I modelli per le colate di detrito ed il loro utilizzo per la progettazione/verifica di opere di difesa attive e passive.

Transcript

1 I modelli per le colate di detrito ed il loro utilizzo per la progettazione/verifica di opere di difesa attive e passive. Carlo Gregoretti In collaborazione con: Alessandro Bagato, Martino Bernard, Matteo Berti, Mauro Boreggio, Federico Cazorzi, Giacomo Crucil, Giancarlo Dalla Fontana, Alberto De Luca, Massimo Degetto, Gianpietro De Vido, Mario Furlan, Stefano Lanzoni, Ezio Pilotto, Alessandro Pimazzoni, Alessandro Simoni

2 Schema della presentazione 1. Il fenomeno delle colate detritiche ed i processi fisici coinvolti. 2. Affidabilità dei modelli idrologici ed idraulici per colate detritiche. 3. Uso di modelli idrologici per la progettazione di opere di difesa attiva. 4. Uso di modelli idraulici per la progettazione di opere di difesa passiva.

3 La colata di detrito è un fenomeno che avviene quando una corrente liquida ingloba un elevata quantità di detrito generando una corrente solidoliquida Questo fenomeno può essere inquadrato a metà tra una frana ed una piena in un corso d acqua

4 Rio Acquabona (Cortina d Ampezzo, km98 SS51, 12 Giugno 1997)

5 Afghanistan, 2007

6 Rovina di Cancia (Borca di Cadore, km80 SS51, 23 Luglio 2015)

7 La formazione delle colate detritiche: dove, come e quando si generano? I deflussi superficiali discendenti dai canali incisi sulle pareti rocciose impattano i sedimenti alla base delle pareti e li mobilitano generando le colate.

8 Deflusso superficiale su pareti rocciose Esempi di deflusso superficiale ad Acquabona (sinistra) e Fiames (destra) a Cortina d Ampezzo che hanno generato colate detritiche. Colata del 12/6/1997 ad Acquabona (km 98 SS51, Cortina d Ampezzo) Colata del 18/8/2011 a Fiames (km 107 SS51, Cortina d Ampezzo)

9 Deflusso superficiale al piede di pareti rocciose Sul fondo dei canali che si originano allo sbocco dei canali incisi sulle pareti rocciose, i depositi di detrito dovuti ad eventi precedenti (frane, crolli di roccia, frane di sponda), vengono mobilizzati da deflussi superficiali generati da precipitazioni di elevata intensità 9 mm in 15 minuti Nessun fenomeno di colata 18 mm in 10 minuti Fenomeno di colata più a valle

10 In definitiva Le colate si generano alla testata di canali che drenano i bacini rocciosi di testata Deflusso superficiale Parete rocciosa Impatto sui sedimento innesco della colata Deposito detritico Formazione di una colata immatura senza selezione dei sedimenti La colata prende velocità erodendo i sedimenti giacenti sul fondo Formazione di una colata matura con accumulo dei sedimenti sul fronte Deflussi superficiali di portata elevata che discendono sui canali incisi sulle pareti rocciose impattano i sedimenti che giacciono sul fondo dei canali sottostanti e danno luogo a fenomeni di colata detritica Deposito

11 I processi fisici coinvolti Riassumendo un fenomeno di colata è il risultato di tre processi fisici diversi: 1. Trasformazione della precipitazione in deflusso superficiale 2. Movimentazione del materiale detritico giacente sul fondo dei canali da parte del deflusso superficiale con formazione di una corrente solido-liquida 3. Propagazione verso valle della corrente solido-liquida Necessità di tre modelli diversi: 1. Modello idrologico (afflussi-deflussi) 2. Modello di innesco per determinare idrogramma solidoliquido 3. Modello idraulico di propagazione di una colata.

12 I modelli devono essere testati Il grado di affidabilità delle simulazioni dipende dalla capacità dei modelli di riprodurre eventi passati. I modelli idrologici andranno testati con misure di portata sotto parete e quelli idraulici con i tempi di propagazione e la distribuzione dei volumi di sedimento erosi e depositati relativi ad eventi accaduti. I modelli idraulici che non prevedano meccanismi per simulare l erosione od il deposito non sono utilizzabili.

13 Stazione Dimai (2010- ) Vasca con stramazzo Stramazzo rimovibile in parete sottile Stazione di monitoraggio S. Vito di Cadore 3 Maggio 2016

14 Confronto tra misure di portata e modell I classici metodi, del coefficiente di deflusso costante o del SCS-CN non sono in grado di simulare la risposta idrologica di bacini rocciosi di testata. In alcuni casi anche l approccio cinematico puro potrebbe essere insufficiente per la propagazione.

15 Confronto tra depositi misurati e simulat I modelli idraulici, A, B e C modellano i processi di erosione e deposito in modo differente: nel primo dipendono da pendenza e velocità, nel secondo dalla pendenza e nel terzo dall adattamento immediato della concentrazione al valore di equilibrio.

16 Uso modelli per opere difesa attive - 1 Le opere di difesa attiva sono i sistemi early warning basati o su soglie di precipitazione/livello o su simulazione pre-evento mediante input pluviometrico (stime radar corrette o misure di precipitazione di pluviometri posti nella parte alta del bacino).

17 Uso modelli per opere difesa attive - 2 Per diverse coppie di valori intensità-durata di precipitazione, si eseguono simulazioni di deflusso superficiale in condizioni di saturazione del terreno individuando quelle che producono colate di detrito di volumetria superiori od uguali ad un valore soglia. Tramite le coppie corrispondenti ai valori soglia, si determina la soglia di precipitazione (curva intensità-durata), che va confrontata con misure pluviometriche di eventi di colata accaduti.

