Projet BEACHMED Phase C Attività 4: Studio delle Tecnologie d intervento ottimali

Transcript

1 Attività 4: Studio delle Tecnologie di intervento Ottimali

2 4. ATTIVITÀ 4: STUDIO DELLE TECNOLOGIE D'INTERVENTO OTTIMALI Generalità L'attività n 4 del progetto è stata dedicata allo studio delle tecnologie d'intervento ottimali. Nel contesto della fase B di quest attività la Regione Lazio e l EUDA hanno studiato i sistemi ottimali per il recupero e la manutenzione dei litorali, sviluppando gli aspetti più importanti fra i quali: Individuazione delle diverse situazioni locali Individuazione dei sistemi d'attuazione Valutazione dei costi Metodologie di progetto dei profili di ripascimento Per quanto riguarda le attività già svolte, si rimanda ai quaderni precedenti, consultabili anche on line al sito Per la fase C dell attività 4 la Regione Lazio e l EUDA hanno organizzato un Seminario (2 dicembre 2004 Sala Aniene Roma) per l approfondimento degli aspetti tecnico-amministrativi degli appalti di interventi di dragaggio e ripascimento e per approfondire altresì gli aspetti legati al coordinamento delle attività multidisciplinari necessarie per l avvio di tale genere di interventi. In particolare il Seminario è stato strutturato in 4 sessioni così congegnate: Sessione 1: Aspetti tecnici e limiti operative dei mezzi di dragaggio (profondità di dragaggio, velocità di navigazione, tempi di esecuzione, tipologie esecutive, ecc.) Sessione 2: I fattori che determinano il prezzo (volume e dimensioni del progetto, distanze di navigazione, tipo di attrezzatura, qualità della sabbia e profondità di dragaggio, manuali operativi, ecc.) Sessione 3: Problemi contrattuali (definizione del progetto, controlli di qualità, metodi di misura e contabilizzazione, definizione delle attrezzature minime, profili di posa, ecc.) Sessione 4: Progettazione coordinata e regime autorizzativo (Individuazione delle cave, Caratterizzazione Ambientale, Modelli di simulazione, Aspetti progettuali, Direzione Lavori, Autorizzazioni, ecc.) Le tematiche trattate verranno raccolte in dispense che saranno successivamente messe a disposizione e pubblicate sul sito. Nel seguito vengono presentati due rapporti elaborati dall Osservatorio Regionale dei Litorali e dal Centro di Monitoraggio della Regione Lazio. Il primo rapporto dal titolo Analisi dei costi per la costruzione di opere di difesa costiera, rappresenta un contributo per affrontare in termini strettamente economici il problema della valutazione di convenienza dei ripascimenti morbidi rispetto a quelli difesi con opere rigide. Su questo tema in effetti si sono sviluppate molte tesi e congetture e risulta difficile per le Amministrazioni sapersi orientare in tali condizioni. Il metodo proposto parte dai dati che si possono ottenere dalla simulazione modellistica di diversi tipi di interventi, dal ripascimento morbido a ripascimenti protetti da pennelli a ripascimenti protetti da pennelli e barriere soffolte di diverse dimensioni. Associando i costi a tali opere e sviluppando un analisi del Valore Attuale Netto su un orizzonte temporale di 25 anni, si prospettano le condizioni di convenienza di un intervento rispetto ad un altro che, come ovvio, dipendono fortemente dal costo della sabbia di ripascimento e dalla sua qualità

3 Il secondo rapporto dal titolo Verifica dei profili di ripascimento in relazione alle distribuzioni granulometriche dei materiali in sito e dei materiali di apporto, propone uno strumento di verifica dei profili di posa al fine valutare, con un approccio più calato nella realtà fisica dell intervento, la tendenza del materile di apporto a resistere sulla spiaggia emersa. E evidente come anche questo contributo voglia tendere a fornire elementi decisionali sia nella fase progettuale, sia nella fase di valutazione di una risorsa mineraria, sia nella fase di verifica ambientale di non interferenza con i fondali dove hanno eventualemente inizio le praterie di posidonie

4 Attività 4 : Studio delle Tecnologie Ottimali di intervento Analisi comparativa dei costi per la costruzione di opere di difesa costiera Regione Lazio Osservatorio Regionale dei Litorali Centro di Monitoraggio

5 Analisi comparativa dei costi per la costruzione di opere di difesa costiera Regione Lazio (Osservatorio Regionale dei Litorali Centro di Monitoraggio) Introduzione La necessità di inserire un sistema di difesa costiera comporta un attenta analisi di tutti gli aspetti che rendono tale intervento utile alla collettività. Le autorità competenti scelgono, tra diverse tipologie di intervento, quella che soddisfa contemporaneamente requisiti di efficacia, economicità, velocità di intervento e minor impatto ambientale. Spesso tali requisiti non possono essere soddisfatti contemporaneamente, il raggiungimento di uno di essi comporta una riduzione degli altri. Un esempio è costituito dalla necessità di costruire opere di difesa costiera che siano in grado di garantire una buona resistenza al moto ondoso con relativa diminuzione dell erosione delle spiagge per periodi di tempo elevati. Questi requisiti sono soddisfatti da un opera di tipo rigido (es. scogliera longitudinale) che comporta un inevitabile aumento dei costi e dei tempi di costruzione. Infatti tra una scelta di difesa di tipo morbido (ripascimento puro) e una scelta progettuale di tipo rigido (ripascimento protetto da strutture rigide), l aspetto economico assume caratteristiche piuttosto differenti: mentre la prima necessita di un impiego di risorse iniziali limitate e maggiori costi di manutenzione, la seconda è caratterizzata da un impegno monetario iniziale considerevole, a fronte di una maggiore efficacia e durata dell opera. Questo studio ha l obiettivo di valutare i costi d intervento di diverse tipologie di opere di difesa costiera e fornire un analisi degli investimenti attraverso il confronto dei costi attualizzati. In particolare sono state analizzate quattro tipologie di intervento di diverso approccio progettuale delle quali si fornisce una rapida descrizione nel paragrafo successivo. Descrizione delle opere di difesa Tra le diverse tipologie di interventi adottati per la salvaguardia e la manutenzione dei litorali, sono ritenuti di particolare interesse i ripascimenti di sabbia sia di tipo morbido o puro (in assenza di strutture di protezione) che di tipo rigido (protetto da scogliere longitudinali o pennelli trasversali alla spiaggia). Si riporta di seguito una rapida descrizione delle quattro tipologie di ripascimento scelte come modelli di confronto in questo studio, per tutte le tipologie è stato assunto una lunghezza del litorale da difendere pari 1 Km. RIPASCIMENTO PURO (TIPOLOGIA A) Versamento di sabbia lungo il litorale in quantitativi tali da fornire un contributo positivo sul bilancio solido litoraneo determinando un ampliamento artificiale della fascia litoranea. La funzione di difesa da parte di questa tipologia di intervento è legata proprio all accrescimento della fascia di spiaggia da quantificare in termini di estensione non solo della porzione di spiaggia emersa ma anche di quella sommersa al fine di garantire una maggiore distanza tra l azione diretta del moto ondoso e gli elementi di interesse posti lungo il litorale a tergo della zona di ripascimento. A prescindere da eventuali svantaggi di carattere ambientale dovuti all'aumento temporaneo della torbidità

