3 ANALISI IDRAULICA

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3 ANALISI IDRAULICA

3.1 I

NTRODUZIONE

Lo studio idraulico è stato eseguito tramite un modello di deflusso monodimensionale in regime di moto vario all’interno del software HEC-RAS dell’US Corps of Engineers.

Per la ricostruzione geometrica del modello sono stati utilizzati i rilievi topografici delle sezioni significative e dei manufatti che interferiscono con esse (ponti ed attraversamenti). Questi rilievi sono poi stati integrati con i rilievi eseguiti mediante LIDAR.

L’analisi idraulica è stata divisa in due parti:

- analisi dello stato attuale per l’individuazione dei problemi nei manufatti e nell’alveo; - ipotesi di progetto con individuazione di soluzioni che possano mitigare le criticità

osservate.

3.1.1 D

ATI IDROLOGICI

L’analisi idraulica è stata condotta per tempi di ritorno di 30 e 200 anni così come raccomandato nel testo della Regione Toscana “Linee guida per la redazione degli studi idrologico-idraulici che accompagnano le richieste di revisione delle aree a rischio idraulico da parte delle Amministrazioni Comunali ai sensi della Deliberazione del Consiglio Regionale n. 1212/1999.” I tempi di pioggia considerati sono quelli che massimizzano le portate di picco nel reticolo ottenute dall’analisi idrologica condotta con il software HEC-HMS, ovvero 1 ora per il fosso di Poggio Orlando, 2 ore per il fosso di Massimina e 3 ore per il torrente Staggia, il cui rigurgito risale lungo l’alveo del Massimina fino quasi all’attraversamento di via della Resistenza.

L’implementazione del torrente Staggia nel calcolo idraulico è necessaria, quindi, per poter simulare correttamente le condizioni al contorno mediante la modellizzazione delle rispettive confluenze.

Nel calcolo idraulico è stata considerata anche l’influenza del fosso della Ruota che si immette nello Staggia subito a valle dell’immissione del fosso Massimina: a tale proposito è stata inserita un condizione al contorno che simula la presenza del fosso e ne fornisce l’apporto idrico senza che questo sia fisicamente rappresentato nel reticolo.

3.1.1.1 Idrogrammi di piena di progetto

Di seguito i grafici degli idrogrammi di piena di progetto per i tempi di pioggia ed i tempi di ritorno considerati.

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Figura 54 Idrogrammi di piena di progetto per Tp 1 ora e Tr 30 anni

Figura 55 Idrogrammi di piena di progetto per Tp 1 ora e Tr 200 anni

Figura 56 Idrogrammi di piena di progetto per Tp 2 ore e Tr 30 anni

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 0:00 0:16 0:32 0:48 1:04 1:20 1:36 1:52 2:08 2:24 2:40 2:56 3:12 3:28 3:44 4:00 4:16 4:32 4:48 5:04 5:20 5:36 5:52 6:08 6:24 6:40 6:56 7:12 7:28 7:44 8:00 8:16 8:32 8:48 Tr 30 Tp 1h F. di Poggio Orlando F. Massimina T. Staggia F. della Ruota 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 0:00 0:16 0:32 0:48 1:04 1:20 1:36 1:52 2:08 2:24 2:40 2:56 3:12 3:28 3:44 4:00 4:16 4:32 4:48 5:04 5:20 5:36 5:52 6:08 6:24 6:40 6:56 7:12 7:28 7:44 8:00 8:16 8:32 8:48 9:04 9:20 9:36 9:52 Tr 200 Tp 1h F. di Poggio Orlando F. Massimina T. Staggia F. della Ruota 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 0:00 0:20 0:40 1:00 1:20 1:40 2:00 2:20 2:40 3:00 3:20 3:40 4:00 4:20 4:40 5:00 5:20 5:40 6:00 6:20 6:40 7:00 7:20 7:40 8:00 8:20 8:40 9:00 9:20 9:40 _10:00 _10:20 _10:40 _11:00 Tr 30 Tp 2h F. di Poggio Orlando F. Massimina T. Staggia F. della Ruota

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0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 0:00 0:20 0:40 1:00 1:20 1:40 2:00 2:20 2:40 3:00 3:20 3:40 4:00 4:20 4:40 5:00 5:20 5:40 6:00 6:20 6:40 7:00 7:20 7:40 8:00 8:20 8:40 9:00 9:20 9:40 _10:00 _10:20 _10:40 _11:00 Tr 200 Tp 2h F. di Poggio Orlando F. Massimina T. Staggia F. della Ruota 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 0:00 0:20 0:40 1:00 1:20 1:40 2:00 2:20 2:40 3:00 3:20 3:40 4:00 4:20 4:40 5:00 5:20 5:40 6:00 6:20 6:40 7:00 7:20 7:40 8:00 8:20 8:40 9:00 9:20 9:40 _10:00 _10:20 _10:40 _11:00 _11:20 _11:40 _12:00 Tr 30 Tp 3h F. di Poggio Orlando F. di Massimina T. Staggia F. della Ruota 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 0:00 0:24 0:48 1:12 1:36 2:00 2:24 2:48 3:12 3:36 4:00 4:24 4:48 5:12 5:36 6:00 6:24 6:48 7:12 7:36 8:00 8:24 8:48 9:12 9:36 _10:00 _10:24 _10:48 _11:12 _11:36 _12:00 Tr 200 Tp 3h F. di Poggio Orlando F. Massimina T. Staggia F. della Ruota

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A titolo precauzionale sono stati analizzati anche gli scenari di pioggia con tempo di ritorno di 500 anni. In questo caso non è necessario che sia rispettato il franco di sicurezza nel coronamento degli sbarramenti, negli attraversamenti e nel coronamento degli argini. I risultati vengono proposti come tabulati nell’allegato di calcolo di questa tesi

3.1.2 S

OFTWARE

HEC-RAS

3.1.2.1 Ipotesi di calcolo

Nel modello non sono state considerate Aree a Potenziale Esondazione (APE) perché si è preferito fare in modo che le soluzioni di progetto non rendessero possibile alcuna esondazione fuori alveo, a favore di sicurezza.

Le ipotesi di calcolo principali sono: - Moto monodimensionale;

- Argini integri anche se tracimati;

- Dinamica sedimentologica trascurabile (fondo fisso ed acqua chiara) - Effetti secondari trascurabili.

Il software può simulare uno schema monodimensionale in regime di moto vario e correnti di diverso tipo: lenti, veloci, miste, risalto idraulico etc.

