Premessa La presente relazione idraulica è finalizzata alla sistemazione di alcuni tratti dei canali della Piana di Rosia (Fosso Luchetto e Fosso Cannaio) per il miglioramento generale del deflusso idrico in caso di piena con tempo di ritorno duecentennale. In particolare, si porrà l attenzione al tratto di canale (by-pass) che collega il Luchetto al Cannaio; il by-pass, ad oggi, non svolge le sue funzioni di collegamento per la mancanza dell adeguata pendenza. Inoltre sarà eseguita una verifica sul tratto finale del Luchetto, nel punto in cui è avvenuto il ricongiungimento col Cannaio, poco a monte della confluenza col Serpenna. Area in esame Il territorio oggetto di analisi presenta una certa complessità dal punto di vista idraulico poiché si tratta di una vasta pianura di bonifica attraversata da alcuni corsi d acqua naturali (Torrente Rosia, Torrente Serpenna, Torrente del Luco) e da alcuni fossi artificiali di drenaggio; due di questi ultimi, Fosso Luchetto e Fosso Cannaio, saranno oggetto di studio particolareggiato. Il Fosso Luchetto è un canale artificiale la cui asta idrografica è compresa fra il Fosso Luco e il Fosso Serpenna e il cui sottobacino fa parte del bacino idrografico di quest ultimo. Prende origine nei pressi del lato sud dell aeroporto di Ampugnano e riceve le acque di scolo dei campi compresi fra i due fossi. E di difficile analisi stabilire se una parte dell acqua caduta sull aeroporto converga verso il Luchetto; le aree dei sottobacini in cartografia ufficiale mostrano che l area aeroportuale ricade all interno del bacino del Rosia e dunque escluda afflussi di acqua nel Luchetto; sopralluoghi effettuati durante eventi meteorici (12 Aprile 2013) e l analisi delle foto aeree mostrano che al contrario il Fosso Luchetto riceve, per lo meno in parte, le piogge affluite sull aeroporto. In favore di sicurezza si ammetterà che tutta l area aeroportuale sia di pertinenza del sottobacino del Luchetto. L asta idrografica del Fosso Cannaio è situata fra il Luchetto e il Serpenna; la sua funzione è di by pass del Luchetto; infatti si distacca da questo nei pressi dell aeroporto. Durante il suo corso il Cannaio riceve l acqua di scolo dei campi, alleggerendo in tal modo il carico idrico sul Luchetto; si reimmette in quest ultimo a circa 500 metri a monte della confluenza nel Serpenna. Lo spartiacque tra i due fossi è, per un certo tratto, la strada sterrata che corre in direzione Nord-Sud ed evidenziata in planimetria. Il sistema di deflusso dell area pertanto può essere schematizzato nel modo seguente: Afflusso nel Luchetto della pioggia caduta sull aeroporto Diramazione del Cannaio dal Luchetto tramite il by-pass Afflusso nel Luchetto dell acqua di scolo dei campi compresi fra il Fosso Luco e la strada sterrata e contemporaneo afflusso nel Cannaio dell acqua di scolo dei campi compresi fra il Fosso Serpenna e la strada sterrata Nuova confluenza del Cannaio nel Luchetto Confluenza del Luchetto nel Serpenna
0 50 100 200 300 400 Meters Reticolo Principale By pass Cannaio Luchetto Tratto unito
0 70 140 280 420 560 Meters Sottobacini Cannaio - Monte "Strada del Padule" Cannaio - Valle "Strada del Padule" Luchetto - Aeroporto Luchetto - Monte "Strada del Padule" Luchetto - Valle "Strada del Padule" Tratto Unito
Il modello idraulico proposto rispecchia quanto osservato nei sopralluoghi e quanto è possibile constatare osservando da foto aerea l andamento dei fossi dei campi. Non vi è dubbio che nel Fosso Luchetto e nel Fosso Cannaio confluiscano le acque drenate dai campi compresi fra il Luco e il Serpenna. Ogni analisi idrologica che abbia per fine la stima delle portate di progetto deve partire da questo dato fondamentale; considerare il Cannaio come un semplice by pass del Luchetto porterebbe ad una sottostima della portata e dunque delle sezioni necessarie a contenerla. Curva di Possibilità Pluviometrica La portata di progetto è stimata a partire da una serie di dati, sia meteorologici (dati di pioggia) che geomorfologici (caratteristiche del bacino). L area in esame è situata nel Comune di Sovicille, a sud-ovest della frazione di Rosia. Per determinare la