(APQ Difesa Suolo - D.G.R. 1001/2005 - cod. DS.NA.03/1) · soprattutto per le correnti a pelo...

Relazione di calcolo idraulico

- PROGETTO DEFINITIVO -

di LETTERE, CASOLA di NAPOLI e S. ANTONIO ABATE

della COLLINA di DEPUGLIANO INCOMBENTI sui COMUNI

SISTEMAZIONE IDROGEOLOGICA dei VERSANTI

PROGETTAZIONE

2

1

0

Rev.DATA DESCRIZIONE DELLA REVISIONE

ELABORATO n° SCALA CODICE PROGETTO

POR Campania FESR 2007/2013D.G.R. 496/2013 - Iniziative di accelerazione della spesa - Allegato 1 - ID 01

(APQ Difesa Suolo - D.G.R. 1001/2005 - cod. DS.NA.03/1)

Il Responsabile del Procedimento:

ing. MASSIMO DELLA GATTA

aggiornamento 2014

SNAMPROGETTI S.p.A. progettazione definitiva, relazione geologica e Piano di Sicurezza di cui al Contratto di

Il Segretario Generale dell'AdB:

avv. LUIGI STEFANO SORVINO

12/04

12/14

(Mandataria)

- ing. LUIGI FARIELLO

- geol. ANTONELLA GUERRIERO

- arch. ORNELLA PISCOPO

- arch. MAURO VINCENTI

GRUPPO DI LAVORO (ex Ord. n. 15 del 17/02/14) :

(elaborati di calcolo, specialistici e contabili)

(studi ed elaborati geologico-tecnici)

(inserimento urbanistico e fattibilità ambientale)

(elaborati grafici e Piano di Sicurezza e Coordinamento)

Servizi Rep. n° 9 del 07.04.2004 - approvata con D.G.R. n. 1888/2005

verifica ed adeguamento tecnico-normativo, contabile ed amministrativo degli elaborati

progettuali di cui alla Rev. 0

Sistemazione idrogeologica dei versanti della collina di Depuglianoincombenti sui Comuni di Lettere, Casola di Napoli e S. Antonio Abate

(APQ Difesa Suolo – D.G.R. 1001/2005 – COD. DS.NA.03/1)

Progetto Definitivo – Aggiornamento 2014

Rev. 0 - dicembre 2004Relazione Idraulica Pagina 1 di 25

Rev. 1 - dicembre 2014

INDICE

1. PREMESSA................................................................................................................ 2

2. IL MODELLO MATEMATICO UTILIZZATO ............................................................... 4

2.1. CARATTERISTICHE PRINCIPALI.................................................................................. 4

2.2. VALUTAZIONE DELLA CONDUCIBILITÀ IDRAULICA ........................................................ 7

2.3. VALUTAZIONE DEL PARAMETRO DI MANNING ............................................................. 8

2.4. VALUTAZIONE DELLE PERDITE DI ENERGIA SPECIFICA............................................... 11

2.5. PROCEDURA DI CALCOLO....................................................................................... 12

2.6. DETERMINAZIONE DEL TIRANTE DI STATO CRITICO ................................................... 13

2.7. REGIMI DI CORRENTE MISTA................................................................................... 13

2.8. CREAZIONI DI SEZIONI TRASVERSALI FITTIZIE........................................................... 15

3. MODELLAZIONE IDRAULICA DEGLI ALVEI .......................................................... 16

4. VASCHE ................................................................................................................... 19

4.1. VASCA COTTIMO ................................................................................................... 19

4.2. VASCA SALETTA.................................................................................................... 20

5. OPERE DI ADEGUAMENTO IDRAULICO FUNZIONALE........................................ 22

5.1. CANALI E COLLETTORI DI PROGETTO....................................................................... 22

5.1.1. Portate pluviali.............................................................................................. 22

5.1.2. Verifiche idrauliche ....................................................................................... 23

5.1.3. Manufatti della rete di drenaggio .................................................................. 25

5.2. CANALI ESISTENTI ................................................................................................. 25

5.2.1. Canale della Saletta ..................................................................................... 25

5.2.2. Alveo Cottimo............................................................................................... 25






1. PREMESSA

Il presente aggiornamento progettuale di livello definitivo (Rev. 1 – dicembre 2014),

redatto dal personale interno all’Autorità di Bacino della Campania Centrale (Gruppo di

Lavoro costituito con Ord. n. 15 del 17.02.2014 del Commissario Straordinario pro

tempore), concerne la verifica e l’adeguamento della precedente versione di pari livello

(Rev. 0 – dicembre 2004)1 – redatta dall’ATI Snamprogetti S.p.A. (mandataria) a seguito di

apposito Contratto di Servizi Rep. n. 9 del 07.04.20042 ed approvata con D.G.R. n.

1888/2005 – ai sopraggiunti scenari tecnici e normativi. In particolare, l’attività di

aggiornamento si inquadra nelle iniziative di accelerazione della spesa di cui alla D.G.R. n.

148 del 27.05.2013, atteso che il progetto di cui trattasi rientra tra quelli ritenuti selezionabili

dalla D.G.R. n. 378 del 24.09.2013, nonché nel bacino dei progetti potenzialmente coerenti

da ammettere a finanziamento sul POR FESR Campania 2007/2013 di cui all’Allegato 1

della D.G.R. n. 496 del 22.11.2013 (cfr. interventi di cui all’A.P.Q. Difesa Suolo – Delibere

CIPE 142/1999, 84/2000, 17/2003 e 20/2004 – ID 1), per un importo complessivo di 10

milioni di Euro.

1già oggetto di verifica “interna” da parte del RUP con verbale del 15.02.2005

2Contratto di Servizi per “Progettazione definitiva, relazione geologica e Piano di Sicurezza” tra la Mandataria

ed il Segretario Generale pro tempore






La presente relazione idraulica è suddivisa in due parti: la prima, relativa al

dimensionamento ed alla verifica degli interventi previsti lungo gli alvei naturali; la seconda,

alla progettazione degli interventi di regimazione “artificiale” delle acque (canali in c.a. e

collettori).

