REALIZZAZIONE MURO PARAONDE E ADEGUAMENTO DELLA DIGA FORANEA

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1 REALIZZAZIONE MURO PARAONDE E ADEGUAMENTO DELLA DIGA FORANEA Responsabile Unico del Procedimento Ing. Fabrizio Morelli Gruppo di progettazione Ing. Gianfranco Boninsegni Geol. Simona Cerretini Geom. Stefano Aiudi Arch. Alessandro Rosselli Geom. Antonello Mazzolin Progettista Collaboratore alla progettazione Collaboratore alla progettazione Collaboratore alla progettazione Coordinatore per la sicurezza PROGETTO PRELIMINARE Scala _: TAV. Dicembre 2015

2 INDICE PREMESSA... 3 ESPOSIZIONE DEL PARAGGIO... 4 REGIME ONDAMETRICO... 5 Dati della boa di Isola del Giglio... 5 Dati World Wave Atlas... 7 Clima marino al largo del Golfo di Campo... 8 DESCRIZIONE DELL'INTERVENTO PROPOSTO Livelli prestazionali delle nuove opere Scenari di progetto Sezioni di verifica della diga Verifiche di overtopping Stabilità idraulica degli elementi della diga a gettata

3 PREMESSA Il Master Plan dei Porti, allegato al Piano di Indirizzo Territoriale della, approvato dal Consiglio regionale il 24 luglio 2007 con delibera n. 72, individua il come porto di interesse regionale e interregionale, con funzioni di porto dedicato alla pesca. Il è situato all'interno del golfo omonimo che si trova lungo il versante meridionale dell'isola d'elba. Il bacino portuale è protetto dal solo molo di sopraflutto che, radicato in corrispondenza del promontorio sud-ovest che delimita la spiaggia sabbiosa di Marina di Campo e lungo circa 140 m, è realizzato come diga in scogliera con mantellata in massi naturali e nelle sezioni più vicine alla radice con muro paraonde in calcestruzzo. Lo specchio acqueo è caratterizzato dalla presenza di due moli interni (Molo Grande e Molo del Pesce) a parete verticale e di banchine destinate all'ormeggio anche lungo il perimetro dell'abitato. La costruzione delle attuali opere portuali è iniziata nel secolo scorso: all inizio del XX secolo erano presenti un piccolo molo (l'attuale Molo Grande) diretto verso N e una banchina verso E, oltre a un piccolo sporgente in corrispondenza del Molo del Pesce. Dopo il 1959 iniziarono i lavori per la realizzazione del Molo Nuovo (attuale molo di sopraflutto), esterno al Molo Grande e venne prolungato il Molo del Pesce. Entro il 1962 venne realizzato il primo tratto del molo di sopraflutto, lungo 70 m e con direzione 60 N. Nel PRP del 1962 (che costituisce il vigente PRP del porto di Marina di Campo) venne previsto di prolungare il molo di ulteriori 110 m con un secondo tratto in direzione 40 N. I lavori di prolungamento del secondo tratto, ripresi negli anni '70, si arrestarono bruscamente nel 1985 a causa degli effetti indotti sulla spiaggia, lasciando l'opera nella configurazione visibile oggi. Allo stato attuale, la diga di sopraflutto del porto di Marina di Campo è caratterizzata dalla presenza del muro paraonde solo per metà della propria lunghezza e la mancanza del muro nel secondo tratto rende la diga facilmente tracimabile, esponendo le imbarcazioni retrostanti a danneggiamenti ed a possibili affondamenti, già in occasione di eventi di mareggiata con basso periodo di ritorno. Di conseguenza, una parte importante dello specchio acqueo del porto (quella più prossima alla testata della diga di sopraflutto) è di fatto inagibile per buona parte dell'anno e può essere utilizzata solo durante il periodo estivo e nei periodi di calma. Tale situazione è poi ovviamente aggravata dalla mancanza di un'opera di sottoflutto che espone lo specchio acqueo all'azione diretta delle onde incidenti, con valori di agitazione molto elevati. In attesa di ridefinire l'assetto complessivo del porto con il nuovo Piano Regolatore Portuale e risolvere le criticità legate ai problemi di insabbiamento e all'eccessiva agitazione interna, risulta prioritario assicurare la completa funzionalità della diga di sopraflutto, mettendo in sicurezza anche il secondo tratto dell'opera, completando la realizzazione del muro paraonde ed adeguando la scogliera esistente. Per tale motivazioni è stato redatto un progetto preliminare che prevede di prolungare il muro paraonde e di adeguare la scogliera esistente, realizzando una scogliera a riccio a protezione della testata. A completamento dell'intervento descritto, nel presente preliminare è stato previsto di ampliare (verso l'area portuale) l'ultimo tratto della banchina al fine di consentire l'inversione dei mezzi di soccorso che dovessero accedere alla diga foranea. 3

4 ESPOSIZIONE DEL PARAGGIO Il porto di Marina di Campo si trova all'interno del golfo omonimo ubicato lungo il versante meridionale dell'isola d'elba. Ponendosi sui fondali all'interno del golfo, il settore di traversia del paraggio risulta compreso fra le direzioni 100 N e 220 N, delimitato rispettivamente da Capo Poro e Punta Calamita (vedi Figura 1). Figura 1 - Settore di traversia del golfo di Campo Il settore di traversia principale è compreso fra le direzioni di 160 N 190 N, all interno del quale il fetch geografico oltrepassa i 1000 km, arrivando fino alle coste africane, mantenendosi comunque sempre superiore ai 550 km. Il settore 100 N 160 N è limitato dalla presenza della penisola italiana e dalla Sicilia, con fetch che partendo dalla direzione 100 N progressivamente aumentano da valori di poco inferiori ai 100 km fino ad oltrepassare i 600 km tra le direzioni N per poi diminuire nuovamente fino a 550 km. Il settore 190 N 220 N è caratterizzato dalla presenza della Corsica e della Sardegna che riducono progressivamente i fetch fino a valori di circa 100 km. 4

