“Le frane da crollo nel senese: aspetti geologici ed ingegneristici. “ 25 settembre 2014 Tipologia degli interventi di messa in sicurezza provvisoria e definitiva del terreno in dissesto – cantierizzazione e problemi operativi Ing. Nicola Croce Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] - www.studiocroce.com Riferimenti normativi Stabilità dei pendii naturali - D.M. 14 gennaio 2008 (NTC 2008) e Circolare esplicativa n. 617 del 02 febbraio 2009 - D.M. 11 marzo 1988 e Circolare LL. PP. 24 settembre 1988 Opere di materiali sciolti e fronti di scavo - D.M. 14 gennaio 2008 (NTC 2008) e Circolare esplicativa n. 617 del 02 fbbraio 2009 - D.M. 11 marzo 1988 e Circolare LL. PP. 24 settembre 1988 Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com D.M. 14 gennaio 2008 (NTC 2008) e Circolare esplicativa n. 617 del 02 febbraio 2009 Paragrafo 6.3 – Stabilità dei pendii naturali – – – – – – 6.3.1 -> Prescrizioni generali 6.3.2 e C6.3.2 -> Modellazione geologica del pendio 6.3.3 e C6.3.3 -> Modellazione geotecnica del pendio 6.3.4 e C6.3.4 -> Verifiche di sicurezza 6.3.5 e C6.3.5 -> Interventi di stabilizzazione 6.3.6 -> Controlli di monitoraggio Paragrafo 6.8 – Opere di materiali sciolti e fronti di scavo – – – – – – 6.8.1 e C6.8.1 -> Criteri generali di progetto 6.8.2 -> Verifiche di sicurezza (SLU) 6.8.3 -> Verifiche in condizioni di esercizio (SLE) 6.8.4 -> Aspetti costruttivi 6.8.5 -> Controlli e monitoraggio 6.8.6 -> Fronti di scavo Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.3.1 - Prescrizioni generali Lo studio della stabilità dei pendii naturali richiede: – osservazioni e rilievi di superficie – raccolta di notizie storiche sull’evoluzione dello stato del pendio e su eventuali danni subiti dalle strutture o infrastrutture esistenti – la constatazione di movimenti eventualmente in atto e dei loro caratteri geometrici e cinematici – la raccolta dei dati sulle precipitazioni meteoriche, sui caratteri idrogeologici della zona e sui precedenti interventi di consolidamento. – Le verifiche di sicurezza, anche in relazione alle opere da eseguire, devono essere basate su dati acquisiti con specifiche indagini geotecniche. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.3.2 – Modellazione geologica del pendio Lo studio geologico deve precisare l’origine e la natura deiterreni e delle rocce, il loro assetto stratigrafico e tettonico-strutturale, i caratteri ed i fenomeni geomorfologici e la loro prevedibile evoluzione nel tempo, lo schema della circolazione idrica nel sottosuolo. Le tecniche di studio, i rilievi e le indagini sono commisurati all’estensione dell’area, alle finalità progettuali e alle peculiarità dello scenario territoriale ed ambientale in cui si opera. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] - www.studiocroce.com 6.3.3 – Modellazione geotecnica del pendio Sulla base dell’inquadramento geomorfologico ed evolutivo del versante, devono essere programmate specifiche indagini per la caratterizzazione geotecnica dei terreni e delle rocce, finalizzate alla definizione del modello geotecnico finalizzate alla definizione del modello geotecnico sulla base del quale effettuare lo studio delle condizioni di stabilità nonché al progetto di eventuali interventi di stabilizzazione. Le indagini devono effettuarsi secondo i seguenti criteri: la superficie del pendio deve essere definita attraverso un rilievo plano altimetrico in scala adeguata ed esteso ad una zona sufficientemente ampia a monte e valle del pendio stesso. Lo studio geotecnico deve definire la successione stratigrafica e le caratteristiche fisico-meccaniche dei terreni e delle rocce, l’entità e la distribuzione delle pressioni interstiziali nel terreno e nelle discontinuità, degli eventuali spostamenti plano-altimetrici di punti in superficie e in profondità. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.3.3 – Modellazione geotecnica del pendio La scelta delle tipologie di indagine e misura, dell’ubicazione del numero di verticali da esplorare, della posizione e del numero dei campioni di terreno da prelevare e sottoporre a disponibilità di informazioni provenienti da precedenti indagini prove di laboratorio dipende dall’estensione dell’area, dalla disponibilità di informazioni provenienti da precedenti indagini e dalla complessità delle condizioni idrogeologiche e stratigrafiche del sito in esame. Il numero minimo di verticali di indagine e misura deve essere tale da permettere una descrizione accurata della successione stratigrafica dei terreni interessati da cinematismi di collasso effettivi e potenziali e, in caso di pendii in frana, deve consentire di accertare forma e posizione della superficie o delle superfici di scorrimento esistenti e definire i caratteri cinematici della frana. La profondità e l’estensione delle indagini devono essere fissate in relazione alle caratteristiche geometriche del pendio, ai risultati dei rilievi di superficie nonché alla più probabile posizione della eventuale superficie di scorrimento. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.3.3 – Modellazione geotecnica del pendio Tutti gli elementi raccolti devono permettere la definizione di un modello geotecnico di sottosuolo (vedi § 6.2.2) che tenga conto della complessità della situazione stratigrafica e geotecnica, della presenza di discontinuità e dell’evidenza di movimenti pregressi e al quale fare riferimento per le verifiche di stabilità e per il progetto degli eventuali interventi di stabilizzazione. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.3.4 – Verifiche di sicurezza Le verifiche di sicurezza devono essere effettuate con metodi che tengano conto della forma e posizione della superficie di scorrimento, dell’assetto strutturale, dei parametri geotecnici e del regime delle pressioni interstiziali. Nel caso di pendii in frana le verifiche di sicurezza devono essere eseguite lungo le superfici di scorrimento che meglio approssimano quella/e riconosciuta/e con le indagini. Negli altri casi, la verifica di sicurezza deve essere eseguita lungo superfici di scorrimento cinematicamente possibili, in numero sufficiente per ricercare la superficie critica alla quale corrisponde il grado di sicurezza più basso. Quando sussistano condizioni tali da non consentire una agevole valutazione delle pressioni interstiziali, le verifiche di sicurezza devono essere eseguite assumendo le condizioni più sfavorevoli che ragionevolmente si possono prevedere. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.3.4 – Verifiche di sicurezza Tutti gli elementi raccolti devono permettere la definizione di un modello geotecnico di sottosuolo (vedi § 6.2.2) che tenga conto della complessità della situazione stratigrafica e geotecnica, della presenza di discontinuità e dell’evidenza di movimenti pregressi e al quale fare riferimento per le verifiche di stabilità e per il progetto degli eventuali interventi di stabilizzazione. Il livello di sicurezza è espresso, in generale, come rapporto tra resistenza al taglio disponibile, presa con il suo valore caratteristico, e sforzo di taglio mobilitato lungo la superficie di scorrimento effettiva o potenziale. Il grado di sicurezza ritenuto accettabile dal progettista deve essere giustificato sulla base del livello di conoscenze raggiunto, dell’affidabilità dei dati disponibili e del modello di calcolo adottato in relazione alla complessità geologica e geotecnica, nonché sulla base delle conseguenze un’eventuale frana (γR2). Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.3.5 – Interventi di stabilizzazione La scelta delle più idonee tipologie degli interventi di stabilizzazione deve essere effettuata solo dopo aver individuato le cause promotrici della frana e dipende, oltre che da queste, da forma e posizione della superficie di scorrimento. La valutazione dell’incremento di sicurezza indotto dagli interventi di stabilizzazione lungo la superficie di scorrimento critica deve essere accompagnata da valutazioni del grado di sicurezza lungo superfici di scorrimento alternative a quella critica. Il progetto degli interventi di stabilizzazione deve comprendere la descrizione completa dell’intervento, l’influenza delle modalità costruttive sulle condizioni di stabilità, il piano di monitoraggio e un significativo piano di gestione e controllo nel tempo della funzionalità e dell’efficacia dei provvedimenti adottati. In ogni caso devono essere definiti l’entità del miglioramento delle condizioni di sicurezza del pendio e i criteri per verificarne il raggiungimento. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.3.6 – Controlli e monitoraggio Il monitoraggio di un pendio o di una frana interessa le diverse fasi che vanno dallo studio al progetto, alla realizzazione e gestione delle opere di stabilizzazione e al controllo della loro funzionalità e durabilità. Esso è riferito principalmente agli spostamenti di punti significativi del pendio, in superficie e/o in profondità, al controllo di eventuali manufatti presenti e alla misura delle pressioni interstiziali, da effettuare con periodicità e durata tali da consentire di definirne le variazioni periodiche e stagionali. Il controllo dell’efficacia degli interventi di stabilizzazione deve comprendere la definizione delle soglie di attenzione e di allarme e dei provvedimenti da assumere in caso del relativo superamento. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.8.1 e C6.8.1 - Criteri generali di progetto Il progetto di un manufatto di materiali sciolti deve tenere conto dei requisiti prestazionali richiesti e delle caratteristiche dei terreni di fondazione. Esso deve comprendere la scelta dei materiali da costruzione e la loro modalità di posa in opera. I criteri per la scelta dei materiali da costruzione devono essere definiti in relazione alle funzioni dell’opera, tenendo presenti i problemi di selezione, coltivazione delle cave, trasporto, trattamento e posa in opera, nel rispetto dei vincoli imposti dalla vigente legislazione. Nel progetto devono essere indicate le prescrizioni relative alla qualificazionedei materiali e alla posa in opera precisando tempi e modalità di costruzione, in particolare lo spessore massimo degli strati in funzione dei materiali. Sono altresì da precisare i controlli da eseguire durante la costruzione e i limiti di accettabilità dei materiali, del grado di compattazione da raggiungere e della deformabilità degli strati. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.8.2 – Verifiche di sicurezza (SLU) Deve risultare rispettata la condizione (6.2.1), verificando che non si raggiunga una condizione di SLU con i valori di prog etto Le verifiche devono essere effettuate secondo: Approccio 1, Combinazione 2: (A2+M2+R2) tenendo conto dei valori dei CP riportati nelle Tab. 6.2.I, 6.2.II e 6.8.I. • Differenziazione degli stati limite ultimi SLU Nelle verifiche agli stati limite ultimi si distinguono: • - lo stato limite di equilibrio come corpo rigido: EQU • - lo stato limite di resistenza della struttura compresi gli elementi di fondazione: STR • - lo stato limite di resistenza del terreno: GEO Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com In viola da non usare Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.8.2 – Verifiche di sicurezza (SLU) La stabilità globale dell’insieme manufatto-terreno di fondazione deve essere studiata nelle condizioni corrispondenti alle diverse fasi costruttive, al termine della costruzione e in esercizio. Le verifiche locali devono essere estese agli elementi artificiali di rinforzo, eventualmente presenti all’interno ed alla base del manufatto, con riferimento anche ai problemi di durabilità. Nel caso di manufatti su pendii si deve esaminare l’influenza dell’opera in terra sulle condizioni generali di sicurezza del pendio, anche in relazione alle variazioni indotte nel regime idraulico del sottosuolo. Se l’opera ha funzioni di ritenuta idraulica lo SLU è da verificarsi con riferimento alla stabilità dei paramenti, in tutte le possibili condizioni di e sercizio. Si deve porre particolare attenzione alle problematiche relative al sif onamento ed all’erosione, in relazione alle caratteristiche dei terreni di fonda zione dei materiali con i quali è realizzata l’opera, tenendo conto di quanto in dicato al § 6.2.3.2. I livelli di sicurezza prescelti devono essere giustificati in relazione alle conseg uenze del raggiungimento dello SLU. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.8.3 – Verifiche in condizioni di esercizio (SLE) Si deve verificare che i cedimenti del manufatto, dovuti alla deformazione de i terreni di fondazione e dell’opera, siano compatibili con la sua funzionalità. Specifiche analisi devono inoltre essere sviluppate per valutare l’influenza del manufatto sulla sicurezza e funzionalità delle costruzioni in adiacenza e per individuare gli eventuali interventi per limitarne gli effetti sfavorevoli. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.8.4 – Aspetti costruttivi I materiali costituenti il manufatto devono essere posti in opera in strati con metodologie idonee a garantire il raggiungimento delle proprietà fisiche e meccaniche richieste in progetto. Le caratteristiche dei componenti artificiali, quali i materiali geosintetici, devono essere specificate e certificate in conformità alle relative norme europee armonizzate e verificate sulla base di risultati di prove sperimentali da eseguire nelle fasi di accettazione e di verifica delle prestazioni attese. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com 6.8.5 – Controlli e monitoraggio Con il monitoraggio si deve accertare che i valori delle grandezze misurate, quali ad esempio spostamenti e pressioni interstiziali, siano compatibili con i requisiti di sicurezza e funzionalità del manufatto e di quelli contigui. Durante la costruzione devono essere eseguite prove di controllo del grado di addensamento, dell’umidità e della deformabilità degli strati posti in opera. Il tipo ed il numero di controlli devono essere convenientemente fissati in relazione alla importanza dell’opera ed alle caratteristiche geotecniche dell’area, in modo da assicurare un congruo numero di misure significative. Per opere di modesta importanza, che non comportino pericoli per le persone o apprezzabili danni alle cose, il monitoraggio può essere ridotto a documentate ispezioni visive. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Aspetti innovativi di EC7 (EN 1997-1) recepiti dalle NTC Definizione ‘affidabilistica’ di sicurezza e prestazioni • Stati Limite differenziati (SLU / SLE) • Molteplici approcci progettuali (DA 1.2.3.in EC7) associati agli SLU (DA1.C1- DA1.C2/DA2.C in NTC) • Classificazione SLU (EQU, STR, GEO, HYD, UPL) • Coefficienti parziali = f(azioni, parametri, stati limite, etc.) • Parametri geotecnici caratteristici / di progetto • Affidabilità analisi → crescente con l’estensione delle indagini ⇓ Nessuno di questi concetti è contenuto o quantificato nell’ambito della Normativa precedente (D.M. 11.03.1988 e s.m.i.) Aspetti di EC7 (EN 1997-1) non recepiti dalle NTC Attività conoscitive delle caratteristiche geologiche dei siti di interesse Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Aspetti innovativi delle NTC sulla progettazione sismica Azioni sismiche • Coefficienti sulle azioni ψF=1 , coefficienti di combinazione ψ2 ridotti • Azioni di riferimento differenziate per verifiche SLU(SLV) e SLE (SLD) • Accelerazioni massime attese in termini probabilistici -> analisi pseudostatiche • Accelerogrammi registrati (§3.2.3.6: non artificiali) -> analisi dinamiche • Spettri di risposta di sito significativi solo per il calcolo delle azioni inerziali sulle strutture in elevazione -> trasmissione in fondazione Metodi di analisi • SLU e coefficienti parziali su parametri e resistenze identici a quelli della analisi statiche • Introduzione dei concetti di interazione ‘cinematica’ ed ‘inerziale’ nel progetto delle fondazioni • Per gli altri sistemi geotecnici, adozione dei metodi pseudostatici tradizionali con coefficienti riduttivi (a, ß) in grado di tener conto di duttilità e deformabilità • Apertura ad analisi dinamiche scegliendo preventivamente gli input sismici rappresentativi ed in presenza di caratterizzazione geotecnica