Mose di Venezia: la spinta di Archimede batte l’acqua alta. Ecco come funziona

Il Mose di Venezia è il sistema di barriere mobili realizzato per proteggere la laguna dall’acqua alta. E’ stato messo in funzione per la prima volta il 3 ottobre 2020. In quest’articolo ti mostro come funziona il Mose, quali sono i suoi componenti principali e come viene attivato in previsione di una marea eccezionale. Vedremo anche quali eventuali malfunzionamenti potrebbero verificarsi durante la fase di esercizio.

La realizzazione di questo imponente e innovativo sistema di paratoie mobili è iniziata nel 2003 ed è costata 5,5 miliardi di euro. Il primo test di funzionamento ha dato esiti positivi mantenendo il dislivello idrico fra laguna e mare per tutta la durata dell’evento di marea.

Mose di Venezia: caratteristiche del sistema

Il Mose di Venezia consiste in 4 barriere costituite da 78 paratoie mobili tra loro indipendenti della lunghezza complessiva di 1,56 km (pari alla lunghezza di ben 15 campi da calcio) in grado di separare temporaneamente la laguna dal mare e difendere Venezia sia dagli eventi di marea eccezionali che da quelli più frequenti.

Le barriere sono collocate alle bocche di porto di Lido (divisa in due barriere di 21 e 20 paratoie), Malamocco (19 paratoie) e Chioggia (18 paratoie). Il Mose può proteggere Venezia e la laguna da maree alte fino a 3 metri e da un innalzamento del livello del mare fino a 60 centimetri nei prossimi 100 anni.

La spinta di Archimede per salvare la laguna: come funziona il Mose

Per attivare le barriere del Mose all’interno delle paratoie viene immessa aria compressa per espellere l’acqua presente. Una volta che dalle paratoie viene espulsa una sufficiente quantità d’acqua, la spinta di galleggiamento le farà ruotare fino alla posizione di esercizio, con inclinazione pari a circa 42°.

Il momento ribaltante che tende a riportare la paratoia sul fondale è generato dal battente idrostatico lato mare, dalla spinta idrodinamica dell’onda di marea che si infrange sulle paratoie e dal peso stesso della paratoia. Il momento stabilizzante è invece generato dalla spinta di Archimede.

Durante le fasi di studio, iniziate nel 1982, sono stati esaminati 15 tipi di paratoie prima di scegliere il sistema con paratie a spinta di galleggiamento (paratoia a ventola). Ti riporto nell’immagine seguente le tipologie di paratoie analizzate durante le fasi di studio del Mose.

Nel 1986 iniziarono studi sperimentali su modello fisico per scegliere la forma più adatta della paratoia a spinta di galleggiamento presso il centro sperimentale di modelli idraulici di Voltabarozzo (PD). Tra il 1987 e il 2005 sono stati eseguiti studi su modelli fisici e modelli matematici anche da parte del prof. Chiang Mei del Massachusetts Institute of Technology, specializzato in meccanica dei fluidi e idrodinamica.

A valle della lunga fase di studio e valutazione delle diverse soluzioni progettuali, il sistema Mose realizzato con paratie a spinta di galleggiamento è risultato la migliore soluzione per rispondere alle esigenze richieste:

• assicurare la completa difesa di Venezia dagli allagamenti;
• non modificare gli scambi idrici alle bocche di porto;
• non avere pile intermedie fisse nei canali alle bocche di porto;
• non interferire con il paesaggio (quando non in funzione, le paratoie del Mose sono totalmente sommerse);
• non interferire con le attività economiche che si svolgono attraverso le stesse bocche.

Risonanza: la minaccia al funzionamento del sistema Mose

Una delle minacce al corretto funzionamento del Mose è rappresentato dal fenomeno della risonanza. Le paratie del Mose rappresentano un sistema oscillante al pari di una costruzione multipiano. Le paratoie nello stato di quiete sono sottoposte alle seguenti forze statiche:

• il peso proprio della paratoia;
• la spinta idrostatica generata dal dislivello fra mare e laguna che tende a riportare le paratoie in posizione orizzontale sul fondale;
• la spinta di galleggiamento che tende a far ruotare le paratoie verso l’alto, mantenendole inclinate in posizione di esercizio.

Alle forze statiche si aggiunge la spinta idrodinamica dell’onda di marea che si infrange sulle paratoie. Se il periodo dell’onda di marea si avvicina al periodo proprio di vibrazione delle paratoie, il sistema andrà in risonanza e l’ampiezza delle oscillazioni delle paratoie raggiungerà il massimo valore possibile. Di conseguenza potrebbero aprirsi dei varchi fra due paratoie consecutive che non oscillano in fase, causando il passaggio di consistenti masse d’acqua, annullando così l’effetto di sbarramento fra mare e laguna.

Il fenomeno della risonanza per la barriera del Mose è stato ampiamente studiato durante la fase sperimentale e di analisi. Il sistema è stato dimensionato per evitare l’apertura di varchi per effetto della risonanza.

Mose di Venezia: le paratoie in acciaio

Ciascuna paratoia del Mose è costituita da una struttura scatolare metallica, realizzata mediante saldatura, vincolata attraverso due cerniere al cassone di alloggiamento in calcestruzzo armato. Ogni paratoia è larga 20 m e ha lunghezze diverse proporzionali alla profondità del canale di bocca dove viene installata (Lido- Treporti: 18,6 m e Malamocco: 29,6 m) e spessore variabile (Lido-Treporti: 3,6 m e Chioggia: 5 m). Il tempo medio di sollevamento delle paratoie è di 30 minuti, mentre l’abbassamento di 15 minuti.

