Oceanografia e ingegneria costiera: teoria del moto ondoso e interazioni

Documento di Università su Costiera_sin – Fc Stan. Il Pdf, utile per lo studio autonomo, esplora l'oceanografia e l'ingegneria costiera, analizzando la morfologia dei fondali marini, i livelli marini, le onde e i fenomeni costieri.

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69 pagine

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COSTIERA_SIN – FC STAN 
OCEANOGRAFIA ................................................................................................................................................ 1 
1  MORFOLOGIA DEI FONDALI MARINI ............................................................................................................................... 1 
2  LIVELLI MARINI .......................................................................................................................................................... 2 
2.1  Marea astronomiche ................................................................................................................................... 2 
2.2  Maree meteorologiche ................................................................................................................................ 3 
3  ONDE ...................................................................................................................................................................... 4 
TEORIA LINEARE DEL MOTO ONDOSO ............................................................................................................... 5 
1  ONDE MONOCROMATICHE PROGRESSIVE SU FONDALE COSTANTE ........................................................................................ 5 
1.1  Relazione di dispersione .............................................................................................................................. 5 
1.2  Velocità delle particelle ............................................................................................................................... 6 
1.3  Traiettoria delle particelle ........................................................................................................................... 6 
1.4  Pressione ..................................................................................................................................................... 6 
1.5  Energia del moto ondoso ............................................................................................................................ 6 
2  INTERFERENZA TRA ONDE SU FONDALE COSTANTE ............................................................................................................ 7 
2.1  Celerità di gruppo........................................................................................................................................ 7 
MOTO ONDOSO REALE ...................................................................................................................................... 8 
1  INTERAZIONE DEL MOTO ONDOSO ................................................................................................................................. 8 
1.1  Interazione con il fondale variabile ............................................................................................................. 8 
1.2  Interazione con le strutture ....................................................................................................................... 11 
1.3  Interazione onda-corrente ........................................................................................................................ 13 
2  STATISTICA A BREVE TERMINE ..................................................................................................................................... 14 
2.1  Metodo delle onde apparenti ................................................................................................................... 14 
2.2  Analisi spettrale ........................................................................................................................................ 17 
3  STATISTICA A LUNGO TERMINE ................................................................................................................................... 19 
3.1  Campione rappresentativo........................................................................................................................ 19 
3.2  Individuazione del modello probabilistico ................................................................................................. 20 
3.3  Definizione dell’onda di progetto in funzione di  e  .................................................................... 20 
3.4  Calcolo dell’intervallo di confidenza .......................................................................................................... 20 
4  FONTI DI DATI ONDAMETRICI ...................................................................................................................................... 21 
4.1  Misura del moto ondoso ........................................................................................................................... 21 
5  VENTO .................................................................................................................................................................. 22 
5.1  Classificazione in base alla frequenza ....................................................................................................... 22 
5.2  Vento di gradiente, vento geostrofico e vento reale ................................................................................. 23 
5.3  Generazione delle onde di vento ............................................................................................................... 24 
5.4  Conoscenza del campo di vento sull’area di generazione del moto ondoso ............................................. 24 
6  MODELLI DI PREVISIONE ............................................................................................................................................ 25 
6.1  Modello SMB ............................................................................................................................................. 25 

