CHIAVICA EMISSARIA DI MONDINE: NUOVA CHIAVICA

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1 CONSORZIO DI BONIFICA DELL EMILIA CENTRALE CORSO GARIBALDI N REGGIO EMILIA DIREZIONE@EMILIACENTRALE.IT TEL FAX CF M - PRG Rev. 1 del PROGETTO: INTERVENTI DI RIPRISTINO DELLA FUNZIONALITA' DEL NODO IDRAULICO DI MONDINE IN COMUNE DI MOGLIA (MN) GRAVEMENTE DANNEGGIATO DAGLI EVENTI SISMICI DEL MAGGIO 2012: CHIAVICA EMISSARIA DI MONDINE: NUOVA CHIAVICA Importo: ,00 Ente finanziatore: Regione Emilia Romagna Commissario Delegato emergenza sisma Tipologia Progetto Riferimento legislativo Comune Fattibilità Preliminare Definitivo Esecutivo Ordinanza n 47 /2014 X intervento opere pubbliche n.257 Moglia (MN) ALLEGATI: Progettazione generale: Ing. Matteo Giovanardi Allegato n : Titolo: Progettazione paesaggistica: Dott. Aronne Ruffini Progettazione idraulica e idrogeologica: Ing. Elena Mocci 23 RELAZIONE IDROGEOLOGICA Progettazione impianti elettrici: P.I. Mauro Bigliardi Coordinatore per la sicurezza: Geom. Enrico Gabbi Tavola n : Oggetto: Consulenza architettonica: Arch. Stefano Gorni Silvestrini Consulenza paesaggistica: Arch. Chiara Visentin Consulenza ambientale: Dott. Paolo Vincenzo Filetto Scala: Consulenza geologica per la cava: Dott.ssa Claudia Borelli Consulenza geologica: Dott. Mario Mambrini Consulenza archeologica: Dott.ssa Barbara Sassi Collaboratori: Geom. Riccardo Nicolini Geom. Ennio Montanari Dott. Fabrizio Gozzi P.I. Giuseppe Rossi Il Responsabile del Procedimento: Ing. Paola Zanetti Area progettazione: Codice Progetto: Codice CUP: Codice CIG: G24B Revisione progetto - elaborati Data Rev. Rev. Descrizione Redatto Verificato Data Progetto: Aggiornamento: UNI EN ISO 9001:2008 UNI EN ISO 14001:2004 OHSAS 18001:2007

2 Sommario 1 Premessa Parametri geotecnici e condizioni al contorno Verifica al sifonamento Verifica con la formula di Bligh-Lane Verifica ai sensi delle NTC Conclusioni Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 1

3 1 Premessa Il nodo idraulico di Mondine gestito dal Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale rappresenta uno dei principali presidi idraulici della rete delle acque alte del comprensorio in quanto dotato, oltre ad una serie di manufatti di regolazione e sbarramento, di un impianto di sollevamento in grado di smaltire una portata massima di 50 m 3 /s. Tra i principali manufatti di regolazione vi la chiavica di presidio sul Fiume Secchia che a causa del sisma del maggio 2012 necessita di un significativo intervento di rifunzionalizzazione che prevede il suo affiancamento con una nuova chiavica con quote più adatte agli attuali argini del fiume. La presente relazione va ad aggiornare l elaborato Relazione idrogeologica del Progetto Preliminare presentato il data 20/12/2012 alla luce di eventuali nuove evidenze messe in luce dalla campagna geognostica 2013 che va ad approfondire e integrare quanto indicato nella relazione geologica del Infatti le prime indagini si sono limitate alle sole prove penetrometriche statiche da cui è stata desunta la stratigrafia del terreno e da essa stimati i coefficienti di permeabilità (k) attraverso indicazioni di letteratura; invece con la nuova campagna geognostica si sono effettuati dei carotaggi e delle prove di permeabilità che hanno consentito di avere un quadro geologico più attendibile in base al quale si effettuerà la verifica al sifonamento per la controchiavica in oggetto come previsto dalle NTC Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 2

