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INDICE

PREMESSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . pa

RILIEVI E DATI NECESSARI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CARATTERISTICHE DEL PARAGGIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Batimetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 Indagine geotecnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.2.1 Richiamo delle nonne vigenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3 Regime dei venti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.3.1 Misure e registrazione del vento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3.2 Presentazione ed uso dei dati di vento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.4 Regime delle onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . >2.1.4.1 Caratterizzazione delle onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ . 2.1.4.2 Misure e registrazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ 2.1.4.3 Ricostruzioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.4.4 Uso e presentazione dei risultati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . >2.1.4.5 Determinazione dellonda di progetto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _

2.1.5 Regime delle correnti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.5.1 Misure, registrazioni e stime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.5.2 Presentazione ed uso dei dati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.6 Livello del mare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.6.1 Osservazioni di marea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . >2.1.6.2 Analisi dei dati di misura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.7 Trasporto dei sedimenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ _ >2.1.7.1 Misure di trasporto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . >

LE DIGHE MARITTIME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TIPOLOGIA E CRITERI DI SCELTA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.1 Requisiti fondamentali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.2 Terreni di fondazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1.3 Materiali da costruzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.4 Tipologie e generalit sulla scelta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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8Scopo delle istruzioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Definizioni e simboli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Inserimento ambientale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3.2

3.3

4.4.1

4.2

DIGHE A GETTATA (O A SCOGLIERA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ pa3.2.1 Configurazione e classificazione . . _ . . . . _ _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ >3.2.2 Funzioni delle varie parti delle dighe a gettata . . . _ . _ . . _ . . _ _ . . . . . . . . _ . >

3.2.2.1 Nucleo 0 corpo . . . . . _ . _ . . . . . . _ . . . . _ . _ _ _ . . . . . . . . . . . . . . . . . _ _ 3.2.2.2 Strati di transizione _ . . . _ . . . . _ . . . . . _ . . . . . . . . _ . . _ . . _ _ _ _ . . _ _ . >3.2.2.3 Rivestimenti e mantellata . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ . . . . . . . . _ . . . . . . 3.2.2.4 Coronamento . . . . . . . . . . _ . . . . _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ . . . _ _ _

3.2.3 Testata delle dighe a gettata . _ . . _ . _ _ . _ _ . . . _ . _ . . _ . . _ . _ _ . . . . . _ . . _ _ _ 3.2.4 Condizionamenti al progetto derivanti dalle modalit di esecuzione _ . . . . _ 3.2.5 Modalit di danneggiamento di unopera a gettata _ . . _ . . . . . . . . . . _ . . . . >3.2.6 Dimensionamento delle opere a gettata . . . _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ _ . _

3.2.6.1 Dimensionamento con criteri probabilistici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ _ 3.2.6.2 Formule per la verifica di stabilit . . . _ . . . . . . . _ . . _ . . _ . _ _ . . . . . _ _ 3.2.6.3 Verifiche di stabilit del massiccio di coronamento . . . . . . . _ . . . _ _ _ 3.2.6.4 Valutazione dellaltezza di risalita dellonda e del1entit della tracimazione >

3.2.7 Verifica di stabilit globale . . _ _ . . . . . . . _ . . . . . . _ .W . . . . . . . . . . . . . . . . _ _ >

DIGHE A PARETE . . . . . _ . . . . . . . . . _ . . . . _ . . . . . _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ _ 3.3.1 Tipologia . . . . _ . . . . . _ . . . _ _ . _ . . . . _ . . . . . . . . . . . . . . _ _ . . . . . . . . . . . . .

3.3.1.1 Caratteristiche costruttive . _ . _ . . _ . . . . . _ . . . _ . . . . _ . . . . _ . . . _ . _ . 3.3.1.2 Cause di danneggiamento di una diga a parete . . . . . . . . . . _ . . . . . _ _ >

3.3.2 Dimensionamento delle dighe a parete soggette allazione di onde non frangenti 3.3.2.1 Le forze . . . . . . . _ . . . . . . _ . . . . _ _ . . . . . . . . _ . . . _ . . . . . . . _ . . . . _ _ >>3.3.2.2 Le verifiche di stabilit . . . . _ . . _ . . . . . . _ . . . . . . . _ . . . . . . . . . . . _ .

3.3.3 Dimensionamento delle dighe soggette all'azione di onde frangenti . _ . . _ . 3.3.4 Dimensionamento della scogliera di fondazione . . . _ . . . . . . . . . . . _ . . . . _

3.3.4.1 La protezione del piede lato mare . . . . _ _ . . _ . _ . . . . . . _ . _ . . . _ . _ _ _ >3.3.4.2 La protezione contro Pescavazione al piede dell'imbasamento . _ _ . _

3.3.5 Dimensionamento del coronamento . . . . . . . . . . . _ . . . _ . . . _ . . . . . _ . _ . . _ >

PROVE SU MODELLO . . . _ . . . . . . . . . . . . . . . . _ . . . . . . . . _ . . . _ . . . . . . . . _ . >MODELLI FISICI DI FRANGIFLUTTI . . . . _ . . . . . . . . . . . . . . . . . _ . . . . _ _ 4.1.1 Generalit _ . _ . . . . . . . . . . . . . . . . _ . _ . . _ _ . . . . _ _ . . . . _ . . . . . . . . . _ . . . . >4.1.2 Dati, risultati e programma delle prove _ . . . . . . . . . _ . . . . . _ . . _ . . . _ . . _ _

MODELLI MATEMATICI DI FRANGIFLUTTI . . . _ . . . . _ . . . . . . . . _ . . . _

APPENDICE . _ . . . . . _ . . . . . . . _ . . _ . . . . . _ . . . . . . . . . . _ . . _ . . _ . . . _ . . . . . . . . _ . LISTA DEI SIMBOLI . . . . _ . . . . _ . . . _ _ . . . . . . . . _ . . . . . _ . . . . _ _ . . _ _ . . . . . _ . . .

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1. PREMESSE

- 1 _ 1 SCOPO DELLE ISTRUZIONI

Le presenti istruzioni costituiscono una guida alla progettazione delle dighemarittime.

1 _ 2 DEFINIZIONI E SIMBOLI p

Per le definizioni ed i simboli si fatto riferimento a quelli raccomandati dal PIANC-IAHR (1986).La lista riportata in appendice limitata ai simboli necessari per la lettura dellepresenti istruzioni.

1 _ 3 INSERIMENTO AMBIENTALE

Le condizioni ambientali sono dati essenziali di progettazione. La loro valutazione necessaria per la scelta della soluzione di progetto che deve essere confortata,tuttavia, anche da una analisi tecnico economica.Fra questi dati vengono citate principalmente le caratteristiche del paraggio,meteomarine e dei fondali.

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2. RILIEVI E DATI NECESSARI

Requisito fondamentale per la progettazione di una qualunque opera a mare lacorretta identificazione dei fenomeni che ivi si manifestano, di quelli a cui l'operasar esposta e di quelli causati dall' opera stessa, nonch la idonea quantificazionedi tutti questi. _All'atto del progetto si dovr pertanto accertare la idoneit dei dati gi disponibili eprovvedere alla raccolta delle informazioni necessarie per consentire una adeguatavalutazione dei parametri di progetto e per valutare il comportamento e l'impattodell'opera sull'ambiente circostante.

2 _ 1 CARATTERISTICHE DEL PARAGGIO

2.1.1 Batimetrie

l rilievi batimetrici, che individuano il fondale, vengono normalmente riferitiplanimetricamente ed altimetricamente alla rete geodetica nazionale e comunque acapisaldi a terra.Ove il riferimento alla rete nazionale non sia economicamente giustificatodall'importanza dell'opera, questo sar fatto ai soli capisaldi locali.ll caposaldo di riferimento verticale deve di norma essere collegato, direttamente otramite la rete di livellazione, ad un mareografo o ad un dispositivo di misura dellamarea nel paraggio, per cui le quote riportate negli elaborati cartografici debbonoessere riferite al livello medio mare. Per alcuni punti del rilievo si dovr annotare iltempo (ora e minuti) in cui questi vengono effettuati ed il loro numero deve esseresufficiente (ad es. almeno uno ogni mezz'ora) per effettuare il ragguaglio al mediomare per tutti i punti rilevati.ln aree subsidenti dovr essere precisato l'anno in cui il medio mare stato assuntocome riferimento.Le quote del fondale marino riferite al medio mare verranno indicate con numerinegativi.

l rilievi batimetrici possono essere effettuati:

misurando con scandaglio tradizionale a fune; utilizzando un ecoscandaglio; con scandaglio sonar laterale.

La distanza fra i profili topografici scelta in relazione allo scopo del rilievo, allaprofondit ed alla natura del fondale.I profili vanno scelti in relazione alle finalit del rilievo; al fine di determinare, comed'uso, le linee batimetriche il pi esattamente possibile, la direzione dei profili deverisultare ortogonale alla direzione presunta delle batimetriche.Per la costruzione di opere il rilievo batimetrico dovr essere dettagliato cos daprodurre carte in scala da 12500 a 1:2000 o con denominatore inferiore.

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2.1.2 Indagine geotecnica

L'indagine geologica e geotecnica ha lo scopo di raccogliere tutti i dati qualitativi equantitativi occorrenti per il progetto, per il controllo dell'opera nel suo insieme ed inrapporto al terreno. Essa comprende la raccolta dei dati geologici, geofisici egeotecnici esistenti, nonch l'esecuzione di sondaggi, prove in situ e prove dilaboratorio per determinare la natura e la successione dei terreni del sottosuolo(profilo litostratigrafico) e le loro propriet fisioo~meccaniche.

L'indagine in situ dovr di norma comprendere le seguenti operazioni:

rilievo dei fondali con ubicazione dei punti d'indagine;-0 sondaggi con prelievo di campioni (rimaneggiati e/o indisturbati) adeguati per

numero e qualit; rilievo delle falde idriche; prove di carattere meccanico (S.P.T.,Vane Test);

~ prove penetrometriche di vario tipo (dinamiche, statiche, statiche con piezocono); prove nel laboratorio di cantiere (pocket penetrometer, ton/ane).

I risultati delle indagini in situ vanno documentati con:

una planimetria generale, sulla quale saranno riportati i punti d'indagine rilevatitopograficamente;

i profili stratigrafici, la posizione e il tipo di eventuali falde idriche, i risultati dellemisure eseguite unitamente ai particolari esecutivi, il tipo e le caratteristiche delleattrezzature impiegate, notizie degli avvenimenti particolari verificatisi durantel'esecuzione dei lavori;

diagrammi penetrometrici con il tipo e le caratteristiche delle attrezzature edelle modalit esecutive delle misure.

ll programma delle prove di laboratorio dovr comprendere prove di identificazione,prove idrauliche e meccaniche in campo statico e dinamico.