portata critica occorre innanzitutto determinare l altezza di pioggia mediante una relazione del tipo: dove: h = a t T a, n, m sono valori determinati statisticamente a partire dai dati di pioggia rilevati dal pluviometro, mentre t c è la durata dell evento critico (ore) e T r il Tempo di ritorno, assunto in questo caso pari a 200 anni; l altezza di pioggia è in mm. I parametri idrologici sono stati calcolati già calcolati nell ambito dello studio eseguito dal PIN Centro Studi Ingegneria ( Regionalizzazione delle portate di piena in Toscana ), elaborando i dati di pioggia rilevati alla stazione di Sovicille, in assoluto la più vicina al sito in esame. Lo specchietto che segue mostra i risultati: n c m r Pertanto si ha: a = 22.862 n = 0.300 m = 0.193
Verifica del tratto unito dei due fossi Come richiamato in premessa uno dei tratti più importanti dell intero reticolo dell area è quello più a valle, dove il Luchetto e il Cannaio si sono ricongiunti; il punto di ricongiungimento avviene a circa 500 metri a monte della confluenza col Serpenna. La sezione tipo è di forma trapezia e la pendenza media del tratto è circa dello 0.14%, le dimensioni sono quelle in figura. Figura 1 - Sezione attuale Utilizzando il modello di moto uniforme per il tratto in esame, è possibile calcolare il valore dell area bagnata e del perimetro bagnato utilizzando le seguenti espressioni: dove: avendo considerato un franco di un metro. Sostituendo i dati risulta: ( ) A = h b + zh P = b + 2h 1+ z h = 2.5 m b = 2 m z = 1.27 m 2 ( ) 12.94 A = h b + zh = m P = b + 2h 1+ z = 15.46m 2 2 2 Il raggio idraulico risulta quindi: Essendo l espressione del moto uniforme: A R = = 0.84 m P 2 3 1 2 Q = AkR i e ponendo 1 3 k 40 m s = (coefficiente di Gauckler-Strickler) risulta: 3 Q = 17.2 m s
Il bacino scolante è stato considerato quello chiuso alla confluenza col Torrente Serpenna (vedi Cartografia); si tratta di un bacino di pianura, come già richiamato in premessa, dell estensione di 4.27 km 2. Il tempo di corrivazione è calcolato con la formula empirica di Pasini: dove: t c = 0.108 ( AL) 1 3 A = 4.27 km L = 3.4 km i = 0.00148 i 2 Il tempo di corrivazione è espresso in ore e risulta: tc = 6.85 h Riprendendo la relazione della curva di possibilità pluviometrica del sito in esame risulta: h = = 0.300 0.193 22.862 6.85 200 113 mm avendo considerato un evento di pioggia con tempo di ritorno duecentennale. Da tale valore occorre determinare la pioggia netta, ossia l altezza di pioggia che effettivamente concorre alla formazione della portata di massima piena. Per il calcolo della pioggia netta si fa riferimento al metodo Curve Number (CN) del Soil Conservation Service; con tale metodo la pioggia netta è stimata come funzione della pioggia cumulata precedente, dell uso del suolo e della copertura. La relazione fondamentale è la seguente: dove: P - precipitazione totale cumulata Ia - perdita iniziale P n ( P I ) 2 a = P I + S S - massimo volume di acqua trattenuto dal terreno La precipitazione totale P è assunta pari alla pioggia critica precedentemente stimata; il termine S è una funzione delle caratteristiche del bacino ed è espresso mediante la relazione seguente: 25400 254 CN S = CN a
Il fattore CN (Curve Number) è un termine dimensionale che dipende dalle caratteristiche di permeabilità del bacino ed è legato alla natura del suolo, alla copertura ed alle condizioni di umidità del terreno precedentemente alla precipitazione. Occorre per prima cosa stimare il la tipologia di suolo in relazione alla sua capacità di infiltrazione, riferendosi alla tabella seguente: Secondo la Carta dei Suoli della Regione Toscana, realizzata in scala 1:250.000, e come si può vedere nella cartografia allegata, il bacino in esame è composto per la sua totalità dai suoli classificati VER1_LSR1_ARB1 sul Catalogo dei Suoli della Regione Toscana. Con riferimento al metodo CN i suoli sono riferibili alla Classe C. Una volta stimata la Classe è possibile stimare il valore di CN riferendosi alla Tabelle seguenti:
Dalla Carta di Uso del Suolo della Regione Toscana il bacino in esame è così utilizzato: Codice CORINE Descrizione Percentuale CN 124 Areoporti. 35% 74 211 Seminativo 65% 85
