COMUNE DI MOGGIO. (Provincia di Lecco) MESSA IN SICUREZZA VAL FONTANA - MOGGIO PROGETTO DEFINITIVO RELAZIONE IDROLOGICA E IDRAULICA

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1 COMUNE DI MOGGIO (Provincia di Lecco) MESSA IN SICUREZZA VAL FONTANA - MOGGIO PROGETTO DEFINITIVO Elaborato R3 RELAZIONE IDROLOGICA E IDRAULICA Scala / Data maggio 2015 Progettisti: Claudia Anselmini ingegnere Cristian Adamoli geologo associati Via Martiri 33, Dervio (LC) - Tel_fax

2 1.0 PREMESSA: INQUADRAMENTO E STATO ATTUALE CARATTERISTICHE IDROLOGICHE DEL BACINO STIMA DELLA PORTATA DI PIENA DETERMINAZIONE DELLA CURVA DI POSSIBILITÀ CLIMATICA PUNTUALE (O DI PROBABILITÀ PLUVIOMETRICA) DETERMINAZIONE DEL TEMPO DI CORRIVAZIONE CALCOLO DELLA PORTATA DI PROGETTO VERIFICA IDRAULICA ALTEZZE IDROMETRICHE METODOLOGIA DI CALCOLO DETERMINAZIONE DELLE ALTEZZE IDROMETRICHE E VERIFICA DELLA SEZIONE ESISTENTE INDIVIDUAZIONE DELLA GEOMETRIA DETERMINAZIONE DELLA PENDENZA DETERMINAZIONE DEL COEFFICIENTE DI SCABREZZA DETERMINAZIONE DELLE PRINCIPALI GRANDEZZE IDROMETRICHE CONCLUSIONI Pagina 1

3 1.0 PREMESSA: INQUADRAMENTO E STATO ATTUALE La presente relazione idrologica e idraulica è allegata al progetto definitivo dei lavori di messa in sicurezza della Valle Fontana in comune di Moggio. Lo scopo della presente relazione è quella di verificare la sezione di progetto definita per la regimazione del torrente nel tratto in oggetto. Gli interventi riguardano principalmente il ripristino dei dissesti e la prevenzione di nuovi eventi franosi dovuti all erosione dell orlo morfologico dei versanti della Val Fontana e dell alveo e la realizzazione di opere di difesa spondale del torrente. Si è proceduto in primo luogo alla stima del valore della portata di piena relativa ad un evento con tempo di ritorno centenario ed in secondo luogo alla verifica che tale valore di portata sia compatibile con la capacità idraulica della sezione di progetto. Il Comune di Moggio è situato nell Altopiano valsassinese, a 890 metri s.m. Il paese è attraversato dalla Strada Provinciale 64 della Provincia di Lecco che congiunge la Valsassina alla Val Taleggio. L area di intervento, la Val Fontana, è localizzata a valle del centro sportivo comunale e riguarda nello specifico il tratto della valle delimitato a Monte dal centro sportivo comunale e a valle dalla strada comunale per Mezzacca, avente la lunghezza di circa 190 metri. I versanti della valle sono costantemente soggetti a cedimenti e frane che hanno causato il trasporto in alveo di materiale solido, compromettendo la funzionalità idraulica del torrente. Inoltre l alveo stesso è interessato da diffusi fenomeni di erosione fluvio torrentizia attiva che rendono necessarie opere di regimazione idraulica. Di seguito si riporta stralcio della cartografia tecnica regionale con l individuazione dell area di intervento. Estratto Carta Tecnica Regionale Pagina 2

4 2.0 CARATTERISTICHE IDROLOGICHE DEL BACINO La Valle Fontana attraversa l abitato di Moggio attraverso una tubazione interrata per riemergere e scorrere a cielo aperto in corrispondenza del nuovo centro sportivo. Il tratto in oggetto di regimazione è quello compreso tra lo sbocco della tubazione sino all attraversamento della strada comunale per Mezzacca. Nello stralcio riportato di seguito è visibile il reticolo idrografico del comune desunto dallo studio del reticolo idrografico comunale, nel quale è ben visibile il sistema di valli che incontra l abitato e lo attraversa con un sistema di tubazioni interrate. La val Fontana è identificata con il numero 7 e la sua parte intubata riceve le acque anche della valle in sinistra idrografica individuata con il numero 7.1.2, che dunque di fatto ne costituisce un affluente e contribuisce al carico idraulico totale. Pagina 3

