CAPITOLO VI
L’accesso al porto: verifiche all’imboccatura
6.1 Introduzione
L’imboccatura di un’opera portuale, soprattutto se si tratta di piccoli porti, risulta essere un punto fondamentale nella progettazione delle opere di difesa e, come tale, necessita di opportune verifiche. Le tipologie dei problemi connessi al tratto compreso tra le testate dei due moli hanno una triplice natura.
Fig. 6.1 Vista renderizzata dell’opera; in primo piano si nota l’imboccatura
Di seguito verranno elencate le principali caratteristiche delle problematiche che si incontrano e da cui non si può prescindere nella fase delle scelte progettuali. Sarà, invece, oggetto del presente capitolo effettuare le verifiche necessarie alla messa in opera di un’imboccatura sicura ed il più possibile comoda per i naviganti.
1. Agitazione interna: risulta evidente come, attraverso l’unico punto di discontinuità dell’opera di difesa, l’energia del mare tenda a propagarsi all’interno dello specchio liquido. Risentono di questo fenomeno soprattutto le imbarcazioni più piccole il cui rollio potrebbe risultare inaccettabile. Sarà cura del progettista “chiudere” opportunamente le testate dei moli in modo da impedire quanto più possibile l’ingresso e la propagazione delle onde.
2. Interrimento: è un fattore fondamentale per i piccoli porti per i cui costi di gestione potrebbe risultare improponibile sostenere delle spese di dragaggio ripetute. E’ da considerare che, al contrario dei porti commerciali, in questi casi i fondali in cui s’innestano i moli sono dell’ordine dei 6.0-8.0 mt, in cui è ancora forte l’influenza del trasporto longitudinale. Un’elevata percentuale di materiale solido, quindi, trova nei moli un ostacolo non sormontabile e si deposita nei pressi dell’imboccatura; in breve tempo non sarebbe più garantito il tirante idrico per le imbarcazioni che non potrebbero più effettuare l’accesso 3. Manovra d’ingresso: confrontato con i punti 1 e 2, questo aspetto influisce
meno nella progettazione. Infatti, un’imbarcazione sorpresa da una mareggiata improvvisa può trovare riparo in un altro porto più grande all’interno del bacino di crociera. Saranno comunque effettuate verifiche geometriche sulla base della lunghezza maggiore tra le imbarcazioni presenti nel porto.
6.2 La diffrazione delle onde: verifica dell’agitazione interna
Lo studio condotto è stato effettuato al fine di appurare il potere di attenuazione offerto dalle opere portuali di progetto e di valutare il grado di agitazione all’interno dello specchio liquido del marina. In corrispondenza dell’imboccatura portuale, il treno d’onde che tende a penetrare all’interno dello specchio liquido viene intercettato dalle testate dei moli e subisce il fenomeno della diffrazione con trasferimento laterale di energia, ponendo in oscillazione la massa liquida dello specchio acqueo retrostante l’ostacolo, con onde di espansione laterale radiali, aventi per centro l’estremità dei moli stessi. Infatti, se non ci fosse tale trasferimento di energia, ci sarebbe una regione di calma dietro la diga, mentre, a fianco di questa, le onde procederebbero senza cambiare né forma e né
altezza. Questo fenomeno, tipico dell’acustica e dell’ottica, viene analizzato per determinare la distribuzione delle altezze d’onda nel bacino portuale.
Fig. 6.2 Riduzione del moto ondoso e diffrazione internamente ad un porto1
A tal fine si adotta il modello grafico semplificato di Iribarren, condotto a partire dalle seguenti ipotesi:
• Si traccia una semiretta tangente l’ostacolo e parallela alla direzione di propagazione del moto ondoso denominata retta limite di espansione. I fronti d’onda restano rettilinei fino a tale retta, a partire dalla quale diventano delle curve, nella zona retrostante l’ostacolo, dove viene trasferita l’energia dalle parti adiacenti dei fronti d’onda.
• L’energia viene prelevata da una zona di alimentazione, il cui limite verso il largo è costituito da una semiretta inclinata di 45° rispetto alla direzione di propagazione del moto ondoso e distante L/4 dalla testata dell’ostacolo. Questa è detta retta limite di alimentazione: indica il limite del settore la cui energia migra ad alimentare il fenomeno della diffrazione.
1 Immagine tratta da: Capitolo 4 - Ruolo del Dipartimento di ingegneria civile dell'Università di Pisa nello studio della costa toscana – Pagliara S.
• Infine, la zona di espansione è delimitata da una curva denominata curva limite di agitazione: si individua staccando su ciascun fronte, dalla retta limite di espansione, archi di circonferenza il cui sviluppo è pari all’angolo al centro di un radiante (57° 30’) aumentato di ¼ della lunghezza d’onda L.
