Relazione Idraulica Marittima

Progetto di un sistema di difesa della costa romagnola

Relazione di calcolo di un’opera in massi emersa e parallela alla costa

Idraulica Marittima

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile A. A. 2020/21

Docente: Prof.ssa Barbara Zanuttigh

Studente: Mattia Ferrari

Matricola: 919506

Area di studio e obiettivi di progetto

In questa relazione ci si propone di presentare in maniera sintetica e analitica i procedimenti e i risultati derivanti dallo svolgimento del progetto di dimensionamento e verifica di una struttura di protezione costiera, in massi, emersa e parallela alla riva a difesa del litorale di Milano Marittima.

Figura 1. Foto aerea di Milano Marittima

Progettare un’opera di difesa di questo tipo ha come obiettivo primario quello di ridurre l’agitazione ondosa e smorzare l’energia incidente la riva, inducendo il frangimento dell’onda anticipatamente con la conseguenza di dissipare energia al largo, ridurre il trasporto di sedimenti e l’erosione della costa.

L’onda avanza dal largo alla riva, incontra la struttura, la risale e, se ha sufficiente energia, riesce ad oltrepassarla e a propagarsi a valle di essa. Se l’energia è insufficiente ad oltrepassare la struttura, l’onda torna indietro attraverso il processo di riflessione.

L’onda entra nella zona protetta, tra barriera e spiaggia, attraverso la tracimazione della struttura e attraverso il processo di diffrazione tra i varchi.

In Figura 1 sono evidenziati due canali protetti da opere perpendicolari alla costa che delimitano un tratto di linea costiera di circa 2200 m. Si è deciso di realizzare delle barriere emerse, per mantenere continuità di intervento litoraneo; infatti verso il lato Nord è già presente un’opera di protezione a cresta bassa e in massi naturali: questo tipo di struttura verrà presa come riferimento progettuale.

Configurazione planimetrica

La locazione della barriera dipende dalla posizione naturale della linea dei frangenti: in particolare la barriera si posiziona a monte della linea dei frangimenti in quanto il suo scopo è proprio quello di anticipare il frangimento dell’onda.

Si ricordi che la posizione di tale linea, in realtà, dipende dalle caratteristiche dell’attacco ondoso e che quindi varia nel tempo, avvicinandosi maggiormente alla linea di riva nel caso di onde di buon tempo.

Vediamo rappresentato in Figura 2 il risultato del rilievo batimetrico utilizzato per il progetto: si noti come il fondale degradi uniformemente a partire dalla batimetrica -3 m verso il largo, mentre, intorno alla batimetrica -1.5 m, le linee risultino spezzate e irregolari, un chiaro segno di zone di deposito ed erosione tipiche di una condizione di frangimento.

Figura 2. Rilievo batimetrico relativo a onde di buon tempo

In particolare, su un fondale di circa 1.5 m (h_b), la massima altezza d’onda ammessa dal fondale (H_b) avrà un valore di circa 0.9 m, valore dedotto dalla relazione seguente, che definisce il parametro di frangimento per fondale γ_b (Breaker Index):

γ = ≅ 0.6 ℎ

Al fine di anticipare il frangimento, l’opera dovrà essere localizzata nella fascia compresa tra la batimetria -2.5 m e -3 m. Si è quindi deciso di inserire l’opera ad una profondità di fondale h mediamente pari a 3 m e che corrisponde a una distanza media da riva Y di 250 m.

Per quanto riguarda la lunghezza delle barriere (L_b), si è attuata una scelta progettuale basata sulla somiglianza con le barriere della zona nord, assumendo L_b = 90 m.

Per quanto riguarda la loro relativa distanza (G_b), si è attuata una scelta progettuale ponderando sia una regola di buona norma (G_b ≈ 1/3 ÷ 1/2 L_b), sia il principio di minimizzazione dei costi.

La scelta più economicamente vantaggiosa, che minimizza il numero delle barriere, è quella associata a dei varchi di ampiezza maggiore (G_b = 0.5 L_b = 45 m).

Per quanto riguarda l’orientazione delle barriere rispetto alla linea di costa, si è deciso di porle parallele in modo tale da proteggere adeguatamente la spiaggia non solo dalle più frequenti onde di Scirocco, ma anche da quelle di Bora e di Levante.

Ipotizzando di inserire le barriere in maniera simmetrica (n barriere ed n+1 varchi), per proteggere tutta la zona considerata sarà necessario collocare 16 barriere.

La zona di studio è caratterizzata da basse escursioni di marea (0.5 ÷ 0.8 m), quindi le barriere saranno delle opere a cresta bassa, tracimabili e con non più di un masso scoperto, con un’altezza di emergenza (R_C) di circa 1 m.

