Transcript relazione idraulica marittima

Corso di laurea Magistrale in Ingegneria per
l’Ambiente e il Territorio
Idraulica Marittima
VALUTAZIONE DELLA PROPAGAZIONE DEL MOTO
ONDOSO DEL LITORALE DELLA FOCE DEL FIUME
LATO
CALCOLO DEL FETCH EFFICACE
Lomartire Matteo
Rodio Antonio
CASO DI STUDIO
VALUTAZIONE DELLA PROPAGAZIONE DEL MOTO ONDOSO
DEL LITORALE DELLA FOCE DEL FIUME LATO
1.1
Inquadramento geografico del paraggio in esame
Il paraggio in questione è situato sulle coste pugliesi del Mar Ionio tra Castellaneta Marina e
Chiatona (Prov. di Taranto), in particolare faremo riferimento alla foce del fiume Lato; il fiume ha
una lunghezza di circa 5 Km alla cui foce si erge l’antica Torre Lato fatta costruire in difesa della
costa dalle incursioni piratesche e saracene.
La sub-unità ha origine dal molo nord Darsena Nuova (Taranto) e si sviluppa per una lunghezza di
194.41 Km, comprendendo le coste della Basilicata e della Calabria, fino a giungere a Capo Spulico
(Calabria).
Figura Paraggio di esame
L’unità fisiografica che comprende il nostro paraggio è costituita da una costa bassa sabbiosa a
profilo degradante interrotta solo dalla presenza di cordoni dunari. La spiaggia è sabbiosa e poco
profonda.
Figura Morfologia della costa in esame
Figura Cordoni dunari
2.1 Settore di traversia
Il primo passo per lo studio del clima meteomarino relativo all’area della foce del fiume Lato è la
determinazione del paraggio sul quale insistono le mareggiate.
La determinazione del settore di traversia è stata effettuata utilizzando la carta nautica 360 INT300
dell’Istituto Idrografico della Marina, in scala 1:4.200.000 e denominata“MAR MEDITERRANEO
E MAR NERO”.
Figura Stralcio carta Nautica 360 INT300
Il settore di traversia principale è stato individuato tracciando le tangenti alla costa, le quali
sottendono, con le direzioni N126E e N174E, un angolo di 48° (come si vede dalla Tav.01). Nel
nostro caso abbiamo un unico subsettore, il cui elaborato lo troviamo in Tav.02. Successivamente su
tale carta sono stati tracciati, ogni cinque gradi circa, i fetch geografici fino alla costa antistante.
2.2 Analisi del vento
La mancanza di misure dirette del moto ondoso lungo le coste italiane, ha indotto molti ricercatori
ad utilizzare i dati anemometrici e a sviluppare modelli matematici sempre più avanzati.
I metodi più usati ricorrono quindi a semplificazioni assai drastiche per la semplificazione del
campo di vento, il quale è assunto costante sia per intensità che per direzione lungo il fetch. Inoltre
un’ulteriore semplificazione deriva dal fatto che molto spesso questo valore è ottenuto da misure
eseguite a terra, all’estremità del fetch.
Per individuare le caratteristiche del moto ondoso del paraggio, ovvero altezza e periodo delle onde
che potrebbero interessare la costruzioni di nuove opere portuali, si sono analizzati i tabulati rilevati
dalla stazione anemometrica di Bari Palese che coprono un arco temporale dal 1961 al 1990. Le
registrazioni sono triorarie, dalle 00.00 alle 21.00, ed esprimono la velocità del vento in nodi, con
direzione espressa in decine di gradi da Nord verso Est (Figura 5).
Figura Stralcio dati di vento
2.3 Calcolo degli eventi e delle mareggiate
I dati di vento della stazione di Bari Palese sono stati inseriti come input in un foglio di calcolo
Excel. Si sono considerati le perturbazioni anemometriche caratterizzate da una velocità del vento
non inferiore a 10 nodi, costante in direzione e con durata non inferiore a sei ore, individuando così,
nel settore di traversia d’interesse, 205 eventi.(Figura 6).
Figura Eventi Significativi
Per la stima delle caratteristiche del moto ondoso si è utilizzato un metodo empirico ripreso dallo
Shore Protection Manual e valido per mari con geometria relativamente semplice, riassumibile
nell’abaco di Sverdrup, Munk e Bretschneider (SMB) (Figura 7).
Figura Abaco SMB per la determinazione dei principali parametri del moto ondoso
Il metodo del SMB prevede la conoscenza dei parametri dinamici e geometrici che sono alla base
del moto ondoso: per parametri dinamici si intende velocità e durata dei venti, mentre per parametri
geometrici si intende la lunghezza del fetch, ovvero della lunghezza dell’area di mare interessata
dall’azione dei venti.