5 REGIME ONDAMETRICO Per la caratterizzazione del clima ondametrico al largo del paraggio sono state analizzate le possibili fonti a disposizione. In particolare, lungo le coste della Toscana ad oggi risultano disponibili: misure di moto ondoso operate dalla Rete Ondametrica Nazionale (R.O.N., boa di La Spezia); misure di moto ondoso operate dalla (boa di Gorgona e del Giglio e correntometri-ondametri sottocosta di Castiglione della Pescaia e del Gombo); dati storici estratti da modelli numerici (dati World Wave Atlas, in breve WWA) in corrispondenza di una serie di punti lungo il litorale. Per quanto riguarda i settori di mare al largo della Toscana meridionale, di interesse per il paraggio in oggetto (vedi Figura 2), risultano disponibili i seguenti dati: dati WWA in corrispondenza dei punti di coordinate geografiche 43 N-10 E e 42.5 N-10 E per il periodo e 42.5 N-10.5 E, 42 N-10.5 E, 42 N-11 E per il periodo ; dati registrati dalla boa dell Isola del Giglio, gestita dal Servizio Idrologico della Regione Toscana, in funzione da maggio 2009 a settembre Figura 2 - Dati di moto ondoso disponibili per la Toscana meridionale Dati della boa di Isola del Giglio La boa di Isola del Giglio è stata installata dalla il 26 maggio 2009 in acque profonde, sui fondali a nord-est dell isola omonima (coordinate Gauss Boaga E N) ed ha funzionato fino al 10 settembre 2011 fornendo i principali parametri del moto ondoso (altezza d onda significativa spettrale H m0, periodo d onda medio T m e di picco T p e direzione media di provenienza dell onda Dir) ogni 30 minuti. Per tale periodo, risultano disponibili registrazioni, pari al 86% delle registrazioni attese e la massima altezza registrata dalla boa è pari a 5.09 m in occasione del 19 5

6 febbraio 2010 alle 19 e 49 durante una mareggiata proveniente da SO (direzione all'istante di picco 229 N). Figura 3 - Distribuzione direzionale dei dati di moto ondoso registrati dalla boa dell'isola del Giglio (periodo 26/05/ /09/2011), accorpati per classi di altezza d'onda e di direzione media di provenienza L analisi direzionale dei dati a disposizione, accorpati per direzione media di provenienza e per classi di altezze (vedi Figura 3), consente di visualizzare le principali caratteristiche del moto ondoso registrato dalla boa: le onde più frequenti e di maggior intensità provengono dai settori SO e S (direzioni N e N); onde frequenti ma di altezza contenuta provengono anche dai settori NO e NE; in generale, vi è una netta predominanza di onde di altezza medio-bassa (le onde con altezza inferiore ai 2 m costituiscono il 98% del totale delle registrazioni). Entrando nel dettaglio nei dati della boa, si osserva che le calme (Hs < 0.5 m) costituiscono quasi il 47% del totale delle registrazioni, le onde con altezza compresa tra 0.5 m e 2 m rappresentano il 51% del totale e provengono per più della metà (30% del totale) dal settore N. Le onde di altezza compresa fra 2 e 4 m provengono interamente dal settore N e rappresentano solo il 3% del 6

7 clima medio annuale, mentre durante il periodo di funzionamento la boa ha registrato solo 4 eventi (pari al 0.1% del totale) con onde di altezza maggiore di 4 m, provenienti dalle direzioni N. La brevità della serie storica a disposizione (poco più di 2 anni) impone però delle cautele sull'utilizzo dei dati registrati dalla boa, specialmente se considerati come rappresentativi delle condizioni medie annuali al di fuori del periodo di funzionamento. Dati World Wave Atlas I dati di moto ondoso W.W.A., distribuiti dalla Oceanor, derivano da simulazioni numeriche, condotte tramite il modello spettrale WAM, utilizzando in input i campi di vento simulati dall ECMWF e sono validati mediante il confronto con i dati altimetrici rilevati dal satellite Topex. Tali dati sono stati acquistati dalla in corrispondenza di 9 punti, distribuiti lungo la costa, per il periodo che va dal 01 luglio 1992 al 31 dicembre 2004 o fino al 31 dicembre 2009 e forniscono ogni 6 ore i valori dei parametri del moto ondoso (H m0, Dir, T p e il periodo d onda spettrale T m-1,0 ) e del vento (velocità del vento w sp e direzione di provenienza w dir ). Figura 4 - Distribuzione delle frequenze e classi di altezze dei dati W.W.A. per i punti 43.5 N-10 E, 42.5 N-10 E, 42.5 N-10.5 E, 42 N-10.5 E,42 N-11 E (periodo ) Tali dati, pur essendo prodotti da modelli numerici, risultano di buona affidabilità, come confermato ad esempio dall analisi effettuata nell ambito delle attività relative allo Studio e ricerca per l implementazione del quadro conoscitivo della costa toscana nell ambito del Piano Regionale di Gestione Integrato della Costa (Delibera G.R. n 1214 del 5 novembre 2001), nel corso della quale, 7

