Monitoraggio delle acque sotterranee in aree industriali PARTE II

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1 Monitoraggio delle acque sotterranee in aree industriali Estratto dal Convegno Caratterizzazione e quantificazione del trasporto solido su piccoli bacini alpini, Milano, 22/10/2003 Presentazione a cura di V. Francani, P. Gattinoni, L. Scesi Presentazione divisa in quattro parti PARTE II

2 Condizioni geologiche che forzano l erosione delle sponde Asietria della litologia delle ripe: a destra sedienti erodibili, a sinistra roccia, substrato roccioso A destra sedienti interessati da frane, con livelli argillosi,substrato in roccia A destra sedienti pereabili, con rilevante variazione del grado di saturazione, a sinistra sedienti poco pereabili.

3 Calcolo del volue d acqua scabiato fra fiue e falda Molte relazioni sono state elaborate per correlare i livelli idroetrici con relazioni seiepiriche. Tra le più seplici, quella di C.E.Wright (1980) che distingue tra settori a falda alientante (caso a) e settori a falda alientata del fiue (b). Q = ra (h- Z ) falda alientante (a) Q = ra /( z-z) fiue alientante (b) Dove Q è la portata di scabio, r A (/giorno) il fattore di filtrazione del letto del fiue, dato dal rapporto fra la sua pereabilità e il suo spessore oltiplicato per l area del settore considerato, h il livello piezoetrico della falda (), z il livello del fondo del fiue. Z il livello idroetrico (). z z h

4 Queste condizioni facilitano la forazione di dissesti franosi delle sponde, che sono essenzialente di tre tipi : scivolaenti piani e rotazionali seplici sottoescavazioni scivolaenti coposti.

5 Conviene quindi suddividere il cirso d acqua da esainare in tratti in base alle caratteristiche geologiche riscontrate, verificando per ciascuno di essi il fattore di sicurezza delle sponde Una delle relazioni più couneente utilizzate nel caso di scivolaento seplice di un blocco seprato dalla sponda da una frattura di profondità F, è la seguente,: FS = c(h-f)/sen Β + [ (w/2(( H 2 F2/tgΒ) H 2 K 2/tgi) - N )cosβ+rcosα] tg φ [(w/2)(h2-f2/tgβ-h 2-F 2/tgi)senΒ-Rsenα] H è l altezza della sponda, H quella della sponda non erosa, w l altezza del livello idroetrico, F la profondità della fessura di trazione, F l altezza della scarpata verticale, i l angolo in gradi del profilo della sponda. La pendenza della superficie di rottura è data dall angolo β. R è la risultante della pressione idrostatica di confinaento per unità di profondità e a l angolo fra R e la norale alla sup.di rottura in gradi La lunghezza della linea di rottura è data da S = (H-F)/sen β

6 E inoltre indispensabile esainare i fattori di indeboliento delle ripe per cause naturali e antropiche. Tra le prie citiao : 1. Fenoeni carsici nei calcari 2. Progressiva alterazione di rocce deboli 3. Circolazione idrica lungo le discontinuità e nelle zone di frattura 4. Erosione sotterranea (piping) L evoluzione di queste fore di progressivo indeboliento delle sponde corrisponde a uno schea che differisce solo nei dettagli; a titolo di esepio osserviao i fenoeni di erosione sotterranea (piping).

7 OBIETTIVO Identificare le odalità di generazione dell instabilità e valutare gli effetti dei diversi fattori innescanti Individuare le zone soggette al fenoeno Definire in aniera quantitativa le soglie d innesco (idrologiche e idrogeologiche) Stiare la quantità di ateriale solido che arriva in alveo Deliitare le zone interessate da esondazioni e alluvionaenti

8 Condizioni geologiche per l innesco del piping Caratteristiche granuloetriche (Berry, 1970; Soleilhavoup e Cailleux, 1979; Gerrard, 1981; Higgins, 1984; Kenney, 1985), orfologia (Jones, 1997; Garcia-Ruiz, 1997), caratteristiche pedologiche (Martin-Penela, 1984; Higgins e Schorner, 1997) e cliatiche (Bryan e Jones, 1997), il oto di filtrazione dell acqua deve raggiungere un gradiente critico (Zaslavsky e Kassiff, 1965).

9 In particolare, il piping si innesca quando esiste una superficie libera attraverso cui il flusso può fuoriuscire trasportando via il ateriale riosso; è presente una sorgente d acqua, anche non costante, che induce un flusso concentrato tale da generare un gradiente sufficiente a riuovere le particelle fini di terreno; esistono delle intercalazioni di ateriale più fine a bassa pereabilità che rallentano il flusso verticale e inducono un flusso orizzontale negli strati più pereabili. Hagerty, 1991

10 Ad esepio Lo strato sabbioso drenante si trova tra due strati di ateriale a bassa pereabilità L asportazione delle particelle provoca il collasso dello strato soprastante

11 Le zone aggiorente esposte ai fenoeni di erosione sotterranea si localizzano all interno dei ateriali alluvionali, in particolare in corrispondenza di sponde fluviali e terrazzi orenici. In tali zone, infatti, il gradiente idraulico della falda, già naturalente elevato, può subire periodici increenti a causa dell innalzaento piezoetrico indotto dall infiltrazione delle acque eteoriche nelle zone di alientazione. In questo fenoeno gioca un ruolo fondaentale la diversa pereabilità dei depositi, data dalla tipica suddivisone in strati dei terreni alluvionali.