Le mareggiate in arrivo incontrano tutte il molo di sopraflutto e in nessun caso risulta possibile tracciare la tangente al molo di sottoflutto, risultando quest’ultimo schermato in ogni direzione. Per questo motivo non si applica il metodo della diffrazione doppia ma si considera la semplice diffrazione ottenuta a causa della presenza del molo di sopraflutto. Lo studio viene condotto per la direzione penalizzante che, in questo caso, risulta essere la direzione estrema del settore di traversia (330 °N) che coincide con la direzione prevalente. Pur essendo in possesso del piano d’onda riferito alla direzione in esame, si sceglie, a favore di sicurezza, di non considerare la riflessione in bassi fondali. In questo modo la mareggiata prevista risulta più sfavorevole avendo una migliore direzione d’ingresso al porto. Solo ai fini di effettuare un confronto, si verifica l’agitazione anche per la direzione regnante (0 °N). Dall’analisi delle tavoli progettuali si evince quanto segue:
• L’agitazione interna per mareggiate provenienti da direzioni maggiori di 0 °N è praticamente nulla; questo aspetto positivo deriva dall’aver prolungato il molo di sopraflutto di circa 115 mt rispetto alla verticale per la testata del molo di sottoflutto; inoltre, effetto benefico risulta l’aver dato una seppur ridotta concavità alla testata del molo di sopraflutto, che tende a “chiudere” l’accesso alle mareggiate del quarto quadrante.
• Le mareggiate provenienti dalla direzione prevalente, invece, riescono a penetrare nella zona di avamporto. Le testate dei moli, però, sono state dimensionate in modo tale che la semiretta inclinata di un radiante rispetto alla retta limite di espansione risulti incontrare il molo di sottoflutto. Da questo deriva che solo coefficienti di diffrazione inferiori a 0.1 hanno libero accesso allo specchio liquido. Se a questo si aggiunge l’aver dimensionato i moli banchinati, i pontili e la banchina in modo non riflettente, si ritiene che si possa attendere un’agitazione interna accettabile.
Fig. 6.3 Grafico della diffrazione per mareggiate da 330 °N
Fig. 6.4 Grafico della diffrazione per mareggiate da 0 °N
Una volta tracciata la curva limite di agitazione si rappresenta sul disegno l’andamento delle altezze d’onda sulla linea rappresentante i fronti d’onda. Il valore delle altezze sarà costante fino alla retta limite di alimentazione, poi
decresce in funzione del coefficiente di diffrazione (ξd = Hd/H) pari al rapporto tra altezza d’onda diffratta nel punto considerato e altezza d’onda indisturbata. Iribarren fornisce i valori del coefficiente tra la retta limite di alimentazione e quella di espansione, in cui il coefficiente assume il valore 0.7; da questo valore in poi occorre interpolare linearmente fino al valore 0.
I dati con cui si sono condotte le verifiche sono:
H = 5.0 mt L = 60 mt α = 330 °N H = 4.0 mt L = 80 mt α = 0 °N
Si ricorda, inoltre, che tali verifiche andrebbero effettuate con altezze d’onda che hanno un breve tempo di ritorno, dell’ordine di 1-5 anni o addirittura mensili, e non con le altezze delle onde frangenti. Inoltre, si ricorda ancora che non si è tenuto conto della riflessione delle onde in bassi fondali.
6.3 Previsione sull’agitazione interna ad opera completata
Al fine di limitare l’agitazione interna, nella fase di progettazione ci si è mossi nella direzione di schermare efficacemente lo specchio liquido, e dunque l’imboccatura portuale, dalle mareggiate provenienti dal IV quadrante.
Si è sagomata quindi l’imboccatura in base a tale esigenza, scegliendola fra varie possibili alternative. La maggior parte delle imbarcazioni che trovano riparo nel porto turistico sono certamente di dimensioni modeste, e dunque risentono dell’agitazione interna che può verificarsi nello specchio liquido. Si pensi che, in alcuni casi, le stesse imbarcazioni offrono ricovero permanente ai diportisti, per cui la poco gradita agitazione interna va assolutamente limitata.
Come ordine di grandezza orientativo, le altezze d’onda tollerate, all’interno di un marina ben progettato e realizzato, sono dell’ordine dei 20-30 cm, ed i valori esatti dipendono sia dal tempo di ritorno dell’onda di progetto, che dalla zona del porto interessata dall’agitazione.
