponda) 123,01 360,72 Confronto delle tensioni tangenziali massime esercitate dalla corrente Dal confronto risulta verificata la stabilità dei rivestimenti in scogliera all azione di trascinamento della corrente e dunque si adopera per essa il diametro minimo di 0,8 metri. 36 di 88

38 5 Conclusioni verifica idraulica ponte sul Tevere In riferimento al progetto che prevede la realizzazione del collegamento tra la Z.I. Alto Tevere e via Bartolomeo della Gatta attraverso il tracciato esistente della strada dei Banchetti con attraversamento, tramite il nuovo ponte sul fiume Tevere, sito nel Comune di Sansepolcro e promosso dalla stessa amministrazione comunale, si rende necessario redigere uno studio idraulico propedeutico al progetto al fine di verificare la compatibilità idraulica dello stesso e di determinarne le condizioni di sicurezza idraulica come da Art. 28, Comma 2, lettera e) delle Norme Tecniche di Attuazione del PAI (Piano Stralcio di Assetto Idrogeologico). Lo studio si è basato su studi pregressi quali: Piano stralcio per l'assetto idrogeologico, primo aggiornamento, dell'autorità di Bacino del Fiume Tevere, Approvato con Decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri il 10 aprile 2013; Piano di Gestione del Rischio Alluvioni, dell'autorità di Bacino del Fiume Tevere. Direttiva 2007/60/CE art. 6 D.Lgs. 49/2010 Piano Strutturale del Comune di Sansepolcro (AR), approvato con D.C.C. n. 147 del 2010 I Stralcio del Regolamento Urbanistico del Comune di Sansepolcro, approvato Con Deliberazione di Consiglio Comunale n. 41 del 01/04/2015. Verificato lo scenario ante-operam si è costruito quello post operam dai cui risultati si evince che: Gli argini all'altezza del ponte non vengono sormontati dalla corrente di piena nemmeno per portata con TR 200 anni; Risulta garantito il franco di un metro ben oltre i 2/3 della luce del ponte, praticamente sulla intera sezione (vedi sezione di attraversamento); Gli effetti indotti sulla laminazione naturale possono considerarsi del tutto trascurabili; infatti il sovralzo massimo per Tr=200 anni è inferiore a 10 cm e si verifica in corrispondenza della sezione a monte e si dissipa a circa 350 metri a monte del ponte di progetto; Le aree di laminazione naturale del fiume rimangono pressoché inalterate e le modifiche indotte in termini di battenti idrici e velocità della corrente 37 di 88

39 (praticamente immutate) non vanno a modificare le condizioni attuali di rischio idraulico. Alla luce di quanto evidenziato la soluzione tecnica proposta per l attraversamento del Fiume Tevere risulta corretta e l opera non impedisce il transito delle portate di piene del fiume. L opera di progetto si presenta altresì in condizioni di sicurezza idraulica, anche in virtù dell arginatura risagomata per la realizzazione dell'opera e rispecchia le prescrizione come da Art. 28 Comma 2 lettera e) delle NTA del PAI. 38 di 88

40 6 Verifica idraulica Fosso "Reglia dei Mulini" 6.1 Introduzione Il fosso Reglia dei Mulini è un affluente in sinistra idrografica del fiume Tevere. Dopo aver attraversato il centro di di San Sepolcro corre parallelo alla strada Dei Banchetti fino a raggiungere l'argine del fiume. Quindi prosegue parallelo all'argine per circa 1.5 chilometri e confluisce nel fiume. Il nuovo ponte sul fiume Tevere prevede la realizzazione di un raccordo stradale che si sovrappone sia alla strada Dei Banchetti che al fosso. Pertanto è stato necessario prevedere il suo spostamento per una lunghezza di circa 250 metri in prossimità del fiume e un attraversamento idraulico della nuova strada. Il nuovo alveo del fosso sarà in terra a sezione trapezia con sponde inclinate di 45. L'attraversamento della strada sarà realizzato con uno scatolare in c.a.. Si prevede inoltre la sistemazione e risagomatura della sezione idraulica del tratto parallelo all'argine fino alla confluenza col fiume. Il dimensionamento idraulico del nuovo alveo e dell'attraversamento stradale sono oggetto del presente capitolo. Il bacino imbrifero drenato dal fosso è stato delimitato su base cardografica. Le sue caratteristiche sono riportate di seguito: Superficie complessiva 2.00 Km 2 ; lunghezza dell'asta 3.40 Km; Quota massima del bacino 405 mslm; Quota minima del bacino 302 mslm. Si riportano di seguito le figure che rappresentano il bacino imbrifero del fosso su carta tecnica e su immagine satellitare. 39 di 88

41 Bacino imbrifero del fosso Reglia dei Mulini su carta tecnica. Il calcolo delle portate di piena del bacino viene eseguito in base alla procedura proposta nell'ambito del 2 stralcio della fase conoscitiva del piano di bacino del Tevere per il calcolo delle portate di piena, di assegnato tempo di ritorno, in bacini di modeste dimensioni (di superficie minore di 100 Km 2 ). La procedura proposta combina i risultati dell'analisi regionale delle precipitazioni di durata da 1 a 24 ore ed il metodo del "Curve Number" sviluppato nel 1972 dal Soil Conservation Center. 40 di 88

42 Bacino imbrifero del fosso Reglia dei Mulini su immagine satellitare. 6.2 Dati pluviometrici e curva di possibilità climatica La massima altezza di pioggia "h" di durata "δ" che si verifica nell'area con periodo di ritorno T si esprime con la relazione h (δ,t) =a (T) δ n : (con h in mm) oppure in termini di intensità di pioggia : i (δ,t ) = h (δ,t ) δ =a n 1 (T ) δ Nello specifico con riferimento alle linee segnalatrici di possibilità pluviometrica riportate nell'ambito dell'accordo di collaborazione tra Regione Toscana e Università di Firenze di cui alla DGRT 1133/2012, che ha provveduto ad aggiornare il quadro conoscitivo idrologico del territorio toscano, con riferimento a un tempo di ritorno T = 200 anni e alla stazione TOS , sono stati ricavati i seguenti parametri: a = ; n = di 88