12 Evoluzione del fenoeno L acqua eteorica si infiltra e percola organizzandosi progressivaente in un sistea di drenaggio sotterraneo, fino ad incontrare dei livelli a aggiore pereabilità L acqua di falda filtra lungo direzioni preferenziali a aggiore conducibilità idraulica L asportazione del ateriale fine deterina un ulteriore increento della pereabilità In corrispondenza della scarpata hanno origine delle sorgenti Raggiunto il gradiente critico si innescano fenoeni di piping localizzati proprio lungo gli allineaenti a aggiore pereabilità

13 Il fenoeno evolve in odo graduale, con un processo di erosione regressiva a partire dalla zona di sorgente, che deterina un progressivo allargaento della condotta ed un suo approfondiento verso l interno del terrazzo; l evolversi del fenoeno porta alla forazione di una fascia di debolezza che coinvolge porzioni di terreno sepre più apie, fino a giungere al collasso della scarpata.

14 ITER PROCEDURALE PER INDIVIDUAZIONE ZONE A RISCHIO Censiento dati sottosuolo Organizzazione e gestione dei dati Analisi critica dei dati Localizzazione delle aree critiche PARAMETRI CARATTERISTICI DELLE ZONE SOGGETTE A PIPING Alterazione del terreno Pereabilità elevata Angolo d attrito basso Indice di deforabilità basso

15 Pereabilità Andaento della pereabilità con la profondità 0,012 0,01 k [c/s] 0,008 0,006 0,004 0, sotto sotto ,5 1, sotto sotto 9 Centro storico Villa Ospedale Autodroo VialeLobardia S.Albino Reale Si ricercano le aree con valori di k più elevati

16 Angolo d attrito e peso specifico Andaento dell'angolo d'attrito e peso spec. con la profondità g [kn/3] Angolo d'attrito int sotto sotto ,5 1, sotto sotto 9 Centro storico Villa Reale Ospedale Autodroo VialeLobardia S.Albino Si ricercano valori bassi di peso specifico ed angolo d attrito, associabili a strati deboli e poco addensati

17 Indice di deforabilità Andaento dell'indice di deforabilità sul territorio E' [kg/c2] sotto sotto ,5 1, sotto sotto 9 Centro storico Villa Reale Ospedale Autodroo VialeLobardia S.Albino Attraverso l indice di deforabilità, ricavato ad esepio indirettaente da prove S.P.T., si individuano gli strati deboli e scarsaente addensati

18 Calcolo del gradiente critico COS E G? FORMULA SEMPLIFICATA DI KASSIFF j CR = ( G 1) ( 1 n) a1 cosα Ubicazione Centro storico Villa Reale Ospedale Autodroo Viale Lobardia S.Albino Profondità γ [kn/3] G Porosità j critico ,94 0,37 0,6 sotto ,14 0,35 0, ,53 0,41 0, ,53 0,41 0, ,83 0,37 0,53 sotto ,04 0,35 0,68 strato ,94 0,39 0,57 strato 3/4 19 1,94 0,36 0,60 strato ,94 0,38 0,58 strato ,94 0,35 0,61

19 Il georadar Potenzialità I risultati dipendono dalle condizioni e dalle proprietà del terreno, dalla profondità a cui si trova l obiettivo, dalla geoetria. La profondità di penetrazione raggiungibile è dell ordine di etri in sabbie sature, di pochi etri nelle argille sature Fornisce dati lungo sezioni Perette di indagare aree di grosse diensioni Basso ipatto abientale

20 Il georadar Caso applicativo di Venegono È stata utilizzata l antenna da 500 MHz che garantiva una buona cobinazione di penetrazione e risoluzione Sono state rilevate 16 sezioni parallele alle isoipse L elaborazione è stata effettuata ediante software sviluppato dal gruppo del prof. Zanzi del DIS

21 Sono queste le basi per l ipleentazione di odelli di calcolo dell entità della deposizione e dell erosione, che portano a identificare le variazioni di assetto dell alveo

22 E necessario evitare che la distribuzione lungo l alveo del ateriale proveniente da erosione di sponda o da frane avvenute nella parte alta del bacino ostacoli il flusso delle acque di piena. Sono stati predisposti odelli per questi calcoli (USDA) che si basano sulla legge di conservazione di assa, partendo dalla considerazione che, lungo una sezione longitudinale dell alveo, le variazioni dell altezza del fondo dy nel tepo, siano proporzionali a quelle della portata solida con la distanza dalla fonte del detrito, e cioè che : dy / dt = d/ dx Sulla base di studi idrologici, è possibile calcolare la distribuzione delle velocità della corrente nel corso delle piene. Ad analoghi risultati si può pervenire con studi sedientologici Per una data granuloetria, è possibile deterinare la velocità della corrente per la quale avviene la sedientazione (es.traite diagrai coe quello di Hjulkstro oppure applicando le relazioni basate sul valore di T(Shields).