Con riferimento alla prima problematica, si procederà all’individuazione – mediante

modellazione matematica dei fenomeni di rigurgito, di esondazione e di allagamento – dei

livelli di “pericolosità” e di “rischio” che caratterizzano i valloni presi in esame nell’ambito del

presente progetto definitivo (Rev. 1). In particolare, vengono esaminati e modellati i

fenomeni che, in base alle analisi idrologiche eseguite, potrebbero verificarsi – per valori

del periodo di ritorno T=100 anni – lungo i valloni Rendina e Cottimo, nonché lungo il

canale San Giorgio e l’Alveo Strada n. 2.

L'analisi viene sviluppata mediante un modello matematico che, pur utilizzando un

“approccio unidimensionale", lo generalizza e lo adatta per poter meglio portare in conto

l'effettiva geometria delle sezioni trasversali e l'effettivo andamento plano-altimetrico sia dei

valloni veri e propri che delle “aree golenali” ad esso contigue, qualora interessate da

allagamento a seguito di tracimazione. Nelle pagine che seguono saranno illustrate, tra

l’altro, le ipotesi di base e le principali caratteristiche del modello matematico utilizzato.

I risultati delle elaborazioni effettuate sono sintetizzati nella presente relazione

relativamente alle verifiche eseguite con riferimento alle condizioni attuali e di progetto degli

alvei Rendina, Cottimo e San Giorgio e di progetto dell’Alveo Strada n. 2.

Nella seconda parte della presente relazione vengono, invece, dimensionati i collettori

per il convogliamento delle portate meteoriche ed i canali in c.a. di collegamento alle

principali opere idrauliche previste.






2. IL MODELLO MATEMATICO UTILIZZATO

2.1. CARATTERISTICHE PRINCIPALI

Il modello matematico utilizzato nelle analisi dei fenomeni di rigurgito che possono

svilupparsi a seguito di piogge di notevole intensità e durata è il ben noto HEC-RAS

(Hydrologic Engineering Center - River Analysis System, Versione 3.1.2), sviluppato dal

U.S. Army Corps of Engineers, sotto l’acronimo HEC-2 (moto permanente) e HEC-5 (moto

vario), a partire dagli anni ’70.

Esso è basato su una modellazione matematica di tipo “unidimensionale esteso”, che

consente, per assegnati valori delle portate in ingresso nei diversi tratti, di determinare i

profili di corrente che possono realizzarsi sia in condizioni di moto permanente che in

condizioni di moto vario.

Le due equazioni sulle quali si basa sono le classiche equazioni del moto e di continuità,

che, con riferimento a condizioni di moto permanente, si scrivono nella forma:

a) Equazione del moto:

Jdx

dE (1)

b) Equazione di continuità:

0dx

dQ(2)

L’equazione del moto esprime un bilancio di tipo energetico. In pratica, tale equazione

afferma che la variazione, per unità di percorso, dell’ energia specifica E della corrente

(energia per unità di peso del liquido) è pari alle perdite continue derivanti dagli scambi

turbolenti e dai fenomeni viscosi che si sviluppano tra strati a differenti velocità esistenti

all’interno della massa fluida, rappresentati dal termine J.

Il software HEC-RAS è, per altro, in grado di portare in conto anche le perdite di energia

dovute a fenomeni di contrazione o di espansione della corrente tra due sezioni successive.

L’equazione della continuità esprime, a sua volta, un bilancio tra le masse entranti ed

uscenti da un tronco elementare d’alveo di lunghezza dx. Nell’ipotesi, senz’altro veritiera

soprattutto per le correnti a pelo libero, in cui la densità del fluido possa ritenersi costante, il

suddetto bilancio si può effettuare indifferentemente tra le masse o, come nel caso in

esame, tra volumi d’acqua in ingresso ed uscita dal tronco. In condizioni di moto

permanente ed in assenza di portate laterali in ingresso ed uscita, la suddetta equazione si

può scrivere nella seguente maniera:






tQdx

dQcos0 (3)

con il valore della costante eventualmente variabile da tronco a tronco.

Viceversa, nel caso di portate variabili lungo il percorso, la (3) può scriversi nella forma:

qdx

dQ (3’)

con q portata uscente per unità di lunghezza, data, nel caso di sfiori, da

23

,2

3

, 22 SxsfSxSxDxsfDxDx hhghhgq (4)

essendo

Dx e Sx , rispettivamente, i coefficienti di efflusso sulle soglie di sfioro poste in

destra ed in sinistra idraulica;

Dxsfh , e Sxsfh , , rispettivamente, le altezze (riferite al fondo della sezione) delle soglie

di sfioro poste in destra e in sinistra idraulica;

Dx e Sx , rispettivamente, due indici di Kroneker, pari ad uno se il tirante idrico è

più alto dell’altezza della soglia corrispondente e pari a zero nel caso opposto.

Il software HEC-RAS utilizza, inoltre, anche l’equazione di bilancio delle quantità di

moto, scritta nella forma approssimata

tg

vQcos

(5)

nella quale è la sezione idraulica e è l’affondamento del baricentro della sezione

idrica.

Tale equazione viene utilizzata, più in particolare, in tutte quelle situazioni in cui il profilo

di corrente è rapidamente variabile, come nei risalti idraulici o nelle confluenze, e, pertanto,

non risulta più possibile applicare in modo affidabile il principio di conservazione

dell’energia descritto dalla (1).

Il software utilizzato è capace, inoltre, di valutare gli effetti di vari ostacoli eventualmente

presenti in alveo, come ponti, tombini, sottopassi, rilevati stradali o ferroviari ed altre

strutture. Esso, pertanto, si presenta particolarmente utile nel caso in esame, anche in

relazione alla necessità di simulare il comportamento idraulico del sottopasso

dell’Autostrada A30 presente nel tratto più a monte.

Il sistema di equazioni differenziali costituito dalle equazioni (1) e (2) è risolto






numericamente per differenze finite.

Discretizzando l’equazione (1), si può scrivere:

ehEE 12 (6)

in cui l’energia specifica E è pari a :

g

vyzE

2

2(7)

essendo:

z = la quota di fondo della sezione trasversale;

y = il tirante idrico;

v = la velocità media di portata;

g = l’accelerazione di gravità;

= il coefficiente correttivo per le velocità (primo coefficiente di Coriolis);

Quindi, la (1) si può scrivere nella forma:

ehg

vzy

g

vzy

22

211

11

222

22

(8)

dove eh sono le perdite di energia tra le due sezioni 1 e 2.

La successiva Figura 1 mostra i vari termini che rientrano nell’equazione del moto.

