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OPERE DI DIFESA COSTIERE : FINALITAOPERE DI DIFESA COSTIERE : FINALITA’’,,
TIPOLOGIE, CRITERI DI SCELTATIPOLOGIE, CRITERI DI SCELTA
Ing. Renata Archetti
DICAM, Università di Bologna
UniversitUniversitàà degli Studi di Bolognadegli Studi di Bologna
� La protezione delle coste: generalità
� Tipologie di opere di difesa costiere
� Consolidamento delle dune costiere
� Ripascimento
� Difese radenti
� Opere longitudinali: barriere emerse
� Opere longitudinali: barriere sommerse
� Opere trasversali: pennelli
� Opere di tipo integrato
� Caso studio: Lido di Dante (Ravenna)
IndiceIndice
� Morfologia della costa: lo “status quo” dipende da tendenze evolutive nel trasporto di sedimentida valutare a differenti scale temporali
� Differenza tra apporto di sedimenti e perdita di sedimenti nell’area in
esame determina lo stato (erosioneo accrescimento) del litorale
� Bilancio globale di sedimenti: da valutare su scala almeno annuale
(lungo termine)
� Stabilità locale di opere litoranee: breve termine
� Alterazioni delle dinamiche di trasporto solido:
� Cause naturali
� Costruzioni strutture costiere
� Modifica apporti solidi fluviali
La Protezione delle CosteLa Protezione delle CosteIl trasporto solido costieroIl trasporto solido costiero
La Protezione delle CosteLa Protezione delle CosteTrasporto solido longitudinale e trasversaleTrasporto solido longitudinale e trasversale
Protezione delle coste: ha lo scopo di modificare le dinamiche
di trasporto solido (prevalentemente longitudinalelongitudinale) per
arrestare fenomeni erosivifenomeni erosivi
LongitudinaleLongitudinale TrasversaleTrasversale
La Protezione delle Coste La Protezione delle Coste ErosioneErosione
La Protezione delle Coste La Protezione delle Coste ErosioneErosione
� Dune Costiere
� Ripascimento
� Difese Radenti
� Pennelli
� Barriere Sommerse
� Barriere Emerse
� Opere di Tipo Integrato
Opere di Difesa CostiereOpere di Difesa CostiereTipologieTipologie
Grado di
pesantezza
dell’opera
Opere di Difesa CostiereOpere di Difesa CostiereTipologieTipologie
Protezione delle Dune Costiere Protezione delle Dune Costiere GeneralitGeneralitàà
� Realizzate con:
� reti o staccionate di legno
� trapianto di vegetazione resistente
� Funzione attiva: esplicata dal vento
Protezione delle Dune Costiere Protezione delle Dune Costiere Tipologie ed esempiTipologie ed esempi
RipascimentoRipascimentoFunzioniFunzioni
� Allontanamento della linea di costa dal litorale
� Protezione della costa da inondazioni
� Uso ricreativo della spiaggia
� Protezione dell’ambiente naturale
RipascimentoRipascimentoDefinizioniDefinizioni
x
xa
Ru
h(x)hc
� xa Avanzamento di spiaggia
� Ru Max risalita
� hc Profondità di chiusura
RipascimentoRipascimentoInquadramento morfologico di area soggetta a ripascimentoInquadramento morfologico di area soggetta a ripascimento
� Rilievi batimetrici
� Composizione della spiaggia emersa e sommersa
� Condizioni del sottosuolo
� Marea
� Onde
� Correnti
� Venti
� Interferenze antropiche
� Informazioni qualitative (interviste, vecchie foto, sopralluoghi, etc…)
RipascimentoRipascimentoReperimento del materialeReperimento del materiale
� V = xa (Ru + hc) Ordine di grandezza del volume di materiale necessario
� Fissatoxa, conoscendo Ru e hc,, si calcolaV
� Perché un ripascimento sia efficace,V = 100 m3 / m
� Reperimento del materiale:
� Dragaggi (porti, canali) (1.5 ÷ 2 € / m3) [impuro]
� Materiale di cava (10 ÷ 15 € / m3) [pulito]
xa
Ru
hc
RipascimentoRipascimentoCalcolo dei volumiCalcolo dei volumi
xxa
Ru
h(x)hc
materiale) del funzione (
32
=⋅=
A
xAh
23
11
32
11 1)
=⇒⋅=
A
hxxAh
( )2
3
22
32
22 2)
+=⇒−⋅=
A
hxxxxAh aa
( )∫ −= u
c
R
hdhxxV 12
RipascimentoRipascimentoCaratteristiche profili dopo ripascimentoCaratteristiche profili dopo ripascimento
Materiale importato + fine del materiale di spiaggia:
A2 < A1
Materiale importato + grossolano del materiale di spiaggia:
A2 > A1
