APPENDICE 7 VERIFICHE IDRAULICHE. Sommario 1 PREMESSA... 2

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2 APPENDICE 7 VERIFICHE IDRAULICHE Sommario 1 PREMESSA SISTEMA DI DRENAGGIO SP3 - VIA CAMPANELLA COMUNE DI FANO ASET ALLEGATO 4A E 4E FOGNATURE IDROLOGIA SISTEMI DI DRENAGGIO Dimensionamento degli elementi di convogliamento ELEMENTI DI CONVOGLIAMENTO Collettori circolari in PEAD e PP COMPATIBILITÀ IDRAULICA SISTEMA DI DRENAGGIO SP45 SP3 COMUNE DI FANO ASET ALLEGATO 4A E 4E FOGNATURE 7 4 COMPATIBILITÀ IDRAULICA COMUNE DI FANO ALLEGATO 4 PROVINCIA PU ALLEGATO 5 REGIONE MARCHE ALLEGATO AREA DI DEPOSITO AD01 - REGIONE MARCHE ALLEGATO RILIEVI TOPOGRAFICI - REGIONE MARCHE ALLEGATO GENERALITÀ RETE DI GEOREFERENZA RETE D INQUADRAMENTO CALCOLI DELLA RETE D INQUADRAMENTO SEZIONI IDRAULICHE TORRENTE ARZILLA REGIONE MARCHE VERBALE REGIONE MARCHE ALLEGATO Il modello matematico utilizzato Caratteristiche geometriche del tratto indagato Condizioni al contorno di riferimento per la modellazione idraulica Risultati delle simulazioni idrauliche FIUME METAURO REGIONE MARCHE VERBALE REGIONE MARCHE ALLEGATO Il modello matematico utilizzato Caratteristiche geometriche del tratto indagato Condizioni al contorno di riferimento per la modellazione idraulica Risultati delle simulazioni idrauliche Stato di fatto e di progetto Simulazione con ipotesi di intasamento Relazione integrazioni idrauliche Pagina 1 di 60 appendice 7

3 1 Premessa Nel presente documento illustrano le considerazioni relative agli aspetti di progetto riferiti all idraulica corrispondente ai seguenti documenti: Regione Marche: verbale Conferenza dei Servizi del 18/09/2012 con nota protocollo n ; Comune di Fano: allegato 4; Provincia PU: allegato 5; Regione Marche Giunta regionale: allegato 7. I temi riguardano il sistema di drenaggio della Bretella di collegamento SP3-Via Campanella, SP3-SP45, la compatibilità idraulica tra gli scarichi del sistema di drenaggio e i ricettori del reticolo idrografico, le sistemazioni idrauliche e le modellazioni del Torrente Arzilla e del Fiume Metauro. Relazione integrazioni idrauliche Pagina 2 di 22

4 2 Sistema di drenaggio SP3 - Via Campanella Comune di Fano ASET Allegato 4A e 4E fognature Intersezione Via Papini/Via IV Novembre. Le nuove tubazioni per il drenaggio delle acque meteoriche a servizio dell'opera stradale accessoria non potranno essere innestate alla fognatura mista esistente su via IV Novembre come previsto in progetto. curve di possibilità pluviometrica t < 30 min t >= 30 min Tr a' n' a n ,8 0,56 77,50 0, ,9 0,56 69,30 0, ,6 0,56 59,94 0, ,1 0,56 51,30 0,28 I collettori sono stati dimensionati con TR 50 anni in conformità al Progetto di ampliamento alla terza corsia. Il progetto del sistema di smaltimento della Bretella SP3 Via Campanella è costituito da elementi di raccolta a caditoia e collettori in PEAD. Il sistema partendo dall intersezione con Via Galileo Galilei prevede un collettamento di sviluppo complessivo pari a circa 2 Km con diametri variabili da DN 400 a DN Le acque recapitano nel Torrente Arzilla ed è previsto il trattamento delle acque di prima pioggia attraverso un sedimentatore e disoleatore a pacchi lamellare. Il collettore è posato in corrispondenza della viabilità di progetto che andrà a servire e nel tratto terminale, circa 600 m di lunghezza, attraversa la campagna parallelamente all autostrada. h (mm) Tr = 25 anni t < 30 min Tr = 50 anni t < 30 min Tr = 100 anni t < 30 min Tr = 200 anni t < 30 min Tr = 25 anni t > 30 min Tr = 50 anni t > 30 min Tr = 100 anni t > 30 min Tr = 200 anni t > 30 min Questa soluzione è stata progettata a seguito di due differenti ipotesi precedentemente scartate. La prima soluzione prevedeva lo scarico diretto all interno dei condotti fognari su Via Giovanni Papini e Via Galileo Galilei; mentre la seconda prevedeva che le acque di piattaforma fossero laminate attraverso una vasca interrata di compenso e convogliate, attraverso un sistema di pompaggio, alla fogna bianca esistente in Via Giovanni Papini t (h) Altezze di pioggia in funzione del tempo di ritorno e della durata dell evento 2.1 Idrologia Le curve di possibilità pluviometrica utilizzate sono conformi allo studio idrologico-idraulico realizzato nell ambito del Progetto di ampliamento alla terza corsia. Per il calcolo dell intensità di pioggia si utilizza la formula: Tr = 25 anni t < 30 min Tr = 50 anni t < 30 min Tr = 100 anni t < 30 min Tr = 200 anni t < 30 min Tr = 25 anni t > 30 min Tr = 50 anni t > 30 min Tr = 100 anni t > 30 min Tr = 200 anni t > 30 min i = a t ( n 1) i (mm/h) dove: i è l intensità di pioggia espressa in mm/h; a è l altezza di pioggia oraria ed è funzione del tempo di ritorno dell evento considerato. Nella seguente tabella sono riportati i valori dei parametri a ed n in funzione del Tempo di Ritorno Tr e della durata dell evento considerato (t) t (h) Intensità di pioggia in funzione del tempo di ritorno e della durata dell evento Relazione integrazioni idrauliche Pagina 3 di 22

