Manuale operativo sulla vulnerabilità idraulica dei ponti · Cliente Specifica REL.02 Progetto...

Cliente

Specifica

REL.02

Progetto

Vulnerabilità Ponti Codice attività

Fase II

Ing. Fresia Ing. Andreoli

0 Versione definitiva Geol. Villa Ing. Fresia Ing. Fresia Maggio 2004 Rev. Descrizione Elaborato Verificato Approvato Data

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Azioni per il controllo delle condizioni di sicurezza idraulica dei ponti della Provincia di Torino

ricadenti nelle Fasce Fluviali PAI

Manuale operativo sulla vulnerabilità idraulica dei ponti

ART Ambiente Risorse Territorio S.r.l. Specifica

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Titolo

AZIONI PER IL CONTROLLO DELLE CONDIZIONI DI SICUREZZA IDRAULICA DEI PONTI DELLA PROVINCIA DI TORINO RICADENTI NELLE FASCE FLUVIALI PAI

VULNERABILITÀ IDRAULICA DEI PONTI - MANUALE OPERATIVO

Data maggio 2004

Autori

Incarico

Sommario Il presente documento costituisce parte del programma di azioni finalizzate al controllo della sicurezza idraulica dei ponti, condotto dalla Provincia di Torino nell’ambito del Progetto Strategico “Conoscere per prevedere, prevenire, intervenire”. Il Programma prende avvio dalla constatazione che i danni sui ponti costituiscono uno tra i dissesti più frequenti nel corso delle piene e che manca una conoscenza sistematica del grado di vulnerabilità idraulica dei ponti esistenti; è quindi importante dedicare un’attenzione specifica ai ponti, sviluppando procedure appropriate per valutarne il comportamento idraulico in piena e per individuare le misure di carattere gestionale adatte migliorarne la sicurezza idraulica. Il documento identifica e descrive una procedura per la valutazione della vulnerabilità idraulica dei ponti e fornisce delle linee guida per la definizione degli interventi strutturali e gestionali da mettere in opera per la riduzione del grado di vulnerabilità. La metodologia di analisi della vulnerabilità è stata messa a punto e testata sulla base di un campione costituito da 49 ponti della Provincia di Torino, che sono ubicati sui corsi d’acqua principali del territorio provinciale, nei tratti oggetto di delimitazione delle fasce fluviali nell’ambito del PAI dell’Autorità di bacino del fiume Po. Le linee guida per la riduzione del grado di vulnerabilità comprendono (a) gli adeguamenti strutturali delle opere di attraversamento; (b) gli interventi strutturali sull’alveo del corso d’acqua nel tratto di attraversamento per gli aspetti legati alle modalità di deflusso, ai fenomeni di instabilità morfologica dell’alveo, allo scalzamento sulle fondazioni; (c) le misure gestionali di prevenzione, (d) le misure per la gestione dell’opera in corso di evento. Nella parte finale, il Manuale contiene i richiami ai principali elementi dell’idraulica fluviale che intervengono nella valutazione del comportamento idraulico del sistema ponte – attraversamento e delle interazioni tra le opere e l’assetto morfologico dell’alveo, in rapporto anche ai fenomeni evolutivi, naturali o indotti, che lo coinvolgono.


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Indice

1 Premessa ..............................................................................................................................6

2 Finalità del Manuale .............................................................................................................8

3 Organizzazione del Manuale ...............................................................................................9

4 Riferimenti normativi sulla compatibilità idraulica dei ponti.........................................10

4.1 Normativa nazionale ..................................................................................................10 4.1.1 Decreto Ministero LL.PP. 4 maggio 1990 “Aggiornamento delle norme tecniche per la progettazione, l’esecuzione e il collaudo dei ponti stradali” ..............10 4.1.2 Circolare n. 34233 del 25 febbraio 1991 del Ministero LL.PP. “Istruzioni relative alla normativa tecnica dei ponti stradali” .......................................................11

4.2 Normativa del Piano stralcio per l’Assetto Idrogeologico del bacino idrografico del Po (PAI) 12 4.2.1 Norme di attuazione del PAI .........................................................................12 4.2.2 Direttiva del PAI “Criteri per la valutazione della compatibilità idraulica delle infrastrutture pubbliche e di interesse pubblico all’interno delle fasce A e B” ...........13

5 Procedura per la verifica di vulnerabilità idraulica dei ponti.........................................20

5.1 Quadro conoscitivo ....................................................................................................20 5.2 Esempi schematici di interazione ponte – corso d’acqua..........................................23 5.3 Caratterizzazione della vulnerabilità di un ponte .......................................................27

6 Criteri di definizione del grado di vulnerabilità complessivo dell’opera di attraversamento .................................................................................................................39

7 Misure per la riduzione del grado di vulnerabilità ..........................................................43

7.1 Misure strutturali per la riduzione del grado di vulnerabilità ......................................47 7.1.1 Adeguamenti strutturali dell’attraversamento ...............................................47 7.1.2 Adeguamenti strutturali del corso d’acqua....................................................47

7.2 Misure gestionali di prevenzione per la riduzione del grado di vulnerabilità .............48 7.3 Procedure per la gestione dell’opera in corso di evento di piena..............................48 7.4 Descrizione delle misure di intervento .......................................................................50

8 Elementi di idraulica fluviale per la verifica di vulnerabilità e per la definizione degli interventi di adeguamento degli attraversamenti ...........................................................79

8.1 Portate di piena..........................................................................................................79 8.2 Richiami di idraulica fluviale.......................................................................................85

8.2.1 Correnti a superficie libera ............................................................................85 8.3 Richiami di geomorfologia fluviale .............................................................................95


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8.4 Aspetti idraulici specifici per i ponti – profilo idrico ..................................................103 8.5 Aspetti idraulici specifici per i ponti –scalzamento sulle fondazioni.........................108


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Indice delle figure Fig. 6.1 Schema metodologico per la valutazione della vulnerabilità complessiva

delle strutture di attraversamento................................................................ 40

Fig. 8.1 Distribuzioni probabilistiche della portata massima al colmo in funzione del tempo di ritorno per il fiume Po nella sezione di misura di Moncalieri – Meirano (GEV = General Exstreme Value; LN3 = Lognormale a 3 parametri; LP3 = Log-Pearson Type; P3 = Pearson Type)........................................... 80

Fig. 8.2 Schema di profilo longitudinale di alveo ...................................................... 89

Fig. 8.3 Esempio di sezione trasversale tipica di un corso d’acqua.......................... 91

Fig. 8.4 Sezione trasversale tipica di un corso d’acqua............................................ 93

Fig. 8.5 Sezione trasversale composita e variazione del coefficiente di scabrezza di Manning...................................................................................................... 94

Fig. 8.6 Fiume Po alla confluenza con il Sesia; stato attuale (a sinistra); modificazioni planimetriche dell’alveo inciso nel periodo 1958-1988 (a destra) ................ 96

Fig. 8.7 Vista planimetrica e in sezione di un alveo e localizzazione del thalweg .... 97

Fig. 8.8 Rappresentazioni schematiche di alveo tipo (Schumm and Brakenridge, 1987) .......................................................................................................... 98

Fig. 8.9 Stabilità morfologica in funzione dell’alveo tipo (Shen e altri, 1981) ............ 99

Fig. 8.10 Schema planimetrico e in sezione di alveo monocursale .......................... 100

Fig. 8.11 Pianta e sezione di un alveo tipo ramificato .............................................. 102

Fig. 8.12 Profilo idrico schematico in corrispondenza di un ponte............................ 104

Fig. 8.13 Posizione planimetrica schematica del massimo rigurgito e delle linee di corrente .................................................................................................... 105

Fig. 8.14 Schema delle zone di deflusso in corrispondenza di un ponte .................. 106

Fig. 8.15 Schema della sezione idraulica efficace a valle del ponte......................... 107

Fig. 8.16 Scalzamento sulla fondazione di una pila in alveo in funzione del tempo e del trasporto solido della corrente................................................................... 109

Fig. 8.17 Componenti dello scalzamento nella sezione di un ponte ......................... 111

Fig. 8.18 Velocità di caduta di particelle di materiale con coesivo in funzione del diametro e della temperatura (peso specifico 2650 kg/m3)........................ 114

Fig. 8.19 Schema del fenomeno dello scalzamento locale dovuto alla pila .............. 116

Fig. 8.20 Schema delle forme più comuni di pile...................................................... 118

Fig. 8.21 Schema del fenomeno di scalzamento in corrispondenza di una spalla .... 119


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1 Premessa Nell’ambito del Progetto Strategico “Conoscere per prevedere, prevenire, intervenire”, che costituisce parte della pianificazione della Provincia di Torino, è stato avviato un Programma di azioni finalizzate al controllo della sicurezza idraulica dei ponti.

La prima fase del Programma ha riguardato i ponti di competenza dell’Amministrazione provinciale ricadenti sui corsi d’acqua principali, che sono inoltre oggetto di delimitazione delle fasce fluviali nel Piano stralcio per l’assetto idrogeologico (PAI), approvato con DPCM del 24 maggio 2001, dell’Autorità di bacino del fiume Po.

Le attività di indagine e di analisi sono state impostate secondo i seguenti punti:

- definizione di una procedura per la valutazione di prima approssimazione del grado di vulnerabilità idraulica dei ponti e individuazione dei dati conoscitivi necessari;

- organizzazione dei dati conoscitivi disponibili e attribuzione del grado di aggiornamento e di attendibilità;

- integrazione dei dati disponibili mediante sopralluoghi diretti in campo e rilievi speditivi dello stato delle opere e delle condizioni di assetto del corso d’acqua;

- elaborazioni per la definizione del grado di vulnerabilità dei ponti oggetto di indagine, in funzione delle conoscenze disponibili;

- classificazione dei ponti oggetto di indagine in funzione del grado di vulnerabilità, delle esigenze di approfondimento conoscitivo e delle necessità di interventi di adeguamento;

- predisposizione dei dati conoscitivi e dei risultati dell’analisi di vulnerabilità per le attività di informazione e divulgazione.

Il Manuale si inserisce nel Programma dell’attività come lo strumento che illustra le specifiche operative di carattere idraulico per la verifica di vulnerabilità, il monitoraggio, la manutenzione e la gestione dei ponti in corso di piena.

I danni sui ponti in caso di piena – dalla limitazione della funzionalità alla distruzione di parti importanti delle strutture – costituiscono uno dei dissesti più frequenti; le piene dell’ultimo decennio nel territorio della Provincia di Torino ne sono un esempio tipico. Molto spesso, inoltre, ad essi sono associati danni ingenti alle aree circostanti e rischi per la sicurezza delle persone.

Per minimizzare i danni futuri occorre che venga dedicata un’attenzione specifica ai ponti, sviluppando procedure appropriate per la valutazione, in prima istanza, del grado di vulnerabilità, e, conseguentemente, per la definizione delle misure di carattere gestionale da porre in atto per riduzione dello stesso.

E’ facile dimostrare che i costi addizionali per rendere un ponte meno vulnerabile sono piccoli, se paragonati a quelli derivanti dalla distruzione o dal danneggiamento grave dell’opera. Inoltre la riduzione della vulnerabilità del ponte migliora il grado di sicurezza per gli utenti e per il territorio circostante in genere.

La valutazione approfondita della vulnerabilità di un ponte comporta analisi complesse, che richiedono di prendere in considerazione, secondo procedure di carattere


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interdisciplinare, fenomeni che coinvolgono gli aspetti i) idraulici, ii) geomorfologici, iii) geotecnici, iv) strutturali.

Raramente sono disponibili tutte le informazioni conoscitive necessarie, soprattutto con riguardo alle opere più vecchie su cui si sono sovrapposti interventi successivi, a volte scarsamente documentati.

E’ quindi importante un approccio conoscitivo e di analisi dei fenomeni per fasi successive di approfondimento; da uno screening iniziale, che consente di assegnare un grado di vulnerabilità di prima approssimazione, ad approfondimenti di analisi successivi, eventualmente supportati da specifiche campagne di indagine, sulle opere che risultano critiche.


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2 Finalità del Manuale Nel corso di una piena, le sollecitazioni più importanti che subiscono le strutture di un ponte stradale sono collegate ai seguenti fenomeni:

- lo scalzamento delle fondazioni delle pile o delle spalle, correlato a diversi fenomeni che coinvolgono la dinamica di erosione del fondo alveo e che può comportare il cedimento delle opere;

- la tracimazione o l’erosione dei rilevati di accesso con conseguenti processi di cedimento strutturale dei rilevati stessi,

- le sollecitazioni idrodinamiche di varia natura che hanno origine da interazioni diverse tra le opere e la corrente (ostruzione delle luci a causa dei detriti trasportati, funzionamento delle luci in assenza di franco, tracimazione dell’impalcato, disallineamento tra strutture del ponte e direzione di deflusso della corrente).

Il Programma di azioni avviato dalla Provincia di Torino per ridurre il grado di vulnerabilità dei ponti stradali di propria competenza è fondato sulle seguenti operazioni:

dotare ogni ponte di una specifica valutazione del grado di vulnerabilità;

assumere, in funzione della vulnerabilità specifica, per ciascuna opera, le misure più opportune, di carattere gestionale ed eventualmente anche di tipo strutturale, in modo tale da assicurare che il manufatto abbia una compatibilità idraulica adeguata.

Nell’ambito del Programma, il presente Manuale assolve pertanto allo scopo di:

descrivere le procedure adottate per la valutazione della vulnerabilità idraulica di un ponte,

indicare le linee guida per gli interventi strutturali e per le operazioni di carattere gestionale (manutenzione, monitoraggio e controllo, gestione in corso di piena) necessari per la riduzione della vulnerabilità,

fornire gli elementi di base per la valutazione dei principali parametri idraulici correlati alla vulnerabilità di un ponte: franco idraulico, effetto di rigurgito, scalzamento delle fondazioni.


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3 Organizzazione del Manuale Il Manuale è organizzato nei capitoli di seguito descritti.

Il Cap. 4 contiene i riferimenti normativi per la verifica idraulica dei ponti; riporta gli estratti di interesse della normativa nazionale e le parti contenute negli strumenti di pianificazione per il bacino idrografico del fiume Po.

Il Cap. 5 descrive le procedure per la verifica della vulnerabilità idraulica dei ponti, fornendo la definizione e illustrando le procedure di valutazione dei diversi parametri che concorrono a caratterizzare il sistema opera di attraversamento – corso d’acqua sotto l’aspetto della vulnerabilità idraulica.

il Cap. 6 contiene i criteri utilizzati per la definizione del grado di vulnerabilità in termini sintetici, con la finalità di una possibile classificazione dei diversi attraversamenti in relazione alla rispettiva criticità.

Il Cap. 7 contiene le linee giuda relative alle diverse tipologie di intervento per la riduzione del grado di vulnerabilità. Gli interventi sono suddivisi nelle seguenti categorie: (a) adeguamenti strutturali dei manufatti di attraversamento, (b) interventi strutturali sul corso d’acqua, per eliminare o controllare le interferenze negative legate alle condizioni di deflusso in piena, (c) misure gestionali di prevenzione, per il mantenimento dell’opera di attraversamento e del corso d’acqua in buone condizioni di efficienza funzionale, (d) misure gestionali in corso di evento piena, finalizzate al controllo dei fenomeni di piena e all’adozione degli interventi di emergenza di volta in volta necessari per la sicurezza dell’opera e delle aree circostanti eventualmente influenzate.

Gli interventi, per singola tipologia, sono presentati attraverso schede descrittive che illustrano i) il fattore di vulnerabilità da controllore, ii) le funzioni, iii) la tipologia dell’intervento, iv) l’efficacia e le limitazioni di impiego.

Il Cap. 8 contiene gli elementi di base di idraulica e di geomorfologia fluviale che intervengono nelle valutazioni della vulnerabilità idraulica dei ponti.


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4 Riferimenti normativi sulla compatibilità idraulica dei ponti

La normativa nazionale (Decreto 4/5/1990 e Circolare n. 34233 del 25/02/1991 del Ministero LL.PP.) disciplina in linea generale i criteri di progettazione idraulica per i ponti; in particolare:

fissa la piena con tempo di ritorno di 100 anni come valore minimo “normale” di riferimento,

richiede di tenere conto, in sede di scelte progettuali relative alla caratteristiche delle strutture, del regime del corso d’acqua, dell’assetto morfologico attuale e della sua prevedibile evoluzione e della natura geologica della zona interessata,

richiede il calcolo dello scalzamento sulle fondazioni delle pile, delle spalle e sui rilevati,

richiede inoltre di valutare:

§ gli effetti dovuti alla eventuale presenza di una corrente veloce;

§ le conseguenze della presenza di natanti, corpi flottanti e trasportati dalle acque,

§ le esigenze di difesa dagli urti e dalle abrasioni, nonché le conseguenze di possibili ostruzioni delle luci (specie se queste possono creare invasi anche temporanei a monte).

A scala di bacino idrografico, il PAI (Piano stralcio per l’Assetto Idrogeologico del bacino idrografico del Po), approvato con DPCM del 24 maggio 2001, contiene una direttiva tecnica in cui vengono indicati criteri di maggior dettaglio per la verifica idraulica dei ponti, e richiede espressamente (art. 19 delle Norme di attuazione) una verifica della vulnerabilità dei ponti esistenti, sulla base della quale è definita la programmazione pluriennale degli interventi correttivi e di adeguamento.

Nel seguito si richiama espressamente la normativa vigente per gli aspetti connessi alla compatibilità idraulica dei ponti.

4.1 Normativa nazionale

4.1.1 Decreto Ministero LL.PP. 4 maggio 1990 “Aggiornamento delle norme tecniche per la progettazione, l’esecuzione e il collaudo dei ponti stradali”

…………………………omissis……………..….

Problemi idraulici (art. 2.4)

Quando il ponte interessa un corso d’acqua naturale o artificiale, il progetto dovrà essere corredato da una relazione riguardante i problemi idrologici, idrografici ed idraulici relativi alle scelte progettuali, alla costruzione e all’esercizio del ponte.


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L’ampiezza e l’approfondimento della relazione e delle indagini che ne costituiscono la base saranno commisurati all’importanza del problema e al grado di elaborazione del progetto.

Una cura particolare è da dedicare, in ogni caso, al problema delle escavazioni dell’alveo ed alla protezione delle fondazioni delle pile e delle spalle.

La trattazione dei citati problemi dovrà avvenire nel rispetto del testo unico 25 luglio 1904, n. 523 e successivi aggiornamenti.

4.1.2 Circolare n. 34233 del 25 febbraio 1991 del Ministero LL.PP. “Istruzioni relative alla normativa tecnica dei ponti stradali”

……… omissis ………

Problemi idraulici (art. 2.4)

Gli elementi del ponte, quali le opere di sostegno, di difesa ed accessorie, quando interessino l’alveo di un corso d’acqua, specie se di qualche importanza, dovranno far parte di un progetto unitario. Nello studio andranno in particolare illustrati i seguenti aspetti:

ricerca e raccolta presso gli Uffici ed Enti competenti delle notizie e dei rilievi esistenti, utili per lo studio idraulico da svolgere;

giustificazione della soluzione proposta per: l’ubicazione del ponte, le sue dimensioni e le sue strutture in pianta, in elevazione e in fondazione, tenuto conto del regime del corso d’acqua, dell’assetto morfologico attuale e della sua prevedibile evoluzione e della natura geologica della zona interessata;

studio idrologico degli eventi di massima piena; esame dei principali eventi verificatisi nel corso d’acqua; raccolta dei valori estremi, in quanto disponibili, e loro elaborazione in termini di frequenza probabile del loro verificarsi; definizione dei mesi dell’anno durante i quali siano da attendersi eventi di piena, con riferimento alla prevista successione delle fasi costruttive;

definizione della scala delle portate nella sezione interessata per le condizioni attuali e per quelle dipendenti dal costruendo manufatto, anche per le diverse e possibili fasi costruttive previste; calcolo del rigurgito provocato dal ponte.

Nel caso in cui l’opera di attraversamento sia costituita, oltre che dal ponte vero e proprio, anche da uno o due rilevati collocati in alveo, dovranno essere valutate quali modifiche possono prodursi a monte dell’opera in conseguenza della riduzione della luce libera rispetto a quella primitiva.

Indicazione dei criteri per fissare il franco minimo rispetto al livello di massima piena (art. 2.4.1.)

La quota idrometrica e il franco dovranno essere posti in correlazione con la piena di progetto, anche in considerazione della tipologia dell’opera e delle situazioni ambientali.

Può ritenersi normalmente che il valore della portata massima e del relativo franco siano riferiti ad un tempo di ritorno non inferiore a 100 anni; è di interesse stimare i valori della frequenza probabile di ipotetici eventi che diano luogo a riduzioni del franco stesso. Nel caso di corsi d’acqua arginati, la quota di sottotrave dovrà comunque essere non inferiore alla quota della sommità arginale.


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Nello studio idraulico, sempre che le opere interessino l’alveo, dovranno inoltre essere considerati i seguenti problemi:

classificazione del corso d’acqua ai fini dell’esercizio della navigazione interna;

valutazione dello scavo localizzato con riferimento alle forme e alle dimensioni delle pile, delle spalle e delle relative fondazioni, nonché dei rilevati;

valutazione degli effetti dovuti alla eventuale presenza di una corrente veloce;

esame delle conseguenze della presenza di natanti, corpi flottanti e trasportati dalle acque, ove ricorra detta possibilità, e studio della difesa dagli urti e dalle abrasioni, nonché delle conseguenze di possibili ostruzioni delle luci (specie se queste possono creare invasi anche temporanei a monte), sia nella fase costruttiva sia durante l’esercizio delle opere.

In situazioni particolarmente complesse può essere opportuno sviluppare le indagini anche con l’ausilio di modelli idraulici sperimentali.

Relazione idraulica (art. 2.4.2.)

Le questioni idrauliche, trattate con ampiezza e grado di approfondimento commisurati alla natura dei problemi ed al grado di elaborazione del progetto, saranno oggetto di apposita relazione idraulica, che farà parte integrante del progetto stesso.

4.2 Normativa del Piano stralcio per l’Assetto Idrogeologico del bacino idrografico del Po (PAI)

4.2.1 Norme di attuazione del PAI Opere di attraversamento (art. 19)

1. Le nuove opere di attraversamento stradale o ferroviario, o comunque le infrastrutture a rete interessanti il reticolo idrografico non oggetto di delimitazione delle fasce fluviali nel Piano Stralcio delle Fasce Fluviali, approvato con D.P.C.M. 24 luglio 1998 e nel presente Piano, devono essere progettate nel rispetto dei criteri e delle prescrizioni tecniche per la verifica idraulica di cui ad apposita direttiva emanata dall’Autorità di bacino.

2. Gli Enti proprietari delle opere viarie di attraversamento del reticolo idrografico predispongono, entro un anno dalla data di pubblicazione dell’atto di approvazione del Piano, una verifica di compatibilità idraulica delle stesse sulla base di apposita direttiva emanata dall’Autorità di bacino. La verifica della compatibilità idraulica è inviata all’Autorità di bacino. Gli Enti medesimi, in relazione ai risultati della verifica menzionata, individuano e progettano gli eventuali interventi strutturali correttivi e di adeguamento necessari.

3. L’Autorità di bacino, anche su proposta degli Enti proprietari e in coordinamento con le Regioni territorialmente competenti, delibera specifici Programmi triennali di intervento ai sensi degli artt. 21 e seguenti della L. 18 maggio 1989, n. 183, per gli interventi di adeguamento di cui al precedente comma, con priorità per le opere che comportano condizioni di rischio idraulico per gli abitati o per la protezione di opere e di ambiti territoriali di notevole valore culturale ed ambientale.


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4.2.2 Direttiva del PAI “Criteri per la valutazione della compatibilità idraulica delle infrastrutture pubbliche e di interesse pubblico all’interno delle fasce A e B”

Criteri di compatibilità, prescrizioni e indirizzi per la progettazione e la verifica idraulica dei ponti (p.to 3)

Aspetti generali di compatibilità (p.to 3.1)


Criteri di compatibilità idraulica per i ponti e i rilevati di accesso in progetto (p.to 3.2)

Prescrizioni (p.to 3.2.1)

1. Portata di piena di progetto. Il tempo di ritorno della piena di progetto per le verifiche idrauliche del ponte deve normalmente rispettare i seguenti valori:

per i corsi d’acqua interessati dalla delimitazione delle fasce fluviali, non inferiore a quello assunto per la delimitazione della Fascia B;

per i corsi d’acqua non interessati dalla delimitazione delle fasce fluviali non inferiore a 100 anni.

In casi eccezionali, quando si tratti di corsi d’acqua di piccole dimensioni e di infrastrutture di importanza molto modesta, possono essere assunti tempi di ritorno inferiori in relazione ad esigenze specifiche adeguatamente motivate; in tali situazioni è comunque necessario verificare che le opere non comportino un aggravamento delle condizioni di rischio idraulico sul territorio circostante per la piena di 200 anni e definire il comportamento dell’opera stessa in rapporto alla stessa piena.

2. Franco minimo. Il minimo franco tra la quota idrometrica relativa alla piena di progetto e la quota di intradosso del ponte deve essere non inferiore a 0.5 volte l’altezza cinetica della corrente e comunque non inferiore a un 1.00 m; il valore del franco deve essere assicurato per almeno 2/3 della luce quando l’intradosso del ponte non sia rettilineo e comunque per almeno 40 m, nel caso di luci superiori a tale valore.

Nel caso di corsi d’acqua arginati, la quota di intradosso del ponte deve essere superiore a quella della sommità arginale.

Il franco minimo tra la quota idrometrica relativa alla piena di progetto e la quota di sommità del rilevato di accesso al ponte (piano viabile) deve essere non inferiore a 0.5 volte l’altezza cinetica della corrente e comunque non inferiore a 1.00 m.

3. Posizionamento del ponte rispetto all’alveo. L’insieme delle opere costituenti l’attraversamento non deve comportare condizionamenti al deflusso della piena e indurre modificazioni all’assetto morfologico dell’alveo. L’orientamento delle pile (ed eventualmente delle spalle) deve essere parallelo al filone principale della corrente. In particolare devono essere rispettate le seguenti condizioni:

per i corsi d’acqua arginati la spalla del ponte deve essere sul lato campagna, a una distanza minima di 10 m dal piede dell’argine maestro; lo stesso limite vale per il caso siano presenti pile sul lato campagna; sul lato fiume la posizione delle pile deve essere al di fuori del petto dell’argine; in via eccezionale la pila può interessare il corpo arginale, purché non intacchi il nucleo centrale dell’argine stesso e sia integrata con opportuni accorgimenti di difesa e di rivestimento;


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per i corsi d’acqua non arginati le pile e le spalle devono essere poste al di fuori delle sponde incise dell’alveo; in via eccezionale la pila può interessare la sponda, purché sia integrata con opportuni accorgimenti di difesa e di rivestimento;

nei casi in cui il ponte sia inserito in un tratto di corso d’acqua interessato da altre opere di attraversamento poste in adiacenza, a monte o a valle, è necessario che le pile in alveo (ed eventualmente le spalle) siano allineate con quelle esistenti in modo che le pile presenti, considerate congiuntamente, non riducano la luce effettiva disponibile, anche ai fini del rischio di ostruzione da parte del materiale trasportato in piena;

la struttura deve consentire il mantenimento della continuità della pista di servizio in fregio al corso d’acqua ovvero sul rilevato arginale.

4. Effetti idraulici indotti dal ponte. La soluzione progettuale per il ponte e per i relativi rilevati di accesso deve garantire l’assenza di effetti negativi indotti sulle modalità di deflusso in piena; in particolare il profilo idrico di rigurgito eventualmente indotto dall'insieme delle opere di attraversamento deve essere compatibile con l’assetto difensivo presente e non deve comportare un aumento delle condizioni di rischio idraulico per il territorio circostante. Vanno inoltre verificati seguenti aspetti aggiuntivi:

assenza di riduzione della superficie delle aree allagabili per effetto del ponte al fine di evitare effetti di minore laminazione della piena lungo l’asta fluviale;

compatibilità dell’opera e delle eventuali sistemazioni idrauliche connesse con gli effetti indotti da possibili ostruzioni delle luci ad opera di corpi flottanti trasportati dalla piena ovvero di deposito anomalo di materiale derivante dal trasporto solido, soprattutto nel caso possano realizzarsi a monte invasi temporanei di dimensione significativa.