RipascimentoRipascimentoFattori di correzioneFattori di correzione
Ra (fill factor) = Vi / Vo Rj (renourishment factor) = ti / to
RipascimentoRipascimentoMetodologieMetodologie
� Ripascimento da terra (materiale di cava)
� Ripascimento da mare (dragaggi)
RipascimentoRipascimentoRipascimento da mareRipascimento da mare
Difese RadentiDifese RadentiGeneralitGeneralitàà
� Disposte parallelamente alla riva nella parte di spiaggia emersa
� Diretta difesa di abitazioni, strade, ferrovie lungomare
� Realizzate con:� rivestimenti a scogliera
� massi cementati
� gabbioni articolati
� muri verticali
Difese RadentiDifese RadentiTipologieTipologie
Difese RadentiDifese RadentiEsempioEsempio
Difese RadentiDifese RadentiSezione tipicaSezione tipica
Barriere EmerseBarriere EmerseTipologieTipologie
Barriere EmerseBarriere EmerseEsempiEsempi
Barriere EmerseBarriere EmerseSezioni tipicheSezioni tipiche
Barriere EmerseBarriere EmerseTrasmissione ondeTrasmissione onde
(da Tanaka, 1976)
•Wave Reflection and Transmission: when the water depth suddenly changes, part of the incident wave energy is reflectedin the direction opposite
to the incident wave direction, part energy continues to propagate (transmit) in the incident
wave direction. : incident wave height; : reflected wave height
: transmitted wave height
Reflection Coeff. ;
Transmission Coeff.
i r
t
rr
i
tt
i
H H
H
HC
H
HC
H
=
=
Barriere EmerseBarriere EmerseMaterialiMateriali
� Massi
� Legno
� Cemento
Barriere EmerseBarriere EmerseCriteri di progetto (di massima)Criteri di progetto (di massima)
� L’opera deve essere progettata in modo da garantire stabilità:
Verticale Orizzontale
� Smantellata
� Asportazione dei fini
� Compenetrazione del fondale
� Costipazione del fondale
� Erosione dei fondali in prossimitàdell’opera
Barriere EmerseBarriere EmerseStabilitStabilitàà dei massidei massi
� D Dimensione massi
� ρρρρs Densità massi
� αααα Pendenza gettata
� P Permeabilità sottofondo
Parametri opera Onda di progetto
� H Altezza d’onda
� T Periodo d’onda
Barriere EmerseBarriere EmerseForze sui massiForze sui massi
� F l Forza lift
� Fd Forza drag
� FI = Fl + Fd Forza Idrodinamica
Destabilizzanti
� G Peso immerso del masso
Stabilizzanti
FI
G
F l
Fd
FI = ρρρρ ub2 Ds
2
G = (ρρρρs – ρρρρ) g Ds2
Il masso è stabile se la risultante delle forzecade all’interno del perimetro d’appoggio
Barriere EmerseBarriere EmerseNumero di stabilitNumero di stabilitàà
Con: ub = velocità massa d’acqua ≈ (ghb)0.5 ≈ (gH0)
0.5 ≈ (gH0’)0.5
∆ = (ρs – ρ) / ρ ≈ 1.5÷ 1.8
H’0 = H ’
0s
Ds = Dn50 = (M50 / ρ) 1/3
( ) 50
'0
'0
3
2
n
s
sss
sbIs D
H
D
H
Dg
Du
G
FN
⋅∆=
⋅∆=
⋅⋅−⋅⋅==
ρρρ
Ns < 1 STABILE
Ns > 3 NON STABILE
Barriere EmerseBarriere EmerseRegola dei FiltriRegola dei Filtri
anfn DD 5050 4
1>
� Mantellata costituita da doppio strato di massi
� Il fine non deve passare attraverso i meati tra masso e masso
� Criteri di dimensionamento filtro:
af MM 5050 64
1>
� In realtà si usa:
af MM 5050 2010
1
−>anfn DD 1585 4
1>
Barriere EmerseBarriere EmerseIndicatori di dannoIndicatori di danno
� Misura della nicchia di erosione S = Ae / Dn502
� Valutazione del numero di massi rimossi Nod = Nd / (B / Dn50)
S = Nd Dn50 / nB = 1/n Nod
S ≈≈≈≈ 2 Nod
Ae
Ae =Nd Dn503/nB
Barriere EmerseBarriere EmerseFormule di stabilitFormule di stabilitàà
Formula di Hudson
� Considera critico il danno quando 5% dei massi è rimosso dalla mantellata
� Tiene conto di:- pendenza gettata α
- onda di progetto H’0s
- caratteristiche massi ∆, Dn50
- forma e disposizione massi KD
� Difetti: - non considera periodo onda
- non considera numero onde (durata mareggiata)
- basata su test con onde regolari
( ) 31
cotgα⋅= DK50
'0
n
ss D
HN
⋅∆=
Barriere EmerseBarriere EmerseFormule di stabilitFormule di stabilitàà
Formule di Van der Meer
5.01.018.02.0
50
'0 2.6 −− ⋅⋅⋅⋅=
⋅∆= ξNPS
D
HN
n
ss
( ) p
n
ss NPS
D
HN ξα ⋅⋅⋅⋅⋅=
⋅∆= −− 5.01.013.02.0
50
'0 cotg4.1
Onde frangenti
Onde non frangenti
=
2'0
2
tg
gTH s
παξCon: N = Numero di onde