adeguata Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Definizioni • • Stati Limite Ultimi (SLU): associati al valore estremo della capacità portante o ad altre forme di cedimento strutturale che possono mettere in pericolo la sicurezza delle persone. Alcuni esempi delle cause che possono condurre agli SLU sono: a) perdita di stabilità di parte o dell'insieme della struttura; b) rottura di sezioni critiche della struttura; c) trasformazione della struttura in un meccanismo; d) instabilità in seguito a deformazione eccessiva; e) deterioramento in seguito a fatica; f) deformazioni di fluage o fessurazioni, che producono un cambiamento di geometria tale da richiedere la sostituzione della struttura. Il superamento di uno stato limite ultimo ha carattere irreversibile e si definisce collasso. Nei confronti delle azioni sismiche (SLU dinamici) gli stati limite ultimi si suddividono in (D.M. 14.01.2008): – Stato limite di salvaguardia della vita (SLV): a seguito del terremoto, la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali. – Stato limite di prevenzione del collasso (SLC): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi danni e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali. Stati Limite di Esercizio (SLE): sono stati oltre i quali non risultano più soddisfatti i requisiti di esercizio prescritti. Il superamento di uno stato limite di esercizio può avere carattere reversibile o irreversibile: nel primo caso i danni o le deformazioni sono reversibili e cessano non appena sia eliminata la causa che ha portato al superamento dello SLE; nel secondo caso si manifestano danneggiamenti o deformazioni permanenti inaccettabili e ineliminabili per mezzo della soppressione della causa che le ha generate. Nei confronti delle azioni sismiche (SLE dinamici), gli stati limite di esercizio si suddividono in (D.M. 14.01.2008): – Stato Limite di operatività (SLO): a seguito del terremoto, la costruzione nel suo complesso (includendo elementi strutturali, elementi non strutturali, ecc.) non deve subire danni ed interruzioni d'uso significativi; – Stato limite di danno (SLD): a seguito del terremoto, la costruzione nel suo complesso (includendo elementi strutturali, elementi non strutturali, apparecchiature rilevanti, ecc.) subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidità nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile pur nell'interruzione d'uso di parte delle apparecchiature. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Le frane da crollo – Filosofie d’intervento Nelle frane da crollo le opere che vengono realizzate hanno generalmente una vita di progetto più breve rispetto alla vita di progetto di opere analoghe realizzate in altri ambiti di frana. Ciò è dovuto essenzialmente a questioni legate al costo e beneficio dell’opera. GENERALMENTE IN QUESTI CASI SI INTERVIENE CERCANDO DI PROLUNGARE LA VITA DELL’OPERA MANTENENDO UN ELEVATO COEFFICIENTE DI SICUREZZA BASATO ANCHE SU UN MONITORAGGIO IN GRADO DI EVIDENZIARE CON SUFFICIENTE LASSO DI TEMPO L’EVENTUALE COLLASSO DELL’OPERA Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Le frane da crollo EFFETTI DELLE ACQUE METEORICHE SUI VERSANTI MODELLAZIONE TRASPORTO SOLIDO E STIMA FENOMENI EROSIVI In questo capitolo vengono valutati gli effetti dei fenomeni erosivi dovuti al solo ruscellamento delle acque superficiali sui versanti, tralasciando l’importante influenza del deflusso sotterraneo e i convogliamenti superficiali quali mancanza di cordoli sulle strade, deflussi concentrati perdite fognarie ecc.. Le simulazioni sono state effettuate con il software bi-dimensionale FLO-2Dpro Ver. 2013, che integra le equazioni di De Saint-Venant del trasporto solido in 2D a partire da un noto evento di pioggia a carattere di scroscio di breve durata. E’ un programma certificato: “It is approved for FEMA FIS studies” : Federal Emergency Management Agency (U.S.A.) FLO-2D è un modello che distribuisce un idrogramma di piena sul territorio, schematizzato con un sistema a griglia suddiviso in elementi (celle) volume, applicando la conservazione