5 2.2 Sistemi di drenaggio Dimensionamento degli elementi di convogliamento Il dimensionamento degli elementi di convogliamento è svolto facendo il confronto tra la portata transitante e quella massima ammissibile dall elemento in questione. Anche in questo caso la condizione più gravosa è quella per cui il tempo di pioggia è pari al tempo di corrivazione. Quest ultimo in questo caso è pari alla somma del tempo di afflusso (dato dalla formula vista nel paragrafo precedente) e del tempo di traslazione (tr) lungo i rami costituenti il percorso idraulicamente più lungo ( asta principale ). Il tempo di traslazione si ottiene quindi dalla formula: t r = N i = 1 dove: N = numero dei tronchi della rete a monte della generica sezione, facenti parte dell asta principale; l i = lunghezza del tronco i-esimo; v i = velocità nel tronco i-esimo. Il moto all interno della rete si descrive adottando uno schema di moto uniforme. In particolare si utilizza la formula di Chézy per ottenere le scale di deflusso: li v 5 3 A Q = χ A R j = k 2 3 C dove: Q portata di dimensionamento della canalizzazione (m 3 /s); k = 1/n coefficiente di scabrezza di Strickler (m 1/3 /s); A area bagnata (m 2 ); C contorno bagnato (m); j pendenza media della condotta (m/m); R = A C raggio idraulico (m). i j EN ) per i tubi che viaggiano longitudinalmente alla viabilità, mentre collettori in PP (Polipropilene) SN 16 kn/m 2 secondo EN ISO 9969, conformi alla norma UNI 10968, per gli attraversamenti trasversali. Per il dimensionamento si è considerato il diametro interno riportato in tabella, che risulta identico per le due tipologie di tubi visti in precedenza, ed un coefficiente di scabrezza di Strickler pari a 80 m 1/3 /s. Diametri interni dei collettori in PEAD SN 8 kn/m 2 e in PP SN 16 kn/m 2 DN Spessore Raggio interno (mm) (mm) (mm) Nel dimensionamento dei collettori si è utilizzata la pendenza longitudinale stradale. Per i tratti molto pianeggianti e nel caso in cui il collettore è in contropendenza rispetto alla livelletta stradale si è posta una pendenza minima dello 0,20% e una velocità minima di 0,5 m/s per consentire all acqua di drenare eventuali sedimenti accumulatisi nel tempo. Per evitare che i collettori vadano in pressione si è considerato un riempimento massimo dell 80% in corrispondenza di una portata di progetto avente tempo di ritorno di 50 anni. Per consentire un agevole manutenzione e pulizia dei tratti di collettore si è posto pari a 50 m l interasse massimo tra due pozzetti. 2.1 Compatibilità idraulica La portata scaricata dal sistema di drenaggio all interno del Torrente Arzilla è pari a 0.54 mc/s a cui corrisponde un tempo di corrivazione pari a circa 20 minuti. Mentre la portata corrispondente ad un tempo di ritorno pari a 50 anni per il ricettore è circa mc/s cui corrisponde un tempo di corrivazione pari a circa 8 ore. L apporto degli scarichi all interno del ricettore è inferiore all 1% della Q 50 del Torrente medesimo ed anche inferiore all 1% della Q 5. Inoltre i tempi di corrivazione sono sfasati e sommare i corrispondenti picchi di portata del Torrente e del sistema è un ipotesi a favore di sicurezza. Per ottenere la velocità di percorrenza del singolo tratto si divide la portata Q per l area bagnata A. 2.3 Elementi di convogliamento Collettori circolari in PEAD e PP Quando gli elementi di raccolta raggiungono il riempimento massimo, essi scaricano nei collettori sottostanti. Sono previsti dei collettori in PEAD (Polietilene ad alta densità) SN 8 kn/m 2 conformi alla norma UNI (Pr Relazione integrazioni idrauliche Pagina 4 di 22

6 Asse Z Tratto da PK 0 a PK 220 D [mm] Pendenz a Area pavimentat o [mq] Tempi di accesso [min] h [m] Perimetro bagnato [m] Raggio idraulico [m] Portata tubo [m3/s] h/d V [m/s] Tempo di percorrenza [sec] Tempo totale di rete [sec] Intensità di pioggia [mm/h] Portata effluente [mc/s] Asse Y Tratto da PK 0 a PK 180 D [mm] Pendenz a Area pavimentat o [mq] Tempi di accesso [min] h [m] Perimetro bagnato [m] Raggio idraulico [m] Portata tubo [m3/s] h/d V [m/s] Tempo di percorrenza [sec] Tempo totale di rete [sec] Intensità di pioggia [mm/h] Portata effluente [mc/s] Asse B Tratto da PK 0 a PK 530 D [mm] Pendenz a Area pavimentat o [mq] Tempi di accesso [min] h [m] Perimetro bagnato [m] Raggio idraulico [m] Portata tubo [m3/s] h/d V [m/s] Tempo di percorrenza [sec] Tempo totale di rete [sec] Intensità di pioggia [mm/h] Portata effluente [mc/s] Asse B Tratto da PK 0 a PK 120 D [mm] Pendenz a Area pavimentat o [mq] Tempi di accesso [min] h [m] Perimetro bagnato [m] Raggio idraulico [m] Portata tubo [m3/s] h/d V [m/s] Tempo di percorrenza [sec] Tempo totale di rete [sec] Intensità di pioggia [mm/h] Portata effluente [mc/s] Asse A Tratto da PK 0 a PK 560 D [mm] Pendenz a Area pavimentat o [mq] Tempi di accesso [min] h [m] Perimetro bagnato [m] Raggio idraulico [m] Portata tubo [m3/s] h/d V [m/s] Tempo di percorrenza [sec] Tempo totale di rete [sec] Intensità di pioggia [mm/h] Portata effluente [mc/s] Relazione integrazioni idrauliche Pagina 5 di 22

