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Paolo Simonini
Modellazione geotecnica per l’analisi del comportamento di argini fluviali. Esperienza
nella Regione del Veneto
Mai più!…Verso un’idraulica responsabile
Confindustria Venezia Area Metropolitana di Venezia e Rovigo
Sala Oro - Giovedì 10 novembre2016 - 14:30/18:30
ORDINE DEGLI INGEGNERIDELLA PROVINCIA DI VENEZIA
1. Meccanismi di collasso arginale
2. Il modello geotecnico del sottosuolo in accordo con il DM 14.1.2008 – Norme Tecniche per le Costruzioni
3. Esempi nella Regione Veneto
4. Osservazioni conclusive
Articolazione della relazione
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Meccanismi di collasso arginale
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Sono legati ai regimi di filtrazione e alle pressioni dell’acqua nell’argine e nel terreno di fondazione nelle diverse fasi dell’azione della forzante idraulica (crescita della piena, stazionarietà al massimo livello, esaurimento).- Erosione esterna spondale lato fiume dovuta alla corrente
in alveo, al moto ondoso o per sormonto;- Erosione interna con formazione di condotti nel terreno
del rilevato o nel terreno di fondazione;- Instabilità lato campagna per liquefazione statica e
sifonamento indotta dal regime di filtrazione nel terreno di fondazione.
- Instabilità del paramento arginale interno ed esterno indotta dal regime di filtrazione;
- Instabilità del terreno di fondazione e dell’argine per sottopressione idraulica al piede lato campagna.
Principali meccanismi di collasso arginale
Limo argilloso
Sabbia
Argilla limosa
ArgineZona di erosionedovuta alla turbolenza
della corrente
EROSIONE ESTERNA
Limo argillosoSabbia
Argilla limosa
Argine
1. Incremento pendenza scarpata lato campagna fino ad una condizione critica
2. Erosione retrogressiva con pendenza in condizioni critiche
Argine
3. Erosione con abbassamento della cresta arginale e allargamento della rotta in senso longitudinale
4. Asportazione dell'intero corpo arginale e formazione della bocca di rotta
Limo argillosoSabbia
Argilla limosa
Argine
Limo argillosoSabbia
Argilla limosa
Argine
Limo argillosoSabbia
Argilla limosa
Argine
Argine
Limo argillosoSabbia
Argilla limosa
Argilla limosa
Limo argilloso
Sabbia
Argilla limosa
ArgineZona di erosione
per filtrazioneda campagna verso l'alveo
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Principali meccanismi di collasso arginale
EROSIONE INTERNA
Limo argilloso
Sabbia
Argilla limosa
Argine
(Hanson et. al, 2010)
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Principali meccanismi di collasso arginaleEROSIONE INTERNA E SIFONAMENTO
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Principali meccanismi di collasso arginaleINSTABILITA’ DELLE SCARPATE LATO FIUME E CAMPAGNA
Instabilità del paramento esterno
Instabilità del paramento interno
calo del livello di piena
Limo argillosoSabbia
Argilla limosa
Argine
Limo argillosoSabbia
Argilla limosa
Argine
Limo argillosoSabbia
Argilla limosa
Argine
EFFETTO DELLE TANE DI ANIMALI
Limo argilloso
Sabbia
Argilla limosa
Argine
Fronte di saturazione
?