Fig. 1 – Schema di definizione

Le perdite di energia tra due sezioni trasversali si possono valutare con la seguente

equazione:

g

v

g

vcJlhe

22

211

222

(9)

dove:

J = perdite di energia per unità di lunghezza






c = coefficiente di perdita per espansione o contrazione laterale

2.2. VALUTAZIONE DELLA CONDUCIBILITÀ IDRAULICA

In conseguenza delle differenti caratteristiche di scabrezza delle diverse parti del

perimetro bagnato e di repentini allargamenti di sezione che potrebbero verificarsi

nell’ambito delle sezioni trasversali, per la determinazione della conducibilità totale è

necessario che la sezione idrica sia suddivisa, preventivamente, in parti omogenee,

all’interno delle quali la velocità possa ritenersi, almeno approssimativamente,

uniformemente distribuita.

L’approccio usato da HEC-RAS è quello di suddividere la sezione idrica in varie strisce

verticali, tracciate a partire da quei punti del contorno nei quali si verifica una variazione

della larghezza e/o del coefficiente di Manning, seguendo la procedura illustrata nella

successiva Figura 2:

Fig. 2 – Suddivisione delle sezioni trasversali in strisce verticali

La conducibilità idraulica relativa ad ognuna delle strisce è calcolata con la formula di

Manning:

2

1

ikQ (10)

dove

3

2486.1

ARn

k (11)

Si osservi che la (11) è valida nel sistema di misura anglosassone. In essa, si sono

posti:

k = conducibilità idraulica relativa ad ogni singola striscia;






n = parametro di scabrezza di Manning relativo alla singola striscia

A = sezione idrica;

R = raggio idraulico.

Il software, valutati i singoli termini relativi alle varie strisce, e calcolata la portata

defluente all’interno di ciascuna di esse, passa poi a sommare tutte le portate così valutate,

avendo altresì cura di valutare sia la portata complessivamente convogliata sulla banchina

sinistra che su quella destra.

La conducibilità idraulica per il canale principale si valuta, di norma, senza nessuna

suddivisione. In questo caso, il coefficiente di Manning è valutato con la seguente

equazione:

3

2

1

5.11 )(

p

i

ic

P

nPn (12)

dove:

cn = il coefficiente equivalente di Manning

iP = perimetro bagnato i esimo

in = coefficiente di Manning associato a questo

P = perimetro bagnato dell’intero canale principale.

2.3. VALUTAZIONE DEL PARAMETRO DI MANNING

Per un corretto calcolo del profilo di corrente è dì fondamentale importanza la

valutazione del coefficiente di Manning n. Il valore del coefficiente n è molto variabile e

dipende da numerosi fattori come: l'attrito della superficie; la presenza di vegetazione;

l’irregolarità del canale; la presenza di depositi o di fenomeni erosivi; la forma e la

dimensione del canale; la presenza o meno dì trasporto di materiale in sospensione o di

fondo.

Un'attenta valutazione dei valori di n per i canali naturali o artificiali si può trovare nel

libro di Chow intitolato “Open Channel Hydraulics”, dal quale è stata estratta la Tabella I di

seguito riportata.

Sebbene ci siano molti fattori che influenzano la scelta del valore di n per un canale,

alcuni fattori più importanti sono il tipo e la dimensione dei materiali che compongono il letto

e le sponde del canale e la forma del canale stesso.

Cowan (1956), per determinare il valore da attribuire al parametro n di Manning, sviluppò






un procedimento per la stima degli effetti di questi fattori sul parametro stesso. Nel

procedimento di Cowan, il valore di n è determinato in base alla seguente espressione:

n = (nb+n1+n2+n3+n4) m (13)

dove

nb = valore base di n per canali lineari costituiti da materiali naturali;

n1 = valore aggiunto per correggere le irregolarità della superficie;

n2 = valore per le variazioni della forma e delle dimensioni del canale;

n3 = valore per le ostruzioni;

n4 = valore per la vegetazione e le condizioni di moto;

m = fattore correttivo che tiene conto della presenza dei meandri.

Per la valutazione del valore base di n esistono diverse espressioni e tabelle (cfr.

seguente Tabella I) tra le quali la seguente formula di Limerinos:

84

6

1

log0.216.1

0926.0

d

R

Rn (14)

dove:

R = raggio idraulico (in piedi - N.B.: il valore deve essere compreso tra 1 e 6 piedi)

d84 = diametro (in piedi) delle particelle in corrispondenza del passante all’84% in

volume. (il valore deve essere compreso tra 1.5 mm e 250 mm).






Valori del coefficiente di M anning

Tipo di canale e descrizione Minimo Normale Massimo

Canale principale

Pulito, dritto, nessuna

fenditura o buca profonda 0,025 0,03 0,033

Come sopra ma con più sassi

e sterpaglie 0,03 0,035 0,04

Pulito, ma con alcune buche e

ostacoli 0,033 0,04 0,045

Come sopra ma con pietre ed

erbacce 0,035 0,045 0,05

Come sopra ma con zone di

flusso bloccato 0,04 0,048 0,055

Come sopra ma con più pietre0,045 0,05 0,06

Con tratti lenti ma e con buche

profonde 0,05 0,07 0,08

Cnali molto erbosi e con

buche profonde 0,07 0,1 0,15

Banchine

Pascoli senza boscaglia

Erba bassa 0,025 0,03 0,035

Erba alta 0,03 0,035 0,05

Aree coltivate

Senza raccolto 0,02 0,03 0,04

Raccolto maturo a righe 0,025 0,035 0,045

Raccolto a campo 0,03 0,04 0,05

Boscaglia

Boscaglia sparsa 0,035 0,05 0,07

Bosco leggero ed alberi in

inverno 0,035 0,05 0,06

Come sopra ma in estate 0,04 0,06 0,08

Boscaglia fitta in inverno 0,045 0,07 0,11

Come sopra ma in estate 0,07 0,1 0,16

Alberi

Terra pulita con ceppi d'albero

senza germogli 0,03 0,04 0,05

Come sopra ma con germogli0,05 0,06 0,08

Fitte foreste di alberi da legna,

pochi alberi bassi con poco

sottobosco e con flusso sotto i

rami 0,1 0,12 0,16

ome sopra ma con il flusso tra

i rami 0,1 0,12 0,16

Salici densi 0,12 0,15 0,2

Corsi montani, senza vegetazione nel canale, con le sponde molto

pendenti, con alberi e boscaglia sulle sponde fuori terra

Letto: ghiaia, ciottoli ed alcuni

massi 0,03 0,04 0,05

Letto: ciottoli con grossi massi 0,04 0,05 0,07

Tabella I - Valutazione del Coefficiente di Manning






Poiché HEC-RAS è un programma che, per il calcolo dei profili di corrente, utilizza un

modello unidimensionale, è necessario valutare un coefficiente correttivo per l’energia

cinetica che tenga conto dei diversi valori della stessa all’interno di una sezione trasversale.

