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2 INDICE 1 INTRODUZIONE NORMATIVA DI RIFERIMENTO ATTRAVERSAMENTI IDRAULICI GENERALITA POLIZIA IDRAULICA INDIVIDUAZIONE DEL RETICOLO IDROGRAFICO ESISTENTE PIANO STRALCIO PER L'ASSETTO IDROGEOLOGICO Nodo Vallone Cernicchiara/Rafastia Nodo San Leo Nodo Poseidon Nodo Ligea Impatto delle opere di progetto in base alla cartografia del PAI IDROLOGIA PREMESSA TEMPI DI RITORNO STIMA DELLE MASSIME PORTATE DI PIENA NATURALI Valutazione del fattore di crescita Legame altezza di pioggia-durata Stima della portata di piena media annua m(q) DIMENSIONAMENTO IDRAULICO DELLE OPERE PREMESSA VERIFICHE IDRAULICHE ATTRAVERSAMENTO VALLONE CERNICCHARA INSERIMENTO IDRAULICO DELLE OPERE ELENCO TAVOLE Relazione specialistica idrologica e idraulica

3 1 INTRODUZIONE Oggetto della presente relazione è lo studio idrologico ed idraulico relativo al progetto definitivo Salerno Porta Ovest, 1 Stralcio, 2 Lotto. Lo studio è finalizzato al dimensionamento dei manufatti ubicati nelle intersezioni presenti tra l infrastruttura stradale ed i corsi d acqua che solcano il territorio comunale in modo tale da garantire la necessaria sicurezza al traffico automobilistico, ai territori limitrofi oltre che salvaguardare le opere realizzate. 2 NORMATIVA DI RIFERIMENTO La normativa cui viene fatto riferimento nelle fasi di calcolo e progettazione e' la seguente: Disciplina Normativa dell Autorità di Bacino Regionale Destra Sele (delibera del Comitato Istituzionale n. 80 del a seguito delle modifiche interpretative adottate dal Comitato Istituzionale con delibera n. 18 del ). Ministero delle Infrastrutture Decreto 14 gennaio 2008 Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni G.U. 4 febbraio 2008 n S. O. n. 30. Circolare del Ministero delle infrastrutture e dei trasporti 2 febbraio 2009, n. 617 Istruzioni per l applicazione delle «Nuove norme tecniche per le costruzioni» di cui al D.M. 14/01/2008. G.U. n 47 del 26/02/ suppl. ord. n 27. Decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri 29 settembre Atto di indirizzo e coordinamento per l'individuazione dei criteri relativi agli adempimenti di cui all'art. 1, commi 1 e 2, del decreto-legge 11 giugno 1998, n.180. Gazzetta Ufficiale del 5 gennaio 1999 n., e s.m.i.. 3 ATTRAVERSAMENTI IDRAULICI 3.1 GENERALITA Relazione specialistica idrologica e idraulica 1

4 La risoluzione delle intersezioni con il reticolo idrografico naturale è stata effettuata mediante opere aventi carattere puntuale nel rispetto dei vincoli previsti dalle normative di settore. A tal fine si sono sviluppati due aspetti fondamentali: Analisi Idrologica del territorio: dall analisi del CTR e dei fotopiani si sono individuati i diversi corsi d acqua che formano il reticolo idrografico naturale, si sono delimitatati i bacini imbriferi e con opportuni modelli di trasformazione afflussi-deflussi si sono determinate le portate al colmo di piena per diversi valori del periodo di ritorno. Dimensionamento idraulico dei manufatti: nel quale sono esposti i criteri di dimensionamento idraulico dei manufatti con riferimento a determinati periodi di ritorno. 3.2 POLIZIA IDRAULICA L art. 2 della Legge n.267/98 imponeva alle Regioni che non ne fossero dotate, l istituzione del servizio di Polizia idraulica e assistenza agli enti locali. Non risulta che il suddetto servizio sia stato istituito. Infatti nel territorio a sud del Comune di Salerno il Consorzio di Bonifica Destra Sele provvede all attività di Polizia idraulica. In base ai contatti intercorsi con il Settore Provinciale del Genio Civile di Salerno nella persona dell Istruttore Direttivo Ufficiale Idraulico geom. Renato Sarconio, risulta che nel territorio Comunale ed in particolare con riferimento alle aste interessate dalla progettazione, il servizio di Polizia idraulica è di fatto effettuato da: Polizia Comunale, Polizia Provinciale, Polizia Forestale e, su segnalazione, dal Settore Provinciale del Genio Civile di Salerno. 3.3 INDIVIDUAZIONE DEL RETICOLO IDROGRAFICO ESISTENTE Le opere idrauliche di progetto, indicate nella Figura 1, consistono nel rifacimento di attraversamenti stradali, ponti esistenti e nella costruzione di opportuni manufatti di salto ed attraversamento. In corrispondenza degli attraversamenti individuati dalla disamina della cartografia tecnica e dai fotopiani sono stati delimitati i bacini Relazione specialistica idrologica e idraulica 2

5 idrografici sottesi riportati nella Tavola GT.1 dal titolo Corografia dei bacini. Per questi corsi d acqua, in mancanza di dati sulle portate, si è provveduto ad effettuare una stima delle stesse mediante un idoneo modello di trasformazione afflussi-deflussi. La descrizione del metodo adottato e i risultati ottenuti sono illustrati nei successivi paragrafi. Figura 1 Nodi di intersezione tra la strada/galleria di progetto ed il reticolo idrografico 3.4 PIANO STRALCIO PER L'ASSETTO IDROGEOLOGICO Il territorio interessato dal progetto ricade all interno del perimetro di competenza dell Autorità di Bacino Destra Sele, in ottemperanza a quanto previsto dall'art. 12 della Legge 493/93. Il Piano Stralcio per l'assetto Idrogeologico (PAI) ha valore di Piano Territoriale di Settore ed é lo strumento conoscitivo, normativo, tecnicooperativo, mediante il quale sono pianificate e programmate le azioni e le norme d uso del territorio. Nel prosieguo, con riferimento alla cartografia delle fasce fluviali e del rischio idraulico definite dal PAI dell Autorità di Bacino Regionale Relazione specialistica idrologica e idraulica 3

