TESTO ESERCITAZIONE

Corso di Laurea in Ingegneria Civile Idraulica delle Correnti a Superficie Libera e Costruzioni Marittime

Anno Accademico 2012-2013

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ESERCITAZIONE N1

Implementare il modello stazionario del Canale navigabile di Fiumicino. Sono dati:

Le sezioni geometriche dellalveo ed il rilievo delle singolarit; La planimetria con lubicazione delle sezioni rilevate; La portata di piena pari a 850 mc/s; Il livello idrico nella sezione di valle pari a 0.75 m.

Premessa

In questa esercitazione sar illustrato come implementare, mediante il software HEC-RAS, un modello stazionario del Canale Navigabile di Fiumicino. Questa applicazione, che permette di effettuare modellazioni idrauliche a scala di bacino, fornita gratuitamente dal U.S. Army Corps of Engineers (http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/hecras-download.html).

Svolgimento

Dopo aver istallato ed avviato HEC-RAS 4.1, consigliabile modificare limpostazione di default sul sistema di unit di misura adottato, andando a sostituire il sistema internazionale a quello anglosassone; per apportare questo cambiamento, si seleziona il comando Unit System dal menu a tendina Options.

Dopo aver confermato la scelta, per realizzare la simulazione idraulica del Canale navigabile di Fiumicino, necessario creare un nuovo progetto, scegliendo prima File dal men principale e poi New Project. Nella finestra New Project occorre selezionare la directory di salvataggio; in questa fase anche possibile

creare una nuova cartella di lavoro. Definita la directory, bisogna assegnare titolo e relativo nome al nuovo file.



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Al fine di realizzare il modello del Canale navigabile di Fiumicino, necessario definirne compiutamente la geometria, andando ad implementare tutti i dati geometrici disponibili dai rilievi. Scegliendo Edit dal men principale e poi Geometric Data, si apre la finestra di definizione della geometria del modello:

Tramite questa finestra, possibile disegnare una schematizzazione dellasse del canale con il comando River Reach. Premuto il pulsante, il cursore assumer la forma di matita e sar possibile con il mouse disegnare lasse del canale (con il primo clic viene dato il punto dinizio, con due clic consecutivi si arresta il disegno).



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Dopo aver disegnato lasse del canale, apparir una schermata in cui ci sar chiesto dinserire i dati relativi allasta fluviale che si sta disegnando.

Il passo successivo sar quello dinserire le sezioni trasversali rilevate lungo il canale, mantenendo la numerazione progressivamente decrescente da monte verso valle che stata assegnata in fase di rilievo (vedere file PLAN.pdf).

Dopo aver premuto il pulsante Cross Section, possibile inserire le sezioni trasversali, selezionando Options e Add a new cross section (vedere la pagina seguente). A questo punto baster digitare il nome da assegnare alla sezione pi a monte; nel nostro caso il nome sar imposto pari al numero identificativo della sezione in questione, cio 30.



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Per importare i dati del rilievo, dopo aver selezionato e copiato le celle contenenti le coordinate dei punti rilevati dal topografo,



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e dopo aver selezionato le due colonne Cross Section Coordinates in HEC-RAS, necessario incollare i dati:

Digitando Apply data, si pu visualizzare nellanteprima laterale la sezione appena importata:



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Gli altri dati da inserire sono la Downstream Reach Lenghts, ovvero la distanza della sezione corrente dalla sezione successiva. Questa informazione ricavabile dai fogli dei rilievi gi visti, dove sono indicate le distanze progressive della sezione in esame rispetto alla foce.

Attraverso limpiego di un nuovo foglio di calcolo, possibile ricavare le distanze tra una sezione e la successiva dalla differenza tra le varie progressive assolute.



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A questo punto si procede inserendo i limiti dellalveo principale, e quindi definendo i punti che lo separano dalle adiacenti golene. Per inserire tali punti possibile digitare, allinterno delle due caselle dedicate al Main Channel Bank Stations, il valore dellascissa relativa al nodo prescelto; il programma provveder ad interpolare il valore di ordinata relativa, sulla base della geometria della sezione, mostrando un messaggio di questo tipo:

Un metodo alternativo quello di attivare la finestra di editor grafico della sezione trasversale, selezionando il relativo pulsante nella finestra Cross Section Data.



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La finestra Graphic XS Editor permette di intervenire in maniera agevole sulle caratteristiche della sezione trasversale, senza dover necessariamente digitare coordinate, ma selezionando semplicemente i punti di interesse sulla finestra di anteprima della sezione. Nel seguito, le procedure di editing delle sezioni, verranno illustrate attraverso limpiego dei comandi presenti nella finestra Cross Section Data, lasciando allo studente la facolt di poterle eseguire pi semplicemente dalla finestra di editor grafico. Definiti i limiti dellalveo principale, possibile assegnare allalveo inciso ed a ciascuna delle golene destra e sinistra, un determinato valore della scabrezza della superficie, inserendo un appropriato coefficiente di Manning allinterno delle celle dedicate (Mannings n Values). Per i metodi di stima dei coefficienti di Manning della sezione, si rimanda allapposita dispensa contenuta nel materiale fornito per la presente esercitazione. In questo caso si pu considerare che detti coefficienti valgano 0.035 per le golene e 0.025 per lalveo principale.