43 6.3 Calcolo del tempo di corrivazione e della altezza di pioggia puntuale Il calcolo di tale grandezza si rende necessario in quanto con essa si individua la durata critica di pioggia relativa al bacino in esame. Vengono usate di seguito diverse relazioni adatte a bacini caratterizzati da superficie S di modesta estensione e adottando successivamente il valore più cautelativo: 1. Giandotti: Tc= 4 S+1.5 L 0.8 (H media H min ) 2. Ventura : Tc= S i 3. Dove: Pezzoli: Tc=0.055 L i Tc è il tempo di corrivazione espresso in ore; L è la lunghezza dell'asta principale in Km; S è la superficie del bacino in Km 2 ; i è la pendenza media dell'asta principale; H media e H min sono la quota media del bacinino (mslm) e la quota nella sezione di chiusura (mslm). Giandotti Tc = Ventura Tc = Pezzoli Tc = 1,87 h 1,03 h 1,07 h Si adotta cautelativamente il valore fornito dalla formula di Ventura: Tc = 1.03 h. L'altezza di pioggia puntuale vale: h ( Tc,200) = Tc = Calcolo della pioggia areale Il calcolo di questa grandezza viene effettuato mediante una procedura proposta dal U.S. Weather Bureau che tiene conto sia della durata dell'evento meteorico sia della 42 di 88

44 superficie interessata. La formula è valida per eventi di durata superiore ai 5 minuti (0.09 ore). L'altezza di pioggia areale ha vale: ha=h Pa/100 dove: Pa=100 S h /( X 1 +X 2 S h ) X 1 =100 Tc/( Tc) X 2 =0.03 Tc con S h superficie del bacino in ettari. X1 = 344,419 X2 = 0,027 sup del bacino in ha Sh = 200,00 ha Pa = 99,43 h di Pioggia areale ha = 68,88 mm 6.5 Calcolo della pioggia netta Il calcolo della pioggia netta, ovvero del volume di piena, viene effettuato in base al metodo del Curve Number, formulato dal Soil Conservation Service nel Tale metodo mette in relazione l'altezza di pioggia areale "ha" con l'altezza di pioggia defluita in rete attraverso la seguente formula: Pn= (ha 5.08 S 1) 2 (ha S 1 ) dove S 1 rappresenta la massima ritenzione del bacino ed è funzione del tipo di terreno, del suo grado di saturazione e dell'uso del suolo. Viene espresso dalla formula: S 1 =(1000/CN) 10 CN o "Curve Number" è un coefficiente sperimentale che tiene conto delle caratteristiche del bacino clasificate dallo U.S. Soil Conservation Service e specificamnete dalla permeabilità e dall'uso del suolo. 43 di 88

45 Il metodo è basato su un sistema di classificazione del suolo in quattro classi di permeabilità individuate dalle lettere A, B, C, D (si veda tabella seguente). Nel caso di terreni variegati possono essere identificate un certo numero di superfici omogenee S i ognuna caratterizzata da un proprio CN i dell'intero bacino mediante media pesata: CN= i (S i CN i ) (S) e ottenere il coefficiente CN Nel caso in esame il suolo è caratterizzato dalla presenza di limi sabbiosi e sabbie limose di moderata permeabilità (B). Sono state individuate le tipologie riportate nella tabella seguente: 44 di 88

46 Uso del Suolo % S Si Permeab. Cn_i Si Cn_i Area Coltivata monte 10,00% 0,20 B 75 15,0 Area Urbana 25,00% 0,50 B 92 46,0 Area coltivata valle 65,00% 1,30 B 75 97,5 158,5 Il valore medio per l'intera superficie vale: CN = 79,25 Con i dati riportati l'altezza di pioggia vale: S1 = 2,62 Pn = 25,3 mm 6.6 Calcolo della portata al colmo Il calcolo della portata al colmo viene eseguito sulla base di una forma predefinita di idrogramma e quindi uguagliando l'apporto meteorico efficace al volume di deflusso. La forma dell'drogramma utilizzata è quella di Ghirardelli, ossia il classico idrogramma triangolare avente tempo di risalita e tempo di discesa pari al tempo di corrivazione. Con queste assunzioni la portata al colmo risulta: Qc=Pn S h /(360 Tc) in m 3 /s. Essendo: Pn la pioggia netta areale in mm; S h la superficie del bacino in ettari; Tc il tempo di corrivazione in ore. Nel caso in esame si ha: Qc = 13.6 m 3 /s 45 di 88

47 6.7 Verifica delle sezioni idrauliche Allo stato attuale l alveo del fosso si mantiene parallelo alla strada esistente. La costruzione della nuova strada comporta la necessità di deviare il suo alveo per circa 250 metri. E' previsto inoltre uno scatolare di attraversamento della nuova strada in calcestruzzo armato. Il nuovo alveo dovrà avere una sezione idraulica sufficiente a smaltire le portate determinate in precedenza. La nuova sezione idraulica avrà forma trapezia con base di 3.00 metri, altezza 1.50 metri, con sponde inclinate di 45 ; la sua pendenza media è di 0.5% circa. Invece l'opera di attraversamento stradale consiste in uno scatolare in cls costituito da due canne con dimensione interna pari a 1.85 metri di base e 1.80 metri di altezza. La portata di progetto precedentemente calcolata con TR = 200 anni è pari a Qc = 13.6 m 3 /s. Sezione di progetto nuovo tratto del F. Reglia dei Mulini Sezione attraversamento stradale con scatolare in cls 46 di 88