6 Destra Sele, si descriveranno gli interventi di progetto nei nodi ubicati in prossimità del reticolo idrografico esistente, indicati nella Figura 1 e denominati: Vallone Cernicchiara/Rafastia, San Leo, Poseidon e Ligea Nodo Vallone Cernicchiara/Rafastia Il vallone Cernicchiara/Rafastia sbocca ad oriente del porto di Salerno. Per quest ultimo le verifiche idrauliche riportate nella REL (Comune di Salerno: Indicazioni per l assetto idrogeologico a scala comunale) del PAI risultano pienamente soddisfatte in seguito ai numerosi interventi di sistemazione succedutisi cronologicamente sull area a seguito dell evento di piena del Il PAI richiama comunque la necessità di una corretta manutenzione dell asta fluviale finalizzata all allontanamento del materiale solido presente a monte delle briglie per rendere disponibili opportune capacità da utilizzare per ridurre ovvero annullare gli effetti di probabili colate. Figura 2 Adeguamento/Realizzazione degli attraversamenti del Torrente Rafastia Relazione specialistica idrologica e idraulica 4

7 Il progetto in esame prevede l attraversamento del corso d acqua Rafastia in due punti ubicati in prossimità della rotatoria, nella zona Nord (indicati in blu nella Figura 2) Nodo San Leo Nella Figura 3 è riportato uno stralcio della carta del Rischio Idraulico (coincidente con la carta della Aree Inondabili) dell imbocco San Leo, ubicato nel Vallone Fusandola. Analogamente a quando detto per il torrente Rafastia, anche in questo caso le verifiche idrauliche appaiono pienamente soddisfatte dopo i vari interventi sistematori. Comunque la REL (Comune di Salerno: Indicazioni per l assetto idrogeologico a scala comunale) richiama l'opportunità di ricavare e allontanare i materiali solidi che ora sono a monte della serie di briglie in modo da avere a disposizione adeguate conche da utilizzare per ridurre ovvero annullare gli effetti di probabili colate. Dalla Figura 3 si evince che lo svincolo stradale in progetto interagisce con il reticolo idrografico definito dal PAI ed in particolare con un impluvio naturale affluente del Fusandola. In base ai sopralluoghi effettuati, tuttavia, la confluenza di tale impluvio nel torrente Fusandola non risulta ben definita poiché l impluvio naturale, a valle delle pile dell Autostrada, si disperde nel sistema di drenaggio fatiscente del campo sportivo esistente. Per tale motivo, attesa anche la ridotta estensione del bacino, il progetto prevede di ripristinare la continuità idraulica di tale impluvio mediante la realizzazione di un manufatto di attraversamento stradale, ubicato al di sotto dell asse viario di progetto e riportato nello schema di Figura 4. Il progetto prevede che, a valle di una vasca di sedimentazione, le acque provenienti dall impluvio siano convogliate in un pozzo a vortice verticale mediante il quale superare il dislivello altimetrico esistente per poi confluire, attraverso un tratto di raccordo sub-orizzontale, all interno del canale esistente che si immette nel torrente Fusandola. Relazione specialistica idrologica e idraulica 5

8 Figura 3 - Stralcio planimetrico della carta del Rischio Idraulico Relazione specialistica idrologica e idraulica 6

9 Figura 4 Schema funzionale dell attraversamento di progetto nel nodo San Leo Nodo Poseidon Nella Figura 5 è riportato uno stralcio della carta del Rischio Idraulico del PAI (coincidente con la carta della Aree Inondabili) relativa al nodo Poseidon. Dalla Figura si evince che, in prossimità della piattaforma stradale, il PAI non segnala alcuna criticità di natura idraulica. Relazione specialistica idrologica e idraulica 7

10 Figura 5 Stralcio planimetrico della carta del Rischio Idraulico Figura 6 Manufatto di attraversamento stradale Dal punto di vista idraulico il progetto prevede di arretrare l inghiottitoio del piccolo impluvio che corre lateralmente alla galleria di progetto e, contestualmente, prolungare l attuale manufatto di attraversamento stradale così come indicato nella Figura 6. Relazione specialistica idrologica e idraulica 8

11 3.4.4 Nodo Ligea Nella Figura 7 è riportato uno stralcio della carta del Rischio Idraulico (coincidente con la carta della Aree Inondabili) dell imbocco Ligea. Dalla Figura si evince che la struttura stradale non presenta alcuna interazione con il reticolo idrografico definito dal PAI. Inoltre, poiché l asse viario, a valle della galleria, prosegue in viadotto, non risulta possibile alcuna interazione con l idrografia superficiale a meno dell area ubicata in prossimità dello sbocco/imbocco della galleria per la quale sono previste le consuete opere di drenaggio delle acque provenienti dai tratti sagomati a becco di flauto. Figura 7 Stralcio planimetrico della carta del Rischio Idraulico Impatto delle opere di progetto in base alla cartografia del PAI Le opere in progetto non alterano l attuale assetto idrologico/idraulico dell area. In particolare, per quanto riguarda l aspetto idraulico, le opere di progetto previste per il nodo San Leo migliorano l assetto dell attuale idrografia superficiale garantendo la corretta confluenza dell impluvio naturale esistente all interno del torrente Fusandola. Per quanto concerne Relazione specialistica idrologica e idraulica 9