5. Opere idrauliche collegate al ponte. Nel caso in cui l’inserimento o la presenza del ponte comporti la realizzazione di opere idrauliche con funzioni di sistemazione dell’alveo nel tratto interessato dall’attraversamento, il progetto deve comprendere la definizione delle opere stesse con lo stesso livello di dettaglio relativo all’opera principale.

6. Condizioni di sicurezza idraulica del ponte e delle opere collegate. Il progetto del manufatto e delle opere connesse deve contenere la verifica della stabilità strutturale rispetto ai seguenti aspetti:

scalzamento massimo sulle fondazioni delle pile, delle spalle;

urti e abrasioni provocate dalla corrente sulle pile in alveo;

scalzamento massimo sui rilevati di accesso per effetto dell’erosione della corrente;

spinta idrodinamica per effetto del sovralzo idrico indotto dalla struttura; ove opportuno la valutazione deve essere condotta anche con riferimento a condizioni di tracimazione del ponte per effetto di ostruzione delle luci.

Indirizzi (p.to 3.2.2)

Nella definizione delle caratteristiche dimensionali del ponte, oltre ai valori di prescrizione indicati in precedenza, vanno considerati anche altri elementi, da definirsi caso per caso, prendendo in conto i caratteri specifici di manifestazione della piena, che dipendono dallo stato del bacino idrografico sotteso e del corso d’acqua nella parte a monte, in rapporto alla copertura vegetale e alle sue condizioni di stabilità.


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E’ raccomandabile considerare ogni qualvolta possibile i seguenti elementi:

portata di progetto: per i ponti sui corsi d’acqua non interessati dalla delimitazione delle fasce fluviali è opportuno assumere una portata di progetto con tempo di ritorno superiore a 200 anni nel caso di opere di rilevante importanza, a tutela della sicurezza delle stesse, o con riferimento ai corsi d’acqua a carattere torrentizio, quale fattore di sicurezza rispetto ai fenomeni connessi al deflusso della piena che sono spesso di difficile determinazione quantitativa. Tempi di ritorno inferiori a 200 anni sono da assumere qualora si tratti di corsi d’acqua di piccole dimensioni e di infrastrutture di importanza modesta, in relazione ad esigenze specifiche adeguatamente motivate;

comportamento per piene superiori a quella di progetto: è opportuno valutare la riduzione di franco che si manifesta per portate superiori a quella di progetto, ai fini di una completa determinazione dello stato di sicurezza dell’opera;

dislivello tra quota di intradosso impalcato e fondo alveo: non inferiore a 6-7 m quando si possa temere il transito di alberi di alto fusto; valori maggiori vanno mantenuti per ponti con luci inferiori ai 30 m o posti su torrenti su cui sono possibili sovralzi del fondo alveo per deposito di materiale lapideo;

dislivello tra quota di intradosso impalcato e piano campagna: è opportuno, soprattutto nei territori di pianura, che la quota di intradosso dell’impalcato del ponte sia superiore a quella del piano campagna circostante per i corsi d’acqua non arginati;

dimensione dell’alveo del corso d’acqua: ai fini della definizione della luce del ponte e dell’ubicazione dei manufatti relativi (pile e spalle) è necessario considerare, oltre alle dimensioni attuali dell’alveo, anche quelle eventuali di progetto, in modo tale che l’opera, una volta realizzata, non sia di ostacolo a futuri interventi di sistemazione idraulica sul corso d’acqua, compresi gli ampliamenti delle dimensioni dell’alveo;

luce del ponte: nei casi in cui la larghezza dell’alveo di piena sia limitata, non superiore ai 40 m, è preferibile la realizzazione di un ponte con luce unica in modo da non avere pile in alveo e da ubicare le spalle al di fuori dell’alveo stesso;

dislocazione delle pile: la parte maggiormente attiva dell’alveo, significativamente l’alveo inciso, deve essere lasciata libera da pile, compatibilmente con i vincoli di natura strutturale, ricercando una soluzione che collochi le pile in golena o nelle zone dove l’altezza d’acqua in piena sia relativamente modesta;

forma delle pile in alveo: è preferibile la forma circolare o di tipo profilato in modo da costituire minore ostacolo alla corrente (minore esposizione all’erosione); nei casi in cui si abbia elevata velocità di corrente abbinata a un trasporto solido significativo, la parte delle pile a contatto con la corrente deve essere opportunamente protetta;

soluzioni per il controllo dello scalzamento: le fondazioni delle pile e delle spalle devono essere dimensionate in modo da sopportare direttamente il massimo scalzamento prevedibile (scalzamento diretto ed eventuale abbassamento del fondo alveo), senza la necessità di opere idrauliche aggiuntive. Ad esempio nel caso di fondazioni su pali il dimensionamento dei pali deve considerare scoperto il tratto di palo compreso tra la testa e la quota di massimo scalzamento;


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interferenza con le opere idrauliche presenti: nel caso l’opera sia inserita in un tratto di corso d’acqua arginato è frequente la necessità prevedere protezioni (rivestimenti e/o diaframmature) del paramento lato fiume dell’argine, in conseguenza delle maggiori sollecitazioni idrodinamiche indotte dall’opera stessa. In situazioni particolari possono essere necessarie opere di ringrosso e/o sovralzo arginale locale.

Criteri di compatibilità idraulica per i ponti e i rilevati di accesso esistenti (p.to 3.3)

Prescrizioni (p.to 3.3.1)

I criteri di compatibilità che assumono carattere di prescrizioni per i ponti esistenti sono di seguito elencati.

Portata di piena di progetto. Il tempo di ritorno della piena di progetto per le verifiche idrauliche del ponte deve normalmente rispettare i seguenti valori:

per i corsi d’acqua interessati dalla delimitazione delle fasce fluviali, non inferiore a quello assunto per la delimitazione della Fascia B;

per i corsi d’acqua non interessati dalla delimitazione delle fasce fluviali non inferiore a 100 anni.

Quando si tratti di corsi d’acqua di piccole dimensioni e di infrastrutture di importanza molto modesta, possono essere assunti tempi di ritorno inferiori in relazione ad esigenze specifiche adeguatamente motivate; in tali situazioni è comunque necessario verificare che le opere non comportino un aggravamento delle condizioni di rischio idraulico sul territorio circostante per la piena di 200 anni e definire il comportamento dell’opera stessa in rapporto alla stessa piena.

Franco minimo. Il minimo franco tra la quota idrometrica relativa alla piena di progetto e la quota di intradosso del ponte deve essere non inferiore a 0.5 volte l’altezza cinetica della corrente e comunque non inferiore a un 1.00 m; il valore del franco deve essere assicurato per almeno 2/3 della luce quando l’intradosso del ponte non sia rettilineo e comunque per almeno 40 m, nel caso di luci superiori a tale valore.

Il franco minimo tra la quota idrometrica relativa alla piena di progetto e la quota di sommità del rilevato di accesso al ponte (piano viabile) deve essere non inferiore a 0.5 volte l’altezza cinetica della corrente e comunque non inferiore a 1.00 m.

Posizionamento del ponte rispetto all’alveo. Deve essere considerato l’orientamento delle pile (ed eventualmente delle spalle) rispetto all’alveo e verificato che le interazioni tra le opere e la corrente non diano luogo a fenomeni incompatibili con l’assetto morfologico dell’alveo o la stabilità dell’opera.

Effetti idraulici indotti dal ponte. Gli elementi strutturali del ponte e i relativi rilevati di accesso non devono comportare effetti negativi sulle modalità di deflusso in piena del corso d'acqua; in particolare il profilo idrico di rigurgito eventualmente indotto dall'insieme delle opere di attraversamento deve essere compatibile con l’assetto difensivo presente e non deve comportare un aumento delle condizioni di rischio idraulico per il territorio circostante. Va inoltre verificata la compatibilità dell’opera e delle eventuali sistemazioni idrauliche connesse con gli effetti indotti da possibili ostruzioni delle luci ad opera di corpi flottanti trasportati dalla piena ovvero di deposito anomalo di materiale derivante dal trasporto solido, soprattutto nel caso possano realizzarsi a monte invasi temporanei di dimensione significativa.


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Condizioni di sicurezza idraulica del ponte e delle opere collegate. Il manufatto e le opere connesse devono essere sottoposti a verifica della stabilità strutturale rispetto ai seguenti aspetti:

scalzamento massimo sulle fondazioni delle pile, delle spalle;

urti e abrasioni provocate dalla corrente sulle pile in alveo;

scalzamento massimo sui rilevati di accesso per effetto dell’erosione della corrente;

spinta idrodinamica per effetto del sovralzo indotto dalla struttura; ove opportuno la valutazione deve essere condotta anche con riferimento a condizioni di tracimazione del ponte stesso per effetto di ostruzione delle luci.

Condizioni di esercizio transitorio per i ponti esistenti (p.to 3.3.2)

Nei casi in cui la verifica di compatibilità idraulica dei ponti esistenti non è adeguata rispetto alle prescrizioni di cui al precedente punto 3.3.1., le Amministrazioni competenti al rilascio del parere idraulico di compatibilità (nulla-osta idraulico) definiscono, sulla base degli elementi derivanti dallo studio, le condizioni di esercizio transitorio dell'opera, valide fino alla realizzazione degli interventi di adeguamento.

Tali condizioni devono contenere:

la definizione dei limiti idraulici di completa funzionalità idraulica dell'opera, rappresentati dal tempo di ritorno della portata che soddisfa ai punti 1 e 2 del paragrafo 3.3.1.;

la programmazione degli interventi periodici di manutenzione dell'opera e dell'alveo del corso d'acqua in corrispondenza del ponte, necessari per mantenere la massima capacità di deflusso, comprensivi dell’indicazione dei soggetti responsabili;

la definizione di specifiche operazioni, correlate alla sicurezza idraulica, da compiere nell’ambito dello svolgimento delle funzioni periodiche di vigilanza e ispezione sullo stato di conservazione dell'opera, come definite dalla Circolare n. 34233 del 25.2.1991 del Ministero dei Lavori Pubblici;

la definizione degli scenari di piena probabili per le portate superiori a quelle per cui l'opera è compatibile, con particolare riferimento alle piene con tempo di ritorno di 200 e 500 anni; nell'ambito di tali scenari devono essere evidenziati in specifico i centri abitati e le infrastrutture circostanti coinvolte;

la definizione dei tempi medi di preannuncio della piena (tempo di corrivazione del corso d'acqua) e dei tempi medi di crescita dell'onda di piena;

l'installazione, in una sezione adeguata in prossimità del ponte, di un idrometro con l'evidenziazione del livello di guardia e di quello di superamento delle condizioni di sicurezza, per il quale deve essere sospesa l'agibilità del ponte;

il soggetto responsabile della sorveglianza per la segnalazione degli stati idrometrici di guardia e di superamento delle condizioni di sicurezza;

la necessità eventuale di aggiornamenti periodici circa le condizioni di funzionalità idraulica dell’opera.

Le condizioni di esercizio provvisorio sopra definite costituiscono parte integrante del parere di compatibilità idraulica del ponte esistente rilasciato dalle Amministrazioni competenti.


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Tali condizioni sono allegate alla concessione di occupazione del demanio fluviale collegata all'opera.

Le stesse condizioni sono trasmesse ai soggetti competenti per le funzioni di protezione civile ai sensi della legge 24 febbraio 1992, n. 225.

Progettazione degli interventi di adeguamento (p.to 3.3.3)

Nei casi in cui la verifica idraulica dei ponti esistenti non è adeguata rispetto alle prescrizioni di cui al precedente punto 3.3.1., il progetto di adeguamento deve contenente gli interventi correttivi necessari a rimuovere gli elementi di incompatibilità presenti.

La soluzione di intervento deve essere definita in funzione del grado di inadeguatezza riscontrato e delle caratteristiche della struttura esistente.

Per i ponti di interesse storico-monumentale, soggetti a formale tutela, il progetto di adeguamento dovrà individuare i possibili interventi che consentano di migliorare la funzionalità idraulica del sistema "corso d'acqua - struttura di attraversamento", nel rispetto dei vincoli gravanti sull'opera.

Il progetto, nel caso riguardi l'adeguamento dell'opera esistente, e non la sostituzione della stessa, tratta separatamente gli interventi per il conseguimento di condizioni di sicurezza dell'opera (quali le opere di protezione delle fondazioni dallo scalzamento) da quelli per il miglioramento delle condizioni di deflusso del corso d'acqua e per la riduzione degli effetti di innalzamento del profilo idrico.

Nei casi in cui problemi di incompatibilità siano determinati dalle condizioni di scalzamento massimo non compatibili con la stabilità delle fondazioni, è comunque preferibile una soluzione di intervento diretto sulle fondazioni stesse per il conseguimento dei parametri di sicurezza necessari.

Solo in casi eccezionali, previa accurata verifica idraulica, sono possibili le seguenti soluzioni alternative volte alla stabilizzazione delle quote del fondo alveo, quali ad esempio:

la realizzazione di una soglia (o platea) di fondo a valle delle fondazioni, estesa per tutta la larghezza dell’alveo;

la realizzazione di una coronella di protezione a monte delle pile (ad esempio con pali di piccolo diametro, palancole o diaframmi);

la realizzazione attorno alla pila di una protezione flessibile in materiale lapideo, di granulometria, tale da non essere soggetta a trasporto da parte della corrente.

Contenuti dello studio di compatibilità per i ponti e i manufatti di accesso (p.to 4)

Nella specificazione dei contenuti delle diverse parti si intende integralmente richiamato quanto indicato al punto 2. e si forniscono ulteriori specificazioni di maggiore dettaglio esclusivamente in relazione agli aspetti specifici dei ponti e per quanto riguarda i corsi d’acqua non interessati dalle fasce fluviali.

Anche in questo caso, in conformità a quanto stabilito dal Decreto del Ministero LL.PP. 4 maggio 1990, l’ampiezza e l’approfondimento delle indagini e delle valutazioni vanno commisurati all’importanza del problema e al grado di elaborazione del progetto o della verifica.


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Lo studio si compone dei seguenti punti, che costituiscono la caratterizzazione conoscitiva del sistema fluviale e la valutazione degli effetti ascrivibili al progetto di intervento:

assetto geometrico dell’alveo,

caratteristiche morfologiche dell’alveo,

caratteristiche granulometriche del materiale d’alveo,

caratteristiche ambientali e paesistiche della regione fluviale,

portate di piena,

opere di difesa idraulica,

manufatti interferenti,

modalità di deflusso in piena.



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5 Procedura per la verifica di vulnerabilità idraulica dei ponti

La valutazione della vulnerabilità idraulica di un’opera infrastrutturale di attraversamento riguarda diversi aspetti:

nei confronti dell’assetto idraulico del corso d’acqua attraversato, l’assenza di interazioni incompatibili con le condizioni di deflusso in piena del corso d’acqua, quali l’aumento del profilo inviluppo di piena, l’aumento dell’estensione delle aree allagabili, la riduzione della capacità di invaso dell’alveo di piena, sollecitazioni negative sulla stabilità e sul funzionamento delle opere idrauliche di difesa e/o su altre strutture in alveo; in sostanza il ponte non deve aumentare il rischio idraulico di piena caratteristico del tratto di corso d’acqua attraversato;

nei confronti della sicurezza propria dell’opera, la compatibilità delle sollecitazioni idrodinamiche, scaricate sull’opera, rispetto alla stabilità strutturale dell’opera stessa, con riferimento in particolare agli effetti connessi ai livelli idrici di piena e a quelli derivanti dell’azione erosiva della corrente sulle strutture e sulle fondazioni; l’opera deve essere in condizioni di stabilità strutturale e di sicurezza di esercizio quando defluisce la piena di progetto.

Le interazioni tra le condizioni di deflusso in piena e l’opera di attraversamento devono essere analizzate con riferimento all’insieme delle strutture che sono inserite all’interno dell’alveo del corso d’acqua, costituite dal ponte vero e proprio, dai rilevati di accesso e dagli eventuali manufatti in inseriti nei rilevati con funzioni diverse (quali fornici, tombini, ecc.).

Ai fini dell’applicazione dei criteri di vulnerabilità sopra enunciati, è necessario disporre di un quadro conoscitivo che caratterizzi l’assetto in piena del corso d’acqua interessato dall’attraversamento e le dimensioni geometriche delle opere che costituiscono l’attraversamento, per le parti che intervengono nell’analisi delle interazioni di natura idraulica.

Sulla base di tale quadro, vengono effettuate le elaborazioni di natura idraulica necessarie per la quantificazione dei parametri che consentono di valutare le interazioni con il corso d’acqua e le sollecitazioni idrodinamiche sulla struttura.

5.1 Quadro conoscitivo

Una definizione generale degli approfondimenti conoscitivi necessari per valutare le condizioni di vulnerabilità idraulica di un attraversamento esistente e per definire gli eventuali interventi di adeguamento necessari non è semplice a causa degli aspetti multi-disciplinari dei temi da affrontare.

L’approccio consigliato è quello di fare riferimento a livelli successivamente più approfonditi di analisi, partendo da una fase di valutazione qualitativa fino a giungere ad analisi estremo dettaglio, che utilizzano modelli di tipo numerico o fisico per la descrizione dei fenomeni di deflusso e dei loro effetti sulle strutture.


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A tutti i livelli di analisi, le valutazioni di ordine qualitativo sono importanti per determinare le relazioni tra i diversi aspetti coinvolti (geomorfologia, idraulica, funzionalità delle opere di difesa).

Sono quindi ipotizzabili generalmente 3 livelli di approfondimento:

livello 1: identificazione delle caratteristiche del corso d’acqua, delle tipologie dell’attraversamento, delle interferenze visibili e definizione qualitativa delle condizioni di assetto per tutti gli aspetti coinvolti;

livello 2: analisi qualitativa più dettagliata, combinata con valutazioni quantitative (definizione del profilo per la piena di progetto e per altre portate di riferimento mediante l’impiego di modelli numerici idrodinamici di tipo 1D; stima quantitativa dei fenomeni di interferenza tra alveo e le strutture dell’attraversamento);

livello 3: comporta l’impiego di modelli numerici complessi (modelli idrodinamici 2D a fondo fisso o mobile) o modelli fisici dei fenomeni di deflusso e delle azioni di erosione, deposito e di trasporto dei sedimenti da parte della corrente in presenza delle strutture.

E’ inoltre da tenere conto, nel processo di approfondimento delle valutazioni di vulnerabilità, dell’opportunità di prevedere fasi sistematiche di “feedback”, in modo che l’interdipendenza tra i diversi fenomeni sia costantemente assicurata.

Non in tutti i casi è necessario affrontare tutti i livelli di analisi; la scelta dipende dalla complessità dei fenomeni, dall’importanza dell’opera o della particolarità delle strutture, dalla gravosità delle condizioni di vulnerabilità in atto.

A ciascuno dei livelli di analisi è correlato il bagaglio degli elementi conoscitivi necessari, sia in relazione ai fenomeni da considerare sia per il livello di dettaglio a cui devono essere esaminati.

Gli elementi conoscitivi più importanti riguardano le caratteristiche e i fenomeni che interessano il corso d’acqua attraversato e le risposte dello stesso, a livello morfologico e idraulico, a seguito dell’inserimento delle opere di attraversamento.

Gli aspetti conoscitivi propri dell’attraversamento sono invece più facilmente disponibili essendo limitati alle caratteristiche geometriche delle strutture che hanno influenza sui fenomeni correlati al deflusso; l’unico elemento di non semplice definizione per i ponti esistenti è costituito dalle opere di fondazione, nei casi in cui non sono disponibili le informazioni relative al progetto, ed eventualmente agli interventi successivi di consolidamento (le fondazioni in alveo sono uno degli aspetti su cui si concentrano più frequentemente gli interventi di manutenzione ordinaria e straordinaria).

Per le analisi relative al livello 1, sono sufficienti le informazioni relative alle caratteristiche di insieme del corso d’acqua (di natura geometrica, idrologica e idraulica) e alla struttura dell’attraversamento, integrate da modeste operazioni di indagine in loco, finalizzate a integrare i dati mancanti e a rilevare lo stato di fatto del sistema ponte-alveo e l’eventuale presenza di fenomeni di dissesto in atto.

Per i livelli di analisi successivi sono generalmente necessarie campagne di indagini specifiche, finalizzate ad acquisire le informazioni necessarie alle diverse valutazioni, con il grado di approfondimento commisurato alle stesse.


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Normalmente i principali aspetti che più frequentemente necessitano di approfondimenti riguardano:

le caratteristiche morfologiche del corso d’acqua (alveo tipo): analisi di natura geomorfologia necessarie per la classificazione dell’alveo del corso d’acqua e per la stima della relativa tendenza evolutiva;

la geometria dell’alveo: sono necessarie informazioni topografiche di dettaglio per la descrizione dell’alveo inciso, delle aree golenali, delle opere idrauliche, dei manufatti di attraversamento; normalmente sono acquisite tramite il rilevo topografico di sezioni trasversali in numero e densità sufficiente per caratterizzare il tratto di corso d’acqua idraulicamente influenzato dal ponte; migliori delle sezioni trasversali (proprie di una schematizzazione 1D dell’alveo) sono i piani quotati, acquisiti con tecniche topografiche diverse, con densità di punti, compresi quelli batimetrici, adeguata;

le caratteristiche granulometriche del materiale d’alveo: descrizione, tramite campionamenti e curve granulometriche, dei depositi che costituiscono il fondo dell’alveo attivo, le sponde incise, le aree golenali o inondabili dell’alveo di piena;

le caratteristiche delle fondazioni delle strutture in alveo: necessarie per valutare in il massimo scalzamento teorico potenziale nei casi in cui esse possano venire a contatto con la corrente nel corso di una piena;

le caratteristiche idrodinamiche del deflusso: applicazioni di modelli numerici di simulazione delle condizioni di deflusso in piena con la presa in conto degli effetti conseguenti alla presenza dell’attraversamento;

il valore dello scalzamento potenziale: valutazioni necessarie alla stima degli effetti dell’attività erosiva della corrente sulle fondazioni delle pile in alveo, sulle spalle e sui rilevati di accesso.

In ogni caso, l’analisi di vulnerabilità dell’attraversamento deve essere impostata in modo da prendere in considerazione particolare, caso per caso, gli specifici fenomeni che contraddistinguono l’assetto idrodinamico in atto e tendenziale del tronco di corso d’acqua interessato e che rappresentano le risposte dell’alveo alle modificazioni indotte dalla presenza del ponte e delle relative opere accessorie.

I criteri generali da tenere in conto per impostare l’analisi sono dunque i seguenti:

ogni realizzazione di un ponte comporta una perturbazione sulle caratteristiche morfologiche, geometriche e idrauliche del corso d’acqua,

l’assetto idrodinamico del corso d’acqua non è mai statico ma evolve più o meno rapidamente nel tempo per fattori naturali e antropici;

la comprensione di tale assetto, e delle relative tendenze evolutive, è essenziale e comporta valutazioni sia a carattere locale sia estese a livello di asta fluviale,

la risposta del corso d’acqua alle perturbazioni locali imposte dal ponte dipende dalle caratteristiche idrodinamiche locali e di asta; gli effetti della risposta si determinano, a seconda dei casi, sia a livello locale che dei tronchi di monte e di valle e sia in tempi brevi che in tempi medio – lunghi.


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5.2 Esempi schematici di interazione ponte – corso d’acqua

Si espongono di seguito (Tab. 5.1), a livello schematico, alcune situazioni tipiche che aiutano a caratterizzare la risposta di un corso d’acqua all’inserimento di un attraversamento.

La comprensione della particolare situazione morfologica e idraulica in cui è inserito il ponte è essenziale per impostare il tipo di indagini e di valutazioni che sono necessarie per le stime di vulnerabilità e per la definizione degli interventi correttivi.

Ogni caso è individuato nella prima colonna, che descrive la situazione fisica del corso d’acqua; nelle colonne successive sono elencati gli effetti principali (a livello locale, sul tratto di monte e su quello di valle) derivanti dalla realizzazione del ponte.

Tab. 5.1 Rappresentazione schematica di casi – tipo di interazione tra ponte e corso d’acqua

Localizzazione del ponte Effetti locali Effetti a monte Effetti a valle

1. I depositi alluvionali riducono la capacità di deflusso dell’alveo

2. La direzione di deflusso in piena non è stabile

3. L’alveo non è stabile

1. Erosioni di sponda

2. Instabilità dell’alveo

3. Trasporto solido rilevante in piena

1. Alluvionamento dell’alveo e aumento delle quote di fondo

2. Esondazione e alluvionamento delle aree circostanti

1. Erosione generalizzata

2. Erosione locale

3. Instabilità delle sponde

4. Aumento della velocità di deflusso

5. Modificazioni morfologiche rilevanti


2. Aumento del trasporto solido

3. Instabilità dell’alveo

4. Possibili modifiche morfologiche

1. Aumento del trasporto solido

2. Aumento dei livelli idrici di piena


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1. Aumento di pendenza

2. Aumento delle velocità di deflusso e del trasporto solido

3. Abbassamento di fondo dell’alveo


5. Aumento dell’abbassamento di fondo e dello scalzamento locale sulle fondazioni del ponte

Effetti analoghi a quelli locali

1. Possibili fenomeni di deposito a valle del tratto interessato dall’intervento

2. Aumento dei livelli idrici di piena

3. Riduzione della capacità di deflusso dell’alveo

1. Restringimento della sezione dell’alveo


3. Erosione dell’alveo e scalzamento locale


1. Possibile aumento locale delle quote di fondo alveo

2. Significativi effetti di rigurgito in piena

3. Modificazioni possibili della confluenza del tributario

1. Deposito dei sedimenti erosi in eccesso immediatamente a valle del ponte

2. Maggiori sollecitazioni sulla morfologia dell’alveo a valle

1. Non vi sono effetti morfologici solo nel caso che si mantenga l’equilibrio del bilancio del trasporto solido tra monte e valle

idem idem


2. Possibili modificazioni della morfologia dell’alveo

3. Maggiore scalzamento locale delle fondazioni

4. Possibile instabilità delle sponde dell’alveo


2. Riduzione dei livelli di piena

3. Abbassamento del fondo alveo degli affluenti, aumento delle velocità di deflusso e riduzione della stabilità dell’alveo con aumento del trasporto solido verso il corso d’acqua principale


2. Aumento delle velocità di deflusso e del trasporto solido negli affluenti


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1. L’evoluzione morfologica dell’alveo può modificare la direzione del flusso in corrispondenza del ponte.

2. Si modifica il rigurgito provocato dal ponte

3. Si modifica l’erosione locale e lo scalzamento sulle pile e sui rilevati

4. Possono essere utili o necessarie opere idrauliche di regimazione dell’alveo

1. L’alveo può abbandonare il tracciato attuale

2. Il fenomeno può essere parzialmente controllato da opere

3. le modifiche del tracciato planimetrico dell’alveo possono alterare le condizioni di deflusso dei tributari alla confluenza

idem

1. Attraversamento su un conoide alluvionale. Il caso rappresenta la situazione di un ponte realizzato su di un conoide alluvionale, dove il corso d’acqua torrentizio ha un brusco cambio di pendenza di fondo, che determina la formazione di significativi depositi alluvionali.

L’evoluzione del conoide nel tempo può comportare la tendenza dell’alveo a spostare il suo percorso, creando rischi di aggiramento del ponte, o a ridurre in modo significativo la dimensione della sezione incisa dell’alveo per effetto dell’accumulo dei sedimenti. In questo modo la capacità di deflusso dell’alveo viene ridotta in misura significativa, con effetti sulla funzionalità idraulica e sulla stabilità della struttura.