48 Vista la geometria del nuovo tratto di Fosso, si è ritenuto opportuno svolgere una modellazione idraulica in moto permanente 1D monodimensionale dello stato nella condizione di progetto per verificare la funzionalità idraulica di tale opera. A tal fine è stato utilizzato il modello in moto permanente HEC RAS dello US Army Corps of Engineers, basato sull integrazione, sezione per sezione, dell equazione dell energia e sulla soluzione dell equazione di continuità di massa. La simulazione del comportamento idraulico del corso d acqua nell intorno dell attraversamento di progetto è stata svolta ricostruendo localmente la geometria dell alveo mediante l introduzione nel modello di un numero sufficientemente rappresentativo di sezioni trasversali. Nei sopralluoghi è stato inoltre valutato lo stato di conservazione degli alvei in modo da introdurre nel modello di calcolo parametri di scabrezza effettivamente rappresentativi delle locali condizioni di deflusso. Per le scabrezze in alveo si è ritenuto opportuno utilizzare un coefficiente di Manning n pari a 0,033 s/m 1/3, ben rappresentativo delle condizioni rilevate e di progetto. Il coefficiente di scabrezza per le opere in cls è stato assunto pari a 0,013 s/m 1/3. I coefficienti di contrazione ed espansione utilizzati per l'attraversamento stradale sono di seguito riportati: Coefficiente Sezione ordinaria Bruschi restringimenti e/o allargamenti Contrazione Espansione Coefficienti di contrazione ed espansione Le sezioni utilizzate per la schematizzazione del sistema sono 4 il cui sviluppo è di seguito riportato unitamente alla planimetria di progetto: un sezione è posta a monte nel tratto non oggetto di intervento, mentre le altre riguardano il tratto oggetto di riprofilatura ed il manufatto di attraversamento stradale. Alla luce del tipo di modellazione adottata si è scelto di utilizzare come condizione al contorno l'altezza di moto uniforme a monte, calcolata specificando la pendenza della linea dell'energia nella sezione di interesse pari a circa 0.05 m/m. 47 di 88

49 Schematizzazione geometrica Hec Ras del tratto di studio 48 di 88

50 Sez. 4 Sez. 3 Sez. 2 Sez. 1 Planimetria di progetto con indicazione delle sezioni di progetto Si riportano di seguito gli elaborati grafici di output derivanti dalla modellazione idraulica. Profilo idraulico F. Reglia dei Molini 49 di 88

51 Sezioni idrauliche F. Reglia dei Mulini (River Station n 4-3) 50 di 88

52 Sezioni idrauliche F. Reglia dei Mulini (River Station n 2-1.9) 51 di 88

53 Sezioni idrauliche F. Reglia dei Mulini (River Station n 1.5 Tombino di progetto) 52 di 88

54 Sezioni idrauliche F. Reglia dei Mulini (River Station n 1.2-2) 53 di 88

55 Tabella con i dati della modellazione idraulica in output Alla luce dei risultati ottenuti dalla modellazione idraulica si evince che le sezioni idrografiche del fosso di progetto sono adeguate a contenere la portata di progetto pari a 13.6 m 3 /s. Anche l'attraversamento stradale con lo scatolare in cls risulta verificato con un adeguato franco idraulico (> 50 cm). 54 di 88

56 7 Opere di Raccolta e Scarico delle Acque Meteoriche di Piattaforma Lo studio idraulico relativo alla regimazione delle acque prevede di mantenere separate le acque provenienti dalla piattaforma (che necessitano di un trattamento di depurazione dagli olii minerali) da quelle intercettate dai fossi di guardia scolanti dal terreno a monte della strada. Per le prime si è provveduto a realizzare un sistema di fognatura in tubi di PVC per tronchi stradali di lunghezza compresa tra 400 e 500 metri, le cui acque attraversano appositi disoleatori prima di essere destinate al recapito; per le seconde si è progettato un sistema costituito da fossi di guardia individuati al piede dei rilevati e a monte degli scavi a sezione rettangolare rivestita di calcestruzzo o trapezia in terra o rivestita. Calcolo dell'altezza di Pioggia Con riferimento alle linee segnalatrici di possibilità pluviometrica riportate nell'ambito dell'accordo di collaborazione tra Regione Toscana e Università di Firenze di cui alla DGRT 1133/2012, che ha provveduto ad aggiornare il quadro conoscitivo idrologico del territorio toscano, con riferimento a un tempo di ritorno T = 5 anni e alla stazione TOS Anghiari (AR), sono stati ricavati i seguenti parametri: a = ; n = h (δ,t) =a (T) δ n Le relazioni h (δ,t) e i (δ,t) ricavate sono valide per durate di pioggia maggiori o uguali all'ora. Esse presentano l'inconveniente che per tempi molto brevi. A questa incongruenza si ovvia considerando per valori diversi ; il valore sopra riportato per l'intervallo 1 24 ore e un valore maggiore per durate inferiori all'ora. Si useranno quindi due relazioni h (δ,t) per i diversi intervalli di durata. Poiché nell'area in esame non sono disponibili osservazioni per durate più brevi di 1 ora si farà riferimento a rapporti r δ = h δ / h 1 di letteratura ( h δ è l'altezza di pioggia di durata δ < 1 ora e h 1 è l'altezza di pioggia oraria). Con riferimento al pluviografo di Milano Monvisio, su un campione di 17 anni, il rapporto rδ per δ=5min 55 di 88

