Idrogramma complessivo
3.3 Interventi propost
3.3.1 Situazione con le cateratte aperte Gli interventi proposti sono sostanzialmente quattro:
1) Risagomatura delle sezioni e rialzamento degli argini molto diffuso 2) Allargamento dei tratti tombati del Rio Balbano
3) Aumento delle dimensioni della cateratta sul Castiglioncello 4) Realizzazione di due casse d’espansione in derivazione
Per giungere a tale proposta di interventi ho proceduto nel modo sotto riportato.
Ho preso in considerazione la portata centennale derivante da uno ietogramma costante di durata pari alla durata critica e cioè di 1,75 ore; tale ietogramma è infatti quello che dà luogo alla massima portata al colmo. Ho considerato che la pioggia iniziasse alle 1.00 e ho diviso lo ietogramma in intervalli di 5 minuti ciascuno. Ho quindi determinato, tramite successive simulazioni, gli istanti in cui le portate sono massime.
Tabella 3.2 : Colmi di piena in corrispondenza delle sezioni di maggior importanza dovuti ad un evento di 1,75 ore. In giallo sono evidenziate le portate critiche.
1) Risagomatura delle sezioni e rialzamento degli argini
Per quanto riguarda il Balbano ho dapprima determinato per tentativi, tramite HEC-RAS, la massima portata contenibile che è risultata di circa 8 - 9 mc/s senza franco e quindi abbondantemente inferiore alla portata centennale pari a 20.76 mc/s. Limitante a riguardo risulta proprio il primo tratto tombato.
Inizialmente ho quindi valutata la possibilità di realizzare una cassa d’espansione a monte del primo tratto tombato, ed in particolare in corrispondenza delle sezioni 72, 71, 70, 69 e 68, che fosse in grado di attenuare il picco di piena, ma ciò si è rilevato impraticabile se non
Tempo trascorso dall'inizio della pioggia
2 ore 2 ore 15 min 6 ore 40 min
Sezione 74
Sezione di monte
del Rio Balbano Q = 19.52 mc/s Q = 20.76 mc/s Q = 0 mc/s
Sezione 40 Sezione di confluenza dei sottobacini 1,2 e 3 Q = 34.84 mc/s Q = 35.13 mc/s Q = 0.01 mc/s Sezione 24 Sezione di confluenza dei sottobacini 4 e 5 col corso principale
Q = 49.53 mc/s Q = 46.22 mc/s Q = 0.01 mc/s Sezione 23.1 Sezione di monte del Dogaia Q = 0.76 mc/s Q = 0.93 mc/s Q = 7.74 mc/s Sezione 7 Sezione di confluenza dei Rii
Castiglioncello e Dogaia
Scartata dunque tale possibilità si è reso necessario per prima cosa risagomare le sezioni rendendole il più regolari possibili ed acquistando così superficie utile al deflusso.
Ho poi provveduto a rialzare gli argini pressoché lungo l’intero corso d’acqua. Ovviamente nel far ciò ho controllato che ogni qual volta alzavo l’argine di una sezione, la quota raggiunta fosse compatibile con quella dell’argine della sezione di monte.
Ho inoltre controllato che i nuovi argini non fossero esageratamente elevati rispetto al p.c.; il massimo dislivello assunto risulta pari a 3.5 m.
Il rialzamento massimo è di circa 1.4 m e permette di garantire un franco di almeno 50 cm, che , viste le piccole dimensioni del corso d’acqua può ritenersi sufficiente.
Allo stesso modo è stato necessario rialzare gli argini anche lungo il Castiglioncello dove la portata aumenta a seguito dei contributi prima dei sottobacini 2 e 3, poi dei sottobacini 4 e 5.
Le risagomature effettuate, così come le elevazioni degli argini rispetto alla situazione attuale sono visibili nelle apposite tavole relative alle sezioni attuali e modificate.
2) Allargamento dei tratti tombati
Successivamente ho preso in considerazione i due tratti tombati del Balbano, dei quali riporto le caratteristiche attuali:
1° tratto tombato ( sezioni 61-60 ) forma : rettangolare 3,5 x 1,3h lunghezza : 69 m
2° tratto tombato ( sezioni 58-57 ) forma : arco 2,7 x 1,65hmax
Tali tratti tombati costituiscono un punto critico in quanto risultano ampiamente insufficienti al deflusso della portata centennale e determinano un innalzamento del pelo libero verso monte.