Normalmente l’alveo del corso d’acqua nel tratto di conoide non è stabile; di conseguenza può variare la direzione del deflusso in corrispondenza del ponte.

2. Attraversamento su un corso d’acqua con fenomeni di abbassamento di fondo generalizzati in atto. Il fenomeno di abbassamento di fondo, per cause che riguardano sia l’alveo del corso d’acqua che situazioni a valle (corso d’acqua ricettore) o a monte (bacino idrografico di alimentazione) produce un aumento della pendenza motrice e quindi della velocità della corrente, Gli effetti sull’alveo sono: instabilità delle sponde, incremento dell’erosione locale, modificazioni morfologiche di entità rilevante.

3. Attraversamento su un corso d’acqua con interventi di regimazione a valle. Il caso si riferisce a un corso d’acqua in cui interventi artificiali di regimazione dell’alveo hanno ridotto la lunghezza e quindi aumentato la pendenza di fondo. Situazione analoga è rappresentata dal caso di un taglio di meandro naturale o artificiale.

4. Attraversamento su un corso d’acqua immediatamente a valle di una confluenza. Nel caso il tributario abbia pendenza maggiore, introduce nel corso d’acqua principale una quantità di trasporto solido relativamente più grande che può essere localmente superiore alla capacità di trasporto del corso d’acqua principale. Il


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fenomeno può dare luogo a una riduzione locale della sezione incisa che provoca un aumento della velocità di corrente; aumenta quindi l’erosione generalizzata e locale e l’instabilità delle sponde. La contrazione di sezione, inoltre, può modificare la direzione del deflusso proveniente da monte in prossimità del ponte e influenzare la morfologia dell’alveo a valle.

5. Adeguamento della geometria dell’alveo in corrispondenza del ponte. Un intervento di ricalibratura o di disalveo in un tratto di corso d’acqua in prossimità del ponte non provoca effetti apprezzabili solamente nel caso in cui venga progettato in modo da mantenere la stessa capacità di trasporto solido dei tratti di monte e di valle: è quindi molto difficile che l’intervento sia stabile. Se viene aumentata localmente la capacità di trasporto gli effetti conseguenti riguardano fenomeni erosivi, instabilità delle sponde e della morfologia dell’alveo.

6. Attraversamento a valle di una traversa fluviale. Una traversa per derivazione idrica comporta normalmente l’intercettazione parziale o totale del trasporto solido a monte della traversa stessa; nel tratto a valle, la corrente erode sedimenti dal fondo alveo e dalle sponde provocando un abbassamento di fondo significativo. Se il ponte è sufficientemente vicino alla traversa da essere interessato dall’abbassamento di fondo, i valori dello scalzamento generale e locale possono aumentare sensibilmente; inoltre possono manifestarsi fenomeni di instabilità spondale e modifiche sensibili della geometria dell’alveo.

7. Attraversamento in un alveo con elevata instabilità planimetrica. L’instabilità planimetrica dell’alveo può modificare le sollecitazioni idrodinamiche sui manufatti di attraversamento (ponte e rilevati di accesso); il fenomeno richiede accurate valutazioni di tipo idraulico e geomorfologico, per stimare la possibile fascia di massima divagazione planimetrica dell’alveo attivo. Questo tipo di problema è particolarmente difficile da affrontare a causa delle variazioni dell’assetto dell’alveo, che può conservare la sua posizione per diversi anni – in condizioni di portate di deflusso modeste – e modificarla improvvisamente a seguito di una piena o di una sequenza di eventi. In molti casi possono essere necessarie opere di regimazione e stabilizzazione dell’alveo nel tratto in prossimità del ponte.


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5.3 Caratterizzazione della vulnerabilità di un ponte

L’intero percorso procedurale costituito dalla organizzazione dei dati conoscitivi relativi al ponte, da quelli relativi al tratto di corso d’acqua interessato dall’attraversamento, dalle elaborazioni idrologiche e idrauliche per la stima dei parametri caratteristici del deflusso e per l’attribuzione del giudizio di vulnerabilità è stato organizzato su schede rappresentative per ciascuna opera. Le schede vengono a costituire una banca dati rispetto alla quale saranno possibili gli aggiornamenti e gli approfondimenti di dettaglio collegati all’evoluzione delle attività del programma e alle successive fasi di analisi di vulnerabilità o di definzione degli interventi di adeguamento.

Nel seguito viene illustrata la composizione di ciascuna delle 7 sezioni costituenti la scheda relativa a un ponte.

1. Codifica ponte Parametro Descrizione

Corso d’acqua nome del corso attraversato Codice ponte codice numerico della banca dati ponti della Provincia di Torino Strada numero e tipologia della strada a cui appartiene l’opera Comune territorio comunale in cui è situato l’attraversamento


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2. Localizzazione Parametro Descrizione

Inquadramento planimetrico cartografia CTR alla scala 1:10.000 e (ove disponibile) ortofotocarta da volo recente alla stessa scala Fascia fluviale A (PAI - PSFF) porzione di area del fondovalle delimitata come fascia A dal PAI (Piano stralcio per l’assetto idrogeologico

del fiume Po) Fascia fluviale B (PAI - PSFF) porzione di area del fondovalle delimitata come fascia B dal PAI (Piano stralcio per l’assetto idrogeologico

del fiume Po) Sezioni di rilievo (PAI –PSFF) Ubicazione delle sezioni trasversali indicate nella cartografia delle fasce fluviali del PAI Sezioni di rilievo Ubicazione delle sezioni trasversali derivanti dal rilievo topografico più recente (soggetto che ha eseguito il

rilievo) Ponte Ubicazione planimetrica dell’attraversamento Attraversamento limitrofo Presenza di un’opera di attraversamento a monte o a valle, a distanza tale da poter influenzare le

condizioni di deflusso Traversa Presenza di un’opera di derivazione idrica nel tratto interessato dal ponte Difesa longitudinale Briglia o soglia Argine

Presenza di un’opera di difesa idraulica

Punto di presa fotografico Fotografia dell’opera durante il sopralluogo Caratteristiche del territorio circostante

Indicazione di presenza di elementi territoriali significativi (insediamenti, infrastrutture) nell’area di fondovalle adiacente al tratto di alveo interessato dal ponte; l’area può eventualmente essere interessata da fenomeni di inondazione connessi o meno al funzionamento idraulico del ponte


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3. Caratteristiche geometriche del ponte e dei rilevati di accesso Parametro Descrizione

ATTRAVERSAMENTO Lunghezza dell’impalcato (m) Lunghezza misurata lungo l’asse della strada Larghezza dell’impalcato (m) Larghezza misurata perpendicolarmente all’asse della strada Quota min estradosso (m s.m.) Quota del punto più depresso dell’impalcato, con esclusione della quota del parapetto; indicativa rispetto

alla possibilità di sormonto da parte della piena Quota min intradosso (m s.m.) Quota del punto più depresso dell’impalcato, a cui viene fatto riferimento per la determinazione del franco

idraulico; nel caso di ponte ad arco vengono riportate le quote nei punti di chiave e di imposta Quota fondo alveo min, medio (m s.m.)

Quote del fondo della sezione dell’alveo in asse al ponte; il fondo medio è rappresentato dalla quota determinata dividendo l’area bagnata della sezione in magra per la larghezza della superficie libera (sezione rettangolare equivalente)

Numero delle campate - Numero pile (di cui in alveo) Per le pile in alveo si intende quello che insistono all’interno dell’alveo inciso, per alvei monocursali, o

all’interno dell’inviluppo dei vari canali, per alvei ramificati Sezione delle pile (tipologia, dimensioni, angolo rispetto al flusso)

Caratteristiche della pile che intervengono nel calcolo del profilo di rigurgito e nel calcolo dello scalzamento provocato dalla corrente sulla fondazione per effetto della turbolenza locale

Luce tra le pile Luce misurata lungo l’asse stradale Plinto di fondazione (dimensioni, angolo rispetto al flusso, quota estradosso, tipologia fondazioni)

Caratteristiche del plinto; le dimensioni vengono comunque riferite a una sezione rettangolare; l’angolo rispetto al flusso è significativo nel caso di plinto scoperto rispetto al fondo alveo; la tipologia delle fondazioni (dirette, a cassone, su pali, ….) va riportata nei casi in cui è rilevabile direttamente (plinto scoperto) o esistono informazioni dagli elaborati di progetto

RILEVATI D’ACCESSO Lunghezza all’interno della fascia B (o della sezione di piena) Lunghezza all’interno della fascia A (o della sezione di deflusso)

Lunghezza misurata in direzione ortogonale al deflusso

% di restringimento dell’alveo di piena

Rapporto di restringimento locale (rispetto alla larghezza media dell’alveo nel tratto) provocato dalla presenza dei rilevati di accesso; parametro che interviene nella quantificazione del rigurgito sul profilo di piena e dell’erosione del fondo alveo per effetto locale

Quota min rilevato (m s.m.) Quota del punto più basso del rilevato all’interno dell’alveo di piena Quota max rilevato (m s.m.) Quota del punto più alto del rilevato all’interno dell’alveo di piena Presenza di fornici (numero, posizione, dimensione)

Sono indicati i fornici presenti all’interno dell’alveo di piena

Opere a protezione del rilevato (tipologia, lunghezza)

Opere con funzione di protezione del rilevato da fenomeni di erosione del paramento e/o di protezione anti-scalzamento al piede


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Precisione dati geometrici Il livello di precisione dei dati disponibili viene definito secondo le seguenti tre classi: da rilievo topografico recente; da documentazione tecnica (disegni di progetto o di contabilità); da rilievo speditivo

Asta idrometrica (posizione, tipologia)

Descrive la presenza nella sezione del ponte di un’asta idrometrica utilizzata per la lettura (a vista, automatica) dei livelli di piena


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4. Caratteristiche morfologiche dell’alveo Parametro Descrizione

Alveo tipo attuale Classificazione del tipo morfologico dell’alveo del tratto di corso d’acqua in corrispondenza del ponte; viene indicata la fonte conoscitiva da cui deriva la definizione: studio geomorfologico recente; sopralluogo diretto; analisi geologica allegata al progetto del ponte

Evoluzione planimetrica del tratto di corso d’acqua (fenomeni pregressi, tendenza attuale)

Vengono riportati in sintesi i risultati di studi geomorfologici disponibili sulla tendenza evolutiva dell’alveo (citata la fonte dello studio riportato)

Stabilità del fondo alveo (fenomeni pregressi, tendenza attuale)

Vengono riportati in sintesi i risultati di studi geomorfologici disponibili; ove possibile, nel caso di fenomeni significativi di abbassamento di fondo sono indicati i valori quantitativi (citata la fonte dello studio riportato)

Sezione media dell’alveo di piena (da sopralluogo speditivo, da rilievo topografico)

Caratterizzazione della sezione trasversale dell’alveo di piena rappresentativa del tratto di corso d’acqua interessato dal ponte

Pendenza media del tratto (da rilievo topografico, da profilo di piena)

Sono indicate la pendenza media di fondo e la pendenza del profilo di piena in assenza del ponte

Granulometria alveo (rilievi diretti, da sopralluogo)

Nel caso di rilievi diretti (curve granulometriche ricavate da indagini specifiche) viene citata la fonte e la data del rilievo; nel caso di stime in corso di sopralluogo è indicata la dimensione massima dei sedimenti

Presenza di materiale vegetale in alveo

Viene indicata con riferimento alla data del sopralluogo; viene in particolare segnalato se la vegetazione locale può costituire ostacolo al deflusso in piena e può aumentare il rischio di ostruzione del ponte

Opere idrauliche connesse all’assetto dell’alveo

Caratterizzazione (tipologia, funzione, posizione, materiale, stato di manutenzione) delle opere idrauliche presenti che sono funzionali all’assetto idraulico dell’alveo

Opere idrauliche connesse al ponte Caratterizzazione (tipologia, funzione, posizione, materiale, stato di manutenzione) delle opere idrauliche presenti che svolgono funzioni di protezione delle opere di attraversamento (anti-scalzamento, protezione dei rilevati di accesso, regimazione della corrente all’imbocco del ponte)


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5.1. Analisi idrologica Parametro Descrizione

Bacino idrografico sotteso Caratteristiche idrologiche del bacino idrografico sotteso alla sezione del ponte (superficie, altitudine max, altitudine media, altitudine sez. di chiusura, lunghezza asta, tempo di corrivazione)

Serie idrometriche storiche disponibili Indicazione delle misure idrometriche disponibili significative per il tratto di corso d’acqua interessato dal ponte (località, posizione, parametro rilevato, periodo di disponibilità delle osservazioni). L’informazione va correlata alla stime delle portate di piena di riferimento

Stazioni idrometriche esistenti Indicazione delle stazioni idrometriche funzionanti significative per il tratto di corso d’acqua interessato dal ponte (località, posizione, parametro rilevato). L’informazione è utile per la gestione in corso di evento di piena

Piene storiche nella sezione del ponte

Ricognizione sugli eventi di piena documentati che hanno interessato il ponte (anno, portata al colmo, effetti specifici sull’opera e sulle aree circostanti, fonte delle informazioni)

Portate di piena al colmo per tempo di ritorno

Elenco delle stime delle portate per assegnato tempo di ritorno (2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500 anni) nella sezione del ponte e della fonte che ha definito i valori (Autorità di bacino, Servizio Idrografico, AIPO, studi non ufficiali o pubblicati…).

Portata di piena del nulla-osta idraulico

Indicazione, ove disponibile, della portata di progetto contenuta nel nulla-osta da parte dell’autorità idraulica competente e della data di riferimento; il dato permette un confronto con le stime attuali e dà conto delle eventuali variazioni intervenute nel valore della portata di piena.

5.2. Analisi idraulica Portata di progetto (valore; tempo di ritorno)

Valore e tempo di ritorno della portata di piena al colmo, assunta come piena di progetto per la verifica della compatibilità idraulica del ponte

Profilo di piena di progetto in assenza del ponte

Profilo idrico al colmo per la piena di progetto nel tratto di corso d’acqua interessato dal ponte; il profilo è tratto: - dai dati ufficiali della Direttiva dell’Autorità di bacino, - da studi idraulici disponibili verificati, - da calcoli idraulici eseguiti direttamente.

Velocità media in alveo Valore della velocità media dell’alveo inciso per la piena di progetto; è definito sulla base dei calcoli idraulici di cui al punto precedente

Velocità media in golena Valore della velocità media nella golena per la piena di progetto; è definito sulla base dei calcoli idraulici di cui al punto precedente

Effetto di rigurgito del ponte Innalzamento del livello idraulico a monte del ponte per la piena di progetto, dovuto al restringimento della sezione di deflusso provocato dal ponte; è definito sulla base dei calcoli idraulici di cui al punto precedente, tramite l’applicazione delle formule per il calcolo del rigurgito nelle specifiche condizioni di deflusso

Livello idrico massimo Livello idrico per la piena di progetto nella sezione immediatamente a monte del ponte (calcolato come livelli idrico al colmo in assenza del ponte + il valore del rigurgito)


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Franco idraulico Differenza tra la quota minima dell’intradosso dell’impalcato del ponte e la quota del livello idrico massimo; nel caso di ponte ad arco va verificato il franco rispetto ad almeno i 2/3 della luce dell’arco e comunque per almeno 40 m nel caso di luci superiori a tale valore

Scalzamento sulle fondazioni da sopralluogo (pile, spalle, rilevati di accesso)

Valore dello scalzamento (abbassamento della quota del fondo alveo) riscontrato in sede di sopralluogo sulle fondazioni delle pile, delle spalle e dei rilevato di accesso; per le pile e per le spalle si riporta il valore dell’abbassamento di fondo rispetto alla quota del fondo alveo medio nell’intorno del manufatto; per i rilevati di accesso si riporta il valore dell’abbassamento dell’alveo rispetto alla quota del piede del rilevato

Scalzamento di calcolo sulle pile Valore dello scalzamento (abbassamento della quota del fondo alveo) sulle pile in relazione alle tre diverse componenti che concorrono a determinarne il valore totale: - stimato per abbassamento generalizzato dell’alveo: stima derivante dallo studio dei fenomeni in atto o pregressi di evoluzione morfologica dell’alveo per cause naturali o antropiche che interessano un tratto esteso del corso d’acqua e sono indipendenti dalla presenza del ponte; - stimato per contrazione di sezione: stima dell’erosione locale dell’alveo nel corso del deflusso della piena di progetto per effetto del restringimento della sezione trasversale imposto dal ponte; si tratta di un abbassamento che interessa il fondo alveo dell’intera sezione dell’attraversamento; - stimato per effetto della pila: stima dello scalzamento locale sul lato di monte della pila per effetto dei fenomeni turbolenti (vortice a ferro di cavallo) che dipendono dalla forma idrodinamica della pila.

Scalzamento di calcolo sulle spalle Valore dello scalzamento (abbassamento della quota del fondo alveo) sulle spalle per effetto diretto della corrente


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6. Grado di vulnerabilità rispetto alle caratteristiche proprie della struttura Parametro Descrizione

PONTE a. Franco minimo sulla piena di progetto

Grado di vulnerabilità in relazione al franco rispetto al livello idrometrico corrispondente alla piena di progetto: - adeguato: franco maggiore di 1 m e comunque non inferiore a 0.5 volte l’altezza cinetica della corrente; - medio: franco compreso tra 0,3 e 1,0 m, insufficiente rispetto alla normativa, ma ancora tale da fornire un margine di sicurezza rispetto all’altezza idrica di deflusso; - elevato: franco compreso tra 0,0 e 0,3 m, inadeguato rispetto alle condizioni di deflusso; - molto elevato: franco negativo e/o possibilità di sormonto dell’impalcato.

b.1. Interferenze con il corso d’acqua: effetto di rigurgito

Grado di vulnerabilità in relazione al rigurgito provocato dal ponte per la piena di progetto: - adeguato: rigurgito inferiore a 0,3 m; l’effetto di restringimento di sezione dovuto al ponte è modesto e si esaurisce in un breve tratto a monte; - medio: rigurgito compreso tra 0,3 e 1,0 m; l’effetto di restringimento di sezione dovuto al ponte è apprezzabile e provoca un innalzamento del profilo idrico di piena significativo; - elevato: rigurgito compreso tra 1,0 e 2,0 m; l’effetto di restringimento di sezione dovuto al ponte è elevato e deve essere valutata la compatibilità con la capacità di contenimento dei livelli di piena del corso d’acqua nel tratto a monte; - molto elevato: rigurgito superiore a 2,0 m; l’effetto di restringimento di sezione dovuto al ponte è molto elevato e deve essere valutata la compatibilità con la capacità di contenimento dei livelli di piena del corso d’acqua nel tratto a monte.

b.2. Interferenze con il corso d’acqua: ostruzioni luci

Grado di vulnerabilità in relazione alla possibilità di fenomeni di ostruzione delle luci per effetto del trasporto di detriti flottanti e/o del deposito di materiale lapideo sul fondo; è assegnato in funzione delle dimensioni delle luci del ponte (larghezzaxaltezza rispetto al fondo alveo) e della possibilità che nei tratti a monte del corso d’acqua vengano mobilitati in piena (per erosione delle sponde e/o per apporto degli affluenti minori) materiali galleggianti di dimensioni lineari superiori a quelle delle luci e ancora della possibilità che si manifestino apporti da monte di materiale lapideo di trasporto solido in quantità superiore alla capacità di trasporto solido della corrente nella sezione del ponte: - adeguato: luce superiore a 30 m e altezza tra intradosso impalcato fondo medio dell’alveo superiore a 8 m; assenza di depositi significativi di materiale lapideo sul fondo; - medio: luce compresa tra 20 e 30 m e/o altezza sul fondo medio dell’alveo tra 5 e 8 m; - elevato: luce compresa tra 10 e 20 m e/o altezza sul fondo medio dell’alveo tra 3 e 5 m; - molto elevato: luce inferiore a 10 m e/o altezza sul fondo medio dell’alveo inferiore a 3 m;

b.3. Interferenze con il corso d’acqua: posizione rispetto all’alveo

Grado di vulnerabilità in relazione all’interferenza della struttura con le condizioni di deflusso in piena del tratto di corso d’acqua e con l’assetto idraulico dello stesso (morfologia e opere idrauliche di difesa): - adeguato: assenza di interferenza o effetti su morfologia e opere idrauliche di entità trascurabile;


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- medio: interferenze apprezzabili sulla dinamica morfologica e/o sull’assetto delle opere idrauliche; i fenomeni non sono comunque tali da provocare dissesti sull’assetto idraulico del corso d’acqua nel corso di un singolo evento di piena; - elevato: interferenze significative che possono provocare dissesti morfologici o condizionare la stabilità e/o la funzionalità delle opere idrauliche di difesa; - molto elevato: interferenze rilevati con conseguenti effetti di instabilizzazione morfologica dell’alveo e di dissesto delle opere idrauliche di difesa.

c.1. Scalzamento sulle pile osservato La presenza di un fenomeno di scalzamento in atto rilevabile in corso di sopralluogo costituisce, nella valutazione della vulnerabilità, un elemento di maggiorazione del peso da attribuire al massimo scalzamento teoricamente atteso, in quanto segnala la presenza del fenomeno e costituisce un indice della gravosità dello stesso. La valutazione dello scalzamento in atto deve essere accompagnata, ove possibile, dall’indicazione della tipologia dello stesso: (a) per abbassamento generalizzato dell’alveo; (b) per contrazione di sezione; (c) per effetto della pila. Il valore dello scalzamento deve essere correlato alla presenza o meno di opere di controllo dello scalzamento stesso. Nel caso di più pile in alveo viene indicato il valore massimo rilevato; l’osservazione viene integrata con l’indicazione delle condizioni delle altre pile presenti. - adeguato: assenza di scalzamento; - medio: abbassamento del fondo apprezzabile, ma che non raggiunge la quota della base del plinto; - elevato: abbassamento del fondo rilevante, che scopre in tutto o in parte la base del plinto; - molto elevato: abbassamento del fondo molto rilevante, che scopre in tutto o in parte la base del plinto per oltre 1,0 m (nel caso di fondazioni profonde).

c.2. Scalzamento sulle pile stimato Lo scalzamento viene considerato un indicatore di peso rilevante sul grado di vulnerabilità dell’opera, in quanto rappresenta un fenomeno che interferisce potenzialmente con le condizioni di stabilità strutturale delle fondazioni della stessa. Il criterio di valutazione è riferito al fatto che l’abbassamento del fondo alveo in corrispondenza delle pile possa coinvolgere le fondazioni in forma più o meno intensa. Tale assunzione tiene conto anche del fatto che un criterio progettuale comunemente seguito per i nuovi ponti è quello di porre la quota di imposta del plinto di fondazione al di sotto del massimo scalzamento atteso. La valutazione non comporta per altro un giudizio sulla stabilità strutturale delle fondazioni, che dipende dal dimensionamento statico delle stesse. - adeguato: assenza di scalzamento; - medio: abbassamento del fondo apprezzabile, ma che non raggiunge la quota della base del plinto; - elevato: abbassamento del fondo rilevante, che scopre la base del plinto (deve essere nota l’altezza del plinto di fondazione); - molto elevato: abbassamento del fondo molto rilevante, che scopre in tutto o in parte la base del plinto di oltre 1,o m (nel caso di fondazioni profonde).

d.1. Scalzamento sulle spalle osservato

Valgono criteri e osservazioni adottati per le pile. Normalmente le spalle sono in posizione meno esposta alla corrente, rispetto alle pile; si hanno di conseguenza valori di scalzamento inferiori.

d.1. Scalzamento sulle spalle stimato Valgono criteri e osservazioni adottati per le pile RILEVATI DI ACCESSO a. Franco minimo sulla piena di progetto

Grado di vulnerabilità in relazione al franco del punto più depresso del rilevato di accesso all’interno dell’alveo di piena, rispetto al livello idrometrico corrispondente alla piena di progetto: - adeguato: franco maggiore di 1 m e comunque non inferiore a 0.5 volte l’altezza cinetica della corrente; - medio: franco compreso tra 0,3 e 1,0 m, insufficiente rispetto alla normativa, ma ancora tale da fornire un margine di sicurezza rispetto all’altezza idrica di deflusso; - elevato: franco compreso tra 0,0 e 0,3 m, inadeguato rispetto alle condizioni di deflusso; - molto elevato: sormonto del rilevato.

b. Interferenze con il corso d’acqua: posizione rispetto all’alveo

Grado di vulnerabilità in relazione all’interferenza del rilevato con le condizioni di deflusso in piena del tratto di corso d’acqua e con l’assetto idraulico dello stesso (morfologia e opere idrauliche di difesa): - adeguato: assenza di interferenza o effetti su morfologia e opere idrauliche di entità trascurabile; - medio: interferenze apprezzabili sulla dinamica morfologica e/o sull’assetto delle opere idrauliche; i fenomeni non sono comunque tali da provocare dissesti sull’assetto idraulico del corso d’acqua nel corso di un singolo evento di piena; - elevato: interferenze significative che possono provocare dissesti morfologici o condizionare la stabilità e/o la funzionalità delle opere idrauliche di difesa; - molto elevato: interferenze rilevanti con conseguenti effetti di instabilizzazione morfologica dell’alveo e di dissesto delle opere idrauliche di difesa

c. Erosione: sul paramento del rilevato

Grado di vulnerabilità dei rilevati di accesso in relazione ai fenomeni di potenziale erosione del paramento esposto all’azione della corrente nelle condizioni di deflusso della piena di progetto: - adeguato: paramento non a contatto con il deflusso della corrente o esposto a velocità modeste (inferiori a 0,5 m/s) o protetto da opere di rivestimento anti-erosione adeguatamente dimensionate; - medio: paramento senza opere anti-erosione o con opere inadeguate, esposto a velocità di corrente moderate (comprese tra 0,5 e 1,0 m/s);


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- elevato: paramento senza opere anti-erosione o con opere inadeguate, esposto a velocità di corrente elevate (comprese tra 1,0 e 2,0 m/s); - molto elevato: paramento senza opere anti-erosione o con opere inadeguate, esposto a velocità di corrente molto elevate (superiori a 2,0 m/s).

c. Erosione: sul piede del rilevato Grado di vulnerabilità dei rilevati di accesso in relazione ai fenomeni di potenziale erosione del piede, esposto all’azione della corrente nelle condizioni di deflusso della piena di progetto: - adeguato: piede del rilevato non è a contatto con il deflusso della corrente o esposto a velocità modeste (inferiori a 0,5 m/s) o protetto da opere di rivestimento anti-erosione adeguatamente dimensionate; - medio: piede del rilevato senza opere anti-erosione o con opere inadeguate, esposto a velocità di corrente moderate (comprese tra 0,5 e 1,0 m/s); - elevato: piede del rilevato senza opere anti-erosione o con opere inadeguate esposto a velocità di corrente elevate tra 1,0 e 2,0 m/s); - molto elevato: piede del rilevato senza opere anti-erosione o con opere inadeguate esposto a velocità di corrente molto elevate (superiori a 2,0 m/s).

d. Punti critici (presenza di fornici o di opere singolari di discontinuità)

Grado di vulnerabilità dei rilevati di accesso in relazione alla presenza nel corpo del rilevato di opere strutturali che possono indurre concentrazioni locali delle velocità della corrente, quali fornici, tombini ecc.: - adeguato: assenza di opere che costituiscano criticità per fenomeni erosivi; - medio: presenza di fornici o di altre opere corredate da protezioni anti-erosione; - elevato: presenza di fornici o di altre opere senza protezioni anti-erosione; - molto elevato: presenza di fornici o di altre opere senza protezioni anti-erosione che possono provocare fenomeni di erosione di entità potenziale tale da compromettere la stabilità del rilevato.