Dopo aver definito tale valore è possibile stimare l’altezza complessiva della struttura:

ℎ = R + h = 4 m

È necessario sottolineare il forte carattere turistico della zona: si evidenzia quindi la necessità di mantenere inalterato il profilo morfologico della linea costiera.

La distanza delle barriere da riva (Y_b), la lunghezza delle barriere (L_b) e la lunghezza dei varchi (G_b) incidono notevolmente sulle modalità con cui il fronte d’onda diffrae: varchi troppo stretti o distanze troppo piccole tra le barriere e la riva non consentono la completa diffrazione delle onde, provocando un ristagno dell’acqua dietro alle barriere e conseguente sedimentazione.

Si distinguono allora due tipi di formazioni: i salienti, accumuli sabbiosi che si originano sulla riva e che tendono a svilupparsi verso la barriera senza raggiungerla; ed i tomboli, accumuli che arrivano a collegare la barriera e la riva.

Riguardo i tomboli e i salienti occorre fare una verifica per vedere se si formano o meno. In particolare, poiché l’area è destinata ad uso ricreativo e turistico, si vorrebbe evitare la formazione di entrambi, poiché creerebbero un forte ristagno, favorendo crescita algale e mucillagine.

Attraverso l’utilizzo di formule che mettono in relazione i parametri descritti in precedenza, si è verificato che non si formino né tomboli né salienti:

< 2 ( ) Formula di Suh & Dalrymple (1987) No tombolo

< 0.5 Formula di Gourlay (1986) No saliente

Elementi della barriera

Le barriere sono strutture in massi realizzate in opera. Sono caratterizzate da un tronco e da una testata arrotondata, maggiormente esposta all’onda, e sono composte dai seguenti elementi:

• Mantellata, ovvero lo strato più superficiale, esposto all’azione di risalita e ridiscesa dell’onda;
• Sottostrato, che separa la mantellata dal nucleo;
• Nucleo, elemento disposto alla base della barriera;
• Filtro, che separa il fondale dalla struttura. A volte è sostituito dal geotessuto, come nel caso in esame;
• Protezione al piede, con lo scopo di proteggere la struttura da eventuali erosioni, garantire stabilità e raccogliere i massi scalzati durante la vita utile.

Dimensionamento della mantellata

Il corpo della mantellata può essere costituito da massi naturali o artificiali, solitamente caratterizzati da migliori caratteristiche meccaniche. Nell’ambito di questo progetto si è scelto di rimanere coerenti con le opere già presenti sul territorio e scegliere la tipologia di masso naturale.

Si è preferito usare massi spigolosi per massimizzare i punti di contatto e garantire stabilità, evitando quelli di forma allungata. In particolare, sono stati utilizzati massi “equant”, depositi sedimentari e rocce ignee, con un grado di allungamento L/D compreso tra:

(ℎ ) 1.5 ≤ ≤ 2 (ℎ )

Il masso naturale che costituisce la mantellata della struttura è stato dimensionato secondo una regola di buon senso (Rule of Thumb) proposta da Burcharth e Kramer nel 2003 a seguito di esperimenti in vasca su opere in massi tracimabili:

ℎ ℎ → == 3.45 = 1.16 m 50 3.4550

Che applicata alla nostra opera ha restituito un diametro (D_50A) di poco più di un metro.

Il dimensionamento degli elementi della mantellata può essere condotto anche attraverso la formula più completa di Van der Meer. Questa formula però è stata tarata su strutture in massi emerse ma non tracimabili, quindi tende a sovrastimare il diametro del masso.

Tuttavia, risulta molto più completa in quanto tiene conto degli effetti della variabilità del periodo dell’onda misurata al largo e tipo di frangente, della pendenza del paramento di monte attraverso il parametro di Iribarren e Batjes:

2 tan α ξ = = = con e 2 1.24 √

Tiene conto inoltre della permeabilità della struttura e della sua stratificazione attraverso il parametro P; della durata della mareggiata attraverso il parametro N e infine del danno attraverso il parametro S.

La formula è stata applicata in relazione al seguente attacco ondoso:

• H (altezza d’onda significativa) 4.5 m
• T (periodo d’onda di picco) 12 s
• T (tempo di ritorno) 100 anni
• Tipo di onda R ꓕ struttura, condizione cautelativa, in quanto caso peggiore

Poiché tale formula varia al variare del tipo di frangente, si è calcolato il tipo di frangimento dell’onda attraverso il parametro di Iribarren & Battjes. Se:

Frangimento di tipo Spilling, produce una dissipazione di energia modesta su un lungo tratto prevalentemente in superficie, senza quasi interessare il fondo.

ξ < 0.5

Frangimento di tipo Plunging, in cui si la ξ cresta ricade nel cavo e si ha turbolenza