Le mareggiate più penalizzanti per questa verifica sono quelle che provengono da una direzione al largo di 330°N: con questa mareggiata condurremo quindi le verifiche, considerando che l’altezza H dell’onda frangente nei fondali in cui è progettata l’imboccatura è di 5.80 mt. Tali dati provengono,
come si è già detto, dallo studio del moto ondoso al largo e sua propagazione in acque basse fino al frangimento.
Si fa notare che vicino all’imboccatura trovano ormeggio le imbarcazioni di medie dimensioni (categorie VII, VIII e IX), quindi relativamente poco infastidite dal fenomeno. Lo specchio acqueo è da considerarsi ben protetto, garantendo quindi altezze d’onda diffratte entro i limiti tollerabili. Inoltre, a vantaggio del confort, non sono stati considerati i benefici smorzamenti dell’agitazione ondosa esercitati dai pontili galleggianti, e dalle carene delle imbarcazioni ormeggiate.
Fig. 6.5 Particolare dell’imboccatura; subito a sinistra l’ormeggio per la cat. VIII
6.4 Rotta d’ingresso e cerchio di manovra
Nell’eseguire la verifica d’ingresso nel bacino portuale delle imbarcazioni, si premette che la maggior parte delle imbarcazioni da diporto hanno piccola e media lunghezza e sono dotate, quindi, d’un elevato grado di manovrabilità che ne garantisce sempre un agevole accesso al porto, anche in occasione delle perturbazioni più penalizzanti.
Nello studio dell’accessibilità nautica, per cercare di rappresentare le condizioni meteo marine più sfavorevoli per l’osservazione in oggetto, si è trovato il settore delle possibili direzioni di provenienza e si è eseguito un confronto tra le possibili altezze d’onda in arrivo. Risultando, queste, abbastanza simili tra loro, si è scelta, come direzione da utilizzare per la verifica, la più penalizzante tra quelle possibili: per effetto della riflessione in bassi fondali le mareggiate più sfavorevole sono risultate quelle di provenienza 50 °N.
Si è considerata un’imbarcazione di lunghezza 20 mt (la massima ospitata nell’infrastruttura in esame misura 28 mt ma effettuare la verifica con questa dimensione sarebbe troppo oneroso) e dunque di scarsa manovrabilità.
Fig. 6.2 Rappresentazione grafica della verifica per la rotta d’ingresso
Scelta la direzione del moto ondoso, si considera che l’imbarcazione tipo viaggi all’interno di un settore di 22° 30’ di cui la suddetta direzione è la bisettrice. Questa limitazione deriva dal fatto che l’imbarcazione viaggerà ponendosi, quanto più possibile, in condizione di non essere investita di fianco dalla mareggiata. Poi procederà in linea retta fino al molo di sopraflutto ed
inizierà la virata per portarsi nelle acque protette del bacino portuale. L’imbarcazione, al fine di non presentare il fianco all’onda durante la manovra di virata, stringerà al massimo la testata del molo e la virata stessa inizierà quando il centro della barca incontra la retta di alimentazione della diffrazione dell’onda incidente. Si traccia poi una circonferenza di raggio R=2.5⋅L che passa per questo punto ed a cui è tangente la posizione della barca. Questa circonferenza dovrà risultare distante dal molo di una quantità pari a r=0.5⋅L; se la condizione non è rispettata occorre cambiare tipologia di imboccatura o arretrare i moli.
La verifica risulta ampiamente soddisfatta sia perché l’imbarcazione, nella virata, passa ad una distanza di 35 mt dal molo di sottoflutto (si è ottenuto quindi un coefficiente di sicurezza pari a 2.5), sia perché si è considerato, come limite dei moli, il punto in cui in pianta ha termine la mantellata sovrastimando il tirante idrico di cui le imbarcazioni hanno bisogno. Il coefficiente di sicurezza così elevato deriva dall’aver dimensionato l’imboccatura in primis per favorire la minor agitazione interna.
All’interno dell’avamporto, le barche devono avere lo spazio per eseguire le manovre di virata o inversione di marcia per potersi dirigere verso le zone di attracco. A tal fine è stata individuata un’area liquida circolare, libera da qualsiasi ostacolo, all’interno dello specchio liquido, in zona sufficientemente protetta dalle mareggiate. Il cerchio che racchiude quest’area prende il nome di cerchio di manovra e il suo diametro è pari a 3 volte la lunghezza della barca di dimensioni maggiori ospitabile nel porto: nel presente caso 3x28 = 84 mt.
Inoltre, per ogni canale compreso tra due pontili, si è considerato un cerchio di manovra in cui L è stato assunto pari al valore della lunghezza maggiore dell’imbarcazione che vi ormeggia.