5 Studio del Reticolo idrico minore del comune di Moggio redatto dallo studio associato Ingeo di Lecco. [ ] Si tratta di bacini di ridotta estensione e forma allungata, caratterizzati da elevata pendenza e sostanzialmente da un unica asta drenante che viene alimentata solo dagli apporti meteorici e che quindi resta per lo più in secca per gran parte dell anno. In tutta la zona il substrato roccioso è caratterizzato da litologie prevalentemente argillitiche ed arenacee, (caratterizzate da ridotta permeabilità primaria), ed è quindi ipotizzabile una ridotta infiltrazione sotterranea. I deflussi idrici conseguenti agli apporti meteorici sono convogliati lungo i rispettivi impluvi con tempo di corrivazione molto ridotto. [ ]Bacini: n 7 Moggio Concenedo n 8 Moggio P.za Fontana n 9 Moggio P.za Cavour Si tratta dei bacini idrografici che sottendono i tre corsi d acqua che attraversano direttamente il centro abitato; i punti di chiusura dei bacini sono considerati in corrispondenza dove questi sono intubati al loro ingresso nell ambito urbano. I calcoli della portata massima attendibile, con tempo di ritorno Tr=100 anni, possono essere sintetizzati nella seguente tabella: Pagina 4

6 3.0 STIMA DELLA PORTATA DI PIENA L assetto idraulico del territorio urbanizzato e le caratteristiche sopra descritte hanno indotto alla stima della portata di piena transitante dalle sezioni di progetto considerando l apporto e il contributo sia dell ambito urbano che del valleggio affluente in sinistra. La sezione di chiusura è stata considerata in via cautelativa quella all intersezione con la strada comunale per Mezzacca. Visto che per buona parte del suo percorso, a monte dell area di intervento, la valle attraversa l area urbana con tubazioni interrate, non si è ritenuto opportuno valutare l apporto solido del trasporto in massa. Non disponendo delle necessarie osservazioni di portata e per superare le difficoltà riscontrate dalla scarsità di dati idrologici di base reperibili, l analisi è stata condotta utilizzando modelli di trasformazione degli afflussi meteorici (precipitazioni atmosferiche di prefissate caratteristiche) in deflussi alla sezione di chiusura del bacino. Si deve sottolineare l esiguità del bacino idrografico difficilmente inquadrabile nelle comuni formule del calcolo di portata. I fondamenti delle procedure utilizzate per la redazione del presente studio sono stati tratti dalla bibliografia. Per una corretta verifica idraulica della sezione interessata dall attraversamento in oggetto è necessario determinare la portata liquida transitabile nel tratto di alveo in prossimità dello stesso. A tal fine si è proceduto al calcolo delle portate di piena con tempo di ritorno centenario facendo esplicito riferimento alla Direttiva sulla piena di progetto da assumere per le progettazioni e le verifiche di compatibilità idraulica contenuta nelle Norme di Attuazione del Piano stralcio per l Assetto Idrogeologico (PAI) ai sensi della legge 18 maggio 1989, n. 183, art 17, comma 6 ter. I fondamenti delle procedure utilizzate per la redazione del presente studio sono stati tratti dalla bibliografia, nonché dalle direttive del Piano Stralcio per l Assetto Idrogeologico (PAI) recanti le indicazioni per il calcolo delle portate di piena sui bacini idrografici di piccole dimensioni. Per la determinazione delle portate di progetto si è fatto ricorso all utilizzo dei metodi di analisi dei deflussi superficiali di tipo approssimato e indiretto. In mancanza di misure dirette dei valori di portata risulta importante l'utilizzo delle comuni formule per la definizione del valore di massima piena. In questo specifico caso si è utilizzata la FORMULA DEL METODO RAZIONALE. Q=0,278 c i A Per l applicazione di tale metodo si è considerato il bacino in esame come una singola unità basandosi sulle seguenti ipotesi: Distribuzione uniforme della precipitazione su tutto il bacino Linearità del modello A-F impiegato (ingressi e uscite di uguale rarità) Tempo di formazione del colmo di piena pari a quello della fase di riduzione Tempo di ritorno T della portata stimata uguale a quello dell intensità di pioggia Pagina 5