Ho dunque determinato utilizzando HEC-RAS la sezione in grado di smaltire la massima portata al colmo, che è risultata avere le seguenti caratteristiche:
forma : rettangolare dimensioni : 6 x 2h
Tale sezione può essere realizzata utilizzando due scatolari di dimensioni 3 x 2h ampiamente reperibili in commercio.
Tuttavia per poter realizzare un tratto tombato di tali dimensioni si è reso necessario abbassare la quota di fondo delle sezioni subito a monte, in particolare le sezioni 61, 62, 63 e 64 e rialzare seppur di poco la sede stradale. Il massimo scavo è tuttavia risultato pari a circa 50 cm e l’ho pertanto ritenuto accettabile. La sede stradale risulta rialzata di non più di 20 cm e questo non comporta problemi per il passaggio dei veicoli attraverso il vicino sottopasso ferroviario.
E’ stato anche necessario aumentare la larghezza delle sezioni precedenti il tratto tombato; ciò è stato possibile asportando parte di terreno in sponda destra e realizzando un muretto al posto dell’attuale sponda in terra in modo da diminuire la scarpa.
Ho quindi pensato di realizzare un unico tratto tombato al posto dei due attuali, della lunghezza di 124 m, che va a raccordarsi con la sezione 57 in corrispondenza della quale il corso torna ad essere scoperto. Tale tratto tombato scorrerà dunque sotto la sede stradale anche se in alcuni punti potrebbe risultare più largo di quest’ultima.
3) Ampliamento delle dimensioni delle cateratte
Attualmente sono presenti due cateratte sul Dogaia ed una sola sul Castiglioncello che convoglia però portate molto maggiori rispetto al Dogaia. Le cateratte sul Dogaia risultano sufficienti allo smaltimento delle portate in arrivo mentre la cateratta sul Castiglioncello è in grado di smaltire senza andare in pressione una portata di circa 15 mc/s quindi notevolmente minore rispetto alla portata centennale (49.5 mc/s); pertanto si è reso necessario l’ampliamento della stessa.
Ciò è stato possibile grazie alla disponibilità di spazio in sponda destra del corso nei pressi dell’edificio delle cateratte; spazio già destinato ad essere allagato naturalmente in caso di eventi notevoli.
Nel dettaglio, l’ampliamento ha comportato il passaggio da una a due cateratte e la modifica delle dimensioni delle stesse come indicato di seguito:
stato attuale : 1 cateratta 2,25 x 2,35h stato modificato : 2 cateratte 2,15 x 3h
4) Realizzazione di due casse d’espansione in derivazione
Sono state infine realizzate due casse d’espansione in derivazione; i corsi d’acqua sono infatti arginati e le pendenze di fondo sono relativamente piccole visto che ci troviamo in zone pianeggianti.
Entrambe le casse si trovano nella zona delimitata a sud dal rio stesso e a nord dalla ferrovia; in particolare, la prima cassa si trova sul tratto terminale del Balbano, mentre la seconda si trova subito a valle della confluenza di quest’ultimo col Castiglioncello, dove fra l’altro confluiscono anche i rii dei sottobacini 2 e 3.
Tale seconda cassa è quindi particolarmente opportuna in quanto riesce a laminare l’onda di piena proprio quando questa subisce un incremento a
provvede alla difesa dell’abitato di Castiglioncello essendo lo sfioratore posto a monte di quest’ultimo.
Le due casse sono quindi adiacenti e separate da un argine. Ho adottato tale soluzione in base alle seguenti considerazioni.
Gli sfioratori delle due casse sono ubicati in corrispondenza delle seguenti sezioni di cui si riporta la quota di fondo alveo:
sfioratore 1 : sezioni 49 – 48
fondo alveo medio : 14,1 m
sfioratore 2 : sezioni 40 - 39
fondo alveo medio : 12,55 m
Data la notevole differenza tra le quote di fondo alveo, necessariamente anche le soglie sfioranti si trovano a quote notevolmente diverse, pertanto se avessi ipotizzato di realizzare una sola cassa, che necessariamente sarebbe stata quella a valle della confluenza, l’altezza massima in cassa senza rigurgito sarebbe stata condizionata dalla quota del secondo sfioratore, ciò che comporta una drastica riduzione del volume immagazzinabile.