6 delle acque costiere (soprattutto durante le fasi esecutive), il limite principale degli interventi di ripascimento è legato alle difficoltà tecnico-economiche connesse con il reperimento del materiale adatto al ripascimento, nonché alla sua durabilità e resilienza (soprattutto nei confronti di eventi meteomarini estremi) che condizionano la vita utile dell intervento e in funzione dei quali è necessario definire gli interventi di ricarica (renourishment) da effettuare negli anni successivi. Nella definizione del costo dell intervento di ripascimento devono essere preventivamente computati anche gli oneri degli interventi di ricarica necessari per garantire la funzionalità di questo tipo di sistema di difesa costiera nel tempo. I parametri volume di versamento iniziale e quantità di sabbia per ricariche annuali variano in base alle caratteristiche di clima ondoso di caratterizzazione regionale. Nello studio attuale, grazie alle numerose esperienze maturate in campo negli ultimi anni, si è ipotizzato un volume di m3 di sabbia per ogni chilometro di litorale da difendere ritenuti validi per garantire un buon mantenimento della fascia costiera. Le perdite annue di sabbia sono stimate in funzione dei risultati ottenuti dal monitoraggio di diversi interventi realizzati dalla Regione Lazio e in particolare dall esperienza dei lavori eseguiti sul litorale di Ostia Levante dal 1999 ad oggi. Un aspetto di cui si tiene conto in fase di valutazione delle perdite annuali di sabbia è legato alle notevoli differenze tra le perdite durante il primo anno di esercizio dell opera e le perdite degli anni successivi. In assenza di protezione da strutture rigide, si è stimato che un ripascimento è soggetto a mc Ostia 1999: Trend Erosivi volumetrici (cella fino a -4,50) Perdite misurate Perdite Medie Teoriche Perdite in proiezione giorni perdite dell ordine di m3/km durante il primo anno d esercizio e di m3/km negli anni successivi. Tali perdite saranno notevolmente ridotte nei casi di ripascimenti protetti. Ostia levante (Canale dei Pescatori - stabilimento La Capannina) sezione Km 3,4 Variazioni volumetriche da dtm Cella di rappresentazione dati Sidra ott 1999 ( circa batimetrica 4 ) FASCIA 1 ott/1999 feb/2000 feb/ ott/2000 ott/ mag/2002 mag/ dic/2002 (limite spiaggia emersa - limite battigia più esterna): FASCIA 2 (limite battigia più esterna - limite cresta barra 2002): FASCIA 3 (limite cresta barra limite ril. SIDRA 99): Totale Trend erosivo rapportato al km e per anno

7 RIPASCIMENTO PROTETTO DA UNA BARRIERA LONGITUDINALE SOMMERSA AD ALTO COSTO E DA PENNELLI TRASVERSALI (TIPOLOGIA B). Il versamento di sabbia è protetto da una scogliera sommersa parallela alla linea di riva, le cui caratteristiche geometriche sono le seguenti: b) barriera distaccata sommersa B Rc l.m.m. h 1 nt nm 1 profondità di imbasamento della barriera rispetto al l.m.m. h = 4-5 m quota di coronamento della barriera rispetto al l.m.m. Rc = -1 m larghezza del coronamento della barriera B = 30 m pendenza del paramento lato riva n t = 3 pendenza del paramento lato mare n m = 5 L area complessiva della sezione tipo risulta essere di circa 150 m 2 linea di riva LPE P LPS i i i i Rc Le caratteristiche geometriche dei pennelli sommersi trasversali sono invece le seguenti: lunghezza del pennello tratto emergente Lpe = 160 m lunghezza del pennello tratto sommerso Lps = 90 m interasse tra i pennelli IP = 300 m quota di coronamento del tratto di pennello sommerso rispetto al l.m.m. Rcs = -1 m quota di coronamento del pennello rispetto al l.m.m. Rc = +0,5 I paramenti dei pennelli hanno pendenze di ½, la larghezza di sommità è pari a 4m e la sezione tipo

8 ha un area mediamente di 30 m 2. I pennelli hanno una funzione di contenimento dei sedimenti trasportati dalle correnti longitudinali. L opera rigida è realizzata con massi di categoria 2 (1-3 t) e la distanza media della cava è di circa 60 Km. Un opera di questo tipo, costruita in sommergenza, al fine di garantire un buon funzionamento, deve necessariamente raggiungere dimensioni considerevoli che spesso risultano gravose sia dal punto di vista economico, che d impatto per l ambiente. E prevista una diminuzione del volume di sabbia di ripascimento dell ordine del 30% rispetto al caso di ripascimento morbido. Si considerano quindi apporti iniziali di sabbia di circa m 3 /Km. Le perdite annue di sabbia sono stimate in funzione dei risultati di applicazioni di modellazione numerica della fascia costiera che, in base a dati di clima ondoso e granulometria della sabbia di ripascimento, simulano la migrazione dei sedimenti litoranei sottoposti alle azioni del moto ondoso. Tali modelli (ad es. Aries della Modimar), sono calibrati grazie all utilizzo di parametri morfologici della spiaggia ricavati da monitoraggi della batimetria locale, e successivamente validati in modo da riprodurre la reale evoluzione storica del litorale in esame. Pertanto si è stimata una perdita dell ordine di m 3 /Km durante il primo anno d esercizio e di m 3 /Km negli anni successivi. Si riporta, inoltre, l analisi delle linee di riva ricavate da aerofoto che permette di dare una valutazione delle variazioni delle aree di spiaggia emersa per il litorale di Ostia Centro dal 1944 ad oggi. Per una migliore comprensione della variazione temporale, i dati stimati dall analisi oggettiva delle foto aeree sono stati graficizzati assumendo come valore di partenza la spiaggia del Nel caso in esame, nel periodo la retta mostra un trend di perdita pari a circa m 2 /anno. Dopo l intervento di difesa del 1990, realizzato con barriera sommersa e ripascimento, per il medesimo tratto,