Eseguendo un ragguaglio sulle aree si determina: CN( II ) = 81 Tale valore corrisponde ad una situazione del terreno con umidità media; è opportuno correggere questo valore considerando un suolo giù molto umido, situazione data, ad esempio, da piogge antecedenti cinque giorni l evento critico. La correzione avviene mediante la seguente relazione: 23 CN( II) CN = = 91 10 + 0.13 CN( II) Sostituendo il valore nelle relazioni precedenti si ha: 25400 254 CN S = = 22 mm CN I = 0.2 S = 5 mm a La portata di progetto risulta pertanto: P n ( P I ) 2 a 90 = = P I + S a mm P A 200 = = 15.2 t n 3 Q m s c La portata di progetto così determinata è minore di quella calcolata in moto uniforme, volendo garantire un franco di sicurezza di 60 cm e dunque è verificata. Riprofilatura del by pass Il progetto preliminare redatto dall Unione dei Comuni della Val di Merse aveva già evidenziato come una delle criticità del Fosso Cannaio fosse il funzionamento del by pass solo per certi valori di portata a causa della presenza di contropendenze. E opportuno ricordare come tale by pass sia stato realizzato nel 2006 con lo scopo di realizzare un collegamento a valle delle pertinenze aeroportuali tra il Fosso Luchetto e il Fosso Cannaio Inoltre, nel tratto a monte della Strada del Padule, vi è la presenza di alcuni attraversamenti utilizzati dai mezzi agricoli, palesemente sottodimensionati (vedi foto)
Il nuovo intervento è finalizzato alla ricalibratura del tratto di by pass e alla demolizione, con nuova realizzazione, degli attraversamenti. Il tratto di by pass è caratterizzato dalla presenza di due attraversamenti, realizzati con tubi in acciaio ondulato del diametro di un metro.
La ricalibratura del Fosso by-pass consiste, come detto, nella eliminazione delle contropendenze mediante un abbassamento della quota di scorrimento. In destra idrografica è presente una strada che conduce nei pressi dell aeroporto ed è utilizzata sia dai mezzi agricoli che dalle automobili; poiché l abbassamento della quota di scorrimento obbliga all allargamento, seppur modesto, della sezione idrica, si ritiene opportuno allargarsi soltanto sulla sponda sinistra, al fine di evitare scavi nei pressi della strada. Così facendo tuttavia si renderebbe necessario l esproprio di una larga fetta di terreno agricolo, in alcuni casi di circa 1.50 metri; pertanto verrà realizzata una scogliera in massi del peso compreso tra 0.5 t e 1.5 t, per un altezza di circa 1.70 metri; la scogliera, oltre a funzionare come stabilizzazione della sponda, serve come base di appoggio per la terra precedentemente scavata e che sarà riportata nuovamente al fine di minimizzare il suolo asportato; la riprofilatura della sponda, così come descritta, interesserà una lunghezza di circa 230 metri, i riporti in terra avranno un angolo pari ad un rapporto di 1:1. Per quanto riguarda i due attraversamenti, si dovrà abbassare l imposta dei tubi per poter conferire all intero tratto la pendenza di progetto; gli attraversamenti saranno pertanto demoliti e ricostruiti (vedi Tavole progettuali). L intero tratto, che misura circa 439 metri, è realizzato con una pendenza fissa dello 0.1%; la quota iniziale corrisponderà alla attuale, nel punto in cui inizia il by pass; la quota è di 179.16 mslm. Il primo attraversamento si incontra dopo 328 metri; attualmente si trova ad una quota di 179.52 mslm e dovrà essere abbassato fino ad una quota di 178.83 mslm, per una totale di circa 70 cm. Il secondo attraversamento è posto a circa 111 metri a valle del secondo e si trova ad una quota di 179.35 mslm; dovrà essere abbassato ad una quota di 178.72 mslm per un totale di circa 65 cm. Data la sostanziale omogeneità fra il Fosso Luchetto e il By-Pass, è ragionevole supporre che la portata in arrivo dall aeroporto, si divida in uguale misura tra i due tratti. Considerando i dati idrologici prima stimati ed eseguendo un ragguaglio sulle aree dei bacini (Bacino Luchetto Aeroporto) alla sezione immediatamente precedente la
