INDICE AUTOSTRADA A6 TORINO SAVONA ADEGUAMENTO SVINCOLO STAZIONE DI NIELLA TANARO PROGETTO DEFINITIVO RELAZIONE IDROLOGICA-IDRAULICA

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2 Pagina: 1 di 19 INDICE 1. PREMESSA INQUADRAMENTO NORMATIVO IDROLOGIA CALCOLO DELLE PORTATE DI PROGETTO Scelta del tempo di ritorno Il metodo razionale Determinazione del tempo di corrivazione DIMENSIONAMENTO IDRAULICO DELLA RETE Dimensionamento degli elementi di convogliamento Dimensionamento degli elementi di raccolta... 18

3 Pagina: 2 di PREMESSA La presente relazione affronta i caratteri generali dell idrologia e dell idraulica della zona interessata dagli interventi necessari per l adeguamento dello Svincolo di Niella Tanaro lungo l Autostrada A6 Torino - Savona. La presente relazione idraulica illustra lo studio del sistema di raccolta e smaltimento delle acque meteoriche che incidono sulla piattaforma stradale. Il drenaggio della sede autostradale interessata dall intervento e delle rampe avviene per mezzo di embrici posizionati lungo i rilevati; a protezione del piede del rilevato sono previsti fossi di guardia inerbiti, a sezione trapezia. Nei tratti in cui saranno realizzati i muri di sottoscarpa, il recapito degli embrici è costituito da canalette rettangolari, poste a monte dei muri, che scaricano le acque raccolte nei fossi sottostanti il muro. Le acque raccolte dai fossi di guardia saranno convogliate nella rete di drenaggio esistente. Poiché la realizzazione delle rampe comporta un allargamento della carreggiata, è previsto il prolungamento dei tombini circolari esistenti. Inoltre per consentire il drenaggio delle aree intercluse saranno inseriti tombini circolari realizzati mediante collettori in c.a. Si analizzano di seguito le metodologie e le relative elaborazioni per il calcolo della pioggia di progetto preposta alla determinazione della massima portata defluente dalla superficie pavimentata, necessaria per il dimensionamento delle opere di smaltimento delle acque meteoriche.

4 Pagina: 3 di INQUADRAMENTO NORMATIVO In questo capitolo vengono descritti i principali riferimenti normativi e gli strumenti di pianificazione e di tutela presenti sul territorio, a scala nazionale, regionale, al fine di fornire un quadro esaustivo della normativa vigente nel campo idrologico - idraulico, ambientale e di difesa del suolo. RD 25/07/1904 n 523 Testo unico delle disposizioni di legge intorno alle opere idrauliche delle diverse categorie. DPR 15/01/1972 n 8 Trasferimento alle Regioni a statuto ordinario delle funzioni amministrative statali in materia di urbanistica e di viabilità, acquedotti e lavori pubblici di interesse regionale e dei relativi personali ed uffici. L. 319/76 (Legge Merli) Norme per la tutela delle acque dall inquinamento. La legge sancisce l obbligo per le Regioni di elaborare il Piano di risanamento delle acque. DPR 24/7/1977 n 616 Trasferimento delle funzioni statali alle Regioni L. 183/89 Norme per il riassetto organizzativo e funzionale della difesa del suolo. Scopo della legge è la difesa del suolo, il risanamento delle acque, la fruizione e la gestione del patrimonio idrico per gli usi di razionale sviluppo economico e sociale, la tutela degli aspetti ambientali ad essi connessi. Vengono individuate le attività di pianificazione, di programmazione e di attuazione; vengono istituiti il Comitato Nazionale per la difesa del suolo e l Autorità di Bacino. Vengono individuati i bacini idrografici di rilievo nazionale, interregionale e regionale e date le prime indicazioni per la redazione dei Piani di Bacino. L. 142/90 Ordinamento delle autonomie locali. DL n 496 Disposizioni urgenti sulla riorganizzazione dei controlli ambientali e istituzione della Agenzia nazionale per la protezione dell'ambiente. (Convertito con modificazioni dalla L. 61/94). L. 36/94 (Legge Galli) Disposizioni in materia di risorse idriche. DPR 14/4/94

5 Pagina: 4 di 19 Atto di indirizzo e coordinamento in ordine alle procedure ed ai criteri per la delimitazione dei bacini idrografici di rilievo nazionale ed interregionale, di cui alla legge 18 maggio 1989, N DPR 18/7/95 Approvazione dell atto di indirizzo e coordinamento concernente i criteri per la redazione dei Piani di Bacino. DPCM 4/3/96 Disposizioni in materia di risorse idriche (direttive di attuazione della Legge Galli). Decreto Legislativo 31/3/1998, n 112 Conferimento di funzioni e compiti amministrativi dello Stato alle regioni ed agli enti locali, in attuazione del capo I della legge 15 marzo 1997, n. 59 DPCM 29/9/98 Atto di indirizzo e coordinamento per l individuazione dei criteri relativi agli adempimenti di cui all art. 1, commi 1 e 2, del decreto-legge 11 giugno 1989, N Il decreto indica i criteri di individuazione e perimetrazione delle aree a rischio idrogeologico (punto 2) e gli indirizzi per la definizione delle norme di salvaguardia (punto 3). L. 267/98 (Legge Sarno) Conversione in legge del DL 180/98 recante misure urgenti per la prevenzione del rischio idrogeologico ed a favore delle zone colpite da disastri franosi nella Regione Campania. La legge impone alle Autorità di Bacino nazionali e interregionali la redazione dei Piani Stralcio per la tutela dal rischio idrogeologico e le misure di prevenzione per le aree a rischio (art. 1). L. 365/00 (Legge Soverato) Conversione in legge del DL 279/00 recante interventi urgenti per le aree a rischio idrogeologico molto elevato ed in materia di protezione civile, nonché a favore delle zone della Regione Calabria danneggiate dalle calamità di settembre e ottobre La legge individua gli interventi per le aree a rischio idrogeologico e in materia di protezione civile (art. 1); individua la procedura per l adozione dei progetti di Piano Stralcio (art. 1-bis); prevede un attività straordinaria di polizia idraulica e di controllo sul territorio (art. 2). Decreto Legislativo 3 aprile 2006, n. 152 Tale decreto ha riorganizzato le Autorità di bacino introducendo i distretti idrografici. Disciplina, in attuazione della legge 15 dicembre 2004, n. 308, la difesa del suolo e la lotta alla desertificazione, la tutela delle acque dall'inquinamento e la gestione delle risorse idriche. Sostituisce ed integra il DL 152/99. DPCM 10 agosto 1989, n.180 Costituzione dell Autorità di Bacino del fiume Po DPCM 24 luglio 1998

6 Pagina: 5 di 19 Approvazione del Piano Stralcio delle Fasce Fluviali DPCM 24 maggio 2001 Approvazione del Piano stralcio per l Assetto Idrogeologico del bacino idrografico del fiume Po Delibera 2001/18 Adozione del piano stralcio per l assetto idrogeologico per il bacino idrografico di rilievo nazionale del fiume Po. Delibera 2002/01 Integrazioni della cartografia per le aree di cui all art. 5 della deliberazione n. 18 del 26 aprile 2001 recante adozione del piano stralcio per l assetto idrogeologico per il bacino idrografico di rilievo nazionale del fiume Po. DT 2004/01 Interventi sulla rete idrografica e sui versanti.

7 Pagina: 6 di IDROLOGIA Per la progettazione dei sistemi di drenaggio è stato necessario caratterizzare dal punto di vista idrologico la zona oggetto d intervento. I valori della precipitazione di progetto sono stati ricavati con riferimento alle linee segnalatrici di possibilità pluviometrica, indicate nelle Norme di attuazione del PAI dell Autorità di Bacino del Fiume Po Direttiva sulla piena di progetto da assumere per le progettazioni e le verifiche di compatibilità idraulica, nel seguito indicata come Direttiva. La curva di probabilità pluviometrica è comunemente espressa da una legge di potenza del tipo: Dove h t a,n n h = at è l altezza di pioggia espressa in mm è la durata critica dell evento espressa in ore sono i parametri caratteristici della curva e dipendono dallo specifico tempo di ritorno considerato. La direttiva contiene la stima delle curve di probabilità pluviometrica nella stazioni di misura, effettuata sulla base delle serie storiche dei massimi annuali delle altezze di precipitazione per le durate considerate, definendo i parametri a ed n per i tempi di ritorno di 20, 100, 200 e 500 anni. Sono state utilizzate le serie storiche delle precipitazioni intense riportate negli Annali Idrologici del Servizio Idrografico e Mareografico Italiano (Parte I, tabella III) relative ai massimi annuali delle precipitazioni della durata di 1, 3, 6, 12, 24 ore consecutive. Al fine di fornire uno strumento per l analisi di frequenza delle piogge intense nei punti privi di misure dirette è stata condotta un interpolazione spaziale con il metodo di kriging dei parametri a e n delle linee segnalatrici, discretizzate in base a un reticolo di 2 km di lato. Questi dati sono disponibili sul sito web dell Autorità di bacino del fiume Po: grazie al Sistema Informativo Territoriale è possibile ottenere le linee segnalatrici per ogni maglia del reticolo. Il presente studio idrologico si è basato sui risultati del lavoro condotto dall Autorità di bacino del fiume Po. L area di intervento è situata nel bacino del Tanaro, nel sottobacino denominato Asta Tanaro. Ai fini dello studio idrologico è stato individuato l ambito idrografico in cui ricade l area e sono state individuate le maglie del reticolo di discretizzazione.

8 Pagina: 7 di 19 Figura 1 Individuazione dell area sul S.I.T. dell Autorità di bacino del fiume Po

9 Pagina: 8 di 19 Figura 2 Individuazione dell area sulle tavole dell Allegato 1 della Direttiva.

10 Pagina: 9 di 19 Figura 3 Individuazione dell area sulle tavole dell Allegato 3 della Direttiva. L area in esame è interamente situata nella cella BF142. Cella reticolo Comune Sottobacino Bacino BF 142 Niella Tanaro (CN) Asta Tanaro Tanaro Tabella 1 Cella di riferimento. In tabella si riportano i corrispondenti valori dei parametri a e n delle linee segnalatrici di probabilità pluviometrica per alcuni tempi di ritorno: Tr a n a n a n a n BF , , , , , , , ,32810 Tabella 2 Parametri caratteristici.

11 Pagina: 10 di 19 Le curve che si ottengono sono valide per precipitazioni di durata superiore a 30 minuti. d>30 min h (mm) Tr 10 Tr 20 Tr 50 Tr t (ore) Figura 4 Relazione altezza-durata-frequenza ADF per t>30 min Poiché i tempi di corrivazione caratterizzanti i bacini analizzati risultano estremamente contenuti (nettamente inferiori all ora, dell ordine di qualche minuto), e le curve di possibilità pluviometrica sono state ottenute mediante l elaborazione delle piogge aventi durate superiore o uguale all ora, si è fatto ricorso ad uno studio che dimostra che i rapporti tra le diverse altezze di durata molto breve e l altezza oraria sono relativamente poco dipendenti dalla località (Piga e altri, 1990), per cui è possibile stabilire delle relazioni univoche che permettono di estrapolare la legge oraria per le piogge di breve durata a partire dai rapporti noti. Nei calcoli sono stati utilizzati i seguenti rapporti tra i valori medi delle massime altezze di pioggia annue di diversa durata, h δ, e il valor medio della massima altezza annua oraria h 1 : r δ = h δ / h 1 δ (min) r d =r h /r 1 0,130 0,180 0,229 0,272 0,332 0,489 0,601 0,811 Tabella 3 Rapporti tra la massima altezza di precipitazione di durata δ e la massima altezza oraria I valori sopra riportati sono stati elaborati sulla base di registrazioni effettuate al pluviografo di Milano Monviso su un campione di 17 anni.

12 Pagina: 11 di 19 L estrapolazione della legge oraria per le brevi durate avviene imponendo il passaggio per le altezze ricavate dai rapporti di letteratura. Risolvendo il sistema per i vari tempi di ritorno si hanno i seguenti parametri: Tr a' n' a' n' a' n' a' n' Tabella 4 Parametri caratteristici per durate < 30 minuti. che rappresentano le seguenti curve: d<30 min h (mm) Tr 10 Tr 20 Tr 50 Tr t (ore) Figura 5 Relazione altezza-durata-frequenza ADF per t<30 min Combinando i grafici e riportando gli assi in scala logaritmica si ha:

13 Pagina: 12 di h (mm) t (ore) Tr 10 Tr 20 Tr 50 Tr 100 Figura 5 Relazione altezza-durata-frequenza ADF

14 Pagina: 13 di CALCOLO DELLE PORTATE DI PROGETTO 4.1. Scelta del tempo di ritorno Le curve di possibilità pluviometrica non forniscono per un assegnata probabilità il modo di variare della precipitazione nel tempo, ma consentono solo di conoscere l altezza totale h di precipitazione che, per una data durata t, ha un assegnata probabilità di non superamento. Spesso, in luogo della probabilità di non superamento, si utilizza la grandezza statistica tempo di ritorno (T r ), definibile come il tempo (espresso in anni) che mediamente intercorre tra due eventi che producono, per l assegnata durata, un altezza di precipitazione maggiore o uguale di quella data. La scelta di T r deriva da un compromesso tra l esigenza di contenere la frequenza delle esondazioni e l esigenza di contenere le dimensioni delle strutture di controllo delle piene entro limiti accettabili economicamente e compatibili con i vincoli esistenti nel territorio interessato. Nel caso della progettazione delle opere idrauliche inerenti a problemi di drenaggio stradale, si adottano in genere tempi di ritorno compresi tra 20 e 200 anni. Nel caso dei fossi di guardia e dei tombini si assume un tempo di ritorno pari a 50 anni, per gli embrici si assume un tempo di ritorno pari a 20 anni. Alla luce di quanto esposto, l altezza di pioggia è così calcolata: 4.2. Il metodo razionale Tr =50 anni : Tr =20 anni : h = 53.17t h = t Per il calcolo delle portate di progetto è stato utilizzato il metodo razionale. La formula razionale per la previsione della portata di massima piena, per assegnato tempo di ritorno, è direttamente dedotta dal metodo cinematico, nell ipotesi che la durata della pioggia critica sia pari al tempo di corrivazione. La massima portata al colmo di piena, espressa in m 3 /s, è calcolata mediante la seguente relazione: dove: ϕ i c = h/t c è il coefficiente di deflusso, Q max ic A = ϕ 360 è l intensità della precipitazione, in mm/ora, corrispondente ad una durata della precipitazione pari al tempo di corrivazione e dipendente dal tempo di ritorno

15 Pagina: 14 di 19 A è l area della superficie del bacino espressa in ha. Il metodo razionale considera il bacino idrografico come una singola unità e stima il valore al colmo della portata di piena in modo rigoroso sotto le seguenti ipotesi: - l intensità di precipitazione è costante per tutta la durata dell evento meteorico che si considera equivalente al tempo di corrivazione; - la precipitazione è uniformemente distribuita sul bacino; - la portata stimata ha lo stesso tempo di ritorno T di quello utilizzato per la determinazione dell intensità di pioggia; - il coefficiente di deflusso è costante durante l evento e indipendente dall intensità di precipitazione; - la portata è nulla all istante iniziale; - il modello di trasformazione afflussi-deflussi è di tipo lineare stazionario. Il coefficiente di deflusso ϕ rappresenta il rapporto tra il volume della pioggia efficace ed il volume della pioggia totale e tiene conto in modo globale delle perdite del bacino, poiché non tutto il volume di pioggia arriva nella sezione di chiusura in quanto una parte di pioggia si perde a causa di evaporazione, infiltrazione nel terreno, ritenzione nelle depressioni superficiali. Il coefficiente di deflusso è stato posto pari ad 0.9 per le superfici pavimentate, 0.6 per i rilevati. Per i bacini afferenti ai fossi di guardia, il coefficiente di deflusso è stato stimato come media pesata secondo la tipologia di superficie Determinazione del tempo di corrivazione Il tempo di corrivazione tc è definito come il tempo impiegato dalla goccia, che cade nel punto idraulicamente più lontano del bacino, ad arrivare nella sezione di chiusura dello stesso. La condizione più gravosa è quella per cui il tempo di pioggia è pari al tempo di corrivazione. Il tempo di corrivazione del bacino relativo a ciascuna sezione di calcolo è stimato secondo la seguente formulazione: Dove: t r L t c = t rappresenta il tempo di percorrenza dell elemento di convogliamento a + t r = t rappresenta la lunghezza del tronco i-esimo espresso in m a + N i= 1 Li v i

