canale (costruzioni)

alveo occupato dall'acqua, naturale o scavato artificialmente per adempiere a funzioni diverse (irrigazione, navigazione, sfruttamento industriale).

Cenni storici

La nascita del canale sembra essenzialmente legata al formarsi di comunità stanziali il cui incremento demografico e la cui economia agricola richiedevano un regolare e notevole rifornimento idrico. Estese reti di canali, in parte sfruttati anche come vie di trasporto, furono realizzate fin dal terzo millennio a. C. in Egitto, in Persia, in India, in Cina e, a quel che è dato sapere, anche presso le popolazioni preincaiche e incaiche; nel mondo occidentale, canali furono costruiti dai Volsci e dagli Etruschi. Un alto livello tecnico-costruttivo fu raggiunto dai Romani, sia nelle canalizzazioni irrigue, parte integrante delle grandiose opere di centuriazione del territorio, sia nella captazione e distribuzione di acque potabili, con la realizzazione di canali interrati anche a notevole profondità (per esempio fino a 15 m nell'acquedotto Appio) e grandiosi ponti-canale, sia nelle opere di bonifica, sia, infine, nelle reti canalizie di fognatura. Nel quadro di una diffusa ripresa delle pratiche irrigue a opera soprattutto dei cistercensi, a partire dal sec. XII vanno segnalate, in Lombardia, la derivazione dall'Adda del canale di Muzza e del Naviglio della Martesana e la derivazione dal Ticino del canale detto Tecinello, noto come Naviglio Grande. Alla stessa epoca risalgono i primi canali di comunicazione fra le città fiamminghe; al sec. XIV il canale fra l'Elba e la Trave in Germania. Accanto ai sistemi canalizi territoriali che vengono formandosi e/o riattandosi vanno considerati i sistemi urbani, peculiari di due importanti città quali Venezia e Amsterdam. L'inconfondibile morfologia di Venezia le deriva dall'essere progressivamente sorta su 118 isole separate da 160 canali; a tale sistema urbano si associa verso la Valle Padana una ricca rete di canali industriali e navigabili facenti capo alla laguna, a Porto Marghera e Chioggia (litoranea veneta fino alla foce dell'Isonzo, canale per navi fino a 300 t verso il Naviglio di Brenta e Padova, e il sistema più importante di arterie confluenti sul canale Lombardo-Adige, Adigetto, canale di Pontelongo, canal Bianco, asta fondamentale del Po). Questi canali sono stati determinanti nel processo di industrializzazione della Padania. Analoga integrazione territoriale ritroviamo nel più complesso sistema di idrografia artificiale dei Paesi Bassi (sviluppatosi a partire dall'alto Medioevo e facente capo al Reno e alla Mosa), dove ca. 4500 km di rete canalizia interna assolvono, insieme ai bacini artificiali, funzioni multiple di bonifica e trasporto, permettendo alle navi oceaniche di raggiungere Rotterdam e Amsterdam attraverso il Nieuwe Waterweg e il Noordzeekanaal (lungo 29 km e profondo 14 m), ambedue della seconda metà del sec. XIX. In particolare la caratteristica morfologica a canali curvilinei concentrici di Amsterdam è legata al corso canalizzato del fiume (Amstelodamum=argine dell'Amstel) e ai canali succedutisi nella storia tra il suo porto, il Mare del Nord e il lago d'IJssel. Il Reno d'altronde continuava a essere l'arteria primaria della fitta rete di canali navigabili artificiali e naturali che, a partire dal Medioevo, venne coprendo le pianure dell'Europa settentrionale impegnando tutti i grandi fiumi. La necessità di programmare opere di vasto respiro, in relazione alle nuove situazioni socio-economiche che si andavano delineando, rese necessario affrontare complessi problemi di presa, di regolazione, di distribuzione e, nei canali navigabili, di superamento di dislivelli a mezzo di conche. Un contributo importante per la soluzione di tali problemi venne dai grandi “ingegnarii” del Rinascimento, fra i quali un cenno particolare merita Leonardo per le sue proposte relative alle conche e per il progetto, seppure inattuato, di bonifica delle paludi pontine. Ai sec. XVII e XVIII risalgono i grandi