La cassa sul Balbano inoltre migliora la situazione nelle sezioni terminali dello stesso e in corrispondenza della confluenza, dove la quantità d’acqua già smaltita va in qualche modo a bilanciare quella in arrivo dai sottobacini 2 e 3. Per di più la realizzazione di due casse permette di ubicare i due sfioratori nella parte iniziale delle stesse, soluzione questa ampiamente praticata e che consente un miglior funzionamento delle casse stesse.
Le casse sono state calcolate in regime di moto permanente.
Ho anzitutto verificato tramite HEC – RAS che il numero di Froude della corrente risulta minore di 1 e che quindi siamo in presenza di una corrente lenta, pertanto i profili liquidi lungo il rio stesso e lungo gli sfioratori sono stati determinati procedendo da valle verso monte.
Solo localmente la corrente diventa veloce per poi tornare lenta dando luogo a dei risalti.
Le quote e le lunghezze delle soglie sfioranti sono state determinate tramite successive simulazioni col programma di calcolo HEC – RAS in modo da ottenere a valle delle stesse una portata che fosse contenuta con adeguato franco negli argini anche in corrispondenza del transito delle portate maggiori (vedi tabella n° 3.2). Tali portate massime sono state inserite in testa ai vari rami del reticolo e in corrispondenza delle confluenze.
Un esempio dei dati di input è mostrato nella figura seguente.
Figura 3.4 : Schermata rappresentante i dati di input di una simulazione con HEC-RAS
Nelle simulazioni sopra citate le due casse sono state considerate contemporaneamente in modo da tener conto dell’effetto dell’una sull’altra. Per determinare i volumi da stoccare nelle casse, ho operato come segue:
ho suddiviso l’evento di pioggia in intervalli di 5 minuti ed ho ottenuto tramite HEC-HMS le portate corrispondenti
con tali portate ho eseguito le simulazioni con HEC-RAS determinando per ciascun intervallo le portate sfiorate dai due sfioratori
moltiplicando tali portate per 300 tali portate ho ricavato il volume sfiorato in ciascun intervallo
A questo punto visionando la planimetria, ho determinato approssimativamente la quota media del p.c. nelle casse e quindi conoscendo la quota delle soglie sfioranti ho determinato la massima altezza d’acqua che è possibile avere nelle casse senza determinare un funzionamento rigurgitato.
Ho quindi valutato le superfici disponibili e ho verificato che i volumi disponibili fossero sufficienti, cercando di sfruttare al meglio le casse.
Ho infine controllato, tramite la tabella di HEC-RAS relativa alle strutture laterali, di non avere un tirante troppo basso sulla soglia sfiorante che potesse determinare uno scarso rendimento dello sfioratore stesso.
Allo stesso tempo ho anche controllato che in corrispondenza degli sfioratori, gli argini fossero più elevati del massimo livello liquido che si verifica sulle soglie stesse.
Di seguito sono indicati, per ciascuna delle due casse, i dati riguardanti lo sfioratore.
Cassa sul Balbano ( cassa 1 )
Altezza dello sfioratore sul fondo ( p ) : 1,2 m Quota dello sfioratore : 15,35 – 15,26 m
Lunghezza sfioratore : 15 m
Altezza massima sullo sfioratore : 0.5 m ( t = 1,75 ore )
Cassa sul Castiglioncello ( cassa 2 )
Altezza dello sfioratore sul fondo ( p ) : 1,6 m Quota dello sfioratore : 14,18 – 14,16 m
Lunghezza sfioratore : 16 m
Altezza massima sullo sfioratore : 0.76 m ( t = 1,75 ore )
Volume ( mc ) Altezza media ( m ) Cassa Superficie ( mq )
disponib effettivo disponib effettiva
Quota argini cassa ( m ) Quota sfioratore ( m ) Quota media p.c nella cassa ( m ) cassa Balbano ( cassa 1 ) 20000 33000 19044 1.65 0.95 16 15.35 - 15.26 13.6 cassa Castiglioncello ( cassa 2 ) 50000 87500 48987 1.75 0.98 15.5 14.18 - 14.16 12.4
Tabella 3.3 : Principali dati relativi alle casse n° 1 e n° 2. t = 1,75 ore ( durata critica )
Cassa Balbano Castiglioncello Cassa Q max
sfiorata 4,93 mc/s 11,05mc/s Q inizio
sfioro 9 mc/s 10.6 mc/s
Tabella 3.4 : Portata massima sfiorata e portata di inizio sfioro delle casse n° 1 e n° 2.
