Capitolo 32 CANALI 1 CARATTERISTICHE GENERALI Il trasporto a superficie libera presenta, rispetto a quello in pressione, il vantaggio che l acqua è ovunque a pressione molto bassa. È possibile quindi impiegare materiali meno costosi per la realizzazione delle opere. Tuttavia il trasporto a superficie libera presenta anche considerevoli svantaggi: innanzitutto l andamento altimetrico dell opera è vincolato alla linea piezometrica. Di conseguenza i canali sono disposti a modesta pendenza, e per fare ciò il tracciato deve seguire da vicino le linee di livello, il che può spesso comportate un forte allungamento del percorso, come mostrato nella figura 1.1. Percorsi di lunghezza eccessiva possono essere evitati inserendo lunghi ponti canale o sifoni in pressione per attraversare le vallate e, nei grandi canali, gallerie per superare i rilievi. Figura 1.1 Canale a mezza costa I canali possono essere realizzati completamente in terra, oppure essere dotati di rivestimento impermeabile.
2 CANALI DI TERRA I canali di terra sono ovviamente i più economici dal punto di vista strettamente costruttivo, in quanto richiedono soltanto operazioni di scavo o, talvolta, la costruzione di rilevati. I canali di terra presentano, peraltro, diversi svantaggi: a) perdono acqua per infiltrazione nel suolo; b) sono gradualmente erosi dal flusso dell acqua, per cui con il tempo perdono la forma e richiedono interventi di ripristino; c) allo scopo di contenere le erosioni devono mantenere basse velocità della corrente, e quindi richiedono sezioni ampie; c) si inerbiscono rapidamente e devono essere quindi costantemente ripuliti. Per il trasporto dell acqua i canali di terra sono oggi impiegati soltanto quando le portate sono molto elevate ed è richiesta una grande sezione, e ciò purché le perdite per infiltrazioni siano accettabili, il che dipende sia dalle caratteristiche del terreno, sia dal valore dell acqua. Invece per il drenaggio delle aree rurali si usano correntemente canali di terra anche di sezioni molto modeste. Peraltro, se i canali di drenaggio ricevono acque inquinate e c è pericolo d inquinamento della falda o del suolo, bisogna ricorrere al rivestimento. Sezione trasversale Le sezioni dei canali di terra sono generalmente di forma trapezoidale, talvolta con banchine quando il canale è molto profondo. Se il canale ha portate molto variabili, come nel caso dei canali di drenaggio (reti di bonifica), può essere dotato di una savanella, vale a dire di una canaletta centrale di piccola sezione, per mantenere raccolte le portate più modeste, e più frequenti. Talvolta la savanella è rivestita anche nei canali di terra. Nei canali di terra la pendenza delle sponde deve essere tale da assicurarne la stabilità in condizioni di saturazione. Tale pendenza può essere verificata con i metodi del cerchio di scorrimento, tipici delle verifiche geotecniche dei pendii o dei rilevati. Pendenze usuali per diversi tipi di terreno sono indicate nella tabella 2.2. Tabella 2.1 Pendenze delle sponde di canali trapezoidali (Lotti, 1974) sezione base altezza sezione di scavo in roccia compatta 0,1 0,25 1 sezione di scavo in roccia fessurata, più o meno disgregata, o conglomerati forti 0,50 1 sezione in ghiaia cementata, argilla dura, o conglomerati comuni 0,75 1 sezione in terra argillosa compatta o ghiaiosa 1 1 sezione a mezza costa terra grassa 1 1 sezione in scavo o riporto in terra grassa comune o ghiaiosa 1,5 1 sezione in scavo o riporto in terra sciolta o sabbiosa 2 1 sezione in scavo o riporto in terra molto sabbiosa 1 1 2