12 il Vallone Cernicchiara si aumentano le dimensioni delle sezioni di attraversamento esistenti garantendo un più agevole convogliamento delle acque provenienti dall impluvio naturale e, contestualmente, si riduce ilrischio di ostruzione della sezione per effetto del materiale solido proveniente dal bacino di monte. La realizzazione delle opere di progetto quali le terre armate, le pavimentazioni stradali e gli altri manufatti in conglomerato cementizio, pur riducendo localmente la permeabilità del suolo, non incidono in maniera significativa sulle portate degli impluvi naturali, in corrispondenza dei punti di immissione, attesa la ridotta estensione delle superfici impermeabilizzate rispetto a quella dei bacini idrografici. 4 IDROLOGIA 4.1 PREMESSA Per determinare le portate di dimensionamento delle diverse opere idrauliche presenti nel progetto occorre preventivamente definire le altezze di precipitazione corrispondenti alle durate critiche degli eventi pluviometrici definiti in base alle Curve di Probabilità Pluviometrica (CPP). Queste ultime sono elaborate a partire dalle registrazioni delle altezza di pioggia misurate nelle stazioni pluviometriche a cura dell ex SIMN. Le CPP sono state determinate utilizzando il metodo regionalizzato VAPI, modificato secondo quanto indicato nel PAI dell Autorità di Bacino Regionale Destra Sele. Successivamente, le portate di progetto sono state stimate mediante l utilizzo di modelli indiretti di trasformazione afflussideflussi. 4.2 TEMPI DI RITORNO Il valore della portata di piena da assumere per le verifiche idrauliche delle opere interferenti con la rete idrografica è stata stimata con riferimento ad un tempo di ritorno T=100 anni secondo quanto indicato nella Disciplina Normativa dell Autorità di Bacino Regionale Destra Sele (delibera del Comitato Istituzionale n. 80 del a seguito delle Relazione specialistica idrologica e idraulica 10

13 modifiche interpretative adottate dal Comitato Istituzionale con delibera n. 18 del ). Nel caso del rifacimento dei ponti stradali si è fatto riferimento alle Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al D.M del 14 gennaio 2008 dove è indicato che la quota idrometrica ed il franco devono essere posti in correlazione con la piena di progetto anche in considerazione della tipologia dell'opera e delle situazioni ambientali. In tal senso può ritenersi normalmente che il valore della portata massima e del relativo franco siano riferiti ad un tempo di ritorno non inferiore a 200 anni facendo riferimento ad un valore del franco minimo maggiore tra 1,50 2,00 m (Circolare 2 febbraio 2009 contenente le Istruzioni per l applicazione delle Nuove norme tecniche per le costruzioni di cui al DM 14 gennaio 2008) ovvero 0.5 volte l'altezza cinetica della corrente (Disciplina Normativa dell Autorità di Bacino Regionale Destra Sele). 4.3 STIMA DELLE MASSIME PORTATE DI PIENA NATURALI Il metodo VAPI è stato applicato per il territorio regionale della Campania dal G.N.D.C.I. (Gruppo Nazionale per la difesa dalle Catastrofi Idrogeologiche sulla Valutazione delle Piene [VAPI] 1994). Il metodo si propone di effettuare la stima del valore di progetto della variabile X, massimo annuale dell intensità di pioggia in una fissata durata, massimo annuale della portata al colmo di piena o massimo annuale del volume di piena in una fissata durata, attraverso una metodologia di tipo probabilistico, per cui non esiste un massimo assoluto della variabile, ma ad ogni suo valore viene associata una probabilità di superamento in un anno e, quindi, un periodo di ritorno T. Il metodo VAPI Campania utilizza una analisi regionale di tipo gerarchico, basata sull uso della distribuzione di probabilità del valore estremo a doppia componente TCEV (Two Component Estreme Value). Indicando con Q il massimo annuale della portata al colmo e con T il periodo di ritorno, cioè l intervallo di tempo durante il quale si accetta che l evento di piena possa verificarsi mediamente una volta, la massima Relazione specialistica idrologica e idraulica 11

14 portata di piena Q T corrispondente al prefissato periodo di ritorno T, può essere valutata come: Q T = m( Q) K T (1) Dove: m(q) media della distribuzione dei massimi annuali della portata di piena (piena indice); K T fattore probabilistico di crescita, pari al rapporto tra Q T e la piena indice. Per la valutazione di m(q), il rapporto VAPI indica quattro differenti metodologie, due di tipo diretto, basate su formule monomie in cui la portata dipende essenzialmente dall area del bacino, e due di tipo indiretto (modello geomorfoclimatico e modello razionale) in cui la piena indice è valutata a partire dalle piogge e dipende in maniera più articolata dalle caratteristiche geomorfologiche del bacino (area, percentuale impermeabile, copertura arbustiva) Valutazione del fattore di crescita L indagine regionale per la determinazione della legge di crescita con il periodo di ritorno K T (T), svolta nel Rapporto VAPI Campania, ha condotto alla seguente relazione: T 1 = = 1 FK ( k) ηk 1 exp( Λ1 e 1 Λ Λ 1/ θ 1 e ηk / θ ) in cui i parametri della distribuzione di probabilità dei massimi annuali delle portate sono: θ = 2.634; Λ = 0.350; Λ 1 = 13; η = ln(λ 1 ) -T 0 = 3.901; Relazione specialistica idrologica e idraulica 12

