OPERE DI DIFESA COSTIERE : FINALITAOPERE DI DIFESA COSTIERE : FINALITA’’,,

TIPOLOGIE, CRITERI DI SCELTATIPOLOGIE, CRITERI DI SCELTA

Ing. Renata Archetti

DICAM, Università di Bologna

UniversitUniversitàà degli Studi di Bolognadegli Studi di Bologna

� La protezione delle coste: generalità

� Tipologie di opere di difesa costiere

� Consolidamento delle dune costiere

� Ripascimento

� Difese radenti

� Opere longitudinali: barriere emerse

� Opere longitudinali: barriere sommerse

� Opere trasversali: pennelli

� Opere di tipo integrato

� Caso studio: Lido di Dante (Ravenna)

IndiceIndice

� Morfologia della costa: lo “status quo” dipende da tendenze evolutive nel trasporto di sedimentida valutare a differenti scale temporali

� Differenza tra apporto di sedimenti e perdita di sedimenti nell’area in

esame determina lo stato (erosioneo accrescimento) del litorale

� Bilancio globale di sedimenti: da valutare su scala almeno annuale

(lungo termine)

� Stabilità locale di opere litoranee: breve termine

� Alterazioni delle dinamiche di trasporto solido:

� Cause naturali

� Costruzioni strutture costiere

� Modifica apporti solidi fluviali

La Protezione delle CosteLa Protezione delle CosteIl trasporto solido costieroIl trasporto solido costiero

La Protezione delle CosteLa Protezione delle CosteTrasporto solido longitudinale e trasversaleTrasporto solido longitudinale e trasversale

Protezione delle coste: ha lo scopo di modificare le dinamiche

di trasporto solido (prevalentemente longitudinalelongitudinale) per

arrestare fenomeni erosivifenomeni erosivi

LongitudinaleLongitudinale TrasversaleTrasversale

La Protezione delle Coste La Protezione delle Coste ErosioneErosione

La Protezione delle Coste La Protezione delle Coste ErosioneErosione

� Dune Costiere

� Ripascimento

� Difese Radenti

� Pennelli

� Barriere Sommerse

� Barriere Emerse

� Opere di Tipo Integrato

Opere di Difesa CostiereOpere di Difesa CostiereTipologieTipologie

Grado di

pesantezza

dell’opera

Opere di Difesa CostiereOpere di Difesa CostiereTipologieTipologie

Protezione delle Dune Costiere Protezione delle Dune Costiere GeneralitGeneralitàà

� Realizzate con:

� reti o staccionate di legno

� trapianto di vegetazione resistente

� Funzione attiva: esplicata dal vento

Protezione delle Dune Costiere Protezione delle Dune Costiere Tipologie ed esempiTipologie ed esempi

RipascimentoRipascimentoFunzioniFunzioni

� Allontanamento della linea di costa dal litorale

� Protezione della costa da inondazioni

� Uso ricreativo della spiaggia

� Protezione dell’ambiente naturale

RipascimentoRipascimentoDefinizioniDefinizioni

x

xa

Ru

h(x)hc

� xa Avanzamento di spiaggia

� Ru Max risalita

� hc Profondità di chiusura

RipascimentoRipascimentoInquadramento morfologico di area soggetta a ripascimentoInquadramento morfologico di area soggetta a ripascimento

� Rilievi batimetrici

� Composizione della spiaggia emersa e sommersa

� Condizioni del sottosuolo

� Marea

� Onde

� Correnti

� Venti

� Interferenze antropiche

� Informazioni qualitative (interviste, vecchie foto, sopralluoghi, etc…)

RipascimentoRipascimentoReperimento del materialeReperimento del materiale

� V = xa (Ru + hc) Ordine di grandezza del volume di materiale necessario

� Fissatoxa, conoscendo Ru e hc,, si calcolaV

� Perché un ripascimento sia efficace,V = 100 m3 / m

� Reperimento del materiale:

� Dragaggi (porti, canali) (1.5 ÷ 2 € / m3) [impuro]

� Materiale di cava (10 ÷ 15 € / m3) [pulito]

xa

Ru

hc

RipascimentoRipascimentoCalcolo dei volumiCalcolo dei volumi

xxa

Ru

h(x)hc

materiale) del funzione (

32

=⋅=

A

xAh

23

11

32

11 1)

=⇒⋅=

A

hxxAh

( )2

3

22

32

22 2)

+=⇒−⋅=

A

hxxxxAh aa

( )∫ −= u

c

R

hdhxxV 12

RipascimentoRipascimentoCaratteristiche profili dopo ripascimentoCaratteristiche profili dopo ripascimento

Materiale importato + fine del materiale di spiaggia:

A2 < A1

Materiale importato + grossolano del materiale di spiaggia:

A2 > A1

RipascimentoRipascimentoFattori di correzioneFattori di correzione

Ra (fill factor) = Vi / Vo Rj (renourishment factor) = ti / to

RipascimentoRipascimentoMetodologieMetodologie

� Ripascimento da terra (materiale di cava)

� Ripascimento da mare (dragaggi)

RipascimentoRipascimentoRipascimento da mareRipascimento da mare

Difese RadentiDifese RadentiGeneralitGeneralitàà

� Disposte parallelamente alla riva nella parte di spiaggia emersa

� Diretta difesa di abitazioni, strade, ferrovie lungomare

� Realizzate con:� rivestimenti a scogliera

� massi cementati

� gabbioni articolati

� muri verticali

Difese RadentiDifese RadentiTipologieTipologie

Difese RadentiDifese RadentiEsempioEsempio

Difese RadentiDifese RadentiSezione tipicaSezione tipica

Barriere EmerseBarriere EmerseTipologieTipologie

Barriere EmerseBarriere EmerseEsempiEsempi

Barriere EmerseBarriere EmerseSezioni tipicheSezioni tipiche

Barriere EmerseBarriere EmerseTrasmissione ondeTrasmissione onde

(da Tanaka, 1976)

•Wave Reflection and Transmission: when the water depth suddenly changes, part of the incident wave energy is reflectedin the direction opposite

to the incident wave direction, part energy continues to propagate (transmit) in the incident

wave direction. : incident wave height; : reflected wave height

: transmitted wave height

Reflection Coeff. ;

Transmission Coeff.

i r

t

rr

i

tt

i

H H

H

HC

H

HC

H

=

=

Barriere EmerseBarriere EmerseMaterialiMateriali

� Massi

� Legno

� Cemento

Barriere EmerseBarriere EmerseCriteri di progetto (di massima)Criteri di progetto (di massima)

� L’opera deve essere progettata in modo da garantire stabilità:

Verticale Orizzontale

� Smantellata

� Asportazione dei fini

� Compenetrazione del fondale

� Costipazione del fondale

� Erosione dei fondali in prossimitàdell’opera

Barriere EmerseBarriere EmerseStabilitStabilitàà dei massidei massi

� D Dimensione massi

� ρρρρs Densità massi

� αααα Pendenza gettata

� P Permeabilità sottofondo

Parametri opera Onda di progetto

� H Altezza d’onda

� T Periodo d’onda

Barriere EmerseBarriere EmerseForze sui massiForze sui massi

� F l Forza lift

� Fd Forza drag

� FI = Fl + Fd Forza Idrodinamica

Destabilizzanti

� G Peso immerso del masso

Stabilizzanti

FI

G

F l

Fd

FI = ρρρρ ub2 Ds

2

G = (ρρρρs – ρρρρ) g Ds2

Il masso è stabile se la risultante delle forzecade all’interno del perimetro d’appoggio

Barriere EmerseBarriere EmerseNumero di stabilitNumero di stabilitàà

Con: ub = velocità massa d’acqua ≈ (ghb)0.5 ≈ (gH0)

0.5 ≈ (gH0’)0.5

∆ = (ρs – ρ) / ρ ≈ 1.5÷ 1.8

H’0 = H ’

0s

Ds = Dn50 = (M50 / ρ) 1/3

( ) 50

'0

'0

3

2

n

s

sss

sbIs D

H

D

H

Dg

Du

G

FN

⋅∆=

⋅∆=

⋅⋅−⋅⋅==

ρρρ

Ns < 1 STABILE

Ns > 3 NON STABILE

Barriere EmerseBarriere EmerseRegola dei FiltriRegola dei Filtri

anfn DD 5050 4

1>

� Mantellata costituita da doppio strato di massi

� Il fine non deve passare attraverso i meati tra masso e masso

� Criteri di dimensionamento filtro:

af MM 5050 64

1>

� In realtà si usa:

af MM 5050 2010

1

−>anfn DD 1585 4

1>

Barriere EmerseBarriere EmerseIndicatori di dannoIndicatori di danno

� Misura della nicchia di erosione S = Ae / Dn502

� Valutazione del numero di massi rimossi Nod = Nd / (B / Dn50)

S = Nd Dn50 / nB = 1/n Nod

S ≈≈≈≈ 2 Nod

Ae

Ae =Nd Dn503/nB

Barriere EmerseBarriere EmerseFormule di stabilitFormule di stabilitàà

Formula di Hudson

� Considera critico il danno quando 5% dei massi è rimosso dalla mantellata

� Tiene conto di:- pendenza gettata α

- onda di progetto H’0s

- caratteristiche massi ∆, Dn50

- forma e disposizione massi KD

� Difetti: - non considera periodo onda

- non considera numero onde (durata mareggiata)

