Teoria sistemazioni fluviali

Caratteri generali

Problematiche della gestione di un corso d'acqua

Quali sono le principali problematiche relative la gestione di un corso d’acqua?

I principali problemi legati alla gestione di un corso d’acqua sono:

• Il rischio di esondazione;
• L’interazione con strutture e infrastrutture;
• Erosione delle sponde;
• Abbassamento del fondo e l’innalzamento del fondo (sovralluvionamento).

Sistemazioni fluviali

Cosa si intende per sistemazioni fluviali?

Le sistemazioni fluviali sono tutte le pianificazioni, azioni intraprese e opere realizzate allo scopo di tutelare strutture, infrastrutture, vite e la stabilità dell’alveo stesso, dall’effetto del trasporto solido e delle esondazioni.

Stabilità dell'alveo

Cosa si intende per stabilità dell’alveo?

Per stabilità dell’alveo si intende il mantenimento dell’alveo alle condizioni attuali evitando che vi sia innalzamento o abbassamento del fondo dell’alveo e lo spostamento dell’alveo stesso. Quindi si intende la stabilità plano-altimetrica.

Classificazione degli interventi fluviali

Come possono essere classificati gli interventi per le sistemazioni fluviali?

Gli interventi di sistemazione fluviale possono essere classificati come strutturali e non strutturali.

Interventi non strutturali

Cosa si intende per interventi non strutturali?

Per interventi non strutturali si intende provvedimenti che modificano l’assetto urbanistico esistente tramite il trasferimento delle abitazioni e delle attività fuori dalle zone a rischio; provvedimenti legislativi atti a dissuadere e a proibire la realizzazione di strutture in aree a rischio.

Considerazioni globali nella realizzazione di opere

Realizzando un’opera bisogna tenere conto delle ripercussioni a scala globale.

Rischio

Da cosa è dato il rischio?

Il rischio è dato dal prodotto tra la probabilità di accadimento e il danno, e il danno può essere dato dal prodotto tra l’esposizione e la vulnerabilità di un’opera.

Interventi strutturali

Quali interventi strutturali possono essere realizzati?

Gli interventi strutturali realizzabili sono di molti tipi, raggruppabili in interventi sulla rete idrografica e interventi sui versanti.

Interventi sulla rete idrografica

Che tipi di interventi possono essere effettuati sulla rete idrografica?

Sulla rete idrografica possono essere realizzate arginature, scolmatori, protezioni spondali, opere trasversali, casse di espansione. Tutto ciò al fine di avere la stabilizzazione dell’alveo, realizzare difese passive, rinaturizzare gli alvei, regimare le portate.

Diversivi e scolmatori

Cosa sono diversivi e scolmatori?

Diversivi sono dei canali artificiali che derivano permanentemente parte della portata di un corso d’acqua, gli scolmatori sono dei canali artificiali che derivano parte della portata di un corso d’acqua solamente quando supera un certo valore.

Pennelli e navigazione fluviale

Perché i pennelli contribuiscono alla navigazione fluviale?

I pennelli contribuiscono alla navigazione fluviale perché la corrente viene concentrata al centro dell’alveo dove la velocità è maggiore e la deposizione di materiale è molto contenuta.

Equilibrio idrodinamico

Qual è l’espressione dell’equilibrio idrodinamico?

L’espressione dell’equilibrio idrodinamico è Qliquida*pendenza S è proporzionale a Qsolida*D50.

Studio delle piene

Per lo studio delle piene è meglio utilizzare il moto vario o il moto permanente?

Per lo studio delle interazioni tra le piene e le strutture il moto vario è sicuramente più realistico, tuttavia il moto permanente è il più cautelativo. In questo caso la filtrazione viene calcolata come se il livello del fiume restasse costante per una durata indefinita.

Riferimenti normativi per le sistemazioni fluviali

Quali sono i riferimenti normativi per le sistemazioni fluviali?

I riferimenti normativi per le sistemazioni fluviali sono il testo unico del 1904 e la legge Galasso del 1985.

Legge di filtrazione nell'argine

Qual è la legge che governa la filtrazione nell’argine?

La legge che governa la filtrazione nell’argine è la legge di Darcy Vx=Kx*dh/dx (qui è scritta solo monodimensionale).

Gli argini

Definizione di argini

Cosa sono gli argini?

Gli argini sono delle strutture di altezza tale da contenere le correnti con portate inferiori a dei limiti, stabiliti in fase di progetto, al fine di tutelare tutto ciò che è in prossimità dei corsi d’acqua.

Portate limite in fase di progetto

Che portate limite si considerano in fase di progetto?

In fase di progetto si considerano degli eventi di piena associati a eventi meteorici con tempi di ritorno fino a 100-200 anni.

Franco minimo in un argine maestro

Quanto deve essere il franco minimo in un argine maestro?