Quando sono inattive, le paratoie sono piene d’acqua e giacciono completamente invisibili in alloggiamenti collocati nel fondale. In caso di pericolo di maree che possano provocare un allagamento del territorio, nelle paratoie viene immessa aria compressa che le svuota dall’acqua. Via via che l’acqua esce, le paratoie, ruotando attorno all’asse delle cerniere, si sollevano fino a emergere e a bloccare il flusso della marea in ingresso in laguna.

Le paratoie restano in funzione per la sola durata dell’evento di acqua alta. Quando la marea cala e in laguna e mare si raggiunge lo stesso livello, le paratoie vengono di nuovo riempite d’acqua e rientrano nella propria sede.

Ogni paratoia è corredata di alcuni componenti speciali che ne assicurano il funzionamento:

•  i gruppi cerniera-connettore che vincolano le paratoie ai cassoni di alloggiamento;
•  gli inclinometri, gli strumenti per rilevare e controllare l’inclinazione assunta durante l’esercizio;
•  gli ammortizzatori che entrano in gioco quando la paratoia rientra nel suo vano di alloggiamento;
•  i tubi rigidi e flessibili che permettono l’immissione e l’espulsione dell’aria compressa all’interno della paratoia;
•  gli elementi di gomma (parabordi e alette) che garantiscono la tenuta parziale tra paratoia e cassone di alloggiamento;
•  le vernici e gli anodi sacrificali che proteggono la paratoia dalla corrosione.

Manutenzione programmata delle paratoie

L’attività di manutenzione della barriera prevede la sostituzione periodica di tutte le paratoie, con frequenza quinquennale, così da comportare la sostituzione annua di quattro paratoie per sbarramento. Prevede anche la sostituzione occasionale di paratoie danneggiate, stimato in una sostituzione all’anno. Per queste operazioni è stato appositamente costruito il Jack-up Mose, uno speciale mezzo navale che servirà per l’installazione delle paratoie e per la loro sostituzione in occasione delle periodiche manutenzioni.

Mose di Venezia: i cassoni in calcestruzzo armato

I cassoni di alloggiamento sono gli elementi che formano la base delle barriere di difesa. Ospitano le paratoie mobili e gli impianti per il loro funzionamento. Sono tra loro collegati da tunnel che consentono anche le ispezioni tecniche. L’elemento di raccordo tra le barriere e il territorio è rappresentato dai cassoni di spalla che contengono tutti gli impianti e gli edifici necessari al funzionamento delle paratoie.

Ciascun cassone di soglia, di lunghezza 60 metri, ospita tre paratoie. Le dimensioni dei cassoni variano a seconda della lunghezza delle paratoie che devono contenere, a loro volta proporzionali alla profondità del canale di bocca: si va dai più piccoli di Lido (60m x 36 m x h 8,7m) fino ai più grandi di Malamocco (60m x 48m x h 11,55m).

Per ridurre i cedimenti assoluti e differenziali cui sono soggetti i cassoni, il fondale è stato consolidato tramite infissione di pali in cemento armato (Lido e Malamocco) e acciaio (Chioggia) nei primi 19 metri al di sotto del piano di fondazione. In fase di progetto è stato stimato che i cedimenti dei cassoni siano compresi tra 30 e 50 mm a fine costruzione della barriera, e che crescano nel tempo, presumibilmente fino a valori compresi tra 60 e 85 mm, a 100 anni dalla fine della costruzione.

Dettagli costruttivi dei cassoni in calcestruzzo

All’interno di ogni cassone si trovano due elementi: le celle stagne e la doppia dorsale di gallerie, poste lungo l’asse longitudinale. Le celle stagne sono destinate ad essere zavorrate con acqua o con calcestruzzo. Le armature contenute all’interno delle pareti a contatto con l’acqua sono state realizzate con acciaio inossidabile.

L’allagamento delle celle, o il loro riempimento con calcestruzzo, è stato necessario quando i cassoni sono stati varati in mare, per poter controbilanciare le spinte del moto ondoso e migliorare il baricentro del cassone stesso, fortemente spostato lungo il lato dove sono installate le femmine delle cerniere, evitando qualsiasi tipo di ribaltamento.

Ogni cassone è stato realizzato con un minimo di 15 sino a un massimo di 23 fasi di getto. La percentuale di armatura, sia normale che inox, presente all’interno di ogni singolo cassone è molto elevata, con punte di 500 kg a metro cubo in alcune sezioni.

Guarda il video sul funzionamento del Mose di Venezia

Conclusioni

Il sistema Mose è senz’altro una grande opera di Ingegneria. Una soluzione innovativa e mai adottata fino ad oggi per proteggere un territorio dal fenomeno dell’acqua alta. E’ un sistema complesso che ha richiesto una lunga fase di studio e ancora più complessa è stata la sua realizzazione.

Spero che quest’articolo ti abbia aiutato a comprendere i principi alla base del funzionamento del Mose. Se l’articolo ti è piaciuto puoi suggerirlo ai tuoi colleghi su Linkedin e ai tuoi amici su Facebook cliccando sui tasti di condivisione social in fondo alla pagina.

Al prossimo articolo.

Marco