Il fetch efficace stimato come media ponderale, sulla direzione di provenienza del vento, dei fetch
geografici è definito in questo modo:
Dove Fi lunghezza del singolo fetch geografico; αi è l ‘angolo che l’i-esimo fetch forma con la
bisettrice del settore considerato; n fattore che incide sul peso da assegnare alle direzioni del fetch
geografici. Nel nostro caso si è posto n=2 per ricondurci alla formula di Saville, e il valore finale
del Feff è pari a 918,89 Km.
Per quanto riguarda la velocità del vento si utilizza un coefficiente di velocità,Ua , rappresentante un
valore medio di velocità costante su tutta la lunghezza del fetch:
Noti, quindi Ua, Feff e t (durata del vento) si possono ricavare le caratteristiche del moto ondoso
ossia l’altezza significativa Hs, che rappresenta il terzo medio delle massime altezze delle onde delle
mareggiata, e il periodo Tp che serve per ricavare il periodo significativo Ts associabile alle onde più
alte.
Assegnata la velocità del vento occorre verificare quale degli altri due fattori, durata e fetch, è più
limitativo e considerare quello che dà luogo all’altezza d’onda minore.
Esiste però, anche un limite superiore al moto ondoso, detto “ mare completamente sviluppato”,
oltre il quale non si ha più aumento dell’altezza e del periodo d’onda.
Riportiamo di seguito una tabella in cui si è determinato dapprima, noto Ua, il valore Feff, ottenuto
dall’abaco SMB, poi si è proceduto alla determinazione delle altezze d’onda significative(H0) e del
periodo significativo (T) per i 205 eventi.(Figura 8).
Figura Calcolo altezza d'onda e periodo per ogni evento
2.4 Elaborazione statistica delle mareggiate
Secondo la letteratura scientifica, per la progettazione di un’ opera marittima bisogna far riferimento
ad un’onda di progetto le cui caratteristiche si ottengono mediante elaborazioni statistiche, cioè
un’analisi statistica delle caratteristiche relative alle sole mareggiate più violente, verificatosi nel
paraggio in esame in un arco temporale prefissato.
Ciò significa che bisognerebbe trovare tra tutte le altezze significative di tutte le mareggiate,
relative ad un arco temporale di 30 anni, la più significativa tra queste.
A questo scopo occorre fissare un tempo di ritorno Tr, che rappresenta il numero di anni che è
necessario aspettare perché si osservi per una volta il superamento di un certo evento preso in
considerazione. Si è deciso di attribuire a tale indice il valore di Tr= 50 che meglio si addice per le
opere di difesa in scogliera.
Successivamente per la determinazione dell’altezza significativa Hs e del periodo significativo Ts in
funzione del tempo di ritorno Tr si sottopongono a regolarizzazione statistica la serie di coppie
(H0,T),relative a ogni mareggiata, usando note leggi teoriche di distribuzione: la legge più adatta per
ottenere l’onda di progetto è la legge esponenziale di Fuller, come di seguito riportata:
con Tr > 2 anni
dove :
σ = scarto quadratico medio della serie analizzata
H0 media = Σ Hi /n è il valore medio della seria analizzata
Tr = Tempo di ritorno
La fase successiva è quella che fa riferimento alla determinazione del periodo di picco Tp, che si
calcola con :
che ci permette di ricavare il periodo significativo Ts dell’onda a largo:
perciò riassumendo le caratteristiche dell’onda a largo sono:
Figura Caratteristiche dell'onda
Note Hs (Tr) e Ts,, bisogna ricavare la lunghezza d’onda a largo L0 attraverso la seguente relazione:
3.1 Piano di rifrazione
Note le caratteristiche dell’onda a largo, dalla relazione di condizioni di acqua profonda d/L0 > 1/2 è
stato possibile ricavare d.
Con l’utilizzo della formula di Eckart riportata qui di seguito:
si è passati nota la profondità d , di inizio acqua profonda, a calcolare L, successivamente Lcarta
(cm), nella scala della carta (1:40000), e i vari 2L, 4L, 6L, 8L, 10L, i cui valori sono riportati nella
sottostante tabella.
Figura Valori reali per normogramma in scala 1:40000
Perciò note le caratteristiche dell’onda a largo e l’andamento delle linee batimetriche è possibile
rappresentare i fronti d ‘onda con delle rette parallele tra loro fino a quando non si è verificata la
condizione d/L0 >1/2; quando tale condizione non è più soddisfatta, si è suddiviso il fronte d’onda
in segmenti regolari di larghezza b0 e si è proceduto con il metodo di Tenani che prevede l’utilizzo
del normogramma.
Tale normogramma, sovrapposto ad un fronte d’onda, permette di conoscere la lunghezza dell’onda
di cui deve avanzare ogni punto di data profondità appartenente al fronte.
