Franco Idraulico: Funzionamento e Importanza nei Ponti

Il franco idraulico rappresenta lo spazio cruciale tra il livello dell'acqua in un corso fluviale e il livello oltre il quale una piena diventa pericolosa. In termini pratici, è la distanza verticale tra la superficie dell'acqua e il punto in cui l'acqua inizia a fuoriuscire dagli argini. Il franco idraulico è fondamentale per la sicurezza idraulica, in quanto previene l'esondazione e protegge le infrastrutture circostanti.

Franco Idraulico nei Ponti

Nel caso di ponti, il franco idraulico corrisponde all'altezza in cui l'intera luce del ponte è occupata dalla sezione fluviale. Quando la luce viene completamente sommersa, il ponte inizia a comportarsi come uno sbarramento, aumentando il rischio di crollo.

Importanza del Franco Idraulico

Con riferimento specifico alle opere di ingegneria naturalistica, non si deve rivegetare fino al livello del fiume perché, in caso di piena, la vegetazione viene strappata, causando sbarramenti temporanei, che possono abbassare il franco idraulico. C’è anche, quindi, un franco idraulico corrispondente all’altezza dove si inizia a rivegetare e dipende dal tipo di vegetazione che voglio mettere (se metto alberi il franco idraulico è di 20-50 anni).

Calcolo del Franco Idraulico

Per calcolare il franco idraulico, è necessario individuare il bacino idrografico, delimitato dagli spartiacque idrogeologici, e determinare il tempo di corrivazione della piena. Il tempo di corrivazione rappresenta il tempo impiegato dalla goccia d'acqua più distante per raggiungere l'opera in questione.

Il tempo di corrivazione può essere calcolato utilizzando diverse formule, tra cui:

Formula di Touron: basata sulle caratteristiche geometriche del bacino.
Formula di Giandotti.

La formula di Giandotti dipende da parametri climatici, rendendola adatta per l'Europa e, in particolare, per il Piemonte. Questa formula mette in relazione la portata massima con la superficie del bacino.

Una volta calcolata la portata, è necessario trasformarla in velocità per mantenere il flusso costante. La misurazione diretta della velocità del flusso dell'alveo è il metodo più accurato.

Coefficiente di Manning

Il coefficiente di Manning, indicato con "n", è un parametro che tiene conto delle caratteristiche dell'alveo e della sua resistenza al flusso dell'acqua. Questo coefficiente è fondamentale per valutare come un'opera di ingegneria idraulica modifica la velocità del flusso. Il coefficiente di Stricker è l’inverso del coefficiente di Manning e cambiando un parametro posso vedere di quanto varia la velocità. È semplicemente una sommatoria.

Se la velocità è uguale a 15 m/s e in natura ho una ostruzione apprezzabile n3 = 0,025. La sommatoria degli n è uguale a 1,12. Se costruisco un’opera che mi toglie le ostruzioni:

Opere di Versante e Franco Idraulico

Le opere di versante svolgono un ruolo cruciale nella stabilizzazione dei versanti e nella gestione del rischio idraulico. Queste opere si dividono in due categorie:

Opere superficiali
Opere profonde

Hanno lo scopo di stabilizzare il versante e quindi di evitare un apporto rapido dell’acqua (corrivazione: tempo che l’acqua impiega a scendere dal versante) e di rallentare l’apporto di materiale solido nel corso d’acqua. Le opere profonde hanno la funzione di impedire le frane.

È fondamentale che le opere idrauliche siano progettate e mantenute correttamente per garantire la loro efficacia nel tempo. I danni alle opere possono compromettere la loro funzionalità e aumentare il rischio di esondazioni.

Tipologie di Danni alle Opere

Dissesto strutturale: compromissione della struttura dell'opera.
Interrata o in deposito: accumulo di materiale solido che impedisce la funzione dell'opera.
Scalzata o erosa: erosione delle fondazioni a causa dell'azione dell'acqua.
Sifonata: creazione di un percorso sotterraneo per l'acqua, compromettendo la stabilità dell'opera.