57 vale rδ = Tale valore sarà preso come riferimento. Imponendo che nel punto di passaggio da una legge all'altra (1 ora) entrambe le leggi diano la stessa altezza di pioggia e all'estremo δ relativo alla durata più breve si abbia il valore h (δ,t) = r δ a (T) (si osservi che per δ = 1 ora h (δ,t) = a (T) indipendente da n). poiché h (1,T) = h (5min,T) = = = n. Da cui n = pertanto le due leggi sono: h (δ,t) = a(t) * δ 0,456 per δ < 1 ora h (δ,t) = a(t) * δ 0,212 per δ 1 ora. Calcolo delle portate Il calcolo della massima portata pluviale afferente alla sezione di chiusura di un bacino si determina nell ipotesi che la portata massima al colmo corrisponde a piogge di durata pari al tempo di concentrazione (tempo di corrivazione). La portata al colmo della piena critica è data da: QM = ψ i S / 360 essendo: QM ψ S la potata di piena [m 3 /s]; il valore del coefficiente di afflusso medio del bacino; la superficie del bacino [ha]; i intensità media della pioggia di durata pari al tempo di concentrazione tc [mm/h] corrispondente al tempo di ritorno T; 56 di 88

58 Tipologia della superficie ψ giardini, prati 0.20 Parchi, boschi Aree pavimentate Il tempo di concentrazione tc è determinato dalla somma tc = ta + tr dove: ta tr è il tempo di accesso al canale relativo al sottobacino drenato della condotta; è il tempo di percorrenza nella condotta. Il tempo di accesso alla condotta viene determinato a mezzo del modello del condotto equivalente tramite l espressione: t a =( n S 0.30 p (a Ψ) n+3 ) [s] t r = L V [s] dove: p L V è la pendenza media del bacino; è la lunghezza del percorso nel canale [m]; è la velocità nel canale. Portata Smaltita nel canale Il calcolo della portata di moto uniforme nel canale si esegue con la formula di Gauckler Strickler: Q c =A K R R 2/3 p0.5 Essendo: A area della sezione idrica [m 2 ]; K R Coefficiente di Gauckler-Strickler ; 57 di 88

59 I cui valori sono riportati di seguito: cemento non lisciato - mattoni regolari cemento grezzo - muratura ordinaria muratura irregolare - terra regolare 60 terra abbastanza regolare 50 corsi di acqua naturali 40 corsi naturali con ciottoli e ghiaia 35 R C p raggio idraulico della sezione R = A/C [m]; contorno bagnato [m]; pendenza del fondo del canale. 58 di 88

60 dati del bacino: S p ta tc QM superficie del bacino [ha]; pendenza media del bacino; tempo di accesso alla condotta [s]; tempo di concentrazione [s]; portata di piena [m3/s]. y L tr i coefficiente di afflusso medio del bacino; lunghezza del tratto di canale [m]; tempo di percorrenza della condotta[s]; intensità di pioggia di durata tc [mm/h]; dati del canale: SEZIONE R rettangolare; T trapezia; C circolare B / D larghezza larghezza del fondo diametro H altezza altezza -- hw altezza del livello idrico nel canale; KR coefficiente di Gauckler-Strickler; pf pendenza del fondo del canale; A area della sezione idrica; R raggio idraulico; QC portata smaltita dal canale. DATI DEL BACINO Tratto S y p L ta tr tc i QM [--] [ha] [--] [--] [m] [s] [s] [s] [mm/h] [m3/s] Sez.7-5 0,16 0,90 0, ,00 45,82 60,00 105,82 267,16 0,11 Sez.1-5 0,27 0,90 0, ,00 117,34 200,00 317,34 147,00 0,10 Sez.5 R 0,43 0,90 0,010 60,00 138,14 60,00 198,14 189,93 0,21 Sez.5 R 0,21 Sez ,24 0,90 0, ,00 71,26 90,00 161,26 212,44 0,13 Sez ,47 0,90 0, ,00 224,76 350,00 574,76 106,41 0,13 SEZIONE B / D H hw KR pf A R QC [--] [m] [m] [m] [m1/3/s] [--] [m2] [m] [m3/s] C 0,3 ' 0, ,058 0,035 0,075 0,11 T 0,3 0,3 0, ,010 0,100 0,116 0,11 T 0,4 0,4 0, ,010 0,172 0,151 0,22 C 0,5 ' 0, ,010 0,113 0,134 0,21 C 0,4 ' 0, ,029 0,055 0,093 0,13 T 0,4 -- 0, ,004 0,128 0,129 0,14 59 di 88

61 ALLEGATO.1 Lineamenti del modello Calcolo dei profili di corrente L equazione fondamentale per il tracciamento dei profili di corrente in moto permanente è rappresentata dall equazione di bilancio dell energia. L equazione di bilancio dell energia (equazione a.1) mette in relazione l energia totale posseduta da una corrente in una generica sezione 2 disposta lungo l alveo con l energia totale di una sezione 1 disposta ad una distanza s: 2 v2 v1 z2 + y2 + α 2 = z1 + y1 + α1 + h f + 2g 2g 2 perdite localizzat e (a.1) dove: z = quota di fondo (m); y = altezza idrica (m); α = coefficiente di ragguaglio dell energia cinetica; v = velocità media di portata (m/s); h f = perdite di carico continue (m); g = accelerazione di gravità = 9.81 m/s 2. Le perdite di carico continue possono essere valutate mediante la classica formula di resistenza di Manning: h f = n 2 R 4 / 3 2 v s (a.2) in cui R è il raggio idraulico e n è il coefficiente di resistenza Manning. La linea del carico totale è la linea che unisce le quote del carico totale associate nelle diverse sezioni alla relativa altezza idrica. I termini contenuti nell equazione dell energia sono esplicitati nella Figura a di 88