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
NTC 2008 – Veritifiche di sicurezzaDM 14.1.2008 Norme Tecniche per le Costruzioni Cap. 6 Progettazione geotecnica 6.8 OPERE DIMATERIALI SCIOLTI E FRONTI DI SCAVOLe presenti norme si applicano ai manufatti di materiali sciolti, quali rilevati, argini di difesa per fiumi, canali e litorali, rinfianchi, rinterri, terrapieni e colmate. Le norme si applicano, inoltre, alle opere e alle parti di opere di materiali sciolti con specifiche funzioni di drenaggio, filtro, transizione, fondazione, tenuta, protezione ed altre. Gli sbarramenti di ritenuta idraulica di materiali sciolti sono oggetto di normativa specifica6.8.1 Criteri generali di progetto6.8.2 Verifiche di sicurezza (SLU) 6.8.3 Verifiche in condizioni di esercizio (SLE)6.8.4 Aspetti costruttivi6.8.5 Controlli e MonitoraggioPaolo Simonini – 10 Novembre 2016
NORMATIVA NTC 2008 – Modello geotecnicoDM 14.1.2008 Norme Tecniche per le
Costruzioni Cap. 6 Progettazione geotecnica 6.2.2 INDAGINI, CARATTERIZZAZIONE E MODELLAZIONE GEOTECNICA
Le indagini geotecniche devono essere programmate in funzione del tipo di opera e/o di intervento e devono riguardare il volume significativo di cui al § 3.2.2, e devono permettere la definizione dei modelli geotecnici di sottosuolo necessari alla progettazione. …..Per modello geotecnico si intende uno schema rappresentativo delle condizioni stratigrafiche, del regime delle pressioni interstiziali e della caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e delle rocce comprese nel volume significativo, finalizzato all’analisi quantitativa di uno specifico problema geotecnico.
È responsabilità del progettista la definizione del piano delle indagini, la caratterizzazione e la modellazione geotecnica.
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Modello geotecnico del terreno
• Caratterizzazione a grande scala con raccolta delle informazioni di carattere storico e geomorfologico.
• Caratterizzazione a media scala con sopralluoghi e indagini geofisiche di superficie finalizzate alla zonizzazione in tratti aginali omogenei e all’individuazione di situazioni locali critiche.
• Caratterizzazione di dettaglio a piccola scala, con prove geotecniche in sito e in laboratorio, integrate con misure geofisiche di dettaglio, nelle sezioni individuate come rappresentative di un tratto omogeneo o come punti critici.Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Modello geotecnico del terrenoIndagini geofisicheSondaggi con
campionamento
Metodi analitici Metodi numerici
Prove in posto
Modello geotecnicoValutazione dei parametri
caratteristici del terreno D50, U, g, f’ , c’, k, Vs......
Verifiche della sicurezza e delle
prestazioni
Prove di laboratorio
Monitoraggio
-150 -140 -130 -120 -110 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150-16-12-8-4048
[m]
[m]
1
2
1
2.1ln10.168.0tan2.1/, LccHHw
pSC
gg
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
San Michele al Tagliamento (VE)
Obiettivi dell’indagine:• Determinare il modello geotecnico del
terreno per la valutazione del grado di sicurezza dell’argine in due tratti
• Valutare l’efficacia dei metodi geofisici di superficie per la caratterizzazione arginale
Fiume Tagliamento
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Aree di indagine
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Prove geotecniche in sitoIndagini geotecniche in sito
profili tomografici ERT longitudinali profili tomografici ERT trasversali FDEM (Frequency Domain Electro Magnetic) GPR (Ground Penetrating Radar)
Prove geofisicheSan GiorgioSan Mauretto
Indagini geofisiche
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
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30 15 5 35 6
5 35 18 7 25
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100% 0%LEGEND
COARSE GRAVEL
COARSE SAND
SILT AND CLAY
MEDIUM GRAVEL
MEDIUM SAND
FINE GRAVEL
FINE SAND
GHIAIA MEDIAGHIAIA MEDIAGHIAIA FINE
SABBIA GROSSA
SABBIA FINESABBIA MEDIA
FINE (<200 ASTM)
MODELLO STRATIGRAFICO
Sabbia limosa
Limo da sabbioso a debolmente sabbioso
Argilla limosa
Limo sabbioso
Ghiaia con sabbia debolmente limosa
ANALISI GRANULOMETRICA
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COARSE GRAVEL
COARSE SAND
SILT AND CLAY
MEDIUM GRAVEL
MEDIUM SAND
FINE GRAVEL
FINE SAND
Sondaggio S1: composizione granulometrica
