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3 - Provincia di Torino

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Ing. Massimo VETTORETTI
AREA DECENTRAMENTO, SISTEMA INFORMATIVO, ORGANIZZAZIONE
SERVIZIO ASSISTENZA TECNICA AI COMUNI
CORONA VERDE 2 – AMBITO NICHELINO – PROGETTO 1
Sistema di interventi per la sistemazione naturalistica spondale e
la fruizione ciclopedonale del Sangone – Tratto pedemontano
RELAZIONE DI COMPATIBILITA’ IDRAULICA E
DIMENSIONAMENTO DEI MASSI
INTERVENTO DI SISTEMAZIONE DELLA SCOGLIERA IN TRANA
INDICE
1
PREMESSA .......................................................................................................................... 3
2
RELAZIONE SULLA COMPATIBILITÀ IDRAULICA............................................................. 4
2.1
RELAZIONE DI DIMENSIONAMENTO DEI MASSI DA IMPIEGARSI NELLA SISTEMAZIONE DELLA
SCOGLIERA................................................................................................................................. 5
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
Le condizioni critiche di moto incipiente ................................................................. 6
Calcolo delle condizioni critiche di moto incipiente................................................. 8
Calcolo della tensione di trascinamento critica....................................................... 8
Definizione del peso dei massi da impiegarsi......................................................... 9
2
AREA DECENTRAMENTO, SISTEMA INFORMATIVO, ORGANIZZAZIONE
SERVIZIO ASSISTENZA TECNICA AI COMUNI
CORONA VERDE 2 – AMBITO NICHELINO – PROGETTO 1
Sistema di interventi per la sistemazione naturalistica spondale e
la fruizione ciclopedonale del Sangone – Tratto pedemontano
RELAZIONE DI COMPATIBILITA’ IDRAULICA E
DIMENSIONAMENTO DEI MASSI
INTERVENTO DI SISTEMAZIONE DELLA SCOGLIERA IN TRANA
1 Premessa
L’intervento di sistemazione dell’area posta a margine dell’abitato di Trana, nell’ambito
perifluviale della sinistra orografica del Sangone, prevede la realizzazione di un percorso ciclopedonale che si sviluppa al di sopra della sponda, regolarizzando la geometria con la
costruzione di una piccola palificata a doppia parete.
La sponda sinistra, in quel tratto, è interessata da una scogliera in massi, realizzata circa 15-20
anni fa, che durante l’ultimo evento alluvionale dell’autunno 2011 è stata parzialmente e
puntualmente disarticolata. Pertanto, pur non essendo previsti in progetto preliminare
lavorazioni inerenti la difesa spondale, si ritiene importante destinare una parte delle risorse alla
riparazione delle porzioni collassate.
L’intervento previsto di riparazione con tecnica del “cuci-scuci” si configura come manutenzioneriparazione puntuale della scogliera, pertanto seguirà una relazione di calcolo e
dimensionamento dei massi da impiegarsi nelle operazioni di sistemazione.
Per quanto riguarda la verifica della stabilità globale della difesa si evidenzia che, da ricerca
effettuata, non sono reperibili elaborati di progetto che forniscano indicazioni circa il
dimensionamento della scogliera; pertanto, non ritenendo opportuno procedere a saggi
esplorativi per la determinazione della geometria del manufatto, si prevede di eseguire, in fase
esecutiva, prove specifiche sulla capacità portante in relazione ai carichi di progetto.
Gli interventi di sistemazione ricadono entro le fasce A e B, pertanto, in ottemperanza a quanto
previsto dalla Direttiva 2/99 e dall’art. 38 del PAI, è stata redatta la seguente relazione di
compatibilità idraulica.