4 2 Parametri geotecnici e condizioni al contorno Per la ricostruzione della stratigrafica si sono utilizzati e semplificati i dati ottenuti dalla seconda campagna geognostica fatta nel 2013 dalla società Geolog S.c.r.l. sul nodo idraulico in oggetto. Le nuove indagini vanno sostanzialmente a confermare il modello geologico già individuato per quanto concerne la stratigrafica mentre vengono apportate alcune modifiche ai coefficienti di permeabilità (k) che inizialmente erano state stimate in maniera indiretta dai soli risultati delle prove penetrometriche statiche e basandosi su valori di letteratura mentre ora derivano da prove dirette di permeabilità in situ. Si distinguono progressivamente dal basso all alto: Unità A: zoccolo sabbioso riconducibile a sedimenti di corrente trattiva del fiume Po; coefficiente di permeabilità k 10-6 m/s; quota tetto circa 4 m s.l.m. Unità D: depositi alluvionali, prevalentemente argillosi e limosi, di stanca ed esondazione degli affluenti di fiume Po; coefficiente di permeabilità k m/s; quota tetto a circa 12 m s.l.m. Unità C: sedimenti di sabbia fine dovuti alla corrente degli affluenti di fiume Po; coefficiente di permeabilità k 10-7 m/s; quota tetto a circa15 m s.l.m. Unità E: varie litologia della zona, disposte in forma caotica, a formare gli argini sovraimposti e pertanto non significativa ai fini delle presenti simulazioni di filtrazione. In via semplificativa è stata assunta l ipotesi di isotropia del coefficiente di filtrazione nei vari strati. Il peso specifico saturo delle varie unità geologiche è stato supposto pari a 18,50 kn/m 3 e il peso specifico dell acqua pari a 9,81 kn/m 3. Le condizioni al contorno riguardano il livello idrometrico sul lato Secchia assunto pari a 14,5 m (ovvero in quota assoluta 27,5 m s.l.m.) e il livello idrometrico sul lato Lama assunto pari a 3,5 m (ovvero in quota assoluta 18,5 m s.l.m.) che realizzano un carico idraulico complessivo di 9 m. Si specifica che il livello del Secchia è quello relativo alla piena con Tr=200anni indicata dal PAI e il livello del Lama è stato assunto con il tirante idrico più frequente quando presenta funzione scolante; si sarebbe potuto considerare il canale completamente vuoto ma questa situazione non è realistica perché non accade mai che vi sia afflusso nullo dalla rete interna. La struttura all interfaccia tra il fiume Secchia e il cavo Lama, all interno della quale verrà alloggiata la chiavica di presidio, risulta costituita da un manufatto di lunghezza complessiva pari a circa 66 m (28m riferibili al manufatto esistente e 38 m al manufatto in progetto). Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 3

5 Nuova chiavica emissaria sul Fiume Secchia Comune di Moglia (MN) Relazione idrogeologica Si evidenzia la presenza tra una chiavica e l altra di una cortina di colonne jet-grouting piuttosto fitta, tale da potersi considerare ai fini del calcolo come un vero e proprio diaframma impermeabile. 3 Verifica al sifonamento Per maggior certezza dei risultati si è deciso di fare la verifica con 2 metodi: con la formula di Bligh-Lane secondo le NTC 2008 simulando il flusso idrico sotterraneo mediante il software SEEP/W (GeoStudio 2012) La verifica è stata effettuata sulla condizione di progetto comprensiva di chiavica esistente e chiavica di progetto considerati come manufatto unico. 3.1 Verifica con la formula di Bligh-Lane La verifica viene effettuata individuando il percorso dell acqua ritenuto critico, rappresentato dal contorno dell opera inserito nel mezzo poroso, il cui sviluppo adeguatamente pesato nei suoi tratti (1/3 se il contatto è orizzontale e 1 se verticale) deve essere multiplo del dislivello ΔH tra monte e valle di un fattore di sicurezza dipendente dal terreno di imposta. 3 / Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 4