15 T0 = = j 1 ( 1) j 1 j θ Λ Γ( j / j! ). Un analisi della variabilità spaziale dei parametri della distribuzione dei massimi annuali di pioggia giornaliera ha evidenziato, sul territorio dell Autorità di Bacino Destra Sele, l esistenza di un rischio del verificarsi di eventi eccezionali più alto rispetto al resto della regione. La valutazione del fattore di crescita con il periodo di ritorno effettuata utilizzando i parametri stimati su base regionale nel VAPI, quindi, può dare risultati a svantaggio di sicurezza. Per questo motivo nel PAI dell Autorità di Bacino Destra Sele si è proceduto ad una stima dei parametri di forma e di scala della TCEV dai dati delle stazioni appartenenti al territorio dell Autorità di Bacino. La stima, effettuata per le massime precipitazioni, ha fornito i seguenti valori: θ =2.127; Λ =0.373; Λ 1 =27. Per le massime portate, i parametri sono stati modificati in modo proporzionale ai rapporti ricavati dalle stime riportate nel VAPI, ottenendo i seguenti valori: θ =2.209; Λ = 0.583; Λ 1 = 6. I valori di K T corrispondenti ai diversi periodi di ritorno considerati nei calcoli idrologici sono riportati nella Tabella 1 seguente. T(anni) K T Tabella 1 - Valori del coefficiente probabilistico di crescita K T per le portate nel territorio dell Autorità di Bacino Destra Sele, per alcuni valori del periodo di ritorno T Legame altezza di pioggia-durata Relazione specialistica idrologica e idraulica 13

16 Per la stima del legame della media del massimo annuale dell altezza di pioggia con la durata, il Rapporto VAPI Campania fa sostanzialmente riferimento a leggi a quattro parametri del tipo: m[ I ] d 0 [ ( d)] = (2) C D z m h d 1 + d c in cui m[i 0 ] rappresenta il limite dell intensità di pioggia per d che tende a 0. Nel rapporto VAPI Campania i parametri della suddetta legge sono stati determinati attraverso una procedura di stima regionale. I bacini presenti nel territorio di competenza dell Autorità di Bacino Destra Sele ricadono all interno delle zone pluviometriche omogenee A1 e A2 del VAPI Campania. Avendo a disposizione una base dati aggiornata rispetto a quella utilizzata nella redazione del rapporto VAPI, nel PAI dell Autorità di Bacino Destra Sele si è proceduto ad un analisi più approfondita dei parametri di cui alla relazione (2). La stima di questi ultimi ha fornito valori del tutto assimilabili ai valori riportati nel rapporto VAPI Campania per le corrispondenti aree A1 e A2. Tuttavia, le analisi hanno evidenziato la presenza di un area, all interno della zona A2, caratterizzata da piovosità molto superiore rispetto al resto della regione. Quest area racchiude le stazioni comprese fra Salerno Genio Civile e Cava dei Tirreni, ed è chiaramente delimitata da due spartiacque naturali che definiscono una porzione di territorio che, per esposizione e orografia, favorisce la precipitazione delle acque meteoriche. L effetto osservato consiste in un incremento generalizzato dell intensità di pioggia per tutte le durate, con una dipendenza della durata molto simile a quella ottenuta per la zona A2, ma con un intensità m[i 0 ] superiore. Per la sottozona così evidenziata, e denominata A2b, si mantengono invariati i valori dei parametri della legge di probabilità pluviometrica stimati nella zona A2, a eccezione del parametro m[i 0 ], stimato localmente. Nella Tabella 2 sono riportati i valori dei quattro parametri della legge altezza-durata per ognuna delle Relazione specialistica idrologica e idraulica 14

17 sottozone in cui è stato suddiviso il territorio dell Autorità di Bacino Destra Sele. Zona Omogenea m[i 0 ] d c C D mm/h ore m -1 A x10-5 A x10-5 A2b x10-5 Tabella 2 Parametri statistici del legame altezza di pioggia-durata per le zone pluviometriche omogenee ricadenti nel territorio dell Autorità di Bacino Destra Sele. Nel caso particolare del presente intervento, i bacini idrografici di interesse ricadono nella sottozona pluviometrica omogenea A2b ALTEZZA DI PIOGGIA AREALE La legge di variazione della pioggia areale consente di conoscere come varia la media del massimo annuale dell altezza di pioggia m[h A (d)] in funzione della durata d e dell area del bacino A. Nota la legge m[h A (d)], è possibile definire la media dei massimi annuali dell intensità di pioggia areale come: m[i A (d)] = m[h A (d)]/d La metodologia comunemente impiegata consiste nell ottenere la media del massimo annuale dell altezza di pioggia areale m[h A (d)] dalla media del massimo annuale dell altezza di pioggia puntuale m[h(d)], individuata nel paragrafo precedente, attraverso un fattore di ragguaglio noto come coefficiente di riduzione areale K A (d): m[h A (d)] = K A (d) m[h(d)] in cui K A (d), compreso tra 0 ed 1, può essere ricavato dalla seguente espressione: K A ( d ) c c3 1 A c2 d = 1 ( 1 e ) e (3) essendo A l area del bacino, espressa in km 2, d la durata della pioggia, espressa in ore, ed i coefficienti valgono: Relazione specialistica idrologica e idraulica 15