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la fruizione ciclopedonale del Sangone – Tratto pedemontano
RELAZIONE DI COMPATIBILITA’ IDRAULICA E
DIMENSIONAMENTO DEI MASSI
INTERVENTO DI SISTEMAZIONE DELLA SCOGLIERA IN TRANA
2 Relazione sulla compatibilità idraulica
La presente relazione è resa in ottemperanza a quanto previsto dalla Direttiva 2/99 e dall’art. 38
del Piano di Assetto Idrogeologico, in quanto alcuni tratti degli interventi previsti in progetto
ricadeno all’interno delle fasce fluviali A e B del Torrente Sangone. Pertanto secondo quanto
contenuto nelle premesse della Direttiva: “Fatto salvo quanto previsto agli artt. 29 e 30, all'interno
delle Fasce A e B è consentita la realizzazione di opere pubbliche o di interesse pubblico, riferite a
servizi essenziali non altrimenti localizzabili, a condizione che non modifichino i fenomeni idraulici
naturali e le caratteristiche di particolare rilevanza naturale dell’ecosistema fluviale che possono aver
luogo nelle fasce, che non costituiscano significativo ostacolo al deflusso e non limitino in modo
significativo la capacità di invaso, e che non concorrano ad incrementare il carico insediativo. A tal fine
i progetti devono essere corredati da uno studio di compatibilità, che documenti l'assenza dei suddetti
fenomeni e delle eventuali modifiche alle suddette caratteristiche, da sottoporre all’Autorità competente,
così come individuata dalla direttiva di cui al comma successivo, per l’espressione di parere rispetto la
pianificazione di bacino”, di seguito verranno descritti gli interventi ricadenti nelle zone fasciate
ed analizzati gli impatti e gli effetti rispetto all’idrodinamica del corso d’acqua.
Le opere del progetto ricadono principalmente al di fuori della perimetrazione delle fasce
fluviali, fatti salvi i seguenti interventi che risultano interessare la zona compresa tra la fascia A
e la fascia B-C.
In particolare:
- la realizzazione di un tratto breve di ciclopista che collega il margine urbanizzato del
Comune di Rivalta con la pista ciclopedonale esistente al di sopra della sponda destra
nel Comune di Bruino
- la realizzazione di una piccola area di sosta-parcheggio, interamente pavimentata con
ghiaia inerbita, posta a lato del tratto di pista sopra descritto
- la realizzazione di un tratto di percorso ciclopedonale con finitura in ghiaietto di
collegamento tra la SP 184, all’altezza del ponte sul Sangone, ed il sistema di strade
bianche esistenti anch’esse oggotto di sistemazione senza modifica di geometria,
tracciato e tipologia di pavimentazione
- la sistemazione di un’area verde esistente posta a contorno del concentrico del
Comune di Trana verso la sponda sinistra del Sangone a monte del ponte della SP 589.
Secondo quanto previsto dalla Direttiva 2/99 occorre valutare gli effetti degli interventi in
progetto con attenzione alle interazioni rappresentate da modifiche indotte sul profilo inviluppo
di piena, riduzione della capacità di invaso dell’alveo, interazione con le opere di difesa
idrauliche, modifiche indotte sull’assetto morfologico planimetrico e altimetrico dell’alveo inciso e
di piena, modifiche indotte sulle caratteristiche naturali e paesaggistiche della regione fluviale.
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RELAZIONE DI COMPATIBILITA’ IDRAULICA E
DIMENSIONAMENTO DEI MASSI
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Gli effetti delle opere in progetto, rispetto ai sopra descritti ambiti di interazione e modificazione
delle caratteristiche idrodinamiche e di capacità di deflusso del corso d’acqua, sono da ritenersi
nulli in quanto gli interventi non costituiscono:
- riduzione della capacità delle zone allagabili per riduzione delle superfici o per
inserimento di ostacoli
- restringimenti alle sezioni dell’alveo o ostacoli al deflusso nel tratto di corso d’acqua
sotteso
- modifica alla morfologia attuale con variazioni altimetriche dei profili attuali del terreno
- modifiche alle attuali conformazioni delle opere di difesa spondale
- modifiche significative delle condizioni di scabrezza delle aree fasciate
Alla luce di quanto sopra descritto si ritiene che le opere debbano ritenersi compatibili dal punto
di vista idraulico, inoltre si ritiene che la valutazione degli effetti sui profili di piena mediante
analisi idraulica di comparazione tra la situazione attuale e quella di progetto, sia da ritenersi
superflua in quanto non vi sono modifiche alla morfologia ed alle condizioni di deflusso tali da
far rilevare significative variazioni.
2.1 Relazione di dimensionamento dei massi da impiegarsi nella
sistemazione della scogliera
L’intervento di cuci-scuci previsto nel tratto di scogliera interessato dal sovrastante passaggio
del corridoio ciclopedonale, nell’ambito del progetto Corona Verde 2 – Nichelino 1, si rende
necessario in quanto la scogliera esistente è in parte disarticolata. In particolare si rendo
opportuno intervenire puntualmente in quanto a tratti l’opera mantiene condizioni di efficienza
mentre localmente necessita di una manutenzione straordinaria.