7 Durata dell intensità di pioggia uguale al tempo di corrivazione t c del bacino Il calcolo della stima della portata di progetto richiede la determinazione di alcune caratteristiche fisiche del bacino che sono riportate di seguito: SUPERFICIE BACINO A = 0,30 km 2 QUOTA MASSIMA QUOTA MINIMA QUOTA MEDIA LUNGHEZZA ASTA PRINCIPALE Hmax = 1140 m s.l.m. Hmin = 813 m s.l.m. Hm = 970 m s.l.m. L = 0,8 km 3.1 Determinazione della curva di possibilità climatica puntuale (o di probabilità pluviometrica) La curva di possibilità climatica, che rappresenta il legame tra l altezza di pioggia che può cadere con un assegnato tempo di ritorno T per un assegnata durata d e la durata d, è rappresentata dall equazione: h(d,t) = a d n dove si assume che la durata si quella che dà luogo al massimo valore della portata al colmo (durata critica). Data la scarsa disponibilità di dati pluviometrici e la mancanza di serie storiche di dati di pioggia relativi al bacino in esame che possano giustificare un accurato studio statistico dei dati pluviometrici per ottenere una stima dei parametri il più possibile corretta, il valore di a ed n è stato desunto direttamente da valori stimati dall Autorità di Bacino ed in particolare dall allegato 3 alla sopraccitata direttiva: Distribuzione spaziale delle precipitazioni intense - Parametri delle linee segnalatrici di probabilità pluviometrica per tempi di ritorno di 20 anni, 100 anni, 200 anni e 500 anni. I parametri a ed n considerati sono pertanto i seguenti: TEMPO DI RITORNO(anni) a n Dal rapporto tra la curva di possibilità climatica e la durata dell evento di pioggia, è possibile ricavare il valore dell INTENSITA MEDIA DELLA PRECIPITAZIONE: i(d,t) = a d n-1 Noti i valori dei parametri a ed n è possibile ricavare i valori di intensità delle precipitazioni relative a diverse durate; inserendo in un modello afflussi-deflussi tali valori è possibile determinare, oltre che gli idrogrammi di piena, anche le portate di colmo per assegnati tempi di ritorno. Pagina 6

8 La durata dell evento da considerare è quella cosiddetta critica, cioè quella che è causa di una portata pari a quella del colmo di piena. Poiché il tempo di corrivazione del bacino t c, oltre che il tempo che impiega la precipitazione dalla parte più distante del bacino a raggiungere la sua sezione di chiusura, rappresenta il tempo dall inizio della precipitazione oltre il quale tutta la precipitazione caduta sul bacino contribuisce alla formazione del deflusso, la formazione del deflusso dipende dal tempo di corrivazione di ciascun bacino. La durata critica dell evento meteorico è pertanto assunta pari al tempo di corrivazione t c del bacino. 3.2 Determinazione del tempo di corrivazione Il calcolo del tempo di corrivazione è stato effettuato utilizzando la formula di Giandotti la quale si ritiene meglio si adatti alla valutazione relativa ai bacini montani: A = superficie bacino (km 2 ) L = lunghezza asta principale (km) H m = altitudine media bacino (m s.l.m.) H o = altitudine minima bacino (m s.l.m.) t c 4 A 1. 5L 0. 8 H H Il tempo di ritorno così calcolato è risultato essere pari a 0,34 ore. m o 3.3 Calcolo della portata di progetto L analisi qui esposta ha permesso di determinare la trasformazione dell evento meteorico in afflusso alla sezione di chiusura del bacino attraverso l applicazione della formula razionale Q=0,278 c i A, dove c rappresenta il coefficiente di deflusso, rapporto tra gli afflussi meteorici e i corrispondenti deflussi superficiali. La determinazione di tale coefficiente ha tenuto conto in modo implicito di tutti gli elementi che possono determinare la relazione tra portata al colmo e intensità di pioggia. Esso dipende dalle caratteristiche geomorfologiche del bacino nonché dalla sua copertura vegetale e la sua determinazione, tra l altro di difficile stima, è possibile solamente quando si disponga sia di serie storiche di pioggia, ma anche di portata. La poca disponibilità di dati in tal senso ha reso obbligatoria la determinazione di tale valore facendo riferimento alla bibliografia. I coefficienti di deflusso sono assegnati a seconda dell uso del suolo e delle sue caratteristiche geomorfologiche. Le caratteristiche del bacino in esame sono però tali da non essere omogenee per tutta la sua superficie; in particolare, il bacino presenta per la maggior parte le caratteristiche tipiche di un bacino montano, mentre nel suo tratto terminale, nell intorno della sezione di chiusura, è prevalente il carattere urbano e dunque considerabile pressoché impermeabile. Per la stima del coefficiente di deflusso si è dunque proceduto alla determinazione dell area della porzione urbanizzata, che è risultata essere di 0,073 kmq. Pagina 7

