REALIZZAZIONE DI FABBRICATO AD USO MAGAZZINI E PREDISPOSIZIONE POSA IMPIANTO PER GESTIONE E LAVORAZIONE INERTI. Merlet Fabrizio

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1 Regione Autonoma Valle d Aosta Comune di AYAS Région Autonome Vallée d Aoste Commune de AYAS Progetto REALIZZAZIONE DI FABBRICATO AD USO MAGAZZINI E PREDISPOSIZIONE POSA IMPIANTO PER GESTIONE E LAVORAZIONE INERTI Committente: Merlet Fabrizio Allegato Relazione di modellazione idraulica data marzo 2015 arch Pont Saint Martin (AO) via Caduti del Lavoro 11/A p.i.: tel fax studiosio2@studiosio2.it

2 1. Sommario 1.! Sommario... 2! 2.! Premessa... 4! Corografia... 6! Elaborazione del Modello Digitale del Terreno (DTM) con maglia 0,50 m (aut del 21 marzo 2014)... 7! 3.! Caratteristiche del bacino idrografico... 8! Estensione del bacino idrografico... 9! Elaborazione DTM (poligoni di Voronoi) distribuzione delle fasce altitudinali... 10! 4.! Calcolo della portata di piena... 11! Aspetti idrologici... 11! Calcolo del tempo di corrivazione... 11! Pluviometria... 12! Calcolo della portata di piena... 14! Raffronto con lo Studio idrologico e idraulico del torrente Evançon ai fini della revisione cartografica prescrittiva ai sensi della L.R. 11/98 e s.m.i. dalla fraz. Frachey alla fraz. Corbet di Ayas... 14! 5.! Analisi idraulica delle sezioni d alveo in condizioni di moto permanente... 16! Cartografia con ubicazione delle sezioni di verifica idraulica... 17! sezione 01 e 02 rilievo... 18! sezione 03 rilievo... 19! sezione 04 rilievo e progetto... 20! sezione 05 rilievo e progetto... 21! sezione 06 rilievo e progetto... 22! sezione 07 rilievo e progetto... 23! sezione 08 rilievo e progetto... 24! sezione 09 rilievo e progetto... 25! sezione 10 rilievo e progetto... 26! sezione 11 rilievo e progetto... 27! sezione 12,5 rilievo e progetto e documentazione fotografica... 28! 2

3 sezione 12 rilievo e progetto... 29! sezione 13 e 14 rilievo... 30! sezione 14,5 rilievo e progetto e documentazione fotografica... 31! sezione 15 e 16 rilievo... 32! sezione 17 e 18 rilievo... 33! vista 3D del tratto d alveo oggetto di verifica... 34! Tabella riassuntiva dei risultati della verifica idraulica... 35! Cartografia delle aree interessate dall evento di piena conseguente a precipitazioni con Tr = 20 anni... 36! Cartografia delle aree interessate dall evento di piena conseguente a precipitazioni con Tr = 100 anni... 37! Cartografia delle aree interessate dall evento di piena conseguente a precipitazioni con Tr = 200 anni... 38! Struttura del modello HEC - RAS... 39! Dati di input... 47! Tabella dei valori del coefficiente di scabrezza k s... 48! Dati di output... 49! 6.! Opera di difesa... 51! 3

4 2. Premessa Su incarico e per conto del Sig. Merlet Fabrizio, è stato redatto il presente studio finalizzato alla verifica idraulica del tratto di torrente Evançon in loc. Corbet del Comune di Ayas in adiacenza del quale il Committente intende attuare il progetto di Realizzazione di fabbricato ad uso magazzini e predisposizione impianto per gestione e lavorazione inerti in sponda sinistra orografica del torrente Evançon (vedi cartografia allegata). La verifica idraulica del torrente Evançon è stata effettuata a partire dalla analisi del bacino idrografico sotteso dalla sezione di chiusura rappresentata dal ponte della S.R. n 5 per Antagnod. Al fine di meglio e più oggettivamente affrontare l incarico, è stato analizzato lo Studio idrologico e idraulico del torrente Evançon ai fini della revisione cartografica prescrittiva ai sensi della L.R. 11/98 e s.m.i. dalla fraz. Frachey alla fraz. Corbet di Ayas redatto dal Dr. Fabio Mazzucco e dall Ing. Piermarco Favre in data settembre Le fasi di studio sono state così articolate: analisi delle caratteristiche del bacino idrografico del torrente Evançon a monte della sezione di chiusura rappresentata dal ponte della S.R. n 5 per Antagnod; calcolo della portata di piena del torrente Evançon per tempi di ritorno delle precipitazioni Tr = 20, 100 e 200 anni a partire dai dati geografici e geomorfologici desunti dal Modello Digitale del Terreno DTM con maglia 100 m prodotto dalla Regione Autonoma Valle d Aosta oltre ai dati di precipitazione disponibili on line a partire dal sito analisi idraulica delle sezioni d alveo in condizioni di moto permanente utilizzando il codice HEC RAS; le sezioni topografiche da inserire nel modello idraulico sono state ricavate dal Modello Digitale del Terreno DTM con maglia 0,50 m prodotto dalla Regione Autonoma Valle d Aosta (DTM aste fluviali) autorizzato con provvedimento n 1577 del 21 marzo 2014 dell Assessorato territorio e ambiente. 4

5 I risultati dello studio sono riassunti nelle sezioni idrauliche e nella cartografia che riporta l estensione delle aree inondabili in conseguenza di eventi meteorici con tempi di ritorno delle precipitazioni Tr = 20, 100 e 200 anni. 5