3.1.2.2 Modello di moto vario

Le equazioni di continuità e di moto in forma indefinita per una corrente gradualmente variata monodimensionale sono: 𝜕𝐴 𝜕𝑡+ 𝜕𝑄 𝜕𝑥 + 𝑞(𝑥) = 0 𝜕𝐻 𝜕𝑥 = − 1 𝑔 𝜕𝑈 𝜕𝑡 − 𝐽 Dove:

A → l’area della sezione liquida [m2_]

Q → la portata [m3_/s]

q (x) → la portata laterale [m2_{/s], positiva se entrante}

H → il carico totale della corrente [m] G → l’accelerazione di gravità [m/s2_]

U → la velocità media della corrente [m/s]

J → la perdita di carico effettivo per unità di lunghezza [m/m] X → l’ascissa lungo l’alveo [m]

T → il tempo [s]

La perdita di carico effettivo può essere stimata con un’equazione analoga a quella adottata per il moto uniforme (equazione di Chezy):

𝐽 = 𝑈 |𝑈| 𝜒2_𝑅

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70

𝜒 =1 𝑛 𝑅

1 6

Indicando con R il raggio idraulico della sezione. 3.1.2.3 Scabrezze

La scabrezza, ossia il parametro di resistenza che determina le perdite per attrito durante il moto della corrente, è introdotta nel modello utilizzando il parametro di Manning n in m1/3_{/s (si ricorda} che il coefficiente di Manning è l’inverso del coefficiente di scabrezza di Gauckler Strickel). Determinare il valore più corretto del coefficiente non è banale, poiché esso può variare molto nel tempo a seconda delle stagioni, del meteo e delle condizioni di manutenzione dell’alveo. Ad esempio, una delle premesse fatte durante l’analisi per semplificare i calcoli, quella del trasporto solido trascurabile, viene puntualmente disattesa durante gli eventi meteorici anche di bassa intensità nei quali si ha il trasporto di ogni tipo di detrito: zolle di terra, massi, rami etc.

Il fosso Massimina a valle degli attraversamenti della superstrada e della ferrovia scorre esclusivamente all’interno dell’alveo, mentre le sponde laterali sono interessate solo in caso di esondazione. Il valore relativamente alto del coefficiente dello stato attuale e di quello di progetto (Tabella 46) risulta essere cautelativo nei confronti del trasporto solito e suppone una carente o nulla manutenzione del canale con presenza di vegetazione spontanea come si può vedere in Figura 60.

Figura 60 Alveo parzialmente ripulito del fosso Massimina in occasione dei rilievi

A monte degli attraversamenti, invece, attraversa una zona destinata a cassa di espansione nella quale l’inciso del fiume non è niente di più di un solco nei campi coltivati e la stessa cosa si può dire per l’alveo del fosso Orlando a monte dello sbarramento (Figura 61): per questo il valore del coefficiente n è molto elevato.

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71

Figura 61 Vista della cassa di espansione del fosso di Poggio Orlando dopo l'evento del 2013

Tabella 46 Coefficienti di Manning del modello

3.1.2.4 Coefficienti di espansione e contrazione

Per poter stimare correttamente le perdite di carico che si verificano in seguito al brusco restringimento di sezione in presenza di strutture di vario tipo, occorre inserire degli opportuni valori dei coefficienti di espansione e di contrazione.

I valori consigliati sono espressi nella Tabella 47:

Tabella 47 Coefficienti di contrazione ed espansione3

Il software HEC-RAS valuta le perdite di energia causate dalle strutture suddividendole in tre aliquote:

3_{HEC-RAS Reference Manual, Capitolo 3 – Basic Data Requirement Tabella 3.3}

Stato attuale Sponde Alveo F. Massimina 0.1 0.05 F. Orlando 0.1 0.05 F. Orlando tubo φ800 0.025 T. Staggia 0.045 0.035 Stato di progetto Sponde Alveo F. Massimina 0.1 0.04 F. Orlando 0.1 0.04 F. Orlando canale in cls 0.025 T. Staggia 0.045 0.035

Moto subcritico Coeff. contrazione Coeff. espansione

Transizione graduale 0.1 0.3

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- Perdite dovute all’espansione del flusso che si verifica immediatamente a valle - Perdite dovute all’opera stessa (per attrito e quelle dovute alle pile)

- Perdite dovute alla contrazione del flusso che si verifica immediatamente a monte (Figura 62).

Figura 62 Schema della modellazione idraulica di un ponte

Il deflusso nell’attraversamento può avvenire a pelo libero, in pressione, a stramazzo con sormonto dell’impalcato o in condizioni ibride tra le precedenti. Il comportamento della corrente in corrispondenza degli attraversamenti è stato valutato utilizzando la modellazione prevista dal programma HEC RAS, che consente di applicare più metodi (metodo dell’energia e metodo della quantità di moto) e di considerare il risultato che produce i maggiori livelli idraulici.

3.1.2.5 Dati del moto

Per poter eseguire l’analisi in moto vario o in moto permanente è necessario inserirne i relativi dati.

Moto permanente

Per quanto riguarda il moto permanente, il programma richiede che vengano inserite due serie di dati: le condizioni al contorno e le portate di progetto.

Riguardo le portate di progetto, è preferibile inserire per ogni corso d’acqua del reticolo la massima portata (Figura 63) che si ottiene dall’analisi idrologica una volta stabiliti la durata della pioggia ed il tempo di ritorno. Il valore di portata viene inserito a partire dalla prima sezione di monte del corso d’acqua; i valori di portata dei tratti successivi alle confluenze sono dati dalla somma delle portate degli affluenti.

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Figura 63 Moto Permanente - Inserimento dei dati di portata

Le condizioni al contorno vengono assegnate per la sezione di monte o per la sezione di valle a seconda che la corrente del corso d’acqua sia veloce o sia lenta.

Nel caso di corrente lenta, è sufficiente inserire il valore dell’altezza del moto permanente della sezione di valle che si ottiene dal valore della pendenza della linea dell’energia (Normal Depth); se questa non è conosciuta, si può approssimarla con la pendenza della superficie liquida o con la pendenza di fondo. Nelle opzioni del software i dati relativi sono quelli della colonna

Downstream (Figura 64).

Nel caso di corrente veloce va indicata come condizione al contorno l’altezza critica che si ha nelle sezioni di monte di ogni corso d’acqua formante il reticolo, quindi sia per il fosso di Poggio Orlando che per il fosso Massimina che per il torrente Staggia. I dati relativi sono quelli della colonna Upstream (Figura 64).

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Se il moto passa, durante la modellazione, da lento a veloce o viceversa è bene eseguire l’analisi secondo l’opzione “Mixed” (Figura 65) ed inserire nelle condizioni al contorno entrambe le tipologie di vincolo.

Figura 65 Moto permanente - schermata di inizio analisi

I calcoli relativi al moto permanente sono stati eseguiti per lo stato di progetto ma non sono stati considerati rappresentativi per il reticolo oggetto di studio. I relativi dati sono comunque inseriti nelle tabelle in allegato.

Moto vario

Nell’analisi in moto vario bisogna dare come input le condizioni iniziali e le condizioni al contorno.

Le condizioni iniziali sono date dalle condizioni di deflusso esistenti prima che inizi il moto vario (condizioni di moto permanente preesistente) e quindi dalle leggi di variazione lungo gli alvei della portata e del livello idrico (Figura 66).

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Le condizioni al contorno sono quelle che si hanno in ciascuna delle due sezioni estreme dei tronchi in studio: per la sezione di monte la condizione è data dall’onda di piena in ingresso Q = Q(t) così come ricavata dall’analisi idrologica, per la sezione di valle l’altezza di moto uniforme.

Figura 67 Moto vario – Condizioni al contorno per tempo di pioggia di 1 ora e Tr 200 anni

L’onda di piena in ingresso è chiamata Flow Hydrograph mentre con Lateral Inflow Hydrograph si indica il contributo (ovvero l’onda di piena Q = Q(t)) di un affluente che però non viene rappresentato graficamente nel modello. In questo caso l’affluente è il fosso della Ruota, il cui punto di immissione nel torrente Staggia è molto vicino a quello del fosso Massimina ed ha influenza nella modellazione.