9 Di seguito si riporta la tabella di riferimento tratta da Handbook of Applied Hydrology, (Ven Te Chow, 1964) che assegna valori di coefficienti di deflusso a seconda dell uso del suolo. Coefficienti di deflusso c TIPO DI SUOLO Suolo con infiltrazione elevata, normalmente sabbioso o ghiaioso Suolo con infiltrazione media, senza lenti argillose; suoli limosi e simili Suolo con infiltrazione bassa, suoli argillosi e suoli con lenti argillose vicine alla superficie, strati di suolo sottile al di sopra di roccia impermeabile Uso del suolo COLTIVATO BOSCO 0,20 0,10 0,40 0,30 0,50 0,40 Sono stati dunque considerati due valori del coefficiente di deflusso c, uno per la porzione di bacino extraurbano e uno per quella urbanizzata. L osservazione del tipo di terreno e del substrato roccioso in esame ha evidenziato una capacità di infiltrazione media tipica del versante boscato che porterebbe ad assegnare un valore del coefficiente di deflusso pari a c = 0,3 per il bacino montano. Per quanto riguarda l ambito urbanizzato, si è fatto riferimento ad un valore pari a c = 0,8. Pertanto il confronto tra l estensione areale del bacino boscato e quella dell ambito urbano consente una nuova valutazione del coefficiente il cui valore può essere calcolato come media ponderale tra i due valori sopraccitati. Il calcolo delle aree ha fornito i seguenti valori: area montana = 0,22 kmq; area urbanizzata = 0,073 kmq per un totale di 0,30 kmq. Pertanto, assegnando a ciascuna area i coefficienti stimati così come illustrato precedentemente, è possibile calcolare il valore del coefficiente di deflusso da assegnare all intero bacino eseguendo una media pesata delle grandezze in oggetto: (0.8 * 0,073 kmq * 0,22 kmq) 0,30 kmq = 0.42 Pagina 8

10 In conclusione la portata stimata per i diversi tempi di ritorno, riferita al bacino sotteso, risulta essere: Tempo di ritorno Portata Q 20 anni 4,016 mc/s 100 anni 5,246 mc/s 200 anni 5,774 mc/s 500 anni 6,468 mc/s Di seguito si riportata il foglio delle calcolazioni effettuate. Pagina 9

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12 4.0 VERIFICA IDRAULICA ALTEZZE IDROMETRICHE Si vogliono ora determinare le altezza idrometriche relative al passaggio della portata di piena attraverso la sezione di progetto ipotizzata per la regimazione del corso d acqua. 4.1 Metodologia di calcolo La verifica della sezione di chiusura considerata, al passaggio della portata di piena centenaria, è stata eseguita considerando la canalizzazione a pelo libero nell ipotesi di moto uniforme, considerando cioè che la corrente sia caratterizzata da traiettorie rettilinee e parallele con valori costanti nel tempo e nello spazio di tutte le grandezze caratterizzanti la corrente stessa (altezza idrica, velocità media nella sezione trasversale, portata, distribuzione di pressione, etc.). Per quanto riguarda la determinazione della pendenza, vista la presenza di salti, si è considerata la pendenza caratteristica del fondo dell alveo nei tratti compresi tra un salto ed il successivo, considerando un unica livelletta. Per la verifica idraulica è stata stimata la portata che può essere smaltita dalla sezione naturale assimilata a rettangolare, le cui caratteristiche e dimensioni sono state desunte mediante un rilievo di terreno, attraverso la relazione di CHEZY: con: Q Vo Ao Vo = velocità media dell acqua nel tratto considerato Ao = area media della sezione considerata occupata dall acqua La velocità è definita dalla legge del moto uniforme (formula di Chezy): con i = pendenza dell alveo Vo Co Ro i Ro = raggio idraulico dato dal rapporto fra l area della sezione bagnato ed il contorno bagnato della sezione stessa Co = coefficiente di scabrezza del fondo alveo al quale sono state assegnate varie espressioni a diversi autori. Tra le formule più comunemente impiegate per la stima del coefficiente di scabrezza si ricordano quelle di Gaukler-Strickler Manning Bazin C o = k s R^1/6 C o = n R^1/6 C o = 87/(1+gR^1/2) Pagina 11

13 e Kutter con: k s = coefficiente di Strickler (= 1/n) n = coefficiente di Manning g = coefficiente di Bazin m = coefficiente di Kutter C o = (100 (Ri)^1/2)/(m+(Ri)1/2) L andamento della scala delle portata dipende dalla forma della sezione di deflusso. Nota la portata e la forma geometrica della sezione, può essere dunque valutata dalla relazione di Chezy, la definizione delle principali grandezze idrometriche, esplicitando il raggio idraulico. Pagina 12