6 Inquadramento SC. 1: Regione Autonoma Valle d'aosta Comune di Ayas Région Autonome de la Vallée d'aoste Commune de Ayas Progetto: VERIFICA IDRAULICA DI UN TRATTO DEL TORRENTE EVANCON Allegato: Corografia SC. 1:2.000 LEGENDA Area di indagine C.T.R. sc 1: aut. n 305 del 13 febbraio 2001

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8 3. Caratteristiche del bacino idrografico Il bacino del corso d acqua a monte della sezione di chiusura rappresentata dal ponte della S.R. n 5 per Antagnod si sviluppa su di una superficie complessiva pari a 123,98 km 2. La lunghezza massima dell asta torrentizia risulta di 14,58 km. La superficie del bacino si sviluppa interamente in ambito montano. I parametri caratteristici del bacino, desunti dal Modello Digitale del Terreno DTM con passo 100 m, sono così riassunti: S = 123,98 km 2 superficie totale; H max = 4.171,70 m s.l.m. quota massima; H med = 2.518,60 m s.l.m. quota calcolata statisticamente come la media delle quote dei punti costituenti il DTM racchiusi all interno del perimetro del bacino idrografico; H sez = 1.490,00 m s.l.m. quota della sezione di chiusura; L = 14,58 km lunghezza dell asta principale dalla cresta spartiacque sino alla sezione di chiusura; i = 0,184 m/m pendenza media dell asta principale valutata con la formula di Fornari come media pesata delle radici quadrate delle pendenze i k di tratti successivi l k. Il corso d acqua è sprovvisto di stazioni di misura della portata in prossimità della sezione di chiusura considerata per cui risulta impossibile una valutazione delle caratteristiche di deflusso seguendo le procedure statistiche che necessitano della disponibilità di una serie storica di misure di portata. 8

9 Regione Autonoma Valle d'aosta Comune di Ayas Région Autonome de la Vallée d'aoste Commune de Ayas Progetto: VERIFICA IDRAULICA DI UN TRATTO DEL TORRENTE EVANCON Allegato: Carta del bacino idrografico SC. 1: LEGENDA Area di indagine Bacino idrografico

10 Distribuzione delle fasce altitudinali ( m s.l.m.)

11 4. Calcolo della portata di piena Aspetti idrologici Il bacino del torrente Evançon è inserito nel settore nord occidentale delle Alpi caratterizzate da un regime pluviometrico continentale alpino con massimi in periodo primaverile estivo e invernale. Le precipitazioni invernali sono, per la maggior parte del bacino, sotto forma solida e quindi vengono stoccate per essere restituite ai corsi d acqua superficiali in periodo tardo primaverile estivo. Si viene così a determinare un regime idrologico di tipo nivo pluviale caratteristico dei bacini con accumulo di neve durante la stagione invernale e, conseguentemente, limitati deflussi. Durante la primavera si ha invece abbondanza di deflussi dovuti alla fusione delle nevi ed al contemporaneo verificarsi di piogge: nell estate e nell autunno i bacini si comportano come pluviali caratterizzati da afflussi quasi sempre sotto forma liquida. L andamento dei deflussi si presenta simile a quello degli afflussi; a causa però della variazione stagionale del coefficiente di deflusso, i maggiori deflussi si verificano, a parità di precipitazioni, in inverno e nell avanzato autunno. Per il calcolo della portata smaltibile nella sezione dell alveo nei pressi del sito in oggetto sono stati svolti i seguenti calcoli: Calcolo del tempo di corrivazione La determinazione del tempo di corrivazione è stata effettuata utilizzando le seguenti formule: Giandotti: tc = 4 * S * L / 0.8 * (Hm - Hsez) 0.5 ; Pezzoli: tc = * L / i 0.5 ; Ventura: tc = * (S/i) 0.5. Parametri caratteristici del bacino alla sezione esaminata: superficie altitudine altitudine Altitudine lung. pend. massima media sezione asta asta S (km 2 ) Hmax (m s.l.m.) Hm (m. s.l.m.) Hsez (m s.l.m) L (km) i (m/m) 123, , , ,00 14,58 0,184 11

12 Determinazione del tempo di corrivazione con le citate formule: Tempo di corrivazione Tc (ore) GIANDOTTI PEZZOLI VENTURA 2,59 1,87 3,30 Cautelativamente si adotta il valore di Tc medio (2,59 ore) tra quelli calcolati. Pluviometria L altezza di precipitazione da inserire nella formula del calcolo della portata di piena è stata ricavata a partire dall applicativo messo a disposizione dall Amministrazione Regionale della Valle d Aosta - Assessorato opere pubbliche, difesa del suolo e edilizia residenziale pubblica Centro Funzionale, disponibile on line a partire dal sito Il software permette di ottenere i dati della Stima altezze di precipitazione H (Tr, Tc) analisi alla scala di bacino impostando: tempo di ritorno Tr = 20, 100 e 200 anni durata di precipitazione (corrispondente al tempo di corrivazione Tc) corrispondente al tempo di corrivazione Tc calcolato per il bacino sotteso. Nel caso in esame è stata cautelativamente utilizzata l altezza di precipitazione corrispondente a 3,0 ore. 12