18 c 1 = c 2 = 0.53 c 3 = 0.25 dove c 3 è desunto da analoghe indagini condotte negli Stati Uniti Stima della portata di piena media annua m(q) La piena media annua m(q) è caratterizzata da una elevata variabilità spaziale e può essere spiegata, almeno in parte, ricorrendo a fattori climatici e geomorfologici. È dunque in genere necessario costruire modelli che consentano di mettere in relazione m(q) con i valori assunti da grandezze caratteristiche del bacino. Quando manchino dati di portata direttamente misurati nelle sezioni di interesse, l identificazione di tali modelli può essere ottenuta sostanzialmente attraverso due diverse metodologie: approcci di tipo puramente empirico, del tipo m(q)=a A b con A superficie del bacino ed a e b coefficienti da definire in base ai dati sperimentali; approcci (metodi indiretti) che si basano su modelli in cui la piena media annua viene stimata con parametri che tengano conto delle precipitazioni massime sul bacino e delle caratteristiche geomorfologiche (modelli geomorfoclimatici e modelli razionali). Con riferimento ai metodi indiretti, le analisi condotte sui bacini compresi nel territorio dell Autorità di Bacino Destra Sele hanno evidenziato che l utilizzo del modello razionale conduce a valori maggiori delle portate. Nel prosieguo, a vantaggio di sicurezza, si farà quindi riferimento a quest ultimo IL MODELLO RAZIONALE Ad eventi di pioggia brevi ed intensi corrispondono, di solito, deflussi di piena nella sezione terminale del bacino dovuti essenzialmente allo scorrimento delle acque sui versanti e nei canali della rete idrografica. Relazione specialistica idrologica e idraulica 16

19 Il bilancio idrologico di un bacino durante fenomeni di piena può pertanto essere schematizzato considerando che fra i volumi in ingresso e quelli in uscita si stabilisce una relazione per effetto di una concomitante trasformazione dei due sottosistemi da cui è costituito il bacino: sui versanti, un aliquota delle precipitazioni totali viene persa a causa del fenomeno dell infiltrazione e quindi ai fini del bilancio di piena nella sezione finale contribuisce soltanto una parte delle precipitazioni totali, definita pioggia efficace ; nella rete idrografica, l aliquota delle piogge efficaci derivante dai versanti viene invasata e trasportata alla sezione di sbocco a costituire l idrogramma di piena, che si manifesta con un certo ritardo nei confronti del pluviogramma che lo ha causato. Per definire l effetto dei versanti sulla determinazione della pioggia efficace si definisce il coefficiente di afflusso di piena C come il rapporto tra i volumi di piena e le precipitazioni totali sul bacino in un prefissato intervallo di tempo. Per tenere conto del ritardo con cui l idrogramma di piena si manifesta nella sezione di chiusura di un bacino rispetto al pluviogramma che lo ha determinato, è necessario definire una funzione di risposta del bacino stesso ad un ingresso impulsivo unitario detto anche idrogramma unitario istantaneo o IUH. La relazione per il calcolo della piena indice con il modello razionale può essere scritta come: C m( Q) = m[ I A( t 3. 6 r )] A in cui: t r =tempo di ritardo del bacino, in ore; C = coefficiente di piena che tiene conto sia dell infiltrazione del bacino che dell attenuazione del colmo di piena effettuato dal reticolo idrografico caratteristico del bacino; m[i A (t r )] = media del massimo annuale dell intensità di pioggia areale di Relazione specialistica idrologica e idraulica 17

20 durata pari al tempo di ritardo t r del bacino, in mm/h; A = Area del bacino, in km 2. I PARAMETRI DEL MODELLO RAZIONALE Nel Rapporto VAPI Campania è stato mostrato che, dal punto di vista della permeabilità dei litotipi affioranti, durante i fenomeni di piena si possono essenzialmente individuare due complessi idrogeologici: il primo, ad alta permeabilità, comprende tutte le rocce carbonatiche intensamente fratturate; nel secondo vengono compresi tutti gli altri litotipi, a cui si attribuisce mediamente una permeabilità nettamente minore che per le rocce carbonatiche del primo tipo. Sempre ai fini dei deflussi di piena, è stato mostrato inoltre che una certa influenza viene esercitata anche dalla presenza di copertura boschiva, essenzialmente in funzione del tipo di permeabilità del terreno interessato. La metodologia proposta dal VAPI Campania per la valutazione di parametri del modello razionale, e cioè del coefficiente di afflusso di pena C e del tempo di ritardo del bacino t r, assume dunque alla base la suddivisione di ogni bacino sia in due che in tre complessi omogenei dal punto di vista idrogeologico. Nella suddivisione in due complessi non viene presa in considerazione la copertura boschiva e la distinzione viene fatta tra le aree permeabili e le aree a bassa permeabilità. Nella suddivisione in tre complessi, considerando anche la presenza della copertura boschiva, si prendono in considerazione le aree permeabili con copertura boschiva, le aree permeabili senza copertura boschiva e le aree a bassa permeabilità. IL COEFFICIENTE DI PIENA C Con la suddivisione in due complessi omogenei (senza copertura boschiva), il coefficiente di piena si esprime come: C = C1 A1 A + C2 A2 A Relazione specialistica idrologica e idraulica 18

21 1 dove: C coefficiente di piena dell area permeabile = 0.09; 2 C coefficiente di piena dell area impermeabile = Con la suddivisione in tre complessi omogenei (con copertura boschiva), invece si ha: C = C1 A1 A + C2 A2 A + C3 A3 A dove: C 1 coefficiente di piena dell area permeabile senza bosco = 0.29; C 2 coefficiente di piena dell area impermeabile = 0.36; C 3 coefficiente di piena dell area permeabile con bosco = IL TEMPO DI RITARDO T R Nel caso di bacini eterogenei dal punto di vista idrogeologico, il tempo di ritardo può essere calcolato come media pesata del ritardo medio di ognuno dei complessi, ed in particolare, con la suddivisione in due complessi omogenei (senza copertura boschiva), si ha: t r 1 C = C A 1 A c 1 A 1 2 C + C A 2 A c 2 A 2 dove: c 1 celerità media di propagazione dell onda di piena nel reticolo idrografico relativa alle aree permeabili = 0.25 m/s; c 2 celerità media di propagazione dell onda di piena nel reticolo idrografico relativa alle aree impermeabili = 1.70 m/s. Con la suddivisione in tre complessi omogenei (con copertura boschiva), avendo attribuito valore nullo al coefficiente di deflusso delle aree permeabili con copertura boschiva, si ha: t r 1 C = C A 1 A c 1 A 1 2 C + C A 2 A c 2 A 2 Relazione specialistica idrologica e idraulica 19