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3.2 M

ODELLO IDRAULICO DELLO STATO ATTUALE

3.2.1 G

EOMETRIA DEL MODELLO

Il modello è rappresentato dai fossi di Poggio Orlando e Massimina e di un tratto del torrente Staggia a monte ed a valle della confluenza in sinistra idraulica (Figura 68).

Figura 68 Modello idraulico dello stato attuale - Sfondo CTR 2000 e CTR 10000

3.2.1.1 Fosso di Poggio Orlando – Stato di fatto

Sono state modellate 12 sezioni delle quali 7 sono state rilevate in sito e 5 sono state ricavate dal rilievo LIDAR. Alcune delle sezioni rilevate sono state poi estese mediante LIDAR.

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Lungo il tracciato del fosso ci sono 3 attraversamenti: lo sbarramento della cassa di laminazione esistente, la superstrada e lo scatolare Ф800 mm che dal pozzetto a valle dell’attraversamento della superstrada sfocia nel fosso Massimina.

Per evitare l’instabilità del modello dovuta alla particolarità del tracciato di fosso di Poggio Orlando è stato necessario inserire una lateral structure tra la sezione a valle dello sbarramento e quella a monte dell’attraversamento della superstrada (Figura 69). Questo artificio simula il fatto che la portata in eccesso possa riversarsi in destra idraulica come se vi fosse uno sfioratore, consentendo anche di misurare la portata che fuoriesce.

Figura 69 Schema della lateral structure.

Nella Figura 69 i simboli in rosso indicano l’altezza dell’estremo superiore dell’alveo. L’altezza della struttura coincide con quella del terreno.

Il salto nel pozzetto è stato realizzato mediante un’opera in linea (inline structure) che consente di avere una simulazione più precisa del comportamento della corrente.

3.2.1.2 Fosso Massimina – Stato di fatto

Il modello comprende 42 sezioni delle quali 15 sono state rilevate in sito, 5 sono state interpolate tra due sezioni rilevate e le rimanenti sono state ricavate dal rilievo LIDAR.

Prima della confluenza con il fosso Orlando ci sono tre attraversamenti: lo sbarramento della cassa di laminazione in linea, la superstrada e la ferrovia.

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3.2.1.3 Torrente Staggia

Tutte le 23 sezioni del torrente Staggia sono state ricavate dal rilievo LIDAR, che risulta essere molto preciso.

3.2.2 R

ISULTATI DELLE VERIFICHE IDRAULICHE

3.2.2.1 Fosso di Poggio Orlando - Verifiche

Dal profilo idrico del deflusso (Figura 70) si possono già vedere alcuni dei punti critici nel tracciato del fosso:

Figura 70 F. di Poggio Orlando (stato attuale) - Profilo idrico delle Qmax dovute alle piogge di 1,2 e 3 ore e Tr 200 anni

Il profilo superiore è quello che si ottiene con una pioggia di durata 1 ora e tempo di ritorno di 200 anni, cui seguono in altezza quelli di durata 2 e 3 ore.

0 200 400 600 800 216 218 220 222 224 226 228 230 232

Main Channel Distance (m)

E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 2hTr200 WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 3hTr200 Ground Orlando Massimina

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Figura 71 F. di Poggio Orlando (stato attuale) - Profilo idrico delle Qmax dovute alle piogge di 1,2 e 3 ore e Tr 30 anni

Anche nel caso di tempo di ritorno di 30 anni il profilo più alto è quello della pioggia di un’ora. Il primo punto critico è il coronamento dello sbarramento della cassa di laminazione, che non ha il franco sufficiente per la pioggia duecentennale: la sommità si trova infatti a 225.27 m mentre il profilo liquido arriva a 225.17 m. Per la pioggia di un’ora con tempo di ritorno di 30 anni la quota liquida raggiunta nella cassa è di 224.36 m quindi anche in questo caso lo sbarramento, pur sufficiente, non ha il franco di sicurezza necessario. Si riportano in Figura 72 ed in Tabella 48 gli

output di Hec-RAS.

Figura 72 F. di Poggio Orlando – Sez. precedente lo sbarramento della cassa di espansione. Hmax nella cassa (st. attuale Tr 200)

Tabella 48 F. di Poggio Orlando - Sezione a monte della cassa di espansione (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

0 200 400 600 800 216 218 220 222 224 226 228 230 232

E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr30 WS Max WS - 2hTr30 WS Max WS - 3hTr30 Ground Orlando Massimina 0 20 40 60 80 100 120 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229

River = Orlando Reach = Massimina

Station (m) El e va ti o n (m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 1hTr30 Ground Bank Sta

Plan Q Total Min Ch

El W.S. Elev E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width (m3/s) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) 1hTr200 6.04 220.99 225.17 225.17 0.000001 0.05 235.63 83.22 2hTr200 5.8 220.99 225.08 225.08 0.000001 0.05 228.18 82.5 3hTr200 5.12 220.99 224.77 224.77 0.000001 0.05 202.96 80.01

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Dove:

Plan → Pioggia di progetto

Q Total (m3_{/s) → Deflusso totale nella sezione}

Min Ch El (m) → Quota minima della sezione W.S. Elev (m) → Altezza della superficie liquida E.S. Elev (m) → Altezza della linea dell’energia

E.G. Slope (m/m) → Pendenza della linea dell’energia nella sezione Vel Chnl (m/s) → Velocità di deflusso nell’alveo

Flow Area (m2_{) → Area della sezione bagnata}

Top Width (m) → Larghezza massima della sezione bagnata

Il secondo punto critico si trova nel tratto di fosso a valle dello sbarramento fino all’imbocco dell’attraversamento della superstrada: la sezione non è sagomata in modo tale da contenere né la portata con tempo di ritorno di 200 anni né quella con tempo di ritorno di 30 anni.

In Figura 73 si riporta la sezione subito a valle dello sbarramento ed in Tabella 49 il report di Hec-RAS.

Figura 73 F. di Poggio Orlando - Sezione a valle dello sbarramento (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

Tabella 49 F. di Poggio Orlando - Sezione a valle dello sbarramento (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

La struttura laterale (lateral structure) inserita in questo punto del percorso sfiora la maggior parte della portata in arrivo (Tabella 50).

0 2 4 6 8 10 12 14 220.5 221.0 221.5 222.0 222.5 223.0 223.5 224.0

Station (m) El e va ti o n (m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 1hTr30 Ground Bank Sta

El W.S. Elev E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width (m3/s) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) 1hTr200 6.04 220.71 222.75 222.8 0.001643 1.11 9.65 9.37 2hTr200 5.8 220.71 222.73 222.78 0.00158 1.08 9.47 9.28 3hTr200 5.12 220.71 222.68 222.71 0.0014 1 8.96 9.02 1hTr30 4.19 220.71 222.59 222.62 0.001148 0.88 8.21 8.62 2hTr30 3.93 220.71 222.57 222.59 0.001075 0.84 7.98 8.49 3hTr30 3.39 220.71 222.51 222.53 0.000925 0.76 7.49 8.21

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81

Tabella 50 F. di Poggio Orlando - Lateral Structure tra i rilevati della cassa e della superstrada (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

Dove:

Q US (m3/s) → Deflusso nella sezione di monte della lateral structure Q Leaving Total (m3/s) → Portata totale che attraversa la lateral structure Q DS (m3/s) → Deflusso nella sezione di valle della lateral structure Q Weir (m3/s) →Deflusso dallo sfioratore di superficie

Wr Top Wdth (m) → Larghezza della superficie idrica sulla sommità dello sfioratore Weir Avg Depth (m) → Battente idrico sullo sfioratore

E.G. US. (m) → Quota della linea dell’energia nella sezione di monte W.S. US. (m) → Quota della superficie liquida nella sezione di monte E.G. DS. (m) → Quota della linea dell’energia nella sezione di valle W.S. DS. (m) → Quota della superficie liquida nella sezione di valle

Si riportano in Figura 74 il livello idrico raggiunto nella sezione immediatamente precedente l’attraversamento ed in Figura 75 i livelli idrici nelle sezioni di monte e di valle dell’attraversamento del rilevato della superstrada per i tempi di ritorno di 30 e di 200 anni. In Tabella 51 ed in Tabella 52 i rispettivi valori.