VULNERABILITA’ COMPLESSIVA DEL PONTE E DEI RILEVATI DI ACCESSO

Descrizione Illustrazione descrittiva del grado di vulnerabilità complessivo della struttura (ponte e rilevati di accesso) con riferimento agli specifici fenomeni che determinano sollecitazioni gravose per le opere di attraversamento, ai parametri che non risultano adeguati e alle cause di inadeguatezza corredate dal relativo livello di gravosità.

Classe di vulnerabilità Assegnazione sintetica della struttura ad una delle quattro classi del grado di vulnerabilità: - adeguato - medio - elevato - molto elevato

Grado di confidenza in funzione del livello conoscitivo

Indicatore complessivo del grado affidabilità della stima, in relazione al dettaglio dei dati conoscitivi disponibili e utilizzati per le valutazioni. Il livello conoscitivo viene classificato in: - preliminare, - buono, - approfondito. L’assegnazione dipende dalla valutazione, riferita agli stessi tre livelli, sul grado di affidabilità delle conoscenze relative alle principali componenti dell’analisi di vulnerabilità: - geometria dell’alveo del tratto di corso d’acqua e nell’intorno del ponte, - geometria delle strutture e delle fondazioni, - approfondimento delle analisi geomorfologiche sull’alveo del corso d’acqua e conoscenza delle caratteristiche granulometriche dell’alveo, - approfondimento e aggiornamento delle analisi idrologiche per la determinazione delle portate di piena, - approfondimento delle valutazioni idrauliche sul profilo di piena del corso d’acqua.


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7.1. Grado di vulnerabilità dell’alveo e delle zone circostanti per effetto della struttura Parametro Descrizione

a. Effetti di instabilità dell’alveo imputabili alla struttura

Vengono descritti i fenomeni di instabilità dell’alveo che derivano dalla presenza dell’attraversamento (ponte e rilevati di accesso): - erosioni di sponda, - sollecitazioni idrodinamiche sulle difese di sponda e sugli argini, - zone di intercettazione del materiale solido trasportato e formazione di accumuli, - erosione e abbassamento delle quote del fondo alveo, e viene stimato il grado di dissesto potenzialmente indotto in corso di piena sulla stabilità morfologica e idraulica dell’alveo (grado di vulnerabilità adeguato, medio, elevato, molto elevato).

b. Aumento del rischio di allagamento delle aree circostanti

Vengono descritti gli effetti del ponte in rapporto all’aumento dei livelli idrici di piena o all’orientamento della direzione del deflusso che possono aggravare le condizioni di allagabilità in piena del territorio circostante. Il grado di vulnerabilità conseguente è assegnato a livello sintetico (adeguato, medio, elevato, molto elevato) sulla base degli effetti dipendenti dal ponte e della vulnerabilità del territorio circostante

c. Effetti indotti su altre infrastrutture in alveo

Vengono descritti gli effetti che la presenza del ponte può indurre su altre opere ubicate in alveo, quali opere di attraversamento viario o ferroviario, traverse di derivazione idrica, altre infrastrutture a rete, nelle immediate dell’attraversamento. Gli effetti possono riguardare l’amplificazione dei fenomeni di scalzamento sulle fondazioni di tali strutture, l’aumento delle sollecitazioni idrodinamiche, l’orientamento della direzione di flusso della corrente in direzione sfavorevole rispetto a tali strutture. Il grado di vulnerabilità conseguente è assegnato a livello sintetico (adeguato, medio, elevato, molto elevato) sulla base degli effetti dipendenti dal ponte e della vulnerabilità delle infrastrutture presenti.

7.2. Grado di vulnerabilità globale dell’attraversamento e delle aree circostanti Parametro Descrizione

Descrizione Illustrazione descrittiva del grado di vulnerabilità complessivo della struttura (ponte e rilevati di accesso) e delle aree circostanti, con riferimento agli specifici fenomeni che determinano sollecitazioni gravose per le opere di attraversamento e alle aree circostanti, ai parametri che non risultano adeguati e alle cause di inadeguatezza corredate dal relativo livello di gravosità.

Classe di vulnerabilità Assegnazione sintetica dell’attraversamento ad una delle quattro classi di vulnerabilità: - adeguato - medio - elevato - molto elevato

Grado di confidenza in funzione del livello conoscitivo

Indicatore complessivo del grado affidabilità della stima in relazione al dettaglio, dei dati conoscitivi disponibili e utilizzati per le valutazioni. Il livello conoscitivo viene classificato in: - preliminare,


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- buono, - approfondito. L’assegnazione dipende dalla valutazione, riferita agli stessi tre livelli, sul grado di affidabilità delle conoscenze relative alle principali componenti dell’analisi di vulnerabilità: - geometria alveo del tratto di corso d’acqua e nell’intorno del ponte, - geometria delle strutture e delle fondazioni, - topografia delle aree circostanti, - approfondimento delle analisi geomorfologiche sull’alveo del corso d’acqua e conoscenza delle caratteristiche granulometriche dell’alveo, - approfondimento e aggiornamento delle analisi idrologiche per la determinazione delle portate di piena, - approfondimento delle valutazioni idrauliche sul profilo di piena del corso d’acqua.

7.3. Misure per la riduzione del grado di vulnerabilità del ponte e delle aree circostanti Indicazione delle misure generali di riduzione della vulnerabilità, in funzione delle criticità riscontrate e dei fenomeni che le determinano. Le misure indicate rappresentano la tipologia dell’intervento da porre in atto e andranno successivamente trasformate in misure specifiche per il particolare ponte attraverso le attività di approfondimento e progettazione necessarie.

Parametro Descrizione a. Approfondimenti conoscitivi e di analisi sugli aspetti critici

Indicazione degli approfondimenti conoscitivi e di analisi del comportamento in piena dell’opera funzionali alla definizione, in maniera più approfondita o di supporto alla progettazione degli interventi atti a ridurre il grado di vulnerabilità. Gli approfondimenti possono riguardare tutti gli aspetti conoscitivi e tutte le elaborazioni condotte per la valutazione della vulnerabilità. Le parti che più frequentemente richiedono approfondimenti riguardano: - le informazioni topografiche relative all’alveo del corso d’acqua; - le informazioni relative alle caratteristiche fondazionali delle strutture, - le elaborazioni idrauliche relative alla determinazione del franco, dell’effetto di rigurgito e dello scalzamento sulle fondazioni.

b. Misure strutturali per la riduzione del grado di vulnerabilità

Sulle opere esistenti gli interventi strutturali riguardano: (a) gli adeguamenti strutturali delle opere di attraversamento, costituiti da interventi diretti a: aumento della luce complessiva del ponte tramite l’inserimento di nuove campate; rialzo dell’impalcato del ponte; inserimento di fornici nei rilevati di accesso; rimozione delle occlusioni permanenti delle campate esistenti; realizzazione di opere di convogliamento della corrente; rialzo dei rilevati di accesso; rinforzo delle fondazioni delle pile e delle spalle del ponte, realizzazione di deflettori del flusso; realizzazione di rastremazioni sul lato di monte della pila; protezione dall’erosione del paramento e del piede dei rilevati di accesso; (b) gli adeguamenti strutturali del corso d’acqua, tramite tipologie di intervento rivolte a: aumento della capacità di deflusso del corso d’acqua; contenimento dei livelli idrici; regimazione dell’alveo; difesa dall’erosione delle sponde e degli argini; protezione anti-scalzamento delle fondazioni in alveo.

c. Misure gestionali di prevenzione per la riduzione del grado di vulnerabilità

Le tipologie di misure possibili riguardano: - la sorveglianza periodica delle dello stato di manutenzione dell’opera e dell’alveo; - gli interventi periodici di manutenzione dell’alveo, in corrispondenza del ponte (vegetazione, depositi alluvionali), delle opere idrauliche e delle strutture costituenti l’attraversamento; - il monitoraggio idrometrico in corrispondenza del ponte; - il monitoraggio dei fenomeni di scalzamento

d. Procedure per la gestione dell’opera in corso di evento di piena

Le tipologie di misure possibili riguardano: - la definizione dei limiti idraulici di funzionalità dell’opera e scenari di piena per condizioni più gravose di rispetto ai limiti di funzionalità; - la definizione delle procedure di gestione del ponte in corso di piena


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6 Criteri di definizione del grado di vulnerabilità complessivo dell’opera di attraversamento

La procedura di valutazione della compatibilità idraulica di una struttura di attraversamento analizza in prima fase singolarmente i fattori che possono determinare condizioni di criticità e fornisce una quantificazione dei parametri che rappresentano le condizioni di funzionamento; alla quantificazione di tali parametri viene inoltre attribuito un giudizio di vulnerabilità secondo una classificazione in quattro livelli: adeguato, medio, elevato, molto elevato.

Il grado di vulnerabilità per singolo parametro viene assegnato in alcuni casi con riferimento ai criteri dettati dalla normativa, nel caso del franco, o a valutazioni seguite nella prassi, come nel caso del valore del rigurgito.

Risulta quindi evidente, dalle singole voci dell’analisi, quali sono gli aspetti che determinano condizioni di funzionamento idraulico non regolare del manufatto e tali da comportare condizioni di rischio idraulico per il manufatto stesso o per le aree circostanti.

Ai fini di una classificazione sintetica dell’opera di attraversamento in funzione sul grado di vulnerabilità globale, utile per un quadro comparativo dei casi indagati e per stabilire priorità di intervento o di attenzione, i singoli aspetti sono considerati secondo un criterio di “pesatura”, che viene di seguito illustrato, attraverso matrici di combinazione dei valori assunti dai diversi parametri.

Il percorso metodologico è rappresentato in Fig. 6.1.

La vulnerabilità del ponte è considerata funzione dei seguenti parametri principali:

il franco minimo,

le interferenze con il corso d’acqua (morfologia dell’alveo e condizioni di deflusso),

lo scalzamento osservato e potenziale sulle fondazioni delle pile e delle spalle.

Per ciascuno dei parametri la valutazione condotta attribuisce un grado di vulnerabilità sintetico in funzione del quattro livelli adottati: adeguato, medio, elevato, molto elevato.

La matrice di confronto tra i primi due parametri (Tab. 6.1) permette di valutare un grado di vulnerabilità cumulato (VPFI) in funzione dei valori singolarmente assunti da ciascuno di essi.

La successiva matrice di confronto (Tab. 6.2) introduce il parametro rappresentativo dello scalzamento; il valore cumulato risultante rappresenta il grado di vulnerabilità totale del ponte (VPTOT).


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Fig. 6.1 Schema metodologico per la valutazione della vulnerabilità complessiva delle strutture di attraversamento

Tab. 6.1 Vulnerabilità del ponte in funzione del franco e delle interferenze con il corso d’acqua (VPFI)


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Tab. 6.2 Vulnerabilità totale del ponte in funzione del franco, delle interferenze con il corso d’acqua e dello scalzamento (VPTOT)

Anche per i rilevati di accesso, la vulnerabilità è considerata funzione di:

franco minimo,

interferenze con il corso d’acqua (morfologia dell’alveo e condizioni di deflusso),

erosione sul rilevato.

Il procedimento per la valutazione della vulnerabilità segue il percorso analogo a quello utilizzato per il ponte; la Tab. 6.3 rappresenta la matrice di confronto tra i primi due parametri e permette di valutare un grado di vulnerabilità cumulato (VRFI) in funzione dei valori singolarmente assunti da ciascuno di essi.

La successiva matrice (Tab. 6.4) introduce il parametro rappresentativo dell’erosione sul paramento del rilevato e al piede dello stesso, consentendo di assegnare il grado di vulnerabilità totale del rilevato (VRTOT).

Tab. 6.3 Vulnerabilità dei rilevati di accesso in funzione del franco e delle interferenze con il corso d’acqua (VRFI)


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Tab. 6.4 Vulnerabilità totale dei rilevati di accesso in funzione del franco, delle interferenze con il corso d’acqua e dell’erosione (VRTOT)

La valutazione infine del grado di vulnerabilità complessivo delle strutture di attraversamento (V) è ottenuta con una matrice di confronto finale che considera la vulnerabilità totale del ponte e dei rilevati di accesso (Tab. 6.5).

Tab. 6.5 Vulnerabilità complessiva del sistema ponte-rilevati di accesso (V)


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7 Misure per la riduzione del grado di vulnerabilità Per ogni attraversamento il cui grado di vulnerabilità sia riconosciuto non adeguato, deve essere predisposto un programma di azioni che descriva le misure da porre in atto per ridurre la vulnerabilità in modo da conseguire condizioni di sicurezza sufficienti per gli utenti e da minimizzare il rischio di distruzione o danneggiamento grave del ponte.

Gli attuali criteri di inserimento di una nuova opera di attraversamento di un corso d’acqua tendono a minimizzare l’impatto sull’alveo e sulle sue condizioni di assetto del corso d’acqua, definendo opere strutturali che modifichino in misura modesta le condizioni di deflusso in piena e che siano intrinsecamente sicure, rispetto alle sollecitazioni idrodinamiche (per es. progettando fondazioni delle pile in alveo che possano assorbire il massimo scalzamento prevedibile); si tende pertanto ad evitare, ovunque possibile, interventi di tipo strutturale sul corso d’acqua che ne possono condizionare l’assetto o modificare/controllare la tendenza evolutiva.

Una situazione diversa riguarda invece le condizioni dei ponti esistenti, molti dei quali risentono di approcci progettuali meno conservativi rispetto alle caratteristiche del corso d’acqua o rispetto ai quali il corso d’acqua ha nel tempo manifestato modifiche consistenti e non previste del regime idrologico e della morfologia.

Le misure che possono essere attuate per ridurre la vulnerabilità di un’opera di attraversamento possono essere suddivise nelle seguenti categorie, in relazione alla loro funzionalità e all’oggetto di applicazione:

adeguamenti strutturali dei manufatti di attraversamento,

interventi strutturali sul corso d’acqua, per eliminare o controllare le interferenze negative legate alle condizioni di deflusso in piena,

misure gestionali di prevenzione, per il mantenimento dell’opera di attraversamento e del corso d’acqua in buone condizioni di efficienza funzionale,

misure gestionali in corso di evento piena, finalizzate al controllo dei fenomeni di piena e all’adozione degli interventi di emergenza di volta in volta necessari per la sicurezza dell’opera e delle aree circostanti eventualmente influenzate.

In molti casi le operazioni di manutenzione, monitoraggio e controllo e di gestione in corso di piena possono essere sufficienti a ricondurre a livelli adeguati le condizioni di sicurezza di un’opera di attraversamento; in altri casi esse rappresentano interventi migliorativi che permettono di guadagnare il tempo necessario alla realizzazione degli interventi strutturali necessari.

Le misure gestionali di prevenzione e di gestione in corso di evento di piena devono essere evidentemente applicate per tutti i ponti, indipendentemente dal rispettivo grado di vulnerabilità; quest’ultimo costituisce comunque un elemento importante in quanto riflette gli aspetti critici della struttura e consente quindi di orientare in modo specifico le misure stesse.

Per la definizione del programma di azioni per uno specifico ponte, comprensivo delle attività di manutenzione e gestione dell’opera, è necessario che vengano acquisite,


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mediante indagini di campo ed elaborazioni specifiche, al livello di dettaglio necessario, le conoscenze su:

modalità di funzionamento idraulico del tratto di corso d’acqua interessato dall’attraversamento;

interazioni tra condizioni di deflusso in piena e strutture dell’attraversamento stesso.

L’approccio ai problemi legati all’assetto di un corso d’acqua, sempre piuttosto complessi, è opportuno che avvenga sulla base di valutazioni di ordine qualitativo sul sistema ponte - corso d’acqua, seguite da stime di tipo quantitativo sulle diverse componenti.

La grande varietà delle misure da porre in atto e il fatto che alcune di esse abbiano effetti su più di una componente del sistema pone problemi di scelta, caso per caso, di quelle più idonee e di corretto dimensionamento delle stesse. La Tab. 7.1 presenta una visione sintetica delle principali misure di intervento caratteristiche di ciascuna categoria, rispetto alle quali vengono indicati gli obiettivi funzionali corrispondenti.

Nei punti successivi viene presentato un elenco delle misure di intervento individuate e, per ciascuna di esse, una scheda di caratterizzazione generale.


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Tab. 7.1 Misure di intervento per la riduzione della vulnerabilità idraulica dei ponti


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7.1 Misure strutturali per la riduzione del grado di vulnerabilità

Le misure strutturali sono costituite dagli interventi sulle opere di attraversamento e/o sul corso d’acqua che modificano in modo permanente la configurazione del sistema e cambiano in maniera significativa le modalità di interazione tra strutture e condizioni di deflusso.

Le misure strutturali sono divise in due grandi categorie, in funzione del fatto che riguardino rispettivamente l’attraversamento o l’alveo del corso d’acqua.

7.1.1 Adeguamenti strutturali dell’attraversamento

Gli interventi sull’opera di attraversamento (ponte e rilevati di accesso) concernono le modifiche delle strutture che possono essere realizzate per ridurre gli aspetti per i quali l’opera non è adeguata rispetto ai criteri di vulnerabilità idraulica.

Le tipologie degli interventi possibili sono costituite da:

aumento della luce complessiva del ponte tramite l’inserimento di nuove campate;

rialzo dell’impalcato del ponte;

inserimento di fornici nei rilevati di accesso;

rimozione delle occlusioni permanenti delle campate esistenti;

realizzazione di opere di convogliamento della corrente;

il rialzo dei rilevati di accesso;

rinforzo delle fondazioni delle pile e delle spalle del ponte,

realizzazione di deflettori del flusso;

realizzazione di rastremazioni sul lato di monte della pila;

protezione dall’erosione del paramento e del piede dei rilevati di accesso.

7.1.2 Adeguamenti strutturali del corso d’acqua

Gli adeguamenti strutturali del corso d’acqua riguardano gli interventi di sistemazione locale dell’alveo, finalizzati a ridurre le interferenze negative con l’opera di attraversamento e quindi a regolarizzare le modalità di deflusso, ad aumentare la capacità di portata dell’alveo e a ridurre l’azione erosiva della corrente in corrispondenza delle opere di attraversamento.

Le tipologie di interventi possibili sono costituite da:

aumento della capacità di deflusso dell’alveo (ampliamento della sezione, riduzione della scabrezza, eliminazione degli ostacoli stabili) con la finalità di ridurre i livelli idrici massimi al colmo, nel tratto di diretto interesse del ponte;


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contenimento dei livelli idrici in corrispondenza dell’attraversamento, con la finalità di contenere i maggiori livelli idrici determinati dalla presenza del ponte a difesa delle aree circostanti dai fenomeni di allagamento;

regimazione dell’alveo mediante opere di sponda longitudinali o trasversali, finalizzata a orientare il flusso della corrente in direzione favorevole rispetto all’attraversamento;

difesa dall’erosione delle sponde incise dell’alveo, in corrispondenza dell’attraversamento;

difesa dall’erosione dei rilevati arginali, in corrispondenza dell’attraversamento;

opere di protezione anti-scalzamento sulle fondazioni in alveo;

protezione attiva anti-scalzamento dei rilevati di accesso.

7.2 Misure gestionali di prevenzione per la riduzione del grado di vulnerabilità

Le misure gestionali sono costituite dall’insieme delle azioni, periodiche, con frequenza temporale variabile in funzione delle azioni specifiche e delle condizioni di vulnerabilità del ponte, necessarie a mantenere nelle migliori condizioni di efficienza la funzionalità idraulica del sistema ponte-corso d’acqua.

Vengono considerate pertanto le misure di intervento che riguardano gli aspetti connessi alla vulnerabilità idraulica e non vengono prese in considerazione le componenti relative alla conservazione e alla manutenzione delle opere per gli aspetti strutturali e di funzionalità stradale.

Le tipologie di intervento sono costituite da:

sorveglianza periodica dello stato di manutenzione dell’opera e dell’alveo ai fini della funzionalità idraulica;

interventi periodici di manutenzione, ordinaria e straordinaria, dell’alveo in corrispondenza del ponte (vegetazione, depositi alluvionali);

interventi periodici di manutenzione delle opere idrauliche presenti funzionali alla vulnerabilità del ponte;

interventi periodici di manutenzione delle strutture costituenti l’attraversamento;

monitoraggio idrometrico in corrispondenza del ponte;

monitoraggio dei fenomeni di scalzamento.

7.3 Procedure per la gestione dell’opera in corso di evento di piena

Le procedure per gestione dell’opera in corso di piena sono costituite dall’insieme delle misure necessarie a seguire il funzionamento del sistema ponte - corso d’acqua nel corso di una piena, con il fine di minimizzare i danni in corso di evento soprattutto in rapporto alla sicurezza degli utenti e delle aree circostanti potenzialmente coinvolte da fenomeni idraulici indotti dalla presenza del ponte.


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Le misure sono suddivisibili in due gruppi; il primo riguarda la predisposizione dell’insieme degli strumenti conoscitivi utili a rappresentare il comportamento del sistema nel corso di una piena, in funzione della gravosità del fenomeno stesso; il secondo riguarda le strumentazioni necessarie a supporto della gestione del manufatto di attraversamento nel corso dell’evoluzione della piena.

Nel complesso pertanto le tipologie di intervento sono costituite da:

definizione dei limiti idraulici di funzionalità dell’opera (portata massima transitabile nel rispetto dei parametri di sicurezza quali franco ecc.) e degli scenari di piena probabili per le portate superiori a quella di sicurezza (con individuazione dei rischi correlati: centri abitati e infrastrutture circostanti coinvolte; rischi specifici per la sicurezza dell’opera di attraversamento ecc.);

definizione delle procedure di gestione del ponte in corso di piena (definizione dei precursori di evento di evento e delle relative soglie di criticità; definizione dei protocolli operativi: fasi di attenzione, pre-allarme e allarme e relative operazioni quali il controllo idrometrico, controllo dello stato delle opere idrauliche e delle strutture, pronto intervento idraulico, chiusura del ponte, allarme alla popolazione coinvolta, sgombero di aree potenzialmente allagabili).


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7.4 Descrizione delle misure di intervento

1. ADEGUAMENTI STRUTTURALI DELLE OPERE DI ATTRAVERSAMENTO

INTERVENTO 1.1 Aumento della luce complessiva del ponte

Obiettivo funzionale: aumento della capacità di deflusso dell’alveo nella sezione del ponte/riduzione dei livelli idrici al colmo.

Fattore di vulnerabilità: franco insufficiente; il ponte e le strutture collegate possono essere danneggiate nel corso di una piena che defluisce in pressione sotto l’impalcato o tracima al di sopra per l’insufficiente capacità di deflusso dell’alveo nella sezione del ponte; fenomeni correlati sono l’elevata capacità erosiva della corrente di piena, con conseguenti valori elevati dello scalzamento locale per abbassamento del fondo alveo e per effetto delle pile.

Tipologia dell’intervento: ampliamento della luce complessiva del ponte tramite l’inserimento di nuove campate. Le luci addizionali dovrebbero essere collocate in corrispondenza di rami dell’alveo non più attivi e/o potenzialmente riattivabili. L’intervento può inoltre essere utilizzato per mitigare l’impatto su un alveo a tipologia ramificata.

Efficacia: l’intervento è molto efficace; può essere integrato con muri d’ala o opere di sponda e di convogliamento della corrente e con opere di protezione dei rilevati dai fenomeni di erosione.

Limitazioni: la geometria dell’alveo può non essere compatibile con la realizzazione dell’intervento; devono essere valutati gli effetti sulle condizioni di deflusso, soprattutto a valle dell’attraversamento


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INTERVENTO 1.2 Rialzo dell’impalcato del ponte

Obiettivo funzionale: aumento della capacità di deflusso dell’alveo nella sezione del ponte

Fattore di vulnerabilità: franco insufficiente; il ponte e le strutture collegate possono essere danneggiate nel corso di una piena che defluisce in pressione sotto l’impalcato o tracima al di sopra per l’insufficiente capacità di deflusso dell’alveo nella sezione del ponte; fenomeni correlati sono la elevata capacità erosiva della corrente di piena con conseguenti valori elevati dello scalzamento locale per abbassamento del fondo alveo e per effetto delle pile.

Tipologia dell’intervento: innalzamento dell’impalcato e conseguente raccordo dei rilevati di accesso; devono essere adeguate le pile e le spalle del ponte.

Efficacia: l’intervento è efficace; può essere integrato con muri d’ala o opere di sponda e di convogliamento della corrente e con opere di protezione dei rilevati dai fenomeni di erosione.

Limitazioni: le caratteristiche strutturali del ponte devono essere compatibili; devono essere valutati gli effetti sulle condizioni di deflusso, soprattutto a valle dell’attraversamento


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INTERVENTO 1.3 Inserimento di fornici nei rilevati di accesso

Obiettivo funzionale: aumento della capacità di deflusso dell’alveo nella sezione del ponte

Fattore di vulnerabilità: franco insufficiente/interferenze con il corso d’acqua; il ponte e le strutture collegate possono essere danneggiate nel corso di una piena che defluisce in pressione sotto l’impalcato o tracima al di sopra per l’insufficiente capacità di deflusso dell’alveo nella sezione del ponte; fenomeni correlati sono la elevata capacità erosiva della corrente di piena con conseguenti valori elevati dello scalzamento locale per abbassamento del fondo alveo e per effetto delle pile; azione erosiva della corrente a contatto dei rilevati di accesso.

Tipologia dell’intervento: realizzazione di uno o più fornici nei rilevati di accesso a cui viene demandato il compito di fare defluire la quota di portata convogliata sul piano golenale. Le luci addizionali dovrebbero essere collocate in corrispondenza di rami dell’alveo non più attivi e/o potenzialmente riattivabili.

Efficacia: l’intervento è efficace. Deve essere integrato con opere di protezione del rilevato dai fenomeni di erosione nell’intorno del fornice nella sezione di monte e di valle; devono essere evitati fenomeni di ostruzione da parte dei detriti trasportati dalla corrente in piena.

Limitazioni: la geometria e le caratteristiche di stabilità morfologica dell’alveo possono non essere compatibili con l’intervento; devono essere valutati gli effetti sulle condizioni di deflusso, soprattutto a valle dell’attraversamento.


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INTERVENTO 1.4 Rimozione delle occlusioni permanenti delle campate esistenti

Obiettivo funzionale: aumento della capacità di deflusso dell’alveo nella sezione del ponte.

Fattore di vulnerabilità: franco insufficiente; il ponte e le strutture collegate possono essere danneggiate nel corso di una piena che defluisce in pressione sotto l’impalcato o tracima al di sopra per l’insufficiente capacità di deflusso dell’alveo nella sezione del ponte; fenomeni correlati sono la elevata capacità erosiva della corrente di piena con conseguenti valori elevati dello scalzamento locale nelle campate libere.

Tipologia dell’intervento: rimozione di strutture che ostruiscono parzialmente o totalmente una o più campate del ponte; la situazione in cui alcune campate laterali del ponte sono occupate da opere fisse che impediscono il deflusso (es. tipici: rilevato stradale di viabilità secondaria; edifici in golena;) è abbastanza frequente; normalmente tali situazioni si sono progressivamente consolidate nel tempo senza approfondite valutazioni di compatibilità idraulica.

Efficacia: l’intervento è molto efficace; può essere integrato con opere di convogliamento della corrente e con opere di protezione dei rilevati dai fenomeni di erosione.

Limitazioni: le caratteristiche morfologiche dell’alveo possono non essere compatibili; devono essere valutati gli effetti sulle condizioni di deflusso, soprattutto a valle dell’attraversamento.


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INTERVENTO 1.5 Realizzazione di opere di convogliamento della corrente

Obiettivo funzionale: riduzione delle interferenze con le condizioni di deflusso del corso d’acqua.

Fattore di vulnerabilità: il ponte e le strutture collegate possono essere danneggiate nel corso di una piena a causa dell’allineamento non corretto tra le strutture (pile e spalle) e la direzione della corrente. Viene ad essere ridotta la capacità di deflusso nella sezione del ponte e aumentano le sollecitazioni che producono fenomeni di scalzamento sulle fondazioni. Tale condizione può essere dovuta a una non corretta progettazione idraulica del ponte o ad una evoluzione non prevedibile della morfologia dell’alveo (spostamento planimetrico del thalweg).