canali della Francia (canale di Piccardia e canale del Mezzogiorno, che congiunge il Mediterraneo alla Garonna con un percorso di 241 km) e della Germania (canale di Federico Guglielmo, tra l'Oder e la Sprea, canale di Federico il Grande, tra l'Oder e la Vistola). Nel corso del sec. XIX, a seguito della rivoluzione industriale che richiese nuove vie di comunicazione soprattutto nei Paesi in via di espansione, venne compiuta la maggior parte delle opere di rettifica e di regolarizzazione dei corsi fluviali, che hanno reso di primaria importanza le comunicazioni per vie d'acqua in Germania. In epoca recente ha avuto un grande rilievo, in Europa, la sistemazione degli affluenti del Reno. Tra questi, il Meno (affluente di destra) è stato canalizzato fino a monte di Bamberga: da qui muove un canale, attraverso il quale si può raggiungere il Danubio. La canalizzazione del Neckar è arrivata a Stoccarda nel 1959, integrando le economie della Renania e del distretto industriale del Baden-Württemberg. Tra gli affluenti di sinistra del Reno, la Mosella è stata canalizzata dalla confluenza fino a Thionville onde collegare la Lorena alla Ruhr e al Mare del Nord. Il canale Giuliana collega la Mosa e la regione siderurgica della Sambre, nonché la Mosa al Reno. Tra le iniziative progettate, va ricordata la costruzione di un canale tra Reno e Soana, che unirà le idrovie tedesche e francesi. In Italia, dopo il passaggio delle competenze sulla navigazione interna dallo Stato alle Regioni (1978), si è registrato un nuovo impulso della rete idroviaria, limitata ai 763 km del sistema Padano-Veneto, facente capo sostanzialmente al Po e ai 18 km del canale dei Navicelli, costruito dai Medici nel sec. XVI per collegare Pisa al porto di Livorno. Tra le opere realizzate va ricordato il canale Milano-Cremona-Po , per navigazione interna, lungo 76 km, per natanti fino a 1350 t di stazza lorda, mentre sono in via di completamento i lavori di costruzione dei nuovi canali navigabili Padova-Venezia (30 km) e Fissero-Tartaro-Canalbianco (118 km). Quest'ultimo collega Mantova e il fiume Mincio al canale Po-Brondolo e al Po di Levante, con un percorso all'incirca parallelo allo stesso Po. Negli Stati Uniti grandissima importanza ha la rete di canali navigabili del NE: il solo canale dell'Erie, costruito tra il lago omonimo e il fiume Hudson nel 1825, ha una lunghezza complessiva di 584 km e supera 35 conche con un dislivello di 174 m. Sempre negli Stati Uniti la più rilevante innovazione idroviaria è rappresentata dalla idrovia Tenn-Tom, così detta perché ha lo scopo di collegare i fiumi Tennesse e Tombigbee attraverso un percorso lungo 136 km; servirà da alternativa e scorciatoia rispetto alla tradizionale rotta lungo il più tormentato Mississippi per la navigazione interna tra il lago Michigan e il golfo del Messico. Un'importantissima via di comunicazione marittima è stata inaugurata in Canada nel 1959: essa permette alle navi oceaniche di raggiungere, partendo da Montréal, l'estremità nordoccidentale del lago Superiore. Ciò è stato possibile canalizzando, dapprima, il San Lorenzo, quindi – per superare i vari dislivelli tra i laghi Erie e Ontario e tra il Superiore e l'Huron – costruendo grandiosi sistemi di chiuse. Nella Russia, dove, a partire dagli anni Trenta, sono stati condotti importanti lavori per il completamento e il potenziamento della rete navigabile, i maggiori canali sono quello che collega il Volga al Don e quello (canale Marijnski) che collega il Mar Baltico al Mar Bianco passando per i laghi della Carelia. Il canale artificiale più lungo del mondo rimane quello del Karakum in Turkmenistan, utilizzato sia per navigazione che per irrigazione. Esso si dirama, con un percorso di 850 km dall'Amudarja in direzione W fino a raggiungere e superare Ašgabat, per giungere quasi fino al Mar Caspio. Nel 1984 è stato inaugurato in Romania il canale Cernavoda-Costanza (lungo 64 km), che accorcia di ben 360 km il percorso dal Danubio al porto di Costanza sul Mar Nero.

