fossi di guardia

Canali
Tecniche, considerazioni su dimensionamento ed esecuzione
utilizzabili nella realizzazione di fossi di guardia a basso impatto ambientale
Ambiente & Territorio
FOSSI DI GUARDIA:
ASPETTI PROGETTUALI ED ESECUTIVI
NEL RISPETTO DELL’AMBIENTE
Giovanni Pietro Pinzani*
I fossi di guardia sono canali di dimensioni generalmente
limitate realizzati al fine di convogliare
le acque di ruscellamento superficiale
ed evitare che queste raggiungano infrastrutture,
aree in frana o più genericamente
zone in cui la presenza d’acqua potrebbe costituire
elemento di pericolo o instabilità.
La crescente sensibilità nei confronti dell’ambiente,
anche per opere minori come queste,
spinge oggi Progettisti, Enti e Operatori del settore
a trovare soluzioni tecnicamente affidabili
in grado di ridurre l’impatto sul territorio.
La condizione rinverdita di un fosso di guardia lungo l'autostrada Roma-Fiumicino
tratto ANAS realizzato con la geostuoia Enkamat intasata in sito (foto dell'Ing. P.
Cornelini - Aprile 2003)
La scelta tecnica
In un passato non troppo lontano, il fosso di guardia doveva assolvere
principalmente due funzioni: allontanare velocemente le acque e
non richiedere manutenzione. Pertanto, nella realizzazione di tali opere,
spesso venivano trascurati gli effetti ambientali come il rischio di
trasformare i canali in trappole per la fauna o l’innesco di processi erosivi
e instabilizzanti nelle zone di scarico delle acque.
Negli ultimi tempi, però, l’ottica progettuale sta cambiando verso canalizzazioni
vegetate e dove possibile permeabili al fine di avere un
controllo più ragionato delle acque sia nella zona di captazione e di
convogliamento sia nella zona di restituzione. Infatti, se nell’attraversamento
di zone potenzialmente instabili è bene optare per un sistema
di convogliamento impermeabile, nella maggior parte dei casi il
fosso di guardia è posizionato al fine di allontanare esclusivamente gli
eccessi d’acqua, generalmente durante - e in seguito a - precipitazioni
più o meno intense. In questi casi, una certa permeabilità del fosso
non solo è accettabile ma è anche auspicabile, poiché una parziale
dispersione delle acque durante il convogliamento evita un eccessivo
accumulo puntuale nella zona o nel sistema di scarico.
Sempre con tali finalità - e premesse le necessarie verifiche idrauliche
- la presenza di un’adeguata copertura erbosa all’interno del fosso
aumenta la scabrezza, consentendo una riduzione della velocità
dell’acqua e ritardando quindi l’afflusso nella zona di accumulo o di
smaltimento.
I criteri per il dimensionamento
Premesso che per una corretta ottimizzazione di un sistema di canalizzazione
è opportuno possedere un’adeguata conoscenza del
territorio in cui si opera al fine di valutare il metodo di calcolo più
idoneo, di seguito è brevemente descritto uno dei possibili metodi
cinematici, con la finalità di individuare i criteri principali per il dimensionamento.
In base all’area da presidiare, al tracciato e alla morfologia
è possibile identificare il “bacino imbrifero” delle acque da smaltire
per ogni singolo fosso o sistema di fossi. In base alla lunghezza
del fosso, all’area e all’altezza media del bacino è possibile calcolare
il tempo di corrivazione t c , il tempo teoricamente necessario affinché
una goccia di pioggia proveniente dal punto più lontano raggiunga la
sezione in esame. Per il calcolo di t c esistono in bibliografia diverse
formule empiriche, fra le quali ricordiamo quelle di Giandotti e di Kirpich,
basate su specifici bacini di dimensioni e di orografia note.
dove:
A = area del bacino (km 2 );
L = lunghezza dell’asta principale (m);
H m = altezza media del bacino rispetto alla sezione di chiusura (m);
h max = altezza massima del bacino rispetto alla sezione di chiusura (m).
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Definito il tempo di corrivazione, occorre definire la pioggia di progetto
per un tempo pari a t c e per un tempo di ritorno prefissato da valutarsi
in base all’importanza dell’opera.