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COARSE GRAVEL
COARSE SAND
SILT AND CLAY
MEDIUM GRAVEL
MEDIUM SAND
FINE GRAVEL
FINE SAND
GHIAIA MEDIAGHIAIA MEDIAGHIAIA FINE
SABBIA GROSSA
SABBIA FINESABBIA MEDIA
FINE (<200 ASTM)
Sondaggio S1: conducibilità idraulicaGRANULOMETRIA
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COARSE SAND
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MEDIUM GRAVEL
MEDIUM SAND
FINE GRAVEL
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Sondaggio S1: conducibilità idraulica
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dept
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)
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qt (MPa)
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
fs (MPa)
0 0.2 0.4 0.6
u2 (MPa)
0 1 2 3 4 5 6 7
Rf (%)
100 200 300 400 500
Vs (m/s)
a) SCPTU-1
hydrostatic profile
Prova con piezocono sismico SCPTU1
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
SCPTProva con piezocono sismico SCPT
Indice di comportamento del materiale
Robertson (2009)
LEGEND1 GRAVELLY SAND / DENSE SAND2 SAND3 SAND MIXTURE 4 SILT MIXTURE5 CLAY MIXTURE 6 ORGANIC SOIL
F r=f s
qt−σ ′ v 0100 %
n=0.38 I c+0.05( σ ′ v 0
pa )−0.15
Indice di comportamento del terreno
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Indice di comportamento del materiale
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depth (m)
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COARSE GRAVEL
COARSE SAND
SILT AND CLAY
MEDIUM GRAVEL
MEDIUM SAND
FINE GRAVEL
FINE SAND
12 % argilla
S1
Indice di comportamento del materialeIndice di comportamento del terreno
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Indice di comportamento del materialeIndice di comportamento del materialeIndice di comportamento del terreno
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150 Ω m: passaggio da limo sabbioso a deb. sabbioso
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COARSE GRAVEL
COARSE SAND
SILT AND CLAY
MEDIUM GRAVEL
MEDIUM SAND
FINE GRAVEL
FINE SAND
passaggio da limo sabbioso a deb. sabbioso
Tomografie elettrica: profili longitudinali
12 % argilla
San Mauretto San Giorgio
Indice di comportamento del materialeTomografia elettrica: profili longitudinali
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Tomografia elettrica: profili trasversali
CPTU2
Tomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeTomografia elettrica: profili trasversali
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Ground Penetrating Radar (San Giorgio)GPR 3, f = 50 MHz
Condotta sotterraneaEM 3
Frequenze utilizzate: 50, 200 and 600 MHz.
50 MHz: • resoluzione inferiore• penetrazione maggiore
(< 3 m)
Metodi elettromagneticiTomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeRadar GPR: San Giorgio
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Ground Penetrating Radar (San Giorgio)GPR 3, f = 50 MHz
Metodi elettromagneticiTomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeModello geotecnico del terreno per l’analisi della filtrazione
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Megliadino San Fidenzio (PD)
Obiettivo dell’indagine:
Individuare percorsi di filtrazione preferenziali
Metodi elettromagneticiTomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeFiume Frassine
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Metodi elettromagneticiTomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeLa rotta dei Santi: 1.11.2010
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Metodi elettromagneticiTomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeIl ripristino della rotta
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
piezometri profondi
Metodi elettromagneticiTomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeGli interventi di consolidamento arginale
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Perdite diffuse e fontanazzi
Perdita concentrata
Processi erosivi in atto nel Novembre 2012
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
n. 2 carotaggi continui (S1 e S2) fino a -33.50 m dalla cresta arginale, attrezzati con piezometro, fessurato tra -15.00 e -18.00 m dal piano campagna
n. 3 piezometri (P3, P4 e P5) installati con perforazione a distruzione di nucleo attraverso il corpo arginale
Metodi elettromagneticiTomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeIndagini geotecniche Dicembre 2012