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14 Calcolo della portata di piena La portata Q (mc/s) è stata calcolata con la formula di Turazza Q = (S * H * c) / (3,6 Tc) con S = superficie del bacino (km 2 ) H (mm) = altezza di precipitazione f(tempo di ritorno T r e del tempo di corrivazione T c ) c = coefficiente di deflusso (0,70) Tc = tempo di corrivazione (ore) Q Tr20 = 265,18 m 3 /s Q Tr100 = 353,57 m 3 /s Q Tr200 = 401,79 m 3 /s Raffronto con lo Studio idrologico e idraulico del torrente Evançon ai fini della revisione cartografica prescrittiva ai sensi della L.R. 11/98 e s.m.i. dalla fraz. Frachey alla fraz. Corbet di Ayas Nello Studio idrologico e idraulico del torrente Evançon ai fini della revisione cartografica prescrittiva ai sensi della L.R. 11/98 e s.m.i. dalla fraz. Frachey alla fraz. Corbet di Ayas, redatto per conto dell Amministrazione comunale dal Dr. Fabio Mazzucco e dall Ing. Piermarco Favre in data settembre 2009, i redattori hanno ricavato gli ietogrammi, associati a differenti tempi di ritorno, utilizzati per ricavare l idrogramma relativo alla portata liquida. I valori di portata liquida così ricavati sono stati incrementati del 20% per simulare la presenza di trasporto solido. L idrogramma di piena in corrispondenza della sezione di chiusura rappresentata dal ponte della S.R. n 5 per Antagnod indica, i seguenti valori di portata liquida: Q Tr20 95 m 3 /s Q Tr m 3 /s Q Tr m 3 /s 14

15 Considerando un incremento del 20% per simulare la presenza di trasporto solido si ottiene: Q Tr m 3 /s Q Tr m 3 /s Q Tr m 3 /s I valori di portata calcolati con la formula di Turazza risultano superiori a quelli proposti dagli autori dello Studio idrologico e idraulico del torrente Evançon ai fini della revisione cartografica prescrittiva ai sensi della L.R. 11/98 e s.m.i. dalla fraz. Frachey alla fraz. Corbet di Ayas e pertanto risultano cautelativi. 15

16 5. Analisi idraulica delle sezioni d alveo in condizioni di moto permanente Mediante l utilizzo del software HEC RAS 4.0 è stato elaborato il modello idraulico del torrente Evançon tra le sezioni 01 e 18 oltre alle sezioni relative ai ponti della S.R. n 5 per Antagnod ed al ponte pedonale ubicato a monte di quello viario. Le sezioni sono tracciate su apposita cartografia su base cartografica CTR. Per le sezioni 01, 02, 03, 13, 14, 15, 16, 17 e 18, oltre a quelle relative ai ponti (sez. 12,5 e 14,5), che non intersecano l area di intervento, è stato prodotto un unico layout che riporta i risultati della simulazione idraulica. Per le sezioni 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11 e 12, interessate dal progetto di Realizzazione di fabbricato ad uso magazzini e impianto per gestione e lavorazione inerti, sono stati prodotti i layout sia della situazione di rilievo che di progetto che riportano le altezze idrometriche nelle configurazioni attale e futura. Il modello idraulico HEC-RAS permette di simulare, in condizioni di moto permanente, gli effetti della portata di piena nelle sezioni di deflusso, fornendo come dati di output i parametri caratteristici del moto, tra i quali la quota del pelo libero, l altezza critica e il gradiente energetico. La verifica idraulica delle sezioni analizzate ha permesso di individuare cartograficamente le aree raggiunte dalle acque di piena in relazione alle portate calcolate. Le altezze idrometriche ricavate dall analisi idraulica sono state utilizzate per la perimetrazione su base CTR delle aree potenzialmente allagabili da eventi di piena conseguenti a precipitazioni con differenti tempi di ritorno. Di seguito vengono riportate le sezioni idrauliche di output prodotte a seguito di simulazione con codice HEC - RAS. 16

17 Inquadramento SC. 1: Regione Autonoma Valle d'aosta Comune di Ayas Région Autonome de la Vallée d'aoste Commune de Ayas Progetto: VERIFICA IDRAULICA DI UN TRATTO DEL TORRENTE EVANCON Allegato: Corografia SC. 1: LEGENDA Area di indagine Sezioni idrauliche C.T.R. sc 1: aut. n 305 del 13 febbraio 2001

18 Sezione 1 SITUAZIONE DI RILIEVO E PROGETTO 1483 RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni Sezione 2 SITUAZIONE DI RILIEVO E PROGETTO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni

19 Sezione 3 SITUAZIONE DI RILIEVO E PROGETTO RS=

20 Sezione 4 SITUAZIONE DI RILIEVO RS= Sezione 4 SITUAZIONE DI PROGETTO RS=

21 Sezione 5 SITUAZIONE DI RILIEVO RS= Crit Tr 20 anni Sezione 5 SITUAZIONE DI PROGETTO RS= Crit Tr 20 anni

22 Sezione 6 SITUAZIONE DI RILIEVO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni Sezione 6 SITUAZIONE DI PROGETTO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni

23 Sezione 7 SITUAZIONE DI RILIEVO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni Sezione 7 SITUAZIONE DI PROGETTO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni

24 Sezione 8 SITUAZIONE DI RILIEVO 1494 RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni Sezione 8 SITUAZIONE DI PROGETTO 1494 RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni

25 Sezione 9 SITUAZIONE DI RILIEVO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni Sezione 9 SITUAZIONE DI PROGETTO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni

26 Sezione 10 SITUAZIONE DI RILIEVO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni Sezione 10 SITUAZIONE DI PROGETTO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni

27 Sezione 11 SITUAZIONE DI RILIEVO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni Sezione 11 SITUAZIONE DI PROGETTO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni

28 Sezione 12.5 SITUAZIONE DI RILIEVO E PROGETTO RS = 12.5 BR Ponte SR Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni Sezione 12.5 DOCUMENTAZIONE FOTOGRAFICA

29 Sezione 12 SITUAZIONE DI RILIEVO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni Sezione 12 SITUAZIONE DI PROGETTO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni

30 Sezione 13 SITUAZIONE DI RILIEVO E PROGETTO RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni Sezione 14 SITUAZIONE DI RILIEVO PROGETTO RS=

31 Sezione 14.5 SITUAZIONE DI RILIEVO E PROGETTO 1492 RS = 14.5 BR Passerella pedonale Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni Sezione 14.5 DOCUMENTAZIONE FOTOGRAFICA

32 Sezione 15 SITUAZIONE DI RILIEVO E PROGETTO 1492 RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni Sezione 16 SITUAZIONE DI RILIEVO PROGETTO 1492 RS=

33 Sezione 17 SITUAZIONE DI RILIEVO E PROGETTO 1492 RS= Sezione 18 SITUAZIONE DI RILIEVO PROGETTO 1494 RS= Crit Tr 200 anni Crit Tr 100 anni Crit Tr 20 anni

34 VISTA 3D SIMULAZIONE CON Tr 200 ANNI VISTA 3D SIMULAZIONE CON Tr 100 ANNI VISTA 3D SIMULAZIONE CON Tr 20 ANNI

35 HEC-RAS Plan: progetto River: Ayasse Reach: unico 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) unico 18 Tr 20 anni unico 18 Tr 100 anni unico 18 Tr 200 anni unico 17 Tr 20 anni unico 17 Tr 100 anni unico 17 Tr 200 anni unico 16 Tr 20 anni unico 16 Tr 100 anni unico 16 Tr 200 anni unico 15 Tr 20 anni unico 15 Tr 100 anni unico 15 Tr 200 anni unico 14.5 Bridge unico 14 Tr 20 anni unico 14 Tr 100 anni unico 14 Tr 200 anni unico 13 Tr 20 anni unico 13 Tr 100 anni unico 13 Tr 200 anni unico 12.5 Bridge unico 12 Tr 20 anni unico 12 Tr 100 anni unico 12 Tr 200 anni unico 11 Tr 20 anni unico 11 Tr 100 anni unico 11 Tr 200 anni unico 10 Tr 20 anni unico 10 Tr 100 anni unico 10 Tr 200 anni unico 9 Tr 20 anni unico 9 Tr 100 anni unico 9 Tr 200 anni unico 8 Tr 20 anni unico 8 Tr 100 anni unico 8 Tr 200 anni unico 7 Tr 20 anni unico 7 Tr 100 anni unico 7 Tr 200 anni unico 6 Tr 20 anni unico 6 Tr 100 anni unico 6 Tr 200 anni unico 5 Tr 20 anni unico 5 Tr 100 anni unico 5 Tr 200 anni unico 4 Tr 20 anni unico 4 Tr 100 anni unico 4 Tr 200 anni unico 3 Tr 20 anni unico 3 Tr 100 anni unico 3 Tr 200 anni unico 2 Tr 20 anni unico 2 Tr 100 anni unico 2 Tr 200 anni unico 1 Tr 20 anni unico 1 Tr 100 anni unico 1 Tr 200 anni

36 7 Regione Autonoma Valle d'aosta Comune di Ayas Région Autonome de la Vallée d'aoste Commune de Ayas Progetto: VERIFICA IDRAULICA DI UN TRATTO DEL TORRENTE EVANCON Allegato: Perimetrazione area di esondazione Tr 20 SC. 1: LEGENDA Area di indagine Sezioni idrauliche Area di esondazione Tr 20

37 7 Regione Autonoma Valle d'aosta Comune di Ayas Région Autonome de la Vallée d'aoste Commune de Ayas Progetto: VERIFICA IDRAULICA DI UN TRATTO DEL TORRENTE EVANCON Allegato: Perimetrazione area di esondazione Tr 100 SC. 1: LEGENDA Area di indagine Sezioni idrauliche Area di esondazione Tr 100

38 Regione Autonoma Valle d'aosta Comune di Ayas Région Autonome de la Vallée d'aoste Commune de Ayas Progetto: VERIFICA IDRAULICA DI UN TRATTO DEL TORRENTE EVANCON Allegato: Perimetrazione area di esondazione Tr 200 SC. 1: LEGENDA Area di indagine Sezioni idrauliche Area di esondazione Tr 200

39 Struttura del modello HEC - RAS HEC RAS 4.0 (Hydrologic Engeneering Center s River Analysis System) è il software utilizzato per la verifica idraulica delle sezioni d alveo analizzate. Il modello è strutturato per calcolare i profili di superficie libera in moto permanente gradualmente vario (in senso spaziale e non temporale) in alvei prismatici e nonprismatici con corrente di tipo misto. Il modello è comunque vincolato nel suo utilizzo da tre condizioni: - poiché le equazioni non contengono termini dipendenti dal tempo, il moto deve essere permanente; - il moto deve essere gradualmente vario in senso spaziale poiché le equazioni ipotizzano la distribuzione idrostatica delle pressioni in seno alla corrente; - il moto è mono-dimensionale. E' comunque importante evidenziare la capacità del modello di dare attendibili risultati nella gestione delle aree inondabili circostanti gli alvei naturali. In questo senso è quindi possibile: - determinare le aree inondabili da parte di portate diverse allo scopo di predisporne l'opportuna protezione; - studiare le conseguenze d'uso delle aree golenali e il loro danneggiamento; Proprio nell'ottica di queste problematiche l'utilizzo del modello numerico in questione risulta essere estremamente efficace. La possibilità di determinare il comportamento del profilo del corso d'acqua tenendo conto anche dell'influenza esercitata dai manufatti in alveo consente di tracciare con buona precisione la via di piena. Particolare importanza riveste la possibilità di parametrizzare il coefficiente di scabrezza per alveo e golene. Inoltre è possibile creare all'interno di ciascuna sezione trasversale del corso d'acqua più zone a scabrezza omogenea in modo da meglio approssimare il valore del suddetto parametro, troppo spesso legato all'imprecisione del coefficiente di scabrezza equivalente. Per meglio comprendere il funzionamento del modello idraulico utilizzato è opportuno fornire una sintesi delle potenzialità e dei fondamenti teorici che stanno alla base del calcolo dei profili di moto permanente e che sono 39