6 !" Sabbia molto fine o limo 8,5 Sabbia fine 7,0 Sabbia media 6,0 Sabbia grossa 5,0 Argilla molle 3,0 Argilla media 2,0 Argilla compatta 1,8 Argilla molto compatta 1,6 Tabella 1- Fattori di sicurezza al variare della natura del terreno secondo Bligh-Lane Poiché l opera comprensiva del diaframma centrale di progetto si inserisce entro 3 tipi diversi di terreno, sono state pesate le lunghezze dei tratti di contatto opera/terreno con il coefficiente corrispondente al tipo di materiale. In questo modo per avere le condizioni di sicurezza, il rapporto finale dovrà essere maggiore di 1. I coefficienti di sicurezza utilizzati peri tre strati suddetti sono i seguenti: sabbia fine=7,0 argilla=2 sabbia media = 6,0 Le lunghezze in gioco del percorso ritenuto critico sono le seguenti: Quindi la formula da applicare sarà la seguente: Dove: Figura 1- Percorso critico per l applicazione della formula di Bligh-Lane # $ 7 & 7' # 3 2 ) 7 2 # * 2 2 # + & 6 & 6' 3 7' 3 Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 5

7 # $ 0,35 # ) 2,65 # * 8,00 # + 1,35 & $ 27,50 & ) 1,20 & * 37,70 Sostituendo i valori corrispondenti si ottiene: 2 3,45 6 Con tale valore di F, largamente superiore a 1, è possibile escludere il fenomeno del sifonamento. 3.2 Verifica ai sensi delle NTC 2008 La verifica al sifonamento secondo le NTC del 2008 viene codificata come Stato Limite Ultimo Idraulico (HYD) ed è soddisfatta quando il valore della pressione interstiziale instabilizzante di progetto (u inst,d) risulti non superiore al valore di progetto della tensione totale stabilizzante (σstab)tenendo conto dei seguenti coefficienti parziali di sicurezza di cui alla tabella 6.2.IV delle norme. In questo caso i coefficienti di sicurezza che andremo a considerare sono quelli relativi al caso dei carichi permanenti, pertanto applicheremo 0.9 al peso del terreno (favorevole) e 1.3 alla spinta dell acqua (sfavorevole). Come già accennato, l analisi idrogeologica è stata effettuata attraverso il codice di calcolo agli elementi finiti SEEP/W, messo a punto dall Università dell Alberta, Canada, nell ipotesi di moto stazionario permanente, cioè gradiente massimo di progetto con durata illimitata. Il modello è stato formulato assumendo un campo di moto bidimensionale stazionario secondo la direzione longitudinale al corso d acqua. La modellazione agli elementi finiti ha richiesto 4 fasi fondamentali: 1. Definizione della geometria 2. Discretizzazione 3. Definizione delle proprietà dei materiali 4. Definizione delle condizioni al contorno Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 6

8 Nuova chiavica emissaria sul Fiume Secchia Comune di Moglia (MN) Relazione idrogeologica 1. La geometria è stata importata nel software con uno schema in scala desunto direttamente dai disegni della sezione longitudinale dell opera e riportando e la stratigrafia del terreno secondo le profondità indicate nella relazione geologica (vedasi capitolo 2). Lo sviluppo longitudinale dello schema del terreno è stato esteso a un centinaio di metri a monte del manufatto esistente per evitare che il software falsasse il risultato in quell area se posta troppo vicina al confine del modello. 2. La discretizzazione del modello in elementi finiti è stata impostata con mesh di passo pari a 1mt. 3. Alle regioni stratigrafiche impostate nella fase di modellazione della geometria sono state attribuite le proprietà dei materiali; nello specifico è stata imposta la condizione di terreno saturo e assegnati a ciascuna regione i coefficienti di permeabilità di cui al capitolo Come condizioni al contorno sono stati impostati i carichi idraulici a monte a valle; nello specifico ci si è riferiti a livelli idrici realistici ma al contempo più sfavorevoli ai fini della verifica. Prendendo in esame la distribuzione calcolata dal software delle pressione interstiziali u, si considera la uinst,k e la si pone a confronto con la σstab, k calcolata nella stessa posizione, considerando il peso del terreno saturo. Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 7