8 mettendo a confronto i dati con le misure a disposizione (in particolare la boa R.O.N. di La Spezia), è stata evidenziata una buona attendibilità complessiva dei dati simulati pur in presenza di una certa tendenza alla sovrastima, in particolare per quanto riguarda il periodo d onda (, 2006). Inoltre, il periodo temporale a cui si riferiscono i dati (12.5 anni o 17.5 anni, a seconda del punto) è abbastanza lungo e consente di effettuare stime attendibili sulle caratteristiche del clima medio annuale. L analisi direzionale dei dati a disposizione nei vari punti (vedi Figura 4) consente di descrivere efficacemente il clima marino medio annuo al largo della Toscana del sud. In particolare, immediatamente a nord dell Isola d Elba (punto 43 N-10 E) è evidente la predominanza del settore O- OSO, dal quale provengono sia le onde più alte che di maggior frequenza durante l anno. Subito a sud dell Isola d Elba (punti 42.5 N-10 E e 42.5 N-10.5 E), invece, a causa della presenza della Corsica, il settore di maggiore importanza è lo Scirocco-Mezzogiorno (SSE), al quale, per effetto dei fetch di lunghezza elevatissima che si estendono fino alle coste africane, sono associati gli eventi con maggior frequenza media annuale e di maggior intensità. Spostandosi ancora più verso sud fino ai confini con il Lazio (punti 42 N-10.5 E e 42 N-11 E), i settori meridionali rimangono predominanti ma acquista d importanza anche il Libeccio, per cui le direzioni più rilevanti sono chiaramente SO e SSE, alle quali sono associate le maggiori frequenze e intensità. Clima marino al largo del Golfo di Campo Per la definizione del clima al largo del golfo di Campo è stato costruito un modello numerico con cui sono stati propagati, tramite il modello Mike 21 SW, i dati dei punti WWA in tutto il settore di mare della Toscana meridionale, ricostruendo l andamento del moto ondoso per il periodo su tutto il dominio (vedi studio meteomarino). Figura 5 - Punto di estrazione del modello di propagazione dei dati World Wave Atlas 8

9 Dai risultati del modello è stata estratta la serie storica in corrispondenza del punto di coordinate WGS E N, posto al largo del paraggio sulla profondità di 80 m circa, in corrispondenza del punto Marina di Capo Offshore visibile in Figura 5. L analisi direzionale dei dati ottenuti, accorpati per direzione media di provenienza e per classi di altezze (Figura 6), mette in evidenza che al largo del golfo di Campo le maggiori frequenze in assoluto sono associate alle direzioni di provenienza Sud e Sud-Est, da cui proviene in media circa il 40% circa delle onde durante l'anno. Entrando nel dettaglio nei dati ottenuti dalle simulazioni numeriche ed analizzandoli in funzione della direzione media di provenienza, si osserva che le calme (Hs < 0.5 m) costituiscono il 46% del totale, le onde con altezza compresa tra 0.5 m e 2 m rappresentano il 50% del totale e provengono per più della metà (27% del totale) dal settore N. Le onde di altezza compresa fra 2 e 4 m costituiscono poco più del 3% del totale e provengono quasi interamente dal settore N (2% del totale), mentre le onde con altezza maggiore di 4 m hanno bassissime frequenze (pari allo 0.17% del totale medio annuo) e risultano concentrate nel settore N (0.13% del totale). Figura 6 - Distribuzione direzionale dei dati di moto ondoso ottenuti dal modello di propagazione dei dati World Wave Atlas (periodo ) ed estratti in corrispondenza del punto di coordinate WGS E N, accorpati per classi di altezza d'onda e di direzione media di provenienza 9

10 DESCRIZIONE DELL'INTERVENTO PROPOSTO L'intervento di cui al presente progetto preliminare prevede: la realizzazione del muro paraonde in calcestruzzo armato (con quota di coronamento pari a 5.5 m sopra il livello medio marino e sezione analoga a quello esistente nel tratto iniziale) nei 70 m del secondo tratto della diga di sopraflutto di Marina di Campo, previa la realizzazione della struttura di fondazione negli ultimi 20 m; l'adeguamento della scogliera lungo tutta la diga, con realizzazione di vasca di dissipazione (ad eccezione delle sezioni più vicine alla radice), mantellata, strato di filtro e protezione al piede in massi naturali. In base alle verifiche preliminari, la mantellata sarà realizzata con pendenza 1 a 2 e berma larga 4.5 m posta a quota 4.5 m sopra il livello medio marino; la realizzazione del riccio a protezione della testata, con sezione in scogliera con le stesse caratteristiche descritte in precedenza; l'ampliamento (verso l'area portuale) dell'ultimo tratto della banchina al fine di consentire l'inversione dei mezzi di soccorso che dovessero accedere alla diga foranea, da realizzarsi mediante massi in calcestruzzo sovrapposti, con l'elemento di coronamento antiriflettente, imbasati su uno scanno in massi di 1 categoria. Prima della posa in opera dei nuovi strati della scogliera, sul fondale sarà steso un telo di geotessuto e sarà realizzato uno di fondazione con massi in tout-venant. Per ogni ulteriore precisazione circa la forma delle opere si rimanda agli elaborati grafici allegati. In questa fase preliminare di progettazione, le verifiche sulle nuove opere sono state effettuate come descritto nel seguito, nel rispetto di quanto contenuto nel progetto complessivo delle opere. Le sezioni di progetto ipotizzate in questa prima fase saranno comunque verificate successivamente tramite prove in vasca realizzate su modello fisico. Livelli prestazionali delle nuove opere Il progetto di adeguamento della sezione della diga foranea di Marina di Campo è stato redatto in base alle capacità prestazionali fissate in merito ai fenomeni di tracimazione (overtopping) ed alla stabilità idraulica della scogliera La portata di overtopping è definita come la quantità di acqua (espressa in l/s o in m 3 /s) che per unità di lunghezza tracima la struttura per effetto dell azione del moto ondoso ed è funzione in particolare di R c, quota sul l.m.m. della cresta dell opera, definita come il punto oltre il quale il flusso tracimante non può più tornare verso il mare aperto. Le verifiche di overtopping rappresentano un elemento fondamentale nella progettazione di un opera portuale e vengono utilizzate per determinare il livello di cresta e la geometria della sezione al fine di ottenere valori accettabili (per la struttura e in funzione dell utilizzo previsto) della portata media di tracimazione (q). Per i valori di q suggeriti si rimanda alla relazione idraulico marittima allegata al progetto. La stabilità idraulica della mantellata è funzione del livello di danneggiamento di una diga a gettata, convenzionalmente rappresentato dal parametro di danno adimensionale S d (Broderick, 1983) funzione dell area erosa A e (in m 2 ) della mantellata intorno al livello marino e del D n50, cioè del diametro nominale dell'elemento di massa (espressa in kg) mediana della mantellata, cioè tale che 10