9 nel periodo 90-98, si ottiene un valore pari a circa m 2 /anno. Detta circostanza porta, insieme ad altre, a riconsiderare l efficienza di un opera di difesa della tipologia in argomento ma, a scopo cautelativo, nel proseguio viene assunta come realistica la capacità di tale opera di difesa nell abbattere le perdite di sabbia da parte di un litorale in erosione. RIPASCIMENTO PROTETTO DA UNA SCOGLIERA LONGITUDINALE A BASSO COSTO E DA PENNELLI TRASVERSALI (TIPOLOGIA C) La sezione tipo della scogliera longitudinale è notevolmente snellita, la sommità ha una larghezza di 15 m ed è posta su fondali di profondità variabile tra i -3 e i -4 m s.l.m, i massi sono disposti con pendenze di ½, per un area della sezione di circa 50 m 2. I pennelli trasversali hanno una lunghezza di 150 m e raggiungono profondità medie di -3 m s.l.m., la quota in sommità è di +0,5 m s.l.m. Le sponde laterali hanno pendenze di ½ e la sezione tipo ha un area mediamente pari a 20 m 2. I pennelli sono disposti con interasse di 300 m. Questa scelta progettuale, analoga alla precedente come schema geometrico e funzione di contenimento dei sedimenti trasportati dalle correnti longitudinali, presenta un ingombro minore, e quindi una maggiore fruibilità degli arenili da parte degli utenti della spiaggia. Inoltre, i costi di realizzazione si riducono in misura proporzionale alla diminuzione dei volumi richiesti per la realizzazione delle strutture. Anche in questo caso il volume di sabbia di ripascimento è di circa 300 m 3 /m. Le perdite, stimate secondo i risultati ottenuti da modelli numerici, risultano dell ordine di 25 m 3 /m durante il primo anno d esercizio e di 13 m 3 /m negli anni successivi. Tali valori tengono conto della lunghezza limitata della cella considerata (1 Km), quindi sottoposta a forte erosione. RIPASCIMENTO PROTETTO DA PENNELLI TRASVERSALI ALLA LINEA DI RIVA (TIPOLOGIA D) Queste strutture, trasversali alla linea di riva, hanno una lunghezza di 150 m e sono poste ad interasse di circa 300 m l una dall altra. Raggiungono profondità di -3 m s.l.m. e una quota in sommità di +0,5 m s.l.m. Considerando una pendenza delle sponde pari a ½, la sezione tipo ha un area di circa 20 m 2. Per la zona d intervento, si determinerebbe un assestamento della spiaggia, dovuto ad un graduale orientamento della linea di riva secondo una conformazione d insieme detta a denti di sega. In questo caso il volume di sabbia di ripascimento è di circa 425 m 3 /m. Le perdite, stimate secondo i risultati ottenuti da modelli numerici, risultano dell ordine di 36 m 3 /m durante il primo anno d esercizio e di 15 m 3 /m negli anni successivi. Queste strutture grazie alla snellezza della sezione tipo comportano costi sensibilmente minori rispetto alla scogliera longitudinale ad alto costo

10 Nella seguente tabella sono riportati in sintesi i dati progettuali ed i parametri caratteristici del funzionamento di ciascuna delle opere di difesa descritte. Tipo Descrizione intervento Parametri longitudinale scogliera Parametri trasversali pennelli Perdite annue di sabbia Esempio progettuale A B C D Ripascimento puro di 425 m 3 /m Ripascimento di 300 m 3 /m protetto con barriera ad alto costo e pennelli trasversali con interasse 300 m Ripascimento di 300 m 3 /m protetto con barriera a basso costo e pennelli trasversali con interasse 300 m Ripascimento di 400 m 3 /m protetto con pennelli trasversali con interasse 300 m Profondità di imbasamento media -4,5 metri - Larghezza della berma in sommità 30 metri - Profondità della berma in sommità -1,0 m s.l.m. - Pendenza lato terra 1/3 - Pendenza lato mare 1/5 - Area sezione tipo 150 m 2 - Profondità di imbasamento media -3,5 m s.l.m. - Larghezza della berma in sommità 15 metri - Profondità della berma in sommità -1 m s.l.m. - Pendenza lato terra 1/2 - Pendenza lato mare 1/2 - Area sezione tipo 50 m Lunghezza 250 m - Interasse 300 m - Larghezza in sommità 4 m - Quota di sommità +0,5 m s.l.m. - Pendenza lato terra ½ - Pendenza lato mare ½ - Area sezione tipo 25 m 2 - Lunghezza 150 m - Interasse 300 m - Larghezza in sommità 4 m - Quota di sommità +0,5 m s.l.m. - Pendenza lato terra 1/2 - Pendenza lato mare 1/2 - Area sezione tipo 20 m 2 - Lunghezza 150 m - Interasse 300 m - Larghezza in sommità 4 m - Quota di sommità +0,5 m s.l.m. - Pendenza lato terra 1/2 - Pendenza lato mare 1/2 - Area sezione tipo 20 m 2-1 anno 120 m 3 /m - altri anni 20 m 3 /m - 1 anno 25 m 3 /m - altri anni 4 m 3 /m - 1 anno 25 m 3 /m - altri anni 13 m 3 /m - 1 anno 36 m 3 /m - altri anni 15 m 3 /m Ostia Levante anno 1999 Ostia Centro anno 1990 Fosso Mascarello, Terracina- Circeo anno 2002 Focene anno