Tipologia dell’intervento 1: realizzazione di muri d’ala di convogliamento della corrente all’ingresso e all’uscita della sezione del ponte; i muri devono orientare la corrente in modo da eliminare le sollecitazioni idrodinamiche sulle fondazioni delle pile e delle spalle.

Efficacia: l’intervento è molto efficace e migliora la capacità di deflusso nella sezione del ponte; vengono inoltre ridotti i fenomeni di scalzamento dovuti alla componente trasversale della corrente sulle fondazioni delle pile e delle spalle.

Limitazioni: con elevate velocità di corrente, si possono manifestare erosioni al piede dei rilevati e sugli stessi muri per effetto dei fenomeni turbolenti che si instaurano all’estremità dei muri d’ala, in dipendenza dall’angolo di inclinazione e dalla forma degli stessi.


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Tipologia dell’intervento 2: realizzazione di argini-pennello per il convogliamento della corrente all’ingresso della sezione del ponte. Gli argini-pennello devono orientare la corrente in modo da eliminare le sollecitazioni idrodinamiche sulle fondazioni delle pile e delle spalle. Tali opere possono essere collegate ai rilevati di accesso al ponte, costituendo una sorta di “prolungamento” degli stessi verso monte, oppure possono essere posizionati a monte ad una certa distanza dall’attraversamento.

Efficacia: l’intervento è efficace e migliora la capacità di deflusso nella sezione del ponte; vengono inoltre ridotti i fenomeni di scalzamento dovuti alla componente trasversale della corrente sulle fondazioni delle pile e delle spalle.

Limitazioni: gli argini-pennello devono essere realizzati sul piano golenale, in modo da non provocare significativi restringimenti della sezione di deflusso a monte del ponte; con elevate velocità di corrente, si possono manifestare erosioni al piede dell’opera per effetto dei fenomeni turbolenti che si instaurano in corrispondenza dell’estremità, in funzione dell’angolo di inclinazione e della forma degli stessi.


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INTERVENTO 1.6 Rialzo dei rilevati di accesso

Obiettivo funzionale: riduzione del rischio di tracimazione del rilevato stradale.

Fattore di vulnerabilità: franco insufficiente; in molti casi i rilevati di accesso al ponte seguono una livelletta che decresce rapidamente dalla quota di impalcato del ponte fino a quella del piano campagna (o poco superiore) ancora all’interno dell’alveo di piena o comunque delle aree inondabili; si può verificare la tracimazione del rilevato e la conseguente distruzione dello stesso per effetto dell’attività erosiva delle acque di tracimazione; nel caso di invaso significativo a monte, la rottura del rilevato può provocare un effetto diga.

Tipologia dell’intervento: rialzo del rilevato di accesso fino a una quota tale da consentire il franco di norma rispetto ai livelli di piena di progetto.

Efficacia: l’intervento è molto efficace; è opportuna che venga integrato con opere di protezione del rilevato dai fenomeni di erosione.

Limitazioni: può non essere giustificato nel caso le quote da raggiungere siano troppo elevate; può aumentare i livelli di piena a monte; deve essere verificata la stabilità del rilevato rispetto alla sollecitazioni idrostatiche in condizioni di piena.


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INTERVENTO 1.7 Rinforzo delle fondazioni delle pile e delle spalle del ponte

Obiettivo funzionale: controllo delle scalzamento su pile o spalle.

Fattore di vulnerabilità: scalzamento troppo elevato rispetto alle caratteristiche delle fondazioni; la stabilità delle pile e delle spalle può essere compromessa, coinvolgendo l’intera struttura, se lo scalzamento in corrispondenza delle fondazioni supera i valori presi in conto nel dimensionamento strutturale

Tipologia dell’intervento: consolidamento delle fondazioni tramite l’impiego di soluzioni strutturali diverse; le fondazioni devono essere approfondite in modo da compensare il massimo approfondimento potenziale del fondo alveo.

Efficacia: l’intervento è molto efficace; ha il vantaggio di non comportare la realizzazione di opere idrauliche, che condizionano maggiormente l’assetto idraulico dell’alveo.

Limitazioni: l’intervento di sottofondazione può essere complesso da realizzare in relazione alla tipologia dell’alveo (es. plinti sommersi anche in condizioni di magra); sono necessari controlli periodici sull’evoluzione dello scalzamento.


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INTERVENTO 1.8 Realizzazione di deflettori del flusso


Fattore di vulnerabilità: scalzamento troppo elevato rispetto alle caratteristiche delle fondazioni; la stabilità delle pile e delle spalle può essere compromessa, coinvolgendo l’intera struttura, se lo scalzamento in corrispondenza delle fondazioni supera i valori presi in conto nel dimensionamento strutturale.

Tipologia dell’intervento: realizzazione di deflettori del flusso sul lato di monte delle pile e delle spalle o immediatamente a monte delle stesse, in modo da ridurre la velocità della corrente a contatto con la pila e con la spalla e proteggere le fondazioni dallo scalzamento locale; soluzione analoga negli effetti è rappresentata dalla realizzazione di “collari” attorno alla parte terminale della pila (o del plinto, se scoperto) e di platee attorno alla spalla.

Efficacia: l’intervento è efficace, ma poco applicato e sperimentato; le soluzioni che prevedono il collare attorno alle fondazioni, di impiego più diffuso, sono moderatamente efficaci.

Limitazioni: sono necessari controlli periodici sull’evoluzione dello scalzamento e sullo stato di conservazione dell’opera.


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INTERVENTO 1.9 Realizzazione di rastremazioni sul lato di monte della pila


Fattore di vulnerabilità: scalzamento troppo elevato rispetto alle caratteristiche delle fondazioni; la stabilità delle pile e delle spalle può essere compromessa, coinvolgendo l’intera struttura, se lo scalzamento in corrispondenza delle fondazioni supera i valori presi in conto nel dimensionamento strutturale.

Tipologia dell’intervento: realizzazione di rastremazioni semi-circolari o triangolari sul lato di monte della pila, con la funzione di ridurre gli effetti turbolenti della corrente; possono essere realizzate anche con la funzione di prevenire l’accumulo di detriti galleggianti e di proteggere la pila dagli effetti erosivi diretti dovuti agli urti del materiale trasportato dalla corrente.

Efficacia: moderatamente efficace per velocità di corrente relativamente elevata; poco efficace per velocità di corrente relativamente bassa.

Limitazioni: sono necessari controlli periodici sull’evoluzione dello scalzamento e sullo stato di conservazione dell’opera.


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INTERVENTO 1.10 Protezione dall’erosione del paramento e del piede dei rilevati di accesso

Obiettivo funzionale: controllo dei fenomeni di erosione e di scalzamento dei rilevati ad opera della corrente.

Fattore di vulnerabilità: se i rilevati di accesso sono interessati da velocità di deflusso elevate, sono soggetti a fenomeni di erosione del paramento e fiume e di scalzamento del piede di fondazione che possono comprometterne la stabilità.

Tipologia dell’intervento: rivestimento del paramento con un’opera di protezione adeguata alle velocità della corrente; protezione del piede del rilevato con opere flessibili di controllo dei fenomeni di scalzamento. Il rivestimento di protezione può essere costituito da: (1) lastre di calcestruzzo; (2) scogliera in massi di cava; (3) gabbioni/materassi metallici; (4) soluzione con tecniche di bio-ingegneria. La scelta della tipologia del rivestimento dipende principalmente dal valore della velocità della corrente a ridosso del rilevato (la soluzione che offre resistenza minore è quella che utilizza tecniche di bio-ingengeria); vanno inoltre tenuti nella debita considerazione gli aspetti connessi al migliore inserimento ambientale delle opere.

Difesa in tronchi legno e massi Difesa in tronchi legno e massi (sezione tipo)

Difesa in massi Difesa in massi (sezione tipo)


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Difesa in gabbioni e massi Difesa in gabbioni e massi (sezione tipo)

Efficacia: l’intervento è molto efficace; le soluzioni con opere flessibili o con tecniche di bio-ingegneria favoriscono il deposito del materiale fine trasportato dalla corrente e la successiva crescita della vegetazione sulla scarpata.

Limitazioni: l’impiego di soluzioni di tipologie di rivestimento continuo, flessibile o rigido, può impedire la crescita della vegetazione sulla scarpata; nel caso di rilevanti fenomeni di instabilità dell’alveo attivo che possono interessare il rilevato di accesso, l’intervento è poco efficace.


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2. ADEGUAMENTI STRUTTURALI DEL CORSO D’ACQUA

INTERVENTO 2.1 Aumento della capacità di deflusso dell’alveo

Obiettivo funzionale: aumento della capacità di deflusso dell’alveo nella sezione del ponte/riduzione dei livelli idrici al colmo.

Fattore di vulnerabilità: franco insufficiente del ponte e/o dei rilevato di accesso; il ponte e le strutture collegate possono essere danneggiate nel corso di una piena che defluisce in pressione o tracima al di sopra dell’impalcato o dei rilevati di accesso; una situazione meno gravosa è costituita da condizioni di deflusso con franco insufficiente; fenomeni correlati sono il rischio di ostruzione del ponte da parte del trasporto solido galleggiante e la maggiore capacità erosiva della corrente di piena nella sezione del ponte con conseguenti valori elevati dello scalzamento locale per abbassamento del fondo alveo e per effetto delle pile.

Tipologia dell’intervento: ampliamento della sezione dell’alveo estesa al tratto di corso d’acqua influenzato dall’attraversamento; la tipologia di intervento può essere attuata con opere diverse in relazione alle caratteristiche del corso d’acqua; per alvei naturali a tipologia ramificata o pluricursale, l’intervento può riguardare l’eliminazione di depositi alluvionali stabilizzatisi nel tempo nell’alveo attivo o la rimozione di ostacoli stabili sui piani golenali; per alvei monocursali o regimati, l’intervento può riguardare l’ampliamento della sezione dell’alveo inciso, l’eliminazione di irregolarità della sezione, la riduzione del coefficiente di scabrezza mediante interventi di rivestimento dell’alveo, la eliminazione di eventuali salti di fondo per aumentare la pendenza motrice.

Efficacia: l’intervento è efficace; in alcuni casi può essere integrato con opere di protezione di sponda e di convogliamento della corrente; può richiedere una manutenzione frequente.

Limitazioni: nel caso di abbassamento del fondo dell’alveo, deve essere valutata la compatibilità con le fondazioni del ponte il rapporto al nuovo valore dello scalzamento massimo; può essere necessario proteggere i rilevati di accesso dai fenomeni erosivi se viene aumentata la velocità di corrente; devono essere valutati gli effetti sulle condizioni di deflusso, soprattutto a valle dell’attraversamento


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INTERVENTO 2.2 Opere di contenimento dei livelli idrici in corrispondenza dell’attraversamento

Obiettivo funzionale: contenimento dei maggiori livelli idrici causati dal rigurgito del ponte.

Fattore di vulnerabilità: aumento dei livelli idrici di piena a causa dell’effetto di rigurgito del ponte che può provocare la tracimazione delle opere idrauliche di contenimento delle piene o, in mancanza di opere, l’esondazione oltre le linee di contenimento naturale, con coinvolgimento delle aree circostanti. Nel caso di presenza di argini la tracimazione dell’argine può provocare fenomeni di rotta molto pericolosi per gli insediamenti e le infrastrutture a tergo degli stessi.

Tipologia dell’intervento: rialzo di argini esistenti o realizzazione di argine di contenimento; può essere necessario proteggere dall’erosione il paramento a fiume dell’argine.

Efficacia: l’intervento è efficace; in alcuni casi può contribuire a migliorare le modalità di deflusso complessive; può richiedere una manutenzione frequente.

Limitazioni: la geometria dell’alveo può non consentire l’intervento; devono essere valutati gli effetti sulle condizioni di deflusso, soprattutto a valle dell’attraversamento.


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INTERVENTO 2.3 Regimazione dell’alveo mediante opere di sponda longitudinali o trasversali

Obiettivo funzionale: regolarizzare le modalità di deflusso in corrispondenza del ponte e ridurre le interferenze tra strutture di attraversamento e ponte.

Fattore di vulnerabilità: il ponte e le strutture collegate interferiscono in maniera rilevante con il deflusso della corrente; la situazione può derivare da una non corretta impostazione del progetto del ponte o essere il risultato dell’evoluzione planimetrica dell’alveo del corso d’acqua. Le situazioni più gravose si verificano quando le pile e le spalle sono sensibilmente disallineate rispetto alla direzione di flusso, riducendo la sezione idraulica effettiva disponibile per il deflusso oppure quando i rilevati di accesso sono soggetti direttamente alle sollecitazioni idrodinamiche della corrente. Gli effetti sono un incremento dei fenomeni di scalzamento sulle fondazioni delle pile e delle spalle, con rischi per la stabilità del ponte, maggiore effetto di rigurgito a monte, rischio di ostruzione del ponte da parte dei detriti galleggianti, instabilità morfologica dell’alveo e delle sponde incise a causa del non corretto orientamento della corrente in uscita dal ponte

Tipologia dell’intervento: inserimento di opere di regimazione dell’alveo di piena in modo da ripristinare o ottenere un buon allineamento tra la direzione del flusso in piena e le strutture del ponte. Possono essere impiegate opere longitudinali o trasversali (pennelli) con dimensioni e altezze adeguate alle altezze idrometriche in piena. Nei casi in cui sia necessario possono essere inserite opere di regimazione con la funzione di proteggere i rilevati di accesso dall’azione della corrente.

Efficacia: l’intervento è efficace; in alcuni casi può essere integrato con opere di protezione di sponda; può richiedere una manutenzione frequente.

Limitazioni: la tipologia morfologica dell’alveo o le sistemazioni idrauliche esistenti possono non essere compatibili con l’intervento; la regimazione dell’alveo di piena può non migliorare le condizioni di deflusso per i regimi idrologici più di morbida e magra; la regimazione dell’alveo può contrastare la tendenza evolutiva dello stesso ed essere quindi poco efficace nel tempo; devono essere valutati gli effetti sulle condizioni di deflusso, soprattutto a valle dell’attraversamento


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INTERVENTO 2.4 Opere di difesa dall’erosione delle sponde incise dell’alveo

Obiettivo funzionale: stabilizzazione della morfologia dell’alveo/controllo degli effetti negativi indotti dal ponte.

Fattore di vulnerabilità: il ponte e le strutture collegate possono innescare fenomeni di instabilità morfologica dell’alveo in prossimità della sezione di attraversamento; situazione tipica è rappresentata da pile o spalle posizionate in prossimità della sponda incisa o che indirizzano la corrente verso la sponda; le sponde incise possono essere soggette a erosione in corso di piena con conseguente arretramento della sponda stessa e quindi rischi sulle aree adiacenti ed eventualmente sulle strutture del ponte (spalle e rilevati di accesso).

Tipologia dell’intervento: opere di protezione delle sponde; la tipologia di intervento può essere attuata con opere diverse, di tipo longitudinale o trasversali, in relazione alle caratteristiche del corso d’acqua e del valore della velocità di corrente (vedi tipologia intervento 1.10).

Efficacia: intervento efficace; può richiedere una manutenzione frequente.

Limitazioni: l’intervento può non essere completamente risolutivo dei fenomeni di instabilità; possono innescarsi fenomeni erosivi di sponda nei tratti a valle o a monte del tratto di sponda difeso.

Limitazioni all’impiego di tecniche di bio-ingegneria: Le soluzioni che utilizzano tecniche di bio-ingegneria per il controllo dei fenomeni di erosione sulle sponde incise dell’alveo o dei rilevati di accesso al ponte possono essere efficaci ed economicamente interessanti. Sotto l’aspetto ambientale presentano l’indubbio vantaggio di assenza o minimizzazione dell’impatto e di un buon inserimento paesaggistico; esistono numerosi casi documentati, in Europa e negli US, di buon funzionamento di tali soluzioni in diverse tipologie di corsi d’acqua.

Nonostante ciò, dove il ruolo dell’opera di difesa è determinante per la sicurezza del ponte o dei rilevati l’uso di tali tecniche è del tutto nuovo e non è di fatto ancora stato testato in casi applicativi; l’opinione generale è che in questi casi l’unica soluzione sia il ricorso alle tipologie tradizionali “hard”.

Il loro impiego può essere invece raccomandato in affiancamento alle soluzioni strutturali cui è demandata la funzione di controllo dei fenomeni che possono indurre rischi elevati sulla stabilità delle strutture; tenendo conto che l’impiego è comunque non adatto nel caso in cui le velocità di corrente siano superiori alla resistenza all’erosione del materiale di sponda.

I vantaggi dell’impiego di specifiche soluzioni con essenza vegetali per la protezione delle sponde incise degli alvei e dei rilavati offre numerosi vantaggi:

− il sistema radicale costituisce una sorta di armatura del suolo, aumentando la stabilità all’erosione della corrente,

− la vegetazione aumenta la scabrezza e riduce le velocità locali e quindi la capacità di erosione, favorendo inoltre il deposito delle particelle fini trasportate,

− la vegetazione allontana la corrente dalla sponda e funziona da protezione rispetto all’effetto abrasivo del trasporto solido in sospensione.

Va inoltre tenuto conto che le soluzioni con tecniche di bioingegneria sono spesso meno costose di quelle tradizionali, soprattutto se valutate in riferimento al lungo termine.

Le cause determinanti di un cattivo funzionamento di queste soluzioni sono molto spesso legati ad errori di progettazione o di realizzazione e alla mancanza di una manutenzione adeguata.

In conclusione quindi, per gli aspetti legati alla sicurezza idraulica dei ponti, le tecniche di bioingegneria devono essere impiegate in modo prudente, sulla base di una valutazione di applicabilità che derivi, oltre che dagli aspetti biologici e agronomici, da considerazioni legate alle caratteristiche geomorfologiche, idrologiche e idrauliche dell’alveo e alla tipologia dei suoli


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INTERVENTO 2.5 Opere di difesa dall’erosione dei rilevati arginali, in corrispondenza dell’attraversamento

Obiettivo funzionale: protezione degli argini esistenti sul corso d’acqua rispetto ai fenomeni di interazione idraulica prodotti dalla presenza del ponte.

Fattore di vulnerabilità: il ponte e le strutture collegate, quando inserite in un corso d’acqua arginato, possono innescare fenomeni di erosione localizzata sul paramento e al piede degli argini nei casi in cui le pile siano posizionate in prossimità del rilevato arginale.

Tipologia dell’intervento: protezione del rilevato arginale con opere anti-erosione. La tipologia delle opere può essere costituita da rivestimenti in materiali rigidi (es. lastre di cls), flessibili (es. materassi in pietrame) o con tecniche di bioingegneria, in relazione all’intensità della potenziale azione erosiva da parte della corrente.

Efficacia: l’intervento è efficace; in alcuni casi può essere integrato con opere di protezione di sponda e di convogliamento della corrente; può richiedere una manutenzione frequente.

Limitazioni: l’intervento può avere controindicazioni legate all’inserimento ambientale in quanto non consente la crescita della vegetazione naturale sull’argine.


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INTERVENTO 2.6 Opere di protezione anti-scalzamento sulle fondazioni in alveo

Obiettivo funzionale: controllo dello scalzamento sulle fondazioni delle pile e delle spalle.

Fattore di vulnerabilità: lo scalzamento complessivo massimo stimato per la piena di progetto in corrispondenza delle fondazioni delle pile o delle spalle è superiore a quello compatibile per la stabilità strutturale dell’opera.

Tipologia dell’intervento 1: rivestimento, generalmente di tipo flessibile, dell’intero fondo dell’alveo (i rivestimenti rigidi non sono generalmente indicati perché non in grado di seguire le deformazioni del fondo); l’intervento è adatto per il caso di scalzamento locale (abbassamento dell’alveo per effetto del restringimento della sezione e della pila). Le soluzioni tipologiche possibili sono diverse, in rapporto alla granulometria dell’alveo e alla velocità di corrente; sono rappresentate da:

− massi di cava a scogliera di dimensioni adeguate a resistere alla capacità di erosione e trasporto della corrente,

− massi a scogliera collegati da un cavo flessibile (o soluzione similare),

− materassi tipo Reno.

Una tipologia di intervento di tipo rigido (es. massi di cava intasati con calcestruzzo) è possibile nei casi in cui il fondo alveo sia stabilizzato da opere trasversali (soglia di fondo).

Efficacia: l’intervento è efficace; in alcuni casi può essere integrato con opere di protezione di sponda e di convogliamento della corrente; l’intervento può richiedere una manutenzione frequente.


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Limitazioni: in assenza di una soglia a valle, l’intervento non è in grado di contrastare l’abbassamento generalizzato dell’alveo, dovuto a fenomeni estesi a scala di asta fluviale, indipendenti dalla presenza del ponte; l’intervento è soggetto a fenomeni erosivi all’estremità di valle.

Tipologia dell’intervento 2: rivestimento di tipo flessibile del fondo dell’alveo nell’intorno delle fondazioni della pila o della spalla da proteggere (in questo caso i rivestimenti rigidi non sono indicati perché non in grado di seguire le deformazioni del fondo); l’intervento è adatto per il caso di scalzamento locale per effetto pila. Le soluzioni tipologiche possibili sono analoghe a quelle della tipologia 1.

Efficacia: l’intervento è efficace nei casi in cui si debba contrastare il semplice fenomeno di scalzamento locale per effetto della presenza della pila o del plinto di fondazione; può richiedere una manutenzione frequente.

Limitazioni: l’intervento non è in grado di contrastare l’abbassamento generalizzato dell’alveo, dovuto a fenomeni di carattere generale, indipendenti dalla presenza del ponte; non è adatto ai casi in cui si ha un abbassamento dell’alveo nella sezione del ponte per effetto del restringimento; l’intervento è soggetto a fenomeni erosivi al contorno e deve pertanto essere dimensionato con una larghezza adeguata. Il corazzamento del fondo all’intorno di una pila, ottenuto con l’intervento, può favorire la concentrazione delle sollecitazioni idrodinamiche nell’intorno delle altre pile in alveo (se presenti); va pertanto valutata la necessità di estendere l’intervento a tutte le pile e le spalle interessate. Ha necessità di frequenti controlli a seguito delle piene.


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Tipologia dell’intervento 3: realizzazione di una soglia di fondo immediatamente a valle della sezione di imposta del fondo; l’intervento è adatto per il caso in cui si abbia un abbassamento dell’alveo generalizzato (oltre che dovuto ad effetti locali). L’intervento può essere integrato con un rivestimento dell’alveo a monte della soglia (intervento tipo 1).

Efficacia: l’intervento è efficace nel caso di abbassamento generalizzato dell’alveo; può richiedere una manutenzione frequente per l’instaurarsi di fenomeni erosivi a valle della soglia.

Limitazioni: l’intervento è soggetto a fenomeni erosivi a valle; può provocare aumenti dei livelli idrici di piena a monte della soglia e deve essere verificata la compatibilità con il profilo di piena dell’alveo.


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INTERVENTO 2.7 Opere di protezione anti-erosione dei rilevati di accesso

Obiettivo funzionale: protezione attiva anti-scalzamento dei rilevati di accesso.

Fattore di vulnerabilità: se i rilevati di accesso sono interessati da velocità di deflusso elevate, sono soggetti a fenomeni di erosione del paramento e fiume e di scalzamento del piede di fondazione che possono comprometterne la stabilità.

Tipologia dell’intervento: interventi di allontanamento dalla corrente di piena dal paramento del rilevato. Rientrano in generale nella tipologia delle opere di regimazione locale dell’alveo (vedi interv. 2.3); possono essere costituiti da pennelli trasversali, argini o cavedoni. L’intervento integra o sostituisce quelli di protezione diretta dei rilevati (vedi interv. 1.10). E’ più funzionale dei casi si abbiano significativi fenomeni di instabilità dell’alveo inciso, che possono interessare il rilevato di accesso, rispetto ai quali le semplici protezioni del rilevato sono poco efficaci.

Efficacia: l’intervento è efficace; i alcuni casi può essere integrato con opere di protezione diretta dei rilevati; può richiedere una manutenzione frequente.

Limitazioni: la tipologia morfologica dell’alveo o le sistemazioni idrauliche esistenti possono non essere compatibili con l’intervento; la regimazione dell’alveo può contrastare la tendenza evolutiva dello stesso ed essere quindi poco efficace nel tempo; devono essere valutati gli effetti sulle condizioni di deflusso, a monte e a valle dell’attraversamento.


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3. MISURE GESTIONALI DI PREVENZIONE

INTERVENTO 3.1 Sorveglianza periodica dello stato di manutenzione dell’opera e dell’alveo ai fini della funzionalità idraulica

Obiettivo funzionale: descrizione delle condizioni di assetto dell’alveo e dello stato delle opere strutturali in rapporto alla funzionalità idraulica; identificazione delle condizioni che sono indicative di potenziali problemi di vulnerabilità del ponte.

Tipologia dell’intervento: le operazioni di sorveglianza della funzionalità idraulica devono essere coordinate con quelle finalizzate agli aspetti strutturali dell’opera. Nel seguito sono descritte solo le prime. Procedura. Deve essere definita una scheda per il rilevamento periodico delle caratteristiche del ponte e del corso d’acqua; deve inoltre essere stabilita una modalità di trasmissione della stessa per l’eventuale approfondimento dei problemi rilevati, nel caso essi richiedano interventi urgenti. I risultati di rilevazione devono essere conservati in una banca dati, organizzata per le diverse funzioni richieste; essa deve contenere tutte le informazioni conoscitive relative alle caratteristiche dell’opera e del corso d’acqua al massimo livello di dettaglio della rilevazione. I risultati delle operazioni di sorveglianza, unitamente ai dati di monitoraggio ove presenti, devono essere processati per definire uno o più indicatori dello stato di vulnerabilità. La procedura di sorveglianza è necessaria per tutti i ponti; una attenzione speciale deve essere dedicata, per ciascun ponte, agli aspetti identificati come critici nell’analisi di vulnerabilità. Gli elementi che devono essere rilevati nel corso dell’ispezione riguardano: a. alveo e opere idrauliche – condizioni di manutenzione ordinaria:

− vegetazione in alveo, sulle sponde e sulle golene

− depositi alluvionali,

− stato di conservazione delle opere idrauliche presenti b. alveo e opere idrauliche – condizioni di stabilità/funzionalità:

− evoluzione morfologica dell’alveo e relativa influenza sull’opera (posizione ecc.),

− scalzamento in corrispondenza delle pile e delle spalle,

− fenomeni di stabilità delle sponde e relativa influenza sull’opera,

− dissesti sulle opere di difesa longitudinali,

− dissesti sulle opere di difesa trasversali,

− interferenze con altre opere. c. opere di attraversamento:

− deterioramenti delle fondazioni di pile e spalle,

− dissesti delle opere di protezione dallo scalzamento sulle pile e sulle spalle,

− deterioramenti rilevati di accesso,

− dissesti delle opere di protezione dei rilevati di accesso,

− dissesti delle opere singolari nei rilevati di accesso. Frequenza. La frequenza delle ispezioni deve essere stabilita in relazione alle specifiche condizioni del singolo ponte (età, stato di manutenzione, problemi di vulnerabilità noti) e alla loro possibile evoluzione. Ispezioni regolari devono essere condotte mediamente ad intervalli non inferiori a 2 anni; una ispezione è comunque necessaria dopo ogni piena significativa.


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INTERVENTO 3.2 Interventi periodici di manutenzione, ordinaria e straordinaria, dell’alveo in corrispondenza del ponte (vegetazione, depositi alluvionali), delle opere idrauliche, delle strutture

Obiettivo funzionale: mantenimento dell’alveo e delle opere strutturali nelle condizioni di massima funzionalità idraulica.