1 - Morfologia dei fondali marini  COSTIERA_SIN – FC STAN 
ii 
 
FENOMENI COSTIERI .........................................................................................................................................27 
1  INTRODUZIONE ....................................................................................................................................................... 27 
2  SEDIMENTI ............................................................................................................................................................. 29 
2.1  Caratteristiche morfologiche .................................................................................................................... 29 
2.2  Selezione granulometrica longitudinale .................................................................................................... 31 
3  CORRENTI .............................................................................................................................................................. 32 
4  IL TRASPORTO SOLIDO LITORANEO ............................................................................................................................... 34 
4.1  Meccanica del trasporto solido ................................................................................................................. 34 
4.2  Fenomeni che influenzano il trasporto ...................................................................................................... 37 
4.3  Trasporto solido longitudinale .................................................................................................................. 38 
4.4  Trasporto solido trasversale ...................................................................................................................... 41 
5  MODELLI DI SPIAGGIA A UNA LINEA ............................................................................................................................. 43 
6  OPERE DI DIFESA COSTIERA ........................................................................................................................................ 44 
6.1  Metodo diretto passivo ............................................................................................................................. 44 
6.2  Metodi diretti attivi ................................................................................................................................... 45 
6.3  Criteri di scelta .......................................................................................................................................... 49 
6.4  Dune .......................................................................................................................................................... 51 
DIGHE ...............................................................................................................................................................52 
1  DIGHE A SCOGLIERA ................................................................................................................................................. 52 
1.1  Stabilità della mantellata .......................................................................................................................... 53 
1.2  Massi naturali e artificiali ......................................................................................................................... 54 
1.3  Dighe a berma ........................................................................................................................................... 55 
1.4  Tracimazione di una diga a scogliera ........................................................................................................ 55 
1.5  Esecuzione delle dighe a gettata .............................................................................................................. 56 
2  DIGHE GALLEGGIANTI ............................................................................................................................................... 56 
3  DIGHE A PARETE VERTICALE ....................................................................................................................................... 57 
3.1  Stabilità idraulica ...................................................................................................................................... 58 
3.2  Esecuzione delle dighe a parete verticale ................................................................................................. 58 
AZIONE DEL MOTO ONDOSO SULLE STRUTTURE ..............................................................................................60 
1  SPINTE SU DIGHE A PARETE ........................................................................................................................................ 60 
1.1  Verifiche di stabilità .................................................................................................................................. 62 
2  AZIONI SU SCOGLIERE ............................................................................................................................................... 63 
3  SPINTE SUI PONTILI .................................................................................................................................................. 63 
PORTI ...............................................................................................................................................................64 
1  SCHEMI PORTUALI ................................................................................................................................................... 65 
2  PORTI TURISTICI ...................................................................................................................................................... 66 
3  OPERE INTERNE PORTUALI ......................................................................................................................................... 67 

Anteprima

Oceanografia

L'Oceano è la vasta distesa acquea che circonda i continenti, comprensivi dei mari che ricadono a basse profondità. Gli oceani sono interconnessi e, quindi, hanno le stesse caratteristiche fisiche e biologiche, mentre i mari si distinguono

mari d'orlo, situati sull'orlo degli oceani e comunicanti con loro: sono distinti in golfi o stretti a seconda che la comunicazione sia su un solo o su due lati (Mare del Giappone, Mare del Nord, golfo di California, etcc.);
mari continentali, racchiusi tra masse continentali e con una scarsa connessione con gli oceani; quindi, sviluppano caratteristiche fisiche e biologiche che dipendono da fattori geografici locali [1].

Morfologia dei fondali marini

La batimetria [2] si occupa della misura dei fondali marini. Le isobate sono linee a uguale profondità. La morfologia dei fondali marini influenza la propagazione delle correnti, delle maree del moto ondoso; inoltre, influenza la navigazione.

Il rilievo batimetrico viene effettuato con ecoscandaglio che misura il tempo che intercorre tra l'invio e il ritorno di un segnale acustico e, sapendo che il suono viaggia a circa 1500 m/s nell'acqua, si determina la profondità del fondale rispetto al livello medio marino.

La distribuzione delle terre sommerse presenta una discreta percentuale intorno a 0 + 1000 m e si concentra particolarmente alle profondità 4000 + 5000 m; ciò denota la presenza di due importanti configurazioni:

piattaforma continentale (0 + 2000 m) che rappresenta il prolungamento della terra ferma con pendenza del 0.2%;
scarpata continentale (2000 + 3000 m) che delimita un incremento della pendenza al 6% fino alle zone abissali.
zona abissale, compresa tra i 3000 e 6000 m di profondità;
fosse oceaniche, profonde fino a oltre 10 000 m.

La piattaforma continentale ha avuto origine per erosione dovuta al moto ondoso.

l.m.m. Piattaforma continentale (-150+-200m) -- Scarpata continentale 1 La presenza di zone ad alta temperatura favorisce l'aumento di salinità per evaporazione, mentre la presenza di grandi corsi d'acqua favorisce l'abbassamento dei sali disciolti (Mar Mediterraneo, Mar Baltico, Mar Rosso). 2 Batimetria deriva dal greco BaOus (profondo) e perov (misura). Le isobate sono curve a ugual profondità.

Livelli marini

La conoscenza del livello marino è importante ai fini della progettazione, esecuzione delle opere marittime e della navigazione nelle zone meno profonde.

Il livello del mare non è costante nel tempo e nello spazio, per via di numerose cause che hanno un carattere periodico o transitorio; per cui, in periodo più o meno lungo, il livello marino oscilla intorno al valore medio, prossimo al livello che si avrebbe in un campo puramente gravitazionale con superficie del mare ortogonale alla gravità.