del volume. Si tratta di un prezioso strumento per delineare i rischi di alluvione, che regolano la progettazione volta alla mitigazione delle inondazioni o la zonizzazione dei terreni inondati. Il modello permette di simulare piene di fiumi e il deflusso overbank, ma può anche essere utilizzato su problemi non convenzionali, come le inondazioni non confinate, flussi alluvionali più complessi per topografia e rugosità e flussi di fango o di detriti e inondazioni urbane. Nelle simulazioni possono essere incluse piogge e le infiltrazioni, argini, strutture idrauliche, strade, flussi di sedimenti e gli effetti di edifici o di altra ostruzione. FLO-2D simula, in particolare, il deflusso overland utilizzando i file di dati che sono stati sviluppati da un modello digitale del terreno sottoforma di mappa digitalizzata. In particolare il modello FLO-2D include il preprocessore GDS, che partendo da una griglia a maglia regolare sovrapposta a un sistema di punti (DTM del terreno) permette di generare un modello raster del terreno attraverso operazioni di filtro e interpolazione del DTM stesso. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Le frane da crollo EFFETTI DELLE ACQUE METEORICHE SUI VERSANTI I risultati di output delle elaborazioni del software FLO-2D consistono nelle grandezze idrauliche caratteristiche del moto tra cui il battente, la portata e la massima velocità; tali grandezze sono caratterizzate da variabilità temporale e possono essere visualizzati graficamente attraverso il post-processore MAPPER che è in grado di generare mappe a colori e file numerici molto dettagliati per la descrizione del fenomeno alluvionale; consente inoltre di riprodurre le animazioni delle alluvioni e di generare le mappe di rischio. Il software è dotato di una interfaccia utente grafica (GUI) allo scopo di aiutare l'utente nella preparazione e la modifica del file di dati input. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Evento pluviometrico 31 Dicembre 2009 – 11 Gennaio 2010 Evento pluviometrico intenso nel bacino del Fiume Tevere: ….Si costituisce una vasta area depressionaria al suolo distesa sull’Europa continentale la cui parte inferiore, su cui si innesta una successione di sistemi frontali, agisce sul Mediterraneo, provoca maltempo persistente, con precipitazioni diffuse ed abbondanti, anche sul bacino dell’Alto Tevere andando ad interessare anche la zona del Senese ed il Comune di Asciano (SI) Tevere a Pierantonio (PG) Allagamenti Tevere Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Modellazione evento pluviometrico 31 Dicembre 2009 – 11 Gennaio 2010 Scroscio del 1 gennaio 2010 Stazione di S.Giovanni d’Asso (SI) INPUT Flo-2d Terreno pressoché impermeabile data la natura argilloso-limosa e il quantitativo di pioggia caduto nei giorni precedenti (> 30 mm) (AMC III – SCS CN) Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com FLO-2D è un modello che distribuisce un idrogramma di piena sul territorio, schematizzato con un sistema a griglia suddiviso in elementi (celle) volume, applicando la conservazione del volume. Si tratta di un prezioso strumento per delineare i rischi di alluvione, che regolano la progettazione volta alla mitigazione delle inondazioni o la zonizzazione dei terreni inondati. Il modello permette di simulare piene di fiumi e il deflusso overbank, ma può anche essere utilizzato su problemi non convenzionali, come le inondazioni non confinate, flussi alluvionali più complessi per topografia e rugosità e flussi di fango o di detriti e inondazioni urbane. Nelle simulazioni possono essere incluse piogge e le infiltrazioni, argini, strutture idrauliche, strade, flussi di sedimenti e gli effetti di edifici o di altra ostruzione. FLO-2D simula, in particolare, il deflusso overland utilizzando i file di dati che sono stati sviluppati da un modello digitale del terreno sottoforma di mappa digitalizzata. In particolare il modello FLO-2D include il preprocessore GDS, che partendo da una griglia a maglia regolare sovrapposta a un sistema di punti (DTM del terreno) permette di