Tipologia dell’intervento: gli interventi riguardano:

− il taglio delle vegetazione non compatibile in alveo e sulle sponde,

− la movimentazione o l’asportazione di depositi alluvionali che ostacolino il deflusso,

− la ripresa di dissesti sulle opere idrauliche presenti,

− la ripresa di dissesti sulle strutture dell’attraversamento.


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INTERVENTO 3.3 Monitoraggio idrometrico in corrispondenza del ponte

Obiettivo funzionale: misure idrometriche in corso di piena; previsione locale/individuazione stati idrometrici critici.

Tipologia dell’intervento: la soluzione minimale è costituita dall’installazione, in corrispondenza del ponte di un’asta idrometrica fissa a lettura manuale (per tutti i ponti su cui non siano installati teleidrometri facenti parte della rete teleidrometrica regionale). L’idrometro può essere integrato con una videocamera digitale. Caratteristiche. L’asta idrometrica (realizzata in materiale idoneo e con graduazione adatte – ISO 1100/1 - 1981) deve essere posizionata in modo che la lettura idrometrica non sia, per quanto possibile, influenzata dalle condizioni idrodinamiche della corrente e in un punto facilmente accessibile per la lettura e le operazioni di manutenzione. Normalmente è preferita l’installazione sul lato di valle del ponte, per evitare l’influenza dell’effetto di rigurgito; ai fini delle funzionalità specifiche richieste, è accettabile anche il posizionamento sul lato di monte se offre vantaggi di accessibilità o di più semplice lettura. E’ importante valutare anche il posizionamento più opportuno rispetto alle esigenze di protezione dello strumento dalla piena. I punti adatti all’installazione possono essere: una pila del ponte, una spalla, un punto a ridosso di una sponda (nel caso in cui la sponda sia in muratura. L’asta deve essere quotata rispetto ad almeno un caposaldo topografico di precisione adeguata; lo zero idrometrico deve essere preferibilmente posto al di sotto del livello minimo raggiungibile dall’acqua. E’ opportuno dotare la sezione di una scala di portata, in modo che i livelli idrometrici siano correlabili alla portata di deflusso. La lettura idrometrica può essere integrata con una videocamera digitale, in grado di acquisire immagini fisse in formato JPEG1 ad intervalli temporali opportuni. La videocamera è connesse ad un centro di controllo via cavo di rete o via modem, a seconda della localizzazione. Dove possibile è da preferire una connessione diretta in fibra ottica oppure con un modem ADSL ad una centrale telefonica; negli altri casi si può utilizzare una connessione tramite telefono cellulare GPRS oppure UMTS, dotato di modem integrato. La videocamera devono permettere la connessione al centro di controllo in modo diretto, senza la necessità di un computer di controllo locale. Dove sia possibile avere accesso all'alimentazione elettrica e a strutture di protezione delle apparecchiature, si può installare videocamere che necessitino di un computer gestore locale che si faccia carico della trasmissione dei dati al centro di controllo, In ogni caso, occorre garantire l'alimentazione elettrica e una protezione IP66 alle apparecchiature e utilizzare dispositivi in grado di sopportare adeguatamente gli sbalzi termici (avendo comunque cura di scegliere localizzazioni che garantiscano il massimo della resa visiva congiuntamente alle migliori condizioni operative possibili). Funzionamento. L’idrometro deve essere caratterizzato da alcune altezze idrometriche significative, utili alla gestione dell’evento di piena:

− livello di vigilanza,

− livello di guardia,

− livello massimo storico,

− livello corrispondente all’incipiente esondazione,

− livello corrispondente alle condizioni di funzionamento di sicurezza (ove definibile); Ai livelli caratteristici sopra indicati devono essere associate (ove possibile) le portate corrispondenti. L’inizio delle osservazioni deve avvenire al superamento del livello di vigilanza (o di guardia) e deve proseguire, con cadenza semi- oraria o inferiore, fino al completo esaurimento della piena. Devono essere definite le procedure di utilizzo delle osservazioni idrometriche per le operazioni di gestione dell’opera in corso di piena e di trasmissione delle stesse ai centri di controllo.


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INTERVENTO 3.4 Monitoraggio dei fenomeni di scalzamento

Obiettivo funzionale: controllo dell’evoluzione del fenomeno in corso di piena. Il monitoraggio dello scalzamento può costituire una soluzione di intervento in attesa o in sostituzione a un’opera strutturale per contrastare il fenomeno. Il monitoraggio si rende necessario in quanto le osservazioni dirette in corso di piena e l’ispezione al termine della stessa, integrata eventualmente con una misura batimetrica, non sono sufficienti a quantificare completamente il fenomeno.

Tipologia dell’intervento: l’osservazione strumentale dello scalzamento in corso di piena è un elemento determinante in molte situazioni per stabilire la reale vulnerabilità del ponte rispetto il fenomeno. In Italia sono molto scarse le esperienze di strumentazioni di misura applicate al problema. Per altro, mentre esiste molta letteratura scientifica sul tema dello scalzamento, sono relativamente poche le pubblicazioni che trattano in specifico la strumentazione di misura. Si distinguono due livelli di monitoraggio 1. Misure occasionali di controllo Un primo livello di misura può essere condotto, con strumenti tradizionali di tipo topografico (aste graduate) e batimetrico, per misure saltuarie, normalmente da eseguire a seguito di una piena, poiché con tale strumentazione non si può operare nel corso dell’evento. I risultati danno un’indicazione parziale del fenomeno, in quanto viene rilevato nel momento in cui lo scavo di scalzamento è stato parzialmente ricoperto dal trasporto solido della coda della piena. 2. Monitoraggio in continuo L’esperienza applicativa più approfondita risulta essere quella di Federal Highway Administration (FHWA), che ha sviluppato un progetto dimostrativo (DP97), anche sulla base del programma di ricerca e sperimentazione, in laboratorio e in campo (NCHRP Project 21-3 "Instrumentation for Measuring Scour at Bridge Piers and Abutments") avviato nel 1989 dal Transportation Research Board (TRB). Nel seguito si riportano alcuni risultati significativi desumibili da tali esperienze. Le caratteristiche di base a cui deve soddisfare una apparecchiatura per la misura dello scalzamento sono riassumibili nei seguenti punti:

− possibilità di installazione sopra o vicino a una pila o a una spalla del ponte,

− capacità di misurare il massimo scalzamento con una precisione di ± 0,3 m,

− trasmissione della misura a una postazione locale o remota,

− operatività in condizioni di piena. Ulteriori caratteristiche auspicabili, per la versatilità dell’impiego dell’apparecchiatura, sono:

− possibilità di installazione sui ponti esistenti, oltre che sui ponti di nuova costruzione,

− capacità di operare in campo esteso di stati idrometrici,

− ridotta esposizione al danneggiamento in piena a causa del materiale trasportato,

− costi relativamente contenuti. Le esperienze condotte hanno portato alla sperimentazione e all’applicazione di diverse apparecchiature; si riportano alcuni esempi applicativi di quelle che appaiono rispondere in maniera più appropriata. Magnetic Sliding Collar. L’attrezzatura, a lettura manuale (fig. a) o automatica (fig. b), è stata installata e testata in campo in diverse situazioni (South Platte River in Colorado, Bernado Bridge on the Rio Grande in New Mexico, Nassau Sound Bridge near Jacksonville, Florida); è stata acquistata dai Department of Transportation degli stati del Minnesota e del Michigan e installata sui loro ponti. L’apparecchio consiste in un disco scorrevole montato su un’asta, che segue l’abbassamento del fondo alveo; il segnale della posizione del disco è dato dalla chiusura di una serie di interruttori magnetici, posti alla distanza di circa 15 cm lungo l’asta.


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Fig. A Magnetic Sliding Collar Devices a lettura

manuale

Fig. A Magnetic Sliding Collar Devices a lettura

automatica

Ecoscandaglio (Above-water serviceable low-cost fathometer system.). L’attrezzatura, costruita da scandagli sonici di basso costo, è stata installata e testata su alcuni ponti (Orchard Bridge on the South Platte River in Colorado, San Antonio Bridge on the Rio Grande in New Mexico, Kersey Bridge sul South Platte River in Colorado).


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4. PROCEDURE PER LA GESTIONE DELL’OPERA IN CORSO DI EVENTO DI PIENA

INTERVENTO 4.1 Definizione dei limiti idraulici di funzionalità dell’opera e scenari di piena per condizioni più gravose di rispetto ai limiti di funzionalità

Obiettivo funzionale: definire le condizioni di deflusso limite nella sezione del ponte, a cui corrispondono condizioni di vulnerabilità dell’opera adeguate rispetto ai diversi aspetti considerati; le condizioni sono rappresentate dal tempo di ritorno della portata corrispondente. Definire gli scenari di piena per portate superiori con riferimento al comportamento delle strutture costituenti l’attraversamento e agli effetti sulle aree circostanti (scenari di evento e di rischio).

Tipologia dell’intervento: studio idraulico sulla vulnerabilità dell’opera di attraversamento, con approfondimento adeguato a considerare nel dettaglio i diversi aspetti che concorrono a definire la vulnerabilità stessa: i) franco idraulico, ii) interferenze con il corso d’acqua, iii) scalzamento pile e spalle, iv) sollecitazioni sui rilevati di accesso, v) gli effetti indotti dalla presenza del ponte sulle aree circostanti, con particolare riferimento agli insediamenti e alle

infrastrutture. Lo studio definisce almeno:

− la piena compatibile, a cui corrispondono condizioni di vulnerabilità adeguate;

− il comportamento in rapporto nel caso di piene con tempo di ritorno di 100, 200 e 500 anni, con specifico approfondimento sugli aspetti che costituiscono elemento di vulnerabilità (ad es. nel caso sia elevato il rischio di ostruzione, devono essere esaminate condizioni di deflusso nell’ipotesi di diverse % di ostruzione delle campate; nel caso il franco sia insufficiente, devono essere esaminate ipotesi di deflusso in assenza di franco o con tracimazione dell’impalcato);

− gli effetti sulle aree circostanti ascrivibili al comportamento idraulico del ponte per le piene superiori a quella di vulnerabilità adeguata.

Le caratteristiche di funzionalità idraulica dell’opera di attraversamento e i relativi fattori di vulnerabilità presenti, determinati con le valutazioni sopra indicate, costituiscono elemento di supporto per la gestione dell’opera stessa in caso di evento critico.


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4. PROCEDURE PER LA GESTIONE DELL’OPERA IN CORSO DI EVENTO DI PIENA

INTERVENTO 4.2 Definizione delle procedure di gestione del ponte in corso di piena

Obiettivo funzionale: definire le operazioni che devono essere poste in atto per le diverse funzioni necessarie alla gestione dell’opera nel corso di un evento critico:

i) allertamento; previsione sulla criticità dell’evento, sostenuta dal sistema regionale di previsione in tempo reale, con riferimento alla vulnerabilità dell’opera e ai relativi effetti;

ii) monitoraggio in corso di piena: osservazione diretta e strumentale dell’evento di piena in atto, delle strutture del ponte e previsione a breve dei relativi effetti;

iii) prevenzione del rischio: attraverso sia azioni (chiusura del ponte e interventi urgenti anche di natura tecnica (rimozione di materiale che costituisca ostruzione, ecc);

iv) gestione dell’emergenza: in attuazione dei Piani d’emergenza regionali, provinciali e comunali.

Le procedure si inquadrano nell’ambito dell’organizzazione funzionale ed operativa del servizio di piena e di pronto intervento idraulico, di cui al R.D. n. 523/1904 e al R.D. n. 2669/1937 e succ. m. ed i., nell’ambito dei presidi territoriali, così come stabiliti dalla Direttiva del PCM 27 febbraio 2004.

Tipologia dell’intervento: Ai fini della gestione degli stati di piena, le operazioni specifiche relative all’opera di attraversamento riguardano:

− individuazione delle soglie di criticità relative allo scenario di piena: sono stabilite sulla base di livelli idrometrici misurati all’idrometro del ponte e possono essere assunti i seguenti:

− livello di attenzione: corrispondente al livello di 1 m inferiore alla piena ordinaria,

− livello di guardia (criticità moderata): corrispondente al livello di piena ordinaria,

− livello di criticità elevata: corrispondente al livello per cui il ponte ha ancora grado di vulnerabilità adeguato; livello al di sopra del quale deve essere predisposta la chiusura precauzionale del ponte.

− la definizione dei protocolli operativi da mettere in atto ai diversi gradi di criticità di evento:

− attivazione della fase di attenzione, consistente in una generale sorveglianza dell’evento a livello locale;

− attivazione, al raggiungimento del livello di guardia, di una fase di pre-allarme, in cui: i) inizia il rilevamento a scadenze prestabilite dei livelli idrici all’idrometro del ponte, al fine di monitorarne

l’evoluzione e di stimare il livello di criticità dell’evento di piena in atto; ii) inizia l’osservazione e controllo dello stato delle opere di attraversamento e, se presenti, di quelle

idrauliche, soprattutto per gli aspetti definiti preventivamente “idraulicamente vulnerabili”, anche al fine di rilevare situazioni di impedimento al libero deflusso delle acque;

− attivazione, al raggiungimento del livello di criticità elevata, della fase allarme, in cui: i) viene intensificato il rilevamento idrometrico, per rafforzare il controllo sull’evoluzione dell’evento; ii) viene predisposta la chiusura precauzionale del ponte; iii) viene intensificata l’osservazione dello stato delle opere di attraversamento e di quelle idrauliche; iv) viene attivata la fase di pronto intervento idraulico, qualora, si manifestino dei danneggiamenti delle opere,

oppure degli elementi significativi di disturbo della corrente di piena, quali ostruzioni temporanee in alveo. Nelle varie fasi, il rilevamento idrometrico locale deve essere opportunamente integrato, ai fini delle valutazioni relative all’evoluzione dell’evento, con le previsioni e le rilevazioni pluvio-idrometriche del centro regionale di previsione.


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8 Elementi di idraulica fluviale per la verifica di vulnerabilità e per la definizione degli interventi di adeguamento degli attraversamenti

Sono forniti gli elementi di base per l’applicazione dei concetti dell’idraulica fluviale alla verifica di vulnerabilità idraulica e al dimensionamento delle opere idrauliche di protezione delle strutture di attraversamento dei corsi d’acqua.

In linea generale, i criteri di progettazione idraulica di un ponte, o di un intervento di adeguamento di uno esistente, sono di proteggere dalle sollecitazioni idrodinamiche l’opera stradale, per la sicurezza degli utenti rispetto al rischio di piena e per salvaguardare l’opera stessa dai possibili danneggiamenti; si pone inoltre attenzione ad evitare un aumento delle condizioni di rischio idraulico per le aree circostanti.

Le analisi e gli eventuali interventi di sistemazione prendono quindi in considerazione solamente un tratto di limitato di corso d’acqua; gli interventi tendono generalmente a stabilizzare – o a controllare – la morfologia e l’idrodinamica dell’alveo, per natura intrinseca in evoluzione con modalità prevalentemente impulsive, correlate ai fenomeni di piena.

Pur operando a livello locale, è importante, avere una sufficiente conoscenza delle condizioni di assetto evolutivo del corso d’acqua, riferite a un’estensione adeguata dello stesso; inoltre occorre tenere presente che le tendenze evolutive dell’alveo, di tipo naturale o di risposta ad interventi antropici, sono prevedibili solamente in misura parziale. E’ quindi possibile che una sistemazione complessiva dell’attraversamento, che si dimostra efficace nel breve periodo, richieda interventi correttivi e integrativi a lungo termine.

La verifica della vulnerabilità idraulica del ponte e il progetto degli interventi di adeguamento richiedono l’analisi dei fattori che governano il comportamento idraulico, la morfologia dell’alveo e i fenomeni di instabilità. La realizzazione di interventi strutturali determina una risposta dell’alveo che si deve poter prevedere con sufficiente accuratezza, tenendo conto che la finalità degli stessi è di ottenere una risposta benefica per la protezione dell’infrastruttura, minimizzando gli effetti negativi sul corso d’acqua a monte e valle dell’attraversamento.

Il punto fondamentale che deve governare l’approccio al problema è rappresentato dal fatto che un corso d’acqua è un sistema dinamico e che le modificazione introdotte mettono in moto molto spesso una risposta, che si può propagare a monte e a valle, lentamente o rapidamente, per brevi o lunghe distanze.

Sono quindi essenziali le funzioni di sorveglianza e di monitoraggio, con particolare attenzione all’evoluzione morfologica e idraulica dell’alveo, e di manutenzione di tutte le componenti del sistema ponte – corso d’acqua.

8.1 Portate di piena

Una piena in una sezione di un corso d’acqua viene normalmente rappresentata attraverso il valore di picco della portata (Q, portata al colmo) e attraverso


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l’idrogramma di piena, che esprime l’andamento del tempo della portata e quindi il volume della piena.

Il valore della portata al colmo è funzione della frequenza di accadimento attesa, espressa in termini di tempo di ritorno (T); la relazione frequenza-portata è normalmente rappresentata graficamente su un diagramma bi-logaritmico; la Fig. 8.1 riporta un esempio per una sezione di un corso d’acqua dotata di una serie storica e in cui quindi la curva Q-T è ricavata attraverso tecniche di regolarizzazione statistica.

Fig. 8.1 Distribuzioni probabilistiche della portata massima al colmo in funzione del tempo di ritorno per il fiume Po nella sezione di misura di Moncalieri – Meirano (GEV = General Exstreme Value; LN3 = Lognormale a 3 parametri; LP3 = Log-Pearson Type; P3 = Pearson Type)

Le verifiche idrauliche di un ponte richiedono di conoscere il valore delle portate di piena nella sezione di attraversamento, in termini di valore al colmo della portata e, in alcuni casi, dell’idrogramma di piena.

Poiché l’idrologia non è una scienza esatta, metodi idrologici diversi possono condurre a risultati diversi nella stima dei valori della portata; è perciò importante selezionare il metodo più appropriato per le specifiche situazioni e considerare, quando presenti, a valori delle portate e degli idrogrammi di piena che siano validati da parte degli enti competenti.


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In proposito si ricordano i seguenti documenti che contengono valutazioni idrologiche, per il territorio della Provincia di Torino:

Autorità di bacino del fiume Po – Piano stralcio per l’Assetto Idrogeologico (PAI): “Direttiva sulla piena di progetto da assumere per le progettazioni e le verifiche di compatibilità idraulica”; la Direttiva contiene:

§ le linee segnalatrici di probabilità pluviometrica, puntuali (nelle stazioni di misura) e su una distribuzione spaziale a celle, per tempi di ritorno di 20, 100, 200 e 500 anni;

§ le portate di piena al colmo in sezioni significative dei corsi d’acqua interessati dalla delimitazione delle fasce fluviali per gli stessi tempi di ritorno;

Regione Piemonte – Valutazione probabilistica delle portate di piena dei corsi d’acqua naturali, CNR-GNDCI, CUGRI, 1999.

Tempo di ritorno della piena di progetto

La portata di piena di progetto è quella che si assume come riferimento per il dimensionamento e la verifica idraulica del ponte.

Il valore, in termini di gravosità statistica dell’evento, è fissato dalla normativa del PAI, che integra quella nazionale:

il tempo di ritorno della piena di progetto per le verifiche idrauliche del ponte deve normalmente rispettare i seguenti valori:

§ per i corsi d’acqua interessati dalla delimitazione delle fasce fluviali, non inferiore a quello assunto per la delimitazione della Fascia B;

§ per i corsi d’acqua non interessati dalla delimitazione delle fasce fluviali non inferiore a 100 anni.

In casi eccezionali, quando si tratti di corsi d’acqua di piccole dimensioni e di infrastrutture di importanza molto modesta, possono essere assunti tempi di ritorno inferiori in relazione ad esigenze specifiche adeguatamente motivate; in tali situazioni è comunque necessario verificare che le opere non comportino un aggravamento delle condizioni di rischio idraulico sul territorio circostante per la piena di 200 anni e definire il comportamento dell’opera stessa in rapporto alla stessa piena.

Le fasce fluviali del PAI sono riferite, per la maggioranza dei corsi d’acqua del bacino, a una piena con tempo di 200 anni e per la restante parte a 100 anni. In conseguenza, per la maggior parte dei ponti la portata di piena di progetto deve fare riferimento a 200 o a 100 anni di tempo di ritorno.

Oltre all’assunzione della piena di progetto, è comunque opportuno considerare nelle verifiche del ponte anche le piene di grandezza inferiore (più frequenti) e quelle superiori (molto rare); un criterio generale di valutazione può essere quello per cui il funzionamento del sistema ponte-corso d’acqua sia:

efficiente per le piene inferiori a quella di progetto,

adeguato per la piena di progetto,


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accettabili per le piene superiori.

In proposito è opportuno richiamare che il tempo di ritorno di una piena è l’inverso della probabilità p che possa essere eguagliata o superata in un assegnato anno (Tab. 8.1). Se invece si fissa un periodo di tempo t, ad esempio pari a 50 o 100 anni quale può essere la vita di un ponte, la probabilità pt che un ponte sia interessato almeno una volta da una piena di assegnato tempo di ritorno nel periodo di t anni, è data dall’espressione: Pt = 1 – (1 –1/T)t.

Tab. 8.1 Rapporto tra tempo di ritorno e probabilità

Tempo di ritorno (anni)

p (%)

p50 (%)

p100 (%)

2 50,0 100,0 100,0

5 20,0 100,0 100,0

10 10,0 99,5 100,0

20 5,0 92,3 99,4

50 2,0 63,6 86,7

100 1,0 39,5 63,4

200 0,5 22,2 39,4

500 0,2 9,5 18,1

1000 0,1 4,9 9,5

Concomitanza delle piene

Nei casi in cui il ponte sia in prossimità di una confluenza tra due corsi d’acqua, il deflusso può essere influenzato dagli stati idrometrici di entrambi i corsi d’acqua; è quindi necessario considerare, nella scelta della piena di progetto, la possibile concomitanza di eventi gravosi che interessino i due corsi d’acqua.

Se gli eventi di piena sui due corsi d’acqua possano essere considerati indipendenti, la probabilità della manifestazione simultanea di due eventi è il prodotto delle singole probabilità di accadimento; in altre parole la probabilità che una piena con 5 anni di tempo di ritorno sull’affluente si manifesti contemporaneamente a una piena con pari tempo di ritorno sul corso d’acqua principale è pari a 25 anni.

Nei casi normali, e in particolare quando si ha a che fare con bacini idrografici adiacenti, gli eventi di piena non sono mai del tutto indipendenti; per altro, non si hanno mai a disposizione serie storiche su entrambi i corsi d’acqua che permettano una analisi statistica approfondita della concomitanza.

La tab. 8.2 suggerisce un criterio pratico per adottare delle ragionevoli, e cautelative per la sicurezza delle opere, combinazioni di frequenze tra corso d’acqua principale e affluente, rispetto alle quali è opportuno che siano effettuate le verifiche idrauliche.


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Tab. 8.2 Scenari di piena alla confluenza di due corsi d’acqua in caso di concomitanza

Tempo di ritorno per le situazioni di concomitanza (anni)

Portata di progetto T = 100 anni

Superficie 1/Superficie 2 1. Corso d’acqua principale 2. Affluente

10.000/1 100 2

2 100

1.000/1 100 10

10 100

100/1 100 25

25 100

10/1 100 50

50 100

1/1 100 100

100 100

Metodi idrologici per la determinazione delle portate di piena

I metodi idrologici per la stima della portata di piena e/o dell’idrogramma di piena sono molto numerosi. Nel seguito ci si limita a citarne alcuni di quelli più comunemente impiegati:

il metodo razionale,

i modelli del tipo afflussi-deflussi,

l’analisi statistica delle serie storiche di portata,

i metodi di regionalizzazione statistica.

Nei casi in cui la sezione di interesse è sprovvista di stazioni di misura idrologicamente rappresentative, è opportuno impiegare più di uno dei metodi indicati, comparare i risultati e scegliere i valori di portata che appaiono riflettere meglio la situazione locale del tratto di corso d’acqua indagato. In generale le soluzioni di mediare i risultati di metodi diversi non sono consigliabili per un miglioramento della stima.

Metodo razionale. Il metodo fornisce una stima della portata al colmo per piccoli bacini in cui siano trascurabili gli effetti di invaso, dipendenti da fattori naturali o artificiali. Il metodo è fondato sulle seguenti assunzioni: i) la precipitazione è uniformemente distribuita sul bacino, ii) la portata stimata ha lo stesso tempo di ritorno T di quello dell’intensità di pioggia, iii) il tempo di


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formazione del colmo di piena è pari a quello della fase di riduzione, iv) la pioggia ha una durata pari a quella del tempo di corrivazione. Le assunzioni indicate diventano meno valide al crescere della dimensione del bacino idrografico.

Modelli afflussi-deflussi. Il metodo fa riferimento a una serie diverse di procedure numeriche messe a punto per la trasformazione in portate degli afflussi meteorici. A rigori anche il metodo razionale appartiene a questa categoria, ma l’estrema semplicità applicativa porta comunemente a considerarlo a parte. Elemento comune di tutti i metodi è l’analisi statistica dei dati pluviometrici relativi alle precipitazioni intense, che costituiscono il dato di input; anche in questo caso il tempo di ritorno della pioggia determina il tempo di ritorno della portata al colmo. Le procedure sono applicabili a bacini di dimensioni da piccole a medie e consentono di definire la portata al colmo e l’idrogramma di piena, tenendo conto dell’uso del suolo, degli invasi (sia distribuiti che concentrati), delle aree urbanizzate e degli affluenti. Va ricordato in proposito il metodo SCS, che alcune delle procedure utilizzano, messo a punto dal U.S. Soil Conservation Service sulla base del parametro CN (runoff curve number) per stimare la quota di afflusso meteorico che si trasforma in deflusso.

Analisi statistica delle serie storiche di portata. L’analisi statistica delle serie storiche permette di stimare il valore della portata al colmo in funzione del tempo di ritorno e, se sono disponibili gli idrogrammi di piena per un numero sufficiente di eventi, di costruire idrogrammi sintetici di piena con significato statistico, in cui cioè anche il volume della piena di assegnato valore di colmo è funzione del tempo di ritorno. Il metodo è particolarmente utile nel caso in cui la sezione di interesse coincida o sia prossima a quella di misura; ovviamente l’attendibilità dei risultati cresce con l’estensione della serie storica dei massimi valori istantanei annui disponibili. L’applicazione del metodo richiede che la serie storica dei dati risponda alle seguenti caratteristiche: i) abbia estensione temporale statisticamente sufficiente (normalmente, almeno 20 anni di osservazioni per poter stimare una piena con tempo di ritorno di 100 anni); ii) sia omogenea, cioè non si siano verificate modifiche significative del bacino idrografico o dell’alveo nel periodo di osservazione; iii) non vi siano opere regolabili di laminazione delle piene (serbatoi o casse di laminazione).

Regionalizzazione statistica. Si tratta di modelli usati per stimare i valori delle portate di piena in sezioni non strumentate, che sottendono bacini idrografici di dimensioni medio-grandi. Il metodo consiste nell’utilizzare l’intera informazione idrometrica disponibile all’interno di una regione idrologica omogenea (fornita da tutte le stazioni di misure significative presenti) e nell’impiegare leggi di regressione statistica per mettere in relazione il valore della portata di piena di un dato tempo di ritorno con le caratteristiche fisiografiche, idrologiche e meteorologiche del bacino idrografico. La costruzione di un modello di regionalizzazione richiede uno studio idrologico su vasta scala, che non è normalmente compatibile con le esigenze, di progettazione o di verifica idraulica, di un singolo intervento, soprattutto se di dimensioni modeste; nel territorio della Provincia di Torino è disponibile lo studio della Regione Piemonte sopra citato.


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Il campo di validità dei modelli di regionalizzazione è normalmente definito in funzione della dimensione dei bacini idrografici per i quali sono disponibili le serie storiche di misura utilizzate.