2.1.2.1 Richiamo delle norme vigenti

L'indagine geotecnica va condotta seguendo le "Norme Tecniche riguardanti leindagini sui terreni e sulle rocce, la stabilit dei pendii naturali e delle scarpate, icriteri generali e le prescrizioni per la progettazione, l'esecuzione ed il collaudo delleopere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione" (D.M. LL_PP. 11.3.1988Suppl_ Ord. alla G_U. 1.6.88 n. 127) e le istruzioni corrispondenti (Circ. LL_PP.24.9.88 n. 30483).Utili indicazioni a tale; proposito sono dettate dalle "Raccomandazioni sullaprogrammazione ed esecuzione delle indagini geotecniche" (giugno 1977) e le"Raccomandazioni sulle prove geotecniche di laboratorio" pubblicate nel maggio1990 in edizione provvisoria a cura dell'Associazione Geotecnica Italiana (A.G.l.).

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2.1.3. Regime dei venti

2.1.3.1 Misure e registrazione del vento

l venti vengono misurati da stazioni fisse collocate sulla terra ferma e dalle navi intransito. ILe registrazioni dei venti si riferiscono usualmente sia alle raffiche che ai valori medi(sui 10 minuti precedenti l'ora attribuita al rilievo). Per i fini preposti prevalentel'interesse per quest'ultimi_I dati di vento medio sono utilizzati per ricostruire singole mareggiate o per ricavarnela statistica.

A tal fine le informazioni necessarie od opportune sono:

a) lunghezza dell'area di generazione (fetch) delle onde che interessano il paraggio;b) serie storiche di direzione e intensit del vento e statistiche nel paraggio in

esame;c) serie storiche e statistiche del vento nell'area di generazione;d) forme tipiche e traiettorie delle perturbazioni che interessano I' area di

generazione;e) statistica dei valori di pressione atmosferica ( per valutare l'associata

componente della sopraelevazione del rilievo marino nel caso di burrasca e invicinanza della costa - storm surge).

Le informazioni a) e b) dovranno essere sempre raccolte, le informazioni c) e d) dinorma per le opere di qualche importanza, la e) in relazione all'opportunit divalutare concomitanti manifestazioni di marea meteorologica.

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verificare la idonea collocazione della stazione; ragguagliare il vento osservato al vento spirante sul mare alla quota

anemometrica standard (10 m s.m.).

ln mancanza di osservazioni sui venti od in sostituzione di queste possono usarsiinformazioni sulla distribuzione di pressione al suolo (carte bariche). Esse fornisconouna valutazione indiretta spazialmente mediata del campo di vento. La trasposizionein termini di vento fornisce risultati approssimati, utili peraltro per ricostruire il vento inmare aperto in assenza di ossen/azioni dirette.

2.1.3.2 Presentazione ed uso dei dati di vento

Le serie storiche usuali comprendono le osservazioni orarie o triorarie del ventomedio (velocit e direzione) e la massima intensit sotto raffica.

Tali dati sono impiegati per:

valutare la statistica di base con tabelle di distribuzione delle osservazioni(singole) su intensit e direzione;

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preparare una rosa dei venti con la rappresentazione grafica della suddettatabella.

All'indicazione grafica del settore di traversia va aggiunto il diagramma polare deifetch e quello della rosa dei venti (con le percentuali di frequenza ed intensit).

2.1.4 Regime delle onde

Per il progetto di un frangiflutti, come di ogni altra opera esposta al mare, interessavalutare principalmente le probabili condizioni estreme di sollecitazione ondosa,mentre per i problemi inerenti la manutenzione dell'opera, o per valutarne ilfunzionamento in condizioni operative, sia in relazione agli effetti sulle navi, che sullamovimentazione dei sedimenti, interessano anche le onde di intensit ordinaria.Valori di azione ondosa frequenti dovranno altres essere assunti per le verifichedegli stati limite di fessurazione. Le onde possono essere misurate o ricostruite.Spesso le informazioni sono molteplici e non omogenee e pertanto esse debbonoessere omogeneizzate prima della comparazione e della sintesi statistica.

2.1.4.1 Caratterizzazione delle onde

Le onde appartenenti ad uno stato di mare hanno di regola carattere irregolare, nelsenso che non si presentano sempre uguali nel tempo, risultando variabileprincipalmente l'altezza e secondariamente il periodo (o la lunghezza).Per le onde regolari e ripetitive (denominate anche onde semplici) si danno ledefinizioni che seguono.

Si definisce come altezza la differenza di quota fra cresta e cavo, indicata con H.Per il periodo (indicato con T) si intende l'inten/allo di tempo intercorrente fra gliinstanti corrispondenti a due fasi successive ed uguali dell'onda (cresta, cavo,attraversamento di zero, ecc...).Per lunghezza d'onda (L) si intende la distanza nello spazio fra due linee di ugualfase.Per velocit di fase o celerit si intende la velocit apparente con cui si muovono leforme del profilo superficiale; essa per definizione uguale al rapporto L/T_Per velocit orbitale si intende la velocit delle particelle d'acqua; essa generalmente minore della celerit, valore che si raggiunge solo in condizioni difrangimento.Per velocit di gruppo si intende la velocit con cui si propaga un gruppo d'onde,essendo questa generalmente diversa dalla celerit o velocit con cui si propaganole singole onde.Per stato del mare reale (onde complesse) si intende il normale movimentoirregolare che caratterizza l' agitazione del mare. Esso caratterizzato da parametristatistici delle singole onde, intendendosi per onda l'oscillazione del livello liquido che definito da due successivi attraversamenti di zero (livello medio) nello stesso verso.

Tali parametri sono principalmente:

l'altezza d'onda significativa (HS): l'altezza media del terzo delle onde pi alte,(H1/3);

il periodo significativo (Ts): il periodo medio del terzo delle onde pi alte;

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l'energia totale per unit di superficie del mare (rapportata al peso specificodeIl'acqua), denotata come m0;

lo spettro di energia la legge di ripartizione deIl'energia totale della agitazionefra tutte le onde elementari che la compongono; pu essere dato sotto forma dispettro di frequenza, quando non si distingua fra le diverse direzioni dipropagazione (perch ad es. lo strumento di misura non fornisce indicazioni in talsenso), o come spettro bidimensionale di frequenza e direzione, che costituisceuna descrizione statistica completa dello stato del mare.

I parametri di base caratterizzanti l'intensit di un'ondazione sono il valore medioquadratico dello spostamento verticale della superficie libera (nrms = m/2) e l'altezzad'onda significativa HS.La distribuzione di frequenza delle altezze d'onda, quanto meno delle onde pi alte, ben rappresentata dalla distribuzione di Rayleigh, che fornisce la probabilit chel'altezza H sia minore di un valore assegnato H*

Pmb (H < H *)=1- exp [-2.0 (H * /HS )2]

HS normalmente pari a 3.6+3.8nrmS ed relativamente tanto pi piccola quanto pilargo lo spettro (un rapporto 4.0 corrisponde ad uno spettro di larghezza di bandapiccola).Il periodo medio delle onde pi alte indipendente dalla altezza e pari a TS; esso pi piccolo del periodo di picco Tp degli usuali spettri unimodali e pi grande delperiodo medio Tm e di attraversamento di zero TZ. Tali scostamenti crescono alcrescere della larghezza di banda. ln mancanza di informazioni specifiche sullospettro si potr assumere che i rapporti fra tali grandezze siano:

TP = Ts = Tm = Tz1.13 + 1.07 1.0 0.88 -:- 0.90 0.84 -:- 0.86

I doppi valori a denominatore corrispondono, il primo, a spettri normalmente larghi(spettro Pierson-Moskowitz per mare completamente sviluppato), il secondo, aspettri normalmente stretti (spettro Jonswap con fattore di intensificazione del piccopari a 3.3, valore medio per mare in fase di sviluppo).

2.1.4.2 Misure e registrazioni

Le misure strumentali dell'altezza d'onda possono farsi con dispositivi diversi:

boe acceleromefriche;misuratori di pressione;ecoscandagli inversi;ecoscandagli acustici;misura analogica o digitale della quota della superficie libera con metodi resistivio capacitivi.

Nel caso pratico di rilievo dell'onda irregolare in mare, occorre procedere a. . . - i . . . . \registrazioni alquanto lunghe, in quanto lerrore statistico di campionamento e

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inversamente proporzionale alla radice del numero di onde statisticamenteindipendenti presenti nella registrazione (dal 60 al 90% delle onde effettive).Dovrebbero pertanto essere presenti almeno 100 onde in ogni registrazione e diconseguenza la durata dovrebbe essere di almeno 10 minuti primi.La elaborazione statistica della registrazione pu essere effettuata a mano, tramite ilconteggio delle onde e la misura della quota della cresta pi alta e del cavo pibasso presenti nella registrazione. Tale metodo pu essere di fatto consigliato soloper le registrazioni brevi in cui la qualit della misura comunque condizionata dallalimitata lunghezza del rilievo.Si consiglia di norma l'acquisizione automatica dei dati e l'analisi nel dominiotemporale o nel dominio delle frequenze (analisi spettrale).

Per rilievi non direzionali dovranno essere acquisiti comunque:

a) nel caso di analisi nel dominio temporale:

0 altezza significativa delle onde; altezza media quadratica (di tutte le onde); periodo significativo; periodo d'attraversamento di zero (periodo medio fra gli attraversamenti equiversi

del livello medio);

b) nel caso di analisi spettrale:

0 energia (m0);0 frequenza media (fm);~ frequenza di picco (fp); dispersione adimensionale in frequenza (v) oppure, preferibilmente e fra loro

equivalenti, il primo minimo ed il successivo massimo della funzione diautocorrelazione, o l'ampiezza dell'inviluppo della funzione di autocorrelazione (ri)ad un lag (1) pari a mezzo periodo e ad un periodo intero (preferibilmentesignificativo ma anche medio o di picco).

Per rilievi direzionali, oltre alle suddette grandezze, dovr comunque essere fornita:

la direzione media di provenienza del mare;0 una misura della dispersione direzionale.