Ai piedi di ciascuno dei due sfioratori ho previsto la realizzazione di una vasca di dissipazione in cemento per evitare che il getto dell’acqua provocasse erosioni del p.c.. Tali vasche sono realizzate a livello del p.c., ed in corrispondenza della controsoglia, per evitare il ristagno dell’acqua verranno realizzati dei tubicini
φ
8che permetteranno all’acqua di fuoriuscire.I particolari relativi alla vasca e alla soglia sfiorante sono riportati nell’apposita tavola mentre i calcoli per il dimensionamento della vasca sono riportati nell’allegato 1.
Per la realizzazione di tali casse è necessario intervenire anche sugli argini delle sezioni interessate.
La cassa realizzata sul Balbano si estende dalla sezione 51 alla 42. La quota massima dello sfioratore è di 15,35 m. La quota dell’argine sinistro (lato cassa), a partire dalla sezione 43 risulta inferiore a tale quota e quindi è stato rialzato fino alla quota di 16 m in modo da non limitare il volume invasabile e da avere un certo franco anche rispetto alla quota della soglia sfiorante; cosa
Anche l’argine che separa le due casse ha la sommità a quota 16 m.
Per quanto riguarda la seconda cassa che si estende dalla sez. 41 alla sez. 37, gli argini sono stati realizzati alla stessa quota dell’argine sinistro del rio (lato cassa) e cioè ad una quota di 15,5 m, pertanto permettono anch’essi il funzionamento rigurgitato della soglia sfiorante.
Ho infine controllato che il massimo dislivello tra la sommità arginale delle casse e il p.c. fosse inferiore a 4 m; nel nostro caso il dislivello massimo è di 3,5 m.
Gli argini di entrambe le casse hanno una larghezza in sommità di 3,5 m in modo da renderli percorribili anche da mezzi meccanici per eventuali manutenzioni.
La scarpa adottata è invece di 3:2.
Il p.c. di entrambe le casse si trova ad una quota inferiore rispetto al fondo dei due rii (corso pensile), pertanto, per il loro svuotamento, oltre ai consueti scarichi a gravità, è previsto l’utilizzo di pompe da cantiere. Per l’utilizzo di tali pompe ho predisposto apposite zone pavimentate nei pressi della sezione 42 per la cassa 1 e della sezione 38 per la cassa 2 dove si riscontrano le quote più basse del p.c..
Nei pressi delle stesse sezioni sono situati gli scarichi a gravità per i quali è previsto un dislivello di circa 30 – 40 cm rispetto alla quota del fondo del rio in quel punto.
La tavola 10 riporta i dettagli costruttivi relativi allo scarico a gravità.
E’ stato inoltre necessario realizzare un ulteriore sfioratore in prossimità delle cateratte dove poter invasare i volumi che si accumulano quando le cateratte sono chiuse.
Pur avendo disposto la soglia sfiorante ad una quota abbastanza elevata, la portata centennale relativa ad una pioggia di 1,75 h viene comunque sfiorata in parte anche a cateratte aperte. Tale quantità sfiorata confluisce nell’alveo del Dogaia. Questo migliora ulteriormente la situazione sul Castiglioncello in quanto riduce la portata in arrivo alle cateratte e tuttavia
La massima portata sfiorata che confluisce nel Dogaia è pari a 4.22 mc/s, nello stesso istante la portata che transita in quest’ultimo è di 0.675 mc/s; sommando le due si ottiene una portata ben inferiore a quella di picco del Dogaia pari a 7.76 mc/s.
Ovviamente, in corrispondenza di tale terzo sfioratore, l’alveo del Dogaia dovrà essere adeguatamente protetto per evitare fenomeni erosivi.
Di seguito riporto i seguenti output di HEC-RAS relativi alla situazione più critica che si verifica:
profilo liquido ottenuto a seguito degli interventi proposti profili liquidi lungo i tre sfioratori
tabella riassuntiva relativa alle strutture laterali riportanti le portate sfiorate e i livelli sugli sfioratori
tabella relativa alle varie sezioni trasversali nella quale per ciascuna sezione è indicata la portata, la quota del pelo libero e il numero di Froude
tabelle relative a ciascuna delle strutture laterali
Nonostante gli interventi le cateratte vanno ugualmente in pressione, tuttavia i profili liquidi sono contenuti negli argini con un franco minimo di 50 cm.