8.2 Richiami di idraulica fluviale

Si richiamano nel seguito i concetti, le definizioni e le equazioni di base che sono utilizzate nelle analisi idrauliche sui corsi d’acqua per il dimensionamento o la verifica degli attraversamenti.

8.2.1 Correnti a superficie libera

Equazione di continuità, velocità, portata

L’equazione di continuità rappresenta il principio di conservazione della massa della meccanica dei fluidi; nel caso particolare di moto stazionario di un fluido non comprimibile, assume la forma:

Q = A v (1)

dove:

Q = portata (m3/s),

A = area bagnata della sezione trasversale dell’alveo (m2),

v = velocità media nella direzione perpendicolare all’area (m/s).

L’equazione indica che la velocità media (v) nell’alveo è pari al rapporto tra la portata e la sezione trasversale; v costituisce in effetti un indicatore generale e non riflette la reale variazione orizzontale e verticale della velocità all’interno della sezione; la velocità massima infatti si localizza nella sezione in corrispondenza della massima profondità di corrente, mentre al contorno è prossima allo zero. Le tecniche di simulazione che si fondano su uno schema di moto mono-dimensionale ignorano la distribuzione verticale della velocità e tengono conto di quella orizzontale, suddividendo la sezione trasversale e calcolando la velocità media per ogni sotto-sezione.

Tipi di moto

Il moto delle correnti a superficie libera è normalmente classificato come uniforme, permanente (o stazionario), e vario; le correnti sono inoltre distinte in sub-critiche (correnti lente), critiche e super-critiche (correnti veloci).

La condizione di moto più frequente per i corsi d’acqua della Provincia di Torino (con esclusione dei torrenti) è rappresentata dal moto vario in condizioni sub-critiche; a causa della complessità e delle difficoltà correlate all’analisi di un fenomeno in condizioni di moto vario, si adottano molto spesso semplificazioni che consentono schemi di calcolo più agevoli; la scelta dipende dai fenomeni da analizzare, oltre che dall’importanza dell’opera e dal livello di


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approfondimento delle valutazioni. Al tipo di approccio selezionato sono commisurati il livello di dettaglio degli elementi conoscitivi necessari, i tempi e i costi delle analisi.

Nei casi più semplici, lo schema di calcolo adottato è quello del moto uniforme; deve però essere considerato di approssimazione preliminare, valida per un’analisi qualitativa. Il riferimento al moto permanente, ponendo in conto anche effetti localizzati, permette di affrontare, a un buon livello di approssimazione, la maggior parte dei problemi di verifica e di dimensionamento che si pongono per la valutazione idraulica di un ponte; il moto vario, in campo 1D o 2D, va utilizzato nei casi specifici per i quali siano necessari particolari approfondimenti.

Un ulteriore livello di approfondimento è il ricorso alla modellistica fisica, per la verifica del comportamento d’insieme del corso d’acqua e dei manufatti di attraversamento e per la valutazione di fenomeni specifici, quali ad esempio lo scalzamento sulle fondazioni delle pile in alveo.

Moto uniforme. Lo schema di moto uniforme implica la costanza nel tempo della portata, in un punto del corso d’acqua, e l’assenza di variazioni della velocità in valore e direzione lungo l’asse, in modo tale che la profondità di corrente rimanga costante. E’ inoltre necessario che la sezione dell’alveo sia costante nello spazio e tempo (si parla, per quest’ultimo caso, di fondo rigido). Si tratta evidentemente di uno schema teorico abbastanza lontano dal comportamento di un alveo fluviale, ma che può essere impiegato, per valutazioni di prima approssimazione, in tutti i casi in cui l’alveo ha sezione e pendenza con variazioni sufficientemente piccole.

Moto permanente. Viene anche definito, più propriamente, moto gradualmente variato ed è rappresentato da una situazione di costanza nel tempo della portata e di variazione graduale nello spazio delle caratteristiche delle sezioni; è lo schema di moto che può essere impiegato per la maggior parte delle analisi idrauliche relative ai ponti, che richiedono il calcolo del profilo liquido per una assegnata portata.

Corrente lenta/corrente veloce. La maggior parte dei tratti di pianura dei corsi d’acqua si trova in condizioni di corrente lenta (sub-critica), che si manifesta quando la profondità di corrente è maggiore di quella critica (numero di Froude < 1,0); in questo caso il controllo del moto è determinato dalle condizioni di valle e quindi i calcoli del profilo idrico devono procedere da valle verso monte. Le condizioni di corrente veloce avvengono invece con una profondità di corrente inferiore a quella critica e con numero di Froude > 1,0. Le sezioni di controllo del moto sono in questo caso a monte.

Moto uniforme

L’equazione di Manning – Strickler è una di quelle più utilizzate per il moto uniforme:

v = (1/n) R2/3 i1/2 (2)

dove:


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v = velocità media

1/n = c = coefficiente di scabrezza dell’alveo di Manning – Strickler

R = A/B = raggio idraulico (m)

B = perimetro bagnato della sezione (perimetro della sezione trasversale a diretto contatto con l’acqua) (m)

i = pendenza motrice, coincidente con la pendenza del fondo alveo (m/m)

Combinando l’equazione di Manning – Strickler con quella di continuità si determina la capacità di portata in moto uniforme dell’alveo:

Q = (1/n) A R2/3 i1/2 (3)

dove:

Q =portata (m3/s)

A = sezione trasversale dell’alveo (m2).

L’equazione (3) è di tipo implicito (cioè non fornisce una soluzione diretta) rispetto alla profondità di corrente, note le altre variabili; la soluzione indiretta è rappresentata dalla costruzione della scala di deflusso, che mette in relazione profondità di corrente e portata per una data sezione, in funzione degli altri parametri: i) geometria della sezione, ii) scabrezza, iii) pendenza motrice.

In molti casi è conveniente raggruppare le caratteristiche della sezione trasversale in un unico termine K (conveyance):

K = (1/n) A R2/3 (4)

e quindi l’equazione del moto uniforme diventa:

Q = K i1/2 (5)

Il valore della conveyance è utile quando ad esempio si valutano le modalità di deflusso in piena nella parte golenale dell’alveo e la distribuzione della portata all’interno delle campate di un ponte.

Si definisce inoltre, per pendenze inferiori al 10%, l’energia totale H, o carico totale, della corrente il termine:

H = z + d + α (v2/2g) (6)


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dove:

H = carico totale (m s.m.)

z = quota di fondo (m s.m.)

d = profondità di corrente = carico statico (m)

v2/2g = carico cinetico medio (m)

g = accelerazione di gravità (9,81 m/s2)

α = coefficiente cinetico

v = velocità media (m/s).

La somma dei termini d e α (v2/2g) rappresenta il carico specifico.

Il coefficiente cinetico α tiene conto della variazione della velocità, rispetto al valore medio, all’interno della sezione a causa di numerosi fattori, quali la scabrezza, le variazioni della geometria, la presenza di curve, gli ostacoli localizzati; il valore di α è assunto pari a 1,0 per le condizioni di moto in un alveo prismatico (assenza di variazioni di sezione, scabrezza e pendenza), ma può assumere valori significativamente superiori nelle condizioni di un alveo naturale.

Moto permanente

L’equazione del moto mette in relazione l’energia totale all’estremità di monte di un tratto di alveo con quella all’estremità di valle:

z2+ d2 + α2 (v22/2g) = z1+ d1 + α1 (v2

1/2g) + hf + altre perdite (7)

dove:

z = quota di fondo alveo (m s.m.)

d = profondità di corrente (m)

α = coefficiente cinetico

v = velocità media

hf = perdite di carico distribuite (per attrito) nel tronco (m)

I parametri nell’equazione sono illustrati nella Fig. 8.2.

La pendenza motrice è la linea che collega i due valori del carico totale all’estremità del tronco.


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Fig. 8.2 Schema di profilo longitudinale di alveo

Profondità critica

La profondità critica, in un’assegnata sezione, corrisponde alle condizioni di moto per le quali il carico specifico è minimo. E’ quindi funzione solamente della portata e della geometria dell’alveo; per una data portata e per una sezione trasversale di forma semplice esiste solamente un valore della profondità critica; per una sezione d’alveo composta, quale quella di un corso d’acqua naturale dotato di golene, può esistere più di un valore della profondità critica.

Per una sezione rettangolare, la profondità critica dc è calcolata tramite l’espressione:

dc = ( q2/g)1/3 (8)

dove:

q =portata per unità di larghezza (m3/s/m)

Per una sezione generica, la profondità critica è data, attraverso una soluzione iterativa, da:


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Q2/g = Ac3/bc (9)

dove:

bc = larghezza totale della superficie libera per le condizioni di moto critico (m)

Ac = area della sezione per le condizioni di moto critico (m2)

Il numero di Froude rappresenta il rapporto tra le forze di inerzia e quelle gravitazionali ed è calcolato attraverso l’espressione:

F = v / ( g dm) (10)

dove:

v = velocità media (m/s)

g = accelerazione di gravità (9,81 m/s2)

dm = A / b = profondità media (m)

A = area della sezione trasversale (m2)

b = larghezza della superficie libera (m).

L’espressione si applica ad ogni sezione dell’alveo; il numero di Froude è pari a 1,0 nel caso di profondità critica.

Sezioni trasversali

Una sezione trasversale deve essere scelta in modo da rappresentare le caratteristiche geometriche e di scabrezza del tratto di alveo a cui si riferisce e deve essere estesa trasversalmente fino a contenere i livelli idrici più elevati attesi.

Per i calcoli idraulici, le sezioni trasversali devono essere perpendicolari alla direzione del flusso; in qualche caso particolare, come per esempio per ampie aree golenali dove una singola sezione rettilinea non è adeguata, possono essere rilevate sezioni spezzate che rappresentino meglio il flusso. In ogni caso le sezioni adiacenti non devono intersecarsi.

Il numero minimo di sezioni per la verifica idraulica di una struttura di attraversamento è costituito da 4 sezioni collocate come segue:

all’inizio del tronco (lato di valle),

al limite di valle della struttura,

al limite di monte della struttura,

all’estremo di monte del tronco.


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Altre sezioni, rispetto al minimo, sono necessarie ad ogni variazione di scabrezza, pendenza, forma della sezione o della golena allagabile. In linea generale, l’interasse delle sezioni trasversali, per un corso d’acqua di media complessità morfologica, è dell’ordine di 1,5 – 2,0 volte la larghezza dell’alveo di piena. Esistono notevoli eccezioni a questo criterio, tenendo conto che la densità del rilievo topografico è commisurata al livello di dettaglio delle analisi idrauliche da eseguire.

La scelta della posizione planimetrica più opportuna per la rappresentatività delle sezioni deve essere fatta con criteri idraulici e in sede di sopralluogo diretto, senza tenere conto di aspetti puramente topografici legati alla facilità accesso e di rilevazione.

Fig. 8.3 Esempio di sezione trasversale tipica di un corso d’acqua

In casi sempre più numerosi, si ha la disponibilità di piani quotati dell’intera regione fluviale, eseguiti con finalità più ampie rispetto alla semplice verifica idraulica delle opere di attraversamento.

In questi casi le sezioni trasversali – necessarie nel caso si utilizzino schemi di calcolo di moto uniforme, di moto permanente e di moto vario 1D – possono essere estratte direttamente dai piani quotati, purché essi abbiano una densità di punti ed una precisione delle quote altimetriche adeguate alle esigenze di calcolo.

Un piano quotato permette inoltre la rappresentazione delle condizioni di moto attraverso modelli di tipo 2D in condizioni di moto vario; la sua disponibilità può rendere più agevole ed economicamente fattibile l’impiego di tale


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strumentazione di verifica, che consente un maggiore approfondimento di analisi.

Trattandosi, per la maggior parte dei corsi d’acqua di pianura, di condizioni di moto di corrente lenta, il maggior numero delle sezioni utilizzate per costruire il modello geometrico dell’alveo è posizionato sul lato di valle dell’attraversamento, iniziando da una distanza sufficientemente grande dalla sezione del ponte da non risentire della condizione al contorno, che normalmente non è definibile con molta precisione; per la parte a monte, le sezioni devono essere prolungate fino al limite dell’effetto di rigurgito provocato dal ponte.

Coefficiente di scabrezza

Tutte le correnti a superficie libera, dai corsi d’acqua naturali ai canali, presentano una certa resistenza al moto, il cui effetto nella rappresentazione idraulica del moto è chiamato scabrezza. Va tenuto conto che la scabrezza idraulica non è necessariamente coincidente con l’asperità fisica dell’alveo, in quanto essa rappresenta complessivamente l’influenza di più fattori.

Le diverse equazioni del moto rappresentano la scabrezza con un coefficiente; nell’equazione di Manning il coefficiente di scabrezza n può variare normalmente tra 0,200 e 0,025 per i corsi d’acqua naturali della Provincia di Torino; la variazione corrispondente del coefficiente c dell’equazione di Strickler è tra 5 e 40. Valori al di fuori di questo campo non sono ragionevolmente realistici.

La determinazione del valore della scabrezza rappresenta senza dubbio l’operazione più critica richiesta nella valutazione delle condizioni idrauliche del moto in piena. Valori di riferimento sono reperibili nella letteratura scientifica e in numerosi manuali e derivano da diffuse campagne di misura (es. FHWA publication TS-84-204 “Guide for Selecting Manning’s Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains”). Può essere opportuno confrontare più di un testo in modo da poter apprezzare le differenze di stima a parità di condizioni.

La scelta del valore deve comunque essere effettuata dopo una accurata rilevazione in campo dell’alveo di piena, considerando la granulometria dei materiali che costituiscono l'alveo, la presenza della vegetazione nel letto, sulle sponde e nelle aree immediatamente adiacenti. Per le aree golenali, sono molto utili, ad integrazione dei sopralluoghi, le fotografie aeree a bassa quota, che consentono un’agevole zonizzazione dell’alveo di piena in funzione della copertura vegetale.

Nei casi, poco frequenti, in cui sono disponibili sul tratto di corso d’acqua di interesse misure idrometriche e di portata per alcune situazioni di deflusso rappresentative delle condizioni di moto in piena, il valore della scabrezza può essere determinato direttamente sulla base di tali misure, con indubbi vantaggi sulla precisione del calcolo.

In alcuni casi il coefficiente di scabrezza può variare drasticamente all’interno della sezione; per tenere conto di ciò si può utilizzare un valore medio pesato attraverso la seguente espressione:


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nm = Σ (n B)/ Σ (B) (11)

dove:

b = contorno bagnato delle sotto-sezioni in cui è scomposta la sezione

n = scabrezza della singola sotto sezione.

Sezioni composite

Il calcolo del profilo di moto per qualsiasi applicazione, uniforme o permanente o vario, richiede la valutazione del raggio idraulico R della sezione (Fig. 8.4), che rappresenta una sorta di profondità media, per le diverse altezze d’acqua, essendo il rapporto tra l’area della sezione e il perimetro bagnato della stessa (R = A/B).

Fig. 8.4 Sezione trasversale tipica di un corso d’acqua

Se la forma della sezione è molto irregolare in rapporto alla profondità di corrente, il raggio idraulico può non rappresentare correttamente le condizioni di moto.

Questa situazione si verifica tipicamente nei casi di alvei naturali costituiti da una parte incisa e da estesi piani golenali inondabili che in piena sono sede di deflusso (Fig. 8.5).


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Fig. 8.5 Sezione trasversale composita e variazione del coefficiente di

scabrezza di Manning

Occorre quindi dividere la sezione trasversale in un numero sufficiente di sotto-sezioni, in modo che il raggio idraulico assuma valori realistici. Le sotto-sezioni possono essere individuate in corrispondenza di variazioni della geometria e della scabrezza; va notato che la distanza verticale tra due sotto-sezioni adiacenti non viene inclusa nel calcolo del contorno bagnato. In altre parole il contorno bagnato è costituito solo dal contorno effettivo della sezione complessiva.

Metodi di calcolo

Nei punti precedenti si sono definite le grandezze che intervengono nelle verifiche idrauliche e le procedure di rappresentazione e schematizzazione utilizzabili per il calcolo; lo scopo di è di fornire gli elementi di base per interpretare i risultati dei calcoli idraulici.

Non appare utile in questa sede approfondire i metodi di calcolo, in quanto sono ormai largamente disponibili strumenti numerici di diversa complessità; da quelli molto semplici (ad es. moto uniforme per sezioni regolari), utilizzabili per approcci di tipo qualitativo a modelli molto complessi (moto vario 1D o 2D a fondo fisso a fondo mobile) il cui utilizzo può essere fatto unicamente da personale specializzato.


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Il codice di calcolo da utilizzare per definire il profilo idrico in piena della corrente e le altre variabili del moto di interesse dipende dal livello di approfondimento delle analisi da condurre.

Vi sono le seguenti alternative che fanno riferimento a schematizzazioni progressivamente più complesse delle condizioni di moto:

moto stazionario 1D (portata costante e geometria dell’alveo variabile),

moto vario 1D o quasi 2D (portata variabile nel tempo e geometria variabile),

moto vario 2D (portata variabile nel tempo e geometria variabile).

L’utilizzo dello schema del moto uniforme, che costituisce un’ulteriore semplificazione rispetto al moto stazionario 1D non è consigliato, in quanto eccessivamente schematico rispetto alla situazione reale e quindi valido solamente per considerazioni di ordine qualitativo.

Lo schema di moto stazionario 1D è generalmente adatto ad affrontare tutte le più comuni situazioni di verifica idraulica di un ponte. Nei casi di particolare complessità, che richiedano la valutazione di fenomeni specifici (quali ad esempio i valori locali delle velocità di corrente), occorre ricorrere ai codici di calcolo di moto vario.

8.3 Richiami di geomorfologia fluviale

L’analisi idraulica di un attraversamento deve tenere conto dei fenomeni di tipo geomorfologico che interessano l’alveo, siano essi naturali che derivanti da fattori antropici e, in particolare, dagli effetti indotti dall’attraversamento stesso.

L’obiettivo principale è stimare il grado di stabilità e le tendenze evolutive in rapporto alle correlazioni esistenti tra i diversi fattori interagenti.

I corsi d’acqua sono intrinsecamente un sistema dinamico, che tende a modificare le sue caratteristiche, secondo processi che possono essere lenti o rapidi in risposta a sollecitazioni diverse. Le modificazioni possono riguardare le erosioni di sponda, il deposito dei sedimenti con formazione di isole, l’abbassamento del fondo alveo (Fig. 8.6).


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Fig. 8.6 Fiume Po alla confluenza con il Sesia; stato attuale (a sinistra); modificazioni planimetriche dell’alveo inciso nel periodo 1958-1988 (a destra)

Molti corsi d’acqua naturali dimostrano un accentuato grado di instabilità naturale, mentre in altri casi i fenomeni di instabilità sono prevalentemente da ricondurre all’effetto di fattori antropici.

I fenomeni che maggiormente influenzano le verifiche idrauliche di un ponte sono quelli che riguardano l’instabilità planimetrica dell’alveo, in rapporto alla posizione e all’orientamento delle luci del ponte, e quelli relativi all’abbassamento del fondo alveo, in relazione ai fenomeni di scalzamento sulle fondazioni.

Il grado di instabilità dipende dalle caratteristiche degli eventi idrologici, dal materiale costituente l’alveo e le sponde, dall’estensione della vegetazione di sponda e dall’uso del suolo nelle aree golenali.

I criteri attuali di impostazione progettuale delle nuove opere di attraversamento devono privilegiare soluzioni “trasparenti” rispetto ai fenomeni di dinamica fluviale; l’integrazione tra le analisi geomorfologiche e quelle idrauliche rappresenta un metodo di approccio ormai consolidato e consente di formulare attendibili stime delle tendenze evolutive dell’alveo. Il progetto di un attraversamento con caratteristiche tipologiche (ampiezza delle luci in alveo, tipologia delle fondazioni, posizionamento delle spalle) che interferisca il meno possibile con i fenomeni di piena offre il vantaggio di non comportare, o di minimizzare, gli interventi di sistemazione dell’alveo e di controllo dei fenomeni di instabilità morfologica, che oltre a offrire un minore impatto sulle componenti ambientali della regione fluviale, non condizionano l’assetto idraulico del corso d’acqua.

Sensibilmente diversi sono stati, in molti casi, i criteri utilizzati in passato nella realizzazione dei ponti, con interventi che spesso hanno comportato forti restringimenti trasversali dell’alveo e opere di sistemazione. Tali soluzioni permettevano luci minori, e quindi costi minori dell’opera, ma costituiscono condizionamenti rilevanti per il corso d’acqua i cui effetti in molti casi si manifestano nel tempo.


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Classificazione dell’alveo tipo

Per la classificazione dell’alveo tipo, viene fatto riferimento alle caratteristiche planimetriche, individuando le tipologie d’alveo in funzione dei caratteri morfologici del thalweg (Fig. 8.7) e degli indici morfometrici ricavabili dalla cartografia e dai rilievi aerofotogrammetrici; semplificando drasticamente le numerose metodologie di classificazione disponibili in letteratura, appare possibile fare riferimento alle seguenti macro-categorie (Fig. 8.8):

alveo monocursale: rettilineo (sinuosità, definita come rapporto tra la lunghezza del thalweg e quella della valle, S= 1,00 ÷ 1,04), sinuoso (S= 1,04 ÷ 1,20), meandriforme (S> 1,20), con barre laterali/longitudinali;

alveo ramificato: distinto sulla base dell’indice di ramificazione (Ir, rapporto tra somma delle lunghezze dei percorsi monte-valle dei vari rami e il percorso diretto).

Fig. 8.7 Vista planimetrica e in sezione di un alveo e localizzazione del thalweg


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Fig. 8.8 Rappresentazioni schematiche di alveo tipo (Schumm and Brakenridge,

1987)

La classificazione consente di distinguere tronchi omogenei del corso d’acqua in funzione dell’alveo-tipo, per i quali, in, è possibile dare indicazioni, almeno di tipo qualitativo, circa il grado di stabilità morfologica (Fig. 8.9).


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Fig. 8.9 Stabilità morfologica in funzione dell’alveo tipo (Shen e altri, 1981)

La conoscenza delle caratteristiche di stabilità morfologica delle principali tipologie di alveo consente delineare i problemi che si possono generare dalle

Alveo monocursale rettilineo

Vi sono due tipologie di alveo monocursale rettilineo: la prima si manifesta su un fondovalle a pendenza debole, ha un basso rapporto larghezza/profondità ed è relativamente stabile. La seconda ha pendenza elevata (nel campo fluviale), alto rapporto larghezza/profondità, elevata energia della corrente ed è ramificata in condizioni di deflusso in magra (Fig. 8.10).


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Fig. 8.10 Schema planimetrico e in sezione di alveo monocursale

Nel primo caso, sono presenti barre alternate che rendono sinuoso il thalweg all’interno dell’alveo inciso che rimane rettilineo. L’alveo ramificato, come illustrato in maggior dettaglio in seguito, ha numerose barre e più di un thalweg.

Alveo meandriforme

In linea generale, nessun alveo alluvionale ha un assetto stabile di tipo rettilineo; il thalweg oscilla trasversalmente e provoca la formazione di curve. Sulla base di questo principio, nessun progetto di regimazione di un alveo naturale tenta di ottenere un canale rettilineo, in quanto non è possibile conseguire una configurazione stabile. In un alveo rettilineo la posizione del thalweg e delle barre varia continuamente; di conseguenza nella sezione trasversale il filone di corrente non mantiene una posizione centrale e si orienta alternativamente verso le due sponde, provocando fenomeni alternati di erosione e deposito.

L’alveo tipo a meandri è costituito da un’alternanza di buche (sezioni molto profonde di forma triangolare, in corrispondenza del vertice della curva) e di soglie (sezioni poco profonde, di forma rettangolare, in corrispondenza del flesso tra due curve successive).

Il thalweg corre lungo la linea di massima profondità e assume di conseguenza il tipico andamento sinuoso. In condizioni idrometriche di magra, assume una posizione molto prossima alla sponda esterna della curva, mentre in condizioni di piena tende a rettificarsi, assumendo una collocazione più centrale rispetto alla larghezza dell’alveo inciso; contemporaneamente il fondo alveo a livellarsi


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riducendo il dislivello tra le buche e le soglie. Anche il profilo idrico ha un andamento diverso in magra e in piena; in magra è più ripido sulle soglie e meno in corrispondenza delle curve; l’opposto accade in piena. E’ durante la piena che il fenomeno di rettificazione del thalweg favorisce il taglio del meandro, in cui prevale un tratto rettilineo di canale, che riduce il percorso e aumenta la pendenza disponibile. Successivamente la maggiore pendenza viene distribuita verso monte e verso valle.

Complessivamente, e in mancanza di opere idrauliche di controllo, un sistema a meandri si muove lateralmente e longitudinalmente; la singola ansa invece si muove in modo diversificato, in relazione alla diversa erodibilità delle sponde. Ciò causa la caratteristica forma a cappio, generalmente schiacciata verso valle, mentre la geometria dell’alveo dipende dalla pendenza locale, dal materiale di sponda e dalla geometria delle curve adiacenti.

A seguito di un salto di meandro, l’alveo abbandonato forma una lanca (il termine si usa per qualsiasi porzione di alveo di magra non più attiva ma idraulicamente connessa alla parte attiva dell’alveo), che può mantenersi per lunghi periodi prima di essere completamente interrata; il fenomeno di interramento inizia normalmente prima sul lato di monte e solo successivamente su quello di valle. Il materiale di riempimento della lanca è costituito prevalentemente da limi e argille, quindi di tipo coesivo; infatti quando un nuovo meandro in evoluzione incontra una vecchia ansa riempita di materiale coesivo, questo ha sufficiente resistenza all’erosione da costituire un vincolo geologico semipermanente, che condiziona in misura significativa la geometria dell’alveo.

In sintesi, un alveo a meandri consiste in una serie di anse collegate da punti di flesso; nelle curve il fondo minimo della sezione si sposta in prossimità della sponda concava a causa del valore relativamente maggiore della velocità; le velocità minori sulla sponda convessa favoriscono il deposito dei sedimenti a formare barre longitudinali in prossimità della stessa. La forza centrifuga causa una pendenza trasversale della superficie libera e in molti casi si sviluppa un moto elicoidale lungo la curva; le velocità nella direzione trasversale al moto hanno grandezza dell’ordine del 15% della velocità media.

Le soglie di collegamento tra due curve successive hanno profondità molto minore e costituiscono il punto di deposito di buona parte dei sedimenti erosi nelle curve.

I fenomeni di erosione lungo le curve causano la migrazione laterale e talvolta longitudinale dei meandri.

Alveo ramificato

L’alveo ramificato (Fig. 8.11) è costituito da più canali tra loro collegati; uno dei principali fattori che determina la formazione di questa tipologia è rappresentato dalla grande dimensione del trasporto solido di fondo, che risulta generalmente essere il fattore più importante anche rispetto alla granulometria del materiale (comunque è sempre grossolana).

Se un alveo è alimentato da una quantità di sedimenti superiore alla capacità di trasporto della corrente, si manifestano fenomeni di sedimentazione, con un


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innalzamento del fondo alveo e un aumento della pendenza di fondo, nella ricerca di ristabilire una condizione di equilibrio. All’aumento di pendenza corrisponde un aumento di velocità di corrente e si sviluppano più canali, che provocano complessivamente un allargamento di sezione.

Fig. 8.11 Pianta e sezione di un alveo tipo ramificato

Un altro fattore determinante è l’elevata erodibilità delle sponde; in questo caso l’alveo tende ad allargarsi, in piena, e in magra forma barre che tendono a stabilizzarsi.

In generale un alveo ramificato ha una pendenza relativamente elevata, trasporto solido di fondo più alto di quello in sospensione e una percentuale relativamente ridotta di limo e argilla nel materiale costituente l’alveo e le sponde.

Questa tipologia di alveo è particolarmente “difficile” per un attraversamento, in quanto è intrinsecamente instabile, con modificazioni generalmente poco prevedibili e difficile da controllare: la posizione planimetrica dell’alveo varia rapidamente, trasporta elevate quantità di materiale, ha un alveo complessivo molto largo e poco inciso anche per piene elevate.