Nello studio statistico dei dati meteomarini non vanno dimenticate le osservazioni avista dello stato del mare (stima dell'altezza e direzione dell'onda, nonch la stimadell'onda lunga eventualmente presente) da punti a terra o da navi in transito. Lerelative informazioni, come noto, sono raccolte e diffuse dal Servizio ldrografico dellaMarina Italiana o da alcuni Servizi esteri, che operano in campo mondiale.Molto utili, ove disponibili, i dati di misure strumentali raccolti dal Servizio ldrograficoe Mareografico Nazionale mediante la rete ondametrica di recente installata, comeanche quelli della rete ENEL. _

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2. 1.4.3 Flicostruzioni

La ricostruzione delle onde viene pi generalmente effettuata per via indiretta sullabase del vento spirante nell'aria di generazione.I metodi di ricostruzione impiegati potranno essere sia del tipo integrato (checonsiderano I' agitazione ondosa al termine delI'area e della durata di generazione,presupponendo che su entrambe il vento sia uniforme) sia del tipo evolutivo(basantesi sul bilancio della energia ondosa, che evidenzia gli apporti dovuti al ventoe la dissipazione dovuta ai marosi) sia di tipo misto.Quando non si disponga di misure per la calibrazione, si dovr fare riferimento soloai metodi e relazioni ampiamente verificati in letteratura; ad es. possono considerarsitali i metodi SMB e JONSWAP fra quelli integrati ed il metodo NORSWAM fra quellievolutivi.

2.1.4.4 Uso e presentazione dei risultati

Ai fini dell'analisi, le osservazioni o ricostruzioni delle caratteristiche del moto ondosodovranno essere suddivise per classi omogenee. Quantomeno dovranno esseredifferenziati settori direzionali di estensione molto diversa opda cui provengono ventiassociati a perturbazioni di genesi diversa.I dati da cui la statistica desunta debbono normalmente riferirsi ad almeno 20 annidi osservazioni, e gli eventi rilevanti considerati non debbono di norma essere innumero minore di 30 in totale e di 10 per settore considerato.Qualora si disponga di osservazioni continue o semicontinue (numerose e distribuitein maniera abbastanza uniforme e densa nel tempo) si provveder a:

valutare la statistica di base con tabelle di distribuzione delle osservazioni(singole) su intensit (altezza) e direzione;

preparare una rosa del mare con rappresentazione grafica delle suddette tabelle.

In tutti i casi si provveder a: i

valutare settore per settore la correlazione esistente fra altezza e periododell'onda significativa e gli scostamenti probabili dalla relazione statistica,

valutare settore per settore gli eventi estremi, estrapolando i maggiori valoriosservati o ricostruiti con i metodi propri della statistica degli estremi (tracciamentodei punti osservati su opportuna carta probabilistica, adattamento delladistribuzione, estrapolazione dei valori desiderati);

considerare la persistenza del mare, analizzando la durata di mareggiate chesuperano alcuni predeterminati valori di soglia (ad es. 3, 4, 5._.m).

2.1.4.5 Determinazione dell'onda di progetto

Per ogni opera marittima si valuter la durata di vita presunta, in relazione al progettoin cui inserita, tenuto conto delle sue caratteristiche funzionali.Si valuter, inoltre, il livello di rischio o probabilit di superamento dell'onda diprogetto, tenuto conto dei danni che tali onde possono arrecare all'opera e dellapossibilit di ripristinare la normale funzionalit con operazioni di manutenzione.Per opere importanti, il livello di rischio ottimale potr proficuamente derivare da unavalutazione costi-benefici.

70

i

Si consigliano i valori riportati nelle seguenti tabelle.

Tabella 1. Durata minima di vita per opere o strutture di carattere definitivo (TV).

Tipo dell'opera Livello di sicurezza richiesto f'1 2 3

Vita di progetto (anni)Infrastrutture di uso generale 25 50 100Infrastrutture ad uso specifico 15 25 50

Per infrastrutture di uso generale si intendono opere di difesa di complessi civili,commerciali o industriali, che non siano destinati ad uno specifico scopo e per i qualinon chiaramente identificabile il termine della vita funzionale dell'opera. Perinfrastrutture ad uso specifico si intendono le opere di difesa di singole installazioniindustriali, di porti industriali, di depositi o piattaforme di carico e scarico, dipiattaforme petrolifere, ecc..._

ll livello di sicurezza 1 si riferisce ad opere o installazioni di interesse locale edausiliario, comportanti un rischio minimo di perdita di vite umane o di danniambientali in caso di collasso della stessa (difese costiere, opere in porti minori omarina, scarichi a mare, strade litoranee, ecc...). 1

ll livello di sicurezza 2 si riferisce ad opere ed installazioni di interesse generale,comportanti un moderato rischio di perdita di vite umane o di danni ambientali incaso di collasso dell'opera (opere di grandi porti, scarichi a mare di grandi citt,ecc...). I

Il livello di sicurezza 3 si riferisce ad opere o installazioni per la protezionedall'inondazone, opere di interesse sopranazionale, comportanti un elevato rischio diperdita di vite umane o di danno ambientale in caso di collasso della stessa (difesedi centri urbani o industriali, ecc...). *

Si assumeranno le probabilit corrispondenti al danneggiamento incipiente o alladistruzione totale in relazione alle deformazioni-modificazioni subite dall'opera incaso di danneggiamentoed alla difficolt di riparare il danno subito.Per strutture rigide (dighe a parete verticale), per le quali estremamente difficileriparare il danno, si assume la probabilit di distruzione totale.Per strutture flessibili o comunque per opere riparabili, si assume la probabilitcorrispondente al danneggiamento incipiente inteso come il livello didanneggiamento predefinito in relazione al tipo di struttura, al di sopra del quale ildanno apprezzabile e risulta necessario inten/enre con lavori di manutenzione.

71

il

i

ii

ll

Tabella 2. Massima probabilit di danneggiamento ammissibile nel periodo di vitaoperativa dell'opera (Pf).

Danneggiamento incipienteRischio per la vita umana

Limitato Elevato0.50 0.30

Media 0.30 0.20Alta 0.25 0.15

Ripercussione economicaBassa

Distruzione totaleRischio perla vita umanaLimitato Elevato

0.20 0.15Media 0.15 0.10.Alta 0.10 0.05

Ripercussione economicaBassa

Per queste opere si deve comunque verificare anche lo scenario di rovina totale,cio del superamento di un livello di danneggiamento predefinito in relazione al tipodi struttura, al di sopra del quale l'opera cessa di svolgere un'apprezzabile funzioneprotettiva.Per rischio limitato per la vita umana si intendono i casi in cui, a seguito deldanneggiamento, non logico prevedere alcuna perdita di vite umane. Quandoqueste perdite sono preventivabili, il rischio elevato.Per ripercussione economica bassa, media ed alta si intendono casi in cui il rapportofra i costi diretti del danneggiamento, sommati a quelli indiretti dovuti alla perdita difunzionalit delle opere protette ed il costo totale per la realizzazione dell'opera minore di 5, compreso fra 5 e 20 o maggiore di 20.La combinazione del tempo di vita dell'opera TV e della probabilit didanneggiamento Pf determina il tempo di ritorno dell'evento di progetto Tm:

Tm = T., / [-1n(1-1>f)]In relazione a questo tempo di ritorno, dalla statistica degli eventi estremi, sidesumer l'altezza d'onda di progetto, e dalla statistica altezza-periodo, il periodo diquesta.L'onda cos valutata ha approssimativamente la probabilit Pf) (detta ancheprobabilit di incontro) di essere superata nell'arco di vita dell'opera. ln relazione aquesta intensit della sollecitazione ondosa, si sceglier il valore caratteristico (aisensi degli eurocodici) della altezza d'onda come specificato nel seguito caso percaso; valore in relazione al quale dovranno essere assunti nei calcoli ulteriori marginidi sicurezza, che assicurino una probabilit di danneggiamento dell'operaeffettivamente prossima a Pf _

Tutto ci deriva dalla incertezza:

72

1

iiiiltti;_

0 delle caratteristiche stimate dell'onda di progetto; della intensit della sollecitazione effettiva per data onda sollecitante, cio del

modello dell'azione ondosa utilizzato nei calcoli;0 del comportamento dell'opera e della fondazione, cio dei modelli di verifica

strutturale e geotecnica utilizzati.

2.1.5 Regime delle correnti

Le correnti possono essere utilmente distinte in correnti di largo (foranee) e di riva(litoranee); le prime "ulteriormente in oscillanti o di marea ed in correnti quasipermanenti.Le correnti di marea in mare aperto hanno modesta intensit superando raramente0.2 mls (per i mari italiani).Le correnti da vento in mare aperto per perturbazioni della durata di due giorni circahanno intensit pari al 2 + 3% della intensit del vento e direzione deviata di 10 + 20circa a destra del vento (nell'emisfero Nord ed a sinistra dell'emisfero Sud) pereffetto della rotazione terrestre; per venti permanenti il rapporto pu crescere al 3 +4%.Anche le correnti di densit (dovute a differenze di salinit o temperatura) nonsuperano generalmente in mare aperto qualche decimo di mls.ln prossimit della costa, di capi o di stretti, tutte le correnti suddette possonointensificarsi in misura anche importante.Nella zona dei frangenti si sviluppano le correnti litoranee, mosse dal rilascio diquantit di moto che si verifica nei frangenti contestualmente alla dissipazione dienergia. La loro intensit supera frequentemente 1 mls; il loro verso legatoall'obliquit dell'onda e pu essere discorde da quello delle correnti di largo. Lecorrenti comunque non raggiungono mai intensit tale da produrre direttamente forzerilevanti ai fini della resistenza delle strutture neppure nella zona dei frangenti.ll loro effetto principale si manifesta nel trasporto dei sedimenti. I pi fini, che sitrovano in fondali relativamente elevati, risulteranno mossi dalle correnti di largo,mentre i pi grossolani, che formano la spiaggia emersa e sommersa, risultanoprevalentemente mossi dalle correnti litoranee.Le correnti hanno anche un ovvio effetto sulla navigazione. In corrispondenza dibocche portuali, spesso sede di brusche variazioni della intensit delle correnti, essepossono costituire un impedimento al perfetto controllo della rotta dei natanti.