62 2 1 2 α 2 V2 2g Linea dell'energia h e Superficie liquida 2 α 1 V1 2g Z W 2 Fondo alveo Z W 1 Piano di riferimento Figura a.1 - Elementi caratteristici dell equazione dell energia In sintesi, i dati necessari per l effettuazione dei calcoli richiedono, oltre alla conoscenza delle sezioni trasversali, le seguenti informazioni: - distanza della sezione considerata da quella immediatamente a valle, misurata lungo l'asse dell'alveo ordinario; - indicazione delle sponde nella sezione trasversale; - eventuale presenza di argini, intesi a individuare la parte attiva del corso d acqua; - coefficiente di scabrezza di Manning n (tale valore può risultare variabile all'interno della sezione); - coefficienti di contrazione e di espansione della vena liquida per il calcolo delle perdite di carico localizzate. La presenza di un ponte sezione comporta l'inserimento di ulteriori informazioni, tra cui: - riduzione della sezione bagnata per effetto delle spalle del ponte; - descrizione geometrica del ponte, con individuazione delle quote di estradosso ed intradosso dell'impalcato; - la presenza di eventuali pile, specificando per ciascuna pila l'interasse e gli spessori alle varie quote sotto l'impalcato. La procedura di integrazione numerica per passi successivi dell equazione (a.1) consente, una volta che sia nota l altezza idrica in una sezione, di determinare l altezza idrica in una sezione posta a valle, nel caso di correnti veloci, o di una sezione posta a monte, nel caso delle correnti lente. La procedura è sinteticamente descritta nella tabella che segue. 61 di 88

63 Passo Azione 1 Selezionare la portata da utilizzare 2 Determinare la sezione di partenza e stabilire l altezza idrica iniziale y 1 e calcolare tutte le variabili relative alla sezione 3 Assumere un altezza idrica y 2 nella sezione 2 ed utilizzare questo valore per calcolare le variabili relative alla sezione 2 4 Calcolare le perdite di carico continue (h f ) tra le due sezioni 5 Calcolare i coefficienti di ragguaglio α 1 e α 2 dell energia cinetica 6 Calcolare le perdite concentrate dovute ad eventuali espansioni e/o contrazioni 7 Controllare il bilancio nell equazione dell energia 8 Calcolare l altezza critica e l altezza di moto uniforme 9 Assegnare l altezza calcolata e procedere con la sezione successiva 3, in maniera simile a quanto fatto per la sezione 2 10 Ripetere i passi da 2 a 9 passi fino a che tutte le sezioni siano state calcolate Tabella a.1 - Descrizione schematica della procedura di integrazione numerica dell equazione dell energia (a.1) Si procede di seguito alla descrizione dei singoli passi: Passo 1: sulla base dello studio idrologico si seleziona la portata (o le portate) da utilizzare; Passo 2: con riferimento alla figura a.1, si determina l altezza idrica iniziale. Nel caso di corrente lenta si parte dall ultima sezione disposta a valle, nel caso di corrente veloce si parte dalla prima sezione a monte. Al fine di stabilire l altezza idrica iniziale si utilizza una delle seguenti condizioni: - altezza idrica misurata; - scala di deflusso nota; - condizione di moto uniforme; - condizione di stato critico. Una volta assegnata l altezza idrica nella sezione 1 si calcolano le seguenti variabili: 62 di 88

64 V 1 = Q A 1 1 h 1 = 2 V 1 2g dove: Q = portata di calcolo (m 3 /s). A 1 = area della sezione (m 2 ); V 1 = velocità media nella sezione (m/s); g = accelerazione di gravità = 9.81 m/s 2. Passo 3: si assume un altezza idrica y2 nella sezione 2 e utilizzando y2 si calcolano le seguenti variabili: V 2 = Q A 2 2 h 2 = 2 2 V 2g Passo 4: si calcolano le perdite di carico continue tra le due sezioni utilizzando le seguenti equazioni: 2 Q h f = L (a.3) km k 1 + k k 2 m = ; 2 2 / 3 2/ 3 A1 R1 k1 = A2 R2 ; k2 n = (a.4) n dove: R = raggio idraulico (m); L = distanza tra le sezioni (m). Passo 5: si calcolano i coefficienti di ragguaglio dell energia cinetica (α 1 e α 2 ) Passo 6: quando presenti, si calcolano le perdite di carico per espansione e per contrazione utilizzando le equazioni a.5 e a di 88

65 h e = K e V 29 2 (a.5) dove: Ke = 0.3 per espansione graduale; Ke = 0.5 per espansione brusca; h c = K c V 29 2 (a.6) dove: Kc = 0.1 per contrazione graduale; Kc = 0.3 per contrazione brusca. Passo 7: si verifica che sia soddisfatta l equazione di bilancio dell energia mediante le equazioni a.7 e a.8. L = z + y α 2 R = z + y α1 2 v2 2g 2 v1 + h f + he + h 2g c (a.7) (a.8) se L = R ± δ, dove δ indica un prefissato valore di tolleranza accettabile, si può assumere che l altezza idrica assunta per il calcolo sia corretta e si può procedere al passo successivo 8; se invece L R, si ritorna al passo 3 assumendo un nuovo valore dell altezza idrica y2. Passo 8: si calcolano l altezza critica yc e l altezza di moto uniforme yu. L altezza critica rappresenta il valore dell altezza idrica in corrispondenza del minimo valore assunto dall energia specifica per un assegnato valore della portata. Nel caso di una sezione di forma semplice l altezza idrica è unica, nel caso di sezioni di forma geometrica più complessa, ad esempio a banchina, l equazione del carico totale può presentare più minimi relativi. 64 di 88

66 Operativamente l altezza critica viene determinata risolvendo iterativamente l equazione a.9: Q g 2 3 c = A L c dove: Lc = larghezza in superficie (m); Ac = area della sezione (m 2 ). (a.9) L altezza di moto uniforme viene calcolata risolvendo iterativamente la formula di resistenza di Manning. Se nel corso del calcolo di una corrente lenta (governata da valle) non viene determinata l altezza y 2 o essa risulta inferiore a quella critica alla sezione 2 viene assegnata il valore dell altezza critica y c ; Se nel corso del calcolo di una corrente veloce (governata da monte) non viene determinata l altezza y 2 o essa risulta superiore a quella critica alla sezione 2 viene assegnata il valore dall altezza critica y c. Passo 9: una volta assegnata l altezza idrica calcolata ai passi 7 o 8 si ripetono i passi da 2 a 8. Passo 10: si ripetono tutti i passi da 1 a 9 fino a completare il calcolo in tutte le sezioni. La presenza di eventuali sezioni nelle quali siano state assegnate condizioni di stato critico (passo 8) indicano la possibilità che siano presenti dei risalti idraulici. In tale caso il calcolo del profilo di corrente risulta più complesso. È ben noto, infatti, che per la risoluzione del risalto idraulico non si può utilizzare l equazione dell energia, bensì bisogna fare ricorso all equazione globale ed in particolare alla determinazione della spinta totale. In tale condizione i passi della procedura di calcolo risultano i seguenti: Passo 1: calcolo, a partire dalla sezione di valle, del profilo di corrente lenta come riportato nella descrizione della procedura standard. Nel corso del calcolo vengono determinate le spinte relative a tutte le sezioni e vengono evidenziate tutte le sezioni in cui si riparte da condizioni di stato critico. 65 di 88