11 Attualizzazione dei costi di investimento I costi relativi ad un investimento si manifestano in periodi di tempo differenti. Da ciò deriva che anche le uscite finanziarie relative si manifestano in periodi differenti di tempo. Per rendere possibile un confronto, ai fini della definizione della convenienza ad investire, è necessario rendere omogenei tali valori. Il costo dell investimento si manifesta nel momento della decisione di investire, mentre i flussi monetari necessari al mantenimento dell opera realizzata, si manifestano in periodi successivi di tempo, cioè durante la vita dell investimento. L omogeneizzazione dei valori avviene riportando i valori finanziati che si manifesteranno in futuro, al presunto valore che avrebbero al momento dell investimento. Questo procedimento di attualizzazione effettuato mediante l operazione di sconto, si basa sul presupposto che il valore di una somma di denaro cambia a seconda del periodo di tempo in cui tale somma è disponibile. Per calcolare il valore attuale di una serie di costi che saranno affrontati nel futuro, si introduce il concetto di tasso di sconto, il cui valore è generalmente dato dal tasso di interesse sui prestiti concessi dagli istituti di credito a medio lungo termine. Il VA (Valore Attuale) del costo relativo all anno generico t viene così calcolato: VA t = C t / (1+s) t dove C t è il costo relativo all anno t ed s è il tasso di sconto. La somma di tutti i valori attualizzati relativi all intero periodo di vita dell investimento è un valido strumento per definire la convenienza ad investire per diverse tipologie di interventi di difesa costiera. Una volta fissati i parametri vita media di un opera di difesa costiera e tasso di sconto, la valutazione della somma dei costi attualizzati è legata alla stima dei costi di costruzione e di manutenzione delle diverse tipologie di opere. I primi sono legati alla geometria delle strutture rigide e ai volumi di sabbia di ripascimento, i secondi sono dipendenti dalla valutazione delle perdite annue di sabbia e al danno subito dalle scogliere, entrambi dipendenti dall entità dell azione del moto ondoso locale. Descrizione del procedimento adottato per l analisi dei costi Una valutazione della convenienza economica tra le quattro opere descritte è data da confronto tra le somme dei Valori Attualizzati dei costi sostenuti durante l intera vita dell opera. Una particolare attenzione si è posta nella definizione dei costi di realizzazione ed i costi di manutenzione. I primi sono legati ai costi unitari della fornitura e della posa in opera dei materiali ed ai tempi di realizzazione, i secondi sono legati al funzionamento e alla efficacia delle diverse opere misurabili in funzione delle perdite annuali di sabbia. I costi unitari della sabbia sono determinati dal prelievo trasporto e versamento. In ambito Europeo, i costi unitari di dragaggio assumono valori piuttosto differenti in funzione della destinazione geografica dell intervento di ripascimento. Nei paesi scandinavi un metro cubo di sabbia dragata può costare anche meno di 2 euro, mentre in Italia non si va al di sotto dei 7 euro. I motivi di questa disomogeneità sono da imputare ai notevoli costi di trasferimento delle imbarcazioni, compreso l equipaggio, che provengono essenzialmente dai paesi del Nord (Belgio, Svezia, Olanda ecc.). La scelta dell intervallo di valori per lo studio di sensitività del VA rispetto al costo unitario della sabbia deve necessariamente tenere conto di questo aspetto. E previsto un costo variabile per detta attività tra 2 e 10 /m 3. Per quanto riguarda, invece, la fornitura e la posa delle scogliere e dei pennelli si è valutato un costo pari a 40 Euro al m 3. Per quanto riguarda i tempi di realizzazione, si è tenuto conto che l esecuzione di un ripascimento protetto potrebbe richiedere un tempo complessivo di due anni tra costruzione della scogliera e versamento di sabbia prelevata da cave marine, mentre sia il ripascimento puro che quello protetto con pennelli, hanno tempistiche di realizzazione minori, che possono variare dal mese ad alcuni mesi. E più complessa la definizione delle perdite annuali di sabbia alle quali inevitabilmente i litorali sono soggetti, sia in presenza di strutture di protezione di grandi dimensioni (Tipologia B) sia in presenza di

12 strutture aventi impatti minori (Tipologie C e D). I costi di manutenzione delle opere sono stati differenziati tra il primo anno dopo il versamento e gli anni successivi. L effetto contenitivo delle opere rigide, già descritto nel precedente paragrafo, è stato inserito nel computo dei costi di manutenzione, i quali risultano ovviamente ridotti nei casi di ripascimento protetto. L utilizzo di un foglio di calcolo, ha permesso l inserimento dei parametri geometrici, economici e di funzionamento delle opere in base ai quali sono stati computati i costi relativi ad ogni anno di vita dell opera. Successivamente tali costi, distribuiti nel tempo, sono stati attualizzati grazie alla formula già descritta del Valore Attuale. La somma dei costi rappresenta l impegno economico necessario alla realizzazione e mantenimento dell opera di difesa. RISULTATI DEL CONFRONTO TRA I COSTI ATTUALIZZATI DELLE QUATTRO TIPOLOGIE DI INTERVENTO Su un tratto di litorale lungo 1 km, ipotizzando che la vita media di un opera di difesa è di 25 anni, l investimento economicamente più conveniente è il ripascimento protetto da pennelli trasversali, mentre risulta economicamente più gravoso il ripascimento protetto da barriera longitudinale ad alto costo. Di seguito si riporta la tabella del confronto dei VA ed il grafico degli investimenti attualizzati, ottenuti ipotizzando un costo unitario della sabbia prelevata da cava marina di 7 euro/m 3 ed un tasso di interesse annuo del 2%. TIPOLOGIA DESCRIZIONE OPERA VA [milioni di euro] A Ripascimento puro 6,1 B Ripascimento protetto da barriera long. ad alto costo 10,3 C Ripascimento protetto da barriera long. a basso costo 6,2 D Ripascimento protetto da pennelli trasversali 5,3 12 Confronto investimenti attualizzati per un tratto di litorale lungo 1 Km Tasso di interesse = 2% Costo della sabbia = 7 euro/m 3 Investimenti Attualizzati (in milioni di euro) TIPOLOGIA A ripasc. Puro TIPOLOGIA B ripasc. Con barriera long ad alto costo TIPOLOGIA C ripasc. Con barriera long. a basso costo TIPOLOGIA D ripasc. Con pennelli trasversali anni Tale risultato risente in particolare del parametro costo unitario della sabbia di ripascimento. Un innalzamento del valore del costo della sabbia procura un aumento del costo dell intervento di ripascimento