40 implementati nel modello stesso. Maggiori approfondimenti al riguardo sono comunque disponibili presso lo scrivente. Al fine di calcolare la quota del pelo libero incognita in una determinata sezione trasversale del corso d'acqua è stata adottata la procedura di calcolo nota come Standard Step Method, che consiste nell'integrazione dell'equazione di bilancio energetico. Le due equazioni che proponiamo rappresentano il metodo di cui sopra: α2 v22 α1 v12 WS 2 + = WS g 2g h e h e = L S f α v + c 2g α1 v 2g dove: - WS 1, WS 2 = quota del pelo libero fra due sezioni di calcolo - v 1, v 2 = velocità media - α 1, α 2 = coefficienti energetici moltiplicativi della velocità - g = accelerazione gravitazionale - h e = perdita di carico - L = distanza fra le sezioni trasversali - S f = pendenza media - c = coefficiente di perdita per contrazione o espansione Ulteriore punto fondamentale nella comprensione del funzionamento del modello idraulico è la suddivisione della massa liquida defluente in unità elementari per le quali la velocità è distribuita uniformemente. Individuata la sezione trasversale del corso d'acqua attraverso la griglia dei punti x (distanze progressive dall'ascissa x = 0) e y (quote m s.l.m. relative ai punti definiti alle 40

41 varie progressive), nelle aree golenali le unità elementari di deflusso coincidono con la suddivisione creata dalle progressive all'interno della sezione trasversale. Nel canale principale di deflusso (o alveo di magra ordinaria) la massa liquida defluente non viene suddivisa tranne nel caso in cui si conferiscano più valori di scabrezza differenti in alveo. In funzione del numero di differenziazioni del valore della scabrezza saranno individuate corrispondenti unità di deflusso. La capacità totale di deflusso per la sezione trasversale è ottenuta per sommatoria delle singole capacità relative alle unità in cui la sezione è stata scomposta. Le perdite di carico dovute ad attrito sono calcolate come prodotto della pendenza media, S f, e della distanza L fra due sezioni trasversali consecutive. La procedura di calcolo può essere pertanto riassunta nelle seguenti fasi: 1. Definizione della altezza d'acqua alla sezione di partenza. 2. Calcolo della velocità e della capacità totale di trasporto in funzione della quota definita del pelo libero. 3. Risoluzione dell'equazione esprimente le perdite energetiche e definizione della pendenza media tramite i valori determinati al punto Calcolo della quota del pelo libero alla sezione incognita con i valori ottenuti dai punti 2 e Confronto tra il valore WS 2 calcolato e i valori adottati al punto 1. I passi da 1 a 5 vengono ripetuti finché i due valori non risultano essere inferiori a 0,01 metri. La quota iniziale del pelo libero può essere assunta seguendo diversi criteri. Il più comune è tracciare la scala di deflusso relativamente alla sezione di partenza del profilo tenendo conto dell'interazione eventuale con altri corsi d'acqua e della situazione idraulica delle aree circostanti provvedendo alle maggiorazioni del caso sulla quota qualora intervengano fattori condizionanti di tale entità. Qualora vi siano manufatti tali da condizionare la relazione portata defluente - carico, sarà l'esame delle quote che possano verificarsi in alveo a fornire le indicazioni sulla quota di partenza per il tracciamento del profilo. Altre metodologie più raffinate sono basate sul metodo delle secanti per definire la quota di tolleranza nella differenza tra quota presunta e calcolata. 41

42 I dati di input necessari affinché il modello possa produrre l'output desiderato (cioè la quota del pelo libero alle sezioni trasversali desiderate e il profilo di moto permanente) comprendono: - tipo di corrente; - quota iniziale del pelo libero; - valore/i di portata; - coefficienti rappresentativi delle perdite; - geometria delle sezioni trasversali; - distanze (golene e alveo principale) tra le sezioni trasversali. Le opzioni di calcolo riguardano la determinazione del profilo in caso di presenza di strutture in alveo e simulazioni di interventi nelle aree golenali con deviazioni del corso d'acqua o costruzione di arginature. Determinato il tipo di corrente, la quota iniziale del pelo libero, i valori di portata per cui occorre tracciare i profili di moto permanente, è necessario definire i valori di scabrezza. Il modello utilizzato nelle elaborazioni consente molteplici soluzioni per definire la scabrezza delle singole sezioni trasversali, la qual cosa permette di ridurre moltissimo i margini di dubbio e incertezza legati all'individuazione di questo coefficiente particolarmente importante. Oltre alle perdite di carico valutate attraverso il coefficiente "n" di Manning (perdite per attrito), è possibile valutare le perdite di transizione per allargamento/restringimento attraverso i coefficienti di espansione/contrazione, le perdite che si originano nell'attraversamento di ponti e tombini in seguito alla forma del manufatto, alla configurazione delle pile, al tipo di moto e alle condizioni di imbocco/sbocco. Come accennato in precedenza, il coefficiente di scabrezza può assumere diversi valori in una singola sezione trasversale, al fine di poter rappresentare realisticamente la morfologia della stessa. Nella determinazione dei valori del parametro scabrezza si cerca di correlare quella che è la situazione appurata in situ del corso d'acqua con i risultati delle esperienze condotte dai ricercatori. Nelle pagine successive viene riportata la tabella si è fatto costante riferimento nella valutazione dei coefficienti di scabrezza per i corsi d'acqua naturali. 42