Barriere EmerseBarriere EmerseDimensioni e materiali dei massiDimensioni e materiali dei massi
3
1
1'0
50 =⋅∆
=ss
n
NH
D ( )m 3 se '0 =sH
1.5 =∆
1 =sN⇒ ⇒
Materiali utilizzati in Italia:
� Tout Venant Materiale non meglio specificato fine (< 50 kg)
� Pietrame di cava 50 ÷÷÷÷ 100 kg
� I Categoria 0.5 ÷÷÷÷ 1 t
� II Categoria 1 ÷÷÷÷ 3 t
� III Categoria 3 ÷÷÷÷ 6 t
� IV Categoria 6 ÷÷÷÷ 10 t
m 150 =nD
Barriere EmerseBarriere EmerseMeccanismi di rotturaMeccanismi di rottura
Barriere EmerseBarriere EmerseFormazione saliente / tomboloFormazione saliente / tombolo
Barriere EmerseBarriere EmerseFormazione saliente / tomboloFormazione saliente / tombolo
l
s
x estensione tombolo
l modulo
s distanza da riva
x
(da Hsu and Silvester, 1990)
Formazione tombolo:l / s > 2
Barriere SommerseBarriere SommerseFunzioniFunzioni
� Spostamento della zona dei frangenti da riva alla
struttura
� Smorzamento moto ondoso entro la struttura
� Riduzione trasporto long-shore e cross-shore
� Cattura delle sabbie
� Creazione di una zona d’ombra dietro la struttura
� Contenimento delle sabbie di ripascimento
Barriere SommerseBarriere SommerseSezioni tipicheSezioni tipiche
mwl
mwl
Barriere SommerseBarriere SommerseEsempiEsempi
Barriere SommerseBarriere SommersePrincipio di funzionamentoPrincipio di funzionamento
l
B
F0F
F x l = F0 x B
⇓⇓⇓⇓
F < F0
Barriere SommerseBarriere SommerseParametri di progettoParametri di progetto
� B / l (Rapporto di SWELL)
B / l = (10÷50)%
� l / s
l / s < 2 onde uniformi
l / s > 2 formazione tombolo
l
B
s
B varco
l modulo
s distanza da riva
In Adriatico:
B / l ≈≈≈≈ 20%
l / s ≈≈≈≈ 1.5
Barriere SommerseBarriere SommerseEffetti indesideratiEffetti indesiderati
� Correnti di ritorno (return currents) alle estremità
� Correnti di ritorno nelle aperture
� Correnti indotte long-shore
� Piling-up (P) dietro la struttura
P ⇓⇓⇓⇓
Erosione localizzata (estremità ed aperture)
Correnti di ritorno filtranti attraverso la struttura
� Problemi di qualità delle acque dietro la struttura
PennelliPennelliFunzioni Funzioni –– Principio di funzionamentoPrincipio di funzionamento
� Impedire e/o annullare trasporto long-shore
PennelliPennelliFunzioni Funzioni –– Principio di funzionamentoPrincipio di funzionamento
� Impedire e/o annullare trasporto long-shore
PennelliPennelliEsempiEsempi
PennelliPennelliEsempiEsempi
PennelliPennelliSezione tipica Sezione tipica –– materiali materiali -- formeforme
� Massi
� Legno
� Cemento
PennelliPennelliCriteri di progettoCriteri di progetto
Spaziatura insufficiente
Spaziatura corretta
Spaziatura eccessiva
Pennello terminale
d
l
� d / l
d / l = 2÷3
� l correlata alla quantità di trasporto da intercettare
� 2 pennelli / anno (stagione)
� Successione temporale contraria alla direzione del trasporto
Direzione trasporto Ordine
costruzione
PennelliPennelliEffetti indesideratiEffetti indesiderati
Elevata agitazione ondosa
Schermatura onde
⇒⇒⇒⇒
Erosione
Deposito ⇒⇒⇒⇒
Direzione trasporto
Opere di Tipo IntegratoOpere di Tipo IntegratoSistema barriera + pennelli + ripascimentoSistema barriera + pennelli + ripascimento
� Distribuire su fascia costiera + ampia l’effetto di
attenuazione del moto ondoso
� Maggiore flessibilità e durabilità
� Assicurazione dei moderni requisiti paesaggistici,
ricreazionali, ecologici
Opere di Tipo IntegratoOpere di Tipo IntegratoSistema barriera + pennelli + ripascimentoSistema barriera + pennelli + ripascimento
Difese CostiereDifese CostiereStudio preliminare di dinamica del litoraleStudio preliminare di dinamica del litorale
� Analisi preliminare
� Reperimento dati
� Caratterizzazione unità fisiografica
� Analisi caratteristiche meteomarine e sedimentologiche
� Formulazione schema evolutivo del litorale
� Bilancio globale sedimenti nell’unità fisiografica
� Scelta tipologia intervento/i da eseguire
� Analisi critica tipologie
� Individuazione sequenza temporale ottimale per realizzazione
intervento
Difese CostiereDifese CostiereQuale opzione scegliere?Quale opzione scegliere?