In questo modo si sono disegnati i vari fronti d’onda fino al limite del frangimento.
Figura Normogramma
Si è costruito dapprima il normogramma (Fig.11) su carta lucida, su cui:
• in ascissa si riporta la profondità in una scala qualsiasi
• in ordinata la lunghezza d’onda L in funzione della profondità e nella stessa scala
della carta su cui si deve costruire il piano d’onda.
3.2 Costruzione del piano d’onda
Per ogni punto si è sovrapposto il punto della profondità prescelta del lucido sulla carta, si allinea
poi l’asse delle ascisse in modo che risulti tangente al fronte d’ onda (con l’asse delle ordinate nel
verso del fronte d’onda che si vuole costruire) e si segna la distanza indicata dalla curva nella scala
prescelta sulla carta.
Il normogramma descriverà la variazione della lunghezza d’onda in funzione della profondità in
varie scale multipli di L ( 2L, 4L, 6L..) al fine di evitare sulla carta fronte d’onda troppo ravvicinati.
Il fronte d’onda iniziale, perpendicolare alla bisettrice del sub settore di traversia, deve avere tutti i
punti in acqua profonda.
Il fronte d’onda successivo, verso riva, non sarà in generale parallelo al primo per il fenomeno della
rifrazione e per l’effetto dell’orografia e del fondale marino.
In questo modo si sono disegnati i vari fronti d’onda fino al limite del frangimento db (come
riportato in Tav.02)
Per determinare tale limite, dopo avere realizzato i canali di flusso, che nel nostro caso di studio
sono 10, è necessario conoscere come varia l’ altezza dell’onda da largo verso riva tenendo conto
del coefficiente di rifrazione Kr:
con:
indice di rifrazione, dove, bo è la distanza tra due ortogonali successive misurata su fronti d’onda in
acqua profonda e b è la distanza tra due ortogonali successive misurata su un fronte d’onda alla
profondità considerata.
Attraverso l’utilizzo degli abachi di Goda, nota la pendenza del fondale m e l’altezza dell’onda
rifratta, si è ricavato graficamente il rapporto Hb / H0’ (Fig.12), e quindi l’altezza d’onda al
frangimento. Sempre procedendo graficamente si è ricavata la profondità al frangimento db (Fig.13).
Figura I abaco di Goda
Figura II abaco di Goda
Per stabilire la profondità alla quale interrompere il piano d’onda si è utilizzato un metodo iterativo,
e si è verificato che il frangimento avviene ad una profondità tra i 3,70 m ed i 5,70 m come si può
notare dalla tabella.
Figura Verifica frangimento per ogni canale di flusso
Si può notare che il frangimento è verificato per tutti i canali di flusso che compongono il piano
d’onda.
CONCLUSIONI
Lo scopo del presente lavoro è stato la realizzazione del piano d’onda del litorale situato in
corrispondenza del Fiume Lato. Il presente studio e i calcoli sperimentali sono stati realizzati al fine
di comprendere visivamente come avvenga la realizzazione di un piano di rifrazione e la verifica al
frangimento di vari fronti d’onda. Per poter raggiungere dei buoni risultati del fenomeno reale, si è
condotta preliminarmente un’ attività conoscitiva sull’intera area di studio per avere un
inquadramento generale della morfologia e la geologia delle coste caratterizzanti lo Ionio e sono
stati raccolti ed analizzati i dati sperimentali.. La mancanza di misure dirette del moto ondoso lungo
le coste italiane, ha indotto molti ricercatori ad utilizzare i dati anemometrici e a sviluppare modelli
matematici sempre più avanzati. E’ indubbio che utilizzando unicamente i dati anemometrici, i
metodi per ricavare l’intensità e la direzione del vento, per esempio, siano meno costosi di quelli
che prevedono lo studio della distribuzione delle pressioni direttamente sul mare. Per questo si
ricorre sempre più a semplificazioni assai drastiche per la semplificazione del campo di vento.
Infatti, per individuare le caratteristiche del moto ondoso del paraggio in esame, ovvero altezza e
periodo delle onde che potrebbero interessare la costruzione di nuove opere portuali, si sono
analizzati i tabulati rilevati dalla stazione anemometrica di Bari Palese che coprono un arco
temporale dal 1961 al 1990.
Per la stima invece delle caratteristiche del moto ondoso e della velocità del vento e per l’
individuazione dell’onda di progetto, punto di riferimento per la progettazione di un’opera
marittima, sono state invece usate per lo più dati di letteratura scientifica, basati su correlazioni
empiriche e metodi statistici. Infine si è passati alla realizzazione del piano di rifrazione con il
metodo grafico del Tenani e alla verifica del frangimento.