Nel trasporto solido si arriva a valori talmente empirici che entra in gioco il fattore di sicurezza, che è un coefficiente che si aggiunge per tutelarsi dagli errori di calcolo.La resistenza al trascinamento è la sollecitazione massima sopportata da un’opera prima che avvenga lo spostamento e dipende dal peso specifico dell’acqua che varia in base al carico solido.

Il raggio idraulico in fiumi grandi è praticamente il fondo dell’alveo e si parla dell’altezza del pieno libero della corrente.

Regolamentazione nella Regione Liguria

Tutte le opere devono avere franchi adeguati rispetto al livello di piena previsto per la portata duecentennale, portata di riferimento per la progettazione di opere idrauliche od opere interferenti con l’alveo. La previsione di adeguati franchi tra la sommità arginale o l’intradosso delle strutture in progetto ed il previsto livello della piena di riferimento, è necessaria per garantire il corretto funzionamento delle opere in questione ed assicurare il deflusso della portata di progetto con un adeguato coefficiente di sicurezza, tenendo conto di tutte le incertezze legate alla modellazione idrologico-idraulica (concettuale, matematica e numerica) e ai vari fenomeni che possono occorrere durante l’evento di piena, dei quali la modellazione non può tenere solitamente conto.

Alla loro valutazione devono concorrere considerazioni sia relative alla tipologia di opera e alla sua rilevanza determinata anche in funzione della vulnerabilità delle zone limitrofe, sia relative alle caratteristiche cinetiche della corrente, con la fondamentale distinzione dei casi di correnti lente e di correnti veloci.

Estratto da Regolam. R. Liguria 14/07/2011, n.

(a) Per i tratti di corsi d’acqua del reticolo di primo e secondo livello, secondo l’articolazione dell’art.:

I argini e difese spondali cm. 50/100
II ponti e strutture di attraversamento fino a estensioni longitudinali di m. 12 cm. 100/150
III coperture o tombinature (ove ammesse), ponti e strutture di attraversamento oltre m. 12 cm.

ove i due valori estremi corrispondono rispettivamente a bacini poco dissestati con previsione di modesto trasporto solido ed a bacini molto dissestati con previsione di forte trasporto solido in caso di piena, e/o a bacini di maggiore o minore estensione. Per estensione longitudinale si intende l’estensione dell’opera misurata parallelamente alla direzione della corrente.

Per opere non ortogonali alla direzione della corrente si valuta come estensione la distanza, sempre misurata in senso parallelo alla corrente, tra il lembo più a monte e quello più a valle dell’opera stessa.

Per le opere di cui al punto III, nel caso di modesta rilevanza dell’opera stessa e di bacini ben sistemati, il valore minimo del franco come sopra indicato può essere derogato dall’amministrazione competente fino a 100 cm, sulla base di adeguate valutazioni come riportato nel seguito.

(b) Per i tratti di corsi d’acqua del reticolo di terzo livello, secondo l’articolazione dell’art.:

I argini e difese spondali cm. 50
II ponti e strutture di attraversamento fino a estensioni longitudinali di m. 12 cm. 75
III coperture o tombinature (ove ammesse), ponti e strutture di attraversamento oltre m. 12 cm.

(c) Per i tratti di corsi d’acqua del reticolo minuto:

i più adeguati franchi potranno essere determinati in sede di autorizzazione idraulica sulla base della tipologia dell’opera, del suo inserimento territoriale, delle caratteristiche della corrente e delle potenziali conseguenze in caso di insufficienza al deflusso, prevedendo comunque un valore minimo di 30 cm per le arginature e di 50 cm per ponti, attraversamenti e tombinature.

Nel caso di ponti ad arco o comunque con intradosso non rettilineo, il valore del franco deve essere assicurato per almeno 2/3 della luce e comunque per almeno 40 m, nel caso di luci superiori a tale valore.

Deroghe ai franchi di sicurezza di cui al punto precedente potranno essere motivatamente ammesse dalla Provincia in relazione a casi specifici ed a seguito di adeguate analisi e valutazioni, a condizione che sia comunque assicurata l’adeguata sicurezza delle opere in progetto e delle aree limitrofe ai fini della tutela della pubblica e privata incolumità.

