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Politecnico di Torino Facoltà di Ingegneria
DIGHE IN MATERIALI SCIOLTI: RISCHI E FATTORI DI CRISI
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per l’Ambiente ed il Territorio
Presentazione a cura di: Giorgio Dutto
Federico Orlandini
Corso di Protezione Idraulica del Territorio
Le dighe
Sbarramento permanente su un corso d’acqua per creare un bacino artificiale
Energia elettrica
Laminazione delle piene
Uso agricolo
Il 16 % della produzione di cibo nel mondo dipende direttamente dalle dighe
Il 19 % dell’energia mondiale è di tipo idroelettrico
Classificazioni: competenze
Grandi dighe• h < 15 metri• volume d’invaso < 1 milione
di m3
Piccole dighe•h < 15 metri• volume d’invaso < 1 milione di m3
Direzioni Infrastrutture Regioni Direzione Generale Dighe
Classificazione D.M. 2014a. Dighe di calcestruzzo:
a.1 a gravitàa.1.1. ordinariea.1.2. alleggerite
a.2. a voltaa.2.1. ad arcoa.2.2. ad arco gravitàa.2.3 a cupola
b. Dighe di materiali sciolti:b.1. di terra omogeneab.2. di terra e/o pietrame, con struttura di tenuta internab.3. di terra e/ o pietrame, con struttura di tenuta esterna
c. Traverse fluviali d. Dighe di tipo misto e di tipo vario
Scelta della tipologia di diga
• Forma e geologia della stretta del fiume
• Studio di fattibilità geologicaCaratteristiche portanti dei terreni
Permeabilità dei terreni
Dighe in materiali sciolti
SI -Strati di materiali sciolti di grandi spessore-Disponibilità di depositi naturali o idonei banchi rocciosi coltivabili
NO -Terreni liquefacibili o solubili- Argille di elevata sensitività- Cavità sotterranee
Dighe in materiali sciolti: ulteriore classificazione
DIGHE IN PIETRAME
DIGHE IN TERRA
Muratura a secco:Conci squadrati sistemati a manoOggi quasi in disuso
Scogliera:Blocchi di grande pezzatura
Rullata:Strati successivi costipati
Rifluita:Sedimentazione in acqua dei materiali.Oggi abbandonata
Caso studio: diga di San Vito1960
Diga di San Vito: Caratterizzazione Geografica
In terra di San Vito Pistoiese, è situata nel comune di San Marcello Pistoiese ad una quota di circa 1000 metri s.l.m.
Uso irriguo
Rientra nel bacino idrografico del fiume serchio
Diga di San Vito:Caratteristiche del terreno
• Autorità di Bacino del Fiume Serchio Carta Geologica 1:10.000
•Arenarie Torbiditiche quarzoso-felspatiche alternati ad argille e limi
• Conducibilità idraulica: bassa/ molto bassa
Diga di San Vito: caratteristicheQuota coronamento [m s.l.m.] 1058.34
Quota massima di regolazione [m s.l.m.] 1056.44
Altezza della diga [m] 18.68
Dislivello coronamento – quota di sfioro [m] 1.9
Lunghezza coronamento [m] 110
Larghezza coronamento [m] 3
Pendenza del paramento di monte Sm [°] 68
Pendenza del paramento di valle Sv [°] 63
Volume totale invaso m3 142500
Diga di San Vito: caratteristiche
• La diga di San Vito è costituita interamente da terra diga in terra omogenea
• Materiali eterogenei
• La tenuta è garantita dalla bassa permeabilità dei componenti terrosi usati
limi sabbiosi di varia consistenza, spesso inglobanti frammenti arenacei
Diga di San Vito: caratteristiche
• Lo scarico di fondo: tubo metallico φ600, adagiato in una trincea scavata nella roccia del piano di imposta ed affogato in una trave in cemento armato
•Lo scarico di superficie: a soglia libera, ubicato sulla sponda sinistra dell’invaso e del tutto esterno al corpo diga.
D.M. 2014 novità e differenze•“Gli scarichi di superficie della diga devono essere dimensionati per l’onda con portata al colmo di piena corrispondente al periodo di ritorno di 1000 anni, per le dighe in calcestruzzo, e di 3000 anni per le dighe di materiali sciolti, tenendo conto dell’effetto di laminazione esercitato dal serbatoio”
• valori minimi del franco netto
Altezza diga fino a [m] 15 90 o più
franco netto [m] 1.5 3.5
normativa 2014
normativa 1982
Altezza diga fino a [m] 15 30 45 60 75 90 opiù
franco netto [m] 1.5 2.5 3.2 3.6 3.9 4.0
D.M. 2014 novità e differenze
Normativa 2014 Oltre alle situazioni generali corrispondenti al raggiungimento di stati limite ultimi, sono da considerare le seguenti: 1. instabilità dei paramenti; 2. rottura per liquefazione del corpo diga o dei terreni di fondazione; 3. rottura per erosione interna o sifonamento; 4. lacerazione dell’eventuale manto o rottura del diaframma di tenuta.
Verifiche di sicurezza, normativa 1982 La stabilità della diga dovrà essere verificata relativamente alle seguenti condizioni:1. a termine costruzione;2. a serbatoio pieno con il livello al massimo invaso;3. a seguito di rapido vuotamento del serbatoio dal livello massimo al livello di minimo invaso e, ove sia significativo, anche a livelli intermedi.
Fattori di Crisi: Sormonto della diga
Relazione idrologica ed idraulica prof. Chiarugi, luglio 2003
Obiettivo: dimostrare che anche in condizioni di piena lo scolmatore laterale consente lo smaltimento di una portata sufficiente a garantire il franco di sicurezza minimo (1.5 metri)
• Analisi curve di livello, area del bacino Area Bacino= 0.3882 Km2
• Servizio Nazionale Dighe, T=1000 anni Qmax /Km2=31 m3/(s Km∙ 2 )
Qmax =12.03 m3/s
• h< 0.4 m
• Dislivello soglia coronamento 1.9 m franco minimo rispettato
hghbQ 2
Fattori di Crisi: Sifonamento
Fenomeno dovuto ad eccessivo deflusso filtrante
Formazione di risorgive a valle
Asportazione di materiale con conseguenti problemi strutturali
PERICOLO DI INSTABILITA’DELLA STRUTTURA
Caso studio: non vi sono problemi di sifonamento
•Indagine geologica k = 10^-9•Dimensione modesta
Sifonamento: provvedimenti
a) Diaframma lungo il materasso permeabile
Soppressione moti filtranti
b) Diaframma arrestato all’ interno del materasso permeabile
c) “coperta” impermeabile che si prolunga a monte, al di sotto e oltre la diga
Considerazioni conclusive
• Con il D.M. 26 giugno 2014 T=1000 anni T=3000 anni
• Caso studio: T=1000 anni, tuttavia è in grado di smaltire portate di piena associate a T molto più grandi
Domanda iniziale:
Quanto facilmente va in crisi una diga in materiali sciolti e con quali dinamiche?
1. Sormonto:
2. Sifonamento:
ROTTURA•Più difficile da identificare•Rischi maggiori legati alla non idoneità del terreno sul quale viene costruita l’opera
•Caso studio, diga di San Vito : Battente d’acqua non elevato Conducibilità idraulica ≈ 10-9
In esercizio da circa 55 anni
Dilavamento
Asportazione di materiale al piede della diga
2. Sifonamento: