Acea Ato 5 SpA. Acea Elabori SpA. acqua. Ingegneria e Servizi

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1 acqua Acea Ato 5 SpA Ingegneria e Servizi Acea Elabori SpA

2 ACEA ATO5 S.P.A. ACEA ELABORI S.P.A. INTERVENTI DI MESSA IN SICUREZZA DEL VERSANTE IN FRANA SITO IN LOCALITA' CASINO FRANCHI (COMUNE DI VEROLI) RELAZIONE TECNICO IDRAULICA PROGETTO ESECUTIVO

3 Indice 1. PREMESSA 3 2. LOCALIZZAZIONE 4 3. BACINO IDROGRAFICO DI INTERESSE Inquadramento territoriale Inquadramento vincolistico 5 4. ANALISI IDROLOGICA Caratteristiche bacino di riferimento Aspetti climatici Trasformazione afflussi - deflussi Analisi della portata al colmo di piena VERIFICA IDRAULICA Verifica di compatibilità idraulica del fosso Verifica tubazione di drenaggio DN 400 di ghisa 17 Pag. 2

4 1. PREMESSA La presente relazione di sintesi cura, gli aspetti idrologici ed idraulici relativi la verifica della compatibilità idraulica, con la portata di massima piena nell alveo ricettore, dello scarico del sistema di condotte per il drenaggio delle acque superficiali da realizzare per la messa in sicurezza del versante di frana in località Casino Franchi nel Comune di Veroli. Ai fini della verifica di compatibilità idraulica, è stata effettuata una valutazione qualitativa degli aspetti che possono determinare interazioni o modifiche al deflusso delle portate di piena del fosso. In particolare sono state valutate le modifiche indotte sul profilo di piena, sulla capacità di invaso e sull interazione che la portata scaricata determina sulle eventuali opere di difesa idraulica esistenti. Pag. 3

5 2. LOCALIZZAZIONE L intervento di messa in sicurezza interessa un versante di frana che ricade da un punto di vista amministrativo nel territorio del Comune di Veroli, e che fa parte del bacino imbrifero del Fosso di Selva Farina, che confluisce dopo un percorso di circa 230 m confluisce nel Fiume Cosa Figura 1 Area di intervento Le coordinate del punto di scarico sono: N, E (UTM WGS84 Fuso 33), e la portata scaricata sarà variabile e dipenderà ovviamente dell intensità degli eventi di precipitazione, come illustrato più avanti nella presente relazione. Pag. 4

6 3. BACINO IDROGRAFICO DI INTERESSE 3.1. INQUADRAMENTO TERRITORIALE Il bacino idrografico di interesse, sotteso dalla sezione in corrispondenza dello scarico del sistema di drenaggio delle acque superficiali, fa parte del bacino drenato del Fiume Cosa denominato LRG_100_090_30. Il bacino imbrifero del fosso di interesse ha una lunghezza massima di circa 600 m ed una larghezza di 280 m. All interno del bacino ricadono poche abitazioni di tipologia rurale. La superficie complessiva del bacino è di 0,12 kmq. L altitudine media è di 253 m slm, la lunghezza dell asta principale è di 0,43 km e il fattore di forma F 1 ( 1 =/ ) è pari a 1, INQUADRAMENTO VINCOLISTICO Il bacino considerato, e lo scarico in esame, non ricadono in zone censite a rischio idraulico secondo il Piano di Gestione del Rischio di Alluvione definito, ai sensi della mmm, dall Autorità di Bacino Nazionale dei Fiumi Liri-Garigliano e Volturno - Distretto Idrografico dell Appennino Meridionale. Pag. 5

7 4. ANALISI IDROLOGICA Per la verifica della capacità del fosso ricettore di ricevere i contributi di portata scaricati sistema di drenaggio, è stato svolto uno studio idraulico sul bacino idrografico sotteso al fine di determinare le portate di naturale deflusso ai vari tempi di ritorno e le quote del pelo libero corrispondenti. Lo studio idrologico realizzato è stato articolato nelle seguenti fasi: analisi delle caratteristiche morfologiche del bacino idrografico, pervenendo alla determinazione della superficie del bacino e del coefficiente di deflusso; individuazione del tempo di corrivazione in funzione delle suddette caratteristiche morfologiche del bacino; elaborazione dei dati di precipitazione disponibili per giungere alla individuazione delle curve di probabilità pluviometrica per diversi valori delle probabilità di non superamento (tempi di ritorno); valutazione delle portate al colmo prevedibili nella sezione di chiusura del bacino, in funzione dei diversi tempi di ritorno investigati CARATTERISTICHE BACINO DI RIFERIMENTO Il bacino idrografico descritto si estende per circa 0,12 Kmq con i principali parametri morfometrici dell alveo di riferimento che vengono presentati nella tabella sottostante. Lunghezza massima asta Pendenza media asta Quota minima asta Quota massima asta Quota media asta Pendenza med bacino Area km m/m m s.l.m. m s.l.m. m s.l.m. m/m kmq 0,43 0, ,7 0,11 0,12 Tabella 1 Dati principali relativi al bacino considerato. Nella figura 2 è rappresentato, su CTR 1:5000, in viola il bacino idrografico ed in giallo la porzione dello stesso in cui si trova il versante in frana. Quest ultima porzione, di estensione pari a circa 1,38 ha, è stata considerata separatamente per la stima dei deflussi superficiali legati ad i diversi tempi di ritorno. Pag. 6

8 Figura 2 Bacino Idrografico considerato ASPETTI CLIMATICI Ai fini dell individuazione delle curve di probabilità pluviometrica ai vari tempi di ritorno si è proceduto alla valutazione degli eventi piovosi estremi mediante la procedura VA.PI. (VAlutazione PIene) elaborata dal Gruppo Nazionale per la Difesa dalle Catastrofi Idrogeologiche (GNDCI) del CNR. La metodologia utilizzata fa riferimento a quella proposta su scala nazionale dal progetto VA.PI. del Gruppo Nazionale per la Difesa dalle Catastrofi Idrogeologiche (GNDCI). E adottato il modello probabilistico a doppia componente (TCEV) che interpreta i massimi annuali come il risultato di elaborazioni di due popolazioni differenti: massimi ordinari ed eventi massimi straordinari. Le elaborazioni relative all applicazione di tale modello fanno riferimento ad una procedura di regionalizzazione gerarchica in cui i parametri sono stati valutati per scale regionali differenti. Il modello TCEV costituisce una generalizzazione del modello di Gumbel risultando di fatto costituito dal prodotto di due leggi di Gumbel, la prima per l interpretazione dei massimi ordinari, la seconda per l interpretazione dei massimi straordinari. Il modello ha generica forma I d (Tr) = Kt (Tr) µ id Pag. 7

9 con: I d (Tr): intensità di pioggia di durata d e tempo di ritorno Tr K t (Tr): coeff. di crescita dipendente dal tempo di ritorno Tr µ id: media annuale delle intensità di pioggia di durata d Il coefficiente di crescita Kt si calcola in base a delle elaborazioni statistiche effettuate sui dati al primo e secondo livello di regionalizzazione che, per la zona considerata fa riferimento al rapporto del GNDCI per l Italia centrale (Sezioni idrografiche di Roma-Pescara). Per il calcolo dell intensità di pioggia in dipendenza della durata e del tempo di ritorno si utilizza il modello seguente: i d = KT µ i0 b b + d m Il primo livello riguarda l Italia Centrale che è stata a sua volta suddivisa in tre regioni omogenee: zona A, Tirrenica zona B, Appenninica zona C, Adriatica Il bacino idrografico di riferimento ricade nella zona B della regionalizzazione, caratterizzata quindi come coefficiente di crescita per tempi di ritorno dalla evoluzione nella tabella seguente: TR (anni) K t 0,96 1,25 1,45 1,64 1,70 1,83 1,89 2,07 2,26 2,51 2,70 Per il calcolo del valor medio si utilizzano i parametri del terzo livello di regionalizzazione. L area in esame rientra nella sottozona B28 ed in relazione alla quota media del bacino i coefficienti della regionalizzazione risultano essere: µ i0 = 145,667 [mm/h] m = 0, TRASFORMAZIONE AFFLUSSI - DEFLUSSI Per la trasformazione degli afflussi in deflussi è stato applicato il metodo cinematico o metodo del tempo di corrivazione. Le assunzioni su cui detto metodo si basa sono le seguenti: la formazione della piena è dovuta unicamente ad un trasferimento della massa liquida Pag. 8

10 ogni goccia di pioggia si muove sulla superficie del bacino seguendo un percorso immutabile che dipende solo dal punto in cui è caduta la velocità di una goccia non è influenzata dalla presenza di altre gocce la portata defluente è data dalla somma delle portate elementari provenienti dalle diverse parti del bacino, che si presentano nello stesso istante alla sezione di chiusura Con queste ipotesi si può affermare che si ha il massimo contributo di tutto il bacino alla formazione della piena nel momento in cui tutte le gocce cadenti su ogni punto del bacino hanno raggiunto la sezione di chiusura. Questo avviene solo dopo un tempo pari al tempo di corrivazione del punto più lontano (detto tempo di corrivazione del bacino o semplicemente tempo di corrivazione). Le piogge critiche saranno quindi quelle i cui eventi intensi hanno durata pari al tempo di corrivazione del bacino. Per il calcolo della portata che defluisce in alveo in seguito all evento di pioggia è stato adottato il metodo del SCS Curve Number, metodo che prevede l attivazione del processo di ruscellamento al superamento della capacità di infiltrazione del suolo, consente di tenere in considerazione le differenze di ruscellamento in caso di suolo secco (condizioni estive), umido e saturo (sequenza ravvicinata di afflussi giornalieri). In base a tale approccio, i dati di pioggia vengono depurati dalle perdite che si hanno a causa dell infiltrazione e dell accumulo temporaneo negli strati superficiali del suolo. Il metodo dei Curve Number è un metodo empirico (Rallison e Miller, 1981) basato sulla seguente equazione: in cui Q surf R day Q surf = 2 ( Rday I a ) ( R I + S) day Ruscellamento accumulato o eccesso di precipitazione Precipitazione giornaliera I a Assorbimento d acqua iniziale (include l immagazzinamento superficiale, l intercettazione e l infiltrazione) S Parametro di ritenzione Per il calcolo della portata di ruscellamento si suppone che l assorbimento d acqua iniziale, sia funzione delle perdite massime ammissibili e quindi esprimibile come: I a = α S Con α che assume valori compresi tra 0,1 e 0,3 (per i calcoli seguenti verrà utilizzato 0,2 come valore). Il parametro di ritenzione è una funzione del tipo di suolo, del tipo di uso del suolo, della pendenza, della gestione del territorio (pratiche agricole) e delle variazioni temporali di contenuto d acqua del suolo; e può essere calcolato mediante la: Pag. 9 a

11 S 1000 = 25,4 10 CN in cui CN rappresenta il curve number. La figura seguente mostra una soluzione grafica per la equazione precedente. I curve number sono funzioni di differenti combinazioni di tipo di suolo, tipo di copertura, pendenza e condizioni idrauliche, ed i valori di riferimento per ciascuna di queste combinazioni sono riassunti nelle tabelle seguenti. Pag. 10

12 CN Tipo idrologico Suolo Tipologie uso del Suolo A B C D Suoli coltivati Pascoli Prati Boschi e foreste con copertura moderala Boschi e foreste con buona copertura dall'erosione e sottobosco Aree a parco e di fruizione ricreativa - con copertura erbacea superiore al 75% con copertura erbacea dal 50% al 75% Area commerciali (impermeabili per l'85%) Area Industriali (impermeabili per l'72%) Aree residenziali con percentuale media impermeabile -65% % % % % Parcheggi, aree coperte (impermeabili) Strade - asfaltate inghiaiate I Gruppi Idrologici che compaiono nelle tabelle rappresentano una attitudine maggiore o minore del suolo al ruscellamento come di seguito evidenziato. Gruppo di appartenenza Gruppo Idrologico A Gruppo Idrologico B Gruppo Idrologico C Gruppo Idrologico D Comportamento Bassa propensione al ruscellamento Media propensione al ruscellamento Discreta propensione al ruscellamento Alta propensione al ruscellamento I valori dei CN espressi nella tabella precedente valgono in condizioni di terreno umido, il metodo applicato consente infatti una variazione del valore dei CN in funzione delle condizioni idrauliche (terreno secco, umido o saturo). I CN si modificano quindi in base alle relazioni seguenti: Per terreno secco Per terreno saturo CNs = CN 20( 100 CN ) ( 100 CN + exp[ ( 100 CN )]) [ ( CN )] CNsat = CN exp 100 Pag. 11

13 Il metodo proposto è applicabile su pendii con acclività non superiori al 5%, è stato quindi introdotto per pendenze maggiori un CN modificato (CN 2 ): ( CNsat CN ) [ 1 2 exp( 13. Acclività) ] CN CN 2 = Applicando il metodo al bacino in esame, in precedenza caratterizzato, si ottiene un valore del CN pari a 76. La stima del tempo di corrivazione presenta tutt oggi elevata incertezza. Si procede pertanto alla valutazione di questo parametro impiegando una serie di formule empiriche comunemente utilizzate per poi selezionare il valore del tempo di corrivazione più attendibile. Pag. 12

14 Formula Applicabilità tc Giandotti Bacini kmq 0,44 Kirpich Bacini < 0.8 kmq 0,04 Mockus SCS CN 0,24 Pasini Bacini di pianura 0,11 Puglisi Bacini kmq 0,85 Tournon Bacini kmq 0,36 VAPI 0,04 Ventura 0,13 Viparelli 0,08 Aronica e Paltrinieri Bacini < 10 kmq 0,69 Per il bacino in esame si stima il seguente valore del tempo di corrivazione t c =0,69 h secondo la formula Aronica-Paltrinieri ANALISI DELLA PORTATA AL COLMO DI PIENA La valutazione delle portate critiche al colmo di piena viene effettuata applicando il metodo razionale: In cui: Q Q M : portata al colmo di piena (mc/s) C : coefficiente di afflusso M c i = ( T d ) r, A 3.6 i(tr,d) : intensità di pioggia di durata d e tempo di ritorno Tr (mm/h) A: area del bacino (kmq) Sostituendo nella precedente formula le equazioni provenienti dal metodo del SCS Curve Number: C = Q surf / R day ; i tc = Rt c / t c ; R tc = α tc R day ; α tc = t c / 24 La precedente formula razionnale viene modificata nella: in cui αtc Qsurf Area q = 3.6 t Pag. 13 conc

15 α tc Frazione di pioggia giornaliera che cade durante il tempo di concentrazione Q surf Ruscellamento superficiale Area Area sottobacino t conc Tempo di concentrazione Sulla base delle precedenti considerazioni sono state calcolate le portate di colmo per ciascun tempo di ritorno riepilogate nella tabella seguente. Analogamente è stato sviluppato il calcolo delle portate scaricate dalla tubazione drenante stimandole come corrispondenti al deflusso superficiale, specifico della porzione di bacino interessata dalla frana, per ciascuno degli eventi di precipitazione considerati. Fosso Tubo drenante Tr i(tr,d) Q M (mc/s) Q M (mc/s) 20 60,7 0,51 0, ,7 0,55 0, ,8 0,66 0, ,8 0,72 0, ,1 0,80 0,10 Pag. 14

16 5. VERIFICA IDRAULICA 5.7. VERIFICA DI COMPATIBILITÀ IDRAULICA DEL FOSSO Per la verifica della compatibilità idraulica è stato realizzato il rilievo del tratto di fosso a monte ed a valle del punto di scarico per una lunghezza complessiva di circa 30 m. Con il rilievo sono state individuate tre sezioni critiche per il deflusso per le quali è stata verificata la capacità di deflusso sia in condizioni naturali sia con il contributo dello scarico. In particolare sono state rilevate, ed esaminate, 3 sezioni significative: Sezione A: sezione irregolare con fondo e sponde in terreno naturale a monte della tubazione di scarico; Sezione B: sezione irregolare con fondo e sponde in terreno naturale poco a valle della tubazione di scarico dell impianto; Sezione C: sezione irregolare con fondo e sponde in terreno naturale a monte del punto di scarico del depuratore. La verifica idraulica è stata eseguita utilizzando la formula di Chezy-Gauckler-Strickler valida per deflussi di correnti a pelo libero in moto uniforme assolutamente turbolento: con: Q = portata attraverso il canale (m 3 /s) Q = K Ω R 3 i S K S = coefficiente di Gauckler-Strickler (m 1/3 /s), assunto pari a 40 nel caso di sponde in materiale naturale e pari a 60 per fondo e sponde in gabbioni; R = Ω/B = raggio idraulico della sezione di passaggio (m) Ω = area della sezione bagnata normale alla corrente (m 2 ) i = pendenza del fondo (m/m). 2 Le verifiche, hanno permesso di determinare il battente idrico nelle sezioni analizzate tenendo conto anche del contributo delle acque reflue trasportate dalla tubazione di scarico proveniente dal sistema di drenaggio delle acque superficiali per la messa in sicurezza del versante di frana. Pag. 15

17 Sezione A B C TR (anni) Q M (mc/s) Q scarico (mc/s) Q tot (mc/s) Livello idrico senza scarico (m) Livello idrico con scarico (m) 20 0,51 0,51 0, ,55 0,55 0, ,66 0,66 0, ,72 0,72 0, ,80 0,80 0, ,51 0,06 0,57 0,23 0, ,55 0,07 0,62 0,24 0, ,66 0,08 0,74 0,25 0, ,72 0,09 0,81 0,26 0, ,80 0,10 0,90 0,27 0, ,51 0,06 0,57 0,26 0, ,55 0,07 0,62 0,27 0, ,66 0,08 0,74 0,27 0, ,72 0,09 0,81 0,28 0, ,80 0,10 0,90 0,28 0,29 La tabella evidenzia che lo scarico della tubazione del sistema di drenaggio non determina alcun effetto sul regime idraulico del fosso ricettore. Pag. 16

18 5.8. VERIFICA TUBAZIONE DI DRENAGGIO DN 400 DI GHISA Di seguito si riporta la verifica della tubazione di scarico al Fosso di Selva Farina delle trincee drenanti, con una portata pari a 0.09 mc/s con tempo di ritorno Tr di 200 anni, calcalata in precedenza. I calcoli sono stati eseguiti con i seguenti dati di input e con le formule del moto uniforme e utilizzando il coeff. di scabrosità di Kutter m. Il valore della portata che la tubazione riesce a trasportare mc/s è superiore alla portata di progetto, pari a 0.09 mc/s con tempo di ritorno Tr di 200 anni.