14 4.2 Determinazione delle altezze idrometriche e verifica della sezione esistente Individuazione della geometria La regimazione del corso d acqua sarà eseguita mediante arginature in scogliera. Le sezioni di progetto sono variabili e comunque tutte assimilabile ad una geometria trapezia. Per la verifica idraulica è stata considerata la sezione minore con larghezza 2.50 m sul fondo ed altezza 2.00 m con larghezza in sommità pari a circa 4,50 m Determinazione della pendenza La pendenza è stata assunta pari alla pendenza media del tratto di intervento ovvero i = 17.80% Determinazione del coefficiente di scabrezza La sezione di progetto si presenta completamente arginata mediante scogliera; il fondo sarà naturale a parte la presenza di alcune soglie in alveo. In riferimento ai valori riportati in bibliografia dei coefficienti di scabrezza è stato utilizzato il coefficiente di Bazin pari a 1.00 corrispondente al coefficiente di Kutter pari a Determinazione delle principali grandezze idrometriche Le calcolazioni sono state effettuate in riferimento alla portata di piena centenaria precedentemente stimata (5.246 m 3 /s). Di seguito se ne riportano i valori della portata transitabile dalla sezione ipotizzando un altezza idrometrica di 0.75 m, per entrambe le sezioni tipo considerate. Pagina 13

15 Pagina 14

16 Q - portate [mc/sec] CAPACITA' DI SMALITIMENTO SEZIONE IDRAULICA DI FORMA TRAPEZOIDALE per varie altezze d'acqua H 2,00 ALTEZZA [m] CARATTERISTICHE SEZIONE a 2,50 [m] p 1,0% Pendenza b 4,50 [m] m 1,25 Coeff. di scabrosità di Kutter h [m] Q[m 3 /sec] 0,10 0,153 0,20 0,549 0,30 1,139 0,40 1,894 0,50 2,800 0,60 3,844 0,70 5,019 0,80 6,321 0,90 7,745 1,00 9,288 1,10 10,951 1,20 12,731 1,30 14,627 1,40 16,641 1,50 18,773 1,60 21,021 1,70 23,388 1,80 25,875 1,90 28,481 2,00 31,208 h = altezza d'acqua Q = portata all'altezza d'acqua Grafico Portata / Altezza 35,000 30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000 0,000 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 h - altezza d'acqua [m] Pagina 15

17 5.0 CONCLUSIONI L intervento in progetto prevede il ripristino delle arginature e consolidamenti dei versanti in dissesto di un tratto del torrente Valle Fontana tra il centro abitato e la strada comunale che conduce alla località Mezzacca. Il progetto prevede la regimazione del corso d acqua mediante arginature realizzate in scogliera il consolidamento del fondo mediante soglie di fondo. La portata centenaria stimata per la Valle Lembra considerando come sezione di chiusura la parte terminale del tratto oggetto di regimazione è risultata essere pari a m 3 /s. Dalle verifiche effettuate per le sezioni considerate, ipotizzando un altezza di 0.75 metri, risulta che nel canale è transitabile una portata di 5,65 (arginatura in scogliera), quindi superiore rispetto alla portata di piena stimata e con un franco di 1,25 m. Pertanto si può concludere che la sezione di progetto ipotizzata ha la capacità di smaltire la portata centennale con un sufficiente franco di sicurezza e dunque l intervento di regimazione risulta compatibile ai fini della verifica idraulica. Tuttavia, trattandosi di un intervento eseguito in fregio ad un corso d acqua, durante la fase di cantiere le operazioni dovranno essere svolte con cautela, in generale non dovranno in alcun modo interferire con le condizioni di deflusso regolare del corso d acqua e garantire l assenza di effetti negativi indotti sulle modalità di deflusso della piena. Le grandezze idrauliche qui determinate potrebbero ovviamente variare in funzione dello stato di manutenzione del canale. Le elaborazioni fanno comunque riferimento ad un buono stato del canale (assenza di accumuli di materiale solido e di vegetazione) che dovrà essere mantenuto affinché simili condizioni restino verificate. La presenza in alveo di vegetazione o di materiali durante i fenomeni di piena può ridurre le capacità di deflusso alle sezioni, pertanto bisogna che venga eseguita regolarmente un accurata manutenzione dell alveo. Moggio (Lc), maggio 2015 I tecnici dott. ing. Claudia Anselmini dott. geol. Cristian Adamoli Documento firmato digitalmente ai sensi del D. Lgs. 82/2005 e norme Pagina 16

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