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.
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
Il franco idraulico è fondamentale per la sicurezza idraulica, in quanto previene l'esondazione e protegge le infrastrutture circostanti.
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 (Coefficiente di Scabrezza n)
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. Il Global Positioning System per l’acquisizione di dati morfologici territoriali ad alta risoluzione e successiva definizione degli scenari di esondazione in ambiente G.I.S.
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