22 dove: c 1 celerità media di propagazione dell onda di piena nel reticolo idrografico relativa alle aree permeabili senza bosco = 0.23 m/s; c 2 celerità media di propagazione dell onda di piena nel reticolo idrografico relativa alle aree impermeabili = 1.87 m/s. Nella Tabella 3 sono riportati i parametri, definiti in precedenza, dei bacini compresi tra Capo d Orso e Salerno (Figura 8) ricavati, nell ambito del PAI, utilizzando il modello razionale. In particolare nelle ultime due colonne sono indicati i valori delle portate medie e dei coefficienti udometrici. Quest ultimo, rapporto tra il valore medio della massima portata di piena annuale e la superficie del bacino sottesa dalla sezione di chiusura, è diagrammato nella Figura 9 in funzione della superficie del bacino. Nella Figura 9 sono riportati, con simbologia diversa, i bacini all interno ovvero in prossimità dei quali (V. di Vietri A, V. di Vietri B, Fusandola e T. Rafastia) ricadono quelli oggetto della presente relazione, indicati in rosso nella medesima figura e di cui si discuterà nel prosieguo. 100 u [m 3 /(skm 2 ) ] 10 1 u = 2.17 A Sez Sez Bacini di progetto A [Km 2 ] Figura 9 Correlazione tra coefficiente udometrico e superficie del bacino. Relazione specialistica idrologica e idraulica 20

23 Figura 8 PAI dell Autorità di Bacino Destra Sele Indicazione delle sezioni di chiusura dei bacini compresi tra Capo d Orso e Salerno Relazione specialistica idrologica e idraulica 21

24 N. Sezione di riferimento c 1 c 2 A tot A perm (no bosco) A imp tr m[h(tr)] m(q) u=m(q)/a C K A (t r ) m[h A (t r )] m/s m/s km 2 km 2 km 2 ore mm m 3 /s m 3 /(skm 2 ) 97 V. di Maiori G V San Nicola (s1) V. San Nicola (s2) Sovarano V. Grande V. di Cetare A V. di Cetare B V. di Cetare C V. di Cetare D Manganala T. Bonea (s1) T. Bonea (s2) T. Bonea (s3) T. Bonea (s4) T. Bonea (s5) T. Bonea (s6) T. Bonea (s7) T. Bonea (s8) T. Bonea (s9) V. di Vietri A V. di Vietri B Fusandola T. Rafastia Tabella 3 PAI dell Autorità di Bacino Destra Sele parametri caratteristici dei bacini compresi tra Capo d Orso e Salerno Relazione specialistica idrologica e idraulica 22

25 IL MODELLO RAZIONALE PER I BACINI DI PROGETTO Non essendo definibile in maniera dettagliata, per i bacini in esame, la suddivisione in aree permeabili con copertura boschiva, aree permeabili senza copertura boschiva e aree a bassa permeabilità, il metodo razionale, formulato secondo quanto riportato nel VAPI ed esaminato nei paragrafi precedenti, non risulta di semplice applicazione. Per superare tale difficoltà è possibile effettuare una taratura del metodo razionale, nella formulazione proposta da Giandotti, utilizzando i dati del PAI riportati nella Figura 9 e ottenuti mediante la procedura proposta dal VAPI. In particolare il parametro di taratura è rappresentato dal coefficiente di afflusso ϕ indicato nella relazione: m[ I A( tc )] A m( Q) = ϕ (4) 3. 6 dove: t c = tempo di corrivazione in ore; A = superficie del bacino in ha; m[i A (t c )] = media del massimo annuale dell intensità di pioggia areale di durata pari al tempo di corrivazione t c del bacino in mm/h; ϕ = coefficiente di afflusso. La stima del tempo di corrivazione è stata effettuata attraverso la relazione di Giandotti: t c A L = (5) H m in cui: t c = tempo di corrivazione in ore; L = lunghezza dell asta principale in Km; A = Superficie totale del bacino in Km 2 ; H m = H med - H o in cui H med [m slm] è la quota media del bacino ed H o [m slm] è la quota della sezione di chiusura. Relazione specialistica idrologica e idraulica 23

26 Una delle principali indicazioni del bacino idrografico è rappresentato dalla curva ipsografica che descrive la distribuzione della superficie del bacino in funzione della quota. La curva ipsografica si ottiene individuando, per diversi valori della quota sul livello medio del mare, il corrispondente valore della superficie del bacino posta a quota inferiore o uguale alla quota assegnata. Il valore dell altitudine media H med, relativa al bacino sotteso dalla assegnata sezione di chiusura, si ottiene dalla relazione: k 1 H med = Ai zi [m slm] A 1 dove A i è l area compresa nella fascia delimitata da due curve di livello (la cui differenza di quota è pari a z fissato) e z i è l altitudine media dell area A i. La sommatoria va ovviamente estesa a tutte le fasce individuate nell ambito dell intero bacino idrografico sotteso da una assegnata sezione di chiusura. Nella tabella seguente sono riportati i dati geometrici e morfologici caratteristici dei singoli bacini idrografici, individuati nella Tavola GT.1 dal titolo Corografia dei bacini, sottesi dalle sezioni di chiusura. Bacino Asta principale Sezione di calcolo n Nome A H o H max H med Lunghezza Pendenza media (ha) (m slm) (m slm) (m slm) (Km) (%) 1 Nodo Cernicchiara Nodo San Leo Nodo Poseidon Tabella 4 Parametri caratteristici dei bacini di progetto Relazione specialistica idrologica e idraulica 24