Tale dato può essere ricavato dall’elaborazione di dati pluviometrici
locali e, considerando che generalmente le aree dei bacini interessati
dai fossi sono piuttosto limitate, è possibile semplificare le
elaborazioni utilizzando una pioggia di progetto a intensità “i” costante,
da cui:
dove:
i = intensità della pioggia (mm/h);
h r = altezza ragguagliata della pioggia;
t p = durata dell’evento meteorico.
Nota l’intensità della pioggia è possibile calcolare la massima portata
Q max .
Anche in questo caso la Letteratura mette a disposizione diverse
formule tra le quali ricordiamo quella di Giandotti e Merlo, quest’ultima
particolarmente utile per bacini di piccole dimensioni.
dove :
Q max = massima portata di piena per un determinato tempo di ritorno
(m 3 /s);
C = parametro con valore pari a 1,25 per bacini inferiori ai 300 km 2 ;
h r = altezza ragguagliata della pioggia;
A = area del bacino (km 2 );
T r = tempo di ritorno (anni);
t c = tempo di corrivazione (ore).
Calcolata la portata di progetto, la verifica idraulica del fosso può essere
quindi eseguita con l’equazione di Chezy o mediante la formula
di Manning, più diffusa nella cultura scientifica anglosassone e valida
per correnti a pelo libero con moto permanente.
Definita una sezione ed un’inclinazione i di progetto per il fosso, un
coefficiente di scabrezza K m per la superficie (per esempio geostuoia,
cotico erboso, cls, terreno, ecc.) e conoscendo la portata “Q” è possibile
mediante un processo iterativo verificare l’idoneità della geometria
del fosso di guardia.
Figura 1 - La geometria di una sezione di canale
Componendo la formula di Manning con quella di continuità per canali
ed esprimendo il raggio idraulico R in funzione della geometria del
corso d’acqua otteniamo:
Tramite un processo iterativo, è possibile trovare il valore del battente
d’acqua massimo H max .
Se ora inseriamo H max , nell’equazione di Manning troveremo la velocità
critica della corrente V cr .
Per determinare la velocità critica della corrente V cr è dunque necessario,
note le caratteristiche geometriche e idrauliche del canale, calcolare
il battente d’acqua massimo H max procedendo per approssimazioni
successive.
Definita la geometria ed i materiali utilizzati e conoscendo la velocità
critica calcolata si deve valutare il possibile innesco di fenomeni erosivi
e quindi l’idoneità della soluzione tecnica adottata.
Le tecniche
I fossi rinverditi protetti con geostuoie antierosione
Quando si devono realizzare dei fossi vegetati con pendenze non
elevate e dove le velocità dell’acqua possono raggiungere i 3-5 m/s,
sulla sezione è opportuno posare una geostuoia antierosiva.
Le geostuoie, materiali oramai entrati nella pratica progettuale delle
opere in terra o più in generale degli interventi sul territorio, sono
dei geosintetici tridimensionali di spessore generalmente varia-
dove:
R = A/P = raggio idraulico;
A = area bagnata;
P = perimetro bagnato.
Nel caso di un canale a sezione trapezoidale, trigonometricamente
sussistono le seguenti relazioni:
Figura 2 - La funzione della geostuoia (Enkamat Design Guide)
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bile tra 10 e 20 mm.
Realizzati con filamenti sintetici, simulano le radici costituendo uno
strato di rinforzo per il terreno e successivamente alla formazione del
cotico erboso un elemento di aggrappo per gli apparati radicali.
Poiché esistono diversi modelli e soluzioni, il dimensionamento della
geostuoia deve basarsi sulle seguenti analisi:
condizioni critiche (velocità corrente e tensioni tangenziali) a breve
termine prima della crescita del cotico erboso;
condizioni critiche a lungo termine con cotico erboso sviluppato;
durata dell’intervento (comportamento a lungo termine del materiale);
condizioni climatiche (temperature minime e massime);
rischi ambientali (per esempio gli incendi).