2.1.5.1 Misure, registrazioni e stime

La misura della velocit delle correnti pu essere effettuata mediante: eliche o rotoria coppe (Savonius), sensori elettromagnetici e acustici. In alternativa, pu registrarsiil muoversi nel tempo delle masse d'acqua (traccianti).La misura istantanea con sensore normalmente effettuata da una postazione fissa.I correntometri elettromagnetici ed acustici forniscono direttamente le componenti delvettore velocit e sono pi indicati in presenza di onde.Per fornire un'immagine areale del campo delle correnti si possono impiegaredispositivi traccianti: ad es. una boa di segnalazione superficiale legata ad unacrociera posta ad una opportuna profondit.ll lancio di molti di questi dispositivi ed il rilievo della loro posizione in istantisuccessivi consentir la descrizione del campo delle velocit con una risoluzione

73

spazio temporale dipendente dal numero di elementi traccianti e dalla frequenza deirilievi.

2.1.5.2 Presentazione e uso dei dati

L'onere perla raccolta dei dati correntometrici spesso significativo. La campagna dirilievo deve essere accuratamente programmata, avendo in mente quale metodo diinterpretazione si intende adottare, cos da rilevare solo quanto sar maggiormenteutile o necessario. In particolare, utilizzando traccianti, la precisione necessaria per ilrilievo planimetrico dovr essere predeterminata, allo scopo di scegliere il metodocompatibile pi semplice ed economico.I risultati di misure con traccianti si trasporranno su una carta, evidenziando letraiettorie, le posizioni rilevate, gli spostamenti rilevati o interpolati in corrispondenzadi un preassegnato intervallo temporale.I rilievi areali del campo delle correnti non possono di fatto estendersi che a breviintervalli. Il monitoraggio della corrente in un punto opportuno del campo unitamenteal monitoraggio delle cause (livelli di marea, vento, agitazione ondosa) consente unainterpretazione ed estrapolazione pi agevole dei risultati, sopratutto nel caso in cuisi disponga di una statistica di medio o lungo periodo delle grandezze monitorate.La combinazione di alcune immagini areali e di registrazioni continue in pochi punticostituisce spesso una buona informazione per calibrare modelli matematici delmovimento delle masse d'acqua. Il modello calibrato costituir poi un utile strumentoper estrapolare i risultati del rilievo alla variet delle situazioni possibili.

2.1.6 Livello del mare

Per oscillazioni del livello del mare o maree si intendono oscillazioni della superficielibera aventi periodo superiore all'ora. Queste sono in parte dovute alla forza diattrazione gravitazionale dei corpi celesti (luna e sole in pratica), o all' azione dellapressione atmosferica ed al trascinamento del vento. La prima componente dettaastronomica ed ripetitiva e prevedibile, la seconda detta meteorologica ed aleatoria come tutte le grandezze meteorologiche.L'escursione della marea nei mari italiani modesta, mantenendosi il livello, salvocasi veramente eccezionali, fra -0.1 e +0.2m s.m.m.Le tavole di marea forniscono i coefficienti mareali e le previsioni di marea,presentate normalmente nella forma di coordinata temporale e livelli corrispondentialle alte e basse maree previste.La conoscenza del livello del mare di estrema importanza per molti fenomeni. Imassimi livelli influenzano la tracimazione sulle opere e l'altezza stessa delle ondequando questa limitata dal fondale per effetto del frangimento. I bassi livellipossono esporre all'azione dell'onda parti dell'opera normalmente sommerse oprotette daIl'acqua sovrastante, possono costituire impedimento per la navigazione,possono fare affiorare scarichi di fogna, fondali maleodoranti, ecc....Per tutti questi motivi su ogni sezione dell'opera, stante le norme vigenti, debbonoessere riportati i livelli del medio mare, della bassa marea e delI'alta marea tantoordinaria che straordinaria (D.M. 29/5/1895 - Regolamento per la compilazione deiprogetti....Artt.5 e 17).Per alta e bassa marea ordinaria si intende il livello medio delle alte e basse mareesizigiali (maree di maggior escursione verificantesi in prossimit dei giorni di lunapiena o nuova).

-\

74

_.

1L

Per alta e bassa marea straordinaria si intende il livello avente tempo di ritornovalutato come per l'onda di progetto. La probabilit di superamento Pf sar sceltadisgiuntamente per alta e bassa marea straordinarie in relazione a quanto si putemere negli scenari corrispondenti.

2.1.6.1 Osservazioni di marea

Le ossen/azioni vengono effettuate in un pozzetto che filtri le oscillazioni di breveperiodo (onde) tramite un mareografo a galleggiante, a gorgoglio d'aria, adultrasuoni, elettrico (capacitivo e resistivo) o con ecoscandaglio inverso. Qualunquesia lo strumento impiegato, esso dovr fornire una misura stabile nel tempo, essereinstallato su un supporto che dia garanzie di stabilit e riferito ad un caposaldo.Preferibilmente i dati mareografici debbono essere acquisiti automaticamente conscansione non superiore ad un'ora. In alternativa si provveder alla solaregistrazione su carta.I dati delle maree astronomiche per alcuni importanti siti vengono di norma forniti dalServizio Tecnico Nazionale ldrografico e Mareografico.

2.1.6.2 Analisi dei dati di marea

In presenza di un periodo sufficiente di registrazioni regolari si valuterannoz

il medio mare (media dei valori registrati);v i coefficenti mareali (ampiezza e fase delle componenti astronomiche di periodo

noto); le componenti basilari si possono ottenere da registrazioni di almeno 28giorni, mentre per ottenere stime complete ed affidabili occorre almeno un anno diregistrazioni;

la marea astronomica per sintesi delle componenti precedentemente identificate; la marea meteorologica per differenza fra la marea effettiva e la componente

astronomica;

In presenza di registrazioni su carta si determiner almeno l'ora ed il livello di tutte lealte e basse maree. La media aritmetica di tutti i valori suddetti fornisce una buonastima del medio mare. identificate le maree sizigiali si provveder a valutare l'alta ela bassa marea ordinaria come sopra definite.In presenza di alcuni anni di registrazioni, utilizzando una serie di almeno 30 valori(massimi annuali o eccedenze sopra una opportuna soglia), si determineranno con imetodi propri della statistica degli estremi le maree eccezionali.

2.1.7 Trasporto dei sedimenti

In tutti i casi, in cui il regime idrodnamico preesistente venga perturbato da operefondate a profondit non particolarmente elevate, dovranno essere valutati gli effettisul traspordo dei sedimenti e le modificazioni indotte da dette opere sui fondali.I trasporti pi intensi avvengono nella zona dei frangenti o zona litorale e rimangonoin essa contenuti; la profondit che limita a mare tale zona pari all'incirca al doppiodell'altezza d'onda significativa massima annuale e pu essere valutata con formuleempiriche, quali ad esempio quella di Hallermeier (desunta su base morfologica daesperienze su spiagge di sabbia quarzosa).

75

ri, = HS12 [2.2s - 68.511,12 /(gTS2)]

dove d1 la profondit sotto il livello di bassa marea, HS12 l'altezza d'ondasignificativa a riva con frequenza di eccedenza di 12 ore/anno e Ts l'associatoperiodo significativo.Trasporti meno intensi, ma ancora significativi, possono aversi fino a profondit circadoppia della precedente.Gli -agenti naturali che determinano il trasporto dei sedimenti sono essenzialmenteonde e correnti.Ove le onde siano presenti con intensit non trascurabile (quando la massimavelocit orbitale al fondo supera 0.15 mls circa), ad esse principalmente dovuto ilsollevamento delle particelle; alle correnti dovuto invece lo spostamento risultantedelle particelle. Quando le correnti, come nella zona dei frangenti, sono esse stessedeterminate dall'onda incidente, quest'ultima risulta l'unica causa indipendente deltrasporto.

2. 1. 7. 1 Misure del trasporto

La misura diretta del trasporto istantaneo di sedimenti operazione delicata e assailaboriosa. Essa pu essere effettuata attraverso l'impiego di trappole che catturino iltrasporto di fondo e attraverso la misura combinata di concentrazione e velocitmedia nella fase sospesa.Pi frequentemente vengono rilevate variazioni dei profili di spiaggia che per loronatura sono oggetto solo di erosione o deposito. Ad esempio, pu valutarsi ilcrescere nel tempo del volume sedimentato sopraflutto od eroso sottoflutto ad unpennello, che, estendendosi a profondit sufficiente, possa essere considerato uncompleto ostacolo al trasporto stesso: il volume apportato o asportato dall'area sottocontrollo eguaglia il volume depositato o eroso dall'area stessa.Indicazioni in situazioni pi complesse possono desumersi dallo spostamento diforme del fondo o con l'impiego di traccianti: sedimenti marcati aventi lo stessocomportamento sedimentologico dei sedimenti del fondo e la cui presenzaquantitativa pu essere successivamente rilevata, ad esempio sedimenti (radioattivi)colorati, sedimenti distinguibili per le propriet mineralogiche, ecc...In questi ultimi casi, la misura riguarda gli effetti cumulati fra due rilievi, spessoalquanto distanziati nel tempo.In tutti i casi, essendo il rilievo del trasporto una attivit assai laboriosa, esso devesempre essere posto in relazione a grandezze monitorate che siano espressive dellecause del trasporto stesso (onde, vento, correnti).Tutte le volte che si faccia uso di relazioni di bilancio della massa dei sedimenti,dovranno essere quantomeno stimate le voci del suddetto bilancio. Esse sono:

trasporto litoraneo; ,- trasporto solido fluviale; erosione di formazioni rocciose; trasporto verso il largo o dal largo; compensazione della subsidenza; trasporto eolico; escavazioni o ripascimenti artificiali; produzione biologica (conchiglie).

76

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3. LE DIGHE MARITTIME

3.1 TIPOLOGIA E CRITERI DI SCELTA

I dati necessari al progetto di una diga frangiflutti scaturiscono oltre che dallareperibilit dei materiali da costruzione, dalla conoscenza pi o meno approfonditadelle caratteristiche ambientali del paraggio. Si tratta essenzialmente di dati:

sulla morfologia e sulla stratigrafia dei fondali;sulle caratteristiche geotecniche dei terreni di fondazione;sulle condizioni mareali e correntometriche;sul clima meteomarino (moto ondoso e venti).

3.1.1 Requisiti fondamentali I

La funzione principale di una diga frangiflutti la protezione del bacino portuale edelle aree di manovra delle navi (porto ed avamporto), con una struttura che siastabile rispetto alle sollecitazioni indotte dal moto ondoso e dall'ambiente marino ingenere.Tale tipo di struttura pu avere anche altre finalit e produrre effetti non desiderati.Fra questi si ricordano:

il blocco parziale o totale delle correnti litoranee; l'arresto del trasporto solido litoraneo; l'esaltazione del moto ondoso per riflessione.