27 Essendo H o la quota della sezione di chiusura (m slm); H max la quota massima del bacino (m slm); H med la quota media del bacino (m slm). Nella Figura 10 sono rappresentate le curve ipsografiche adimensionali dei bacini di progetto. 2.5 H/H med Cernicchiara San Leo Poseidon A/A tot Figura 10 Curva ipsografica adimensionale dei bacini di progetto Mediante il metodo del Giandotti è possibile stimare il tempo critico (eq. 5) e quindi la portata al colmo di piena dei singoli bacini (eq. 4), una volta definito il coefficiente di afflusso. Quest ultimo, che rappresenta uno dei parametri affetto da maggiore incertezza nei modelli di trasformazione, può essere dedotto utilizzando la seguente procedura: si sono considerati i bacini indicati nel PAI all interno (o in prossimità) dei quali ricadono quelli oggetto di studio. In particolare, come descritto in precedenza, i bacini individuati nel PAI aventi tali caratteristiche sono: il Vallone di Vietri A, il Vallone di Vietri B, il Fusandola e il Torrente Rafastia (cfr. Tabella 3, Figura 8, sez in Figura 9); si è effettuata una regressione sui valori dei coefficienti udometrici, Relazione specialistica idrologica e idraulica 25

28 riferiti alla portata media m(q), dei suddetti bacini utilizzando un espressione del tipo u = aa b, essendo A la superficie del bacino in Km 2, u il coefficiente udometrico in m 3 /(s Km 2 ) ed a e b i parametri da stimare; dall analisi regressiva si sono ottenuti i seguenti valori dei parametri: a = 2.17 e b = L espressione u = aa b, nel piano bi-logaritmico, è riportata in Figura 9 a tratto continuo; i coefficienti di afflusso dei bacini di progetto sono stati quindi stimati in modo tale da ottenere un coefficiente udometrico congruente con la legge u=f(a) precedentemente individuata. I coefficienti udometrici così ottenuti sono indicati in rosso nella Figura 9. I coefficienti di afflusso ϕ ottenuti per i bacini di progetto in base alla procedura descritta sono riportati nella Tabella 5. In questa sono inoltre riportati i tempi di corrivazione t c ottenuti mediante la relazione di Giandotti (eq. 5), le portate medie (eq. 4) valutate utilizzando l intensità di pioggia areale data dalle relazioni (2) e (3) 1, per la zona omogenea A2b (Tabella 2). La portata media così ricavata è stata moltiplicata per il fattore di crescita K T delle portate (Tabella 1) in modo da ottenere i valori del colmo di piena corrispondenti a periodi di ritorno T di 100 e 200 anni. Bacino Portata idrologica Sezione di calcolo n Nome Zona omogenea A φ t c m[i A (d)] m(q) u = m(q)/a Q 100 Q 200 (ha) (h) (mm/h) (m 3 /s) [m 3 /(skmq)] (m 3 /s) (m 3 /s) 1 Nodo Cernicchiara A2b Nodo San Leo A2b Nodo Poseidon A2b Tabella 5 Portate idrologiche dei bacini di progetto 1 Il coefficiente di riduzione areale K A (eq. 3), attese le modeste estensioni dei bacini, è pari ad 1. Relazione specialistica idrologica e idraulica 26

29 5 DIMENSIONAMENTO IDRAULICO DELLE OPERE 5.1 PREMESSA Una volta determinati i valori delle portate al colmo di piena si può procedere al dimensionamento delle opere e dei manufatti necessari a garantire il deflusso delle portate di piena. Lo scopo di tale dimensionamento è quello di prevenire l eventualità di esondazioni in corrispondenza degli eventi di progetto, in soddisfacimento delle direttive riportate nel Decreto della Presidenza del Consiglio dei Ministri del 29 settembre 1998 ( Atto di indirizzo e coordinamento per l individuazione dei criteri relativi agli adempimenti di cui all art. 1, commi 1 e 2, del D.L. 11 giugno 1998 n. 180, pubblicato sulla G.U n. 3 del 5 gennaio 1999, e s.m.i.). 5.2 VERIFICHE IDRAULICHE Le verifiche idrauliche sono state effettuate con la classica formula del moto uniforme utilizzando il coefficiente di scabrezza di Gauckler- Strickler. 3 / 2 Q = A K s Rh 1 / 2 i dove: Q = portata di progetto [m 3 /s]; A = sezione idraulica bagnata [m 2 ]; K s = coefficiente di scabrezza di Gauckler-Strickler [m 1/3 /s]; R h = raggio idraulico [m]; i = pendenza di fondo [m/m]. A titolo esemplificativo si riportano i valori del coefficiente di scabrezza K s disponibili nella letteratura tecnica. Tali valori sono influenzati da diversi fattori quali: tipologie di canali; materiali costituenti le pareti dei canali stessi; presenza di vegetazione; Relazione specialistica idrologica e idraulica 27