Figura 74 F. di Poggio Orlando - Sezione a monte dell'attraversamento della superstrada (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

0 5 10 15 20 25 30 220.0 220.5 221.0 221.5 222.0 222.5 223.0 223.5 Station (m) E le va tio n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 1hTr30 Ground Bank Sta Plan Q US Q Leaving Total Q DS Q Weir Wr Top Wdth Weir Max Depth Weir Avg Depth Min El Weir Flow E.G. US. W.S. US. E.G. DS W.S. DS (m3/ s) (m3/s) (m3/ s) (m3/ s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) 1hTr30 4.19 3.65 0.54 3.65 9.23 0.93 0.47 221.67 222.62 222.59 222.6 222.6 2hTr30 3.93 3.39 0.54 3.39 8.96 0.9 0.45 221.67 222.59 222.57 222.57 222.57 3hTr30 3.39 2.85 0.54 2.85 8.37 0.84 0.42 221.67 222.53 222.51 222.51 222.51 1hTr200 6.04 5.49 0.55 5.49 10.84 1.1 0.55 221.67 222.8 222.75 222.77 222.77 2hTr200 5.8 5.25 0.55 5.25 10.65 1.08 0.54 221.67 222.78 222.73 222.75 222.75 3hTr200 5.12 4.57 0.55 4.57 10.09 1.02 0.51 221.67 222.71 222.68 222.69 222.69

(17)

82

Tabella 51 F. di Poggio Orlando - Sezione a monte dell'attraversamento della superstrada (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

Figura 75 F. di Poggio Orlando - Sezioni di monte e di valle dell'attraversamento del rilevato della superstrada (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

Tabella 52 F. di Poggio Orlando - Sezioni di monte e di valle dell'attraversamento del rilevato della superstrada (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

Dove:

Plan → Pioggia di progetto

W.S.US. (m) → Altezza della superficie liquida nella sezione di monte dell’apertura Min El Weir Flow (m) → Altezza dove inizia lo sfioro di superficie (altezza del coronamento) Q Culv Group (m3_{/s) → Deflusso attraverso l’apertura}

Delta WS → Abbassamento della superficie liquida tra la sezione di monte e l’imbocco dello scatolare di attraversamento

Culv Vel US (m/s) → Velocità nello scatolare nella sezione di monte Culv Vel DS (m/s) → Velocità nello scatolare allo sbocco

All’altezza del pozzetto gran parte della portata fuoriesce come visto in Figura 23 al paragrafo 1.2.3.1. In Figura 76 ed in Tabella 53 i risultati della verifica.

0 5 10 15 20 25 30 220 221 222 223 224 225 226 227 Station (m) E le va tio n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 1hTr30 Ground Bank Sta 0 5 10 15 20 219 220 221 222 223 224 225 226 227 Station (m) E le va tio n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 1hTr30 Ground Ineff Bank Sta

El W.S. Elev E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width (m3/s) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) 1hTr30 0.54 220.25 222.6 222.6 0.000002 0.03 29.51 25.24 2hTr30 0.54 220.25 222.57 222.57 0.000002 0.04 28.81 25.13 3hTr30 0.54 220.25 222.51 222.51 0.000002 0.04 27.3 24.91

Plan W.S. US. E.G. IC E.G. OC Min El Weir Flow Q Culv Group Delta WS Culv Vel US Culv Vel DS

(m) (m) (m) (m) (m3/s) (m) (m/s) (m/s) 1hTr30 222.6 220.52 222.6 226.54 0.54 0 0.14 0.14 2hTr30 222.57 220.52 222.57 226.54 0.54 0 0.13 0.13 3hTr30 222.51 220.51 222.51 226.54 0.54 0 0.13 0.13 1hTr200 222.77 220.52 222.77 226.54 0.55 0 0.14 0.14 2hTr200 222.75 220.52 222.75 226.54 0.55 0.01 0.14 0.14 3hTr200 222.69 220.52 222.69 226.54 0.55 0 0.14 0.14

(18)

83

Figura 76 F. di Poggio Orlando - Sezione del pozzetto (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

Tabella 53 F. di Poggio Orlando - Sezione del pozzetto (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

I valori di portata all’interno della tubazione (riportati in Figura 77 ed in Tabella 54) sono quindi solo una piccola frazione della portata di picco.

Figura 77 F. di Poggio Orlando - Sezione di ingresso nel tratto tombato (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

0 5 10 15 20 218 219 220 221 222 223

Station (m) El e va ti o n (m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 1hTr30 Ground Ineff Bank Sta 0 5 10 15 20 218.0 218.5 219.0 219.5 220.0 220.5 221.0 221.5 222.0 Station (m) El e va ti o n (m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 1hTr30 Ground Ineff Bank Sta

Plan Q Total Min Ch El W.S. Elev E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width

(m) (m) (m) (m) (m3/s) (m) (m/s) (m/s) 1hTr30 0.54 218.45 222.6 222.6 0 0.01 47.26 18.62 2hTr30 0.54 218.45 222.57 222.57 0 0.02 46.74 18.62 3hTr30 0.54 218.45 222.51 222.51 0.000001 0.02 45.62 18.62 1hTr200 0.55 218.45 222.76 222.76 0 0.01 50.35 18.62 2hTr200 0.55 218.45 222.74 222.74 0 0.01 49.99 18.62 3hTr200 0.55 218.45 222.69 222.69 0 0.01 48.9 18.62

(19)

84

Tabella 54 F. di Poggio Orlando - Portata smaltita dalla tubazione del tratto terminale

Per il dettaglio delle altezze liquide e delle portate si rimanda alle tabelle nell’allegato di calcolo. 3.2.2.2 Fosso Massimina

Anche nel caso del fosso Massimina si hanno criticità in più punti del tracciato.