9 Nuova chiavica emissaria sul Fiume Secchia Comune di Moglia (MN) Relazione idrogeologica A Figura 2-Output di calcolo: distribuzione delle pressioni interstiziali Il valore di progetto della tensione totale stabilizzante e della pressione interstiziale instabilizzante sarà dato da: 789),+ HI89,+ 789),: Υ<= H?@AA@BC ΥDE? 7HI89,: Υg1 hg ΥG " Υ<= Nel punto A, alla base del diaframma, sostituendo i relativi valori nelle equazioni precedenti si ha: 789),+ HI89, ,5 3,5 9,81" 0,9 52,27" 1,3 Quindi, poiché 789),+ 67,951 LM/ HI89,+ 225,302 LM/ N N è verificato che non vi saranno fenomeni di sifonamento. La figura 2 mostra oltre le pressioni interstiziali i vettori delle velocità (le piccole frecce nere) che mostrano che il flusso d acqua in ingresso dal piede di valle della nuova chiavica va ad incanalarsi nel tubo di flusso costituito dallo strato di sabbia e poi non risale al di sopra vista la presenza dello strato di argilla. Di seguito un altro estratto del software di calcolo con indicate le linee di flusso; si vede chiaramente il loro percorso confinato al di sotto dello strato impermeabile. Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 8

10 Figura 3-Output di calcolo: linee di flusso Per una maggiore certezza sui risultati ottenuti si è effettuata la verifica secondo i coefficienti di sicurezza delle NTC 2008 anche con l utilizzo dei gradienti idraulici. Infatti, dalla definizione di gradiente idraulico i, inteso come rapporto tra perdita di carico piezometrica e lunghezza del tratto che in essa si verifica (i = Oh/OL), e di pressione idrodinamica, intesa come prodotto del peso specifico dell acqua γ w per il gradiente idraulico i, si deduce che la verifica al sifonamento introdotta dalle NTC08 è del tutto equivalente alla verifica del rapporto tra gradiente idraulico in efflusso di progetto i E,d e gradiente idraulico critico di progetto i C,d che deve essere inferiore all unità. Applicando i coefficienti di sicurezza si conclude che la verifica al sifonamento secondo le NTC08 è soddisfatta nella seguente condizione: i E,d / i C,d < 0,69 (*) Poiché i C,d = (γ sat-γ w)/γ w, nel caso in esame si trova che ic=0,886, pertanto perché la verifica al sifonamento risulti favorevole, applicando la (*) occorrerà che i E,d < 0,69 *0,886, quindi che i E,d < 0,61 Dal codice di calcolo agli elementi finiti SEEP/W si ottengono i seguenti valori: Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 9

11 A Figura 4-Distribuzione del gradiente idraulico Nel punto A, corrispondente con la base del diaframma, si ha: i E,d < 0,2 Dunque la verifica è positiva. 4 Conclusioni La verifica allo stato Limite Ultimo Idraulico (HYD) secondo le NTC08 risulta soddisfatta. Si precisa che affinché l intervento sortisca gli esiti sopra rappresentati è necessario curare l interfaccia verticale tra il vecchio ed il nuovo manufatto al fine di evitare che il giunto di connessione perda la tenuta idraulica e veicoli l innesco di un eventuale sifonamento. Risulta altresì essenziale curare l interfaccia orizzontale tra il nuovo manufatto ed il terreno di fondazione evitando che le pressioni idrostatiche dovute ai livelli idrometrici del fiume Secchia possano propagarsi attraverso lo strato di supporto della chiavica. Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 10