Nella scelta del tipo di opera necessario tener conto di questi effetti.I fattori che inducono alla scelta di un tipo piuttosto che di un altro sono numerosi edipendono principalmente: dal fondale, dal terreno di fondazione, dalla reperibilitdei materiali, dal sistema e dall'attrezzatura previsti per la costruzione.A parit di affidabilit tecnica pu essere determinante il fattore economico. Lavalutazione della spesa, infatti, per ciascuna delle soluzioni tecniche ritenutesoddisfacenti, costituisce la fase finale per individuare l'opera capace di assicurare lamigliore utilizzazione delle risorse finanziarie investite.

3.1.2 Terreni di fondazione

Il terreno di fondazione delle opere foranee spesso costituito da formazionirocciose o da terreni sedimentari vari, anche di accumulo recente.Questi ultimi sono rappresentati generalmente da formazioni coerenti (argille e limi) oda terreni incoerenti (ghiaie e sabbie). Per la stabilit delle fondazioni necessariosviluppare analisi in sito ed in laboratorio atte a determinare le caratteristiche fisico-meccaniche di tali terreni.

Si possono distinguere in linea generale quattro tipi di terreni:

1. ghiaie e sabbie, il cui comportamento pu essere caratterizzato dalla densitrelativa e dall'angolo di attrito interno. La delormabilit sotto forti carichi pu

77

rappresentare un fattore pi critico rispetto alla resistenza al taglio, in quanto ledeformazioni sono particolarmente influenzate dalle sollecitazioni cicliche edinamiche; ~

2. limi e limi sabbiosi, il cui comportamento caratterizzato dalle relazioni tra sforzi edeformazioni. Queste relazioni condizionano l'entit dei carichi ammissibili;

3. argille, consolidate normalmente o sottoconsolidate_ Nel primo caso la resistenzaal taglio non supera di norma il valore 100 kPa. Le argille sensibili possono esserenegativamente disturbate dalle operazioni costruttive; anche qui l'ammissibilit deicarichi trasmessi limitata dalle deformazioni;

4. argille sovraconsolidate, che sono caratterizzate da elevata resistenza al taglio ebassa deforrnabilit. Quando sono fessurate, possono avere un comportamentomeno favorevole.

Le verifiche di sicurezza della fondazione andranno effettuate anche in presenza disisma (per le zone sismiche) e richiedono la conoscenza di:

0 resistenza al taglio; andamento temporale sotto carico delle deformazioni anche in presenza di

eventuali liquefazioni; andamento temporale sotto carico della pressione nei pori dei terreni di

fondazione.

3.1.3 Materiali da costruzione

La realizzazione di opere marittime in difficili condizioni ambientali, l'elevatissimoimpegno tecnico ed economico richiesto per la costruzione obbligano il progettista aconsiderare attentamente il problema della scelta dei materiali e della durabilit diessi. Pertanto, vanno affinati gli studi sul comportamento dei materiali, dei singolielementi di mantellata e della intera struttura, in ambiente marino, nel corso deglianni. Nella progettazione si deve tener conto della reperibilit e della distanza diapprovvigionamento per idonei materiali da costruzione (cave di prestito, tout-venant,pietrame, scogli) ovvero della presenza di fabbriche (cemento, acciaio, bitume,materiali sintetici, ecc...) per la produzione di manufatti. Le caratteristiche di dettimateriali debbono essere descritte con ogni dettaglio nel capitolato specialed'appalto. ' ,

In particolare si richiamano, a titolo di esempio, le seguenti raccomandazioni:

1) Massi naturali (scogli). - I massi devono rispondere ai requisiti essenziali di buonaqualit, compattezza e durabilit. Devono essere esenti da fratture e piani disfaldamento e resistenti all'azione dell'acqua e del gelo. Prove specifiche sonorichieste per definire i parametri idraulici e strutturali di accettabilit. Si ricordano leprescrizioni per le seguenti grandezze:

0 peso dell'unit di volume (con valore non inferiore a 26 kNlm3); imbibizione (con valore inferiore al 3%); abrasione (con valore inferiore a 25% - LAV);~ forma compatta, per cui la dimensione maggiore deve essere inferiore a 2 volte

quella minore;0 resistenza a compressione semplice non inferiore a 30 kNlm2.

78

3"'U=,..e3^.%L_'-%..'.

l

ii

i

.l1I

ll diametro nominale Dn legato al peso W (0 alla massa) del masso ed al pesospecifico vr (o alla densit) del materiale dalla relazione:

Dn : (W/,Yr)l/3

esso cio il lato del cubo di ugual volume.

2) Conglomerati cementizi e malte. - Vengono usati per una vasta gamma di opere,dai massi artificiali per le scogliere e le banchine, ai calcestruzzi armati per icassoni e gli impalcati. E' noto come, anche attraverso l'impiego dei diversi additividisponibili in commercio, si confezionino calcestruzzi di resistenza assegnata e dicaratteristiche tali da corrispondere pienamente alle esigenze pi disparate(impermeabilit, non gelivit, finitura, ecc...). Ci consente di ottenere la garanziaattesa in termini di durabilit nel manufatto.Prescrizioni analoghe vanno inserite nel Capitolato Speciale anche per le malte.Sempre in merito alle strutture di calcestruzzo armato o semplice, si fa presenteche non tutte le parti di una stessa opera si trovano nelle medesime condizioni diesposizione agli agenti atmosferici. E' possibile distinguere le quattro diversetipiche zone di esposizione al clima marino illustrate in Fig.1 con il relativo rischiograficamente indicato.

Atmosferamarina

Vento carico di salsedine_____._____.___....`M____.._`_i`*''

"`.--'"..., .-_-_

_f I Strutture lontane dal mare

i-*(1. ' -'l"~'.' _Alta mama Azione ondosaQ

I Escursione di marea EBassa mar;ea I-*_ J

' SornmersaI Fondo marino

_ _ _ _ ';'4`-\:/7'/_/1.\//'(-'/ / ~ 1 -Rischio di corrosione

Fig. 1

79

Il progetto della struttura dovr contenere l'analisi dei fenomeni temibili (corrosionedelle armature, attacco chimico e biologico, incrostazioni, effetto di fatica nelcalcestruzzo), nonch l'esposizione delle soluzioni adottate per ridurne oannullarne gli effetti.

Si richiamano qui espressamente le vigenti Norme Italiane:

UNI 9858 "Calcestruzzo Prestazioni, produzione, posa in opera e criteri diconformit" ed in particolare I Prospetti Il e Ill;UNI 9156 "Cementi resistenti ai solfati";UNI 8981 Parte 5 "Durabilit delle opere e manufatti di calcestruzzo. Istruzioniper migliorare la resistenza alla corrosione delle armature";UNI 8981 Parte 6 "Durabilit delle opere e manufatti di calcestruzzo. Istruzioniper migliorare la resistenza all'acqua di mare".

Si sottolinea che l'impermeabilit e la compattezza del conglomerato contribuiscea rallentare l'azione dannosa degli agenti aggressivi esterni. Si devono pertantoconfezionare conglomerati poco permeabili che verranno ottenuti con un correttoproporzionamento dei componenti e seguendo le pi opportune modalit diconfezione, posa in opera e stagionatura.In particolare la permeabilit del conglomerato pu essere ridotta impiegando unadeguato dosaggio di cemento e bassi rapporti acqua/cemento. La riduzione delrapporto acqualcemento pu essere ottenuta ricorrendo ad additivi riduttorid'acqua e mantenendo la lavorabilit a valori adeguati.Anche un'elevata compattezza del conglomerato, intesa come assenza di porositmacroscopica, attenua l'azione aggressiva. La massima compattezza si ottienericorrendo a idonei mezzi di compattazione e a classi di consistenza adeguate.Per ridurre l'attacco chimico si sceglieranno cementi a basso contenuto di C3A(noti anche come cementi ferrici) o cementi ferrico-pozzolanici o cementid'altoforno ad elevato contenuto di loppa (>65%)_Condizioni da prescrivere ai fini della durata dell'opera fra copriferro e rapportoacqua-cemento, sono illustrate nel diagramma della Figura 2.

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L.L.ti OiUi apportoAcqua/Cemento

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Massimor

Calcestruzzo di insufficienteF durabilit

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Copriferro (mm)

Fig. 2

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M.

Lo spessore minimo del copriferro pu, inoltre, variare in funzione della diversaesposizione dell'opera al clima marino: per la zona di bagnasciuga, ove maggiore la penetrazione dei cloruri, tale valore compreso fra i 5 ed i 10 cm; nelle altrezone non deve essere inferiore a 5 cm; valori dell'ordine di 3 cm (minimoinderogabile) possono essere adottati per le pareti sottili delle celle dei cassoni(ambiente chiuso e non aerato). Una ulteriore protezione dellarmatura si ottienecon rivestimenti epossidici.Si fa presente che le strutture dei cassoni devono essere verificate agli stati limitedi fessurazione.

3.1.4 Tipologie e. generalit sulla scelta

Le tipologie strutturali generalmente adottate per la realizzazione di una digafrangiflutto sono essenzialmente due: le opere a gettata (o a scogliera) e le opere aparete (verticale o sub-verticale). La scelta condizionata oltre che dalleconsiderazioni svolte al paragrafo 3.1 anche da una serie di vantaggi e svantaggiascrivibili alle due tipologie. In ogni caso necessario premettere la descrizione delledue strutture:

_a_) Dighe a gettata o a scogliera.