18 Pre-dimensionamento idraulico - 1 Si vogliono inserire due briglie in due sezioni del canale di Rovina di Cancia a monte e valle della piazza alta. Per dimensionare la gaveta occorre sapere la portata transitante. Si esegue una simulazione allo stato di fatto per determinarla.

19 Pre-dimensionamento idraulico - 2 I risultati delle simulazioni Massime profondità di deflusso Profondità di erosione ed altezze di deposito finali 4/3/2016

20 Pre-dimensionamento idraulico - 3 Gli idrogrammi delle portate nelle sezioni di ingresso, 1 e 2. L idrogramma nella sezione 1 presenta una portata di picco doppia rispetto all idrogramma della sezione di entrata oltre che un volume solido-liquido di gran lunga superiore a causa dei fenomeni di erosione nella parte iniziale del canale. L idrogramma della sezione 2 a causa dei fenomeni di deposito sulla piazza alta ha una portata di picco che un volume solido-liquido inferiore a quelli dell idrogramma della sezione 1. 4/3/2016

21 Scelta numero di manufatti - 1 Su di un tratto del canale di Rovina di Cancia soggetto sia ad erosione che a transito di volumetrie solide elevate, si cerca la sistemazione migliore per: 1) Limitare le erosioni 2) Limitare le volumetrie solide transitanti verso valle soglie Soglia aggiunta Dopo aver stabilito un numero iniziale di 6 soglie si esamina l andamento delle erosioni e depositi e si osserva che a monte ci sono ancora intensi fenomeni di erosione e si interviene introducendo un ulteriore soglia. Fonte: elaborazioni preliminari svolte per conto della provincia di Belluno

22 Dimensionamento idraulico di briglie o manufatti idraulici - 2 Si vuole dimensionare la luce tra gli elementi di tre briglie filtranti poste a valle della piazza alta. Si esegue una simulazione con una luce di partenza pari a 3 m per tutte le briglie e si calcola la differenza di volumetria solido-liquida transitante verso valle rispetto alla situazione attuale. stato attuale Fonte: elaborazioni preliminari svolte per conto della provincia di Belluno briglie

23 Dimensionamento idraulico di briglie o manufatti idraulici - 3 Il confronto tra le volumetrie solido-liquide allo stato attuale e con tre briglie, permette di quantificare la volumetria solido-liquida trattenuta e quindi il potenziale beneficio che si ha verso valle. Altro grafico è quello del confronto tra i valori di picco delle portate solido-liquide transitanti allo stato attuale e con tre briglie. attuale tre briglie La simulazione della propagazione della colata con luci tra gli elementi filtranti diverse dalla configurazione iniziale e la corrispondente restituzione grafica mediante i grafici di cui sopra, permette la scelta di una luce ottimale.

24 Verifica di lavori di sistemazione idraulica-1 Stato di pericolosità 1 Nel 1966 e 1972 due colate detritiche formatesi sul Jaron dei Ross hanno inciso un canale che punta sull abitato di Chiapuzza. Le colate sono state quindi deviate mediante i muri A e B ed i canali 1, 2, 3 a due piazze di deposito a lato del canale che punta sull abitato. Jaron dei Ross

25 Verifica di lavori di sistemazione idraulica-2 Stato di pericolosità 2 I canali 2 e 3 potrebbero risultare insufficienti in caso di cedimenti di sponda od in seguito ad eventi di colata ed il muro B risulta sifonato ed in stato di stabilità precaria

26 Verifica di lavori di sistemazione idraulica-3 Interventi proposti 1. Nuovo muro a valle di quello sifonato con fondazione in micropali di 250 mm (tubo 219 mm) ad interasse 300 mm per garantire il passaggio del deflusso sottosuperficiale e trattenere il detrito (quasi-berlinese). 2. Costruzione di un nuovo canale deviatore (n 5) tale che vi sia equilibrio tra volumi di scavo e riporto. 3. Risagomatura ed allargamento della piazza di deposito alta. 4. Realizzazione di 4 briglie GeoBrugg immediatamente a monte dell abitato per la protezione dello stesso prima dell esecuzione degli interventi di cui ai punti 1, 2 e 3. Studio per la messa in sicurezza del versante sovrastante Chiapuzza per incarico della Provincia di Belluno al Dip. TESAF

27 Verifica di lavori di sistemazione idraulica-4 Modellazione idraulica alla situazione attuale e di progetto Competenza Regole Studio per la messa in sicurezza del versante sovrastante Chiapuzza per incarico della Provincia di Belluno al Dip. TESAF

28 Verifica di una briglia frangicolata - 1 Nel canale di Rovina di Cancia si sposta la confluenza del Bus de Diau 150 m più a valle ed immediatamente a monte della nuova confluenza si inserisce una briglia frangicolata. Si esegue quindi una simulazione idraulica per determinare l andamento delle profondità di deflusso e delle profondità di erosione e deposito in corrispondenza della briglia. Fonte: elaborazioni preliminari svolte per conto della provincia di Belluno

29 Verifica di una briglia frangicolata - 2 Briglia frangicolata con luce di 2 m tra gli elementi frangicolata ai lati e 3 m al centro

30 Verifica di una briglia frangicolata - 3 Massime profondità di deflusso Si osserva che la briglia non è in asse con la colata e che gli elementi frangicolata vengono sormontati di poco

31 Verifica di una briglia frangicolata - 4 Sezione immediatamente a monte della briglia (vista da monte) Anche qui si osserva che l apertura della briglia non è in asse con la colata il cui deflusso risulta spostato in destra idraulica.

32 Verifica di una briglia frangicolata - 5 Calcolo delle sollecitazioni di sforzo tangenziale (T) e normale (N) sulla platea della briglia

33

34 Grazie per l attenzione