Portate di riferimento per la morfologia fluviale

Gli elementi geometrici caratteristici di un alveo alluvionale sono messi frequentemente in relazione a un valore specifico della portata, che spesso viene assunto corrispondente alla portata a bordi pieni (bank-full stage).


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Nei casi in cui sia necessario sviluppare relazioni idrauliche (attraverso ad es. l’impiego di modelli di simulazione idraulica a fondo mobile) per stabilire la geometria dell’alveo a seguito di interventi di regimazione dello stesso, si rende necessario assumere una portata (o una serie di valori) che sia rappresentativa dei processi morfologici.

Sui corsi d’acqua della Provincia di Torino si è verificato che, in ragione del regime idrologico, la portata a bordi pieni è poco diversa da quella di piena ordinaria e può avere un tempo di ritorno medio compreso tra 1,5 e 2 anni. In regioni più secche, il tempo di ritorno della portata a bordi pieni sale invece a 5 – 10 anni.

L’analisi del trasporto solido di fondo, a cui è strettamente collegata la morfologia dell’alveo, mette in evidenza invece che oltre il 90% del trasporto totale avviene per portate che sono uguagliate o superate solo per circa il 10% del tempo; la portata che determina il trasporto solido è quindi molto più grande della portata media annua.

Su questo argomento recenti ricerche del U.S. Army Corps of Engineers (Watson et al. 1999, Copeland and Hall 1998) suggeriscono l’utilizzazione della portata efficace, definita come il valore a cui corrisponde la quota più grande di trasporto solido su base annua (è calcolabile integrando la curva della capacità di trasporto della corrente, rispetto alla curva di durata delle portate).

In ogni caso, la scelta della portata, a cui devono essere correlati i parametri di larghezza e profondità media che definiscono la geometria dell’alveo, è molto importante ai fini della previsione quantitativa delle modificazioni attendibili dell’alveo; a questo proposito sono molto utili le ricerche in campo di indicatori sul valore della portata formativa.

8.4 Aspetti idraulici specifici per i ponti – profilo idrico

L’analisi idraulica specifica di una struttura di attraversamento riguarda i seguenti punti:

determinazione del profilo idrico di piena (Fig. 8.12) per la portata di progetto (ed eventualmente per altre portate di riferimento) e del relativo effetto di rigurgito provocato dal ponte;

determinazione degli effetti della distribuzione del deflusso e delle velocità;

stima dello scalzamento potenziale sulle fondazioni in alveo delle pile, delle spalle e dei rilevati di accesso.


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Fig. 8.12 Profilo idrico schematico in corrispondenza di un ponte

La presenza di un attraversamento in un corso d’acqua naturale provoca normalmente un restringimento della sezione effettiva di deflusso, a causa dei rilevati di accesso e dell’ingombro delle pile. Nel corso del deflusso di una piena, la contrazione e la successiva espansione del flusso, a cui sono associate perdite per attrito e per effetto di disturbi locali, comporta uno scambio di energia che è rappresentato dall’aumento della profondità di corrente (effetto di rigurgito) a monte dell’attraversamento.

In condizioni di corrente lenta, il rigurgito si propaga per un esteso tratto di alveo a monte, con valori decrescenti fino a ricollegarsi con la profondità di corrente indisturbata; l’estensione del tratto dipende dalle caratteristiche geometriche dell’alveo e dalla portata. Il valore massimo del rigurgito tende a manifestarsi lungo un arco attorno alla luce del ponte, a una distanza dal ponte pari circa al valore della luce. Dal punto di massimo rigurgito, la superficie libera si abbassa, con gradiente relativamente elevato fino a raggiungere una profondità minima in corrispondenza del ponte (Fig. 8.12).

In condizioni di corrente veloce, il restringimento di un ponte può non avere effetti sul profilo idrico di monte; nel caso in cui la riduzione di sezione sia particolarmente elevata, può provocare un cambio del regime di moto con passaggio in corrente lenta attraverso un risalto idraulico in corrispondenza del ponte.


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Fig. 8.13 Posizione planimetrica schematica del massimo rigurgito e delle linee

di corrente

Il moto della corrente in corrispondenza del ponte risente delle maggiori velocità provocate dal restringimento di sezione; alla velocità in corrispondenza delle strutture del ponte sono correlati l’elevata turbolenza e i vortici che determinano i fenomeni di scalzamento sulle fondazioni delle spalle e delle pile (Fig. 8.13).

L’effetto di rigurgito è uno dei parametri che vengono presi in considerazione per valutare la compatibilità idraulica del ponte; il confronto sui ponti esistenti, con riferimento alla piena di progetto, viene fatto, di norma, come differenza tra il profilo idrico calcolato in presenza e in assenza del ponte.

Nel caso invece del progetto di un nuovo ponte, l’effetto rigurgito calcolato rappresenta direttamente la modifica al profilo idrico di piena indotta delle opere in progetto.

Non ci sono criteri validi in generale per definire il valore massimo compatibile del rigurgito provocato dal ponte; tale giudizio infatti deve tener conto delle condizioni specifiche collegate al rischio idraulico locale, alla presenza o meno di argini, alla quota delle altre infrastrutture esistenti ecc. Un parametro di valutazione può essere quello di considerare accettabili situazioni in cui le modifiche del profilo naturale siano “piccole”, e quindi poco significative, rispetto agli effetti potenziali sulle aree circostanti. Sotto questo aspetto può essere considerato accettabile un rigurgito massimo pari a 0,30 m, in accordo con numerosi testi e manuali specialistici.


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Esistono diversi metodi per valutare l’effetto di rigurgito provocato da un ponte; la maggioranza dei modelli numerici disponibili per il calcolo dei profili di piena sui corsi d’acqua, a cui è raccomandabile fare comunque riferimento, consente all’utente di scegliere, tra diverse procedure, quella più adatta al caso specifico (in generale la documentazione del modello illustra in dettaglio le diverse procedure contenute).

Lo schema planimetrico in Fig. 8.14 rappresenta le tre zone di deflusso che devono essere considerate nel calcolo del profilo di rigurgito.

Fig. 8.14 Schema delle zone di deflusso in corrispondenza di un ponte

Zona 1. Rappresenta il tratto di transizione di valle, in cui la corrente si espande fino a rioccupare l’intera sezione dell’alveo dopo aver subito la contrazione in corrispondenza del ponte. L’estensione del tratto dipende dalla portata e dalla dimensione dell’alveo di piena; si può valutare un ordine di grandezza pari a 4 volte la lunghezza dei tratti dei rilevati di approccio che entrano all’interno dell’alveo di piena. La sezione trasversale 1 rappresenta la sezione dell’alveo naturale al termine del tratto di espansione, mentre le sez. 2 e 3, sul lato di valle e di monte dell’attraversamento rappresentano la porzione dell’alveo naturale che approssima l’effettiva sezione idraulica in corrispondenza del ponte (Fig. 8.14).

Zona 2. Rappresenta il tratto in corrispondenza del ponte, in cui la geometria del ponte si sovrappone a quella dell’alveo, rilevata in corrispondenza delle sezz. 2 e 3.


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Zona 3. Rappresenta il tratto di transizione di monte, in cui la corrente, a partire dalla sez. 4, si contrae progressivamente sino al ponte. L’estensione del tratto è normalmente stimata sull’ordine di grandezza pari alla lunghezza media dei tratti dei rilevati di approccio che entrano all’interno dell’alveo di piena.

Fig. 8.15 Schema della sezione idraulica efficace a valle del ponte

Il valore massimo del rigurgito si manifesta alla sezione 4; proseguendo verso monte il profilo si riduce progressivamente fino a coincidere, dopo un tratto più o meno esteso, con quello in condizioni indisturbate.

Le perdite di carico localizzate, da utilizzare nel calcolo del profilo del moto, sono rappresentate da un coefficiente di contrazione variabile tra 0,0 e 0,6 (valore tipico 0,3) e da un coefficiente di espansione variabile tra 0,0 e 0,8

Le perdite di carico complessive associate all’attraversamento dipendono dalle condizioni di moto che si instaurano.

Se il deflusso avviene a superficie libera in tutto il tratto (senza interessare l’impalcato del ponte), si possono instaurare i seguenti 4 tipi di moto:

tipo I: corrente lenta in tutte le 3 Zone,

tipo IIA: corrente lenta nelle Zone 1 e 3 e corrente critica in Zona 2,

tipo IIB: corrente lenta in Zona 3, corrente critica in Zona 2 e risalto idraulico in Zona 1,


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tipo III: corrente veloce in tutte le 3 Zone,

Le condizioni di moto di tipo I sono le più comuni, anche se nei casi di ponti che provocano notevoli restringimenti dell’alveo si possono manifestare condizioni di tipo II. Le condizioni di tipo III sono limitate ai corsi d’acqua torrentizi.

Se il deflusso avviene interessando l’intradosso del ponte si hanno le seguenti condizioni:

la superficie libera non sommerge l’impalcato; le condiziono di moto attraverso il ponte sono paragonabili a quelle al di sotto di una paratoia o di una luce in pressione;

l’impalcato del ponte viene tracimato; lo schema di moto più attendibile è quello dello stramazzo a larga soglia.

Va tenuto presente che tali condizioni di moto sono molto instabili nel corso di una piena e, pertanto, molto probabile il rapido passaggio dalla prima alla seconda nel corso della stessa piena.

8.5 Aspetti idraulici specifici per i ponti –scalzamento sulle fondazioni

I fenomeni di scalzamento sulle fondazioni dei ponti sono la conseguenza dell’azione erosiva della corrente, che scava e trasporta a valle il materiale che costituisce il fondo dell’alveo.

La dimensione del fenomeno dipende dalla capacità erosiva della corrente, della resistenza all’erosione del materiale d’alveo e dal bilancio del trasporto solido entrante e uscente nella sezione del ponte.

Materiali con caratteristiche diverse hanno comportamenti diversi rispetto allo scalzamento; la velocità di erosione di una sabbia è significativamente diversa da quella di un materiale coesivo, ma il valore finale dello scalzamento massimo in un materiale coesivo e in un terreno consolidato può essere uguale a quello di un alveo sabbioso. L’unica differenza è rappresentata dal tempo in cui si raggiunge il valore dello scalzamento massimo: in condizioni di portata costante, in una sabbia il valore massimo viene raggiunto in ore mentre in un materiale coesivo in giorni.

Nelle condizioni di deflusso tipiche dei corsi d’acqua di interesse, possono essere necessarie diverse piene perché si sviluppi il massimo scalzamento potenziale.

La definizione del valore dello scalzamento è complicata dalla natura ciclica del fenomeno, che in un evento di piena raggiunge il valore massimo nell’intorno del colmo e si riduce sensibilmente con la coda della piena, quando la buca viene nuovamente riempita dai sedimenti trasportati dalla corrente.

Tutte le equazioni utilizzate per la stima quantitativa dei valori di scalzamento derivano da esperienze di laboratorio, con limitate verifiche in campo; sono perciò molto importanti le osservazioni e le rilevazioni dirette, derivanti da campagne di misura. Le equazioni sono valide per materiali non coesivi e forniscono il massimo scalzamento potenziale, senza tenere conto dell’evoluzione temporale del fenomeno.


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Fig. 8.16 Scalzamento sulla fondazione di una pila in alveo in funzione del tempo

e del trasporto solido della corrente

Un fattore determinante da considerare per il valore dello scalzamento locale è la quota di trasporto solido proveniente da monte (Fig. 8.16); nel caso di assenza di trasporto (clear water scuor), o con trasporto solo in sospensione inferiore alla capacità di trasporto della corrente, si ha uno scalzamento che cresce progressivamente fino al massimo potenziale; nel caso di presenza di trasporto solido da monte (live-bed scuor), si ha un fenomeno ciclico che produce il massimo scavo in fase crescente della piena e riempie parzialmente la buca di scavo nella fase discendente.

Condizioni tipiche di scalzamento in assenza di trasporto solido (clear water) si manifestano nei casi di: i) materiale d’alveo grossolano, ii) deflusso ordinario in corsi d’acqua a debole pendenza, iii) presenza locale di materiale a granulometria più grande della massima trasportabile dalla corrente, iv) corazzamento del fondo alveo, quando lo strato corazzato diventi erodibile in prossimità delle fondazioni di pile e spalle per l’aumento locale della velocità, ivi) deflusso sulle aree golenali.

Nel corso di una piena, i ponti su un corso d’acqua a granulometria grossolana sono spesso soggetti a scalzamento del tipo clear-water alle portate più basse, del tipo live-bed alle portate più elevate e nuovamente del tipo clear-water con la piena in fase discendente.

Un indicatore del tipo di scalzamento che si può manifestare è costituito dalla velocità critica associata all’inizio del moto del materiale d’alveo, rappresentato attraverso il diametro medio (D50); si ha scalzamento tipo clear-water se la velocità media a monte dell’attraversamento è inferiore alla velocità critica di inizio del movimento.


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La velocità critica, per materiale d’alveo con un peso specifico pari a 2650 kg/m3, si può calcolare con l’espressione

Vc = 6,36 d1/6 D501/3

dove:

Vc = velocità critica (m/s),

d = profondità di corrente (m),

D50 = diametro medio del materiale d’alveo (m)

Nel caso di deflusso sul piano golenale, il criterio può essere ancora applicato, con l’avvertenza che non si abbiano situazioni in cui la presenza di vegetazione costituisca una sorta di protezione del fondo dall’erosione.

Nel caso di alvei in materiali sabbiosi, con fondo a dune, si assiste spesso a oscillazioni dello scalzamento, del tipo live-bed, attorno al valore di equilibrio, a causa delle fluttuazioni del trasporto solido di fondo proveniente da monte tipica del fondo a dune. Tali oscillazioni possono raggiungere valori superiori anche del 30% rispetto al valore di scalzamento di equilibrio. Comunque nella maggior parte dei casi la configurazione del fondo alveo, in materiale sabbioso, nel corso di una piena passa dalla forma a dune a quella piana, a causa dell’aumento delle velocità; nella pratica si può quindi tener conto di un valore massimo di scalzamento superiore del 10% a quello di equilibrio.

Lo scalzamento totale relativo a un attraversamento è costituito da tre componenti (Fig. 8.17):

abbassamento generalizzato dell’alveo,

scalzamento da contrazione della sezione trasversale,

scalzamento locale per effetto della pila o della spalla.


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Fig. 8.17 Componenti dello scalzamento nella sezione di un ponte

Le tre componenti devono essere sommate per ottenere il valore complessivo sulle fondazioni della struttura; questo equivale ad assumere che ciascuna componente si manifesti in modo indipendente rispetto alle altre e costituisce un criterio in qualche misura cautelativo.

Inoltre, nel caso sia opportuno, deve essere considerata la possibilità di una migrazione planimetrica dell’alveo, che sposta lateralmente rispetto alle strutture del ponte la posizione del thalweg; essa può influenzare la stabilità delle fondazioni delle pile, provocare erosioni sulle fondazioni delle spalle e dei rilevati di approccio o modificare il valore dello scalzamento locale variando la direzione della corrente in rapporto all’orientamento delle pile e delle spalle. I fattori che influenzano il fenomeno sono legati alla geomorfologia dell’alveo, alla specifica localizzazione del ponte, al regime delle piene e alle caratteristiche del materiale d’alveo.

Abbassamento generalizzato dell’alveo

L’abbassamento generalizzato è un fenomeno di lungo termine dovuto all’evoluzione naturale dell’alveo o indotto da interventi antropici sullo stesso, quali ad esempio l’escavazione dei materiali inerti, la realizzazione di opere di regimazione, la realizzazione di traverse di derivazione, la riduzione del trasporto solido da monte.

In ogni caso, la quantificazione di tale fenomeno richiede una stima del massimo abbassamento di fondo attendibile nel tratto di alveo interessato


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dall’attraversamento, su un arco temporale significativo per durata del ponte. A questo fine è necessario poter disporre di studi e di valutazioni quantitative (rilievi topografici di sezioni d’alveo in periodo diversi), di natura geomorfologica e idraulica che devono riguardare l’intera asta del corso d’acqua o un tratto molto esteso della stessa.

In linea generale, sono ipotizzabili due livelli di approccio al problema:

1. una valutazione qualitativa, sulla base di analisi geomorfologiche di tipo generale, di indicatori qualitativi specifici e di confronti dei rilievi topografici storici;

2. una analisi geomorfologica e idraulica di tipo quantitativo, appoggiate a modellazioni numeriche di tipo 1D o 2D, per stimare il comportamento probabile dell’alveo sulla base di diversi scenari ipotizzabili sulle condizioni future del sistema fluviale e delle azioni antropiche.

Per i ponti esistenti, i risultati delle ispezioni periodiche sono un eccellente fonte di informazione per le valutazioni sopra indicate, soprattutto se il protocollo di ispezione prevede anche la rilevazione della sezione dell'alveo; anche il trend dei livelli idrometrici di magra costituisce un buon indicatore della tendenza evolutiva del fondo alveo. Avendo inoltre informazioni relative a più ponti sullo stesso corso d’acqua, risulta possibile ricostruire un comportamento complessivo che è molto utile al fine della comprensione dei fenomeni in atto.

In ogni caso, quando il fenomeno risulti critico per un particolare manufatto di attraversamento, appare opportuno prevedere operazioni di monitoraggio sistematico che, correlate a quelle sul regime idrologico-idraulico, possono mettere in condizioni di valutarne in modo adeguato l’evoluzione.

Scalzamento per contrazione della sezione trasversale

Il fenomeno si manifesta quando il ponte provoca una riduzione della larghezza della sezione trasversale dell’alveo di piena; ciò comporta un aumento della velocità media e dell’azione erosiva della corrente. Si ha quindi localmente un aumento del trasporto del materiale dal fondo che provoca un abbassamento del fondo e un aumento dell’area della sezione, fino al conseguimento di una condizione di equilibrio del bilancio del trasporto solido nel tronco.

Il fenomeno è tipicamente ciclico, con il fondo alveo che si abbassa in fase crescente della piena e che si rialza parzialmente in fase decrescente. I fattori principali sono:

il restringimento dell’alveo attivo del corso d’acqua ad opera delle spalle del ponte,

il restringimento dell’alveo per effetto delle pile (è significativo nel caso di pile molto numerose e con sezione trasversale grande),

riduzione della porzione golenale dell’alveo di piena a causa dei rilevati di approccio al ponte.

A seconda delle condizioni di moto, lo scalzamento per contrazione di sezione può essere del tipo live-bed o clear-water; il primo si manifesta in presenza di trasporto solido da monte e lo scalzamento risultante riflette l’equilibrio del bilancio del trasporto solido nel tronco. In queste condizioni l’abbassamento


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d’alveo che si verifica in fase crescente della piena può essere completamente recuperato in fase decrescente.

Il fenomeno del tipo clear-water si ha in assenza di trasporto solido da monte; generalmente in questo caso l’abbassamento d’alveo che si realizza in fase crescente della piena non viene recuperato in fase decrescente, per mancanza di sedimento proveniente da monte.

Le due tipologie di fenomeno si possono manifestare anche nel corso della stessa piena, con l’abbassamento del tipo clear-water negli stadi iniziali, seguito da quello del tipo live-bed.

Nel caso di deflusso in presenza di trasporto solido (live-bed), il valore medio dell’abbassamento d’alveo è rappresentato dalle seguenti espressioni:

d2 = d1 (Qt/Qc)6/7 (b1/b2)k1

ym = d2 – d1

dove:

d1 = profondità media nella sezione di monte dell’alveo principale (m),

d2 = profondità media nella sezione contratta (m),

Qt = portata a monte della sezione contratta (m3/s),

Qc = portata nella sezione contratta (m3/s),

b1 = larghezza del fondo dell’alveo a monte della sezione contratta (m),

b2 = larghezza del fondo dell’alveo nella sezione contratta (m),

K1 = parametro determinato con l’equazione tabellata di seguito,

vs = (g d1 i1)0,5 = velocità di attrito nella sezione di monte (m/s),

ω = velocità di caduta del materiale d’alveo,

D50 = diametro medio del materiale d’alveo (mm),

i1 = pendenza motrice dell’alveo principale (m/m)

La velocità di caduta del materiale d’alveo è data, in funzione del diametro, dalle curve rappresentate in Fig. 8.18.

La tabella riporta i valori della costante K1.


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Tab. 8.3 Parametro K1 per l’equazione di abbassamento d’alveo per contrazione in presenza di trasporto solido

vs / vm K1 Modalità di trasporto solido

< 0,5 0,59 prevalente trasporto di fondo

0,5 – 2,0 0,64 trasporto di fondo e in sospensione

< 2,0 0,69 prevalente trasporto in sospensione

Fig. 8.18 Velocità di caduta di particelle di materiale con coesivo in funzione del

diametro e della temperatura (peso specifico 2650 kg/m3)

Nel caso di deflusso in assenza di trasporto solido (clear-water), il valore medio dell’abbassamento d’alveo è rappresentato dalla seguente espressione:

d2 = (0,025 Q2/Dm2/3 b2)3/7

ds = d2 – d0

dove:


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d2 = profondità media di equilibrio nella sezione contratta, comprensiva dell’abbassamento (m),

Q = portata (m3/s),

Dm = diametro minimo non trasportabile medio del materiale d’alveo nella sezione contratta (m); Dm = 1,25 D50

b2= larghezza totale nella sezione contratta, al netto della larghezza delle pile (m),

d0 = profondità media esistente nella sezione contratta (m).

Poiché il valore di D50 non rappresenta la particella più grande del materiale d’alveo, la sezione erosa può essere leggermente corazzata; perciò si assume il valore aumentato del fattore 1,25. Se il fondo alveo è costituito da materiale stratificato, la profondità di scalzamento può essere determinata usando l’equazione in maniera iterativa con valori successivi di Dm.

Scalzamento locale per effetto delle pile

Lo scalzamento locale per effetto delle pile è funzione delle caratteristiche del materiale d’alveo, della configurazione della sezione, delle caratteristiche di deflusso (velocità, profondità di corrente, angolo di incidenza sulla pila) e della geometria della pila e delle fondazioni. L’effetto tipico di una pila sulla corrente è la formazione di vortici sia verticali che orizzontali (vortice a ferro di cavallo) che creano una buca sul lato di monte della pila, depositando il materiale di fondo eroso sul lato di valle (Fig. 8.19).

Il fenomeno è stato studiato approfonditamente in laboratorio, ma è ancora oggi supportato da poche osservazioni in campo; gli studi di laboratorio hanno portato alla definizione di numerose equazioni per lo scalzamento, generalmente valide in presenza di trasporto solido e in materiali non coesivi.

Il confronto tra le equazioni più comuni disponibili e dei dati sperimentali permette di valutare, per il caso tipico di pila circolare, che il valore massimo di scalzamento atteso è pari a circa 3 volte il diametro della pila per condizioni di deflusso che comportino un numero di Froude superiore a 0,8 e pari a circa 2,4 volte il diametro per Froude inferiore a 0,8.

Tra le molte espressioni di calcolo disponibili, si riporta di seguito quella messa a punto dalla Colorado State University (CSU) che è raccomandata dal FHWA’s Technical Advisory T5140.20, anche se fornisce valori inferiori alle espressioni di Jain e Fischer, Laursen, Melville e Sutherland, Neill.


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Fig. 8.19 Schema del fenomeno dello scalzamento locale dovuto alla pila

La formula CSU è la seguente:

ds = 2,0 K1 K2 K3 K4 d10,35 a0,65 Fr1

0,43

dove:

ds = scalzamento massimo alla base della pila (m),

K1 = fattore di correzione in funzione della forma della pila,

K2 = fattore di correzione in funzione dell’angolo di incidenza della corrente,

K3 = fattore di correzione in funzione delle condizioni del fondo alveo,

K4 = fattore di correzione in funzione del corazzamento del fondo alveo (assume valori diversi da 1 solo per D50 superiori a 60 mm),

d1 = profondità di corrente a monte del ponte (m),

a = larghezza della pila (m),

Fr1 = numero di Froude della corrente a monte della pila,

v1 = velocità media a monte della pila (m/s),


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g = accelerazione di gravità (9,81 m/s2).

I parametri sperimentali che intervengono dell’espressione sono riportati nelle tabelle seguenti, in funzione della forma della pila e dell’angolo di incidenza della corrente con l’asse della pila stessa (Fig. 8.20).

Tab. 8.4 Fattore di correzione K1 per la forma della pila

Forma della pila K1

Quadrata 1,1

Arrotondata 1,0

Sagomata 0,9

Circolare 1,0

Gruppo di pile circolari 1,0

Tab. 8.5 Fattore di correzione K2 per angolo di incidenza della pila

Angolo L/a = 4 L/a = 8 L/a = 12

0 1,0 1,0 1,0

15 1,5 2,0 2,5

30 2,0 2,75 3,5

45 2,3 3,3 4,3

90 2,5 3,9 5,0

L= lunghezza della pila (m); a = larghezza della pila (m)

Tab. 8.6 Fattore di correzione K3 per condizioni del fondo alveo

Condizioni fondo alveo Altezza duna (m) K3

assenza trasporto solido -- 1,1

alveo piano/antidune -- 1,1

dune piccole 3,0 – 0,6 1,1

dune medie 9,0 – 3,0 1,2

dune grandi >9,0 1,3


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Fig. 8.20 Schema delle forme più comuni di pile

La parte di monte della buca di scalzamento tende ad avere la forma di un tronco di cono, con un angolo pari a circa a quello di equilibrio del materiale d’alveo; l’estensione laterale dello scavo è quindi determinabile in funzione dell’angolo di riposo del materiale e della profondità della buca.

Scalzamento locale per effetto delle spalle

La scalzamento al piede delle spalle è normalmente causato dalla turbolenza e dai vortici che si generano per effetto del convogliamento del deflusso golenale all’interno delle campate del ponte, in relazione all’azione di indirizzamento della corrente esercitata dai rilevati di approccio che si collegano alle spalle.

Il massimo valore dello scalzamento di solito si verifica sul lato di monte della spalla ed è funzione del grado di contrazione, della profondità di corrente e della quota della portata complessiva che defluisce sul piano golenale (Fig. 8.21).


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Fig. 8.21 Schema del fenomeno di scalzamento in corrispondenza di una spalla

La maggiore esposizione allo scalzamento riguarda le spalle posizionate in prossimità delle sponde incise dell’alveo; in molti casi, particolarmente con piani golenali molto ampi che sono sede deflussi consistenti, sono state osservate profondità di scalzamento dell’ordine di grandezza di 3 – 4 volte la profondità di corrente sul piano golenale.

L’ostruzione al deflusso provocata dalla spalla e dai rilevati dà origine a un vortice orizzontale, che parte del lato di monte e corre lungo la fondazione, e a un vortice verticale sul lato di valle della spalla.

Esistono alcune espressioni per il calcolo del valore di scalzamento sulle spalle, ma i risultati appaiono ancora controversi e eccessivamente cautelativi, anche in ragione della scarsa disponibilità di misure in campo.

Le valutazioni specifiche devono essere pertanto di volta in volta applicate sulla base di una approfondita analisi idrodinamica del deflusso e di osservazioni dirette.

Modelli fisici

Nei casi complessi, la valutazione dello scalzamento sulle fondazioni di un ponte viene affidata a un modello fisico.

Per queste applicazioni, la scala del modello è basata sul criterio di Froude e le maggiori difficoltà sono legate alla impossibilità, in generale, rappresentare


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correttamente nel modello il materiale d’alveo, con conseguenti difformità di comportamento idrodinamico tra modello e prototipo. Si tratta quindi di approcci tecnici che richiedono personale altamente specializzato e con lunga esperienza sulla modellistica fisica applicata a fenomeni di morfologia fluviale.

Manuale operativo sulla vulnerabilità idraulica dei ponti · Cliente Specifica REL.02 Progetto...

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