Si tratta di opere che sono costituite essenzialmente da (Fig.3):

una infrastruttura o nucleo generalmente di pietrame disposti a scarpa sia versol'esterno che verso l'interno;

0 uno o pi strati di rivestimento (mantellata) costituiti da massi naturali o artificiali(di varia forma), che assolve la funzione di protezione dai frangenti, separato dalnucleo tramite uno o pi strati di transizione. Il peso degli elementi del filtro sarintermedio tra quello degli elementi costituenti il rivestimento ed il nucleo; lafunzione dei filtri quella di evitare il rifluimento verso l'esterno del materiale dinucleo durante il riflusso dell'onda;

una sovrastruttura formata generalmente da un coronamento di calcestruzzodisposta a quota tale da evitare o ridurre la tracimazione;

uno strato di fondazione interconnesso tra la base dell'opera ed il piano di posa;

Le condizioni di stabilit di una scogliera sono assicurate attraverso una serie diverifiche, come meglio indicato al paragrafo 3.2.5.Le dighe a gettata sono suscettibili di dissesti per i motivi che saranno indicati nelseguito, tuttavia essi sono facilmente riparabili se di lieve entit. Ci vale anchequando intervengano assestamenti dovuti a cedimento dei terreni di fondazione.

b) dighe a parete. ;

Si tratta di opere funzionanti a gravit (Fig.6). Sono costituite generalmente da unbasamento a scogliera, da una infrastruttura verticale o subverticale e da uncoronamento di calcestruzzo o sovrastruttura munita di muro paraonde. Inqualche caso l'infrastruttura poggia direttamente alla quota del fondale originario el'imbasamento costituisce filtro tra la struttura massiccia ed i terreni di fondazione.Se questi ultimi sono rocciosi, l'imbasamento pu non essere necessario.L'infrastruttura costituita da pile di massi prefabbricati resi solidali tra loro con

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f Fig. 4

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In relazione alla maggiore o minore permeabilit del materiale di appoggio delmassiccio, la distribuzione delle sottopressioni pu assumere un andamentotriangolare (grande permeabilit) o di diverso tipo fino a quello rettangolare.Nel caso si dispongano attraverso la platea sfiati verticali (fori di drenaggio), lesottopressioni si portano alla pressione corrispondente alla quota di sfogo.La forza orizzontale resistente si valuta attraverso il prodotto del peso del massiccio(alleggerito dalle sottopressioni) per il coefficiente d'attrito, usualmente assuntominore o pari a 0.6. Nel caso che il massiccio presenti un dente di ammorsamento(taglione) nella sottostante scogliera, si pu assumere un coefficiente minore o pari a0.7. In questo caso si pu anche condurre la verifica allo scorrimento lungo il pianoinclinato congiungente l'estremit del taglione con quella interna della platea (con lerelative componenti normali e parallele delle forze) e mettere in conto tra i pesistabilizzanti quello del terreno compreso tra la base della platea e quella del taglione.Esempi di calcolo sono nello Shore Protection Manual (1984); in essi, per semplicit,il carico dell'onda viene assunto come statico.

3.2.6.4 Valutazione dell'altezza di risalita dell'onda e dell'entit della tracimazione

Nel dimensionamento di una diga a gettata necessario valutare il sormonto dimasse d'acqua per la stabilit e sicurezza della diga stessa, nonch delle opere,persone e mezzi a tergo. L'elemento geometrico principale, che condiziona l'entitdella tracimazione, l'altezza della cresta Fic (v. Figura 4). Ulteriori parametrigeometrici influenzanti sono: la pendenza della mantellata, la larghezza e profonditdella berma e la sua altezza rispetto a quella del muro paraonde.L'aumento di livello d'acqua sopra il medio mare, Flux, pu essere fornito, permantellate di massi naturali e nucleo poco permeabile a scarpa costante e per livellodi superamento X, dalle due formule seguenti:

Rl= am per m

Metodi empirici consentono di valutare l'entit della tracimazione espressa dallaportata media Q (m3/s per metro di lunghezza della cresta). Una relazione fra legrandezze in gioco la seguente:

_ \/gH -b'_ 1/2

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consolidazione. Cos pure strati di fondazione formati da sabbia sciolta, e quindisuscettibili di liquefazione sotto l'azione sismica, possono essere compattati con lavibroflottazione. Si pu anche fare ricorso a materiali sintetici in forma di fogli, tappetie materassi da inserire al contatto tra scogliera e terreno di fondazione con compitodi rinforzo e separazione. Gli effetti negativi dei cedimenti su alcune parti dell'operapossono talvolta essere limitati, con un apposito programma di costruzione, neltempo, per fasi.

3.3 DIGHE A PARETE

3.3.1 Tipologia

Come si accennato, le dighe a parete sono caratterizzate da un imbasamento ascogliera (sottostruttura) spianato alla quota voluta, sul quale poggia un muroverticale o subverticale costituente la cosiddetta infrastruttura dell'opera, sormontatoa sua volta da una struttura di coronamento fuori acqua (sovrastruttura).Per la scogliera che costituisce la sottostruttura della diga valgono i criteri esposti perle dighe a gettata, soprattutto in merito agli accertamenti geotecnici sui terreni difondazione. Si raccomandano per maggiori cautele, poich l'opera a pareteverticale capace di tollerare cedimenti totali e differenziali minori che l'opera agettata e gli eventuali interventi di manutenzione sono molto onerosi. Quandol'ubicazione, le caratteristiche geometriche (fondo piano) e di resistenza(sufficientemente elevate) del terreno di fondazione lo consentono, le dighe a paretepossono poggiare direttamente sui fondali marini. gDal punto di vista del comportamento idraulico, le dighe a parete si distinguono indue tipi o classi a seconda dell'interazione che si determina tra il moto ondosoincidente e l'ostacolo da esse costituito:

a) dighe a parete verticale o subverticale, destinate a riflettere l'onda incidente(ovvero a creare dinanzi all'opera un processo di moto stazionario)-_ Per ottenerele suddette condizioni, la geometria del profilo dell'opera verso il largo deveessere tale da escludere il frangimento. Queste opere sono di solito impiegate inmari a debole escursione di marea (v. Figure 5 e 6);

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3.3.1. 1 Caratteristiche costruttive

L'infrastruttura di un'opera a parete pu essere formata, come gi accennato, da piledi massi prefabbricati di calcestruzzo; da getti di calcestruzzo, versati in opera entroappositi casseri, da cassoni cellulari prefabbricati in conglomerato cementizio armatozavorrati in opera (con sabbia o tout-venant o conglomerato cementizio magro).Nelle dighe del primo tipo (Figure 5 e 6), i massi prefabbricati devono avere lemassime dimensioni compatibili con la potenza di un sollevamento dei pontonidestinati al loro posizionamento in opera. Per solidarizzare i massi tra loro vengonopredisposti dei pozzi verticali riempiti successivamente con conglomerato cementizioarmato gettato in opera ovvero degli incastri tra gli elementi superiori e quelli inferiori.Si tratta di accorgimenti atti a migliorare la resistenza allo scorrimento tra strato estrato. ll masso di base generalmente pi largo, per meglio distribuire la pressionesullo scanno di pietrame.

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Fig. 8

Di uso pi frequente per le nuove opere sono i cassoni cellulari prefabbricati,galleggianti, costruiti a terra su scivoli o in mare su piattaforme (Figura 8).Ogni cassone in opera costituisce un tratto completo e monolitico della diga (con lasommit circa 1 metro fuori acqua). ll cassone viene normalmente realizzato incalcestruzzo armato. La sua larghezza va determinata, imponendo la condizione distabilit all'azione dell'onda. L'altezza del cassone scelta in modo tale da ridurre alminimo il costo di costruzione della scogliera di imbasamento e della struttura aparete, mentre la lunghezza del cassone dettata dalla capacit manifatturiera (lamaggiore lunghezza assicura una migliore ripartizione di punte di sollecitazione). lngenere si pone la lunghezza del cassone pari o superiore al doppio della sua altezza.Un cassone di calcestruzzo diviso in un certo numero di celle, le cui dimensionisono generalmente limitate ad un massimo di 4 -:- 5 m. La parete esterna normalmente spessa da 40 a 50 cm, le pareti di ripartizione e collegamento hannospessore di circa 20 + 30 cm, mentre la lastra di fondo spessa da 50 a 70 cm.Queste dimensioni andranno verificate con i metodi di analisi delle forze dettati dalregolamento per le strutture in calcestruzzo armato. Gli spessori devono essere

99

correlati alle dimensioni delle celle, per assicurare il .comportamento monolitico delcassone cellulare, e all'entt della pressione ondosa. Spessore delle pareti e relativeorditure verranno verificati con i metodi della Scienza delle Costruzioni.Una volta sistemati i cassoni mediante zavorramento, va realizzata la sovrastruttura(gettata in opera o anche prefabbricata) costituita dal masso di coronamento con osenza muro paraonde.

3. 3. 1.2 Cause di danneggiamento di una diga a parete

Una diga a parete pu subire danni per cause diverse (v. Figura 12, par. 3.3.4.2). Vapertanto verificata la stabilit (anche in presenza di azione sismica per le zonesismiche), analizzando:

1) la stabilit dell'intera sovrastruttura allo scorrimento ed al ribaltamento;2) per quelle non monolitiche la stabilit dei singoli blocchi e, per quelle monolitiche,

la resistenza dell'elemento e delle connessioni;3) la resistenza allo schiacciamento locale dell'imbasamento;4) la stabilit all'onda della scogliera di imbasamento e del masso guardiano;5) la resistenza della fondazione al refluimento del sedime d'appoggio;6) la compatibilit degli assestamenti della fondazione e dell'opera con la funzionalit

a questa richiesta.

3.3.2 Dimensionamento delle dighe a parete soggette all'azione di onde nonfrangenti (onde stazionarie)

l criteri di calcolo indicati sono riferiti a dighe con parete verticale senza modifica alprofilo (ad es. sovrastruttura inclinata) o alla parete stessa (fori, scanalature, ecc...).

3.3.2.1 Le forze _

Le forze agenti sull'opera (infrastruttura pi sovrastruttura) possono essere distinte inforze di massa e forze al contorno. Le forze di massa si riducono al peso propriodell'opera P, mentre quelle al contorno possono cos distinguersi:

F0 = componente orizzontale della forza dell'onda;

W = spinta di_galleggiamento esercitata sull'opera in condizioni di quiete;

FV = variazione della spinta di galleggiamento dovuta all'onda;

R0 = reazione orizzontale all'imbasamento di appoggio;

RV = reazione verticale dell'imbasamento di appoggio.

Nel caso in cui sia assicurata la stazionariet del moto ondoso dinanzi alla diga, lecomponenti F0 e FV dovute all'azione ondosa sono rispettivamente uguali allarisultante del diagramma di carico orizzontale e alla risultante del diagramma dicarico verticale tracciati in Figura 9 (fase di cresta dell'onda) e in Figura 10 (fase dicavo dell'onda).

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ll diagramma ivi riportato valido in condizioni di moto ondoso regolare cilindricodefinito dalla teoria di Sainflou linearizzata e largamente utilizzata nel recentepassato in Europa. Non superfluo ricordare che la condizione necessaria per lastazionariet dell'onda di fronte alla parete verticale che l'altezza libera della paretemisurata sotto il livello dell'acqua (d) si mantenga sempre superiore o pari a 1.5 H,dove con H si indichi il valore dell'altezza d'onda incidente. ln merito leraccomandazioni dell'Associazione Internazionale Permanente per i Congressi diNavigazione (PIANC, 1976) prescrivono:

per H il valore Hmax atteso una sola volta in un lasso di tempo doppio della vitapresunta dell'opera.