La figura 3 mostra come si ottiene il coefficiente di ragguaglio α per una sezione trasversale

che presenta un canale principale e una banchina destra.

Fig. 3 – Valutazione del coefficiente di ragguaglio α dell’energia cinetica

Il coefficiente è calcolato effettuando una media pesata sulle portate della velocità media

di portata, avvalendosi dell’espressione seguente:

21

22

2

21

12 22

2 QQ

g

vQ

g

vQ

g

v

(15)

che è uguale a

221

222

211

VQQ

VQVQ

(16)

Quindi, in generale, si può scrivere:

2

2222

211 ]...........[

VQ

VQVQVQ NN

(17)

2.4. VALUTAZIONE DELLE PERDITE DI ENERGIA SPECIFICA

La valutazione di J è fatta per ogni sezione trasversale con l’equazione di Manning come

segue:

2

K

QJ (18)






Il problema è come valutare il suo valore medio all’interno del tronco di calcolo. I testi di

Idraulica consigliano, di norma, di fare riferimento ad una media dei valori di J calcolabili

rispettivamente in corrispondenza della sezione iniziale e finale del tronco. Tale media

potrà essere una media aritmetica, geometrica o armonica in funzione delle condizioni di

corrente.

A tale proposito, può osservarsi che il software HEC-RAS provvede, automaticamente,

ad individuare il tipo di media da effettuare proprio in relazione al tipo di corrente che si va

ad instaurare nell’ambito di ciascun tronco di calcolo.

2.5. PROCEDURA DI CALCOLO

La quota di pelo libero in una determinata sezione si valuta attraverso la risoluzione, per

tentativi, dell’equazione di conservazione dell’energia.

Più in particolare, la procedura di calcolo adottata da HEC-RAS è la seguente:

1) si ipotizza un tirante idrico (nella sezione più a monte se si sta calcolando un profilo

di corrente lenta; in quella più a valle se si sta tracciando un profilo di corrente

veloce);

2) in base al tirante idrico ipotizzato si calcola la corrispondente conducibilità idraulica

e la corrispondente energia cinetica;

3) con i valori calcolati nei punti 1 e 2 si risolve l’equazione dell’energia

4) si confronta il valore ipotizzato nel punto 1 con quello calcolato al punto 4; se i valori

coincidono (a meno di un prefissato errore assoluto), il processo iterativo si arresta;

altrimenti, si ripetono tutti i passi sopra descritti fino a quando non si verifica uno

scarto massimo minore di 3 mm (o un’altra tolleranza definita dall’utente).

5) il software procede iterativamente fino ad un numero massimo di iterazioni; se il

programma non converge entro il numero massimo di iterazioni prefissato, assume

che nella sezione si realizzino condizioni di stato critico, per cui calcola il tirante di

stato critico. Poi, il programma confronta se il tirante con il minore errore (tra quelli

trovati per tentativi all’interno dell’iterazione) è contenuto in una tolleranza

predefinita. Se accade questo, e inoltre, questo tirante è congruente con il tipo di

corrente che si sta analizzando (si sta analizzando una corrente lenta il tirante deve

essere superiore a quello di stato critico), allora il programma userà questo valore

come corretto anche se ci sarà un warning che avverte di questo.

6) se, al contrario, il tirante con il minor errore non rispetta la tolleranza predefinita,

oppure non è congruente alla corrente analizzata, il programma in quella sezione

assumerà il tirante di stato critico. In questo caso, molto probabilmente il motivo per






il quale il programma non converge è dovuto ad un numero non adeguato di sezioni

introdotte.

2.6. DETERMINAZIONE DEL TIRANTE DI STATO CRITICO

La condizione di stato critico in una sezione viene calcolata dal programma in base alla

sua stessa definizione: lo stato critico è la condizione in corrispondenza della quale la

corrente di portata Q viene a defluire, in una data sezione, con il minimo contenuto

possibile di energia totale. Il carico totale è definito dalla seguente equazione:

g

vhH

2

2(19)

Pertanto, il tirante di stato critico viene trovato tramite l’equazione (19). Tale equazione è

risolta iterativamente, inserendo nel suo interno dei valori di tentativo per h. Il valore critico

è quello in corrispondenza del quale H è minimizzato. Il tutto è sintetizzato graficamente

nella successiva Figura 4.

Fig. 4 – Determinazione delle condizioni di stato critico

Il valore di stato critico è quello in corrispondenza della tangente verticale al grafico che

corrisponde al minimo contenuto di carico totale H.

2.7. REGIMI DI CORRENTE MISTA

Il software HEC-RAS può valutare profili di corrente lente, veloci o miste. Nei profili di

corrente mista HEC-RAS individua i risalti idraulici applicando l’equazione di bilancio delle

quantità di moto, scritta nella forma:

22

2

222

11

1

121 yA

Ag

QyA

Ag

Q

(20)






dove

Q = portata

= coefficiente correttivo per il momento

A = sezione idrica

y = affondamento del baricentro della sezione idrica

g = accelerazione di gravità

Quindi, in generale, si può scrivere la seguente equazione:

.cos2

tyAAg

Q

Il primo addendo dell’equazione è la componente dinamica (è un momento di una

quantità di moto), il secondo termine è la componente statica (è il momento statico). I due

termini, dimensionalmente, sono una forza per unità di peso d’acqua. Le correnti miste

vengono calcolate da HEC-RAS nel seguente modo:

1) Per prima cosa è calcolato un profilo di corrente lenta partendo da una condizione al

contorno nota di valle. Durante questa fase, tutte le sezioni dove il programma

segnala una condizione di stato critico sono memorizzate per una successiva

verifica.