11 3 ( D n 50 ) ρ r M 50 =, con ρ r densità dell elemento. Il danneggiamento di una struttura di questo tipo viene solitamente suddiviso nei seguenti livelli: inizio del danno o condizione di nessun danno, in cui il livello di danneggiamento è inferiore al 5%; danno intermedio; rottura, che identifica una situazione in cui il doppio strato di elementi della mantellata è stato rimosso ed è visibile lo strato sottostante (filtro). La progettazione della nuova scogliera è stata condotta adottando gli stessi criteri in termini di stabilità idraulica utilizzati nel progetto complessivo, corrispondenti alle seguenti condizioni: per scenari di progetto con T r 30 anni condizione di inizio del danno; per scenari di progetto con 30 < Tr 100 anni condizione di danno intermedio, ammettendo cioè per gli eventi estremi più rari la possibilità di danneggiamento senza però arrivare a rottura. Tali criteri sono stati ritenuti ammissibili da un punto di visto economico, anche in funzione delle caratteristiche specifiche delle dighe a gettata, strutture modellate dall azione del moto ondoso e soggette di conseguenza a periodici interventi di manutenzione. Per quanto riguarda le verifiche di overtopping, la banchina retrostante la diga di sopraflutto di Marina di Campo è destinata all ormeggio delle imbarcazioni, pertanto è stato scelto un valore limite di riferimento pari a 10 l/s/ml per eventi con periodo di ritorno fino a anni, in modo da scongiurare il più possibile affondamenti di imbarcazioni, anche in occasione di mareggiate estreme. Scenari di progetto Gli scenari di progetto per le verifiche della diga di sopraflutto del porto di Marina di Campo sono rappresentati dalle condizioni d onda che si possono verificare, al variare del periodo di ritorno, in concomitanza con il sovralzo del livello medio marino, al fine di adottare un approccio cautelativo. Nello studio meteomarino, allegato al presente progetto, sono stati ricavati i valori estremi del moto ondoso al largo e del sovralzo del livello marino, in base ai quali sono stati definiti gli scenari di progetto riportati in Tabella 1. Le condizioni d onda relative agli scenari di progetto (vedi Tabella 1) sono state propagate a costa tramite il modello Mike 21 SW, facendo variare, per ciascun periodo di ritorno, la direzione di provenienza con passo di 20 fra i limiti del settore di traversia, per un totale di 45 condizioni d onda. I parametri del moto ondoso ottenuti con le simulazioni numeriche sono i seguenti: H m0 valore dell'altezza d'onda significativa spettrale in m; T p valore del periodo di picco in s; T s valore del periodo medio in s; T m-1,0 valore del periodo medio spettrale in s; MWD direzione media del moto ondoso in gradi [ N]. I risultati della propagazione delle condizioni d'onda sono stati estratti in corrispondenza di quattro punti sui fondali antistanti la diga di sopraflutto del porto di Marina di Campo, posti m di distanza dall'attuale quota zero della mantellata. 11

12 T R [yr] H Tr [m] S [m] Tabella 1 - Scenari di progetto per le verifiche della diga di sopraflutto espressi in termini di altezza d'onda significativa e sovralzo del livello medio marino L'analisi dei risultati (vedi relazione idraulico marittimi allegata) ha messo in evidenza che per effetto della morfologia dei fondali all'interno del Golfo di Campo, i processi di rifrazione modificano le caratteristiche del moto ondoso durante la propagazione da largo verso riva, determinando la rotazione dei fronti d'onda che sottocosta tendono a disporsi ortogonalmente alla direzione di 130 N, dissipando una parte dell'energia contenuta dal moto ondoso al largo. Per effetto di tali fenomeni, i valori massimi ottenuti nei punti di estrazione davanti alla diga sono dovuti alle condizioni d'onda provenienti da 140 N che subiscono rotazioni molto contenute, giungendo a costa con direzioni prossime ai 130 N. I valori massimi ottenuti dalla propagazione sono stati considerati come i valori di progetto al piede della diga per le verifiche prestazionali. Tali valori sono riportati nelle tabelle seguenti. Scenari di progetto al piede della diga - punto A T R [yr] H m0 [m] T p [s] T m [s] T m-1,0 [s] MWD [ N] Tabella 2 - Scenari di progetto al piede della diga di sopraflutto nel punto A 12

13 Scenari di progetto al piede della diga - punto B T R [yr] H m0 [m] T p [s] T m [s] T m-1,0 [s] MWD [ N] Tabella 3 - Scenari di progetto al piede della diga di sopraflutto nel punto B Scenari di progetto al piede della diga - punto C T R [yr] H m0 [m] T p [s] T m [s] T m-1,0 [s] MWD [ N] Tabella 4 - Scenari di progetto al piede della diga di sopraflutto nel punto C Scenari di progetto al piede della diga - punto D T R [yr] H m0 [m] T p [s] T m [s] T m-1,0 [s] MWD [ N] Tabella 5 - Scenari di progetto al piede della diga di sopraflutto nel punto D 13