Per ultimo è mostrato graficamente il successivo evolversi dell’onda di piena lungo il sistema in modo da rendere ben visibili gli effetti della laminazione delle casse.
Figura 3.6 : Profilo liquido lungo lo sfioratore della Cassa n° 1 sul Rio Balbano
Figura 3.8 : Profilo liquido lungo lo sfioratore della Cassa n° 3 sul Rio Castiglioncello
Tabella 3.7 : Dati relativi alla cassa n° 1 sul Rio Balbano.
Tabella 3.9 : Dati relativi alla cassa n° 3 sul Rio Castiglioncello.
Idrogramma di piena e onda laminata Rio Balbano ( 1,75 ore Tr = 100 ) 0 5 10 15 20 25 10 0 13 0 20 0 23 0 30 0 33 0 40 0 43 0 50 0 53 0 60 0 63 0 70 0 73 0 80 0 t ( min ) Q ( m c/ s ) idrogramma di piena Rio Balbano onda laminata Rio Balbano
Onda a monte e a valle della cassa n° 2 ( 1,75 ore Tr = 100 ) 0 5 10 15 20 25 30 35 10 0 12 5 15 0 21 5 24 0 30 5 33 0 35 5 42 0 44 5 51 0 53 5 60 0 62 5 65 0 71 5 74 0 t ( min ) Q ( m c/ s ) Onda a monte della cassa 2 Onda a valle della cassa 2
Figura 3.10 : Idrogramma di piena del Rio Castiglioncello prima e dopo la Cassa n° 2
Onda a monte e a valle della cassa n° 3 ( 1,75 ore Tr = 100 ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 10 0 12 5 15 0 21 5 24 0 30 5 33 0 35 5 42 0 44 5 51 0 53 5 60 0 62 5 65 0 71 5 74 0 t ( min ) Q ( m c/ s ) Onda a monte della cassa 3 Onda a valle della cassa 3
Figura 3.11 : Idrogramma di piena del Rio Castiglioncello prima e dopo la Cassa n° 3
durata superiore a quella critica che pur avendo un picco inferiore possono determinare un volume sfiorato maggiore, che dovrà comunque essere contenuto nelle casse sopra citate.
Ho quindi eseguito le simulazioni relative a varie durate di pioggia determinando i seguenti volumi massimi da invasare.
Volume massimo da invasare Durata dell' evento Cassa Balbano
( cassa n° 1 ) 20421 7 ore Cassa
Castiglioncello
( cassa n°2 ) 86280 8 ore
Tabella 3.10 : Volumi da invasare per durate dell’evento superiori a quella critica.
Tali volumi sono ancora contenibili nelle casse come si può notare dalla seguente tabella 3.11.
Volume ( mc ) Altezza media ( m )
Cassa Superficie ( mq )
disponib effettivo disponib effettiva
Quota argini cassa ( m ) Quota sfioratore ( m ) Quota media p.c nella cassa ( m ) Cassa Balbano ( cassa 1 ) 20000 33000 20421 1.65 1.02 16 15.35 - 15.26 13.6 cassa Castiglioncello ( cassa 2 ) 50000 87500 86280 1.75 1.73 15.5 14.18 - 14.16 12.4
Tabella 3.11 : Confronto tra i volumi disponibili delle casse n°1 e n° 2 e quelli da invasare
Per quanto riguarda il Dogaia, visto l’esiguo numero di sezioni a disposizione, non ho studiato la sua messa in sicurezza nei confronti di eventi centennali ma ho unicamente verificato che gli interventi realizzati per il sistema Castiglioncello – Balbano non aggravassero la sua situazione attuale.
A tal proposito ho riscontrato che nel momento in cui transita la massima portata nel Castiglioncello, la portata nel Dogaia è invece minima; ciò
le cateratte e se necessario effettuando il pompaggio dell’afflusso del Dogaia nella cassa sopra citata realizzata per l’invaso dei volumi a cateratte chiuse.
Accenno soltanto, basandomi sulle poche sezioni a mia disposizione, che in corrispondenza del transito della massima portata del Dogaia, che si verifica per una pioggia di 8 ore e che è pari a 12.4 mc/s le sezioni non risultano sufficienti e sarebbe pertanto necessaria la realizzazione di argini per un’altezza di circa 1 metro.