13 puro tale da divenire maggiore del costo del ripascimento protetto. Data l elevata volatilità del parametro costo della sabbia, diventa necessario quantificare il suo valore che rende il VA di ripascimento puro maggiore del VA di ripascimento protetto. Nel paragrafo successivo si riporta lo studio di sensitività rispetto al costo unitario della sabbia. SENSITIVITÀ DEL VA RISPETTO AL PREZZO UNITARIO DELLA SABBIA Il costo unitario della sabbia di ripascimento subisce notevoli variazioni in base alla tipologia della sabbia, alla sua provenienza e al metodo di prelievo, trasporto e posa in opera. Ad un aumento del costo unitario, corrisponde un aumento dei costi di investimento attualizzati. E prevedibile che il VA del ripascimento puro subisca un incremento in proporzione maggiore rispetto al VA di un intervento di ripascimento protetto proprio a causa della maggior quantità di volumi annui di sabbia necessari al mantenimento dell opera ( m 3 /anno rispetto ai m 3 /anno del ripascimento protetto con barriera ad alto costo). Col presente studio si vuole misurare in che modo tali investimenti risentono delle variazioni del costo unitario della sabbia, e se la convenienza economica di un intervento di difesa morbido (tipologia A), che all apparenza potrebbe sembrare scontata, in realtà per valori alti del costo della sabbia, potrebbe rivelarsi meno conveniente di un intervento di tipo rigido (tipologie B, C e D). Nella tabella dei valori dei costi della sabbia, per i motivi descritti nel paragrafo precedente, si è scelto un intervallo di valori che va da un minimo di 2 euro ad un massimo di 10 euro. Il calcolo dei VA è stato effettuato per un tratto di litorale di lunghezza di 1 Km per un investimento di durata massima pari a 25 anni ad un tasso di interesse del 2%. 12 Variabilità del VAN rispetto al costo unitario della sabbia per un tratto di litorale lungo 1 Km durata investimento = 25 anni tasso di interesse = 2% 10 VA (in milioni di euro) Tipologia A Tipologia C Tipologia B Tiplogia D Costo della sabbia /m 3 Come era prevedibile il VA del ripascimento puro subisce incrementi proporzionalmente maggiori rispetto alle altre tipologie. Praticamente l intervento di ripascimento puro (tipologia A) risulta economicamente conveniente rispetto ad un intervento di tipo rigido con scogliera longitudinale sommersa a basso costo (tipologia C) per costi unitari della sabbia minori di 7,50 /m 3, e risulta conveniente rispetto ad un intervento protetto da soli pennelli trasversali (Tipologia D) per valori minori di 2,20 /m

14 Il tasso di interesse è un parametro economico che risente della variabilità delle politiche economiche locali, pertanto i risultati dello studio dei costi attualizzati di un investimento a lungo termine dipendono dalle condizioni di interesse allo sconto applicate dalle autorità competenti locali. E interessante vedere in che modo tale volatilità incide nelle scelte progettuali legate all analisi dei costi. Scelto un intervallo di tassi che va da un minimo del 0,5% ad un massimo del 4,5%, si sono ricalcolati i VA delle quattro tipologie d intervento. I risultati di seguito pubblicati, mostrano che la sensitività dei costi di intervento rispetto al tasso di interesse non influisce le scelte progettuali tra le quattro alternative analizzate. Infatti dal grafico si evidenziano variazioni dei costi in proporzione pressoché uguali nei quattro casi analizzati. Variabilità del VAN rispetto al tasso di interesse per un tratto di litorale lungo 1 Km durata investimento = 25 anni costo della sabbia = 7 euro/m Valore Attuale (in milioni di euro Tipologia A Tipologia C Tipologia B Tiplogia D 0 0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00% 2,50% 3,00% 3,50% 4,00% 4,50% 5,00% Tasso di interesse SENSITIVITÀ DEL VA RISPETTO ALLA QUOTA DI CORONAMENTO DELLA SCOGLIERA SOMMERSA Un parametro che in fase di scelta progettuale assume una notevole importanza, sia per motivi di funzionalità dell opera, che per motivi economici, è la quota di sommità della berma. L aspetto funzionale è ancora oggi oggetto di studi ed approfondimenti che non verranno analizzati in questo studio, l incidenza economica della quota della berma sarà valutata tramite un confronto dei VA calcolati per ciascun valore della quota. Si è scelto un intervallo che va da un minimo di 0 m ad un massimo di -1,5 m s.l.m., al di sotto della quale si ritiene che la difesa della scogliera diventi praticamente inefficace

15 16 Variabilità del VAN rispetto alla quota in sommità della berma tasso 2%, costo sabbia 7 euro/m 3, lungh. tratto 1 Km, durata invest. 25 anni Tipologia A Tipologia C Tipologia B Tipologia D VA (in milioni di euro) quota in sommità [m s.l.m.] SENSITIVITÀ DEL VA RISPETTO ALLA GRANULOMETRIA MEDIA DELLA SABBIA DI PRESTITO Nella definizione del volume di ripascimento V, necessario per garantire l avanzamento Y di progetto, bisogna tenere conto delle inevitabili perdite dei sedimenti legati essenzialmente a due fattori: la naturale tendenza evolutiva del litorale che determina una ridistribuzione dei sedimenti lungo la fascia costiera, quantificabile in funzione di un flusso distinto nelle componenti longitudinale e trasversale alla linea di riva, direttamente correlabile all esposizione media climatica del sito al moto ondoso; la differente struttura tessiturale e chimico-fisica tra la sabbia di prestito (sabbia di ripascimento) e quella nativa (presente nell area di intervento), oltre a determinare una naturale selezione e ridistribuzione dei sedimenti versati, condiziona la conformazione del nuovo profilo di equilibrio. Questo secondo aspetto è legato alla definizione dei volumi di sabbia di versamento ed incide direttamente sui costi di realizzazione e mantenimento delle diverse opere. E interessante studiare la variabilità dei costi attualizzati delle opere di difesa in funzione della granulometria media della sabbia di prestito. In fase progettuale il volume di versamento può essere calcolato col metodo della Comparazione dei profili di equilibrio, sviluppato da Dean nel 1991 con riferimento alla teoria del profilo di equilibrio in funzione del diametro dei sedimenti. Il metodo è basato sulle seguenti ipotesi: l insieme dei fenomeni di dinamica costiera modellano il profilo trasversale di una spiaggia secondo una conformazione ideale di equilibrio che dipende essenzialmente dalla distribuzione granulometrica dei sedimenti che compongono la spiaggia; il profilo di equilibrio è comunque confinato dalla profondità di chiusura H e dalla sommità della berma B; è possibile schematizzare tre distinte combinazioni tra il profilo di equilibrio della spiaggia nativa e quello che compete al materiale di ripascimento:

16 Il generico profilo di equilibrio è definito dalla relazione: dove h esprime la profondità di equilibrio alla generica distanza y dalla linea di riva; il termine A è detto "parametro di forma" (m 1/3 ). Per la sua definizione si è soliti fare riferimento al diametro medio D 50 che caratterizza il litorale utilizzando le seguenti equazioni per la descrizione analitica della curva di Moore definita da Hanson e Kraus (1989): Indicato con A N il parametro di Dean relativo al profilo della spiaggia nativa e con A F quello della

17 spiaggia di ripascimento, è possibile verificare le condizioni di intersezione tra i due profili in funzione delle seguenti disuguaglianze Nel caso di ripascimento con materiale più grossolano di quello nativo (A F >A N ) il suo profilo di equilibrio interseca quello della spiaggia nativa. Il volume V necessario per garantire un ampliamento Y della spiaggia è dato dall equazione: Nel caso di ripascimento con materiale più sottile di quello nativo (A F <A N ) il suo profilo di equilibrio non è in grado di intersecare attivamente quello della spiaggia nativa pertanto il materiale versato tenderà a posizionarsi prevalentemente nella zona sommersa della spiaggia attiva. L equazione seguente definisce un valore critico del volume di ripascimento: Per valori inferiori del volume di ripascimento questo risulterà sommerso; volendo garantire un avanzamento Y della spiaggia emersa (sempre nel caso di A F <A N il volume necessario è dato dall equazione: Il volume complessivo di sedimenti (per unità di sviluppo longitudinale del versamento) necessario per la vita utile T del ripascimento è definito aggiungendo al termine V, calcolato con le equazioni di cui sopra, i volumi necessari a compensare il rateo annuo di flusso dei sedimenti al di fuori dell unità di controllo ipotizzata come indicato nelle quattro tipologie analizzate nella prima parte dello studio

18 La sensitività del VA rispetto alla granulometria della sabbia di prestito è stata rappresentata per le quattro tipologie d intervento finora descritte. Si sono scelti incrementi di 0,05 mm del diametro medio della sabbia di prestito (da un minimo di 0,15 mm ad un massimo di 0,4 mm), mantenendo fisso il valore del diametro medio della sabbia nativa. Il seguente esempio è stato ottenuto fissando il D 50N a 0,25 mm: Variabilità del VAN rispetto alla granulometria media della sabbia di prestito (D 50P ) D 50N = 0,25 mm Costo unitario della sabbia = 7 euro/m 3 Durata investimento = 25 anni Tasso di interesse = 2% Valore attuale investimenti in milioni di euro Tipologia A Tipologia B Tipologia C Tipologia D 0 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 Diametro medio della sabbia di prestito D 50P [mm] Risulta evidente che un intervento di tipo morbido (Tipologia A) diventa economicamente sconveniente nel caso di granulometria della sabbia di prestito più fine rispetto a quella nativa. Mentre per valori del D 50P uguali o maggiori del D 50N, il ripascimento puro diventa economicamente competitivo con l intervento protetto da una barriera a basso costo

19

20 Attività 4 : Studio delle Tecnologie Ottimali di intervento Verifica dei profili di ripascimento in relazione alle distribuzioni granulometriche dei materiali in sito e dei materiali di apporto Regione Lazio Osservatorio Regionale dei Litorali Centro di Monitoraggio

21

22 Verifica dei profili di ripascimento in relazione alle distribuzioni granulometriche dei materiali in sito e dei materiali di apporto Regione Lazio ( Osservatorio Regionale dei Litorali - Centro di Monitoraggio) Introduzione Il presente studio è rivolto alla determinazione di un metodo per stimare la migrazione selettiva trasversale degli inerti posti a ripascimento in funzione delle differenze granulometriche tra materiale d origine e materiale d apporto. Una volta definiti i volumi di ripascimento necessari per un avanzamento L della spiaggia esistente mediante la traslazione della stessa quantità del profilo esistente (cuneo di ripascimento), nasce l esigenza di misurare la capacità dell intervento di soddisfare o meno gli obiettivi prefissati. La stima della migrazione dei sedimenti in direzione ortogonale alla linea di riva, può essere affrontata tramite un analisi della redistribuzione volumetrica della sabbia di ripascimento per fasce di profondità, avendo caratterizzato, per ciascuna di tali fasce, le caratteristiche granulometriche dell inerte esistente in sito. Lo studio di compatibilità granulometrica, redatto sulla base di una idea del Prof. Paolo Tortora dell Università di Roma La Sapienza Dipartimento Scienze della Terra, è stato sviluppato quale supporto progettuale per la valutazione qualitativa della sabbia di prestito e della sua compatibilità con la sabbia nativa. Lo studio ha il duplice obiettivo di fissare un metodo per determinare il campione ideale di sabbia, rappresentativo della sabbia originaria presente sull intero tratto di litorale soggetto ad erosione, e di definire la redistribuzione dei volumi per fasce di profondità in relazione al tipo di sabbia di prestito. Tale studio è quindi caratterizzato da due fasi: - definizione della distribuzione granulometrica ideale tramite l attribuzione a ciascuna classe granulometrica di un peso proporzionale agli effettivi volumi con cui la stessa classe è presente nel quantitativo totale previsto per il ripascimento. - valutazione della redistribuzione dei volumi di sabbia di prestito divisi per fasce di profondità stimati distribuendo ciascuna classe granulometrica della sabbia di apporto secondo le stesse percentuali con cui la corrispondente classe di sabbia originaria si distribuiva sul cuneo di ripascimento Definizione della distribuzione granulometrica ideale Il metodo è stato redatto secondo il principio di redistribuzione dei sedimenti lungo la fascia litoranea a diverse profondità ad opera della dinamica litoranea e del moto ondoso sottocosta. La migrazione dei sedimenti nel breve e medio periodo comporta una loro distribuzione in direzione trasversale alla linea di riva secondo un profilo di equilibrio dinamico del quale è possibile ricostruire la distribuzione granulometrica per fasce di profondità grazie alle analisi granulometriche effettuate su campioni di sabbia prelevati a determinate fasce di profondità. A ciascuna classe granulometrica presente su un campione di sabbia, è stato affidato un peso proporzionale al volume di sabbia di apporto necessario alla ricostruzione della spiaggia alla stessa