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Metodi elettromagneticiTomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeQuadro di unione e modello geotecnico
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
12 24 36 48 60 72 84-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
idrometro
P2b
P2c
P1b
P1c
Tempo (ore)
Live
llo p
iezo
met
rico
(m)
Misure piezometriche (Novembre 2012)
piano campagna
• Prove Lefranc ogni metro di sondaggio• A2, A3 attrezzati a piezometro tra -13.00 e -16.00 m
Metodi elettromagneticiTomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeIndagini geotecniche Ottobre 2013
Opera di sistemazione: dreno al piedePaolo Simonini – 10 Novembre 2016
0 12 24 36 48 60-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
Livello fiume
Lato fiume
Lato cam-pagna
Tempo (ore)
Live
llo p
iezo
met
rico
(m) 12 24 36 48 60 72 84
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
Tempo (ore)
Live
llo p
iezo
met
rico
(m)
S1 -> 13.20-23.20 m: «Sabbia da media a grossolana, debolmente limosa verso il basso»
S2 -> 14.00-26.00 m: «Sabbia da medio a grossolana, pulita, ben gradata, molto addensata»
Misure piezometriche: modellazione numerica
Affinamento del modello geotecnico con una dettagliata di laboratorio
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
0 12 24 36 48 60-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
Livello fiume
Lato fiume
Lato cam-pagna
Tempo (ore)
Live
llo p
iezo
met
rico
(m)
0 12 24 36 48 60-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
Tempo (ore)
S1 (valle)S2 (monte)
k1
k2 < k1
12 24 36 48 60 72 84-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
Tempo (ore)
Live
llo p
iezo
met
rico
(m)
Misure piezometriche - modellazione numerica
T1
T1’T2’
T2
Indagini geofisiche Università di Padova
(Ottobre 2014- Aprile 2015)
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Tomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeTomografia elettrica ERT: profili longitudinali
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
T1
T2
MONTEVALLE T1 T2
Tomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeTomografia elettrica: profili trasversali
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30-4.0-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.50.0
T1T2
Contenuto idrico (-)
Prof
ondi
tà d
alla
cres
ta a
rgin
ale
(m)
Tratto indagato
Tomografie elettrica: profili longitudinali Indice di comportamento del materialeMisure con radar (GPRS) in trans-illuminazione
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Considerazioni conclusive• I meccanismi di instabilità degli argini fluviali - erosione
esterna ed interna, sifonamento, collasso spondale e del complesso argine-terreno - sono molteplici e spesso tra loro fortemente interconnessi.
• Le metodologie d’indagine, in particolare di quelle geofisiche, necessarie per formulazione del modello geotecnico del terreno, in accordo con quanto richiesto dalle NTC 2008, hanno compiuto enormi progressi e consentono di investigare lunghi tratti arginali. E’ però necessario personale altamente qualificato con protocolli di interpretazione dei dati geofisici ed è necessaria l’ integrazione con prove geotecniche.
• Sulla base di accurati modelli geotecnici del terreno le analisi di calcolo beneficiano oggi di utili approcci numerici, che necessitano di misure in sito, per una loro completa validazione. Peraltro, alcuni tipi di instabilità arginale sono ancora oggi, per la loro complessità, oggetto di studio e ricerca.
Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
Considerazioni conclusive
• Le innovazioni nelle tecniche di monitoraggio, anche con la diffusione dei metodi indiretti e della sensoristica a basso costo, consentiranno di disporre di sistemi diffusi lungo interi tratti arginali (smart levees).
• Tali sistemi, misurando in continuo grandezze significative, potranno funzionare, accanto alla sorveglianza umana, come sistemi di allertamento della popolazione, nei casi in cui sia difficile intravedere visivamente e per tempo i segni precursori di un imminente collasso.
GRAZIE PER L’ATTENZIONEParticolari ringraziamenti a: Ing. Silvia Bersan, Ing. Salvatore Patti, Prof. Giorgio Cassiani, Dott. Jacopo Boaga, Dott. Alberto Dacome, Ing. Mascia Gaino Paolo Simonini – 10 Novembre 2016