43 La geometria delle sezioni trasversali e la conoscenza del territorio circostante l'area inondabile, unite alla completa definizione dei manufatti che il corso d'acqua incontra lungo il suo percorso, sono sfruttate al meglio dal modello per riprodurre fedelmente le condizioni che in realtà si verificano al defluire della portata in esame. Le sezioni trasversali sono quindi ubicate in modo da rappresentare non solo l'area immediatamente circostante il corso d'acqua, ma anche la probabile via di piena. In generale la disposizione planimetrica delle sezioni è effettuata tenendo conto di: - variazioni nella portata; - modifiche sostanziali della pendenza di fondo; - cambiamenti della morfologia del corso d'acqua; - mutamenti rilevanti nella granulometria e nella copertura vegetale; - presenza di ponti, traverse, tombini, ostruzioni artificiali. La distanza fra le varie sezioni trasversali viene specificata come distanza fra le golene (destra e sinistra) e lungo il canale principale di deflusso. La distanza viene stabilita in modo da poter individuare le variazioni delle dimensioni trasversali del corso d'acqua nel caso queste si verifichino. Lo studio del fenomeno di piena che interessa il corso d'acqua in oggetto è collegato con i dati che individuano la morfologia del territorio che ospita l'asta torrentizia. I dati topografici, intesi nella fattispecie come: - geometria delle sezioni trasversali, - profilo longitudinale del corso d'acqua, sono stati ottenuti mediante Modello Digitale del Terreno DTM con maglia 0,50 m. Nelle allegate tavole descrittive sono riportate le collocazioni planimetriche delle sezioni trasversali utilizzate per la costruzione del modello numerico. Per la loro individuazione si è proceduto con la seguente metodologia: - determinazione delle caratteristiche morfologiche del tratto di corso d'acqua in studio; - individuazione di aree omogenee in relazione al parametro scabrezza, determinato in funzione del tipo di materiale lapideo in alveo, della copertura vegetale; - individuazione di tratti caratterizzati dai valori omogenei di pendenza del fondo alveo e altri parametri idraulici. 43

44 Ciascuna sezione trasversale rappresenta pertanto le caratteristiche geometriche e idrauliche di una microarea. Nella ubicazione planimetrica delle sezioni è stata valutata la distanza fra sezioni successive in modo da poter fornire una serie di dati significativi al modello anche nel senso dello sviluppo longitudinale. Infatti è necessario tenere in conto anche la variazione della scabrezza non solo entro una singola sezione trasversale, ma fornire una valida descrizione della sua variazione fra sezione e sezione. Per quanto riguarda la pendenza di fondo del corso d'acqua, il modello numerico è in grado di determinare questa grandezza secondo procedura di calcolo automatica in funzione della geometria delle sezioni trasversali e della distanza tra sezioni successive. La pendenza di fondo calcolata e che viene riportata sul profilo di moto permanente è da intendersi riferita alla linea di talweg. I calcoli del profilo sono comunque svolti anche in funzione della pendenza di fondo delle aree golenali in quanto le elaborazioni numeriche prevedono la suddivisione del corso d'acqua in tre aree distinte, ma omogenee, al fine del calcolo del profilo e dei parametri idraulici relativi: - golena sinistra - canale principale - golena destra. La suddivisione delle sezioni trasversali mediante una griglia di punti (x, y) ripartita nelle tre zone fondamentali di calcolo consente l'individuazione dei principali parametri (portata, velocità, scabrezza) in queste aree di deflusso, il che permette di definire completamente le caratteristiche salienti del moto entro l'intera via di piena consentendo di intervenire globalmente e puntualmente. La determinazione delle aree soggette ad esondazione consente di porre particolare cura nell'individuazione di eventuali vie preferenziali di propagazione della portata defluente. Il modello è dotato di numerose opzioni che permettono di determinare la via di piena nonché calcolare le perdite di energia dovute alla presenza di ostruzioni come soglie di sfioro, tombini e ponti e definire i miglioramenti apportabili con rimodellamenti in alveo. Possono essere selezionate diverse equazioni al fine di calcolare le perdite di carico, determinare l'altezza critica, calcolare la scabrezza secondo formule dirette. 44