Alcune considerazioni sulla distribuzione spaziale delle altezze d'onda lungo ciascunfronte rendono meno gravose tali prescrizioni (v. par.3.3.2.2).

Per l'equilibrio alla traslazione, dovr risultare:

. R0=F0 , RV=P-W-FV

dove la forza FV positiva se orientata verso l'alto.La reazione RV dell'imbasamento viene calcolata come risultante di pressionidistribuite al suolo con lo schema di fondazione rigida su terreno elastico allaWinkler.Per la valutazione della forza verticale FV dovuta alle sottopressioni di origine ondosaagenti sulla base della parete si intendono qui ripetute tutte le considerazioni svolte aproposito del coronamento di calcestruzzo delle dighe a scogliera (v. par. 3.2.6.3).

3. 3.2.2 Le verifiche di stabilit

Le onde pi alte, nel corso delle mareggiate, nella loro formazione seguono processiquasi-deterministici, la cui comprensione riveste notevole importanza per la verificadi stabilit.ln effetti, su di un determinato fronte, un'onda pi alta rispetto alla media si formanormalmente mediante una progressiva concentrazione di altezza verso la zonacentrale del fronte. Come conseguenza, le onde pi alte manifestano fronti diestensione limitata, nei quali si incontra una forte riduzione di altezza dal centroverso la periferia. Pertanto esse generano carichi non uniformi rispetto all'asselongitudinale della diga, e quindi forze minori di quelle prodotte da onde cilindriche dialtezza uguale (costante).Le registrazioni in mare delle azioni dovute alle onde pi alte mostrano inoltre che lapressione sulla parete diminuisce nel dominio del tempo in modo regolare durante lafase di cavo d'onda, mentre, in fase di cresta, la pressione cresce con gradualitsolo fino ad un certo istante. Poi la crescita si interrompe bruscamente e la pressionesi porta ad un minimo relativo proprio al culmine della fase di cresta dell'onda. Lacaduta di pressione associata alla formazione di un alto getto verticale.Entrambi i fenomeni sopra menzionati (contrazione dei fronti di maggiore altezza ecaduta della pressione) sono caratteristici (Boccotti) delle onde tridimensionali dimare ed hanno favorevoli effetti ai fini della stabilit delle dighe: il primo sia in fase dicresta, sia in fase di cavo d'onda, il secondo fenomeno solo in fase di cresta d'onda.Tenendo conto di quanto riscontrato per dighe sottoposte all'azione di ondestazionarie, corretto procedere alla verifica delle dighe utilizzando il semplice

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schema di onda regolare cilindrica (diagrammi di carico illustrati nelle Figure 9 e 10)assumendo, per l'altezza H, un valore minore di quello massimo atteso nel corso divita della struttura.ln particolare si raccomanda H = H1/20 (H1/20 E 1.40 HS) per le verifiche di stabilit infase di cresta e H = H1/100 per la verifica preliminare di non-frangimento in fase dicresta, e H = H1/100 (H1/100 = 1.67 HS) per le verifiche di stabilit in fase di cavod'onda (cfr. il paragrafo 2.1.4.1. per il significato dei simboli). ll periodo d'onda puessere preso pan a Ts (periodo caratteristico delle onde pi alte - ctr. ancora ilparagrafo 2.1.4.1) per tutte le verifiche.

Le verifiche convenzionali di stabilit sono generalmente quattro:

i) verifica a scorrimento dell'opera sull'imbasamento;

ii) verifica a ribaltamento;

iii) verifica a schiacciamento dell'imbasamento a scogliera;

iv) verifica a slittamento di zolle comprendenti l'imbasamento a scogliera ed ilterreno naturale sottostante (opera-terreno).

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Riguardo allo scorrimento, la stabilit assicurata dalla diseguaglianza:

> CRO Scon il coefficiente di attrito u uguale a 0.6 e il coefficiente di sicurezza Cs uguale a1.4.Quando l'opera costituita da blocchi sovrapposti, la verifica a scorrimento vaeffettuata per tutte le sezioni di appoggio tra i blocchi.Riguardo al ribaltamento, la verifica va effettuata utilizzando la seguentedisuguaglianze:

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dove Ms il momento stabilizzante, M, il momento ribaltante e C, il coefficiente disicurezza per il quale si assumer il valore 1.5. Gli assi di ribaltamento per lavalutazione dei momenti Ms e M, sono OB e OM rispettivamente in fase di cresta e infase di cavo d'onda (v. Figure 9 e 10). Per "momento stabilizzante" si intende ilmomento della forza P* = P-W rispetto all'asse di ribaltamento.Per "momento ribaltante" si intende il momento delle forze FQ e FV rispetto allostesso asse di ribaltamento. 1Riguardo allo schiacciamento, si ammette un carico massimo sulla scogliera pari a 5X 105 N/m2 (skg/@1112).Riguardo infine allo slittamento del complesso opera-terreno, devono essereeseguite le verifiche con il metodo dell'equilibrio limite: (metodo di Bishopsemplificato, metodo di Janbu, ecc...) considerando sia le condizioni a finecostruzione (a breve termine) sia le condizioni in esercizio (a lungo termine) e leazioni sismiche. ll relativo coefficiente di sicurezza deve rispettare le norme generalivigenti (Norme geotecniche D.M. 11.3.1988 Cap. E, Manufatti di materiali sciolti) edessere comunque superiore a 1.3.Per questa particolare verifica pu essere ammessa anche l'altezza d'onda H=Hs(con il periodo TS). Infatti la notevole riduzione di altezza tra il centro e i lati del fronteproduce il suo effetto pi favorevole nei confronti della stabilit delle grandi zollecomprendenti scogliere e terreno naturale.La verifica a scorrimento in fase di cavo d'onda risulta di norma soddisfatta se soddisfatta la corrispondente verifica in fase di cresta d'onda.Le verifiche a ribaltamento e a schiacciamento in fase di cavo d'onda possonorisultare condizionanti solo se il momento stabilizzante rispetto all'asse OM siasignificativamente minore del momento stabilizzante rispetto all'asse OB.Oltre alle verifiche di stabilit, devono essere eseguiti i calcoli dei cedimenti, tenendoconto delle fasi di costruzione dell'intera opera (scogliera di fondazione, infrastrutturae coronamento), e si deve verificare se essi siano compatibili con la funzionalit e lasicurezza dell'opera in esercizio.Per risolvere i problemi di stabilit globale pu essere sufficiente aumentare ledimensioni della scogliera di fondazione. Talora necessario procedere allo scavo ditutto o di parte del terreno di fondazione avente scarsa resistenza ed elevata

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compressibilit, sostituendolo con materiale sabbioso e ghiaioso. ln questo modopossono essere anche ridotti adeguatamente i cedimenti.L'utilizzazione di geosintetici o materassi di vario tipo a contatto tra scogliera eterreno di fondazione con funzioni di separazione e rinforzo pu essere di grandeutilit. ln presenza di terreni di fondazione superficiali formati da sabbia sciolta,notevolmente deformabili e suscettibili di liquefazione, si pu intervenire con lacompattazione (ad esempio la vibroflottazione).In presenza di spessori notevoli di terreno argilloso e limoso di bassa resistenza, puessere necessario ricorrere ad altri tipi di provvedimenti per migliorare lecaratteristiche ed il comportamento del terreno di fondazione ed ottenere uncomportamento accettabile dell'opera. Si pu cos intervenire con dreni verticali peraccelerare la consolidazione di terreni di fondazione argillosi, con pali di ghiaia o congettiniezione, scegliendo opportunamente il metodo o l'intervento in relazione allecaratteristiche del terreno di fondazione della scogliera e dell'infrastruttura e tenendoconto delle fasi e delle modalit costruttive dell'opera.

3.3.3 Dimensionamento delle dighe che possono essere soggette all'azione dionde frangenti

Per il dimensionamento e la verifica di stabilit delle dighe per le quali non assicurata la condizione di stazionariet dell'onda di fronte alla parete verticaleindicata al paragr. 3.3.2.1 (escludendo la condizione particolare di violenti effettiimpulsivi per la quale non idonea la stessa tipologia a parete), si pu fareriferimento a criteri ormai internazionalmente diffusi in letteratura.Le stesse istruzioni sono state predisposte per dighe con momenti stabilizzantiequivalenti rispetto ai due assi OM e OB , e pertanto le verifiche vengono limitate allacondizione di cresta d'onda durante le quali si manifestano i carichi maggiori. Leespressioni delle pressioni p1, pg, p3 e p4, nei diagrammi di Figura 11, sono (Goda):

pl = 0.5 (1 + cos ) (011 + ot2 cosz |3)/ H

P3 = 013 P1>l= -11

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p4 =0.5 (1+cos )0t10t3 YH

dove:

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H=m1n(1.sHS,Hf) I

dove min (.) indica il minore dei valori in argomento, hb la profondit del fondo aduna distanza di 5 H1/3 dalla diga, l'angolo di inclinazione del fronte d'ondarispetto alla parete decurtato di un franco di sicurezza di 15, o l'angolo formato dalpiano del fondo con l'orizzontale.ll muro paraonde della diga a parete andr anche verificato singolarmente. Per laverifica di stabilit allo scorrimento il coefficiente di sicurezza potr essere ridotto a1.3 semprech la diga non costituisca, lato porto, ormeggio di navi o abbia funzionisimilari.

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Scorrimento del corpo diga0701

Collasso della fondazioneScorrimento di blocchi isolati Assestamento eccessivo del corpo digaPunzonamento o rifluimento della scogliera 7 Tracimazione eccessiva con dannidi imbasamentoRimozione masso guardiano o di massidell'imbasamento

Fig. 12

109

4. PROVE SU MODELLO

L'uso dei modelli fisici e matematici di grande utilit per accertare sia la stabilitdelle opere che gli effetti sulla costa. ll ricorso ai modelli necessario, quando non sidisponga di adeguate formule di calcolo, per ottenere la risposta sul comportamentoe sugli effetti di strutture marittime.l modelli fisici permettono anche una rappresentazione visiva e diretta delle opere inprogetto e del loro funzionamento. Fra le grandezze che caratterizzano i fenomenirilevanti che si verificano nel modello e nel prototipo, deve sussistere unacorrispondenza biunivoca.l fenomeni in modello e prototipo possono avere la medesima natura, mentredifferiscono essenzialmente le dimensioni. Altrimenti il modello fisico pu essererealizzato in forma analogica quando si rintraccia un fenomeno, su cui si possanofare facilmente misure e che sia rappresentato dalle stesse equazioni.La ricerca della soluzione per via matematica pu farsi in diversi modi: in formaanalitica, quando si ricavano valori o funzioni che soddisfano al problema, ed informa numerica, quando viene identificato un algoritmo che fornisce il risultato conuna sufficiente approssimazione.La realizzazione di qualunque modello richiede la preventiva identificazione:

dei fenomeni fisici rilevanti ai sensi di quanto si vuole evidenziare: i modelli infattisono sempre modelli parziali, essi rappresentano in modo fedele alcuni fenomeni,mentre distorcono o cancellano altri fenomeni; ci si dovr pertanto accertare chetutti i fenomeni rilevanti in prototipo siano fedelmente rappresentati in modello eche non siano eccessivamente amplificati fenomeni irrilevanti nel prototipo;

~ dei dati necessari per l'esecuzione del modello. Un modello, infatti, essendo unostrumento di elaborazione o trasformazione dei dati, non fornisce usualmenterisultati pi attendibili dei dati su cui basato, aggiungendosi all'incertezza dei datil'incertezza sulla esattezza del modello.