- basata su test con onde regolari

( ) 31

cotgα⋅= DK50

'0

n

ss D

HN

⋅∆=

Barriere EmerseBarriere EmerseFormule di stabilitFormule di stabilitàà

Formule di Van der Meer

5.01.018.02.0

50

'0 2.6 −− ⋅⋅⋅⋅=

⋅∆= ξNPS

D

HN

n

ss

( ) p

n

ss NPS

D

HN ξα ⋅⋅⋅⋅⋅=

⋅∆= −− 5.01.013.02.0

50

'0 cotg4.1

Onde frangenti

Onde non frangenti

=

2'0

2

tg

gTH s

παξCon: N = Numero di onde

Barriere EmerseBarriere EmerseDimensioni e materiali dei massiDimensioni e materiali dei massi

3

1

1'0

50 =⋅∆

=ss

n

NH

D ( )m 3 se '0 =sH

1.5 =∆

1 =sN⇒ ⇒

Materiali utilizzati in Italia:

� Tout Venant Materiale non meglio specificato fine (< 50 kg)

� Pietrame di cava 50 ÷÷÷÷ 100 kg

� I Categoria 0.5 ÷÷÷÷ 1 t

� II Categoria 1 ÷÷÷÷ 3 t

� III Categoria 3 ÷÷÷÷ 6 t

� IV Categoria 6 ÷÷÷÷ 10 t

m 150 =nD

Barriere EmerseBarriere EmerseMeccanismi di rotturaMeccanismi di rottura

Barriere EmerseBarriere EmerseFormazione saliente / tomboloFormazione saliente / tombolo

Barriere EmerseBarriere EmerseFormazione saliente / tomboloFormazione saliente / tombolo

l

s

x estensione tombolo

l modulo

s distanza da riva

x

(da Hsu and Silvester, 1990)

Formazione tombolo:l / s > 2

Barriere SommerseBarriere SommerseFunzioniFunzioni

� Spostamento della zona dei frangenti da riva alla

struttura

� Smorzamento moto ondoso entro la struttura

� Riduzione trasporto long-shore e cross-shore

� Cattura delle sabbie

� Creazione di una zona d’ombra dietro la struttura

� Contenimento delle sabbie di ripascimento

Barriere SommerseBarriere SommerseSezioni tipicheSezioni tipiche

mwl

mwl

Barriere SommerseBarriere SommerseEsempiEsempi

Barriere SommerseBarriere SommersePrincipio di funzionamentoPrincipio di funzionamento

l

B

F0F

F x l = F0 x B

⇓⇓⇓⇓

F < F0

Barriere SommerseBarriere SommerseParametri di progettoParametri di progetto

� B / l (Rapporto di SWELL)

B / l = (10÷50)%

� l / s

l / s < 2 onde uniformi

l / s > 2 formazione tombolo

l

B

s

B varco

l modulo

s distanza da riva

In Adriatico:

B / l ≈≈≈≈ 20%

l / s ≈≈≈≈ 1.5

Barriere SommerseBarriere SommerseEffetti indesideratiEffetti indesiderati

� Correnti di ritorno (return currents) alle estremità

� Correnti di ritorno nelle aperture

� Correnti indotte long-shore

� Piling-up (P) dietro la struttura

P ⇓⇓⇓⇓

Erosione localizzata (estremità ed aperture)

Correnti di ritorno filtranti attraverso la struttura

� Problemi di qualità delle acque dietro la struttura

PennelliPennelliFunzioni Funzioni –– Principio di funzionamentoPrincipio di funzionamento

� Impedire e/o annullare trasporto long-shore

PennelliPennelliFunzioni Funzioni –– Principio di funzionamentoPrincipio di funzionamento

� Impedire e/o annullare trasporto long-shore

PennelliPennelliEsempiEsempi

PennelliPennelliEsempiEsempi

PennelliPennelliSezione tipica Sezione tipica –– materiali materiali -- formeforme

� Massi

� Legno

� Cemento

PennelliPennelliCriteri di progettoCriteri di progetto

Spaziatura insufficiente

Spaziatura corretta

Spaziatura eccessiva

Pennello terminale

d

l

� d / l

d / l = 2÷3

� l correlata alla quantità di trasporto da intercettare

� 2 pennelli / anno (stagione)

� Successione temporale contraria alla direzione del trasporto

Direzione trasporto Ordine

costruzione

PennelliPennelliEffetti indesideratiEffetti indesiderati

Elevata agitazione ondosa

Schermatura onde

⇒⇒⇒⇒

Erosione

Deposito ⇒⇒⇒⇒

Direzione trasporto

Opere di Tipo IntegratoOpere di Tipo IntegratoSistema barriera + pennelli + ripascimentoSistema barriera + pennelli + ripascimento