I principali fenomeni responsabili delle inefficienze delle opere di difesa longitudinale sono
l’erosione degli elementi della scogliera e del materiale di fondazione. Considerando che la
fondazione non è scalzata gli interventi di riparazione sono limitati al paramento. Pertanto di
seguito verrà eseguita la verifica del dimensionamento dei massi da impiegare nelle operazioni
di ricostruzione, considerando che l’erosione degli elementi della scogliera può essere limitata e
contrastata tramite la scelta di un’opportuna pezzatura dei massi oltre alla pendenza con la
quale essi vengono posati.
L’analisi della stabilità del materiale utilizzato per le opere di difesa idraulica previste in
condizioni di progetto è svolta secondo la seguente procedura:
1.
definizione dei parametri idraulici di interesse;
2.
caratterizzazione del materiale e verifica della sua stabilità nella situazione di progetto.
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2.1.1 Le condizioni critiche di moto incipiente
Differenti formule di calcolo sono disponibili in letteratura per la valutazione della stabilità di
materiali di assegnata granulometria soggetti all'azione di trascinamento della corrente.
Questi procedimenti si basano sulla determinazione dei valori critici (in generale desunti da dati
sperimentali) delle velocità o delle tensioni tangenziali (intesi come valori che corrispondono alle
condizioni di moto incipiente per il materiale considerato) e sul confronto con i valori reali di tali
grandezze.
L’analisi delle condizioni critiche di moto incipiente è effettuata mediante l'utilizzo di formule
basate sul confronto delle tensioni di trascinamento.
Tale criterio si basa sulla definizione dello sforzo tangenziale esercitato dalla corrente sul
materiale costituente il letto fluviale, secondo la formula:
τ0 = γ ⋅ R ⋅ i
(N/m2)
dove:
-
g (N/m3) è il peso specifico dell’acqua,
-
R (m) è il raggio idraulico della sezione,
-
i (m/m) la pendenza di fondo.
La condizione di stabilità del fondo risulta quando tcr ≥ t0, ossia quando la tensione tangenziale
critica è maggiore o uguale a quella di moto incipiente esercitata dalla corrente.
La seguente analisi di stabilità è riferita alla teoria della tensione tangenziale critica (Shields 1936 - la cui formula base è stata ricavata da esperimenti su letti a granulometria uniforme di
forte scabrezza), attraverso la valutazione della forza che determina il moto incipiente dei
granuli, esprimibile in termini generali con la seguente relazione che esprime una condizione di
equilibrio:
τ cr
= Φ(Re*)
(γ s − γ )d
dove:
tcr = tensione tangenziale critica (N/m2);
gs = peso specifico materiale d’alveo (N/m3);
g = peso specifico dell’acqua (N/m3);
d = diametro del granulo (m);
F= parametro adimensionale dipendente dalle caratteristiche dei granuli, del letto fluviale e dal
numero di Reynolds (Re*) relativo alla velocità di attrito (u* =
6
τ cr ρ
).
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DIMENSIONAMENTO DEI MASSI
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Per la traduzione della condizione di equilibrio suddetta in termini empirici ed ingegneristici sono
state proposte varie formulazioni, derivanti da osservazioni sperimentali, ciascuna caratterizzata
da limiti e campi di applicabilità specifici che ne condizionano l’utilizzo alla preventiva
definizione della tipologia dei substrati naturali o artificiali e del comportamento idraulico
dell’alveo.
In particolare alcuni autori hanno individuato valori empirici specifici del parametro di Shields:
-
F = 0,058 ÷ 0,060 nell’ espressione originale di Shields, valida in moto turbolento Re*>1000
e con diametro medio del materiale molto inferiore del tirante idrico;
-
F = 0,116 nell’ espressione di Kalinske, che considera un fattore di compattezza del
materiale rappresentante l'effetto di mutuo incastro delle particelle;
0,5
⎡
⎛d⎞ ⎤
0,06⎢1 + 0,67⎜ ⎟ ⎥
⎝ h ⎠ ⎦⎥
⎣⎢
F=
nella formulazione di Armanini, valida per diametri comparabili con il tirante idrico h.