diramazione arriveranno 6.85 kmq; per quanto affermato poco sopra, al By-Pass confluiranno circa 3.42 mc/s, facilmente smaltibili dalla sezione attuale. Risagomatura Fosso Cannaio La sistemazione del tratto di by pass provoca l aumento della portata a valle di esso; questo effetto rende necessaria la verifica del tratto del Cannaio a valle degli attraversamenti, fino alla strada del Padule. Questo tratto del Fosso è vincolato dalle quote iniziali e finali; la quota iniziale è quella precedentemente determinata sul secondo attraversamento ed è pari a 178.72 mslm; la quota finale è quella all attraversamento della Strada del Padule ed è pari a 178.05 mslm. Il dislivello è dunque di 0.67 m e poiché il tratto è lungo 659 metri si avrà una pendenza ancora dello 0.1%. Utilizzando ancora il modello di moto uniforme e considerando un franco di sicurezza di 0.1 metri, si hanno, per la sezione tipo attuale, le seguenti grandezze: Sostituendo i dati risulta: Il raggio idraulico risulta quindi: h = 0.9 m b = 1.50 m z = 1.00 m 2 ( ) 2.71 A = h b + zh = m P = b + 2h 1+ z = 4.26m 2 2 A R = = 0.64 m P Utilizzando ancora l espressione del moto uniforme: 2 3 1 2 Q = AkR i e ponendo ancora 1 3 k 40 m s = (coefficiente di Gauckler-Strickler) risulta: 3 Q = 2.18 m s Alla portata di progetto, stimata in 3.09 mc/s, va aggiunta quella che drena verso il tratto di Fosso e che è relativa ad un area scolante pari a 0.23 kmq. Mediante il ragguaglio delle aree sull intero bacino, si stima che, con tempo di ritorno duecentennale, fluiscano nel tratto del Cannaio che stiamo considerando ulteriori 0.82 mc/s. Si avrà pertanto un totale di portata pari a 4.20 mc/s, maggiori della portata di moto uniforme che il canale è in grado di far defluire. Alla luce di queste considerazioni si rende necessario un aumento della sezione. La sezione così modificata ha le seguenti grandezze: Sostituendo i dati risulta: h = 1.4 m b = 2.00 m z = 1.00 m
Il raggio idraulico risulta quindi: 2 ( ) 4.27 A = h b + zh = m P = b + 2h 1+ z = 5.75m 2 2 A R = = 0.74 m P Utilizzando ancora l espressione del moto uniforme: 2 3 1 2 Q = AkR i e ponendo ancora 1 3 k 40 m s = (coefficiente di Gauckler-Strickler) risulta: 3 Q = 4.52 m s In tal modo la nuova portata di progetto è verificata.
Conclusioni e quadro sintetico degli interventi La presente relazione ha avuto per oggetto lo studio idrologico e la conseguente proposta progettuale di ricalibratura dei Fossi Cannaio e By-Pass, ricadenti all interno del bacino del Torrente Serpenna, nella Piana di Rosia, Comune di Sovicille (SI). Lo studio idrologico ha mostrato che, attualmente, il ricettore principale dell area è il Fosso Luchetto; parallelamente ad esso scorre il Fosso Cannaio. Al fine di alleggerire la portata affluente al Luchetto, nel 2006 è stato realizzato un By-Pass fra quest ultimo e il Cannaio; a causa della scarsa pendenza dell intera area, il by-pass era stato progettato in contropendenza, in modo tale che entrasse in funzione solo per valori elevati di portata. E stato quindi condotto uno studio idrologico finalizzato a determinare i valori di portata dei vari tratti, in modo tale da poter decidere su quali di essi era più opportuno intervenire. E emerso che i tratti più critici sono per l appunto il by-pass e il tratto del Cannaio a monte della Strada del Padule. Pertanto, si è proceduto a due interventi principali: 1. abbassamento della quota di scorrimento del By-Pass e del tratto del Cannaio 2. riprofilatura e stabilizzazione della sponda sinistra del By-Pass I due attraversamenti sul By-Pass saranno mantenuti, utilizzando gli stessi elementi; per i tre piccoli attraversamenti sul Cannaio si utilizzeranno scatolari in calcestruzzo 1000 x 1600 mm. E stata inoltre determinata la portata duecentennale per il tratto di valle in cui Cannaio e Luchetto si riuniscono, prima di immettersi nel Serpenna; è risultato che la sezione è in grado di smaltire la portata, ma si rende necessaria un opera di selezione delle piante in alveo, in modo tale da garantire un più semplice accesso per le manutenzioni. Infine per quanto riguarda il Luchetto, si procederà al ripristino della sponda laddove si sono avuti piccoli movimenti di terra. Siena, Luglio 2013 Il Tecnico Dott. Ing. Federico Boldrini