67 Passo 2: calcolo, a partire dalla sezione di monte del profilo di corrente veloce con conseguente determinazione del valore della spinta: se la spinta della corrente veloce, governata da monte, risulta maggiore della spinta della corrispondente corrente lenta (passo 1), si assume che la corrente sia veloce ed il calcolo prosegue passando alla successiva sezione di valle; se la spinta della corrente lenta, governata da valle (passo 1), risulta maggiore della spinta della corrente veloce di monte si assume il valore della altezza idrica corrispondente alla corrente lenta e la procedura di calcolo prevede che si inizi un nuovo calcolo in corrente veloce a partire dalla prima sezione di valle nella quale, nel corso della calcolo in corrente lenta (passo 1), era stata fissata altezza critica. Passo 3: a partire dalla nuova sezione in stato critico il calcolo procede verso valle fintanto che in ogni sezione la spinta della corrente veloce di monte risulta maggiore della spinta in corrente lenta. Quando il calcolo raggiunge una sezione in cui la spinta della corrente lenta risulta maggiore della spinta in corrente veloce si presume che tra la sezione data e la precedente si verifichi un risalto idraulico. Passo 4: il calcolo procede verso valle passando alla successiva sezione di valle nella quale si è stabilita, nel corso del passo 1, una condizione di stato critico, e ripetendo la procedura indicata al passo 2. Passo 5: si reitera il passo 4 fino al completamento di tutte le sezioni nelle quali è stato riportata una condizione di stato critico. 66 di 88

68 Calcolo del profilo di corrente in presenza di un attraversamento La presenza di un attraversamento comporta in generale la riduzione della sezione idrica disponibile per il deflusso della portata. L influenza di un restringimento della sezione sul profilo di corrente nel corso d acqua dipende delle caratteristiche geometriche dell attraversamento stesso ed in particolare dalla larghezza e dall altezza della sezione lasciata libera per il deflusso della portata. Nel seguito vengono brevemente illustrati gli aspetti relativi alla valutazione degli effetti della presenza di un ponte sul profilo di corrente. La Figura a.2 mostra una vista planimetrica dell area di inserimento di un ponte. Si possono riconoscere tre zone: zona 1 (a valle); zona 2 (in corrispondenza del ponte); zona 3 (a monte). Figura a.2 - Diverse zone di flusso in corrispondenza di un ponte La sezione 4 in Figura a.2 (talvolta indicata come sezione di approccio) rappresenta la geometria della sezione nella quale inizia il fenomeno di contrazione. Le sezioni Bu e Bd, disposte immediatamente a monte ed a valle del ponte, rappresentano le sezioni geometriche che approssimano l andamento della sezione ristretta in prossimità del ponte stesso. La sezione 1 (talvolta indicata come sezione di uscita) rappresenta la geometria della corrente al termine della zona di espansione. La zona 3 rappresenta la zona, posta a monte del pozzo, all interno della quale avviene il fenomeno di contrazione. In assenza di altre indicazioni si può assumere una distanza pari alla larghezza della sezione indisturbata diminuita della larghezza del ponte. 67 di 88

69 La zona 2 rappresenta l area in prossimità del ponte, in questa sezione si generano notevoli perdite di carico concentrate. La zona 1 rappresenta la zona posta a valle del ponte nella quale avviene il fenomeno di espansione della corrente. L estensione di tale zona dipende dalla portata e dal rapporto relativo tra sezione ristretta del ponte e sezione dell alveo, in assenza di altre indicazioni si può fare riferimento ad un valore di massima pari a 4 volte la larghezza della sezione indisturbata diminuita della larghezza del ponte. Quando presente, il sopralzo del livello idrico, indotto dalla presenza di un ponte, risulta massimo nella sezione 4. È in ogni caso consigliabile proseguire il tracciamento del profilo di corrente a monte del ponte stesso fino a che la superficie idrica risulta praticamente coincidente con quella ottenuta in condizione di assenza del ponte. Per quanto riguarda le condizioni idrauliche nella sezione di inserimento del ponte, in via del tutto generale, si possono individuare due condizioni di deflusso: - deflusso libero; - deflusso sommerso. Il temine deflusso libero descrive la condizione idraulica per la quale la superficie idrica nelle zone 1, 2 e 3 è sempre in contatto con l atmosfera, in altri termini il profilo idrico si trova tutto al di sotto dell intradosso del ponte. I possibili profili di corrente in condizioni di deflusso libero sono riportati nella tabella seguente: 68 di 88