Nei canali molto grandi, le sponde possono essere interrotte da banchine. Ai fini del calcolo, dei valori indicativi degli indici di scabrezza di Manning per canali di terra sono elencati nella tabella 2.1. Tabella 2.1 - Coefficienti di scabrezza di Manning per canali non rivestiti condizioni della superficie n canali in terra naturale lisci e liberi da vegetazione e modesta curvatura 0,020 piccoli canali in buone condizioni 0,025 canali di terra con considerevole sviluppo di vegetazione acquatica 0,030 0,035 canali di terra con forte sviluppo di vegetazione acquatica 0,040 0,050 canali di roccia 0,050 0,100 Perdite d acqua Le perdite d acqua da un canale di terra dipendono sia dalla permeabilità del terreno, sia dalla differenza di livello tra il filo idrico nel canale e la quota piezometrica della falda. le quote relative dell acqua nel canale e nella falda possono essere variabili con le vicende meteorologiche e con la stagione, nonché con la portata nel canale. Per accertare la situazione sono necessarie indagini in loco, ripetute nelle diverse condizioni. In mancanza d informazioni di dettaglio, per valutazioni di larga massima possono essere impiegate sia raccolte di dati di natura empirica, come quelli indicati nella tabella 2.2. Tabella 2.2 - Perdite nei canali di terra, per metro quadro di contorno bagnato al giorno (Lotti, 1974) natura dei terreni perdite (m/d) argillo-limosi impermeabili 0,076 0,106 argillo-limosi medi con crosta dura sottogiacente meno di 0,60 1,00 sotto il fondo del 0,106 0,152 canale argillo-limosi ordinari, terreni proveneienti da decomposizione di rocce vulcaniche 0,152 0,228 argillo-sabbiosi conglomerati 0,228 0,305 sabbio-argillosi 0,305 0,457 sabbiosi 0,457 0,533 alluvionali (miscugli di sabbia e ghiaia) 0,609 0,762 ciottolosi e porosi 0,762 0,914 ghiaie molto permeabili 0,914 1,829 In alternativa possono essere usate formule empiriche. Tra le molte formule ricavate da rilevi eseguiti su canali esistenti, si cita quella del U.S. Bureau of Reclamation: P = 0,001 C Q / V dove: 3
P è la perdita per unità di lunghezza del canale (m 3 /s/km), Q è la portata (m 3 /s), V è la velocità dell acqua (m/s), C è una cotante che dipende dalla natura del terreno, come indicato nella tabella 2.3. Tabella 2.3 Coefficiente C della formula del U.S. Bureau of Reclamation per il calcolo delle perdite per infiltrazione (Kraatz, 1971) terreno ghiaia cementata e hardpan con franco sabbioso 0,34 argilla e franco argilloso 0,41 franco sabbioso 0,66 cenere vulcanica 0,68 sabbia 1,20 suolo sabbioso con roccia 1,68 suolo sabbioso e ghiaioso 2,20 C Erosione Per contenere l erosione delle sponde dei canali di terra, le velocità dell acqua devono essere mantenute basse. La velocità limite consigliata dipende dalla natura del suolo, come indicato nella tabella 2.4. Poiché nei canali di piccole dimensioni le velocità non erosive tendono ad essere più basse, per tener conto di questo fattore si può fare riferimento alla tabella 2.5. Tabella 2.4 Velocità non erosive massime terreno velocità massima (m/s) sabbia fine e sciolta 0,2 0,3 sabbioso 0,3 0,75 franco sabbioso 0,75 0,90 da franco a franco argilloso 0,85 1,1 argilla indurita 1,1 1,5 3 CANALI RIVESTITI 3.1 FUNZIONE DEL RIVESTIMENTO In generale, il rivestimento non ha lo scopo di reggere le sponde, ma ha serve a: - conservare la forma della sezione, impedendo l erosione e l inerbimento, in modo da diminuire gli oneri di manutenzione; 4
- ridurre le perdite d acqua, - diminuire la scabrezza, - consentire maggiori velocità di deflusso, in modo da diminuire la sezione. Tabella 2.5 - Velocità massime per canali di terra (m/s) terra del letto del canale portata (m 3 /s) 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 10,0 15,0 20,0 30,0 limo, sabbia fine, limo sabbioso 0,37 0,39 0,41 0,43 0,45 0,47 0,49 0,50 0,52 terreno mediamente sabbioso 0,46 0,49 0,52 0,54 0,56 0,59 0,61 0,63 0,65 franco leggero 0,53 0,56 0,59 0,61 0,64 0,68 0,70 0,72 0,74 franco medio, sabbia grossolana 0,59 0,63 0,67 0,69 0,72 0,75 0,79 0,81 0,84 argilla leggera, sabbia molto grossa 0,67 0,71 0,75 0,78 0,81 0,86 0,89 0,90 0,94 ghiaia fine 0,73 0,77 0,82 0,84 0,88 0,93 0,96 0,98 1,02 argilla media spessa, ghiaia media 0,82 0,87 0,92 0,95 0,99 1,05 1,09 1,11 1,16 argilla pesante, ghiaia grossolana 1,26 1,34 1,42 1,47 1,53 1,62 1,68 1,72 1,79 Invece, i rivestimenti in genere non hanno la funzione di sostegno delle sponde, che devono essere stabili anche in assenza di rivestimento. Se il terreno lungo le sponde non è autostabile, il rivestimento è sostituito da elementi strutturali di sostegno Per quanto il rivestimento consenta di aumentare le velocità, in linea di principio la corrente deve essere mantenuta lenta. nei casi di correnti veloci, o addirittura rapide, come