23 profondità di prelievo. Per una generica sezione trasversale alla linea di riva, la percentuale ideale di passante al setaccio P i di diametro i-esimo è data dalla seguente sommatoria: P i = Σ j K j P ij [1] Dove K j è il peso assegnato a ciascuna classe granulometrica, dato dal rapporto tra il volume V j necessario alla ricostruzione del profilo di spiaggia nella fascia di profondità j-esima ed il volume totale di sabbia impiegato sull intera estensione (dalla linea inerodibile alla profondità di chiusura della fascia attiva) della sezione di spiaggia analizzata. Partendo dall ipotesi che la sabbia, grazie all azione del moto ondoso, si dispone con la stessa conformazione del profilo di spiaggia originario, il volume V j, necessario alla ricostruzione del profilo originario alla profondità j, è stato calcolato tramite la settorializzazione del cuneo di ripascimento in tanti elementi quante sono le profondità di campionamento utilizzate per caratterizzare il profili. Il cuneo di ripascimento è stato ottenuto dalla traslazione del profilo originario di spiaggia pari all avanzamento di progetto della nuova spiaggia. Di seguito si riporta come esempio la tabella utilizzata per la determinazione della distribuzione granulometrica ideale della sezione 17 del tratto di litorale Pontino (Minturno Latina)

24 2,48 2,00 1,50 1,00 0,50,00,50,00,49,00,50,00,51,99 Granulometria della sabbia ideale SE ZIONE 17 Dia metro setaccio (mm) A (0 m) 5, ,00 4, ,00 2, ,00 2, ,00 1, ,96 1, ,88 0, ,35 0, ,78 0, ,55 0, ,32 0,1 770,43 0,1 250,04 0,0 880,99 0,0 630,97 Percentuale passante per i diversi settori di profondità B (-2,0 m) P C (-5 m) 1 00,00 00, ,00 9,98 9 9,96 9,90 9 9,89 9,89 9 9,75 9,85 9 9,42 9,82 9 8,28 9,78 9 5,08 9,74 8 7,64 9,69 6 9,53 9,56 3 2,77 8,16 3,95 5,66 2,22 2,29 1,39,95 D (-7,5 m) P Volumi di sabbia per ciascun settore (Vi), relative percentuali, percentuali di ciascun passante rispetto al volume totale e percentuali di ciascun passante pesate (P tot distribuzione ideale) V A (m 3 /m) V B (m 3 /m) V C (m 3 /m) V D (m 3 /m) V totale tot (%) ,129 4,184 2,535 9,328 10, ,57% 0,36% 3,39% 2,68% 00,00% ,00 3,57 30,36 23,39 12,68 100, ,00 33,57 30,36 23,38 12,68 100,00 9 9,91 33,57 30,35 23,36 12,67 99,95 9 9,88 33,57 30,33 23,36 12,66 99,93 9 9,82 33,56 30,29 23,35 12,66 99,85 9 9,79 33,53 30,19 23,34 12,65 99,71 9 9,74 33,35 29,84 23,33 12,65 99,18 9 9,70 32,15 28,87 23,32 12,64 96,99 9 9,65 25,70 26,61 23,31 12,63 88,26 9 9,50 10,18 21,11 23,28 12,62 67,19 9 7,84 1,15 9,95 22,95 12,41 46,46 6 0,59 0,35 1,20 15,35 7,68 24,59 3 0,42 0,33 0,67 7,55 3,86 12,41 8,21 0,33 0,42 2,09 1,04 3, Granulometrie Circeo-Terracina luglio ,01 0,10 1,00 10,00 diametro (mm) Avendo ora a disposizione una distribuzione ideale per ciascun transetto considerato, si ha la possibilità di creare una distribuzione rappresentativa dell intera area di intervento assegnando anche in questo caso a ciascuna classe graulometrica, il peso derivante dal rapporto tra il volume di apporto parziale (calcolato su

25 ciascun transetto di riferimento) e quello totale calcolato sull intero tratto di litorale oggetto dell intervento di ripascimento. Nel caso preso ad esempio (litorale tra S.Felice Circeo e Terracina) i dati granulometrici della sabbia nativa derivano da prove granulometriche su campioni di sabbia prelevati alle profondità 0, -2.5, -5 e -7.5 m s.l.m. in corrispondenza dei transetti ortogonali alla linea di riva. Una prima analisi, di tipo qualitativo deriva dai risultati ottenuti dalle prove effettuate dal laboratorio sedimentologico sui campioni di sabbia prelevata. Alla quota zero si evidenzia, in questo caso, una presenza più grossolana e meno classata in corrispondenza dell area verso il Circeo, mentre una componente più fine e maggiormente uniforme caratterizza la sabbia presente la spiaggia verso Terracina. percentuale passante al setaccio (%) Granulometrie Circeo-Terracina luglio ,5 40-7,5 76-7,5 80-7,5 86-7,5 97-7, ,5 0,01 0,10 1,00 10,00 diametro (mm) Nella didascalia sono indicate le posizioni di prelievo dei campioni, dove il primo numero indica la sezione ed il secondo indica la fascia di profondità. Queste differenze sono meno evidenti per la sabbia presente a maggiori profondità (-7,50 m), dove per tutte le sezioni analizzate si registrano diametri medi compresi tra l intervallo 0,13 e 0,18 mm. Il procedimento descritto nei paragrafi precedenti ha permesso di creare delle curve granulometriche rappresentative della sabbia presente sul litorale prima dell intervento di ripascimento. I risultati ottenuti sono rappresentati dalle curve di seguito riportate, ciascuna rappresentativa della sabbia prelevata sul transetto di riferimento

26 GRANULOMETRIE IDEALI PER TUTTE LE SEZIONI CIRCEO-TERRACINA percentuale di passante al setaccio S32 S40 S76 S80 S86 S105 S ,01 0, diametro del setaccio (mm) Il passaggio successivo è stato quello di definire una unica curva granulometrica valida per l intero tratto analizzato, di seguito riportata in colore rosso. GRANULOMETRIE IDEALI PER TUTTE LE SEZIONI CIRCEO-TERRACINA percentuale di passante al setaccio S32 S40 S76 S80 S86 S105 S111 TUTTE 0 0,01 0, diametro del setaccio (mm)