70 Tipo di profilo Descrizione I Corrente lenta in tutte le zone 1, 2 e 3 II A Corrente lenta nelle zone 1 e 3, condizioni di stato critico nella zona 2 II B Corrente lenta nella zona 3, condizioni di stato critico nella zona 2, risalto idraulico nella zona 1 III Corrente veloce in tutte le zone 1, 2 e 3 La condizione di deflusso sommerso si riferisce al caso in cui la corrente interagisce con la sovrastruttura del ponte, in tale condizione, all aumentare del livello idrico, possono identificarsi i seguenti casi: - livello idrico a monte del ponte più elevato della quota di intradosso del ponte, ma nel contempo l intradosso del ponte stesso non risulta completamente a contatto con la superficie idrica. In tale condizione l efflusso è schematizzabile come un efflusso al di sotto di una paratoia; - livello idrico a monte del ponte più elevato della quota di intradosso del ponte ed intradosso del ponte completamente a contatto con la superficie idrica, in tale condizione il deflusso può assimilarsi a quello di un efflusso da una luce a battente; - livello idrico a monte del ponte più elevato della quota di estradosso del ponte stesso con acqua che defluisce attraverso la luce del ponte ed al di sopra del piano stradale, in tale caso: se il tirante idrico al di sopra del piano stradale è limitato, l altezza idrica a monte del ponte può essere valutata sommando i contributi relativi all efflusso sotto battente, attraverso la luce del ponte, ed alla condizione di efflusso su una soglia al di sopra del piano stradale; se l altezza idrica sul piano stradale eccede l altezza critica la simulazione come luce a battente risulta inadeguata ed il calcolo può essere effettuato utilizzando l equazione dell energia o l equazione globale all interno delle quali la presenza del ponte è introdotta attraverso una semplice riduzione della sezione geometrica effettiva ed un incremento del perimetro bagnato. Per quanto riguarda la procedura da utilizzare per il calcolo del profilo di corrente in prossimità di un ponte sono applicabili 2 approcci: 69 di 88

71 - equazione di bilancio dell energia (procedura standard) da applicarsi se il ponte rappresenta un effettiva contrazione rispetto alla sezione naturale e l effetto delle pile è inesistente o trascurabile; - equazione di bilancio della quantità di moto (equazione globale), da applicarsi se la corrente è veloce e la resistenza esercitata dalle pile è significativa. Il ricorso all equazione dell energia richiama gli aspetti già descritti della procedura standard illustrata precedentemente; alcuni aspetti specifici vengono sommariamente descritti di seguito. La Figura a.3 mostra la posizione delle sezioni prossime al ponte da considerare per il calcolo del profilo di corrente; Bd e Bu si riferiscono alla geometria del ponte rispettivamente nella parte a valle ed a monte del ponte. Figura a.3 - Sezione longitudinale con indicazione delle sezioni utilizzate per il calcolo in corrispondenza di un ponte Procedura standard Passo Azione 1 Risolvere l equazione dell energia tra la sezione 1 e la sezione Bd immediatamente a valle del ponte. 2 Procedere nel calcolo passando alla sezione Bu disposta a monte del ponte. 3 Includere, in maniera approssimata l effetto delle pile e dell interazione con le spalle. 4 Proseguire con il calcolo valutando l altezza idrica nella sezione 4. 5 Continuare il tracciamento del profilo di corrente verso monte dalla sezione di 88

72 Passo 1: si risolve l equazione dell energia tra la sezione 1 e la sezione disposta a valle del ponte (Bd). Si utilizza l altezza idrica nella sezione 1 calcolata dal calcolo generale del profilo di corrente. Passo 2: si procede verso monte sovrapponendo la sezione del ponte sulle sezioni naturali. Passo 3: si include l effetto di eventuali pile riducendo l area della sezione ed incrementando il perimetro bagnato. Passo 4: si include l eventuale flusso al di sopra del ponte e si procede al calcolo dell altezza idrica nella sezione a monte del ponte (Bu) e da questa alla sezione 4. Passo 5: come descritto precedentemente si prosegue il calcolo verso monte. L approccio basato sull equazione globale calcola il profilo di corrente nella zona 2 della figura 2 bilanciando le forze agenti su tre tronchi di corrente: tra la sezione 1 e la sezione a valle del ponte (Bd); tra la sezione a valle del ponte (Bd) e la sezione a monte del ponte Bu; tra la sezione a monte del ponte (Bu) e la sezione 4. Nell ipotesi di distribuzione idrostatica della pressione le forze agenti su un volume di controllo compreso tra due sezioni 1 e 2 sono espresse dalla relazione (a.10): F p1 + F m1 = F p2 + Fm2 + F f + Fd F w (a.10) dove: F P1, F P2 = forze dovute alla pressione idrostatica; F m = quantità di moto; F f = forze dovute all attrito sulle pareti; F d = forze resistenti dovute alla presenza di ostacoli; 71 di 88

73 F w = componente della forza peso nella direzione del moto. La procedura numerica di bilanciamento dell equazione globale avviene attraverso i seguenti passi: Passo Azione 1 Determinare i valori di velocità ed altezza idrica nella sezione 1. 2 Determinare i valori di velocità ed altezza idrica nella sezione Bd. 3 Determinare il coefficiente di ragguaglio della quantità di moto 4 Determinare i valori di velocità ed altezza idrica nella sezione Bu. 5 Determinare la quantità di moto tra la sezione di monte e la sezione 4. 6 Completare il calcolo del profilo a partire dalla sezione 4. Di seguito i passi vengono meglio illustrati: Passo 1: nel caso di corrente lenta si determinano, dalla risoluzione dell equazione del profilo idrico, l altezza idrica e la velocità nella sezione 1; Passo 2: si calcolano, attraverso successive iterazioni dell equazione (a.11), l altezza idrica e la velocità nella sezione Bd: A y 2 Q Q A1 + ABd L A1 + ABd + β Bd = A1 y1 A pd y pd + + S f + L S (a.11) g ABd g ABd 2 2 Bd Bd 0 2 dove: il pedice 1 si riferisce alla sezione 1 ed il pedice d alla sezione immediatamente a valle del ponte; Q = portata (m 3 /s); A 1 = area della sezione 1 (m 2 ); A pd = area ostruita dalle pile (m 2 ); S f = cadente piezometrica (m/m); g= accelerazione di gravità (m/s 2 ); 72 di 88