In un argine maestro il franco minimo deve essere di almeno un metro.

Tipi di argini

Che tipi di argine possono esistere?

L’argine può essere maestro, golenale, di froldo. Il maestro difende il territorio circostante, il golenale difende la golena (nella quale possono esservi strutture e campi) ed è più basso dell’argine maestro. L’argine di froldo è un argine che fa anche da sponda.

Materiali per la costruzione di argini

Che caratteristiche devono avere i materiali per la costruzione di argini?

I materiali per la costruzione di argini devono avere bassa permeabilità, 10^-6 10^-8 m/s, elevato peso specifico, buona deformabilità per evitare i cedimenti localizzati, buona resistenza meccanica.

Scelta del materiale per argini

Principalmente in base a cosa viene scelto il materiale per realizzare un argine?

Il materiale per realizzare un argine viene scelto principalmente in base a quello che c’è a disposizione in sito, al fine di minimizzare i costi di trasporto.

Cause di rottura degli argini

Quali sono le principali cause di rottura degli argini?

Le principali cause di rottura degli argini, sono il fenomeno di filtrazione-sifonamento, l’erosione e il sormonto.

Problemi idraulici per un argine

Quali sono i principali problemi di natura idraulica per un argine?

I principali problemi di natura idraulica per un argine sono la filtrazione attraverso il corpo arginale, la filtrazione nel terreno sottostante l’argine, lo scorrimento superficiale per sormonto.

Utilizzo dei modelli semplificati

Per cosa vengono utilizzati i modelli semplificati di prima approssimazione?

I modelli semplificati di prima approssimazione vengono utilizzati per valutazioni di massima e verifiche approssimative, operazioni preliminari a studi più approfonditi.

Calcoli con modelli semplificati

Che cosa si vuole calcolare con i modelli semplificati?

Con i modelli semplificati si vuole calcolare la portata d’infiltrazione e come la linea di infiltrazione interagisce con il paramento di valle, quindi capire se lo interseca e se sì dove.

Tipi di modelli semplificati

Quali modelli semplificati vengono utilizzati?

Possono essere utilizzati modelli semplificati di Leo e Arthur Casagrande, Shaffernak, Kozeny (nel quale è aggiunto un dreno orizzontale). In base al valore dell’angolo alfa posso scegliere tra questi modelli. In questi modelli si considera l’argine formato da un mezzo omogeneo, isotropo e fondato su un terreno impermeabile; si considera moto permanente.

Angolo alfa

Cosa è l’angolo alfa?

Alfa è l’angolo tra il terreno e il paramento di valle; se vi è un dreno allora è l’angolo tra il terreno e la superficie del dreno.

Soluzione semplificata di Dupuit

La soluzione semplificata di Dupuit su cosa si basa e a cosa serve?

La soluzione semplificata di Dupuit serve per calcolare la portata filtrante e la posizione della linea di saturazione. È una soluzione analitica monodimensionale che considera un terreno omogeneo isotropo e con geometria approssimata assumendo i paramenti lato fiume e campagna come verticali.

Conducibilità idraulica

In realtà la conducibilità idraulica all’interno dell’argine è la stessa sia nella direzione verticale che orizzontale?

In realtà la conducibilità idraulica all’interno dell’argine è molto più alta lungo la direzione orizzontale rispetto a quella verticale. Kh>9kv. Questo perché lungo la linea verticale c’è stata un’importante compattazione da parte dei mezzi e causata anche dal peso stesso del materiale.

Metodo alle differenze finite

Cosa è il metodo alle differenze finite?

Nel metodo alle differenze finite in ogni elemento le equazioni differenziali vengono trasformate in equazioni algebriche, di solito in equazioni di moto o di bilancio della massa, quindi si hanno delle equazioni in ogni elemento.

Metodo agli elementi finiti

Cosa è il metodo agli elementi finiti?

Il metodo agli elementi finiti prevede una serie di algoritmi matematici per approssimare in modo da rispettare i vincoli di ciascun elemento; è come se prendessi una soluzione di tentativo e verificassi che fosse verificata in tutto il campo di moto.

Equazione della portata filtrante nei modelli in 2D

Nell’equazione dei modelli in 2D da che cosa dipende la portata filtrante?

Nei modelli in 2D l’equazione della portata filtrante dipende dalla permeabilità del mezzo, dal carico idraulico, da eventuali termini di sorgente.

Gradienti e velocità della superficie di infiltrazione

In prossimità della superficie di infiltrazione si hanno dei gradienti e quindi delle velocità maggiori?

In corrispondenza della superficie di infiltrazione si hanno dei gradienti e quindi delle velocità maggiori perché in questa zona le linee di flusso sono più rettilinee, quindi il percorso è meno tortuoso e quindi le perdite di carico sono minori. Quindi si hanno delle accelerazioni e delle velocità maggiori.

Zona più fragile dell'argine

Qual è la zona più fragile?

La zona più fragile dell’argine è la parte bassa del paramento lato campagna perché qui la superficie di infiltrazione si avvicina e interseca la superficie del paramento, con gradienti e velocità relativamente elevati e quindi ci può essere l’asportazione di materiale che può degenerare creando dei tunnel fino al collasso della struttura.

Variazione della conducibilità idraulica nella zona non satura

Nella zona non satura come varia la conducibilità idraulica?

Nella zona non satura si ha presenza di acqua per la risalita capillare; al diminuire della saturazione diminuisce la conduttività idraulica.

Linea di saturazione

Cosa significa se la linea di saturazione è suborizzontale o molto inclinata?

Se la linea di saturazione è suborizzontale la cadente e le perdite di carico sono basse, quindi c’è poca opposizione al moto; se la linea di saturazione è molto inclinata ci sono elevate perdite di carico, quindi c’è un’elevata opposizione al moto.

Reticolo di filtrazione in terreni isotropi e anisotropi

Come varia la linea di saturazione e quindi il reticolo di filtrazione considerando il terreno anisotropo rispetto ad isotropo?

In realtà il terreno è anisotropo, quindi la linea di saturazione viene a trovarsi più vicina al paramento lato campagna rispetto a ciò che i modelli semplificati prevedono considerandolo isotropo. Quindi la posizione della linea di saturazione e quindi la forma del reticolo di filtrazione varia in base al rapporto tra la conducibilità orizzontale e la conducibilità verticale.

Angolo nel reticolo di filtrazione

Nel reticolo di filtrazione che angolo c’è tra le linee equipotenziali e le linee di flusso?

Nel reticolo di filtrazione tra le linee equipotenziali e linee di flusso c’è un angolo di 90°.

Confronto tra argini identici di materiali diversi

Cosa cambia in due argini dalla forma identica ma composti in materiale differente?

In due argini della stessa forma ma composti da materiale differente cambia la portata filtrante, non la forma della linea d’infiltrazione.

Movimento dell'acqua in base alla pressione

In base alla pressione come si muove l’acqua?

L’acqua tende sempre a migrare da una zona a maggiore pressione verso una zona a minore pressione.

Funzione del dreno

Qual è la funzione del dreno?

La presenza del dreno ha lo scopo di tenere asciutto il paramento di valle, questo avviene grazie al fatto che la linea di saturazione si abbassa e converge nella parte iniziale del dreno. Tenendo asciutto il paramento verticale si evita l’asportazione di materiale che minerebbe la stabilità dell’opera. Di contro c’è che il gradiente medio aumenta e la velocità di filtrazione aumenta, quindi aumenta la probabilità che venga asportato del materiale e che si creino dei piccoli tunnel.

Spessore minimo del dreno

Che spessore minimo deve avere il dreno?

Il dreno deve avere uno spessore minimo di mezzo metro.

Rivestimenti per impermeabilizzare l'argine

Possono essere realizzati dei rivestimenti per impermeabilizzare l’argine?

Possono essere realizzati dei rivestimenti in argilla per impermeabilizzare l’argine ed impedire che l’acqua si infiltri nel corpo dell’argine stesso. Tuttavia tali rivestimenti possono essere fragili agli urti e potrebbero perdere la propria capacità di impermeabilizzazione.

Sifonamento

Cosa è il sifonamento?

Naturalmente l’acqua migra dalla zona a maggiore pressione verso la zona a minore pressione. Generalmente il sifonamento è un fenomeno causato dall’eccessiva differenza tra il livello piezometrico al lato di monte di uno sbarramento e il livello piezometrico lato a valle dello sbarramento, dove la corrente filtrante ha un’elevata capacità erosiva che determina l’asporto di materiale creando dei fontanazzi e a causa dell’erosione retrograda dei tunnel di dimensioni via via crescenti che possono portare al collasso della struttura.

Interventi per mitigare il sifonamento

Quali interventi possono mitigare l’effetto del sifonamento in un argine?

In un argine il sifonamento può essere evitato realizzando dei dreni al piede del paramento lato campagna oppure dei diaframmi verticali e paratie al di sotto del corpo dell’argine.

Fontanazzo

Cosa è un fontanazzo?

Un fontanazzo si viene a creare quando, a causa dell’elevata differenza tra i livelli piezometrici tra i lati fiume e campagna, si hanno delle velocità di filtrazione eccessive e le bolle d’aria contenute nel terreno parzialmente saturo vengono spinte dal movimento dell’acqua verso la superficie del piano campagna creando un “ribollire del terreno”. La sua formazione erode la superficie del terreno e può degenerare in un’erosione retrograda che può portare al collasso dell’argine.

Contrasto dei fontanazzi

Come vengono contrastati i fontanazzi?