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8 3 Sistema di drenaggio SP45 SP3 Comune di Fano ASET Allegato 4A e 4E fognature Rotatoria Belgatto (SP 45 di Carignano) Le nuove tubazioni per il drenaggio delle acque meteoriche a servizio dell'opera stradale accessoria non potranno essere innestate alla fognatura nera esistente come previsto in progetto. Il progetto del sistema di smaltimento della Bretella SP45 SP3 prevede per l area in questione elementi di raccolta a caditoia e collettori in PEAD con diametri variabili da DN 400 a DN 800. Il sistema partendo a nord del Torrente Arzilla prevede un collettamento che recapita gli scarichi in un corso d acqua minore, affluente del Torrente Arzilla, in corrispondenza della SP45 di Carignano. E previsto il trattamento delle acque di prima pioggia attraverso un sedimentatore e disoleatore a pacchi lamellare di grandezza nominale GN pari a 65. La portata affluente all impianto è pari a 0.59 mc/s per un area drenata pari a circa mq. La portata trattata è pari a 67 l/s. Relazione integrazioni idrauliche Pagina 7 di 22

9 4 Compatibilità idraulica Comune di Fano Allegato 4 Provincia PU Allegato 5 Regione Marche Allegato 7 Comune di Fano allegato 4: Si ritiene inoltre auspicabile che debbano essere condotte le valutazioni del caso in merito alla reale capacita di carico dei corpi recettori nello stato de facto in cui essi si trovano, attenendosi, se possibile, o criteri di invarianza idrica in ispecie nei casi in cui le valutazioni di cui sopra abbiano evidenziato particolari situazioni di criticità Provincia Pesaro Urbino allegato 5:..i nuovi apporti, per non gravare in maniera significativa sul reticolo idrografico, dovranno rispondere al principio dell'invarianza idraulica.. Regione Marche allegato 7: si adotteranno accorgimenti per ottenere l'invarianza idraulica ai recettori rispetto alla situazione attuale, per l'aumento delle superfici impermeabilizzate. Il criterio adottato nelle verifiche dell'adeguatezza degli scarichi è stato quello di verificare la compatibilità idraulica con i recapiti; si è verificato che la portata scaricata dal sistema di drenaggio sia sempre inferiore al 10% della portata del ricettore. Tale rapporto è ritenuto accettabile per uno scarico senza aggravio del rischio idraulico. La portata del ricettore utilizzata per il confronto è quella corrispondente al medesimo tempo di ritorno con il quale è stato dimensionato il sistema di convogliamento del drenaggio delle viabilità; è quella corrispondente ad un tempo di ritorno pari a 50 anni. Si considera che i tempi di corrivazione di tutte le interferenze principali e secondarie nelle quali il sistema di drenaggio scarica hanno tempi di corrivazione dell ordine dell ora, mentre il tempo di corrivazione del sistema di drenaggio è dell ordine dei minuti (massimo 15 minuti). I picchi delle portate non corrispondono e la loro somma, come se questo accadesse, è a favore di sicurezza. Come si evince dalla tabella sottostante la percentuale della portata scaricata rispetto alla Q 50, è sempre inferiore al 10%, ad eccezione dello scarico all interno del Fosso degli Uscenti in cui la percentuale è di circa il 14%. Si osserva che il tempo di corrivazione dei fossi che recapitano in tale ricettore è dell ordine di 10/15 minuti, mentre il tempo di corrivazione del Fosso degli Uscenti è pari a circa 4 ore. Si evince che la somma di tali portate come se fossero contemporanee nel tempo è a favore di sicurezza. Relazione integrazioni idrauliche Pagina 8 di 22

10 Ricettore Q scaricata [mc/s] Q5 ricettore [mc/] Q10 ricettore [mc/] Q20 ricettore [mc/] Q25 ricettore [mc/] Q50 ricettore [mc/] Q100 ricettore [mc/] Q200 ricettore [mc/] Q500 ricettore [mc/] tempo corrivazione[ore] %QCOMPATIBILE %Q50 Bretella SP3-Via Campanella Torrrente Arzilla Bretella di collegamento SP45-SP3 SP45 - collettore fognario 0.31 Bretella di collegamento SP45-SP3 Torrrente Arzilla Bretella di collegamento SP45-SP3 Sottovia PK collettore fognario 0.28 Nuovo Svincolo Fano Nord Fosso della Palombara Nuovo Svincolo Fano Nord fosso minore che recapita in Arzilla - asse X 0.06 PORTATA COMPATIBILE 2.5 mc/s 2.20 Nuovo Svincolo Fano Nord fosso minore che recapita in Arzilla - asse P 0.23 PORTATA COMPATIBILE 2.5 mc/s 9.20 Nuovo Svincolo Fano Nord fosso minore che recapita in Arzilla - area parcheggio 0.27 PORTATA COMPATIBILE 5 mc/s 5.40 Nuovo Svincolo Fano Nord Torrrente Arzilla Adeguamento collegamento Svincolo Fano Nord-SS73bis Fosso degli Uscienti Adeguamento collegamento Svincolo Fano Nord-SS73bis parcheggio - collettore fognario 0.30 Adeguamento collegamento Svincolo Fano Nord-SS73bis Fosso degli Uscienti Adeguamento collegamento Svincolo Fano Nord-SS73bis Canale del Porto Bretella Sud Fano Diversivo Canale del Porto 0.27 PORTATA COMPATIBILE 10 mc/s 2.70 Bretella Sud Fano Diversivo Canale del Porto 0.75 PORTATA COMPATIBILE 10 mc/s 7.50 Bretella Sud Fano Diversivo Canale del Porto 0.23 PORTATA COMPATIBILE 10 mc/s 2.30 Bretella Sud Fano Diversivo Canale del Porto 0.38 PORTATA COMPATIBILE 10 mc/s 3.80 Bretella Sud Fano Diversivo Canale del Porto 0.48 PORTATA COMPATIBILE 10 mc/s 4.80 Bretella Sud Fano Metauro Relazione integrazioni idrauliche Pagina 9 di 22