74 S o = pendenza dell alveo (m/m); β= coefficiente di ragguaglio della quantità di moto. Passo 3: si determina il coefficiente di ragguaglio delle quantità di moto. Passo 4: a partire dall altezza idrica nella sezione Bd si ripete la procedura del passo 2 per calcolare l altezza idrica e la velocità nella sezione Bu utilizzando l equazione: A y + β Q 2 g A = A y 2 Q + g A ABd + + A 2 L S ABd + + A 2 L S Bu Bu Bu Bu Bu Bd Bd f 0 Bu Bd (a.12) Passo 5: si applica l equazione (a.13) di bilancio della quantità di moto tra la sezione Bu e la sezione 4. Valori di riferimento per il calcolo della forza di drag esercitata dalla pile sono riportati nella tabella seguente A 4 y 4 2 Q + β 3 g A3 = A Bu y Bu A pu y pu + Q 2 g A Bu ABu + A3 + L S 2 f ABu + A3 + L S 2 0 C d + A + 2g A3 pu (a.13) dove: il pedice 4 si riferisce alla sezione 4; A pu = area ostruita dalle pile; C d = coefficiente di drag delle pile. 73 di 88

75 Valori tipici del coefficiente di drag Tipo di pila Coefficiente di drag, Cd Circolare 1.20 Allungato con estremità semicircolare 1.33 Ellittica (2:1 rapporto di forma) 0.60 Ellittica (4:1 rapporto di forma) 0.32 Ellittica (8:1 rapporto di forma) 0.29 Forma squadrata 2.00 Triangolare (30 vertice) 1.00 Triangolare (60 vertice) 1.39 Triangolare (90 vertice) 1.60 Triangolare (120 vertice) 1.72 Passo 6: come già illustrato si procede al calcolo della restante parte di profilo a partire dalla sez.4. Deflusso sommerso La Figura a.4 mostra la condizioni di deflusso sommerso, nella quale la superficie idrica tocca, nella sezione di monte, l estradosso del ponte, ma l intradosso del ponte non è completamente a contatto con la superficie idrica. Una condizione di flusso di questo tipo può essere simulata come un efflusso al di sotto di una paratoia utilizzando l equazione (a.14). Q = C A b 2g y Bu D 2 b α Bu v + 2g 2 Bu 0.5 (14) dove: Q = portata (m 3 /s); C = coefficiente di efflusso (valore suggerito 0.5); A b = area netta al di sotto del ponte (m 2 ); Y Bu = altezza idrica nella sezione B u (m); D b = altezza dell intradosso del ponte valutata rispetto al fondo dell alveo (m). 74 di 88

76 α Figura a.4 - Funzionamento a paratoia La procedura iterativa consiste nell assumere valori dell altezza idrica nella sezione B u (y Bu ) fino a che il valore della portata calcolata con la (a.14) non risulta uguale, con una ragionevole tolleranza, alla portata di calcolo. La Figura a.5 mostra il caso di un ponte nel quale l altezza idrica a monte del ponte stesso risulta inferiore alla quota di estradosso. Una situazione del genere è schematizzabile come un efflusso attraverso una luce utilizzando l equazione (a.15). [ gh ] 0.5 Q = C µ Ab 2 (a.15) dove: C m = coefficiente di efflusso (0.8 valore tipico); H = differenza tra il carico totale nella sezione 3 e l altezza idrica nella sezione H = y Bu + α Bu 2 vbu y 2g Bd a 3 = coefficiente di ragguaglio dell energia cinetica; (a.16) C d Lc = b L c = larghezza del ponte (m). 75 di 88

77 α Figura a.5 - Funzionamento a battente Figura a.6 - Dimensioni del ponte per il calcolo in pressione La procedura di calcolo richiede di assumere un altezza idrica nella sezione B u (y Bu ) fino a che la portata calcolata con la (a.15) non risulta uguale, con una ragionevole tolleranza, alla portata di calcolo. Nel caso il ponte risulti sormontato (Figura a.7) si possono verificare due condizioni di deflusso. Figura a.7 - Schema per il calcolo di ponte sormontato. A seconda dei livelli idrici a monte ed a valle valgono i seguenti schemi: se altezza d acqua sul ponte è inferiore all altezza critica, l altezza idrica a monte del ponte può essere calcolata considerando le due aliquote: una prima, relative al flusso in pressione al disotto del ponte, calcolata con l equazione (a.15) ed una seconda relativa al flusso al di sopra del piano stradale. La prima aliquota è calcolabile secondo gli 76 di 88

78 schemi in pressione descritti precedentemente, mentre la porzione di portata che defluisce al di sopra del ponte può essere calcolata utilizzando l equazione (a.17): [ ] 1.5 Q = CL H h (a.17) dove: Q = portata (m 3 /s); C = coefficiente di efflusso (valore suggerito 1.66); L= larghezza della soglia (m); H h = tirante idrico sulla soglia valutato come differenza tra l altezza idrica a monte del ponte e la quota del piano stradale; A mano a mano che l altezza idrica al di sopra del ponte aumenta, la percentuale della portata che defluisce al di sotto del ponte diminuisce progressivamente e le condizioni di deflusso tendono verso quelle di una corrente a superficie libera in cui la presenza del ponte e assimilabile ad una riduzione di sezione idrica ed una perdita di carico localizzata aggiuntiva. In tale caso la procedura di integrazione ritorna allo schema standard 77 di 88

79 ALLEGATO.2 Modellazione idraulica stato ante operam PROFILI IDRAULICI DI PIENA SEZIONI TRASVERSALI E TABULATI DI SINTESI 78 di 88

80 79 di 88

81 80 di 88

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84 ALLEGATO. 3 Modellazione idraulica stato post operam n. doc. B93DA IR1A PROFILI IDRAULICI DI PIENA SEZIONI TRASVERSALI E TABULATI DI SINTESI 83 di 88

85 84 di 88

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88 87 di 88

89 88 di 88