14 Sezioni di verifica della diga Per verificare le capacità prestazionali della diga di sopraflutto del porto di Marina di Campo nello stato attuale e di progetto sono state individuate quattro sezioni (sezioni 1p, 2p, 3p e 4p, vedi Figura 7) distribuite lungo l'asse dell'opera. Le caratteristiche del moto ondoso al piede di ciascuna sezione sono definite dai valori del corrispondente punto individuato sui fondali antistanti e mostrato in figura. Figura 7 - Sezioni di verifica della diga di sopraflutto del porto di Marina di Campo Negli elaborati grafici è stata aggiunta la sezione 5p in corrispondenza del riccio di testata ai fini del computo metrico. Le caratteristiche delle sezioni della diga allo stato attuale sono state definite in base al rilievo di dettaglio effettuato dall' tra ottobre e novembre 2014, che in particolare ha consentito di ricavare l'andamento del tratto emerso e sommerso dell'attuale mantellata della diga in corrispondenza delle quattro sezioni di verifica. Le sezioni di progetto (vedi elaborati grafici) sono state previste con le seguenti caratteristiche: muro paraonde con forma analoga a quello presente nel primo tratto (paramento esterno inclinato di 70 circa) ma quota di coronamento pari a 5.5 m s.l.m.m., cioè 1.1 m più bassa; mantellata in massi con pendenza 1 a 2 e berma a quota m s.l.m.m. larga circa 3 D n50 ; vasca di dissipazione (di larghezza 1.7 m sul fondo e 2.3 m in sommità) tra il muro paraonde e il limite interno della berma della mantellata; protezione al piede, in caso di profondità dei fondali superiore a 5 m, realizzata in scogliera con berma a quota compresa tra - 5 e -7 m s.l.m.m., larga 5 m e pendenza dei lati inclinati 1 a 1. 14

15 A tali caratteristiche si aggiunge l'ampliamento interno dell'ultimissimo tratto della banchina (10 m a partire dalla testata) realizzato a massi sovrapposti in calcestruzzo e coronamento antiriflettente, come meglio descritto negli elaborati grafici. Verifiche di overtopping Per il calcolo della portata di overtopping è stata seguita inizialmente la metodologia indicata nell Overtopping Manual (2007) utilizzando sia le formule empiriche disponibili sia il calcolo attraverso le reti neurali (NN - Neural Network), adottando a favore di sicurezza per ogni scenario di verifica il massimo valore ottenuto, come specificato nella relazione idraulico marittima allegata. Il calcolo è stato arrestato per valori di q superiori a 200 l/s/ml, valore limite per danni alla struttura. Le verifiche condotte sono state validate successivamente su prototipo, studiando su modello fisico 2D presso il laboratorio di Ingegneria Marittima (LABIMA) dell'università degli Studi di Firenze lo stato attuale, lo stato di progetto ed altre due varianti I risultati ottenuti dalle verifiche numeriche sono riportati nelle tabelle seguenti. q [l/s/ml] stato q [l/s/ml] stato di T R [yr] attuale progetto Tabella 6 - Risultati delle verifiche di overtopping nello stato attuale e di progetto per la sezione 2p q [l/s/ml] stato q [l/s/ml] stato di T R [yr] attuale progetto > Tabella 7 - Risultati delle verifiche di overtopping nello stato attuale, di progetto senza e con vasca di dissipazione per la sezione 3p 15

16 T R [yr] q [l/s/ml] stato q [l/s/ml] stato di attuale progetto > > > > > Tabella 8 - Risultati delle verifiche di overtopping nello stato attuale, di progetto senza e con vasca di dissipazione per la sezione 4p Allo stato attuale, l'esito delle verifiche condotte mette in evidenza la forte criticità che caratterizza la diga di sopraflutto nelle sezioni prive di muro paraonde: bastano onde con periodo di ritorno di 2 anni per determinare possibili affondamenti di imbarcazioni piccole in corrispondenza della sezione 3p (q > 10 l/s/ml) e poco superiori (T R 3 anni) per affondamenti di grossi yacht nella sezione 4p (q > 50 l/s/ml). Inoltre, in caso di eventi estremi con periodo di ritorno elevato le portate di tracimazione possono provocare seri danni alla struttura stessa della diga. Per le sezioni invece più vicine alla radice provviste di muro paraonde (sezione 2p), i risultati sono nettamente migliori e valori pericolosi per le piccole imbarcazioni non sono mai raggiunti. Lo stato di progetto evidenzia invece chiaramente i benefici offerti dall'intervento: le portate di tracimazione vengono ridotte drasticamente, che nelle sezioni 3p e 4p si mantengono sempre sotto inferiori ai 10 l/s/ml ad eccezione solo degli eventi più rari (con periodo di ritorno di 100 anni) nella sezione 4p più vicina alla testata. Le prove condotte in canale (vedi Figura 8) hanno confermato i risultati preliminari ottenuti tramite le reti neurali. Figura 8 - Vista laterale del prototipo ricostruito in canale della sezione di progetto (LABIMA, 2015) 16

17 In particolare, rimandando direttamente alla relazione allegata al progetto "Prove su modello fisico 2D per la realizzazione del muro del porto di Marina di Campo" redatta dal LABIMA per ogni ulteriore approfondimento, le prove in canale sono state condotte sullo stato attuale e su tre possibili scenari di progetto, tra cui la soluzione del presente preliminare (indicata in Figura 9 come configurazione C3). I risultati hanno confermato innanzitutto la criticità dello stato attuale con forti valori di tracimazione anche in occasione di bassi periodi di ritorno, mentre tra le alternative progettuali hanno sottolineato l'importanza di realizzare il muro paraonde per mettere in sicurezza il tratto finale della diga. Le prove sulla sezione della configurazione C3 (di cui al presente preliminare), con muro paraonde a quota 5.5 m sopra il livello medio marino (quindi un metro circa più basso di quello presente nel tratto iniziale), hanno evidenziato che tale configurazione consente l'ormeggio in sicurezza delle imbarcazioni lungo la banchina retrostante, con valori di overtopping sempre inferiori ai 10 l/s/ml. Rispetto all'ipotesi di mantenere il muro paraonde alla stessa quota di quello del tratto iniziale, questa soluzione si differenzia per una maggior limitazione d'accesso alla diga (da parte di personale non addestrato e autoveicoli) durante gli eventi più intensi che potrà essere attuata dall'ente gestore del porto. Figura 9 - Portate di tracimazione stimate su modello fisico 2D presso il LABIMA 17