� Redistribuire i sedimenti o integrare un deficit?
� Consolidare lo stato di fatto o ripristinare la spiaggia?
� Relativa importanza dei fattori:
� Escursione marea
� Trasporto litoraneo longitudinale e trasversale
� Ampiezza zona litoranea
� Tenere conto di zone limitrofe all’intervento: effetti
indesiderati
Difese CostiereDifese CostiereSchema di un processo decisionaleSchema di un processo decisionale
Difese CostiereDifese CostiereOpzioni possibiliOpzioni possibili
Difese CostiereDifese CostiereEffetti di scelte diverseEffetti di scelte diverse
Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Sistema barriera + pennelli + ripascimentoSistema barriera + pennelli + ripascimento
� Piccolo ripascimento protetto lungo riva da pennelli pre-esistenti e da una
barriera sommersa parallela alla riva
� Inizio intervento: 1995
� Fine intervento: 1997
� 600 m di spiaggia protetta
� 80 000 m3 di ripascimento previsto
� 120 m3/m versati effettivamente
� 770 m di barriera sommersa
� Interventi correttivi: terminati nel 2001
Caso Studio 1: Lido di Dante (Ra)Caso Studio 1: Lido di Dante (Ra)Localizzazione e vista dLocalizzazione e vista d’’insiemeinsieme
Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Pianta con dettagli operePianta con dettagli opere
Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Foto aereaFoto aerea
Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caratteristiche barrieraCaratteristiche barriera
� Lunghezza barriera 770 m
� Sommergenza 0 m swl in assenza di marea
� Larghezza cresta 12 m
� Massima escursione marea 0.8 m
� Apertura 30 m
� Struttura in massi naturali
� Distanza da linea di riva 180 m
� Estensione pennelli estremi con tratto sommerso
Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Sezione caratteristicaSezione caratteristica
Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Prima e dopo il ripascimentoPrima e dopo il ripascimento
Prima ripascimento Dopo ripascimento
Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Effetti indesiderati: erosione fuori dalla cella protettaEffetti indesiderati: erosione fuori dalla cella protetta
Erosione generalizzata a nord Erosione localizzata a sud
Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)MonitoraggioMonitoraggio
� Clima meteomarino al largo da dati piattaforme AGIP e Aereonautica Militare + nuovo ADCP in prossimitàdell’area di studio
• Onde
• Vento
• Marea
� Idrodinamica attorno alla barriera• Correnti
• Onde
• Livello mare
� Morfologia spiaggia emersa e sommersa
Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)MonitoraggioMonitoraggio
Misure lagrangiane di correnti
Modellazione numerica
Misure euleriane di correnti
Analisi d’immagine
BibliografiaBibliografia
� Coastal Engineering Research Centre CERC (1984) “Shore
Protection Manual” 4th ed. U.S. Govt. Printing Office, Washington
D.C.
� CUR (1987) “Manual on Artificial Beach Nourishment” Report 130
Rijkwaterstaat / Delft Hydraulics, ISBN 90 212 60786
� Fredsoe J. and Deigaard R. (1992) “Mechanics of Coastal Sediment
Transport”, World Scientific Publishing
� Goda Y. (1985) “Random Seas and Design of Maritime Structures”,
University of Tokyo Press
� ENEL-DSR-CRIS (1996) “Corso su Regime e Protezione dei
Litorali”, Milano 6-10/5/1996
� Pilarczyk K.W. and Zeidler R.B. (1996) “Offshore breakwaters and
shore evolution control “, Balkema, ISBN 90 5410 627 1
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