2) Successivamente, il programma inizia a calcolare un profilo di corrente veloce

partendo da monte. Se la condizione al contorno è veloce allora il programma

analizza se questa ha una forza specifica superiore del precedente tirante di

corrente lenta calcolata in questa sezione. Se la condizione al contorno ha una forza

specifica maggiore allora si considera vera questa e il programma calcola un profilo

di corrente veloce da questa sezione verso valle. Se il tirante di corrente lenta ha

una forza specifica maggiore allora il programma cerca a valle una sezione dove,

durante il calcolo di corrente lenta, il programma cerca a valle una sezione dove,

durante il calcolo di corrente lenta, il programma è andato allo stato critico. In questa

sezione usa il tirante di stato critico come condizione al contorno ed inizia a

calcolare un profilo di corrente veloce.

3) Il programma calcola un profilo di corrente veloce fino a quando non trova una

sezione trasversale che ha entrambi i tiranti veritieri, sia quello di corrente veloce

che quello di corrente lenta, tra i due viene considerato come effettivo quello che ha

una forza specifica superiore. Se il tirante veloce ha una maggiore forza specifica

allora il programma continua calcolando una corrente veloce verso valle






continuando, però , a confrontare le forze specifiche per le due condizioni. Quando il

programma trova una sezione trasversale dove il tirante lento ha una maggiore

forza specifica allora impone un risalto idraulico tra questa sezione e la precedente.

4) Il programma, poi, salta alla successiva sezione di valle dove è stata segnalata la

condizione di stato critico nella fase 1 e ritorna alla fase 2.

2.8. CREAZIONI DI SEZIONI TRASVERSALI FITTIZIE

Talvolta, per ottenere un processo convergente, è necessario aumentare

considerevolmente il numero di sezioni trasversali. Il software HEC-RAS possiede, a tale

scopo, una routine che consente l’interpolazione di sezioni trasversali tra due sezioni vere

introdotte dall’utente. La creazione di sezioni trasversali interpolate è spesso richiesta

quando la variazione di velocità è troppo grande per determinare, in maniera accurata, la

variazione di energia totale. Un’adeguata conoscenza di come varia l’energia totale è

necessaria per modellare accuratamente le perdite di carico. Inoltre, quando le sezioni

trasversali sono troppo lontane il programma potrebbe non trovare la soluzione

dell’equazione dell’energia e quindi sarebbe imposto per default il tirante di stato critico.

La routine d’interpolazione geometrica di HEC-RAS è basata su un modello a corde

com’è rappresentato nella figura successiva:

Fig. 5 – Creazione di sezioni virtuali interpolate tra sezioni reali

La routine “a corde” presente all’interno del software HEC-RAS consente di creare una

serie di segmenti chiamati corde che uniscono le coordinate di due sezioni successive. Le

corde sono classificate in corde principali e in corde secondarie.






3. MODELLAZIONE IDRAULICA DEGLI ALVEI

Il modello idraulico è stato costruito inserendo le geometrie degli alvei principali così

come ricavate dai rilievi topografici di dettaglio eseguiti ai fini della precedente stesura

progettuale (Rev. 0).

Più in particolare, nel data-base del codice di calcolo descritto al paragrafo precedente

sono state inserite sia le sezioni corrispondenti ai valloni “Rendina” e “Cottimo” che quelle

relative al “Canale San Giorgio” e al cosiddetto “Alveo-Strada 2”. Per quanto riguarda i primi

tre, si è avuto altresì cura di inserire, all’interno del data-base del programma, sia le

caratteristiche geometriche relative alle loro condizioni attuali che a quelle ottenibili

successivamente alla realizzazione delle opere in progetto3.

La distanza tra due sezioni trasversali successive è stata mantenuta variabile in

relazione alla più o meno elevata variabilità spaziale delle sezioni. Nei punti in cui sono

presenti particolarità morfologiche, come i salti ed i restringimenti, le sezioni sono state

infittite per avere un maggior dettaglio. Il software HEC-RAS ha, inoltre, consentito di

portare in conto, all’interno di ciascuna sezione trasversale, l’eventuale presenza di sponde

sfioranti.

Per quanto riguarda il valore del coefficiente di scabrezza, come si già avuto modo di

dire, il programma utilizza la formula proposta da Manning. Per le verifiche idrauliche, sono

stati utilizzati valori del coefficiente di Manning rispettivamente pari a 0.025 m-1/3 s

(corrispondente ad un valore del parametro di conducibilità di Strickler pari a 40 m1/3 s-1),

per tutti i tratti di alvei naturali o riconducibili a tali, e 0.020 m-1/3 s, (corrispondente a un

valore del parametro di conducibilità di Strickler pari a 50 m1/3 s-1), per tutti i tratti

cementificati.

Essendo la distanza tra due sezioni trasversali elevata, l’equazione dell’energia

potrebbe non convergere. Per questo motivo, si è sfruttata la routine d’interpolazione

geometrica presente all’interno del software HEC-RAS, imponendo una distanza massima

tra due sezioni trasversali pari a circa un metro.

Le portate di calcolo considerate in ingresso nei vari tronchi oggetto di verifica sono le

seguenti (cfr. Tabella XIII dell’elaborato A.05 – “Relazione Idrologica”, valori della portata al

colmo di piena con periodo di ritorno T=100 e 200 anni):

3per l’Alveo Strada n. 2 si è fatto riferimento alla sola configurazione di progetto






Bacino Località QT=100 (m3/s) QT=200 (m3/s)

1 Vallone Cottimo 10.10 11.72

4 Vallone Rendina 4.30 4.99

7 Canale S. Giorgio 2.19 2.54

10 Alveo Strada n° 2 4.89 5.67

Tabella II – Portate di calcolo immesse nelle sezioni iniziali dei diversi tronchi d’alveo

Essendo tutti alvei caratterizzati da forti pendenze, quali condizioni al contorno, sono

state considerate quelle di stato critico, sia nelle sezioni di monte che nella sezione di valle;

in corrispondenza dei punti di confluenza e di biforcazione il programma utilizza, invece, il

metodo di bilanciamento dell’energia.

Dai profili di corrente ottenuti nelle condizioni attuali ed in quelle a sistemazione

avvenuta (rif. T=100 anni) si evince quanto segue:

relativamente allo stato attuale, il vallone Rendina presenta una insufficienza nel

tratto tombato con conseguente esondazione del corso d’acqua ed allagamento della

località Gesini, a causa della ridotta sezione idrica del tratto; tale insufficienza può

essere superata mediante la realizzazione di un nuovo tratto tombato di idonea

sezione con relativo adeguamento dell’opera imbocco (stato di progetto – Tavv. VR);

relativamente allo stato attuale, il canale S. Giorgio ha presentato innumerevoli punti

di crisi idraulica in corrispondenza di ampi tratti della sponda destra, in buona parte,

assente o fatiscente (vedasi sezz. da 8 a 10, sez. 29, sezz. 34 e 35 del profilo di

corrente allegato); ai fini del ripristino della sicurezza idraulica dell’alveo viene

prevista la risagomatura del fondo e delle sezioni, previo ripristino spondale con

muratura in c.a. (stato di progetto – Tavv. CSG);

allo stato attuale, il vallone Cottimo non presenta particolari problematiche idrauliche

(essendo l’alveo particolarmente incassato), tuttavia, al fine di contenere i fenomeni

erosivi e stabilizzarne le sponde, se ne prevede la regimazione mediante briglie ed

opere di difesa spondale (cfr. Tavv. VC); la configurazione di progetto risultante

(nuovi salti e sezioni) è stata, pertanto, modellata e verificata idraulicamente;

l’Alveo Strada denominato n. 2 allo stato non presenta opere di regimazione; la

presente modellazione ha riguardato, pertanto, il solo stato di progetto (cfr. Tavv.

SAV) che prevede la realizzazione di una nuova canalizzazione a sezione trapezia in

corrispondenza dell’attuale sterrata.






Sulla base dei risultati della modellazione idraulica sono stati dimensionati anche gli

interventi di adeguamento di alcuni attraversamenti stradali (cfr. Tavv. ATV), individuando

le quote di intradosso in maniera compatibile con i profili di corrente e con i franchi di

sicurezza indicati dalla normativa. Nella successiva fase esecutiva occorrerà valutare – in

relazione a quanto indicato dal D.M. 14 gennaio 2008 per i ponti stradali4 – l’opportunità di

verificare ed eventualmente modificare le geometrie individuate con riferimento alle portate

di piena con periodo di ritorno T=200 anni di cui alla Tabella II.

4cfr. par. 5.1.2.4 delle Norme di Attuazione allegate al decreto e par. C5.1.2.4 della relativa circolare esplicativa

n. 617/2009






4. VASCHE

Al fine di limitare le portate in arrivo alla fognatura comunale sono state previste due

vasche di laminazione e assorbimento. La prima, di maggiori dimensioni, da posizionarsi in

località Cottimo, mentre la seconda, di più modeste dimensioni, posizionata in località

Saletta.

4.1. VASCA COTTIMO

In località Cottimo è prevista la realizzazione di una capacità di invaso per la

laminazione delle acque provenienti dall’alveo omonimo e dagli alvei strada (nn. 1 e 2)

drenanti le acque meteoriche della collina di Depugliano (cfr. Tavv. VSC). La vasca

occuperà un’area di 5180 m2 ed avrà un volume utile di 25900 m3 corrispondente ad

un’altezza di massimo invaso pari a metri 5 (franco di un metro rispetto alla quota di

coronamento).

La vasca è dotata di due canali immissari – entrambi in c.a. con sezione rettangolare di

dimensione 2.00 x 1.50 metri – provenienti, rispettivamente, dal vallone Cottimo e

dall’Alveo Strada n. 2. Tali canali sono stati dimensionati5 in base alla portata idrologica con

ritorno centennale stimata, per i relativi bacini imbriferi, nell’ambito della dedicata relazione

specialistica di progetto (cfr. elaborato A.05).

La tubazione di scarico della vasca è stata, invece, dimensionata6 per convogliare una

portata non superiore a 300 l/s; a tal fine, la vasca sarà dotata di un dispositivo di scarico

costituito da una luce a battente con imbocco a calice avente recapito, attraverso una

tubazione in PEad DN 250, nel canale a valle del Vallone Cottimo7.

È prevista, altresì, la realizzazione di uno sfioratore di emergenza (troppo pieno), utile

qualora si verificassero fenomeni di occlusione dello scarico ovvero volumi di pioggia

superiori a quelli previsti, avente recapito nella parte “relitta” del medesimo vallone; il

collegamento della soglia di sfioro con il sottostante alveo è realizzato mediante una

sistema a gradoni per la dissipazione energetica delle acque eventualmente tracimate dalla

vasca.

5cfr. successiva Tabella II

6cfr. successiva Tabella III

7a sua volta immissario della rete fognaria mista comunale di Via Castellammare






Il numero di “gradoni” e le relative dimensioni sono state dedotte applicando la

metodologia proposta da G. del Giudice e C. Gisonni (1996), illustrata in nota8, assumendo

una soglia sfiorante di lunghezza pari a 15.50 metri.

4.2. VASCA SALETTA

In località Saletta è prevista la realizzazione di una seconda capacità di invaso per la

laminazione delle acque provenienti dal Canale Pedemontano9 e dal Canale S. Giorgio (cfr.

Tavv. VSS). La vasca occuperà un’area di 2100 m2 ed avrà un volume utile di 4935 m3

corrispondente ad un’altezza di massimo invaso pari a metri 2.35 (franco di 0.65 metri

rispetto alla quota di coronamento).

La vasca è dotata di un unico canale immissario – con sezione rettangolare in c.a. di

dimensione 2.00 x 1.00 metri – prolungamento del Canale della Saletta, a sua volta,

tributario del Canale Pedemontano e del Canale S. Giorgio. Tale canale è stato

dimensionato10 in base alla portata idrologica con ritorno centennale stimata, per i relativi

bacini imbriferi, nell’ambito della dedicata relazione specialistica di progetto (cfr. elaborato

A.05).

La tubazione di scarico della vasca è stata, invece, dimensionata11 per convogliare una

portata non superiore a 300 l/s; a tal fine, la vasca sarà dotata di un dispositivo di scarico

costituito da una luce a battente con imbocco a calice avente recapito, attraverso una

tubazione in PEad DN 315, nella fognatura mista comunale di Via Saletta.

È prevista, altresì, la realizzazione di uno sfioratore di emergenza (troppo pieno) utile

qualora si verificassero fenomeni di occlusione dello scarico ovvero volumi di pioggia

8assumendo che l’intera la portata in arrivo alla vasca venga sfiorata dalla predetta soglia, si determina, in

corrispondenza della medesima, un altezza di stato critico hc=0.35 m; posto h il dislivello tra la soglia di sfioro

ed il fondo alveo (pari a 4.90 m) ed L la distanza planimetrica tra la soglia e l’alveo medesimo (pari a 7.00 metri)

si ottiene una pendenza i della gradonata pari a 0.70. Il rapporto h/hc corrispondente alla configurazione di

progetto è, invece, pari a 12.9. Per tali valori il diagramma proposto da G. del Giudice e C. Gisonni (1996)

fornisce un numero di salti pari a 5. In ragione del dislivello h e della distanza L ciascun gradone avrà, pertanto,

altezza pari a 0,98 m e larghezza di 1,40 m.

9non oggetto del presente aggiornamento progettuale (Rev. 1)

10cfr. successiva Tabella II

11cfr. successiva Tabella III






superiori a quelli previsti, avente recapito – mediante una tubazione in PEad DN 1000 –

nella parte “relitta” del Canale della Saletta.

Il collegamento della soglia di sfioro con il sottostante collettore è realizzato mediante

una sistema a gradoni per la dissipazione energetica delle acque eventualmente tracimate

dalla vasca. Il numero di “gradoni” e le relative dimensioni sono state dedotte applicando la

metodologia proposta da G. del Giudice e C. Gisonni (1996), illustrata in nota12, assumendo

una soglia sfiorante di lunghezza pari a 6.80 metri.

Si riportano di seguito le tabelle riassuntive di calcolo idraulico relative ai collettori

immissari ed emissari delle due vasche:

Vasca Immissario Bacino Superficie QT=100 B h H i KSt v h/H

[ha] [m3/s] [m] [m] [m] [m/m] [m1/3/s] [m/s]

CottimoVallone Cottimo 1 96,95 10,09 2,00 0,63 1,50 0,040 75 7,97 0,42

Alveo Strada n.2 10 31,38 4,89 2,00 0,49 1,50 0,020 75 5,03 0,32

Saletta Canale della Saletta 6+7 35,24 4,50 2,00 0,75 1,00 0,005 75 3,01 0,75

Tabella II - Dimensionamento dei canali immissari13

Vasca Qu h Dest Dint A

[m3/s] [m] [mm] [m] [m2]

Cottimo 0,300 0,8 4,5 250 0,218 0,04

Saletta 0,300 0,8 2.0 315 0,272 0,06

Tabella III - Dimensionamento delle condotte di scarico14

12assumendo che l’intera la portata in arrivo alla vasca venga sfiorata dalla predetta soglia, si determina, in

corrispondenza della medesima, un altezza di stato critico hc=0.38 m; posto h il dislivello tra la soglia di sfioro

ed il fondo alveo (pari a 3.30 m) ed L la distanza planimetrica tra la soglia e l’alveo medesimo (pari a 6.00 metri)

si ottiene una pendenza i della gradonata pari a 0.55. Il rapporto h/hc corrispondente alla configurazione di

progetto è, invece, pari a 8.64. Per tali valori il diagramma proposto da G. del Giudice e C. Gisonni (1996)

fornisce un numero di salti pari a 3. In ragione del dislivello h e della distanza L ciascun gradone avrà, pertanto,

altezza pari a 1.10 m e larghezza di 2.00 m.

13per ciascun bacino, superficie e portata di riferimento, si riportano i valori: della larghezza B e dell’altezza H

della sezione, del tirante h e della velocità v di moto uniforme, della pendenza i del canale, del coefficiente di

scabrezza KSt e del grado di riempimento h/H

14per l’assegnato valore Qu della portata in uscita dall’opera di scarico, si riportano i valori: del coefficiente di

deflusso , del carico sulla luce h, dell’area della sezione di deflusso A e dei corrispondenti diametri da

assegnare alle tubazioni di scarico Dint






5. OPERE DI ADEGUAMENTO IDRAULICO FUNZIONALE

5.1. CANALI E COLLETTORI DI PROGETTO

Il progetto prevede, tra l’altro, la realizzazione di una serie di canalizzazioni e tratti

fognari per il convogliamento delle portate meteoriche ai recapiti individuati (vasche e

fognature esistenti). Fatta eccezione per i canali immissari delle vasche, la cui

progettazione è stata definita nel paragrafo precedente, si elencano di seguito i collettori del

presente aggiornamento progettuale (Rev. 1) per i quali verranno illustrati i criteri di

dimensionamento:

1. collettore “Collina Depugliano”15, avente origine nella frazione Depugliano del

comune di Lettere e drenante le acque della collina fino all’imbocco degli Alvei

Strada nn. 1 e 2 in località Cottimo (Tav. CC.01);

2. collettore “Via S. Giorgio”, per l’intercettazione ed il convogliamento delle acque

meteoriche che scorrono lungo l’omonima strada verso il Canale S. Giorgio (Tav.

CC.01);

3. collettore “Via Cottimo Superiore”, per il convogliamento delle acque di scarico

della vasca Cottimo alla fognatura comunale mista di Via Castellammare (Tav.

CC.02);

4. collettore di allontanamento delle portate sfiorate dalla vasca “Saletta” verso il

tratto “relitto” dell’omonimo canale (cfr. Tavv. VSS).

5.1.1. Portate pluviali

Per tutto quanto riguarda l’analisi idrologica dell’area in esame si rimanda alla dedicata

relazione specialistica di progetto (cfr. elaborato A.05) della quale si richiamano, in questa

sede, i risultati. Con particolare riferimento alla scelta del periodo di ritorno per il

proporzionamento e la verifica delle reti fognarie di progetto si ritengono valide le seguenti

considerazioni.

15il collettore viene dimensionato in relazione al suo intero sviluppo – così come riportato nella

precedente stesura progettuale (Rev. 0) – anche se, nel presente aggiornamento (Rev. 1), ne viene

prevista la realizzazione a partire dal picchetto n. 38 (cfr. Tav. CC.01)






Generalmente le reti di drenaggio urbano sono dimensionate per periodi molto inferiori

alla durata di progetto propria delle opere civili; si accetta, pertanto, che le stesse entrino in

crisi più volte nel corso della loro vita utile. Questo perché i costi che deriverebbero da un

proporzionamento più efficace in termini di sicurezza idraulica risultano, il più delle volte,

spropositati rispetto ai benefici attesi. Nel caso in esame, tuttavia, trattandosi di sistemi

misti destinati a garantire la regimazione delle acque di ampie porzioni di versante e con

ricadute a scala intercomunale, si è scelto di dimensionare e verificare i tratti di progetto

con riferimento a periodi di ritorno centennali, in analogia con i criteri di dimensionamento

propri degli interventi di sistemazione idraulica e di mitigazione del rischio.