Le fluttuazioni dei livelli marini possono essere distinte in:

aperiodiche: o eustatismo: fenomeno legato all'espansione termica degli oceani e scioglimento dei ghiacciai dovuta all'aumento della temperatura; o subsidenza: fenomeno legato all'abbasso della superficie terrestre indotto da cause antropiche (emungimento di fluidi in prossimità delle zone costiere).
periodiche di lungo termine: o maree: fluttuazioni di lungo termine che si sviluppano nell'arco di ore/giorni. Si dividono in maree astronomiche e meteorologiche, rispettivamente con carattere deterministico e aleatorio.

Maree astronomiche

La marea astronomica è prodotta dall'attrazione gravitazionale della Luna e del Sole. Può essere considerata un'onda di lungo periodo [3] con ampiezza variabile nei vari punti della Terra a causa dell'interazione con la batimetria locale, essendo la lunghezza d'onda molto più grande della profondità del mare.

Le forze in gioco sono la forza di attrazione gravitazionale e la forza centrifuga: Fg = G MTML RZL = MTac = Fc G = 6.672 10-11 Nm2 /kg2 Alla formazione delle maree contribuisce principalmente la Luan essendo più vicina alla Terra, rispetto al Sole. La risultante tra la forza centrifuga, costante in modulo e direzione, e la forza gravitazionale è diretta verso l'esterno lungo la congiungente Terra-Luna, producendo un innalzamento del livello marino (alta marea); diretta verso il centro della Terra ai poli, producendo un abbassamento del livello marino (bassa marea).

Il Sole accentua l'alta meare quando si trova allineato con la Terra e la Luna (marea sigiziale) e attenua parzialmente le alte maree nei periodi primo e ultimo quarto (marea di quadratura).

Le caratteristiche locali della marea possono essere determinate mediante l'osservazione diretta, riportate nelle carte nautiche. L'alta marea si manifesta ogni giorno con un ritardo (ora di porto) rispetto al momento in cui la luna passa sul meridiano locale. Le linee cotidali uniscono i punti con la stessa ora di porto e che partono da un punto anfidromico in cui il livello del mare resta costante; l'ampiezza delle maree cresce lungo ogni linea con la distanza da tale punto.

3 La marea ha un periodo di 12 ore ed è sfalsata di 50 minuti ogni giorno, per effetto del giorno lunare pari a 24 ore e 50 min. La Terra compie una rotazione completa di 360° in 24 ore e, nel frattempo, la Luna compie un arco di 13º verso Est che la Terra compie in 50 min.

Maree meteorologiche

Le maree meteorologiche sono provocate da componenti bariche e anemometriche. Variazioni bariche. La pressione atmosferica è il rapporto tra la forza peso di una colonna d'aria che grava su una superficie e l'area della medesima superficie. Una variazione di 1 mbar produce una variazione di 1 cm del livello del mare. L'innalzamento del livello marino in una località corrisponde a un abbassamento in un'altra località. Nel Mediterraneo, si hanno innalzamenti di +40 cm e abbassamenti di -30 cm circa.

Sovralzo di vento (wind setup). È dovuto all'azione tangenziale del vento sulla superficie del mare che accelera la massa d'acqua. Per un vento che soffia con velocità U verso la piattaforma continentale di lunghezza Lp, il sovralzo alla profondità d è:

S = kpLpU2 g(D - d - S) In D d + S, D ~ 200 m Diventa rilevante quando il vento spira a lungo nella stessa direzione, in un bacino basso e su una zona di mare estesa (fetch), come nella Laguna di Venezia: Lp = 500 km e i venti di scirocco sul bacino Adriatico possono dar luogo a un sovralzo di vento a riva di circa 1 m con U = 15 m/s ~ 30 nodi.

P $ I. m. m. D p. h A largo sottocosta sezione A-A Sovralzo di tempesta (storm surge). L'innalzamento del livello marino è dovuto a un effetto combinato di bassa pressione e vento verso riva. Il sovralzo d'onda massimo alla linea di battigia è circa 1/6 dell'altezza d'onda frangente.

surf zone foreshore inshore offshore Onde di traslazione Onde di oscillazione Trasporto di massa Trasporto di energia I.m.m. 7 :00 1000 Il sovralzo d'onda massimo alla linea di battigia è circa un sesto dell'altezza d'onda frangente Linea del frangenti dove H = 0.6 h d 1 D A Risonanza dei bacini. Un bacino naturale soggetto a una forzante amplifica le oscillazioni con frequenze prossime a quelle del modo proprio (risonanza). Un'azione meteorologica (vento o pressione) può forzare all'interno di un bacino un'oscillazione di moto proprio (onda di sessa) che persiste nel bacino fino all'esaurimento della forzante determinando intense fluttuazioni dei livelli raggiunti sulla costa.

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