Figura 78 F. Massimina (stato attuale) - Profilo idrico delle Qmax dovute alle piogge di 1, 2 e 3 ore e tempo di ritorno 200 anni

0 200 400 600 800 1000 1200 212 214 216 218 220 222 224 226

E le va ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 3hTr200 WS Max WS - 2hTr200 WS Max WS - 1hTr200 Ground

Massimina 2 Staggia Massimina Staggia

Plan W.S. US. E.G. IC E.G. OC Min El Weir Flow Q Culv Group Delta WS Culv Vel US Culv Vel DS Plan

(m) (m) (m) (m) (m3/s) (m) (m/s) (m/s) 1hTr30 220.57 222.6 219.11 220.57 221.06 0.54 4.2 1.08 1.08 2hTr30 220.55 222.57 219.11 220.55 221.06 0.54 4.18 1.07 1.07 3hTr30 220.52 222.51 219.11 220.52 221.06 0.54 4.12 1.07 1.07 1hTr200 220.84 222.76 219.12 220.84 221.06 0.55 4.19 1.1 1.1 2hTr200 220.92 222.74 219.12 220.92 221.06 0.55 4.07 1.1 1.1 3hTr200 220.79 222.69 219.12 220.79 221.06 0.55 4.11 1.09 1.09

(20)

85

Figura 79 F. Massimina (stato attuale) - Profilo idrico delle Qmax dovute alle piogge di 1, 2 e 3 ore e tempo di ritorno 30 anni

Il profilo liquido più alto nel primo tratto del fosso Massimina si ha per una pioggia di 2 ore. A valle, nel tratto denominato “Massimina 2” il profilo liquido più alto è quello della pioggia di 3 ore poiché è regolato dal profilo di rigurgito del torrente Staggia che ha il picco di altezza per quella durata. L’altezza massima raggiunta è pari a 222.86 m

Dalla Figura 78 si vede come lo sbarramento che forma la cassa di espansione non ha un’altezza sufficiente per nessuno dei tre scenari di pioggia con tempo di ritorno di 200 anni. Dalla Figura 79, invece, è chiaro che per bassi tempi di ritorno l’altezza è sì sufficiente ma non ha il franco di sicurezza.

In Figura 80 ed in Tabella 55 la sezione a monte dello sbarramento:

Figura 80 F. Massimina - Sezione a monte dello sbarramento (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

0 200 400 600 800 1000 1200 212 214 216 218 220 222 224 226

E le va ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 3hTr30 WS Max WS - 2hTr30 WS Max WS - 1hTr30 Ground

Massimina 2 Staggia Massimina Staggia

0 20 40 60 80 100 120 140 160 216 218 220 222 224 226 228 Station (m) El e va ti o n (m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 1hTr30 Ground Ineff Bank Sta

(21)

86

Tabella 55 F. Massimina - Sezione a monte dello sbarramento (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

Nella “conca” all’interno dello svincolo il livello idrico è troppo alto, come si vede in Figura 81 dove è rappresentata la sezione precedente allo scatolare di attraversamento della superstrada.

Figura 81 F. Massimina - Sezione precedente l'attraversamento della superstrada (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

Tabella 56 F. Massimina - Sezione precedente l'attraversamento della superstrada (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

A valle dell’attraversamento della superstrada l’acqua invade lo spazio tra i due rilevati (Figura 82) 0 20 40 60 80 100 217 218 219 220 221 222 223 Station (m) El e va ti o n (m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 1hTr30 Ground Bank Sta Plan Q Total Min Ch El W.S. Elev E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width (m) (m) (m) (m) (m3/s) (m) (m/s) (m/s) 1hTr30 18.88 217.43 221.92 221.92 0.000 0.27 153.49 87.51 2hTr30 18.64 217.43 221.86 221.86 0.000 0.28 148.85 86.7 3hTr30 17.29 217.43 221.54 221.54 0.000 0.32 121.63 81.82 1hTr200 23.69 217.41 221.25 221.26 0.000 0.66 66.32 38.52 2hTr200 24.44 217.41 221.42 221.43 0.000 0.62 72.92 39.33 3hTr200 22.98 217.41 221.08 221.1 0.001 0.71 60.07 37.74 Plan Q Total Min Ch El W.S. Elev E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width (m) (m) (m) (m) (m3/s) (m) (m/s) (m/s) 1hTr30 18.8 217.27 220.31 218.74 220.31 0.46 83.42 62.93 2hTr30 18.59 217.27 220.27 218.73 220.28 0.46 81.26 62.44 3hTr30 17.28 217.27 220.09 218.6 220.1 0.5 70.19 59.85 1hTr200 23.69 217.27 221.25 219.07 221.25 0.32 148.83 76.37 2hTr200 24.42 217.27 221.42 219.08 221.42 0.3 162.01 78.81 3hTr200 22.98 217.27 221.08 219.05 221.09 0.34 136.5 74.03

(22)

87

Figura 82 Sezione precedente l'attraversamento della ferrovia

Dopo l’immissione del fosso di Poggio Orlando l’acqua ha un livello idrico tale da sormontare in maniera netta l’attraversamento di via della Resistenza (Figura 83) ed esondare in più punti successivi.

Figura 83 F. Massimina – Sezione di monte dell’attraversamento di via della esistenza (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

Tabella 57 F. Massimina – Sezione di monte dell’attraversamento di via della esistenza (st. attuale Tr 200 e Tr 30)

Anche in questo caso, si rimanda all’allegato per avere un elenco dettagliato dell’analisi.

-20 -10 0 10 20 30 40 216 218 220 222 224 226 Station (m) E le va tio n ( m ) Legend WS Max WS - 2hTr200 WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 3hTr200 Ground Bank Sta 0 20 40 60 80 100 215.5 216.0 216.5 217.0 217.5 218.0 218.5 219.0 Station (m) E le va tio n ( m ) Legend WS Max WS - 2hTr200 WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 3hTr200 Ground Bank Sta

Plan E.G. US. Min El Prs BR Open Area Q Total Min El Weir Flow Q Weir

(m) (m) (m2₎ _(m3_/s) _(m) _(m3_/s) 1hTr30 218.56 217.68 3.98 19.34 218.15 12.88 2hTr30 218.55 217.68 3.98 19.13 218.15 12.59 3hTr30 218.53 217.68 3.98 17.81 218.15 10.83 1hTr200 218.72 217.68 3.98 24.21 218.15 17.88 2hTr200 218.78 217.68 3.98 24.94 218.15 18.55 3hTr200 218.7 217.68 3.98 23.24 218.15 16.86

(23)

88

3.2.3 C

ONCLUSIONI ED IPOTESI DI PROGETTO

Sia il fosso di Poggio Orlando che il fosso Massimina presentano numerose criticità anche per piogge per bassi tempi di ritorno, dovute all’insufficienza delle sezioni idrauliche ed all’assenza di opportune arginature. I punti dove è necessario intervenire sono molti e gli interventi necessari non devono aggravare lo stato esistente. Nel paragrafo 3.3 verranno illustrate le soluzioni progettuali ipotizzate e le conseguenti verifiche idrauliche. Queste verranno illustrate per un tempo di ritorno di 200 anni e si rimanda agli allegati per i risultati ottenuti per i tempi di ritorno di 30 e di 500 anni.

(24)

89

3.3 M

ODELLO IDRAULICO DELLO STATO DI PROGETTO

3.3.1 G

EOMETRIA DEL MODELLO

Il modello dello stato di progetto (Figura 84) presenta significativi cambiamenti nel tracciato del fosso di Poggio Orlando e diverse migliorie all’alveo del fosso Massimina.

Figura 84 Modello idraulico dello stato di progetto - Sfondo CTR 2000 e CTR 10000Fosso di Poggio Orlando – Stato di progetto

La prima criticità incontrata lungo il tracciato del fosso di Poggio Orlando consiste nella mancanza di un adeguato franco di sicurezza nel coronamento dello sbarramento della cassa di espansione: durante una pioggia di durata 1 ora con tempo di ritorno di 200 anni il livello liquido nella cassa arriva a lambire la sommità del coronamento (vedere il paragrafo 3.2.2.1).