nei canali di scarico degli scolmatori delle dighe, oppure in tratti canalizzati di torrenti montani è necessario adottare opportuni accorgimenti progettuali: - si adotta, in genere, una sezione rettangolare, - le sponde hanno funzione strutturale, - si mantiene il tracciato rettilineo, - le curve sono precedute da una dissipazione di carico, - si tiene conto delle ondulazioni che si generano con un aumento del franco, e nel caso di correnti rapide, anche del rigonfiamento della corrente per inglobamento dell aria. Ai fini del calcolo, dei valori indicativi degli indici di scabrezza di Manning per canali rivestiti sono elencati nella tabella 2.6. 3.2 TIPI DI RIVESTIMENTO Il materiale più comunemente usato per il rivestimento dei canali è il calcestruzzo. Questo può essere: - gettato in opera, - costituito da lastre prefabbricate. Se il calcestruzzo è gettato in opera devono essere predisposti dei giunti. Questi hanno le seguenti funzioni: - impedire la rottura del rivestimento per effetto di tensioni interne dovute al ritiro del calcestruzzo con la presa e l indurimento; 5
- consentire la dilatazione del calcestruzzo, soprattutto quando il canale è vuoto e la superficie esposta al sole. Tabella 2.6 - Coefficienti di scabrezza di Manning per canali rivestiti condizioni della superficie n rivestimento di calcestruzzo di cemento Portland 0,014 rivestimento di conglomerato bituminoso (posato con macchine) 0,014 rivestimento di mattoni rivestito da un intonaco di cemento 0,014 terra cementata, ben lisciata 0,015 terra cementata, scabra come una superficie di ghiaia 0,016 materiale prefabbricato di asfalto esposto 0,015 rivestimento di blocchi di calcestruzzo gettato fuori opera 0,015 0,017 rivestimento di mattoni, con facce esposte (valore di progetto) 0,0146 lo stesso misurato dopo un graduale deterioramento 0,018 rivestimento di calcestruzzo sparato, lisciato 0,016 rivestimento di calcestruzzo sparato, medio 0,017 canalette di legno 0,016 0,020 rivestimenti di terra costipata, piccoli canali 0,025 rivestimenti di terra costipata, grandi canali 0,0225 0,020 Se il rivestimento è costruito con lastre di calcestruzzo prefabbricate, i giunti sono costituiti dalle giunzioni delle lastre. I giunti devono essere impermeabilizzati con mastice bituminoso per impedire le perdite d acqua. Alcune tipologie di giunto sono illustrate nella figura 3.1. Figura 3.1 Giunti per rivestimenti di calcestruzzo 6
3.3 DRENAGGI Sotto il rivestimento deve essere disposto un drenaggio per impedire che la presenza di acqua tra il rivestimento e il terreno in condizioni di canale vuoto o in corso di svuotamento eserciti una spinta spinta verso l alto che porti al dissesto del rivestimento stesso. A questo proposito si consideri che una differenza di carico di 10 cm tra l acqua fuori e dentro il canale implica una spinta verso l interno di 100 kg/m 2. Alcuni esempi di dissesti sono illustrati nella figura 3.2. Figura 3.2 Dissesti di canali di calcestruzzo Nei terreni impermeabili le sottospinte sono dovute prevalentemente alle perdite d acqua, che dal canale s infiltrano a tergo del rivestimento. In questi casi il dissesto si verifica in fase di svuotamento del canale, quando l acqua contenuta tra il rivestimento e il terreno impermeabile viene smaltita più lentamente dell abbassamento di livello nel canale. Nei terreni molto permeabili le sottospinte si verificano solo se la falda è più alta del livello idrico nel canale. Il drenaggio è costituito da uno strato di materiale molto permeabile (ghiaia o calcestruzzo alveolare) disposto sotto il rivestimento (figura 3.3). Questo strato permette all acqua di defluire fino a un tubo drenante forato o messo in opera a giunti aperti disposto nel punto più basso della sezione, generalmente in corrispondenza dell asse del canale. Questo tuboscarica nel più vicino colatore naturale. Ovviamente l efficacia del drenaggio è condizionata dalla quota della restituzione, che deve essere più bassa del minimo livello idrico nel canale. Ciò implica, talvolta, la necessità di condotte di scarico di considerevole lunghezza. 7
Figura 3.3 Drenaggio a tergo di un rivestimento di calcestruzzo 8