Per valutare l’idoneità di un materiale alle velocità critiche, dopo aver
inserito gli adeguati coefficienti di scabrezza nelle diverse condizioni
di calcolo, è necessario utilizzare specifici grafici forniti dal produttore
delle geostuoie al fine di verificare se il materiale scelto è in grado
di soddisfare la sua funzione antierosiva.
Successivamente, sarà opportuno valutare la durata del materiale a
lungo termine e il suo comportamento agli shock termici stagionali ed
Figura 5 - La fase di posa della geostuoia Enkamat intasata in sito con
ghiaino (Foto dell’Ing. Polverino)
Figura 3 - Il grafico per condizioni non rinverdite (Enkamat Design Guide).
Sponde con vegetazione (situazione a medio-lungo termine):
Settore c-d (o 7220 intasato) Enkamat 7020 intasato; Settore b-c Enkamat
A20; Settore a-b a copertura erbosa buona da copertura erbosa scarsa
Figura 6 - La fase rinverdita (Foto dell’Ing. Cornelini)
ai rischi ambientali. Fra le diverse soluzioni adottabili, l’esperienza acquisita
in più di vent’anni di applicazioni ha confermato la validità tecnica
delle geostuoie in poliammide PA6, polimero in grado di resistere
molto bene alle temperature da –30° a +80°, con l’importante proprietà
autoestinguente se sottoposto al fuoco e rientrante nella classe B2.
Le strutture alveolari intasate
Nei brevi tratti a elevata pendenza dei fossi di guardia, in cui generalmente
si verifica un momentaneo incremento delle velocità dell’acqua,
il rischio erosivo è generalmente più elevato. In tali casi, in alternativa
al pietrame cementato o alle canalette in calcestruzzo, è possibile utilizzare
dei pannelli alveolari in HDPE preassemblati secondo le esigenze
di progetto. Tali pannelli, intasati con pietrisco o spaccato cava, evita-
Figura 4 - Il grafico per condizioni rinverdite (Enkamat Design Guide).
Sponde senza vegetazione (scelta del modello di geostuoia):
Settore c-d Enkamat A20; Settore b-c (o 7220 + ghiaino) ad Enkamat
7020 + ghiaino da Enkamat 7010 + ghiaino; Settore a-b (o 7220 +
terra) ad Enkamat 7020 + terra da Enkamat 7010 + terra
Figura 7 - La struttura alveolare posata (Foto Ritter)
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Figura 9 - L’infilaggio del geotessile Nicospan su pali in legno
Figura 8 - La struttura alveolare posata e intasata con pietrame (Foto Ritter)
no eccessive velocità del flusso sulle forti inclinazioni mantenendo al
contempo la permeabilità del sistema.
Figura 10 - La fase rinverdita con Nicospan e pali
Le palizzate e i geotessili
Questa soluzione è adottata nella realizzazione di fossi a parete
verticale dove gli spazi a disposizione non consentono sponde
inclinate, le velocità di corrente sono modeste (0,5-1,0 m/s)
ed il terreno di natura limo argillosa consente l’infissione di pali
in legno (generalmente resinose o castagno).
La tecnica prevede l’utilizzo abbinato di un geotessile fornito di
tasche e di pali di legno infissi ad un interasse di 50-80 cm. La
prima fase di posa prevede il fissaggio dei pali ed il posizionamento
del geotessuto sul primo paletto.
Steso il geotessile si provvede quindi a tenderlo mediante un apposito
martinetto sino a raggiungere un’allungamento del 6%;
successivamente, si procede ad infilare i paletti nelle tasche almeno
ogni 5 m. Lo spazio tra la sponda esistente e il tessuto è
generalmente riempito con sabbia grossolana di opportuna granulometria
nella parte immersa e con il terreno nella parte fuori
acqua al fine di favorire la crescita di un’idonea coltre vegetale
eventualmente anche mediante un attento inserimento di
talee di specie autoctone.
Conclusioni
La sensibilità ambientale richiede oggi anche per opere minori quali
i fossi di guardia scelte progettuali sostenibili.
In aiuto a tali necessità l’evoluzione tecnologica dei materiali e
l’utilizzo ragionato delle tecniche, dei materiali e della vegetazione
consentono di raggiungere gli obiettivi progettuali favorendo il
mantenimento dell’equilibrio del territorio.
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