SAFE-Infrastrutture, 2° Giornata di Lavoro – 25 gennaio 2007
MODELLAZIONI FISICHE E NUMERICHE PER IL NUOVO PONTE FERROVIARIO
TRA REVERE ED OSTIGLIA
M. Guerrero & A. Lamberti
DISTART, Università di Bologna, e-mail: [email protected]
OBIETTIVO E METODI
La progettazione dell’attraversamento ferroviario sul fiume Po tra Revere e Ostiglia, ha
richiesto un’attenta analisi dei prevedibili effetti idraulici del nuovo ponte ferroviario. Nella
corografia della zona oggetto di studio è evidenziato in rosso il posizionamento planimetrico
dell’opera in progetto:
I metodi di indagine utilizzati sono la
modellazione numerica 1D e 2D del
tipo acque basse e la modellazione
fisica a fondo mobile.
Tramite modello numerico si è estesa
alquanto l’area considerata rispetto
a quella rappresentata dal modello
fisico in modo da ottenere informazioni
utili per le condizioni al contorno da
imporre al modello fisico.
Gli aspetti di maggior interesse
investigati mediante la predisposizione
di specifico modello fisico sono la
Corografia area oggetto di studio
dinamica morfologica dell’alveo inciso,
l’efficacia degli accorgimenti progettati per la protezione dallo scalzamento dei plinti di
fondazione del nuovo ponte e la stabilità ed effetti delle opere provvisionali.
Al fine di caratterizzare plano-altimetricamente il tratto del Fiume Po oggetto di
modellazioni si è proceduto al rilievo di circa 7 km dell’alveo attivo compreso tra Serravalle
Po e 1 km oltre l’estremo di valle dell’isola Boschina, con un sistema integrato GPS-ecosonar.
Tale zona comprende la risvolta di Ostiglia, la successiva omonima stretta, il vecchio ponte
per la ferrovia Bologna–Verona e la strada statale del Brennero, la sezione in cui è stato
realizzato il nuovo ponte ferroviario e l’isola Boschina.
CARATTERIZZAZIONE MORFOLOGICA DELL’ALVEO INCISO
Campo delle velocità dopo (sinistra) e prima (destra) la realizzazione del nuovo attraversamento
Le fasi di realizzazione della struttura
influiscono localmente sulla corrente,
soprattutto per i bassi valori della portata
quando il pennello provvisorio non è
sormontato dalla corrente.
Dettaglio del campo delle velocità in prossimità delle strutture provvisionali
MODELLO FISICO
Il modello a fondo mobile è stato realizzato in
scala 1:150. Sono stati eseguiti due tipi di test;
prima i processi sedimentologici sono stati
simulati secondo un criterio di similitudine
morfodinamico, successivamente sullo stesso
modello con la morfologia del fondo ottenuta si
sono eseguiti brevi test in similitudine di Froude
in modo da rappresentare correttamente la
superficie libera .
Sono state eseguite tre campagne di rilievo distinte, in diverse condizioni idrometriche, con
quote del pelo libero all’idrometro di Revere variabili tra 9.4 e 12.6 m slm e corrispondenti
portate in alveo allora stimata tra 1000 e 3000 m3/s circa.
I tragitti seguiti sono stati di due tipi a
seconda delle finalità preposte:
Il diametro medio del sedime in prototipo, pari
Area modellata fisicamente
all’interno della vasca di prova
a 0.3x10-3m, scalato geometricamente verrebbe
ridotto in modello ad argilla. Si è quindi utilizzata sabbia fine alterando così il numero di
Shield. Dalle misure di concentrazione in modello si sono determinate le durate dei test
affinché il volume solido movimentato in modello fosse scalato correttamente rispetto al
volume movimentato in prototipo durante gli stati idrici simulati.