Dopo che un fontanazzo si è formato si cerca di contrastare l’azione erosiva circondandolo con dei sacchi di sabbia cercando di innalzare la linea piezometrica in modo di diminuire la differenza di carico tra il lato monte e il lato valle, e quindi la velocità di filtrazione e la capacità erosiva.

Formazione di più fontanazzi vicini

Possono formarsi più fontanazzi vicini?

In seguito alla messa in sicurezza di un fontanazzo è probabile che se ne formino altri in vicinanza.

Erosione retrograda dovuta al sifonamento

Cosa è l’erosione retrograda dovuta al sifonamento?

Il fenomeno di erosione retrograda si ha quando la differenza tra il livello piezometrico lato fiume e lato campagna è eccessiva e può quindi innescarsi un processo erosivo alla base del paramento lato campagna dell’argine; col progredire del fenomeno viene asportato sempre più materiale che porta alla formazione di piccoli tunnel all’interno dei quali l’acqua in pressione scorre con un’alta capacità erosiva e portando alla formazione di tunnel sempre più grandi che si estendono verso l’interno dell’argine con il rischio sempre più imminente di collasso dell’argine. L’erosione retrograda dovuta a sifonamento è l’erosione.

Probabilità di collasso di un argine per sifonamento

È raro che il sifonamento causi il collasso di un argine?

Il collasso di un argine circa la metà delle volte avviene a causa del sifonamento.

Verifica al sifonamento

Che metodi semplificati esistono per la verifica al sifonamento?

I metodi semplificati per la verifica al sifonamento sono i metodi di Bligh, di Lane e di Sellmeijer.

Metodo di Bligh

Come funziona il metodo di Bligh?

Il metodo di Bligh serve per calcolare la larghezza che deve avere l’argine, per evitare il sifonamento, in base alla differenza tra i livelli delle piezometriche ΔH, lo spessore del terreno D nella zona più vulnerabile e alle caratteristiche del terreno (quantificate attraverso un coefficiente Ccreep). L>= Ccreep*(ΔH- 0.3*D)0.3*D è una sorta di correzione di sicurezza per tenere conto della vulnerabilità del terreno dove lo spessore è minimo. Ccreep tiene conto della vulnerabilità dovuta al tipo di terreno.

Valori del coefficiente Ccreep

Che valori può avere il Ccreep o Cbligh?

Il Cbligh va da 4 per le ghiaie a 18 per la sabbia fine; aumenta con la vulnerabilità del tipo di materiale, diminuisce quindi con il diametro e quindi la stabilità dei grani.

Correzione relativa alla vulnerabilità del terreno

Perché si apporta una correzione relativa alla vulnerabilità del terreno dove presenta spessore inferiore?

Si apporta una correzione dove il terreno è più vulnerabile in quanto essendo meno spesso aumenta la probabilità di sollevamento e di erosione retrograda e sifonamento.

Metodo di Lane

Cosa viene aggiunto nel metodo di Lane rispetto al metodo di Bligh?

Rispetto al metodo di Bligh, nel metodo di Lane, si fa distinzione tra filtrazione orizzontale e verticale in quanto viene applicato per tenere conto della presenza di strutture verticali come diaframmi. I tratti nei quali la filtrazione è orizzontale sono più vulnerabili in quanto la conducibilità idraulica è maggiore.

Diaframmi

Cosa sono e a cosa servono i diaframmi?

I diaframmi sono delle strutture verticali impermeabili che vengono realizzate al di sotto del corpo dell’argine al fine di allungare il percorso che l’acqua di filtrazione deve compiere ed evitare il sifonamento. Ciò è necessario qualora le dimensioni dell’argine siano troppo piccole per soddisfare la disuguaglianza del metodo di Bligh. Allungando il percorso è possibile soddisfare la disuguaglianza.

Vulnerabilità

Cosa si intende per vulnerabilità?

In questo contesto per vulnerabilità si intende erodibile ad un basso valore di gradiente.

Confronto tra i coefficienti di creep e Lane

I coefficienti di creep e Lane sono uguali?

I coefficienti di Bligh e Lane sono diversi perché le relazioni dei due metodi sono diverse.

Metodo di Sellmeijer

A cosa serve il metodo di Sellmeijer?

Il metodo di Sellmeijer è stato realizzato a partire da esperimenti su sifonamenti in terreni sabbiosi porta a dei risultati simili al metodo di Bligh. Nel metodo di Sellmeijer la larghezza minima che deve avere l’argine per evitare il sifonamento dipende dalla differenza di carico, da fattori di forma, resistenza.

Granulometrie resistenti al sifonamento

Quali sono le granulometrie che resistono meglio al sifonamento?

Le argille resistono bene al sifonamento grazie all’elevata coesione; le ghiaie resistono meglio delle sabbie.