27 DESCRIZIONE DEL METODO Simulazione della redistribuzione dei sedimenti per fasce di profondità In fase di progettazione preliminare, una volta stabiliti i volumi di ripascimento, è necessario prevedere la redistribuzione di tali volumi per fasce di profondità. La seconda fase del presente studio prevede la stima di tali porzioni volumetriche. Questo metodo tiene conto del fenomeno di redistribuzione dei sedimenti in direzione ortogonale alla linea di riva secondo una conformazione che conserva le caratteristiche del profilo della spiaggia originaraia. Secondo questo principio, ci si aspetta che a fine ripascimento, trascorso il periodo di tempo necessario alla modellazione del profilo di versamento della spiaggia ad opera del moto ondoso secondo un profilo di equilibrio dinamico, il volume totale di sabbia di versamento subisce un frazionamento proporzionale alle caratteristiche granulometriche della sabbia di prestito. L obiettivo è quello di stimare tali valori in corrispondenza di ciascuna fascia di profondità prescelta ed evitare che una scelta delle caratteristiche granulometriche della sabbia di prestito possa causare una migrazione preferenziale dei sedimenti nelle fasce di litorale di maggiore profondità a discapito della spiaggia emersa. La valutazione di tali porzioni volumetriche avviene moltiplicando il volume totale di sabbia per un coefficiente che tiene conto delle caratteristiche granulometriche della sabbia nativa. Tale coefficiente è diverso per ogni classe granulometrica appartenente al campione di sabbia di prestito ed è proporzionale alla percentuale in peso che tale classe granulometrica occupava nel campione di sabbia nativa. Ciò permette di rideterminare le caratteristiche granulometriche dei sedimenti che saranno presenti in ciascuna fascia di profondità successivamente all intervento di ripascimento. Il calcolo dei coefficienti e la successiva assegnazione al volume totale di ripascimento viene eseguita con l ausilio di un foglio di calcolo: a) dati di input: i. - analisi granulometriche di laboratorio (percentuali di passante ai setacci) dei campioni di sabbia prelevati a diverse profondità prefissate, rappresentative della sabbia nativa. ii. - volumi di progetto della sabbia, divisi per fasce di profondità, necessari per la ricostruzione del nuovo profilo di equilibrio, calcolati grazie ad una traslazione del profilo originario della spiaggia di un avanzamento delta prefissato. iii. - analisi granulometriche reali della sabbia di prestito. b) risultati in output: i. - restituzione della redistribuzione dei volumi di progetto divisi per ciascuna fascia di profondità prescelta. ii. - restituzione grafica del profilo di equilibrio della spiaggia ricostruita secondo i nuovi apporti di sabbia. Si riporta di seguito un esempio del procedimento adottato per la determinazione dei volumi associati alla classe granulometrica φ = µ:

28 Esempio di distribuzione calcolato per la classe F m su tre fasce Step Fascia di profondità (m.s.l.m.m.) A B C totale / / / Volume di sabbia (Vt) necessario al ripascimento di progetto (m3) lungo il 250 m3 170 m3 120 m3 540 m3 profilo della nuova spiaggia 2. Presenza della classe F m in % su totale (Vt) nella sabbia originaria (So) 10% 15% 6% 9,4% 3. Volume (Vp) della classe F m originaria presente lungo il profilo della spiaggia 4. Presenza nella sabbia originaria (So) della classe F m in % su parziale (Vp) 5. Presenza in volume della classe F m nella sabbia di prestito (Sp) a parità di Vt 6. Volume (Vp) della classe F m di prestito lungo il profilo della nuova spiaggia 25 m3 25,5 m3 7,2 m3 57,7 m3 43,3% 44,2% 12,5% 100% 70 m3 30,3 m3 30,9 m3 8,8 m3 70 m3 L ipotesi di base è che ogni classe granulometrica della sabbia di prestito, rispetta la presenza percentuale della stessa classe nella distribuzione della sabbia originaria lungo le diverse fasce di profondità. PPj Di = POj Di Dove POj Di = rapporto tra quantità in volume di sabbia originaria della classe granulometrica Di presente alla fascia di profondità j e quantità di sabbia totale della classe granulometrica Di presente nell intero profilo POj Di = VOj Di Σ j VOj Di I risultati saranno riportati all interno di una tabella riepilogativa dove si confrontano i valori dei volumi di sabbia originaria VOjdi e i volumi di sabbia ottenuti dalla simulazione VSjdi. Si può individuare un indice di compatibilità definito come rapporto tra il volume di inerte di prestito che si collocherà, secondo la simulazione del modello, nel settore di profondità j ed il volume di progetto nelle stesso settore : Kcj = VSj Di / VOj Di In considerazione del fatto che l obiettivo principale di un progetto di ripascimento è la ricostruzione della spiaggia nel suo tratto emerso, si possono considerare accettabili sabbie di prestito con caratteristiche granulometriche tali da restituire coefficienti di compatibilità maggiori di 1 nella prima fascia di profondità (nel caso in esame dalla +1,50 alla batimetrica -1,00 m s.l.m.)

29 Esempio di tabella riepilogativa dei risultati: Fasce di profondità (m s.l.m.) volume progetto Vp (m 3 /m) volume simulato Vs (m 3 /m) indice (Vs/Vp) +1,50 / -1,00 A ,00 / -4,00 B ,00 / -6,50 C ,50 / -8,50 D totale Il passaggio successivo prevede l elaborazione grafica dei risultati ottenuti. Tale rappresentazione consiste nel tracciamento dei profili della spiaggia simulata costruiti assegnando a ciascuna fascia una quota media proporzionale al volume simulato VS. Tale profilo è stato sovrapposto al profilo originario e a quello ideale ottenuto dalla traslazione del profilo originario in direzione ortogonale alla linea di riva. Si precisa che tali grafici hanno lo scopo di rendere più immediata la lettura dei risultati descritti. Data la schematizzazione del modello geometrico utilizzato per la loro costruzione, vanno considerati come supporto per l interpretazione grafica dei risultati ottenuti e non come una probabile configurazione morfologica del profilo di equilibrio della spiaggia. Esempio di rappresentazione grafica dei risultati:: 2 Profilo trasversale della spiaggia Sezione n 43 Tratto di Fondi Quote s.l.m. (m) profilo ideale profilo simulato con sabbia di prestito profilo ante-operam Progressive (m)