Per le verifiche di stabilità dei massi costituenti le opere di difesa in progetto verrà fatto
riferimento, nel caso specifico, all’espressione di Shields nella formulazione di Armanini.
Per le verifiche di stabilità del paramento inclinato, la condizione di moto incipiente va espressa
considerando le componenti attive del peso e della spinta idrodinamica in relazione alla
pendenza (a) della sponda rispetto all'orizzontale. A tal scopo è normalmente utilizzata la
seguente espressione (E.Lane, 1953):
⎡
tg 2α ⎤
τ cr (α ) = τ cr (0)⎢cos α 1 − 2 ⎥
tg ϕ ⎦⎥
⎣⎢
dove
tcr (0)= tensione critica sul fondo,
f = angolo d’attrito interno del materiale.
Dal confronto fra le tensioni tangenziali esercitate dalla corrente sul fondo e la corrispondente
tensione tangenziale critica legata alla pezzatura del materiale utilizzato per il rivestimento, è
possibile verificarne la stabilità in alveo identificando le dimensioni dei massi impiegati
attraverso il diametro medio di calcolo D50.
Volendo esprimere l'ordine di grandezza dei massi tramite il loro peso, si consideri che, in
generale, il volume di elementi di forma abbastanza regolare è compreso tra quello di un cubo
di lato pari alla dimensione caratteristica calcolata D50 e quello di una sfera di tale diametro.
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Il rapporto tra questi due volumi è 0,52, mentre il volume del masso caratteristico sarà circa pari
a 0,8 volte il volume del cubo.
Quindi, per calcolare il volume del masso caratteristico si può utilizzare la seguente semplice
formula:
V = 0,80 (D50)3
Il volume per il peso specifico del materiale utilizzato fornisce il peso corrispondente del
materiale impiegato.
Di seguito si descrivono i calcoli eseguiti per la verifica delle opere in progetto, per la quale si
sono adottati i parametri idraulici calcolati nella configurazione di progetto TR200 anni.
2.1.2 Calcolo delle condizioni critiche di moto incipiente
La tensione tangenziale t0 agente sul fondo (piede della difesa nel caso specifico) è stata
calcolata con riferimento all’espressione:
τ0 = γ ⋅R ⋅i
assumendo
g = 1000 kg/m3 peso specifico dell’acqua;
R = raggio idraulico nella sezione d’alveo inciso a monte della scogliera, pari a 2.05 m;
i = pendenza media di fondo del tratto pari a 0,019 m/m.
Dall'applicazione della formula sopraccitata risulta:
t0 = 38.95 kg/m2
2.1.3 Calcolo della tensione di trascinamento critica
Di seguito sono riportati i risultati ottenuti applicando le diverse formulazioni nel caso di fondo
alveo; la formula utilizzata è quella di Armanini. La condizione di stabilità è cautelativamente
superata assumendo un diametro di riferimento D50 pari a 0.90 m e un peso specifico dei massi
pari a circa 2400 kg/m3, che determinano una tensione di trascinamento critica sul fondo pari a
98 kg/m2 (superiore alla tensione agente sul fondo, pari a 38.95 kg/m2 con un coefficiente di
sicurezza pari a circa 2.52).
τ cr
= Φ(Re*)
(γ s − γ )d
tcr
98 kg/m²
tw
38.95 kg/m²
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tcr>tw Rapporto 2.52
Trasponendo tali valori sulla sponda (paramento inclinato della difesa) ed assumendo un
angolo della scarpata pari a 56° (paramento inclinato di 2/3) ed un angolo di attrito del materiale
pari a 75° (valido nel caso specifico in cui l’elevata pezzatura dei massi determina un effetto
rilevante di mutuo incastro) si ottiene una tensione critica di 50.29 kg/m2 (superiore alla
tensione agente sulle sponde pari a 19.98 kg/m2 con un coefficiente di sicurezza pari a circa
2.51)
2.1.4 Definizione del peso dei massi da impiegarsi
Con riferimento a quanto precedentemente descritto, il diametro teorico di 0,90 m comporta un
volume teorico di un masso sferico pari a:
V = 0.8 × d3 = 0,60 m3
a cui corrisponde un peso del masso di circa 1440 kg.
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