16 Pagina: 15 di 19 v N t a rappresenta la velocità di deflusso all interno del tronco i-esimo espresso in m/s numero dei tronchi della rete a monte della generica sezione, facenti parte dell asta principale; rappresenta il tempo di afflusso (o di ruscellamento) cioè il massimo tempo che impiegano le particelle di pioggia a raggiungere l elemento partendo dal punto di caduta. Nel caso in cui il sottobacino sia costituito da piattaforma stradale, il tempo di afflusso è stato posto pari a 5 minuti.

17 Pagina: 16 di DIMENSIONAMENTO IDRAULICO DELLA RETE 5.1. Dimensionamento degli elementi di convogliamento Il dimensionamento della rete di drenaggio superficiale per lo smaltimento delle acque meteoriche, costituita dai fossi,dalle canalette e dai tombini, viene effettuato a partire dalla valutazione delle portate afferenti ai vari tratti della rete in base alle diverse superfici contribuenti. I fossi di guardia sono tutti inerbiti, di forma trapezoidale e vengono utilizzati per raccogliere le acque che defluiscono sia dalla superficie del corpo stradale che, eventualmente, da fasce circostanti di terreno naturale, per convogliarle alla rete di drenaggio naturale presente sul territorio. Nel dimensionamento dei fossi di guardia si tiene conto, in generale, del contributo lineare della portata proveniente dalla piattaforma stradale e dalle scarpate artificiali, sommato alle eventuali immissioni puntuali (intercettazione di fossi naturali, confluenze, etc.) e alla portata proveniente dal tratto a monte. I fossi di guardia al piede dei rilevati previsti in progetto sono del tipo FI1. La sezione trapezoidale è inerbita, con pendenza delle sponde 1:1, ed ha larghezza di fondo pari a 0.50 m. La verifica delle canalette è analoga a quella dei fossi di guardia. Si tratta di canalette prefabbricate in calcestruzzo, a sezione rettangolare di dimensione 0.40 m x 0.40 m. I tombini circolari sono costituiti da elementi di raccolta opportunamente protetti con materassini tipo Reno per evitare fenomeni di erosione superficiale, in corrispondenza dei quali, le acque provenienti dai fossi di guardia, vengono convogliate; l attraversamento è costituito da un manufatto in c.a.v. di diametro variabile (DN ) opportunamente dimensionato. Questi manufatti hanno lo scopo di collegare le aree intercluse con l esterno nel caso delle rampe, e di mantenere la continuità dei fossi di guardia. Per le verifiche idrauliche si è ipotizzato che il deflusso all interno di ogni elemento avvenga in condizioni di moto uniforme. Le caratteristiche idrauliche delle sezioni di progetto sono determinate mediante l applicazione della formula di Chezy, nell espressione di Gauckler-Strickler: dove: Q k A 6 Q = χ A R j = kr A R j = k 2 3 C portata di dimensionamento della canalizzazione (m 3 /s); coefficiente di scabrezza di Strickler (m 1/3 /s) pari a 60 per i fossi inerbiti e a 70 per i tombini e le canalette in cls; A area bagnata (m 2 ); j