18 Stabilità idraulica degli elementi della diga a gettata Gli elementi costituenti la mantellata e la protezione al piede sono stati progettati in modo da rispettare i livelli prestazionali fissati e cioè: a) eventi con T r = 30 anni: condizione di inizio del danno; b) eventi con T r = 50 e 100 anni: condizione di danno intermedio; c) verifica di condizione di non rottura per eventi con T r = 100 anni, utilizzando i coefficienti più cautelativi (95 percentile) delle formule. Rimandando direttamente alla relazione idraulico marittima allegata per ogni informazione in merito alla metodologia seguita, i risultati ottenuti hanno evidenziato che per tutte le sezioni la condizione di verifica più gravosa è quella corrispondente alla condizione di non rottura per T r = 100 anni ed i conseguenti valori di M 50 sono stati scelto a favore di sicurezza come valore di progetto. Gli elementi componenti la mantellata sono stati ricavati in base al valore di M 50 ottenuto, imponendo una variabilità dimensionale limitata con D 85 = D n50 e D 15 = D n50. I risultati ottenuti sono i seguenti: sezione 4p: M 50 =9.0 t, M 15 =7.7 t e M 85 =10.3 t - massi di 4 categoria da 6 a 10 t; sezione 3p: M 50 =5.8 t, M 15 =4.3 t e M 85 =7.9 t - massi di 3 e 4 categoria da 4 a 8 t; sezione 2p: M 50 =5.0 t, M 15 =3.7 t e M 85 =6.7 t - massi di 3 categoria da 3 a 7 t; Gli elementi della protezione al piede sono stati verificati nella condizione più gravosa (eventi con T r = 100 anni) per la sezione 4p, risultando stabili se realizzati con massi di 2 categoria, del peso da 1 a 3 t. In previsione però di possibili abbassamenti del livello marino che possono esporre gli elementi ad un'azione maggiore del moto ondoso incidente, è stato scelto di dimensionare la protezione al piede con massi di 3 categoria superiore (del peso da 3 a 7 t). Il dimensionamento finale dell opera è stato riferito per semplicità alla sezione 4p, secondo il seguente schema geometrico: larghezza minima della berma pari 3D n50 (S.P.M., 1984), pari a 4.5 m; spessore della mantellata pari a 2 k d D n50 con k d =0.96 (S.P.M., 1984), pari a 2.7 m; spessore minimo dello strato di filtro pari a 0.5D n50 (S.P.M., 1984), pari a 0.7 m. Gli elementi componenti lo strato di filtro sono stati scelti in modo da garantire una certa permeabilità al moto ondoso e in modo allo stesso tempo da assicurarne la stabilità in relazione allo strato soprastante. 18

19 DINAMICA SEDIMENTARIA DELLA SPIAGGIA ED IMPATTI DELL'INTERVENTO Al fine di verificare eventuali impatti sul litorale adiacente indotti dall'intervento di cui al presente progetto preliminare è stato condotto lo studio morfodinamico della spiaggia di Marina di Campo, analizzando tramite modellazione numerica le attuali dinamiche sedimentarie della spiaggia di Marina di Campo e stimando quelle relative allo stato di progetto. Lo studio su modello numerico è stato condotto confrontando i risultati con i principali studi condotti sull'unità fisiografica e verificando la rispondenza di quanto indicato dal modello con le tendenze emerse negli ultimi anni su base morfologica e sedimentologica. Dinamiche sedimentarie attuali della spiaggia di Marina di Campo Lo studio delle attuali dinamiche sedimentarie della spiaggia di Marina di Campo è stato condotto analizzando la capacità di trasporto solido in corrispondenza di cinque condizioni d'onda significative per la dinamica litoranea e valutando le variazioni del fondale a scala di mareggiata in corrispondenza di due eventi, caratterizzati da maggiore o minore intensità e frequenza di accadimento durante l'anno. Rimandando direttamente allo studio morfodinamico per ogni ulteriore dettaglio, gli stati di mare più significativi per la dinamica dei sedimenti sono stati individuati nelle condizioni riportate di seguito: 1 H s =1.75 m Dir 145 N; 2 H s =1.75 m Dir 160 N; 3 H s =1.75 m Dir 175 N; 4 H s =3.25 m Dir 145 N; 5 H s =3.25 m Dir 165 N. Tali cinque condizioni, caratterizzate (se analizzate in base alle corrispondenti caratteristiche sottocosta) da una frequenza medio annua (relativa al settore di traversia) pari al 22% del totale rappresentano il 75% dell'energia totale presente sui fondali antistanti la spiaggia di Marina di Campo. I risultati della capacità di trasporto solido potenziale per tali condizioni consentono di analizzare in dettaglio i flussi sedimentari dello stato attuale. E' evidente che le onde basse (vedi Figura 10, Figura 11 e Figura 12) riescono in generale a muovere le sabbie solo sui fondali più vicino a riva (fino alla profondità di 3-4 m) ed indicano una tendenza complessiva dei sedimenti a spostarsi da est verso ovest, con le differenze già evidenziate sul regime delle correnti. In particolare, le onde basse da 145 N determinano prevalentemente dei flussi cross-shore abbastanza complessi, ad eccezione del tratto più vicino al porto dove prevalgono i flussi long-shore. Invece, in occasione delle onde basse da 175 N prevalgono i flussi long-shore (a differenza del punto centrale) ed in generale la capacità di movimento delle sabbie risulta minore, presumibilmente per l'estensione maggiore del tratto protetto dalla diga. Le onde basse da 160 N si inseriscono in una situazione intermedia tra le due, con una prevalenza di flussi cross-shore nel tratto centro-orientale e di flussi long-shore nel tratto occidentale. In occasione delle onde più alte (vedi Figura 13 e Figura 14), i flussi potenziali dei sedimenti diventano più definiti, interessando i fondali a profondità maggiore e delineando chiaramente anche delle tendenze delle sabbie ad allontanarsi dalla baia. Nel complesso rimane chiara la tendenza dei sedimenti a muoversi da est a ovest verso l'area portuale, con un andamento molto lineare per le onde provenienti da 160 N e più complesso per le onde da 145 N, con movimenti cross-shore e inversioni locali del flusso. 19