45 Il modello può inoltre generare automaticamente sezioni trasversali in un tronco di calcolo interpolando i dati tra le due sezioni di estremità, definire le aree ineffettive al deflusso, analizzare le zone di confluenza fra corsi d'acqua, calcolare l'influenza di un'eventuale copertura di ghiaccio sul pelo libero e dei manufatti presenti. Nel caso specifico della presente elaborazione sono stati inseriti nel modello idraulico ai fini della verifica i ponti. Le perdite di carico causate da queste strutture sono calcolate in due tempi e modalità. Inizialmente si determinano le perdite dovute ad espansione e restringimento della sezione trasversale nelle parti di valle e monte della struttura con il metodo implementato (Standard Step Method) per il calcolo della quota del pelo libero. In un secondo tempo le perdite sono integrate dal calcolo delle perdite di carico che si verificano nell'attraversamento della struttura, queste ultime determinate con le relative opzioni di calcolo. Il modello distingue quattro tipi di deflusso possibile in corrispondenza dei ponti: a) Flusso regolare, al disotto dell'intradosso, suddiviso in ulteriori sottoclassi a seconda che il ponte sia dotato o meno di pile e del livello raggiunto dal pelo libero (superiore o inferiore all'altezza critica). b) Moto in pressione: c) Vena liquida stramazzante sul piano rotabile: d) Deflusso combinato (moto a pelo libero + moto in pressione + stramazzo). Il modello numerico, infine, è in grado di produrre una notevole quantità di dati di output, mirati a rendere efficace e completa sotto tutti i punti di vista l'analisi del corso d'acqua. Un blocco di informazioni omogenee è individuabile nella stampa dei commenti e del file di dati di input. I dati di output di maggiore interesse sono quelli relativi alle sezioni trasversali, per le quali è previsto un elenco standard di quaranta variabili per singola sezione volte a definire completamente i parametri fisici. Il notevole numero di dati permette di avere sotto controllo l'intera fenomenologia idraulica e strutturale che ne deriva. 45

46 Tra i valori riportati figurano: - Q = portata totale - QLOB, QCH, QROB = portata, così ripartita: golena sinistra, canale principale, golena destra - DEPTH = profondità, misurata come differenza di quota fra pelo libero e punto più depresso nella sezione - CWSEL = quota calcolata del pelo libero - CRIWS = quota dell'altezza critica - WSELK = quota dell'altezza d'acqua, quando costituisce dato di input - EG = quota dei carichi totali (gradiente energetico) - VLOB, VCH, VROB = velocità media, così riferita: golena sinistra, canale principale, golena destra - ALOB, ACH, AROB = area liquida, così riferita: golena sinistra, canale principale, golena destra - XNL, XNCH, XNR = coefficiente "n" di Manning riferito rispettivamente a: golena sinistra, canale principale, golena destra - SLOPE = pendenza della linea dei carichi nella sezione di calcolo - TOPWID = ampiezza del pelo libero - L-BANK ELEV = quota della sponda sinistra - R-BANK ELEV = quota della sponda destra. I dati raccolti mostrano la distribuzione della massa liquida nelle tre suddivisioni principali della singola sezione trasversale: golena sinistra, alveo (o canale) principale, golena destra. Ulteriori informazioni riguardo alla distribuzione di portata nelle aree golenali possono essere fornite dal modello. Questa serie di dati è costituita da: - distribuzione dell'area liquida all'interno delle zone golenali - velocità media - valore percentuale di portata sul totale - profondità 46

47 - valori del coefficiente "n" di Manning. Il modello è in grado inoltre di fornire: - stampa delle sezioni, nelle quali viene evidenziato il profilo del terreno così come descritto nel file di input, la quota del pelo libero, la quota dell'altezza critica, la quota della linea dei carichi, la rappresentazione delle strutture in alveo; - stampa del profilo di moto permanente, creato a partire dalla geometria delle sezioni trasversali, nel quale sono riportati la collocazione delle sezioni trasversali, le distanze progressive, quota del fondo misurata lungo l'alveo principale secondo la linea di thalweg, quota del pelo libero, quota dell'altezza critica, quota della linea dei carichi, quota delle sponde dell'alveo principale, quota del punto più basso tra i punti che individuano la geometria delle sezioni trasversali. Un ulteriore contributo alla comprensione del fenomeno fisico studiato è fornito dalla creazione di tabelle riassuntive contenenti una notevole quantità di informazioni. Oltre a tabelle predefinite per l'output di parametri idraulici e morfologici e alla possibilità di selezionare fra una vasta quantità di variabili relative a condizioni particolari di deflusso (manufatti presenti in alveo), sono disponibili tavole redatte dai maggiori enti statunitensi per il controllo del rischio idraulico (Flood Insurance Study, Guidelines and Specifications, U.S. Department of Housing and Urban Development, Federal Insurance Administration). Dati di input Per ottenere le informazioni che costituiscono i dati di input del modello numerico è stato eseguito un accurato studio morfologico del corso d'acqua attraverso l analisi del DTM con maglia 0,50 m. In particolare è stato necessario un esame approfondito delle aree non solo pertinenti ad alveo e golene, ma anche delle aree ad esse circostanti, al fine di poter individuare al meglio le caratteristiche di deflusso delle acque di piena. Per il calcolo del deflusso attraverso un ponte, è necessario inserire nel modello una sezione di monte e una di valle al fine di determinare le caratteristiche del flusso in prossimità del manufatto; di tali sezioni non è stata redatta alcuna scheda descrittiva, poiché la loro geometria corrisponde alla sezione d alveo del ponte alle quali fanno riferimento. 47