11 5 Area di deposito AD01 - Regione Marche Allegato 7 Bretella sud di Fano: 1. Per l'area di deposito AD01 legata al nuovo svincolo Fano nord è opportuno che sia analizzata la situazione del reticolo minore presso l'area e nel tratto immediatamente a monte, adottando le misure di mitigazione eventualmente necessarie al fine di evitare problematiche legate ad allagamenti per l'area del deposito e per le zone limitrofe. Il Rio Brettino è stato studiato all interno del Progetto Esecutivo di ampliamento alla terza corsia Cattolica Fano; il presente progetto definitivo recepisce integralmente le ipotesi e i dimensionamenti relativi alla fase definitiva di tale sistemazione idraulica. Per un analisi di dettaglio è stato simulato il comportamento idraulico di tale interferenza attraverso il software Hec-Ras in moto permanente (tempo di ritorno TR100 anni); lo scenario di simulazione è il seguente Configurazione di progetto (post ampliamento alla terza corsia Progetto Esecutivo Cattolica Fano) con riprofilatura del corso d acqua a monte dell autostrada sino alla Strada Comunale Madonna del Cavaliere; Si è deciso di simulare il comportamento idraulico del corso d acqua unicamente in un tratto in prossimità dell autostrada, imponendo, come condizione al contorno di valle, le condizioni di moto uniforme alla sezione E. Nella configurazione di progetto il tratto di corso d acqua a monte dell autostrada, fino alla Strada Comunale Madonna del Cavaliere, verrà riprofilato secondo una pendenza di fondo pari a 1.3%; nel tratto iniziale pari a circa m a monte dell attraversamento è inoltre previsto il rivestimento del fondo e delle sponde dell alveo mediante materassi metallici di spessore pari a 30 cm, mentre, nel tratto restante, fino alla viabilità secondaria, si prevede la regolarizzazione dell alveo mediante sezione trapezia con sponde inclinate di 3/2 rivestite con biostuoia in fibre vegetali e successivamente inerbite. Il tratto a valle dell autostrada verrà riprofilato con pendenza pari a 0.10% per una lunghezza di m; nei primi m verrà posta in opera su fondo e sponde la protezione in materassi metallici, mentre nel tratto restante è prevista la sola risagomatura dell alveo mediante sezione trapezia con sponde inclinate di 3/2, posa della biostuoia e successivo inerbimento. Profilo di progetto tr100 Si riportano i risultati idraulici in corrispondenza delle sezioni di progetto. T = 100 anni Q = 8.12 mc/s Progetto Sezione Z f Z dx Z sx h v Fr [m s.l.m.] [m s.l.m.] [m s.l.m.] [m s.l.m.] [m/s] [-] A B C D E F Relazione integrazioni idrauliche Pagina 10 di 22

12 6.3 Rete d inquadramento 6 Rilievi topografici - Regione Marche Allegato 7 Per un'adeguata valutazione delle interferenze con le aree inondabili del T.Arzilla e del T. Metauro, nonché per l'aggiornamento del quadro conoscitivo del PAl, si chiede di: a. fornire le sezioni dei rilievi topografici utilizzati per il calcolo idraulico e la planimetria georeferenziata del rilievo topografico (coordinate metriche Gauss Boaga, fuso est, Roma 40); specificare la data dei rilievi e se questi sono rappresentativi della morfologia attuale, modificata a seguito dei lavori di ampliamento dell'a14, nonché specificare le modalità di rilievo e i capisaldi di appoggio utilizzati per la determinazione delle quote altimetriche (allegando la relativa monografia); qualora il rilievo non sia appoggiato a capisaldi lgm si ritiene opportuno che lo stesso sia collegato ai capisaldi del Rilievo Topografico delle aste fluviali della Regione Marche. 6.1 Generalità La presente relazione illustra le metodologie di rilievo seguite per l istituzione della rete d inquadramento lungo l autostrada A14 da Civitanova Marche a Porto S. Giorgio, dal Km al Km La nostra Società è stata incaricata di eseguire l inquadramento dell intero tratto, mentre la rete di raffittimento sarà eseguita dalle Imprese incaricate di restituire la cartografia numerica, di conseguenza le quote ortometriche, dei punti della rete d inquadramento, saranno determinate durante l esecuzione della livellazione geometrica. I rilievi sono stati eseguiti nel gennaio del 2003, utilizzando ricevitori GPS JAVAD con ricezione dei segnali satellitari GPS e GLOSNASS. 6.2 Rete di georeferenza La rete di georeferenza è formata da tutti i vertici IGM95 esistenti lungo il tracciato dell autostrada, ad eccezione del punto grattacielo di Rimini, perché non è stato permesso l accesso. I vertici IGM95 di georeferenza utilizzati sono 4, nella memorizzazione del numero del punto nel ricevitore GPS è stata usata una sigla che è la stessa che compare nei tabulati di calcolo: S.S. 485 Km 4,050 sigla 1258; San Tommaso sigla 1257; MONTE CAPODARCO sigla 1259; MONTERUBBIANO sigla 125a. Tutti i vertici suddetti sono stati stazionati e collegati alla rete d inquadramento. La rete d inquadramento è formata da 6 nuovi punti, identificati dalla sigla S (da S34 a S39), con una densità media di un vertice ogni 4,5 Km. La materializzazione dei punti è stata eseguita con borchie in lega d alluminio con inciso il numero del punto, cementate su manufatti esistenti in calcestruzzo di cemento. La rete d inquadramento è stata collegata alla rete di georeferenza rilevando le baseline riportate nell allegato OSSERVAZIONI DELLA RETE D INQUADRAMENTO. In totale sono state rilevate16 baseline e stazionati 10 punti, con una ridondanza pari a 1,50. Le monografie dei punti della rete d inquadramento sono contenute nel volume MONOGRAFIE VERTICI DELLA RETE D INQUADRAMENTO. 6.4 Calcoli della rete d inquadramento Tutte le baseline rilevate sono state inserite in un blocco di calcolo elaborato con il programma FILLNET. E stata eseguita una prima elaborazione, nel sistema WGS84, inserendo un solo punto fisso della rete di georeferenza baricentrico alla rete d inquadramento, per il controllo delle misure rilevate, verificando le differenze sugli altri punti della rete di georeferenza, che sono state inferiori a 0,002 in planimetria e 0,05 m in altimetria. E stato eseguita una nuova elaborazione, riportata di seguito, inserendo come dati fissi le coordinate WGS84 di tutti i punti della rete di georeferenza e determinando le coordinate definitive di tutti i punti della rete d inquadramento nel sistema WGS84. Il calcolo delle coordinate WGS84 è riportato di seguito nel tabulato CALCOLO DELLE COORDINATE WGS84. Come si potrà notare, i valori degli sqm e dell ellissi d errore sono minimi. Lo stesso blocco è stato elaborato nel sistema INTERNAZIONALE, le coordinate ottenute sono state rototraslate, mediante rototraslazione conforme rigorosa ai minimi quadrati, nel sistema GAUSS-BOAGA. Il calcolo della rototraslazione è riportato di seguito nel tabulato ROTOTRASLAZIONE PER LA DETERMINAZIONE DELLE COORDINATE GAUSS-BOAGA I residui della rototraslazione sono inferiori a 3 cm. Utilizzando gli angoli al vertice ottenuti con le misure GPS e riducendo all ORIZZONTE le distanze tra i punti, è stato formato un blocco di calcolo, riportato nel tabulato CALCOLO DELLE COORDINATE RETTILINEE, con il quale sono state determinate le coordinate rettilinee definitive di tutti i punti della rete d inquadramento. Il blocco di calcolo è stato elaborato inserendo come valori fissi le coordinate dei punti S32 e S33 in modo da continuare il sistema di coordinate con origine a Rimini Nord. Le monografie sono riportate nel volume MONOGRAFIE DEI VERTICI IGM95, la posizione è riportata nell elaborato grafico allegato OSSERVAZIONI DELLA RETE D INQUADRAMENTO. Relazione integrazioni idrauliche Pagina 11 di 22

