ARGOMENTI DI INGEGNERIA GEOTECNICA
Giornata in ricordo di
Filippo Vinale
PROBLEMI DI INGEGNERIA GEOTECNICA
NELLE ARGINATURE FLUVIALI
Prof. Ing. Francesco Colleselli
Centro Irpino per l'Innovazione nel Monitoraggio Ambientale (CIMA)
di Sant'Angelo dei Lombardi (Avellino), 21 settembre 2009
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
PROFILO ARGINALE
Linea di saturazione
Sezioni arginatura maestra (Circolo Superiore di Ispezione per il Po, 1952).
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
1952
EVENTO DI PIENA OTTOBRE 2000
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
CONVENZIONI DI COLLABORAZIONE SCIENTIFICA
1° CONVENZIONE : n°5984 del 5 Luglio 1999
Magistrato per il Po in collaborazione con le Università degli studi di Brescia,
Parma, di _Roma “La Sapienza” e di Napoli “Federico II”
di
Titolo: STUDIO DELLE CONDIZIONI DI STABILITA’ DEGLI
ARGINI
FLUVIALI E PER LA DEFINIZIONE DI UNA METODOLOGIA PROGETTUALE.
Sito di studio sperimentale: Viadana (MN)
2° CONVENZIONE : n°329 del 28 Novembre 2006 E-Spec-774
AIPO in collaborazione con le Università degli studi di Brescia, di Parma e di Napoli
“Federico II”
PER L’ANALISI DEL COMPORTAMENTO E DEGLI INTERVENTI DI
PROTEZIONE IDRAULICA DELLE ARGINATURE IN MATERIALI PERMEABILI
DELL’ALTO CORSO DEL PO E IL PROSEGUIMENTO DELLO STUDIO SULL’ARGINE
SPERIMENTALE DI VIADANA
Titolo:
Siti di studio sperimentali: Viadana (MN), Motta dei Conti (VC), Alessandria Bormida
.
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
IMMAGINE SATELLITARE DEL BACINO IDROGRAFICO DEL FIUME PO
Motta dei Conti (VC)
Viadana
Alessandria
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
IMMAGINE SATELLITARE DELL’AREA DI VIADANA (MN)
Argine sperimentale
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
Argine
sperimentale
SEZIONI DEL RILEVATO SPERIMENTALE
Terreni a grana fine, meno
plastici e poco compressibili
Terreni a grana
fine, plastici e
compressibili
Argine esistente
Argine sperimentale
+30.53
30.7
+30.68
+29.81
28.8
29.35
29.4
+29.41
Invaso
Fiume
26.5
P.c.
+26.50
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
+26.67
SEZIONE STRATIGRAFICA VIADANA (MN)
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
INVASO SPERIMENTALE DI VIADANA (MN)
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
SIMULAZIONE DELLE PIENE STORICHE
Andamento temporale del livello d'invaso durante le simulazioni di piena
29,5
Piena 2000
29
Piena di morbida (1976)
Piena 1994
m.s.l.m.
28,5
28
27,5
27
26,5
26
25,5
25/4
15/5
4/6
24/6
14/7
3/8
23/8
12/9
Tempo (Giorno)
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
2/10
22/10
11/11
1/12
21/12
Periodo t < t0
ANDAMENTO DELLE QUOTE PIEZOMETRICHE.
Periodo precedente alle simulazioni di piena
SEZ.A-A
60.0
5.0
7.0
1.3
ARGINE
SPERIMENTALE
6.2
3.5
15.0
6.0
3.0
+30.53
30.7
1.3
5.9
2.0
29.35
Terreno T1
P3A
Sabbia
m.s.l.m.
PE2
PC1
+25.01
+24.72
+23.38
P3V
Terreno T2
20.43
+26.29
P4A
BAT1
Liv.min
3.5
+29.41
+26.67
+26.50
Liv.max
P2A
8.9
VASCA
P1A
26.5
24.93
29.4
2.7
ARGINE
ESISTENTE
+30.68
+29.81
28.8
3.5
5.2
P1V
PE1
P2V
Argilla
Terreno T3
Sabbia
LEGENDA
Livello massimo del fiume - 24.93 m.s.l.m.