generare un modello raster del terreno attraverso operazioni di filtro e interpolazione del DTM stesso. I risultati di output delle elaborazioni del software FLO-2D consistono nelle grandezze idrauliche caratteristiche del moto tra cui il battente, la portata e la massima velocità; tali grandezze sono caratterizzate da variabilità temporale e possono essere visualizzati graficamente attraverso il postprocessore MAPPER che è in grado di generare mappe a colori e file numerici molto dettagliati per la descrizione del fenomeno alluvionale; esso consente inoltre di riprodurre le animazioni delle alluvioni e di generare le mappe di rischio. Il software è dotato di una interfaccia utente grafica (GUI) allo scopo di aiutare l'utente nella preparazione e la modifica del file di dati input. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com La modellistica idraulica effettuata da Flo-2D • • • • Il modello idrologico, FLO-2D consiste in una serie di componenti atti a processare il fenomeno dell’inondazione attraverso la discretizzazione del territorio in un certo numero di piccole unità. Il Grid Developer System (GDS) genera un sistema a rete che rappresenta la topografia con una serie di piccole celle. Il modello FLO-2D ha una serie di componenti per la rappresentazione della pioggia, dei flussi canalizzati, il flusso overland, l’infiltrazione nel suolo, gli argini e altre caratteristiche fisiche. Il GDS e il processore FLOENVIR sono usati per modificare gli attributi del sistema a griglia. PROFILI è un programma per modificare pendenza e sezione forma dei canali. I risultati delle simulazioni possono essere visualizzati graficamente in MAXPLOT, MAPPER e HYDROG. FLO-2D è uno strumento efficace per delineare i rischi di alluvione o la progettazione di opere di mitigazione delle inondazioni. Il modello può essere applicato per la risoluzione di diversi problemi secondo quanto illustrato nella Figura precedente. L'accuratezza delle previsioni dovrebbero essere coerenti con la risoluzione della mappatura. La dimensione dell’unità elementare della griglia generalmente varia da 25 piedi (8 m) a 500 ft (150 m), per la maggior parte dei progetti di inondazione. Il flusso nei canali è modellato secondo una filosofia monodimensionale con il canale rappresentato da sezioni derivanti dalla naturale geometria del terreno di forma rettangolare o trapezoidale. Il deflusso overland è invece modellato bidimensionalmente sia come piano di flusso sia come flusso in più canali (rills e gullies). Il deflusso overbank avviene invece quando si raggiunge il superamento della massima capacità del canale. Una opportuna routine di calcolo permette di determinare lo scambio di flusso con il terreno circostante compreso il flusso di ritorno al canale. Analogamente, l'interfaccia di routine permette anche di calcolare il flusso di scambio tra le strade e le aree overland all'interno di una griglia . Una volta che il flusso sovrasta il canale, esso si disperderà ad altri elementi della rete a seconda delle caratteristiche di topografia, rugosità e ostruzioni. Per i progetti di inondazione con esigenze specifiche, ci sono diverse componenti atte a modellare svariati fenomeni, quali il flusso di fango e di detriti, il trasporto di sedimenti, l'evaporazione delle acque di superficie e altri. La teoria del modello Flo-2D • FLO-2D è un semplice modello di conservazione del volume. La simulazione bidimensionale si realizza attraverso una integrazione numerica delle equazioni del moto e della conservazione del volume di liquido sia per inondazioni di acqua sia per quelle riguardanti il flusso di sedimenti. Le equazioni che regolano i fenomeni fisici sono le seguenti: Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com • • • Il sistema di equazioni differenziali è risolto con il metodo delle differenze finite attraverso un algoritmo esplicito; questi schemi numerici sono semplici da formulare, ma di solito sono limitati a piccoli timesteps da severi criteri di stabilità numerica; lo schema delle differenze finite può comportare alti tempi