Ora sar necessario evidenziare allinterno delle sezioni, la presenza di zone di flusso ineffettivo, cio di aree della sezione trasversale in cui lacqua fuoriuscita dallalveo, pu defluire in zone pi depresse senza avere la possibilit di tornare in alveo. Per questa operazione, dal men Options in Cross Section Data necessario selezionare Ineffective Flow Areas. Nel caso del Canale di Fiumicino, ad esempio, situazioni di questo tipo possono verificarsi nella zona della darsena, tra le sezioni 9 e 2. Per definire le aree ineffettive della sezione, necessario inserirne le coordinate sia dello spigolo destro inferiore che di quello sinistro inferiore dellarea, con le relative altezze.

Altre caratteristiche necessarie a definire compiutamente la geometria del modello, sono quelle relative al limite di eventuali argini, definendone le quote sommitali; dal men Options si digita il comando Levees, con il quale



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possibile inserire ascissa ed elevazione delle sommit arginali sinistra e destra.

Le operazioni sin qui eseguite, dovranno essere ripetute per limportazione di tutte le sezioni trasversale costituenti la geometria del modello, avendo cura di salvare di tanto in tanto il file della geometria dal menu file della finestra Geometric Data. Inserite tutte le sezioni, sar necessario inserire anche i ponti (costituenti le singolarit del modello), attraverso il pulsante Bridge Culvert.



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I ponti presenti nel Canale di Fiumicino sono i seguenti:

Ponte pedonale sezione 6; Ponte 2 Giugno sezione 9; Ponte SS290 sezioni 21 e 20;

Di questi ponti, solo lultimo verr inserito nella modellazione, dal momento che i primi due sono di tipo elevabile e non costituiscono un ostacolo al deflusso della corrente. Dalla finestra Bridge Culvert si sceglie il men Options e successivamente Add a bridge or culvert. In questo modo il

programma chiede di digitare il nome della sezione. Inserendo il valore 20.5 il programma riconosce le due sezioni limitrofe (20 e 21).

Selezionando il pulsante Deck Roadway possibile introdurre le caratteristiche dellimpalcato, specificando la distanza tra le sezioni a monte ed a valle rispetto al ponte, la larghezza del ponte, le



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coordinate rilevate allintradosso ed allestradosso dellimpalcato. Tali dati, sono desumibili dai fogli di calcolo che riportano le misure del rilievo sia a monte (sezione 21) che a valle (sezione 20) del ponte.

-10

-5

0

5

10

15

-40 -20 0 20 40 60 80 100

Terreno Intradosso Estradosso



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Le opzioni distance e with, come accennato, indicano rispettivamente la distanza tra le sezioni rilevate a monte ed a valle rispetto al ponte, e la larghezza del ponte lungo la sua sezione trasversale, secondo tale schema:

Per includere le pile del ponte necessario utilizzare il pulsante Pier Data Editor, digitando larghezza ed elevazione delle pile, sia a monte che a valle, ed indicando inoltre la coordinata dellasse centrale della pila. Per inserire una nuova pila baster premere il pulsante Add e specificare i dati relativi alla seconda pila:



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A questo punto, dopo aver salvato il file contenente le informazioni geometriche, sar necessario inserire i parametri per il calcolo in moto stazionario, scegliendo dal men Edit dalla finestra principale, il comando Steady Flow data:

In questa finastra possibile introdurre numerosi valori della portata per i quali calcolare il relativo profilo di deflusso; nel nostro caso, inseriremo solamente 3 valori della portata, tra cui il valore della portata di piena di 850 mc/s fornito dal testo dellesercitazione:



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Con Reach Boundary Condition, possibile infine impostare le condizioni idrauliche al contorno per il nostro modello. In questo caso andremo ad imporre una condizione di altezza critica in corrispondenza della sezione di monte (Critical Depth),

ed un valore di livello idrico noto per la sezione di valle (Known W.S.):



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A questo punto, sempre dopo aver salvato il file contenente le informazioni appena inserite circa lidraulica del modello, possibile lanciare il calcolo dei profili dal men Run della finestra principale, scegliendo Steady Flow Analysis,

e selezionando lopzione Mixed per effettuare il calcolo sia in condizioni di corrente lenta che in condizioni di corrente veloce. Premendo infine Compute si lancia la fase di calcolo. Al termine apparir una finestra che segnaler lesecuzione del calcolo.



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E possibile che prima di eseguire il calcolo il programma avverta la presenza di alcune anomalie nelle sezioni, come punti doppi, etc . Correggendo i dati secondo le indicazioni fornite nella finestra di rapporto dellerrore, possibile proseguire correttamente il calcolo dei profili idraulici. Con il comando View dal men principale si possono visualizzare i risultati. Ad esempio scegliendo Cross Section possibile vedere la variazione dei livelli idrici nelle diverse sezioni trasversali e per diversi valori della portata,

oppure con il comando Water Surface Profile Plot il profilo longitudinale sempre relativo a diversi valori della portata.

Dal confronto tra il profilo idraulico della piena e quello delle sommit arginali destra e sinistra, si possono evidenziare i tratti lungo i quali prevista lesondazione di parte della portata di piena, e localizzare in modo piuttosto agevole, le zone in cui predisporre eventuali interventi migliorativi (ad esempio sovralzi arginali).

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