30 accumuli di sedimenti sul fondo e sulle sponde del canale; singolarità nella sezione e raggio di curvatura dell asse del canale. Per quanto concerne i valori del coefficiente di scabrezza K s (m 1/3 /s) verranno assunti a riferimento i valori riportati nella seguente tabella riassuntiva. Tipologia Natura delle pareti K s muri in mattoni o sponde rivestite calcestruzzo Corsi d acqua minori: Raggio idraulico < 2 m Larghezza in piena <30 m Corsi d acqua maggiori Aree golenali sponde rivestite in pietrame ad opera incerta in terra con sezioni abbastanza regolari in terra con sezioni irregolari e impaludamenti torrenti con letto ghiaioso torrenti con grossi massi con sezioni regolari senza massi irregolari con sezioni accidentate a pascolo con vegetazione spontanea Coltivate Per quanto concerne gli attraversamenti realizzati in corrispondenza delle incisioni e dei bacini di minore estensione, è possibile talvolta rilevare la presenza di tratti caratterizzati da notevoli pendenze longitudinali; in tali casi si ritiene opportuno procedere al calcolo delle caratteristiche idrauliche della corrente idrica sia in condizioni di moto uniforme, sia in condizioni di stato critico in corrispondenza delle sezioni di calcolo. A tale proposito si ricorda che si definisce condizione di stato critico la condizione di deflusso di una corrente a portata costante cui corrisponde il minimo valore dell energia specifica. Nell ipotesi di distribuzione idrostatica delle pressioni nelle sezioni idriche, la condizione di stato critico implica la validità della relazione: 3 σ 2 c Q = B g c essendo σ c e B c, rispettivamente, la sezione idrica e la larghezza del pelo libero corrispondenti alla condizione di stato critico. Relazione specialistica idrologica e idraulica 28

31 Il carico specifico rispetto al fondo in condizioni di stato critico H c sarà, quindi, fornito dalla relazione: H c = h c 1 σ c + 2 B c In generale, com è ben noto, l equazione va risolta per tentativi per sezioni complesse, mentre per alcune sezioni geometriche notevoli (ad esempio, quella rettangolare) esistono relazioni analitiche che esprimono in modo esplicito il tirante idrico in condizioni di stato critico. Le verifiche idrauliche ed il dimensionamento delle opere descritte nella presente relazione sono riportate nelle relazioni S-R12, per il nodo San Leo e S-R31, per il nodo Poseidon. Per quanto concerne il nodo Cernicchiara, non oggetto di specifiche opere idrauliche, si riporta, nel prosieguo, la verifica idraulica degli attraversamenti previsti nel progetto. Relazione specialistica idrologica e idraulica 29

32 5.3 ATTRAVERSAMENTO VALLONE CERNICCHARA Nel presente paragrafo si riportano le verifiche idrauliche del nodo Cernicchiara in corrispondenza del nuovo attraversamento (Figura 11) previsto nel progetto ubicato in prossimità della rotatoria (zona Nord). Figura 11 Attraversamenti del Torrente Rafastia (area Nord) Il valore della portata di piena da assumere per le verifiche idrauliche delle opere interferenti con la rete idrografica è stata stimata con riferimento ad un tempo di ritorno T=200 anni facendo riferimento ad un valore del franco minimo pari a 1,50 m (cfr. par. 3.2). Nella Tabella 6 successiva sono riportate le verifiche idrauliche relative all attraversamento di progetto di minori dimensioni. Q 200 K s B H S o V F o h o H o h c h+1.5 m 3 /s m 1/3 /s m m m/m m 3 /s m m m m Tabella 6 Verifiche idrauliche del nodo Cernicchiara Relazione specialistica idrologica e idraulica 30

33 dove: Q 200 = portata di progetto [m 3 /s]; K s = coefficiente di scabrezza di Gauckler-Strickler [m 1/3 /s]; B = larghezza del canale rettangolare [m]; H = altezza del canale rettangolare [m]; D = diametro del collettore [m]; S o = pendenza del collettore [m/m]; V = velocità media della corrente in moto uniforme [m/s]; F o = numero di Froude della corrente V/(g h o ) 0.5 ; h o = altezza idrica della corrente in moto uniforme [m]; H o = h o +V 2 /(2g) energia specifica della corrente [m]; h c = altezza di stato critico della corrente [m]; h+1.5 = altezza idrica+franco previsto da normativa h = max(h o, h c ) [m]. Dalla tabella si evince che i franchi di sicurezza sono rispettati con ampio margine di sicurezza. L ulteriore attraversamento, di maggiori dimensioni, risulta, a maggior ragione, anch esso verificato. Per quanto concerne i fenomeni escavatori dovuti alla elevata cineticità della corrente, le indagini geologiche (relazione Geologica e Geoidrologica GL-R1 con riferimento alla planimetria con l ubicazione delle indagini geognostiche GL-2) evidenziano la presenza di un fondo alveo roccioso che, di fatto, inibisce i processi erosivi. Infine, nel tronco di collegamento tra i due manufatti di attraversamento, la sezione del corso d acqua risulta più larga e priva dell intradosso del ponte per cui la corrente è caratterizzata da valori della velocità inferiori. 6 INSERIMENTO IDRAULICO DELLE OPERE Le opere di progetto, così come sancito dalle Disposizioni Generali della DISCIPLINA NORMATIVA (delibera di Comitato Istituzionale n. 80 del a seguito delle modifiche interpretative adottate dal Comitato Istituzionale con delibera n. 18 del ) sono tali da non Relazione specialistica idrologica e idraulica 31

34 incrementare il livello di rischio e comunque dirette a migliorare la sicurezza del territorio e la difesa del suolo. 7 ELENCO TAVOLE Tavola GT.01 Corografia dei bacini (Scala 1:5000) Tavola S3 Cernicchiara - Opere di accesso alla rotatoria Relazione specialistica idrologica e idraulica 32