computazionali in particolare quando vi sono canali con sezioni molto variabile, bruschi cambiamenti di pendenza, ecc. La soluzione nel modello FLO-2D è discretizzata all’interno della griglia uniforme di elementi, costituenti il campo di esistenza. La procedura di calcolo del deflusso overland comporta la determinazione del flusso uscente in ciascuno dei confini, nelle otto direzioni del flusso potenziale e inizia con una stima lineare del flusso lungo la verticale negli elementi di confine della griglia. In condizioni dinamiche, il termine di accelerazione locale è dato dalla differenza tra la velocità per una data direzione di flusso, rispetto al suo valore al passo precedente; per esempio, relativamente al termine di accelerazione locale (1/g*∂V/∂t), per il generico elemento di griglia 251 si ha: Δ(Vt – Vt-1)251 ⁄(g*Δt) • Analoghe considerazioni si possono fare per la determinazione del termine convettivo dell’accelerazione (Vx/g*∂V/∂x), ammettendo che V2 è la velocità in direzione est e V4 è la velocità nella direzione ovest per il generico elemento di griglia 251: Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com V2 *Δ(V2 – V4)251 ⁄(g * Δx) • • • • • • In sostanza, l’algoritmo solutore procede secondo i seguenti passi: d xi +1 = d xi + d xi +1 Vengono determinati i valori medi geometrici, tra due elementi della griglia, di rugosità, pendenza e portata. Il battente d, utilizzato per il calcolo della velocità attraverso un elemento di confine della griglia, per il passo temporale successivo (i+1) è stimato dal passo precedente sulla base di una stima lineare (il battente medio tra due elementi). La prima stima della velocità è determinata utilizzando l'equazione dell’onda diffusiva; l'unica variabile ignota dell’equazione dell’onda diffusiva è la velocità. La portata Q che fluisce lungo la zona di confine è calcolata moltiplicando la velocità per il valore della sezione di flusso. Il deflusso overland viene corretto mediante un fattore riduzione della larghezza (WRFs). Vengono sommati i valori di portata relativi agli otto elementi di bordo per il passo temporale (a monte e a valle degli elementi channel): ∆Qxi +1 = Qn + Qs + Qw + Qe + Qne + Qnw + Qse + Qsw • Dove ΔQx è dato dalla somma algebrica delle portate nelle 8 direzioni spaziali per il passo temporale Δt fra l’istante i e i+1. ∆ d xi +1 = ∆ Q xi +1 ⋅ ∆ t / Area • • • Viene effettuato il controllo della stabilità numerica. Se uno dei criteri di stabilità è superato, il tempo di simulazione viene reimpostato al valore precedente, viene ridotto l’incremento del tempo di calcolo, tutti i precedenti tempi computazionali vengono scartati e la velocità di calcolo inizia nuovamente. La simulazione progredisce fino a che le condizioni di stabilità non sono rispettate. Per la gestione dell’output e generare le mappe dei battenti è stato utilizzato il post-processore MAPPER il quale permette di redigere mappe relative a velocità, battenti e rischio, istante per istante, oltre che l’inviluppo delle stesse. Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Risultati – FLO2D simulazioni bacino Istantanea della simulazione Pioggia distribuita sul bacino (Evento 01-01-2010) Andamento deflussi sul bacino ai vari istanti Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Risultati – FLO2D Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Risultati – FLO2D Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Risultati – FLO2D Mappa della Pericolosità idraulica FLO2D sulla base dei battenti e delle velocità , Modulabile in base ai criteri normativi (PAI, ecc.) Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Immagini prima dell’intervento Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Immagini prima dell’intervento Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Planimetria dell’intervento Studio Croce Srl dott. ing. Nicola Croce Via Carducci, 47 56017 Ghezzano (PI) tel. 050/878716 e-mail: [email protected] www.studiocroce.com Planimetria di dettaglio Studio Croce Srl dott. ing. 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