48 Tabella dei valori del coefficiente di scabrezza k s (dal Manuale dell Ingegnere, Nuovo Colombo, Ed. Hoepli) Natura delle pareti A. Tubazioni In ottone, liscio In acciaio, saldate In acciaio, chiodate In ghisa, rivestite In ghisa, non rivestite In ferro grezzo In ferro zincato In lucite In vetro In cemento lisciato In malta di cemento In calcestruzzo finito In calcestruzzo non finito Di fognatura vetrificate B. Canalizzazioni artificiali In gunite, sezione regolare In gunite, sezione irregolare In calcestruzzo su scavi in roccia In pietrisco cementato In muratura a secco In asfalto Con fondo ghiaioso e lati in calcestruzzo C. Canalizzazioni in materiali naturali In terra a tracciato regolare In terra sinuosi e lenti senza vegetazione In terra sinuosi e lenti con folta vegetazione In roccia a forma regolare In roccia a forma irregolare In terra non curate e con folta vegetazione D. Corsi d acqua naturali Piccoli corsi di pianura, puliti, dritti e senza ristagni d acqua Piccoli corsi di pianura, puliti, sinuosi, con stagni e secche Tratti lenti con erbacce e stagni profondi Tratti molto erbosi, stagni profondi, notevolmente ostacolati da alberi Fiumi di montagna, con fondo in ghiaia, ciottoli e pochi massi, lati ripidi Fiumi di montagna con fondo in ciottoli e grossi massi, lati ripidi E. Golene Con erba Aree coltivate Con sottobosco Con molti alberi k s

49 Dati di output Per ciascun tronco di calcolo è disponibile un notevole quantitativo di informazioni, sia in forma numerica sia grafica. Si distinguono pertanto in ordine di rappresentazione sui tabulati: - valori numerici dei principali parametri, individuati sezione per sezione; - stampa delle sezioni trasversali in cui si individuano: profilo del suolo (X) quota del pelo libero (W) posizione delle sponde (BANK) quote s.l.m. distanze progressive - stampa del profilo longitudinale in cui sono evidenziati: quote s.l.m. distanze progressive misurate lungo l'alveo posizionamento delle sezioni lungo il profilo quota di fondo alveo rappresentata dal punto più depresso (I) quota del pelo libero (W) sponda sinistra (L) sponda destra (R) - stampa in forma tabellare delle variabili di maggior interesse. Come descritto in precedenza, gli output numerico e grafico sono composti da diversi blocchi di informazioni che analizzeremo nell'ordine già proposto. Le variabili di maggior interesse sono le seguenti: Max Chl Dpth: E.G. Elev: Crit W.S.: W.S. Elev: profondità, calcolata come differenza tra quota del pelo libero e punto più depresso in alveo quota in m s.l.m. della linea dei carichi quota in m s.l.m. dell'altezza critica quota in m s.l.m. del pelo libero. Compare per le sezioni iniziali di ciascun tronco di calcolo. E il valore utilizzato per 49

50 determinare la perimetrazione delle fasce di pericolosità nella cartografia degli ambiti inedificabili. QTOTAL: Vel Chnl: Flow Area: TOP Widht: portata liquida in m 3 /sec defluente nell'alveo velocità in m 3 /sec nell'alveo area liquida in m 2 individuata dal pelo libero nell'alveo larghezza della sezione in funzione della quota calcolata dal pelo libero BANK ELEV LEFT/RIGHT: quote delle sponde sinistra e destra in m s.l.m. Qualora richiesto, l'output grafico può essere costituito sia dalle sezioni trasversali sia dal profilo di moto permanente che si instaura lungo l'alveo. I dati più interessanti, perché di immediata interpretazione, sono senza dubbio la geometria delle varie sezioni e la quota del pelo libero. Il metodo di rappresentazione grafica è il medesimo anche per il profilo di moto permanente. Sulla base di quote e distanze progressive delle sezioni, l indicazione dell ubicazione delle medesime lungo il tronco di calcolo, sono riportati diversi dati. Particolare importanza rivestono l'andamento del profilo di fondo del corso d'acqua e la quota del pelo libero, indicati dalle sigle (terreno) e W.S (water surface, superficie del pelo libero). L'output grafico deve essere esaminato con l'ausilio dei dati numerici ottenuti dal modello e che ne costituiscono parte integrante. Un notevole contributo all'interpretazione della parte grafica è reso dalla tabella riassuntiva, nella quale tutti i dati principali sono raccolti in forma compatta in modo da fornire la visione d'insieme. Le variabili che compaiono nella tabella riassuntiva sono in buona parte le stesse che costituiscono la documentazione relativa a ciascuna sezione. I dati tabellari di output dell analisi effettuata con il software HEC RAS e le sezioni dei singoli attraversamenti analizzati sono riportate alle pagine precedenti. 50

51 6. Opera di difesa L analisi idraulica ha evidenziato la potenziale esondazione del corso d acqua del torrente Evançon in corrispondenza dell area di intervento per la realizzazione del progetto di Realizzazione di fabbricato ad uso magazzini e predisposizione impianto per gestione e lavorazione inerti in sponda sinistra orografica. La necessità di contenere la portata di piena all interno dell alveo per salvaguardare l area oggetto di intervento ha imposto la progettazione di un opera di difesa spondale adeguatamente dimensionata in altezza. Sono state pertanto condotte le necessarie verifiche idrauliche inserendo un argine in sinistra orografica per verificare il comportamento in moto permanente della portata di piena. In corrispondenza delle sezioni di progetto dalla 5 alla 12 comprese sono state calcolate le altezze minime che dovrà avere il rilevato per risultare efficace nei confronti del contenimento della portata di piena attesa per precipitazioni con Tr = 200 anni. Considerato che la larghezza dell area golenale influisce sull altezza idrometrica di piena è stato cercato con processo iterativo il miglior compromesso tra l altezza della difesa spondale e la sua distanza dall argine sinistro del corso d acqua. Di seguito si riporta in forma tabellare il valore di altezza minima da assegnare al rilevato e la sua distanza dall argine sinistro del corso d acqua. I valori sono stati utilizzati per la progettazione grafica riportata sulle tavole di progetto alle quali si rimanda. Marzo