Piezometri anno 2001
Piezometri anno 2000
Livello minimo del fiume - 20.43 m.s.l.m.
Piez. collocato in strato sabbiaso
Piez. collocato in strato argilloso
Piez. collocato in strato argilloso (Sez.4E)
ISTANTI TEMPORALI:
< t0 - Livello minimo del fiume
< t0 - Livello massimo del fiume
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
ANDAMENTO DELLA SUZIONE (SEZIONE A-A).
Periodo t < t0
Periodo precedente alle simulazioni di piena
Le escursioni del livello idrometrico
del fiume non modificano
l’andamento della suzione
LEGENDA
Istanti temporali:
< t0 Liv. min. del fiume (20,43 m.s.l.m.)
(02/05/01 - 13.00)
SEZIONE A-A
< t0 Liv. max del fiume (24,93 m.s.l.m.)
Argine esistente
(07/05/01 - 6.00)
(-15 ÷ -10 KPa)
Fiume
30.7
T1A
29.7
T2A
28.7
29.4
28.8
T6A
27.5
26.5
-60 -50 -40 -30 -20 -10
T5A
KPa
-20 -10
T3A
KPa
-30 -25 -20 -15 -10 -5
m.s.l.m
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
5
27.7
10
KPa
m.s.l.m
EVOLUZIONE DELLE QUOTE PIEZOMETRICHE
1a simulazione
SEZ.A-A
60.0
5.0
7.0
1.3
6.2
3.5
15.0
6.0
3.0
1.3
5.9
2.0
ARGINE SPERIMENTALE
8.9
3.5
+30.68
+29.81
29.35
2.7
ARGINE ESISTENTE
+30.53
30.7
28.8
3.5
5.2
29.4
+29.41
VASCA
Liv. max (28.26)
P1A
26.5
+26.67
+26.50
Terreno T1
P2A
+26.29
+25.01
Sabbia
+24.72
+23.38
P4A
P3A
23.01
P3V
21.91
21.37
21.13
20.49
m.s.l.m.
BAT1
PE2
Terreno T2
P1V
PE1
PC1
P2V
Argilla
Terreno T3
Sabbia
SEZ.B-B
ARGINE SPERIMENTALE
ARGINE ESISTENTE
+30.53
30.7
+30.68
+29.81
28.8
29.35
29.4
+29.41
VASCA
Liv. max (28.26)
P1B
26.5
+26.50
Terreno T1
P3B
P2B
+26.67
Sabbia
+26.29
+25.01
+24.72
+23.38
P4B
23.01
21.91
21.37
21.13
PE3
20.49
PE4
PC2
Terreno T2
BAT2
Terreno T3
m.s.l.m
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
Argilla
Sabbia
EVOLUZIONE DELLE QUOTE PIEZOMETRICHE 1a simulazione
ISTANTI TEMPORALI:
t0
t1
t2
t3
t4
(01/06/01)
(06/06/01)
(25/06/01)
(30/06/01)
(11/09/01)
ARGINE SPERIMENTALE
30.7
28.8
29.35
29.4
P1A
26.5
Fiume
P2A
P4A
P3A
23.01
21.91
21.37
21.13
20.49
BAT1
PE2
PE1
Livello idrico nell'invaso - Istanti temporali
m.s.l.m.
PC1
29,5
t5
Livello idrico (m.s.l.m.)
29
Piena 2000
28,5
t2
t8
t9
t1
28
Piena 1994
27,5
Piena di morbida
(1976)
27
26,5
t0
t3
t4
t6
t7
t10
26
0
30
60
90
120
Tempo (Giorni)
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
150
180
210
240
EVOLUZIONE DELLE QUOTE PIEZOMETRICHE 1a simulazione
ISTANTI TEMPORALI:
t0
t1
t2
t3
t4
Influenza del tempo di permanenza sulla propagazione
dell’onda di piena all’interno dell’argine
(01/06/01)
(06/06/01)
(25/06/01)
(30/06/01)
(11/09/01)
ARGINE SPERIMENTALE
30.7
28.8
29.35
29.4
VASCA
P1B
26.5
Fiume
Terreno T1
P3B
P2B
P4B
23.01
21.91
21.37
21.13
20.49
PE3
PE4
Terreno T2
BAT2
Livello idrico nell'invaso - Istanti temporali
29,5
PC2
t5
m.s.l.m
Livello idrico (m.s.l.m.)