13 6.5 Sezioni idrauliche Le sezioni idrauliche relative al Torrente Arzilla sono state eseguite nel mese di aprile 2005; l'ubicazione planimetrica delle stesse è su base cartografica alla scala 1:5.000 in coordinate Gauss Boaga ed è stata eseguita nel mese di maggio 2004 e derivata da volo alto del marzo Le sezioni idrauliche relative al Fiume Metauro sono state eseguite nel mese di aprile 2005; l'ubicazione planimetrica delle stesse è su base cartografica alla scala 1:5.000 in coordinate Gauss Boaga ed è stata eseguita nel mese di maggio 2004 e derivata da volo alto del marzo Relazione integrazioni idrauliche Pagina 12 di 22

14 7 Torrente Arzilla Regione Marche Verbale Regione Marche Allegato 7 Bretella di collegamento SP45-SP3: Il tracciato attraversa in viadotto il Torrente Arzilla e l'area inondabile E (R4). Il viadotto sarà eseguito in adiacenza a quello esistente. In tale area si hanno segnalazioni di criticità, con allagamento delle aree a valle dell'autostrada in occasione di eventi meteorici, come evidenziato anche in occasione del procedimento di VIA collegato all'ampliamento dell'autostrada A14. Il tracciato in rilevato nell'area riduce il volume invasabile all'interno della zona depressa mappata come esondabile, potenzialmente peggiorando la criticità per le abitazioni presenti nell'area in caso di allagamento; Per l'interessamento dell'area inondabile del T. Arzilla, in sponda destra, si provvederà ad analizzare la situazione della rete di drenaggio e smaltimento delle acque nell'area a valle del ponte autostradale, al fine di adottare adeguate misure di mitigazione per non peggiorare la situazione di pericolosità per gli edifici presenti (es: sistemazione scarico verso il Torrente Arzilla, eventuali volumi di compenso, ecc.); anche a tal fine poichè immediatamente a valle del ponte l'argine esistente non è allineato con la spalla e appare stringere parzialmente la sezione di deflusso si ritiene opportuno che sia valutata, in accordo con l'autorità idraulica, la possibilità di arretrare leggermente l'argine per meglio raccordarlo alla spalla del ponte e aumentare la sezione di deflusso. Il ponte sul Torrente Arzilla è compreso nel progetto della Bretella di Collegamento SP 45 SP 3. Tale viabilità, in affiancamento all autostrada esistente, attraversa un area a rischio R4 come si evince dall immagine seguente. Fasce Pai Torrente Arzilla Le verifiche idrauliche, ricavate tramite modellazione numerica di moto permanente con l ausilio del codice di calcolo HEC-RAS, si compongono di una prima parte relativa alle caratteristiche geometriche del tratto di corso d acqua indagato, di una seconda relativa alle condizioni al contorno di riferimento per la modellazione idraulica, e di un ultima in cui si riportano i risultati ottenuti Il modello matematico utilizzato Lo studio idraulico del Torrente Arzilla è stato condotto considerando la corrente monodimensionale in moto permanente ed adottando la portata di progetto indicata nei paragrafi seguenti. La determinazione dei profili è stata eseguita con l'ausilio del codice di calcolo HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center River Analysis System). Il programma utilizzato permette di descrivere in maniera dettagliata la geometria delle singole sezioni idrauliche, tenendo conto di scabrezze differenti non solo in diversi tratti del corso d'acqua, ma anche all'interno della stessa sezione, ad esempio per differenziare le zone golenali e il canale principale. A quanto detto si aggiunge la possibilità di risolvere i problemi di regime misto (mixed flow regime), legati al passaggio della corrente attraverso lo stato critico. Il codice di calcolo HEC-RAS del U.S. Army Corps of Engineers consente di determinare il profilo idraulico, lungo un determinato tratto fluviale o canale artificiale, in condizioni di moto stazionario e gradualmente variato. Possono essere analizzate condizioni di moto subcritiche, condizioni di moto critiche e condizioni di regime misto. Relazione integrazioni idrauliche Pagina 13 di 22