I canali marittimi

Un cenno particolare meritano, infine, i canali marittimi, vie d'acqua create per collegare due specchi di mare; possono essere a livello o a conche . Essi rivestono sempre grande importanza per il traffico marittimo, che viene regolato da convenzioni internazionali. Tra i maggiori: il canale di Corinto (1881-93), che unisce il Mar Egeo con lo Ionio; il canale di Suez (1859-69), che collega il Mediterraneo con il Mar Rosso; il canale di Panamá (1881-1914), che collega l'Oceano Atlantico (Mar delle Antille) con l'Oceano Pacifico; il canale di Kiel (1887-95), che unisce il Baltico al Mare del Nord; il canale di Caledonia (1803-22), in Scozia, tra il Mare del Nord e l'Atlantico.

Tecnica: classificazioni

La classificazione dei canali viene fatta usualmente in base alla loro destinazione: canali per acqua potabile (acquedotti), canali di fognatura, canali navigabili (idrovie), canali industriali, canali di bonifica, che si suddividono a loro volta in canali di colmata, canali di prosciugamento o di scolo e canali per irrigazione. I canali per irrigazione si possono distinguere in due fondamentali categorie: canali adduttori, che servono per captare e trasportare le acque ai campi da irrigare, e canali smaltitori, che trasportano e scaricano le acque già utilizzate. Alla prima categoria appartengono i canali ripartitori, che trasportano l'acqua dal bacino di presa ai canali dispensatori o distributori. Questi ultimi, mediante bocche di utenza o di partitori, convogliano le acque all'interno di ciascuna azienda dove, tramite canali adacquatori, vengono distribuite sui diversi appezzamenti. Alla categoria dei canali smaltitori appartengono le scoline, a sezione e percorso ridotti, che immettono le acque in canali colatori (di primo, secondo e terzo ordine), a sezione più ampia e crescente man mano che si avvicinano ai canali extraziendali o canali collettori, suddivisibili anch'essi in primari, secondari e terziari. Canali a girapoggio: dicesi un canale di drenaggio poco inclinato tracciato trasversalmente al pendio del monte allo scopo di difendere il pendio stesso dal denudamento operato dalle acque selvagge; canale di gronda, dicesi, infine, un canale artificiale mediante il quale viene convogliato entro un serbatoio artificiale un corso d'acqua proveniente da un bacino imbrifero diverso da quello in cui è situato il serbatoio stesso.

Tecnica: costruzione di un canale

L'apertura di un canale comporta movimenti di terra e opere d'arte e di protezione affini a quelli necessari per la costruzione di una strada. Si richiedono, infatti, per ottenere la pendenza prestabilita dei singoli tronchi e la loro quota media rispetto al piano di campagna (la quale, per esempio, nei canali per irrigazione deve essere sempre maggiore, in quelli di scolo sempre minore di quest'ultimo), la formazione di rilevati e di trincee, la realizzazione di gallerie o di botti a sifone, quando si tratti di sottopassare rispettivamente un rilievo o una strada, di ponti-canale, quando si tratti, invece, di superare un avvallamento, di conche, quando, nei canali navigabili, si debba superare un dislivello. Alla derivazione del canale, o alla sua immissione in bacini o diramazioni secondarie, vengono previste opere atte a regolarne la portata e a trattenerne, dove necessario (come per esempio nel caso di acque potabili o industriali), gli elementi solidi in sospensione: centrali idrovore, bacini di calma e di sedimentazione, eventualmente dotati di sghiaiatori, dissabbiatori, ecc. Funzione analoga ai bacini di sedimentazione hanno i cosiddetti canali moderatori, cioè dei tratti di canale, disposti a valle della presa vera e propria, che per la loro notevole larghezza e la scarsa pendenza provocano una riduzione della velocità dell'acqua. Oltre alle opere di presa si hanno normalmente, lungo il corso di un canale, dispositivi per la regolazione, la partizione e la misurazione delle portate, bocche di erogazione e chiaviche di scolo.