(25)

90

In una prima analisi si è scelto di non modificare l’altezza dello sbarramento e di analizzare quale miglioramento si poteva avere con gli interventi di valle. Solo dopo aver eseguito le verifiche, infatti, sarebbe stato possibile capire quale altezza effettiva dovesse avere il coronamento per garantire un’adeguata sicurezza.

Subito a valle di questo e prima di immettersi nello scatolare di attraversamento del rilevato della superstrada il fosso presenta un breve tratto nel quale l’alveo, anche per un tempo di ritorno di 30 anni, non riesce a contenere la portata di picco che quindi esonda in destra idraulica e si immette in strada. Una prima soluzione progettuale consiste nell’inserire un argine con scarpa a 3/2 ed sommità a circa 223,5 m (Figura 85).

Figura 85 Sezione OR 02 ipotesi progettuale

A valle della superstrada si trova il pozzetto di caduta con immissione nel tubo in calcestruzzo di diametro Ф800 mm che si è rivelato assolutamente insufficiente al deflusso della portata critica anche con tempo di ritorno di 30 anni.

Il ripristino del vecchio tracciato della tubazione con percorso rettilineo e scarico diretto nel torrente Staggia ed il suo adeguamento geometrico non è stata considerata un’opzione realizzabile, a causa dell’elevato numero di problemi costruttivi che ne sarebbero scaturiti: andava, infatti, realizzato un attraversamento nel rilevato ferroviario, un sottopasso in via della Resistenza e l’intervento in un’area con numerosi capannoni industriali.

La soluzione individuata consiste dell’utilizzare un attraversamento esistente del rilevato della ferrovia che si trova in direzione del fosso Massimina (Figura 86, Figura 87, Figura 88).

(26)

91

Figura 86 Nuovo tracciato del fosso di Poggio Orlando

(27)

92

Figura 88 Attraversamento del rilevato ferroviario - Vista da valle verso monte

Lo spazio limitato tra i due rilevati non consente di utilizzare una sezione trapezia a cielo aperto e si è optato per uno scatolare chiuso di dimensioni 2x2h m.

La quota alla base del pozzetto è condizionata dalla profondità dell’attraversamento della strada adiacente (Figura 89).

Figura 89 Schema del pozzetto e dello scatolare di attraversamento tra i due rilevati

(28)

93

Figura 90 Ipotesi di sezione trapezia tra i rilevati della ferrovia e della superstrada

A valle di questo attraversamento la sezione diventa di nuovo trapezia ed ingloba una scolina delle acque piovane preesistente (Figura 91).

Figura 91 Canaletta di raccolta delle acque

Questo tratto intercetta allo stato attuale esclusivamente le acque a valle dei rilevati del raccordo autostradale e della ferrovia ed è già classificato nel reticolo idrografico, come visto al paragrafo 1.2.2.1.

(29)

94

Figura 92 Sezione prossima a quella di chiusura

In Figura 92 è visibile la posizione della tubazione che rappresentava il tratto terminale del fosso di Poggio Orlando e lo scavo necessario per realizzare il nuovo alveo. Questa sezione si trova a circa 50 metri dalla sezione di chiusura.

Il fosso si immette quindi nel fosso Massimina nella stessa posizione del tracciato originario a monte dell’attraversamento di via della Resistenza con una quota di fondo di 215.25 m.

Una terza possibilità prevedeva di attraversare l’intero tratto tra i rilevati con uno scatolare chiuso, in modo tale da non prevedere alcuna curva a 90° nel tracciato del fosso. In questa soluzione, tuttavia, il tratto terminale del fosso sarebbe stato completamente rigurgitato con funzionamento a pressione. Inoltre, esiste una tubazione del gas che attraversa il rilevato della ferrovia all'interno della luce in sinistra idraulica e che avrebbe creato un’interferenza non indifferente.

3.3.1.1 Fosso Massimina – Stato di progetto

La quota del coronamento della cassa sul Massimina si è dimostrata insufficiente per contenere l’altezza liquida massima, ottenuta con una pioggia di durata 2 ore e Tr200 anni. La stessa quota non ha il franco sufficiente per le stesse durate di pioggia ma tempo di ritorno di 30 anni.

Si è deciso, quindi, di aumentare fin dalle prime verifiche di progetto la quota fino a 224.5 m (+1.2 m rispetto alla quota precedente) ed eventualmente abbassarla se si fosse rivelata eccessiva. Non sono stati ipotizzati interventi nel tratto successivo fino a valle dell’attraversamento della superstrada, dato che la zona della “conca” dello svincolo è stata ritenuta molto delicata e senza possibilità di intervento.

Tra i due rilevati, anche per portate minime, l’acqua si espande in sinistra idraulica potenzialmente creando problemi alla stabilità dei rilevati stessi. Si è ipotizzato quindi un argine con coronamento a 220.90 m in grado di contenere con adeguato franco la massima portata duecentennale. In destra non ce n’è bisogno poiché il terreno sale quasi subito ad un’altezza adeguata.

(30)

95

Dopo l’attraversamento della ferrovia e prima di quello di via della Resistenza si ha l’immissione del fosso di Poggio Orlando che, nella situazione di progetto, arriva con una quota di fondo di 215.25 m quindi più bassa dell’attuale fondo del fosso Massimina.

Si rende quindi necessario sagomare l’alveo con l’inserimento di una soglia di fondo in gabbioni per evitare fenomeni di erosione indotti dall’abbassamento della quota del fondo del tratto a valle, che passa da 216.63 m a 215.15 m.

L’attraversamento di via della Resistenza e l’intero alveo a valle viene sagomato in conseguenza della nuova quota di fondo. Le sponde hanno pendenza a 2/3.

L’impalcato stradale dovrà essere rialzato per consentire il deflusso libero con il franco di sicurezza. L’altezza dell’impalcato potrà essere stabilita una volta individuata la massima altezza della corrente.

Lo stesso tipo di intervento deve essere effettuato per l’attraversamento che porta all’area SMA-Etruria.

3.3.2 R

ISULTATI DELLA MODELLAZIONE IDRAULICA

3.3.2.1 Fosso di Poggio Orlando – Verifiche

I nuovi profili del fosso (Figura 93) mostrano come con queste modifiche al tracciato l’alveo del fosso possa riuscire a contenere, rispettando i franchi di sicurezza, le massime portate di progetto:

Figura 93 F. di Poggio Orlando (progetto) - Profilo idrico delle Qmax dovute alle piogge di 1,2 e 3 ore e Tr 200 anni

Nella figura, oltre agli attraversamenti, sono indicate le altezze dei vari dispositivi di contenimento quali muretti e argini.

La portata massima nel tratto precedente quello di nuova realizzazione si ha per la pioggia di un’ora. Nel tratto successivo, dopo la caduta nel pozzetto, si risente del profilo di rigurgito del fosso Massimina e si ha la massima altezza liquida per la pioggia di 2 ore.

0 200 400 600 800 214 216 218 220 222 224 226 228 230 232

E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 2h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 3h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 1hTr200 n0.1 Ground Left Levee Right Levee Orlando Massimina

(31)

96

Non si riportano qui i profili ottenuti per un tempo di ritorno di 30 anni essendo stati verificati quelli per tempo di ritorno di 200 anni. Si rimanda, per la loro consultazione, all’allegato di calcolo.