15 Le ipotesi del codice di calcolo sono: il moto della corrente è permanente e gradualmente variato; il deflusso della corrente è monodimensionale: le componenti della velocità nelle direzioni diverse da quella principale della corrente non sono considerate. Le equazioni utilizzate assumono che il carico totale è lo stesso per tutti i punti appartenenti ad una generica sezione; la pendenza del fondo alveo è limitata (inferiore a 1:10); la cadente è assunta costante tra due sezioni adiacenti; la geometria delle sezioni idrauliche è fissa. Il programma di calcolo opera integrando le equazioni generali del moto secondo il metodo denominato nella letteratura anglosassone "Standard Step Method". Il processo di calcolo si sviluppa a seconda delle caratteristiche della corrente, lenta o veloce, dalla sezione estrema di valle o dalla sezione estrema di monte, dove vengono assegnate dall'utente le condizioni al contorno, e procede verso l'altro estremo. In corrispondenza dei ponti o di eventuali canali a sezione chiusa, dove i meccanismi caratterizzanti il fenomeno sono più complessi, vengono utilizzati metodi di calcolo specifici. L'equazione differenziale fondamentale del moto permanente, viene risolta nella seguente forma: H 2 α 2v2 2 α v + = H1 + + ΔE 2g 2g (1) La perdita di carico tra due sezioni è data dalla somma delle perdite distribuite lungo il tratto d'alveo compreso tra le due sezioni e le eventuali perdite dovute alla contrazione o alla espansione della corrente. L'espressione che permette il calcolo della perdita di carico risulta: v2 v1 ΔE = LJ + C α 2 α1 2g 2g 2 2 dove: L è la lunghezza del tratto d'alveo in esame; J è la cadente piezometrica; C è il coefficiente che tiene conto dei fenomeni di contrazione ed espansione della corrente. La distanza L tra due successive sezioni viene valutata con la seguente espressione: L Q + L Q + L Q L = Q + Q + Q gs qs c c gd qd qs c qd dove: Lgs, Lgd, Lc rappresentano rispettivamente la distanza percorsa dalla corrente in golena sinistra, destra e nel canale principale; Qgs, Qgd, Qc rappresentano le portate rispettivamente defluite alla sezione terminale in golena sinistra, destra e nel canale principale. (2) (3) La cadente piezometrica può essere ricavata attraverso la seguente espressione: Q k J = + Q + k essendo: Q1, Q2 rispettivamente la portata transitata alla sezione 1 e alla sezione 2; k1, k2 la capacità di deflusso (conveyance) totale rispettivamente associata alla sezione 1 e alla sezione 2. Grandezze presenti nell'equazione dell'energia H1, H2 rappresentano le quote assolute della superficie della corrente alle sezioni 1 e 2; v1, v2 rappresentano le velocità medie della corrente (portata totale/area totale bagnata); α1, α2 sono i coefficienti di ragguaglio della potenza cinetica (coefficienti di Coriolis); ΔE rappresenta la perdita di carico tra le sezioni 2 e 1. La capacità di deflusso è calcolabile attraverso la seguente espressione: Relazione integrazioni idrauliche Pagina 14 di 22 k = 1 n AR 23 / essendo: n = coefficiente di Manning; A = area bagnata; R = raggio idraulico. (4)

16 La capacità di deflusso complessiva di una determinata sezione è data dalla somma delle capacità di deflusso delle due golene e del canale principale. Ciascuna parte in cui si è idealmente suddivisa la sezione idraulica è infatti caratterizzata, una volta noto o ipotizzato il tirante idrico, da una determinata area bagnata e raggio idraulico; da qui la possibilità di applicare la formula (4) per calcolare la capacità di deflusso per la golena in sponda destra, sinistra e per il canale principale. Il coefficiente di ragguaglio della potenza cinetica (coefficiente di Coriolis) viene calcolato attraverso la seguente espressione: 3 k 3 gs α = k k c A gs A c A 3 gd 2 gd A k 2 t 3 t presenza di forti restringimenti della sezione idraulica. In questi casi il codice di calcolo permette di risolvere il problema utilizzando o delle formule empiriche oppure l'equazione del momento. In particolare l'equazione del momento può essere applicata, nel codice di calcolo HEC-RAS, in tre differenti situazioni: presenza di un risalto idraulico; condizioni di deflusso attraverso un ponte senza che si generi un processo di moto in pressione; confluenza. dove: At, Ags, Agd, Ac rappresentano l'area totale bagnata della sezione, l'area bagnata in golena destra, in golena sinistra e nel canale principale; kt, kgs, kgd, kc rappresentano la capacità di deflusso della sezione nel suo complesso, per la golena sinistra, la golena destra e per il canale principale. Il coefficiente C è introdotto per tenere conto delle perdite energetiche dovute ai fenomeni di espansione o di contrazione della corrente. Esso viene definito dall utente, sezione per sezione, in funzione delle caratteristiche del fenomeno di transizione. I valori tipici di tale coefficiente sono indicati in tabella. Descrizione Coefficiente di Coefficiente di contrazione espansione Nessuna perdita per contrazione o espansione Transizione graduale Ponti Transizioni molto brusche valori tipici del coefficiente C La risoluzione delle equazioni (1) e (2) attraverso un procedimento iterativo permette di determinare l'andamento del profilo idrico in moto permanente una volta assegnate le caratteristiche geometriche e fisiche dell'alveo e le condizioni ai limiti del problema. Il processo di risoluzione è volto essenzialmente ad individuare quel tirante idrico (nella sezione in cui esso non risulta già noto o calcolato in precedenza) che permette di verificare il bilancio energetico, espresso dall'equazione (1), a meno di una tolleranza prefissata e ritenuta soddisfacente dall utente. Per i dettagli computazionali si rinvia alla documentazione del codice di calcolo. Nei casi in cui si verifica il passaggio attraverso lo stato critico, l'equazione dell'energia (1) non può essere applicata in quanto la transizione tra moto subcritico e moto supercritico e viceversa non rispetta le ipotesi di moto gradualmente variato. Ciò può, ad esempio, verificarsi in seguito a significativi cambi di pendenza o alla Senza entrare nei particolari, per i quali si rimanda alla letteratura specializzata, è qui il caso solo di riportare l'equazione del momento applicata ad una determinata massa d'acqua compresa tra due sezioni distinte 1 e 2: P P + W F = QρΔV x f x Relazione integrazioni idrauliche Pagina 15 di dove: Pi = forza legata alla pressione idrostatica agente sulle sezioni 1 e 2; Wx = forza peso proiettata nella direzione del moto; Ff = forza legata agli attriti; Q= portata; ρ=densità dell'acqua; ΔVx = variazione di velocità nella direzione del moto. elementi caratteristici dell'equazione del momento Come si è già avuto modo di sottolineare in corrispondenza dei ponti, dove i meccanismi caratterizzanti il fenomeno sono più complessi, vengono utilizzati metodi di calcolo specifici. Il codice di calcolo permette di considerare l intera gamma di condizioni che possono generarsi in un processo di deflusso attraverso un ponte. Tali condizioni vengono qui di seguito riportate: la corrente non è in contatto con l'intradosso del ponte (Low flow); la corrente è in contatto con l'intradosso del ponte (Pressure/Weir flow). La prima condizione a sua volta prevede i seguenti casi: la corrente si mantiene lenta durante l'attraversamento del ponte (Class A low flow);la corrente transita attraverso la profondità critica (Class B low flow); la corrente si mantiene veloce durante l'attraversamento del ponte (Class C low flow). La seconda condizione prevede a sua volta i seguenti casi: il ponte risulta in pressione (Pressure flow); il ponte viene sormontato (Pressure and Weir flow). Le perdite energetiche caratteristiche del deflusso attraverso la struttura comprendono:

17 le perdite che si sviluppano nei tratti immediatamente a monte e a valle del manufatto. Tali perdite Nei casi di "inlet control" il tirante idrico a monte del tombino viene calcolato schematizzando il moto della corrente come quello che si genera sotto una paratoia a battente. Nei casi di "outlet control" il tirante idrico a monte del tombino viene calcolato a partire dal tirante idrico alla sezione di sbocco del tombino e considerando le perdite energetiche concentrate e distribuite che si determinano nel processo di deflusso Caratteristiche geometriche del tratto indagato La rappresentazione geometrica del tratto indagato del Torrente Arzilla è stata ricavata tramite rilievi topografici ed integrato dai rilievi condotti in loco. Il tratto di corso d acqua oggetto di simulazione numerica si estende per una lunghezza totale di circa 1.00 Km. Il modello idraulico specificatamente realizzato si compone di 19 sezioni trasversali, ortogonali all asse del fiume e rilevate nel mese di aprile Per l implementazione del modello idraulico sono stati utilizzati diversi valori di scabrezza. I valori del coefficiente di Strickler attribuiti sono riportati nella seguente tabella. sono dovute essenzialmente ai processi di contrazione ed espansione della corrente; le perdite che si generano proprio nel processo di deflusso attraverso la struttura. In funzione delle condizione di deflusso che si generano, si applicano metodi di calcolo differenti per valutare le perdite di carico e quindi l andamento del profilo idraulico nell intorno della struttura. Valori di scabrezza utilizzati nel modello idraulico Coefficienti di scabrezza di Strickler (m 1/3 /s) Fondo dell alveo 30 Sponde dell alveo Condizioni al contorno di riferimento per la modellazione idraulica Il codice di calcolo permette di risolvere i problemi relativi al deflusso delle acque attraverso i tombini. La risoluzione di tali problemi si fonda sull'approccio teorico proposto nella letteratura specializzata (vedi ad esempio "Open Channel Hydraulics", V.T.Chow). Il tipo di deflusso attraverso un tombino può essere catalogato come deflusso con sezione di controllo presso l'imbocco (in seguito "inlet control") o con sezione di controllo presso l'uscita ("outlet control"). Nel caso di "inlet control" la capacità del tombino dipende dal carico idraulico alla sezione di approccio, dalla geometria della sezione di ingresso e dal tipo di imbocco. La scabrezza del tombino, la sua lunghezza e pendenza, le condizioni idrauliche del ricettore di valle non sono elementi determinanti in grado di influenzare la capacità di deflusso. Nel caso di "outlet control" gli elementi determinanti per fissare la capacità idraulica del tombino sono, oltre a quelli caratteristici del caso precedente, la lunghezza, la pendenza e la scabrezza del tombino e le caratteristiche idrauliche del ricettore di valle. Il codice di calcolo risolve generalmente il problema calcolando, per la portata fissata dall'utente, il tirante idrico nella sezione di approccio al tombino utilizzando sia le equazioni adatte ai casi di "inlet control" sia quelle per i casi di "outlet control". Si assume quindi che la soluzione è quella cui è associato il massimo tirante idrico. Per l implementazione del modello idraulico le condizioni al contorno, di cui si è tenuto conto, sono le seguenti: Condizione di moto uniforme a valle: tramite l analisi del rilievo topografico è stato possibile individuare la pendenza (i=0.001); Portate in ingresso a monte Q 200 pari a mc/s. Ai fini modellistici gli scenari di riferimento sono i seguenti: stato di fatto, per il quale si considera la morfologia attuale del corso d acqua, simulando la portata duecentennale in condizioni di moto permanente; stato di progetto, per il quale si considera la presenza del viadotto in progetto. Lo stato di progetto è stato svolto simulando la portata duecentennale in condizioni di moto permanente Risultati delle simulazioni idrauliche Le simulazioni condotte per lo stato di fatto e di progetto hanno portato ai risultati di seguito mostrati. I risultati della simulazione mostrano come i livelli ante-operam e post operam in corrispondenza del ponte autostradale non presentino variazioni tali da diminuire il franco esistente, come si evince dai profili idraulici di seguito riportati. Relazione integrazioni idrauliche Pagina 16 di 22

18 I livelli si mantengono pressoché identici e si osserva come non sia presente un effetto di rigurgito dovuto alla presenza dell opera autostradale. Gli allagamenti presenti a monte e a valle dell opera (in accordo con le fasce PAI) sono causati da una insufficienza del tratto di alveo in esame, che non è in grado di contenere la portata con tempo di ritorno duecentennale. Nella configurazione di progetto si prevede la realizzazione di un ponte sul Torrente Arzilla nella Bretella di collegamento SP45-SP3 di lunghezza pari a m (in asse appoggi) e larghezza pari a m. La nuova opera presenta una lunghezza paritaria al ponte dell autostrada e la quota di intradosso dell impalcato pari a m slm nel punto di minimo presenta un franco pari a circa 1.20 m. Profilo idraulico simulazione post operam Profilo idraulico simulazione ante operam Planimetria sezioni idrauliche Relazione integrazioni idrauliche Pagina 17 di 22

19 TORRENTE ARZILLA T = 200 anni Q = mc/s Stato di fatto Progetto Sezione Z f Z dx Z sx h v Fr h v Fr [m s.l.m.] [m s.l.m.] [m s.l.m.] [m s.l.m.] [m/s] [-] [m s.l.m.] [m/s] [-] Tabella di riepilogo dei risultati delle modellazioni idrauliche Per quanto riguarda le sistemazioni idrauliche, queste sono state studiate e progettate nell ambito dei lavori della terza corsia A14 (si allega la tavola relativa a tale sistemazione); con gli approfondimenti successivi in fase di progetto Esecutivo si eseguirà il raccordo del ripristino dell'argine con il muro andatore della nuova spalla. Relazione integrazioni idrauliche Pagina 18 di 22