Tecnica: canali a cielo aperto

Dalla destinazione del canale e dalla natura del terreno dipende anche la forma della sezione. Per canali a cielo aperto scavati entro terra o entro roccia compatta si adottano di norma sezioni a profilo trapezoidale simmetrico, più economico di altri per la possibilità di utilizzare il terreno scavato per la formazione degli argini. Più raramente, e per grandi aree liquide, sezioni a forma circolare, parabolica, poligonale. I valori da assegnare alla scarpa (dati dalla formula n=tang α, dove α è l'angolo formato dal piano della scarpa col piano longitudinale perpendicolare al pelo libero) variano a seconda della natura del terreno: da 2÷1,5 per canali in terreni sciolti a 1 per canali con scarpa rivestita, a 0,10÷0,05 per canali in roccia compatta. Anche per canali in galleria entro roccia compatta si adotta profilo trapezoidale con base a forma di arco rovescio fortemente ribassato e calotta a sesto pieno o ribassato. Allo scopo di evitare erosioni il fondo e le sponde dei canali in terra possono essere variamente rivestiti: con fascinate, palizzate, mantellate, scogliere; rivestimenti in argilla battuta, in muratura, in calcestruzzo servono invece contro le perdite d'acqua per filtrazione e per diminuire la scabrosità dell'alveo; i rivestimenti murari possono anche avere funzioni di sostegno delle sponde, con conseguente loro dimensionamento in base alla spinta del terreno. Nel caso, infine, che le scarpate abbiano notevole sviluppo possono essere interrotte mediante banchine, aventi compiti statici e antierosivi, che, nei canali navigabili, possono essere utilizzate come alzaie per il rimorchio dei natanti.

Tecnica: canali in galleria

Il profilo circolare è invece tipicamente adottato nel caso di canali in galleria entro terreni che esercitino una spinta forte e pressoché uniformemente distribuita, nonché nei canali elementari di fognatura. Per canali in galleria entro terreni che esercitino una minore spinta si adottano profili policentrici con platea ad arco rovescio e calotta a sesto pieno o ribassato. Profili analoghi sono in uso nei collettori e nei maggiori canali di fognatura quando le altezze delle acque nelle portate di magra e in quelle di piena non differiscono troppo tra loro; profili e banchina, utile per le ispezioni e la pulizia in regime di magra, si adottano nei collettori praticabili dove tale divario è invece molto forte. Per i canali di fognatura sono pure adottati profili ovoidali che hanno il vantaggio di contenere entro limiti relativamente piccoli le variazioni di velocità corrispondenti a diminuzioni di portata.