È necessario, pertanto, che, qualora gli interventi di sistemazione idraulica, progettati o realizzati, non prevedano l’adeguato franco idraulico, è necessaria una valutazione specifica e dettagliata che consenta di analizzarne le conseguenze in termini di pericolosità idraulica.

Nell’ambito di autorizzazione di deroghe ai franchi rispetto alla portata di progetto deve essere quindi individuata la portata smaltibile con l’adeguato franco, da considerarsi quella per la quale l’opera in progetto assicura con adeguato coefficiente di sicurezza il deflusso senza esondazioni, presupponendo, quindi, di norma un livello di pericolosità residua per le portate superiori.

La riduzione del franco previsto deve essere supportata da specifiche motivazioni tecniche che consentano di escludere ragionevolmente la possibilità di realizzazione di livelli di piena superiori rispetto a quanto determinato con la modellazione utilizzata, ovvero devono essere condotte specifiche analisi che consentano di definire il livello di mitigazione del rischio effettivamente conseguibile e le connesse condizioni di pericolosità residua, da trasporre in termini di eventuali aree inondabili o fasce di inondabilità residue.

In particolare, gli aspetti tecnici da considerare all’atto di deroghe ai franchi minimi, della cui valutazione si deve dare atto negli atti di competenza, sono di seguito schematizzate.

a) Rilevanza dei corsi d’acqua in esame e dell’estensione dei bacini sottesi, anche in relazione all’articolazione del reticolo idrografico di cui all’art. 3 del presente regolamento.
b) Caratteristiche del corso d’acqua e del bacino sotteso. A questo proposito occorre valutare se tali caratteristiche permettano di escludere l’evenienza di fenomeni non tenuti in conto nella modellazione matematica utilizzata per determinare il livello di piena (valutazione ad esempio dell’entità della pendenza di fondo, dell’uniformità longitudinale delle sezioni fluviali, del trasporto solido, dell’influenza di opere interferenti con il deflusso, etc.). In particolare deve essere valutata l’entità del possibile trasporto solido o di flottanti durante un evento di piena, fenomeno che può significativamente alterare gli effetti previsti con la modellazione matematica (ad esempio effetto della dinamica dell’alveo sui livelli idrici durante gli eventi di piena e/o effetto dell’opera sulla dinamica del trasporto di sedimenti).
c) Caratteristiche idrauliche della corrente. In particolare, devono essere verificate le condizioni di deflusso nel tratto in esame con la distinzione tra corrente “veloce” (o supercritica) e “lenta” (subcritica); si ricorda infatti che, in caso di correnti veloci, anche un modesto ostacolo o una variazione di natura dell’alveo possono provocare un innalzamento anche rilevante della superficie libera, che può raggiungere il valore del carico cinetico U2/2g, e provocare quindi esondazioni non previste qualora le opere non abbiano previsto l’adeguato franco. Analogamente va valutato l’effetto di velocità elevate rispetto alle sollecitazioni sulle strutture che interferiscono con il deflusso (scalzamenti, erosioni spondali, etc.).
d) Caratteristiche progettuali dell’opera. In particolare va valutata la rilevanza dell’opera in progetto e la sua interferenza con il normale deflusso del corso d’acqua, tenendo conto che, se l’opera interferisce significativamente con la corrente (ad es. una tombinatura), la stessa può essere causa di modifiche non trascurabili delle condizioni del moto della corrente stessa, anche in funzione di fenomeni non considerati nella modellazione.
e) Caratteristiche delle zone limitrofe all’opera e valutazione del danno atteso in caso di esondazione della portata di progetto. In particolare deve essere valutata la possibilità connessa ad una esondazione della portata di progetto conseguente alla mancata previsione dell’adeguato franco al sopravvenire di circostanze non prese in considerazione esplicitamente nella schematizzazione modellistica, in relazione anche al possibile danno atteso in funzione delle caratteristiche delle zone limitrofe; a tale proposito possono essere distinte, a titolo di esempio, zone urbanizzate per le quali il danno atteso di una eventuale esondazione è sempre elevato e zone non urbanizzate ove tale danno possa essere, al contrario, ritenuto non rilevante.

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