20 Figura 10 - Condizione d'onda n 1 stato attuale: capacità di trasporto solido potenziale Figura 11 - Condizione d'onda n 2 stato attuale: capacità di trasporto solido potenziale 20

21 Figura 12 - Condizione d'onda n 3 stato attuale: capacità di trasporto solido potenziale Figura 13 - Condizione d'onda n 4 stato attuale: capacità di trasporto solido potenziale 21

22 Figura 14 - Condizione d'onda n 5 stato attuale: capacità di trasporto solido potenziale In conclusione, il modello numerico mette chiaramente in evidenza le attuali tendenze sedimentarie della spiaggia di Marina di Campo, caratterizzate da un flusso di sabbie diretto prevalentemente da est a ovest che rallenta in corrispondenza dell'area portuale, dando luogo a processi di sedimentazione nel settore occidentale della spiaggia, in accordo con gli studi esistenti sull'unità fisiografica (vedi quadro conoscitivo). In occasione delle onde basse (ad elevata frequenza), il flusso sedimentario si verifica perlopiù lungo riva, mentre con le onde più alte (ma più rare durante l'anno) arriva ad interessare anche le profondità maggiori. All'interno di questo trend generale, risultano comunque chiari i flussi cross-shore e le inversioni locali che si verificano in corrispondenza delle onde più inclinate verso SE (145 N) che tendono a muovere i sedimenti verso i fondali antistanti e (localmente) da ovest verso est nel settore centrale ed orientale. L'analisi degli effetti a scala di mareggiata è stata condotta su due eventi, caratterizzati da bassa energia ed elevata frequenza media di accadimento (mareggiata A) e da media energia e bassa frequenza (mareggiata B). I risultati dei due eventi risultano perfettamente analoghi e si differenziano tra loro solo per gli effetti dovuti dalla maggior intensità del secondo evento, pertanto nel seguito si riportano i risultati grafici della sola mareggiata B, rimandando all'allegato studio morfodinamico per quanto non riportato. Analizzando i risultati relativi alla mareggiata A, a bassa energia, si nota come all'istante di picco (onda con altezza pari a 2.7 m e direzione 156 N, vedi Figura 15) la capacità di trasporto solido potenziale (rappresentata in forma vettoriale) indichi un flusso delle sabbie diretto prevalentemente da est verso ovest, ben definito all'estremità orientale e che rallenta progressivamente fino all'area portuale. 22

23 Figura 15- Stato attuale mareggiata A: evoluzione del fondale e capacità di trasporto solido all'istante di picco Figura 16 - Stato attuale mareggiata A: evoluzione del fondale al termine dell'evento 23

24 Le variazioni del fondale (evidenziate dai colori) nella fase iniziale della mareggiata indicano nel tratto a maggiore energia della spiaggia (quello orientale) le sabbie tendono ad essere prelevate dalla battigia per essere spostate sui fondali immediatamente antistanti. Questo è un fenomeno che avviene comunemente durante qualsiasi mareggiata e rappresenta una sorta di risposta che la spiaggia offre all'attacco del moto ondoso, destinata a rientrare al termine dell'evento (con bassa marea e calma i sedimenti tendono a tornare verso riva). Invece, in corrispondenza del settore occidentale, riparato dalla diga foranea, nelle fasi iniziali prevalgono i fenomeni di sedimentazione lungo riva ed all'inizio dell'area portuale, dove si fermano le sabbie messe in sospensione sui fondali al centro del golfo. Al termine dell'evento (vedi Figura 16), rimangono evidenti i volumi spostati in mare al piede della linea di riva ed una generale erosione dei fondali antistanti su tutta l'area della spiaggia, ad eccezione dell'ultimo tratto occidentale e dell'area portuale dove prevalgono nettamente i fenomeni di sedimentazione. Nel complesso, il modello morfologico di variazione del fondale consente di ben comprendere quali siano le tendenze sedimentarie che caratterizzano attualmente la spiaggia di Marina di Campo: l'azione dei flussi cross-shore che si verificano lungo riva, in occasione già di onde basse, determina uno spostamento dei sedimenti dalla battigia ai fondali antistanti che provoca un arretramento temporaneo della linea di riva, che con ogni probabilità viene parzialmente ripristinato durante i periodi di calma; i flussi long-shore che si verificano sui fondali più profondi e diventano rilevanti all'aumentare dell'altezza d'onda, provocano un evidente spostamento dei sedimenti dal tratto orientale a quello occidentale che risulta essere costante nel tempo e chiaro con ogni condizione d'onda; i sedimenti spostati verso ovest tendono a depositarsi lungo il tratto occidentale della spiaggia (determinandone il progressivo avanzamento) e all'interno dell'area portuale e possono essere allontanati dalla baia, comportando una perdita per l'arenile. I processi descritti consentono facilmente di spiegare le tendenze che gli studi condotti sull'unità fisiografica in passato avevano già delineato (vedi quadro conoscitivo). La rotazione della spiaggia che è avvenuta negli ultimi anni è conseguenza dello spostamento dei sedimenti verso ovest ed è in particolare dovuta ai sedimenti più fini che, dopo esser stati allontanati da riva nel tratto centroorientale dell'arenile, vengono trasportati dalla corrente in sospensione verso il porto e non possono essere più riportati a riva nel tratto da cui provengono, durante i periodi di bel tempo. Dinamiche sedimentarie nello stato di progetto I flussi sedimentari evidenziati dal modello numerico per lo stato di progetto delineano le stesse tendenze descritte per lo stato attuale, a conferma che l'intervento in progetto non modificherà in maniera sostanziale l'attuale regime della spiaggia. In particolare, nello stato di progetto vengono confermati: il flusso di sabbie da est verso ovest con tendenza alla sedimentazione lungo il tratto occidentale della spiaggia e sui fondali dell'area portuale; 24