Nota l'attendibilit dei dati disponibili ed eseguiti gli accertamenti preliminarinecessari, si sceglier il modello o il complesso dei modelli parziali pi idoneo, che,fornendo le informazioni necessarie, risulti preferibile per affidabilit degli strumenti,per capacit di simulazione, per tempi e costi di esecuzione.A favore dei modelli fisici si pu addurre la capacit di rappresentare fenomeni fisici,come ad esempio la turbolenza o il frangimento delle onde, la cui rappresentazioneanalitica difficile e spesso solo approssimativa.l modelli matematici sono d'altro canto particolarmente indicati per rappresentarefenomeni la cui dinamica ben nota, ad esempio la propagazione ondosa, o che sisvolgono intrinsecamente in spazi di grande estensione, talch risulta estremamenteonerosa la realizzazione per essi di un modello fisico affidabile.

Con riferimento ai frangiflutti, i modelli di uso pi frequente sono:

modelli di propagazione ondosa, finalizzati a stabilire la corrispondenza fra ondeal largo ed onde incidenti sulle opere o sul litorale; _,

modelli di opere, finalizzati in genere ad accertare la stabilit delle opere stesse ela loro rispondenza alle specifiche funzionali;

modelli del litorale interessato dalla costruzione del frangiflutti, finalizzati avalutare gli effetti delle opere soprattutto in relazione al movimento dei sedimenti.

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Nel seguito si forniscono alcune indicazioni per la scelta del modello di un frangiflutti,per la definizione delle specifiche e per il controllo della sua esecuzione.Per gli altri tipi si rimanda alle "Istruzioni tecniche per la progettazione e costruzionedelle opere di difesa delle coste" citate in calce all'indice.

4.1 MODELLI FISICI DI FRANGIFLUTTI

Finalit principale di questi modelli di regola laccertamento della stabilit dell'operaprogettata agli attacchi ondosi previsti.l frangiflutti sono composti da elementi principali sufficientemente grandi, in prototipoe in modello, da escludere per essi rilevanti effetti della viscosit e della capillarit.

4.1.1 Generalit _

Le prove vengono condotte secondo la regola di similitudine di Froude con scaladelle densit (masse volumiche) fissata. Per assicurare I' assenza di effetti scaladovuti alla viscosit necessario verificare che anche in modello il numero diReynolds D (gH)1/20 (D = dimensione lineare caratteristica degli elementi, v =viscosit cinematica) sia maggiore di 1 + 3 x 104. VE' opportuno tener conto della differenza di densit fra la densit nel prototipo(acqua salata) e nel modello, e scalare opportunamente la densit degli elementi.Si raccomanda di verificare la densit effettiva del fluido e dei solidi impiegati inmodello.Per modelli di strutture complesse risulta a volte difficile ottemperare esattamentealla scala delle densit. ln questi casi, comunque, debbono essere accuratamenteridotte in scala le caratteristiche essenziali, come la sezione d'urto esposta all'ondaed il peso della struttura nelle condizioni effettive di immersione; si potr pertantooperare sugli spessori delle membrature in modo da ottenere in scala lecaratteristiche sopra menzionate. Effetti scala si hanno di regola nel nucleo dellastruttura e nella fondazione, per le ridotte dimensioni dei meati in essi presenti. Diregola si distorcono leggermente le dimensioni dei granuli di questi elementi dellastruttura cos che la permeabilit risulti ridotta nella scala delle velocit.Effetti scala di fatto ineliminabili rimangono per i fenomeni di areazione dell'acqua(non riproducibile in modello rispetto al prototipo) e di resistenza strutturale deglielementi (esaltata in modello).ln particolare, questo secondo effetto riveste notevole importanza per grandielementi snelli. Per questi elementi il modello accerta soltanto la stabilit idraulica,cio accerta che l'elemento non venga rimosso dall'onda, dato per certo che essorimanga integro, mentre la resistenza alle sollecitazioni a cui viene sottoposto deveessere accertata per altra via. Risulta opportuno in questi casi registrare durante leprove eventuali ondeggiamenti, che, pur non portando alla loro rimozione, possonodeterminare negli urti di fine corsa sollecitazioni assai gravose per il singoloelemento. Quando, seppur accertata la stabilit idraulica, le dimensioni di massi dicalcestruzzo impiegati per la mantellata superano i valori indicati in Tabella 5,sussiste rischio per la integrit degli elementi stessi. (ll rischio non sussiste se non superata almeno una delle due soglie).

111

TABELLA 5. Condizioni estreme per l'impiego della mantellata di massi artificiali inconglomerato cementizio senza verifiche di resistenza strutturale

Tipo di masso Peso massimo Altezza, significativa max

(U dell'onda(m)

Dolos 15 6.5Stabit 20 7.2Tetrapodo 30 7.0Cubo Antifer 60 9.0

ll periodo dell'onda e l'associata forma dei frangenti hanno sempre un certo effettosulla stabilit dei massi di una scogliera e debbono pertanto essere accuratamentevalutati in prototipo e ben riprodotti; al crescere del periodo ed a parit di pendenzadel paramento e di altezza dell'onda incidente, la stabilit dei massi decresce perfrangenti di tipo tuffante ("plunging") e cresce per frangenti di tipo a risalto("surging"), il primo comportamento verificandosi quando il numero di lribarren(rapporto fra la pendenza della scarpa e la radice quadrata della ripidit'dell'onda allargo) non supera 2.5 circa (v. parag. 3.2.6.2).Acquista importanza nel caso di onde irregolari, la durata della mareggiata, inrelazione alla quale cresce la probabile onda massima che investe l'opera. L'attaccoondoso, sia in termini di durata effettiva, sia in termini di onde indipendenti, dovressere commisurato alla presunta durata della mareggiata di progetto.Molti fra i modelli di opere vengono effettuati in canaletta con attacco ondosorigorosamente ortogonale. ll dispositivo sperimentale, preferito per ovvie ragioni dieconomia, non consente peraltro di evidenziare fenomeni intrinsecamentetridimensionali, quali quelli che si verificano ad es. alla testata di un molo. Anche perstrutture a gettata dinamicamente stabili (in cui l'equilibrio corrisponde a unbilanciamento statistico dei movimenti dei massi e non alla immobilit degli stessi), sidovranno valutare attentamente gli effetti della obliquit degli attacchi ondosi e dellospostamento longitudinale dei massi.ln questi casi, per le strutture pi importanti, sar opportuno affiancare a prove incanaletta, finalizzate a definire la sezione corrente dell'opera, prove in vasca per laconfigurazione finale di progetto per le testate.La tracimazione delle onde sul frangiflutti risulta incrementata sensibilmente inpresenza di forte vento concorde con le' onde. ll vento stesso, attraverso la vorticitindotta nell'acqua, ha effetti non trascurabili sull'altezza dei frangenti, ritardando ilfrangimento ed esaltando l'altezza quando ~contrario alla propagazione, edeprimendone la altezza quando concorde. Di norma esso non vienerappresentato in modello; se ne tenga conto in sede di interpretazione dei risultati.

4.1.2 Dati, risultati, e programma delle prove

l dati necessari per questo tipo di prove sono:'\

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0 disegno dettagliato dell'opera; statistica delle onde estreme: caratteristiche dell'onda massima (altezza e

periodo, nonch eventualmente forme spettrali presunte in frequenza e direzione)per ogni settore di provenienza ed al variare del tempo di ritorno dell'evento;

0 statistica dei livelli del mare concomitanti; indicazioni sul vento concomitante.

Se si opera con onde irregolari, aventi spettro in scala rispetto al prototipo (larghezzedi banda conformi a quelle del prototipo), si consiglia di generarle con unprocedimento che determini almeno 1000 (meglio 2000) onde indipendenti, cos darappresentare la distribuzione di altezze d'onda presenti in una mareggiata delprototipo.Quale che sia l'onda di progetto prevista, bene che le prove vengano condotte incondizioni di sollecitazione crescente fino al completo danneggiamento dell'opera, alfine di accertare i margini di sicurezza insiti nel progetto. Normalmente l'altezzad'onda incidente un parametro idoneo ad ordinare le condizioni di attacco ondoso,confrontandole con le sollecitazioni indotte. Fa eccezione il caso, peraltro noninfrequente, di onde frangenti, con frequenza apprezzabile, sui fondali antistantil'opera; in questo caso, sia il periodo dell'onda che, soprattutto, il livello mediodell'acqua rivestono un ruolo importante.E' inoltre importante che la statistica delle condizioni estreme, individuata per ilparaggio, sia tradotta nel modello, in condizioni caratterizzanti i successivi attacchiondosi, soddisfacendo ai criteri sopra esposti (sollecitazione crescente fino alcompleto danneggiamento). Gli attacchi ondosi di prova dovranno essere almenocinque. Una accurata scelta di questi attacchi, cos come alle condizioni di prova ingenere, pu consentire notevoli risparmi di tempo e denaro.Pi in generale nel programma delle prove bene prevedere un insieme di provesemplificate, per scegliere fra diverse configurazioni alternative delle opere.l risultati delle prove permetteranno:

v la valutazione, a seguito di ogni attacco ondoso, dei danni subiti dalle diverse partidel frangiflutti (berma al piede della mantellata, la mantellata stessa, il muroparaonde, il paramento interno);

0 la valutazione della tracimazione (frequenza degli eventi e volumi coinvolti,almeno in forma qualitativa) e della riflessione, nonch delle onde che, pertracimazione o pe