18 Pagina: 17 di 19 C j contorno bagnato (m); pendenza media della condotta (m/m); A R = C raggio idraulico (m). La verifica avviene secondo una procedura iterativa: Note le dimensioni del fosso/tombino/canaletta si assegna una velocità di percorrenza di primo tentativo, Si calcola il tempo di percorrenza t r e quindi il tempo di corrivazione t c, Si calcola l intensità di pioggia critica, di durata pari al tempo di corrivazione, e la corrispondente portata critica, Si calcola il tirante idrico corrispondente alla portata critica, Si verifica che il grado di riempimento (pari al rapporto tra il tirante idrico e l altezza del fosso o della canaletta o tra il tirante idrico e il diametro interno del tombino) non sia superiore al 80%, Si calcola la velocità v=(q/a) e si verifica che rispetti i vincoli imposti, Se la velocità è uguale a quella ipotizzata si interrompe il calcolo, altrimenti si procede all iterazione successiva utilizzando la velocità ottenuta. Si riportano in tabella i calcoli relativi ai fossi e le verifiche dei tombini:

19 Pagina: 18 di 19 TIPO Sb L ϕ i ta tc hc Ic Q v y GR D b h ks ha m m/m ore ore mm mm/h mc/s m/s m m m m F1 FI % TRAP F2 FI % TRAP F3 FI % TRAP F4 FI % TRAP F5 FI % TRAP F6 FI % TRAP F7 FI % TRAP F8 FI % TRAP TB % CIRC TB % CIRC TB % CIRC TB % CIRC TB % CIRC C1 40x % RETT C2 40x % RETT C3 40x % RETT Tabella 4 Verifiche idrauliche Dimensionamento degli elementi di raccolta Nei tratti in rilevato, lungo il tracciato delle rampe, è stato previsto un sistema di smaltimento aperto per allontanare le acque dalla piattaforma stradale, attraverso l utilizzo di embrici in cls che convogliano l acqua ai fossi adiacenti. Per il dimensionamento delle opere si è tenuto conto, oltre che delle pendenze del terreno naturale, del profilo longitudinale del piano stradale e delle pendenze trasversali dei tratti in curva. Il dimensionamento degli embrici consiste nello stabilirne l interasse massimo in modo che l acqua presente sulla strada transiti in un tratto limitato di banchina delimitata dall arginello. Gli elementi di raccolta previsti sono di tipo discontinuo, ovvero sono degli elementi puntuali. Gli interassi tra gli elementi si dimensionano calcolando la portata massima smaltibile e la massima portata defluente dalla falda piana (superficie stradale scolante) per unità di lunghezza, data dalla: q 0 = ϕ b i = ϕ ba t n 1 dove b (m) è la larghezza della falda, ϕ il coefficiente di deflusso, i (mm/h) l intensità di pioggia. Il coefficiente di deflusso è stato posto pari ad 0.9 per le superfici pavimentate, 0.6 per i rilevati. In base alla teoria dell onda cinematica si ha che la condizione più gravosa è quella per cui il tempo di pioggia è pari al tempo di corrivazione. Trascurando il tempo di percorrenza dell elemento

20 Pagina: 19 di 19 da dimensionare si ha che il tempo di corrivazione è pari al tempo di afflusso da una falda piana che è dato dalla Dove: t a = t c L = 3.26(1.1 ϕ) j 0.5 eff 1 3 j = j l j t pendenza della strada lungo la linea di corrente (j l pendenza longitudinale e j t pendenza trasversale); L eff 2 j l = b 1 + jt 1 2 lunghezza del percorso dell acqua prima di raggiungere le canalizzazioni a lato della carreggiata. Il dimensionamento dell interasse degli elementi puntuali si ottiene facendo il rapporto tra la portata massima transitante in un ipotetica canaletta triangolare delimitata dal manto stradale e dal cordolo, e la massima portata defluente dalla falda piana per unità di larghezza (q 0 ): Interasse=Q max /q 0 Per il calcolo della portata massima transitante nella banchina si è utilizzata la formula di Chézy ponendo come parametro di Strickler il valore di 70 m 1/3 /s. L area bagnata e il contorno bagnato sono calcolati secondo le seguenti relazioni: 2 B A = 2 j t e C = B j t 1 + cos( arctg L interasse massimo degli embrici è comunque stato posto pari a 10 m, non ritenendosi prudente superare tale valore. jt )