20 8 Fiume Metauro Regione Marche Verbale Regione Marche Allegato 7 Per il ponte sul fiume Metauro, considerando che con il prolungamento delle pile, parzialmente trasversali al deflusso di piena, si determina un'aumento dell'effetto ostacolo rispetto all'attuale, si ritiene opportuno che sia valutato tale aspetto ed effettuate delle verifiche considerando la possibilità di una riduzione della sezione utile di deflusso a causa della presenza di detriti vegetali (si veda anche "Potential Drift Accumulation at Bridges", Timothy H. Diehl, Pubblicazione No. FHWA-RD , Aprile 1997); inoltre, si valuteranno le potenziali modiche alla dinamica fluviale per la tendenza, causata dall'orientamento delle pile, ad indirizzare la corrente verso la sponda sinistra valle del ponte, e di conseguenza l'eventuale necessità di provvedere ad una difesa di sponda e/o dell'argine in sinistra idrografica a valle del ponte. Bretella sud di Fano: II tracciato attraversa in viadotto il Fiume Metauro e l'area inondabile E (R4). Il nuovo viadotto sarà eseguito in adiacenza a quello esistente, con le campate allineate. Per le sopra citate aree a rischio idraulico le Norme di Attuazione del PAI consentono, l'ampliamento delle infrastrutture viarie pubbliche o di interesse pubblico nonché la realizzazione delle relative strutture accessorie (art. 9, comma 1, lettera i) e la realizzazione di nuove infrastrutture viarie in attraversamento (art. 7, comma 6, lettera a). Tali disposizioni prevedono che le opere siano condizionate ad uno studio da parte del soggetto attuatore in cui siano valutate eventuali soluzioni alternative, la sostenibilità economica e la compatibilità con la pericolosità delle aree, previo parere vincolante dell'autorità idraulica competente (Competente Ufficio della Provincia di Pesaro e Urbino). Pertanto, per tutte le interferenze tra il percorso autostradale e le aree a rischio idraulico individuate nel PAl sopra riportate dovrà essere ottenuto il parere vincolante da parte dell'amministrazione Provinciale di cui all'art. 9, comma 1, lettera i) e all'art. 7, comma 6, lettera a), delle Norme di Attuazione del PAl (in aggiunta a quello richiesto per il R.D. 523/1904). Il ponte sul Fiume Metauro è compreso nel progetto della Bretella di Collegamento SP 45 SP 3. Tale viabilità, in affiancamento all autostrada esistente, attraversa un area a rischio R4 come si evince dall immagine seguente. Fasce Pai Fiume Metauro Il modello matematico utilizzato Le simulazioni sono state condotte in moto permanente attraverso il software Hec-ras (si veda il paragrafo per i dettagli) Caratteristiche geometriche del tratto indagato La rappresentazione geometrica del tratto indagato del fiume Metauro è stata ricavata tramite rilievi topografici ed integrato dai rilievi condotti in loco. Il tratto di corso d acqua oggetto di simulazione numerica si estende per una lunghezza totale di circa 1.00 Km. Il modello idraulico specificatamente realizzato si compone di 12 sezioni trasversali, ortogonali all asse del fiume e rilevate nel mese di aprile Per l implementazione del modello idraulico sono stati utilizzati diversi valori di scabrezza. I valori del coefficiente di Strickler attribuiti sono riportati nella seguente tabella. Relazione integrazioni idrauliche Pagina 19 di 22

21 La nuova opera presenta una lunghezza paritaria al ponte dell autostrada e la sezione longitudinale non si Valori di scabrezza utilizzati nel modello idraulico Coefficienti di scabrezza di Strickler (m 1/3 /s) Fondo dell alveo 30 Sponde dell alveo 30 modifica rispetto allo stato di fatto. La quota di intradosso dell impalcato pari a m slm nel punto di minimo presenta un franco superiore a 3.00 m Condizioni al contorno di riferimento per la modellazione idraulica Per l implementazione del modello idraulico le condizioni al contorno, di cui si è tenuto conto, sono le seguenti: Condizione di moto uniforme a valle: tramite l analisi del rilievo topografico è stato possibile individuare la pendenza (i=0.0013); Portate in ingresso a monte Q 200 pari a mc/s. Ai fini modellistici gli scenari di riferimento sono i seguenti: stato di fatto, per il quale si considera la morfologia attuale del corso d acqua, simulando l onda di piena duecentennale in condizioni di moto permanente; stato di progetto 1, per il quale si considera la presenza del viadotto in progetto. Lo stato di progetto è stato simulato in corrispondenza della portata duecentennale in condizioni di moto permanente. stato di progetto 2, per il quale si considera l intasamento dovuto alla presenza di detriti vegetali che portano ad una riduzione della sezione utile per il 50 % delle pile in alveo. Tale riduzione è stata definita considerando un ingombro trasversale per cinque pile nell alveo interessato dalle portate di morbida pari a circa 14 m Risultati delle simulazioni idrauliche Profilo idraulico simulazione ante operam Stato di fatto e di progetto I risultati della simulazione mostrano come i livelli ante-operam e post operam in corrispondenza del ponte autostradale non presentano variazioni tali da diminuire il franco esistente, come si evince dai profili idraulici di seguito riportati. I livelli si mantengono pressoché identici e si osserva come non sia presente un effetto di rigurgito dovuto alla presenza dell opera autostradale. Gli allagamenti presenti a monte e a valle dell opera (in accordo con le fasce PAI) sono causati da una insufficienza del tratto di alveo in esame, che non è in grado di contenere la portata con tempo di ritorno duecentennale. Nella configurazione di progetto si prevede la realizzazione di un ponte in adiacenza a quello autostradale sulla Bretella sud di lunghezza pari a m (in asse appoggi) e larghezza pari a m. Relazione integrazioni idrauliche Pagina 20 di 22