Tecnica: idrodinamica

La ricerca di formule per la determinazione completa degli elementi caratteristici di un canale, nell'ipotesi che il moto della corrente si mantenga uniforme, è assai complessa, in quanto si dovrebbe tener conto della portata, della velocità media, dell'area e della forma della sezione, della scabrezza delle pareti, oltreché della densità e della viscosità del liquido. Anche le perdite d'acqua, dovute a evaporazione o, nei canali in terra, al diffondersi dell'acqua nel terreno fino a raggiungere la falda sottostante ovvero al suo risalire, per capillarità, fino alla superficie, dove evapora, sono difficilmente misurabili e ancor più difficilmente predeterminabili stanti le variabili in gioco. La quantità d'acqua perduta per evaporazione è, comunque, in generale piccola rispetto alla quantità d'acqua trasportata e a quella perduta per infiltrazione. In pratica nei calcoli per la progettazione di un canale vale, accanto all'equazione di continuità Q=US, che lega la portata, Q, alla velocità media, U, e all'area della sezione S, la formula di Chézy, che fornisce il valore di U in dipendenza di un coefficiente, χ, che tiene conto della scabrezza delle pareti, del raggio idraulico, cioè del rapporto tra l'area della sezione e il contorno bagnato, R, e della pendenza, I, del fondo o del pelo libero. La portata può mantenersi costante, in un dato tempo, per tutta la lunghezza del tracciato (per esempio nei canali per acquedotti, in quelli industriali, in quelli navigabili), o può, invece, crescere o diminuire da monte a valle (caso rispettivamente, per esempio, dei canali di scolo o dei canali per irrigazione). La velocità media deve essere limitata sia superiormente sia inferiormente, in relazione alla necessità di evitare, o almeno contenere, l'erosione delle pareti e del fondo nonché il deposito delle materie in sospensione. Il limite superiore, legato alla natura delle pareti, varia da 0,4÷0,6 m/s, per terreni argillosi di media compattezza, fino a 2,00÷2,50 e anche 3,50 m/s, per pareti in roccia o in muratura. Il limite inferiore di velocità, invece, varia da 0,20 m/s, per acque fangose, a 0,50÷0,60 m/s per acque sabbiose e di fognatura. La pendenza, cioè il rapporto tra il dislivello tra due punti e la sua proiezione orizzontale, che è intimamente legata alla velocità, può variare, orientativamente, da 0,00÷0,25 m/km nei canali d'irrigazione e nei grandi collettori di bonifica, fino a 8,00-20,00 m/km nei canali di fognatura non praticabili. La determinazione del profilo della , all'interno della casistica precedentemente accennata, può avvenire avendo riguardo per la ricerca della cosiddetta sezione di minima resistenza, cioè di quella che, a parità di superficie e di portata, presenta il minimo contorno bagnato. Il coefficiente χ, infine, che ha dimensioni 1^1/2∤t^-1, viene determinato sperimentalmente secondo formule diverse; fra le più usate è quella di Bazin in base alla quale si ricavano valori variabili tra 0,06 per pareti molto lisce (per esempio in calcestruzzo) e 1,30÷1,70 per pareti in terra. Dati che siano due dei tre elementi caratteristici di un canale, cioè portata, sezione (area e contorno bagnato) e pendenza, la formula di continuità e quella di Chézy consentono di risolvere i principali problemi di calcolo. Così se, come per esempio nel caso di un collettore di bonifica, il dato di partenza è il valore della portata, stabilito in base alla superficie del bacino di bonifica e al suo coefficiente udometrico (portata specifica max, in litri/secondo per ettaro, che il bacino convoglia nel collettore), fissata la velocità media si ricava l'area della sezione e, dopo averne prescelta, anche sulla scorta di rilievi e accertamenti geognostici, la forma, si ricavano il contorno bagnato, il raggio idraulico e, infine, la pendenza, I=U²/χ²R, che deve ovviamente non essere maggiore di quella media disponibile lungo il tracciato prefissato. Nel caso di un canale navigabile converrà invece prescegliere la pendenza, che deve essere molto piccola, e la sezione, legata alla stazza e alle caratteristiche dimensionali dei natanti, e, fissato il coefficiente χ, calcolare la velocità media e la portata. Nel caso di un canale destinato alla produzione di forza motrice, prefissata la portata, la scelta della pendenza può essere determinata in base al raffronto, in termini economici, tra la spesa di costruzione del canale con forte pendenza, con conseguente riduzione dello sviluppo e della sezione, e la perdita di potenza cui dà luogo corrispondentemente la riduzione del salto disponibile: poiché tali due grandezze variano inversamente al variare della pendenza, si può, con buona approssimazione, precisare la soluzione ottimale. Ai fini dell'utilizzazione di un canale può interessare, infine, conoscere i valori della portata in successive sezioni. In particolare, in un canale di pendenza costante e di alveo indeformabile (come per esempio un canale rivestito in muratura), a ogni valore h della profondità corrisponde univocamente una corrente uniforme di portata Q. La rappresentazione analitica o grafica di tale relazione è detta scala di deflusso o delle portate.

Diritto

I canali artificiali d'acqua dolce fanno parte dello Stato o degli Stati sul cui suolo essi scorrono. Allo Stato appartengono anche i canali marittimi, le cui acque sono annesse al territorio dello Stato (fatta eccezione per eventuali diritti di terzi) come beni demaniali. Il diritto internazionale vieta allo Stato neutrale ogni atto bellico nel canale.