Per quanto concerne il modello di trasformazione degli afflussi in deflussi, infine, si è

scelto di utilizzare il metodo della corrivazione che, trascurando il fenomeno dell’invaso,

sovrastima le portate defluenti nei singoli tratti.

5.1.2. Verifiche idrauliche

Le verifiche idrauliche effettuate sono state condotte, pertanto, con riferimento al

periodo di ritorno di cui al paragrafo precedente ed in base alla curva di probabilità

pluviometrica descritta nell’elaborato “A.05” (cfr. formulazione 17’).

I calcoli sono stati effettuati mediante un procedimento iterativo, convergente verso una

soluzione tecnicamente “accettabile” in termini di convogliamento a pelo libero. In

particolare, il dimensionamento e la verifica dei vari tratti è stato svolto accettando che il

grado di riempimento potesse raggiungere anche valori molto elevati (fino al 90%), in

considerazione della bassa probabilità di superamento ipotizzata.

In considerazione della conformazione insediativa dell’area, si è scelto di privilegiare la

posa di tubazioni in PEad corrugato a doppia parete con classi di diametri fino al DN1200

che, accanto ad un vantaggio di tipo economico, offrissero garanzia di una facile

manovrabilità e di pesi ridotti. Ai fini della conducibilità idraulica alle tubazioni è stato

attribuito un coefficiente di scabrezza di Gauckler - Strickler pari a 90.

A seguire la tabella riassuntiva dei parametri di calcolo per tutti i collettori in progetto.






ID TrattoSpeco Tratti L Ac Actot Aimp Tr Tpc Tc QU u vmax i DN Dint h/D

Tipo DN Materiale confluenti [m] [ha] [ha] [%] [min] [min] [min] [mc/s] [l/s ha] [m/s] [m/m] [m]

1 Collina Depugliano circolare 1000 PEad corr. 1 747,0 14,330 14,330 0,43 0,363 6,0 2,2 8,2 2,94 205,2 5,78 0,0250 1000 0,852 0,84

2 Alveo Strada n.2 circolare 1200 PEad corr. 1+Alveo n.1 224,0 1,700 19,880 0,45 0,374 6,0 0,6 6,6 4,37 219,9 6,53 0,0250 1200 1,030 0,75

3 Via S. Giorgio circolare 500 PEad corr. 3 230,0 2,190 2,190 0,43 0,363 6,0 1,0 7,0 0,46 211,2 4,00 0,0300 500 0,433 0,73

4 Via Cottimo Sup. circolare 630 PEad corr. 4 130,0 0,904 0,904 0,40 0,350 6,0 0,6 6,6 0,18 204,6 3,54 0,0200 630 0,535 0,59

5 sfioro Vasca Saletta circolare 1000 PEad corr. 5 30,0 35,240 35,240 0.43 - - - - 4,51 - 11,22 0,1000 1000 0,852 0,66

Tabella IV- Dimensionamento e verifica dei collettori di progetto16

16per ciascun collettore (ID tratto), si riportano – oltre a quelli relativi alle caratteristiche dello speco di progetto – i valori: della lunghezza del tratto L, dell’area

colante Ac, dell’area colante complessiva Actot, del coefficiente di afflusso , del tempo di ruscellamento Tr, del tempo di percorrenza calcolato Tpc, del tempo di

corrivazione Tc, della portata pluviale Qu, del coefficiente udometrico u, della velocità massima calcolata vmax, della pendenza del tratto i, del diametro nominale

DN, del diametro interno Dint e del grado di riempimento h/D






5.1.3. Manufatti della rete di drenaggio

Generalmente in una rete fognaria sono presenti manufatti di ispezione, salto, confluenza e

derivazione. Nel caso specifico vengono previsti, sui collettori di progetto, soli manufatti di

ispezione, salto e confluenza da realizzarsi in cls armato gettato in opera (cfr. Tav. CC.03).

Tanto in considerazione del fatto che la conformazione del territorio potrebbe non rendere

tecnicamente possibile l’uso della prefabbricazione.

5.2. CANALI ESISTENTI

Ulteriori interventi di manutenzione vengono previsti su tratti di alcune esistenti

canalizzazioni al fine di “raccordare” le stesse agli interventi di progetto.

5.2.1. Canale della Saletta

Il Canale della Saletta, recapito del Canale Pedemontano e del Canale S. Giorgio, sarà

oggetto di interventi di manutenzione straordinaria. In particolare, lungo un tratto del canale

sarà realizzato un innalzamento del fondo e delle sponde al fine di garantire la quota necessaria

per il raccordo al canale immissario della vasca prevista in località Saletta. A valle del suddetto

tratto17 troverà recapito il collettore di sfioro emissario della medesima vasca (PEad - DN 1000)

mentre, in fregio allo stesso, verrà posata la tubazione di scarico da allacciare alla esistente

fognatura comunale di Via Saletta.

5.2.2. Alveo Cottimo

Il tratto del vallone Cottimo a valle della vasca di laminazione sarà oggetto di interventi di

manutenzione ordinaria al fine di ripulire il fondo dai rifiuti e dai detriti attualmente presenti. Il

canale, avente sezione rettangolare di dimensioni 1.50 x 2.50 m, convoglierà la portata

proveniente dalla vasca (scarico e troppo pieno, per eventi eccezionali) fino all’immissione nella

fognatura comunale.

In entrambi i casi gli alvei dovranno convogliare le portate laminate dalle vasche previste in

progetto18; vengono, pertanto, omesse le verifiche idrauliche lungo tali tratti.

17sezione rettangolare in cls di dimensioni 2.00 x 1.00 metri

18valori significativamente inferiori rispetto a quelli attualmente in arrivo da monte

(APQ Difesa Suolo - D.G.R. 1001/2005 - cod. DS.NA.03/1) · soprattutto per le correnti a pelo...

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