Sbarramento

La quota massima allo sbarramento è di 225.23 m per una pioggia di 1 ora ed un tempo di ritorno di 200 anni, come riportato nella Tabella 58 ed in Figura 94.

Tabella 58 F. di Poggio Orlando - Risultati delle verifiche nella sezione a monte della cassa di espansione (stato di progetto)

Figura 94 F. di Poggio Orlando - Sezione precedente lo sbarramento della cassa di espansione. Hmax nella cassa (stato di progetto)

Per avere un franco di sicurezza adeguato è necessario rialzare il coronamento della cassa di espansione fino a 226.30 m.

Il livello è più alto della quota massima dello sfioratore di troppo pieno, che quindi inizia a funzionare prima e poi va in pressione. Le sezioni di monte e di valle dello sbarramento sono mostrate nella Figura 95.

Figura 95 Sezioni di monte e di valle dello sbarramento sul fosso di Poggio Orlando

0 20 40 60 80 100 120 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 n0.1 WS Max WS - 2h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 3h Tr200 n.0.1 Ground Bank Sta 0 20 40 60 80 100 120 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 n0.1 WS Max WS - 2h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 3h Tr200 n.0.1 Ground Bank Sta -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 220 222 224 226 228 230 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 n0.1 WS Max WS - 2h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 3h Tr200 n.0.1 Ground Levee Bank Sta

(m3/s) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m)

1h Tr200 5.43 220.99 225.23 225.23 0.000001 0.05 240.94 83.73

2h Tr200 5.35 220.99 225.18 225.18 0.000001 0.05 236.54 83.31

(32)

97

Tabella 59 F. di Poggio Orlando - Risultati delle verifiche negli scarichi della cassa di espansione (stato di progetto)

Attraversamento della superstrada Siena-Firenze

Nel tratto di fosso a cielo aperto tra i due attraversamenti è stato inserito un argine in destra idraulica (Figura 96), inizialmente ipotizzato alla quota 223.50 m. Si è visto, dalle verifiche, che la massima quota idrica nell’alveo è pari a 222.17 m quindi è stato deciso di abbassare la quota del rilevato a 223.20 m.

Figura 96 F. di Poggio Orlando - Tratto tra i rilevati della cassa di espansione e della superstrada (stato di progetto)

Tabella 60 F. di Poggio Orlando – Tratto tra i rilevati della cassa di espansione e della superstrada (stato di progetto)

Il deflusso all’interno dello scatolare di attraversamento della superstrada avviene senza che la corrente vada in pressione e senza alcun problema d’altro genere (Figura 97).

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 220 221 222 223 224 225 226 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 n0.1 WS Max WS - 2h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 3h Tr200 n.0.1 Ground Levee Bank Sta

Culvert Plan W.S. US. Min El Weir Flow Q Culv Group Q Weir Delta WS Culv Vel US Culv Vel DS

(m) (m) (m3_/s) _(m3_/s) _(m) _(m/s) _(m/s) Culvert #2 1h Tr200 225.23 226.3 1.54 3.06 1.54 2.47 Culvert #1 1h Tr200 225.23 226.3 3.89 3.06 3.53 3.53 Culvert #2 2h Tr200 225.18 226.3 1.49 3.03 1.49 2.44 Culvert #1 2h Tr200 225.18 226.3 3.87 3.03 3.51 3.51 Culvert #2 3h Tr200 224.85 226.3 1.13 2.82 1.13 2.23 Culvert #1 3h Tr200 224.85 226.3 3.73 2.82 3.39 3.39

(m3_/s) _(m) _(m) _(m) _(m/m) _(m/s) _(m2₎ _(m)

1h Tr200 5.43 5.43 220.22 222.17 0.000302 0.48 11.42 8.79

2h Tr200 5.35 5.36 220.22 222.15 0.000304 0.48 11.27 8.73

(33)

98

Figura 97 F. di Poggio Orlando - Sezioni di monte e di valle dell'attraversamento del rilevato della superstrada (stato di progetto)

Tabella 61 Risultati delle verifiche nello scatolare di attraversamento della superstrada

Dal pozzetto alla sezione di chiusura

Dopo la caduta nel pozzetto la corrente attraversa un tratto chiuso che passa sotto la strada e poi tra i rilevati della superstrada e della ferrovia (Figura 98).

Figura 98 F. di Poggio Orlando - Tratto tombato tra i rilevati (stato di progetto)

Il deflusso non va mai in pressione, la sezione si riempie fino ad un massimo di circa il 70% dell’area totale; poco dopo l’imbocco del canale l’altezza massima diventa quella regolata dalla quota allo sbocco nel fosso Massimina. Per il dettaglio delle altezze liquide si rimanda all’allegato di calcolo contenente le tabelle con l’output di dettaglio delle verifiche idrauliche.

All’uscita dallo scatolare l’alveo del fosso diventa a sezione trapezia e scorre a cielo aperto fino alla sezione di chiusura (Figura 99).

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 220 221 222 223 224 225 226 227 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 n0.1 WS Max WS - 2h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 3h Tr200 n.0.1 Ground Levee Bank Sta 1 2 3 4 5 6 220 221 222 223 224 225 226 227 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 n0.1 WS Max WS - 2h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 3h Tr200 n.0.1 Ground Bank Sta 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 217.5 218.0 218.5 219.0 219.5 220.0 220.5 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 n0.1 WS Max WS - 2h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 3h Tr200 n.0.1 Ground Levee Bank Sta

Culvert Plan W.S. US. Min El Weir Flow Q Culv Group Delta WS Culv Vel US Culv Vel DS

(m) (m) (m3_/s) _(m) _(m/s) _(m/s)

Culvert #1 1h Tr200 222.17 226.11 5.43 0.61 1.67 1.68

Culvert #1 2h Tr200 222.15 226.11 5.36 0.61 1.66 1.67

(34)

99

Figura 99 F. di Poggio Orlando - Sezione lungo il tratto terminale (stato di progetto)

3.3.2.2 Fosso Massimina

Gli adeguamenti delle sezioni fatti nel fosso Massimina risultano sufficienti per superare le verifiche idrauliche e rispettare i franchi di sicurezza (Figura 100).

Figura 100 F. Massimina (progetto) - Profilo idrico delle Qmax dovute alle piogge di 1,2 e 3 ore e Tr 200 anni

Nella cassa di espansione la massima altezza si ha per la pioggia di 2 ore mentre il profilo di rigurgito dovuto al torrente Staggia arriva fino all’attraversamento di via della Resistenza, facendo sì che si abbia il massimo livello liquido per la pioggia di 3 ore.

Sbarramento

La quota idrica massima nella cassa di espansione è di 223.15 m (Figura 101 e Tabella 62), aumentata di circa 30 cm rispetto a quella dello stato attuale. Si considera quindi corretta un’altezza massima del coronamento di 224.50 m anche se leggermente cautelativa.

0 5 10 15 20 25 30 215 216 217 218 219 220 221 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 2h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 3h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 1hTr200 n0.1 Ground Levee Bank Sta 0 200 400 600 800 1000 1200 212 214 216 218 220 222 224 226

E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 3h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 2h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 1hTr200 n0.1 Ground Left Levee Right Levee

(35)

100

Figura 101 F. Massimina - Sezione precedente lo sbarramento della cassa di espansione.