1-Tragitti longitudinali, in direzione
della corrente al fine di rilevare la
geometria (lunghezza e ampiezza
d’onda) caratterizzante le forme di
fondo;
L’aumento di scabrezza e concentrazione riscontrato passando dal prototipo al modello,
sono effetti scala indesiderati determinati da forme di fondo del modello maggiormente
ripide rispetto a quelle rilevate in prototipo; il modello è quindi di tipo “basculato”.
2-Tragitti trasversali, al fine di
ricostruire tridimensionalmente la
superficie del fondo alveo.
Per rappresentare in maniera corretta
la geometria e la scabrezza dell’alveo
attivo nel tratto sottoposto a
modellazione si è proceduto ad una
attenta analisi delle ondulazioni del
fondo rilevate. Le lunghezze d’onda
sono variabili mediamente tra i 10 e i
15 metri, mentre le relative ampiezze
sono variabili mediamente intorno al
valore di 0.2 metri, Interessante è la
relazione tra lunghezza d’onda delle
forme o ampiezza e profondità media
dei tratti analizzati, si riscontra una
debole
correlazione
diretta
tra
profondità media e lunghezza d’onda
delle forme.
L’analisi dei dati raccolti è risultata particolarmente utile per evidenziare la dinamica
morfologica dell’alveo inciso, valutare erosioni ed accumuli locali in prossimità degli argini,
dei pozzi e delle pile, provare le protezioni in progetto.
Sono state condotte le stesse prove simulate numericamente, ciascuna protratta per la
durata tipica dello stato idrico simulato, opportunamente scalata.
Tracce di alcuni rilievi con ecosonar
Erosione tra opere provvisionali
Erosioni localizzate
attorno alle pile
Ricostruzione digitale della batimetria
Divagazione della sezione a valle della stretta
Variazioni altimetriche del fondo alveo in
corrispondenza del nuovo ponte
CONCLUSIONI
Lunghezza d’onda forme di fondo[m]
Ampiezza forme di fondo[m]
MODELLO NUMERICO
Sono state provate 4 configurazioni geometriche, dallo stato di fatto in assenza del nuovo
ponte fino alla realizzazione completa passando dalle fasi di cantiere più critiche per
l’ingombro delle strutture provvisionali all’interno dell’alveo attivo. Le simulazioni effettuate
sono state 12, 4 configurazioni per 3 stati idrici: 2'200 m3/s, 7'600 m3/s e 13'500 m3/s.
I risultati delle modellazioni non evidenziando particolari influenze della nuova struttura
completata sulla dinamica della corrente del fiume nel tratto esaminato, se non una qualche
regolarizzazione planimetrica del flusso nella zona del ponte in progetto dovuta alla presenza
delle nuove pile.
I risultati del modello numerico sono apparsi sempre coerenti con le evidenze sperimentali.
Nel fare i confronti tra modellazione numerica e fisica occorre comunque far mente locale al
diverso peso dato nei due modelli ad oscillazioni ed errori di misura e agli effetti scala, fatti
che rendono conto della maggior variabilità dei dati osservati in modello.
La situazione è apparsa complessivamente piuttosto regolare dal punto di vista idraulico,
non evidenziando particolari influenze della nuova struttura completata.
Le fasi di realizzazione della struttura influiscono localmente sulla corrente, soprattutto per
i bassi valori della portata.
Per quanto riguarda il ponte esistente si è constatata la formazione di consistenti effossioni
alla base delle pile che crescono di entità all’aumentare della portata, fino a raggiungere
valori di profondità intorno ai 12 metri per la portata 200-naria.
Le protezioni dei pozzi e dei plinti in progetto si sono rivelate efficaci ad annullare possibili
fenomeni erosivi alla base delle nuove pile; è stato inoltre possibile provare le pezzature più
idonee per la realizzazione di tali protezioni.
Non si sono evidenziati altri fenomeni erosivi di particolare rilievo, fatta eccezione per le fasi
transitorie di cantiere dove si viene a formare una grossa effossione a valle della strettoia tra
la testa del pennello e il pozzo della pila adiacente.