Capitolo 32 CANALI

1 CARATTERISTICHE GENERALI

Il trasporto a superficie libera presenta, rispetto a quello in pressione, il vantaggio che lacqua ovunque a pressione molto bassa. possibile quindi impiegare materiali meno costosi per la realizzazione delle opere. Tuttavia il trasporto a superficie libera presenta anche considerevoli svantaggi: innanzitutto landamento altimetrico dellopera vincolato alla linea piezometrica. Di conseguenza i canali sono disposti a modesta pendenza, e per fare ci il tracciato deve seguire da vicino le linee di livello, il che pu 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 pi 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 dellacqua, per cui con il tempo perdono la forma e

richiedono interventi di ripristino; c) allo scopo di contenere le erosioni devono mantenere basse velocit della corrente, e

quindi richiedono sezioni ampie; c) si inerbiscono rapidamente e devono essere quindi costantemente ripuliti. Per il trasporto dellacqua i canali di terra sono oggi impiegati soltanto quando le portate sono molto elevate ed richiesta una grande sezione, e ci purch le perdite per infiltrazioni siano accettabili, il che dipende sia dalle caratteristiche del terreno, sia dal valore dellacqua. 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 pericolo dinquinamento 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 molto profondo. Se il canale ha portate molto variabili, come nel caso dei canali di drenaggio (reti di bonifica), pu essere dotato di una savanella, vale a dire di una canaletta centrale di piccola sezione, per mantenere raccolte le portate pi modeste, e pi frequenti. Talvolta la savanella rivestita anche nei canali di terra. Nei canali di terra la pendenza delle sponde deve essere tale da assicurarne la stabilit in condizioni di saturazione. Tale pendenza pu 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, pi 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 0,0300,035

canali di terra con forte sviluppo di vegetazione acquatica 0,0400,050

canali di roccia 0,0500,100

Perdite dacqua

Le perdite dacqua da un canale di terra dipendono sia dalla permeabilit del terreno, sia dalla differenza di livello tra il filo idrico nel canale e la quota piezometrica della falda. le quote relative dellacqua nel canale e nella falda possono essere variabili con le vicende meteorologiche e con la stagione, nonch con la portata nel canale. Per accertare la situazione sono necessarie indagini in loco, ripetute nelle diverse condizioni. In mancanza dinformazioni 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 0,0760,106

argillo-limosi medi con crosta dura sottogiacente meno di 0,601,00 sotto il fondo del canale

0,1060,152

argillo-limosi ordinari, terreni proveneienti da decomposizione di rocce vulcaniche 0,1520,228

argillo-sabbiosi conglomerati 0,2280,305

sabbio-argillosi 0,3050,457

sabbiosi 0,4570,533

alluvionali (miscugli di sabbia e ghiaia) 0,6090,762

ciottolosi e porosi 0,7620,914

ghiaie molto permeabili 0,9141,829

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:

V/QC001,0P = dove:

3

P la perdita per unit di lunghezza del canale (m3/s/km), Q la portata (m3/s), V la velocit dellacqua (m/s), C 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 C

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

Erosione

Per contenere lerosione delle sponde dei canali di terra, le velocit dellacqua devono essere mantenute basse. La velocit limite consigliata dipende dalla natura del suolo, come indicato nella tabella 2.4. Poich nei canali di piccole dimensioni le velocit non erosive tendono ad essere pi basse, per tener conto di questo fattore si pu fare riferimento alla tabella 2.5.

Tabella 2.4 Velocit non erosive massime

terreno velocit massima

(m/s)

sabbia fine e sciolta 0,2 0,3

sabbioso 0,30,75

franco sabbioso 0,750,90

da franco a franco argilloso 0,851,1

argilla indurita 1,11,5

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 lerosione e linerbimento, in modo da

diminuire gli oneri di manutenzione;

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- ridurre le perdite dacqua, - diminuire la scabrezza, - consentire maggiori velocit di deflusso, in modo da diminuire la sezione.

Tabella 2.5 - Velocit massime per canali di terra (m/s)

portata (m3/s) terra del letto del canale

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 autostabile, il rivestimento sostituito da elementi strutturali di sostegno Per quanto il rivestimento consenta di aumentare le velocit, 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 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 dellaria. 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 pi comunemente usato per il rivestimento dei canali il calcestruzzo. Questo pu essere: - gettato in opera, - costituito da lastre prefabbricate. Se il calcestruzzo 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 lindurimento;

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- consentire la dilatazione del calcestruzzo, soprattutto quando il canale 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 0,0150,017

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 0,0160,020

rivestimenti di terra costipata, piccoli canali 0,025

rivestimenti di terra costipata, grandi canali 0,02250,020

Se il rivestimento 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 dacqua. Alcune tipologie di giunto sono illustrate nella figura 3.1.

Figura 3.1 Giunti per rivestimenti di calcestruzzo

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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 lalto che porti al dissesto del rivestimento stesso. A questo proposito si consideri che una differenza di carico di 10 cm tra lacqua fuori e dentro il canale implica una spinta verso linterno di 100 kg/m2. 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 dacqua, che dal canale sinfiltrano a tergo del rivestimento. In questi casi il dissesto si verifica in fase di svuotamento del canale, quando lacqua contenuta tra il rivestimento e il terreno impermeabile viene smaltita pi lentamente dellabbassamento di livello nel canale. Nei terreni molto permeabili le sottospinte si verificano solo se la falda pi alta del livello idrico nel canale. Il drenaggio costituito da uno strato di materiale molto permeabile (ghiaia o calcestruzzo alveolare) disposto sotto il rivestimento (figura 3.3). Questo strato permette allacqua di defluire fino a un tubo drenante forato o messo in opera a giunti aperti disposto nel punto pi basso della sezione, generalmente in corrispondenza dellasse del canale. Questo tuboscarica nel pi vicino colatore naturale. Ovviamente lefficacia del drenaggio condizionata dalla quota della restituzione, che deve essere pi bassa del minimo livello idrico nel canale. Ci implica, talvolta, la necessit di condotte di scarico di considerevole lunghezza.

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Figura 3.3 Drenaggio a tergo di un rivestimento di calcestruzzo

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Capitolo 32CANALI1 CARATTERISTICHE GENERALI2 CANALI DI TERRASezione trasversalePerdite dacquaErosione

3 CANALI RIVESTITI3.1 Funzione del rivestimento3.2 Tipi di rivestimento3.3 Drenaggi