25 in occasione delle onde basse (vedi Figura 17, Figura 18 e Figura 19) il flusso sedimentario si verifica in prevalenza sui fondali più vicini a riva, mentre in occasione delle onde più alte (vedi Figura 20 e Figura 21) le sabbie si muovono anche sui fondali maggiori; i flussi cross-shore sono più evidenti in occasione delle onde provenienti da SE (145 N) e tendono a diminuire, lasciando il posto ai flussi long-shore, man mano che la direzione dell'onda si sposta verso sud. L'unica differenza che si può rilevare confrontando lo stato attuale e lo stato di progetto delle singole condizioni d'onda è quella che riguarda la condizione d'onda 4 (onda alta 3.25 m proveniente da 145 N). Entrando nel dettaglio, nello stato di progetto si nota che rispetto alla situazione attuale il flusso di sabbia in uscita dalla baia non è più posizionato centralmente al golfo ma si è spostato in prossimità della diga ed i sedimenti che si allontanano da riva nel settore orientale vengono spostati in posizione centrale sui fondali più profondi. Tali variazioni però non interessano l'area più vicina a riva e pertanto è lecito ritenere che non vi siano variazioni delle dinamiche litoranee ma eventualmente solo una diversa distribuzione dei sedimenti sui fondali più profondi, lasciando inalterate le tendenze generali della spiaggia. Nel complesso, dunque, i risultati del modello numerico evidenziano che la realizzazione dell'intervento in progetto non modificherà in maniera rilevante i flussi sedimentari che attualmente caratterizzano la spiaggia. Figura 17 - Condizione d'onda n 1 stato di progetto: capacità di trasporto solido potenziale 25

26 Figura 18 - Condizione d'onda n 2 stato di progetto: capacità di trasporto solido potenziale Figura 19 - Condizione d'onda n 3 stato di progetto: capacità di trasporto solido potenziale 26

27 Figura 20 - Condizione d'onda n 4 stato di progetto: capacità di trasporto solido potenziale Figura 21 - Condizione d'onda n 5 stato di progetto: capacità di trasporto solido potenziale 27

28 Figura 22- Stato di progetto mareggiata A: evoluzione del fondale e capacità di trasporto solido all'istante di picco Figura 23 - Stato di progetto mareggiata A: evoluzione del fondale al termine dell'evento 28

29 Per quanto riguarda l'evoluzione del fondale a scala di mareggiata, i risultati del modello I risultati del modello nello stato di progetto (vedi Figura 22 e Figura 23) coincidono pressoché perfettamente con i risultati dello stato attuale, ad ulteriore conferma che l'intervento in progetto non è tale da modificare le dinamiche sedimentarie in atto lungo la spiaggia. Inoltre, il confronto tra lo stato attuale e lo stato di progetto consente di verificare che anche le differenze evidenziate a proposito della condizione d'onda n 4 non sono tali da determinare variazioni significative sull'evoluzione del fondale e dunque non sono rilevanti (come già peraltro ipotizzato) ai fini della dinamica dei sedimenti lungo riva. In base ai risultati numerici, dunque, è possibile asserire che in seguito alla realizzazione del muro paraonde ed all'adeguamento della scogliera della diga foranea del porto di Marina di Campo, il flusso dei sedimenti lungo la spiaggia adiacente continuerà con le stesse caratteristiche attuali ed il processo di rotazione in atto continuerà con lo stesso trend degli ultimi anni. Conclusioni sulle dinamiche sedimentarie attuali e sui possibili impatti dell'opera Lo studio morfodinamico, condotto tramite modellazione numerica, ha consentito di individuare che la spiaggia di Marina di Campo è interessata da un flusso sedimentario chiaramente diretto da est verso ovest, alimentato dei sedimenti che vengono allontanati da riva dai flussi cross-shore nel tratto centrale ed orientale della spiaggia e trasportati in sospensione verso l'area a minore energia in prossimità del porto e dell'estremità occidentale. Questo fenomeno è all'origine della rotazione della spiaggia verificatasi negli ultimi anni e comporta la sedimentazione delle sabbie più fini vicini ai moli portuali, a discapito degli altri settori dove rimangono solo le granulometrie maggiori. Per quanto riguarda lo stato di progetto, invece, il modello numerico non ha evidenziato sostanziali modifiche sulla dinamica litoranea della spiaggia, pertanto, adeguando la scogliera della diga foranea come da progetto, non si andrà ad alterare l'attuale flusso sedimentario e le sabbie più fini continueranno ad essere trasportate verso l'area portuale con la stessa tendenza degli ultimi anni. In conclusione, quindi, lo studio morfodinamico condotto consente di affermare che l'intervento proposto nel presente progetto preliminare non avrà impatti significativi sul litorale adiacente. Ciò implica che i processi di insabbiamento dell'area portuale continueranno come avviene attualmente e quindi sarà necessario monitorare nel tempo l'evoluzione del fenomeno per una corretta gestione delle condizioni di ormeggio. Per ridurre il flusso dei sedimenti verso l'area portuale potranno essere valutate opere di separazione del bacino portuale dalla spiaggia (da attuare subordinatamente all'approvazione di un nuovo Piano Regolatore Portuale e che comunque non saranno in grado di invertire su tutta la spiaggia le attuali tendenze) oppure potranno essere adottate misure di gestione ordinarie, tramite interventi di dragaggio periodici con cui riportare i sedimenti verso est, la cui durata nel tempo però sarà sicuramente contenuta vista la ridotta granulometria dei sedimenti da spostare. Il progettista (Ing. Gianfranco Boninsegni) 29