� Distribuire su fascia costiera + ampia l’effetto di

attenuazione del moto ondoso

� Maggiore flessibilità e durabilità

� Assicurazione dei moderni requisiti paesaggistici,

ricreazionali, ecologici

Opere di Tipo IntegratoOpere di Tipo IntegratoSistema barriera + pennelli + ripascimentoSistema barriera + pennelli + ripascimento

Difese CostiereDifese CostiereStudio preliminare di dinamica del litoraleStudio preliminare di dinamica del litorale

� Analisi preliminare

� Reperimento dati

� Caratterizzazione unità fisiografica

� Analisi caratteristiche meteomarine e sedimentologiche

� Formulazione schema evolutivo del litorale

� Bilancio globale sedimenti nell’unità fisiografica

� Scelta tipologia intervento/i da eseguire

� Analisi critica tipologie

� Individuazione sequenza temporale ottimale per realizzazione

intervento

Difese CostiereDifese CostiereQuale opzione scegliere?Quale opzione scegliere?

� Redistribuire i sedimenti o integrare un deficit?

� Consolidare lo stato di fatto o ripristinare la spiaggia?

� Relativa importanza dei fattori:

� Escursione marea

� Trasporto litoraneo longitudinale e trasversale

� Ampiezza zona litoranea

� Tenere conto di zone limitrofe all’intervento: effetti

indesiderati

Difese CostiereDifese CostiereSchema di un processo decisionaleSchema di un processo decisionale

Difese CostiereDifese CostiereOpzioni possibiliOpzioni possibili

Difese CostiereDifese CostiereEffetti di scelte diverseEffetti di scelte diverse

Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Sistema barriera + pennelli + ripascimentoSistema barriera + pennelli + ripascimento

� Piccolo ripascimento protetto lungo riva da pennelli pre-esistenti e da una

barriera sommersa parallela alla riva

� Inizio intervento: 1995

� Fine intervento: 1997

� 600 m di spiaggia protetta

� 80 000 m3 di ripascimento previsto

� 120 m3/m versati effettivamente

� 770 m di barriera sommersa

� Interventi correttivi: terminati nel 2001

Caso Studio 1: Lido di Dante (Ra)Caso Studio 1: Lido di Dante (Ra)Localizzazione e vista dLocalizzazione e vista d’’insiemeinsieme

Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Pianta con dettagli operePianta con dettagli opere

Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Foto aereaFoto aerea

Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caratteristiche barrieraCaratteristiche barriera

� Lunghezza barriera 770 m

� Sommergenza 0 m swl in assenza di marea

� Larghezza cresta 12 m

� Massima escursione marea 0.8 m

� Apertura 30 m

� Struttura in massi naturali

� Distanza da linea di riva 180 m

� Estensione pennelli estremi con tratto sommerso

Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Sezione caratteristicaSezione caratteristica

Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Prima e dopo il ripascimentoPrima e dopo il ripascimento

Prima ripascimento Dopo ripascimento

Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Effetti indesiderati: erosione fuori dalla cella protettaEffetti indesiderati: erosione fuori dalla cella protetta

Erosione generalizzata a nord Erosione localizzata a sud

Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)MonitoraggioMonitoraggio

� Clima meteomarino al largo da dati piattaforme AGIP e Aereonautica Militare + nuovo ADCP in prossimitàdell’area di studio

• Onde

• Vento

• Marea

� Idrodinamica attorno alla barriera• Correnti

• Onde

• Livello mare

� Morfologia spiaggia emersa e sommersa

Caso Studio : Lido di Dante (Ra)Caso Studio : Lido di Dante (Ra)MonitoraggioMonitoraggio

Misure lagrangiane di correnti

Modellazione numerica

Misure euleriane di correnti

Analisi d’immagine

BibliografiaBibliografia

� Coastal Engineering Research Centre CERC (1984) “Shore

Protection Manual” 4th ed. U.S. Govt. Printing Office, Washington

D.C.

� CUR (1987) “Manual on Artificial Beach Nourishment” Report 130

Rijkwaterstaat / Delft Hydraulics, ISBN 90 212 60786

� Fredsoe J. and Deigaard R. (1992) “Mechanics of Coastal Sediment

Transport”, World Scientific Publishing

� Goda Y. (1985) “Random Seas and Design of Maritime Structures”,

University of Tokyo Press

� ENEL-DSR-CRIS (1996) “Corso su Regime e Protezione dei

Litorali”, Milano 6-10/5/1996

� Pilarczyk K.W. and Zeidler R.B. (1996) “Offshore breakwaters and

shore evolution control “, Balkema, ISBN 90 5410 627 1