Tabella 62 F. Massimina - Risultati delle verifiche nella sezione a monte della cassa di espansione

La massima quota liquida si trova al di sopra dello scatolare di scarico di troppo pieno che entra prima in pressione e va poi pressione, come si vede nella Figura 102 ed in Tabella 63.

Figura 102 F. Massimina - Sezioni di monte e di valle dello sbarramento sulla cassa di espansione

Tabella 63 F. Massimina - Risultati delle verifiche negli scarichi della cassa di espansione

La zona interna allo svincolo presenta altezze liquide nettamente inferiori a quelle dello stato attuale, come si vede dal confronto di una sezione intermedia in Figura 103:

-50 0 50 100 150 200 216 218 220 222 224 226 228 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 2hTr200 WS Max WS - 3hTr200 WS Max WS - 1hTr200 Ground Ineff Bank Sta -50 0 50 100 150 200 216 218 220 222 224 226 228 230 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 2hTr200 WS Max WS - 3hTr200 Ground Ineff Bank Sta 0 10 20 30 40 50 60 217 218 219 220 221 222 223 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 1hTr200 WS Max WS - 2hTr200 WS Max WS - 3hTr200 Ground Levee Bank Sta

(m3/s) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m)

1h Tr200 19.62 217.44 222.98 222.98 0.000006 0.13 249.73 138.74

2h Tr200 20.02 217.44 223.15 223.15 0.000006 0.13 292.68 142.19

3h Tr200 19.7 217.44 223.01 223.01 0.000007 0.14 273.18 140.34

Culvert Plan W.S. US. Min El Weir Flow Q Culv Group Q Weir Delta WS Culv Vel US Culv Vel DS

(m) (m) (m3_/s) _(m3_/s) _(m) _(m/s) _(m/s) Culvert #2 1h Tr200 222.98 224.5 1.43 2.44 2.19 2.19 Culvert #1 1h Tr200 222.98 224.5 18.19 2.44 3.64 3.64 Culvert #2 2h Tr200 223.15 224.5 1.46 2.54 2.24 2.24 Culvert #1 2h Tr200 223.15 224.5 18.57 2.54 3.71 3.71 Culvert #2 3h Tr200 223.01 224.5 1.43 2.46 2.2 2.2 Culvert #1 3h Tr200 223.01 224.5 18.26 2.46 3.65 3.65

(36)

101

Figura 103 F. Massimina - Sezione interna allo svincolo: paragone delle massime altezze liquide

Si riportano in Tabella 64 i valori di confronto per la pioggia di 2 ore e Tr200 che determina l’altezza massima.

Tabella 64 F. Massimina - Paragone tra le grandezze idriche in una sezione interna allo svincolo

Attraversamento della superstrada Siena – Firenze

La corrente va in pressione nell’attraversare lo scatolare al di sotto del rilevato della superstrada (Figura 104). All’uscita, rimane confinata all’interno dell’argine realizzato in sinistra idraulica (Figura 105) che si dimostra idoneo a contenere il deflusso.

Figura 104 F. Massimina - Sezioni di monte e di valle dell'attraversamento della superstrada

Tabella 65 F. Massimina - Sezione di monte dell'attraversamento della superstrada: risultati delle verifiche

0 20 40 60 80 100 217 218 219 220 221 222 223 224 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS Ground Levee Bank Sta -40 -20 0 20 40 60 80 217 218 219 220 221 222 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS Ground Levee Ineff Bank Sta

Stato attuale Stato di progetto

(m3/s) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m)

S. di progetto 2h Tr200 19.99 217.58 220.61 220.61 0.000064 0.35 91.79 56.95

S. attuale 2h Tr200 24.42 217.58 221.42 221.42 0.000058 0.31 141.99 61.89

Plan E.G. US. Min El Prs BR Open Area Q Total Min El Weir Flow Q Weir

(m) (m) (m2) (m3/s) (m) (m3/s) 1hTr200 n0.1 220.55 219.47 6.17 19.61 222.72 2h Tr200 n.0.1 220.63 219.47 6.17 19.99 222.72 3h Tr200 n.0.1 220.56 219.47 6.17 19.72 222.72 -20 0 20 40 60 80 100 217 218 219 220 221 222 223 224 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS Ground Bank Sta -20 0 20 40 60 80 100 217 218 219 220 221 222 223 224 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 2hTr200 WS Max WS - 3hTr200 WS Max WS - 1hTr200 Ground Levee Bank Sta

(37)

102

Figura 105 Sezione intermedia tra il rilevato della superstrada e quello della ferrovia

Attraversamento della ferrovia

L’argine in sinistra idraulica contiene in modo efficace la portata massima (Figura 106), che così non ha modo di riversarsi nello spazio tra i rilevati.

Figura 106 F. Massimina - Sezione di monte dell'attraversamento del rilevato della ferrovia

Tabella 66 F. Massimina - Sezione di monte dell'attraversamento della ferrovia: risultati delle verifiche

A valle della ferrovia si trova il salto di fondo e la confluenza con il fosso di Poggio Orlando. Come si vede anche dal profilo idraulico riportato in Figura 100 non ci sono fenomeni anomali nella zona ed il deflusso rimane confinato nell’alveo.

-40 -20 0 20 40 60 80 217 218 219 220 221 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS Ground Levee Ineff Bank Sta -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 216 218 220 222 224 226 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS Ground Levee Ineff Bank Sta

Plan E.G. US. Min El Prs BR Open Area Q Total Min El Weir Flow

(m) (m) (m2) (m3/s) (m)

1hTr200 n0.1 219.66 221.93 34.45 19.61 220.88

2h Tr200 n.0.1 219.68 221.93 34.45 19.99 220.88

(38)

103

Attraversamenti stradali

Via della Resistenza

La massima quota liquida nella sezione dell’attraversamento di via della Resistenza è pari a 217.47 m e si registra per una pioggia di 3 ore. L’impalcato dell’attraversamento viene modellato di conseguenza nel rispetto del franco (Figura 107).

Figura 107 F. Massimina - Attraversamento di via della Resistenza

Tabella 67 F. Massimina - Attraversamento di via della Resistenza: risultati delle verifiche

Area SMA-Etruria

La massima quota liquida nella sezione è pari a 217.20 m e si registra per una pioggia di 3 ore. L’impalcato dell’attraversamento viene modellato di conseguenza nel rispetto del franco (Figura 108).

Figura 108 F. Massimina - Attraversamento dell'area SMA-Etruria

0 20 40 60 80 100 215 216 217 218 219 220 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 3h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 2h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 1hTr200 n0.1 Ground Levee Bank Sta 0 20 40 60 80 100 215 216 217 218 219 220 Station (m) E le v a ti o n ( m ) Legend WS Max WS - 3h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 2h Tr200 n.0.1 WS Max WS - 1hTr200 n0.1 Ground Levee Ineff Bank Sta

(m) (m) (m2₎ _(m3_/s) _(m)

1hTr200 217.49 218.68 29.93 24.4 218.6

2h Tr200 217.56 218.68 29.93 24.85 218.6

(39)

104

Tabella 68 F. Massimina - Attraversamento di via della Resistenza: risultati delle verifiche

(m) (m) (m2₎ _(m3_/s) _(m)

1hTr200 217.49 218.68 29.93 24.4 218.6

2h Tr200 217.56 218.68 29.93 24.85 218.6