29
Terreno T3
Piena 2000
28,5
t2
t8
t9
t1
28
Piena 1994
27,5
Piena di morbida
(1976)
27
26,5
t0
t3
t4
t6
t7
t10
26
0
30
60
90
120
Tempo (Giorni)
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
150
180
210
240
EVOLUZIONE DELLE QUOTE PIEZOMETRICHE 3a simulazione
SEZ.A-A
60.0
5.0
7.0
1.3
6.2
3.5
15.0
6.0
3.0
ARGINE SPERIMENTALE
+30.53
30.7
1.3
5.9
2.0
29.35
2.7
8.9
3.5
ARGINE ESISTENTE
+30.68
+29.81
28.8
3.5
5.2
29.4
+29.41
Liv. max. (+28.21)
P1A
26.5
+26.67
+26.50
Terreno T1
P2A
+26.29
+25.01
Sabbia
+24.72
+23.38
P4A
P3A
P3V
21.35
20.24
19.78
m.s.l.m.
BAT1
PE2
Terreno T2
P1V
PE1
P2V
Argilla
Livello idrico nell'invaso - Istanti temporali
PC1
Terreno T3
Sabbia
29,5
t5
Livello idrico (m.s.l.m.)
29
SEZ.B-B
ARGINE SPERIMENTALE
Piena 2000
28,5
t2
Piena di morbida
(1976)
27
ARGINE ESISTENTE
28.8
29.35
29.4
t0
+30.68
+29.81
t9
Piena 1994
27,5
26,5
+30.53
30.7
+29.41
t3
P1B
+26.50
Terreno T1
P3B
P2B
PE3
PE4
PC2
t6
t7
0
30
60
90
120
150
t10
180
210
240
Tempo (Giorni)
+26.67
Sabbia
+26.29
+25.01
+24.72
+23.38
P4B
21.35
20.24
19.78
t4
26
Liv. max. (+28.21)
26.5
t8
t1
28
Terreno T2
BAT2
Terreno T3
m.s.l.m
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
Argilla
Sabbia
ANDAMENTO DELLA SUZIONE DURANTE LA
1° SIMULAZIONE DI PIENA.
Suzione
Suzione - T1
ISTANTI TEMPORALI
(01/06/01 - 0.00)
t2
(25/06/01 - 10.00)
(Kpa)
Fiume
t0
t1
25/4
0
SEZIONE A-A
(06/06/01 - 14.00)
t3
(30/06/01 - 0.00)
t4
(11/09/01 - 6.00)
15/5
24/6
12/9
2/10
Argine esistente
-20
-40
-60
-80
-100
30.7
T1A
29.7
T2A
28.7
T3A
28.26
28.10
29.4
28.8
T6A
27.5
26.5
4/6
Tempo (Giorni)
14/7
3/8
23/8
-60 -50 -40 -30
-20 -10
KPa
T5A
-30
-20 -10
KPa
-30 -25 -20 -15
-10 -5
5
10
KPa
27.7
m.s.l.m
m.s.l.m
La suzione tende a diminuire con la profondità.
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
22/10
ANDAMENTO DELLA SUZIONE DURANTE LA
1° SIMULAZIONE DI PIENA.
Suzione
ISTANTI TEMPORALI
t0
t1
(01/06/01 - 0.00)
t2
(25/06/01 - 10.00)
t3
(30/06/01 - 0.00)
t4
(11/09/01 - 6.00)
SEZIONE B-B
Fiume
Argine esistente
(06/06/01 - 14.00)
80 – 85 KPa!
30.7
T1B
29.7
T2B
28.7
29.4
28.8
T6B
27.3
26.5
-60
-50 -40
-30
-20 -10
10
28.26
28.10
T3B
T5B
KPa
-20 -10
-30
-25 -20
-15
-10 -5
5
10
KPa
27.7
KPa
m.s.l.m
m.s.l.m
L’evento di piena non modifica l’andamento della suzione all’interno del corpo arginale, tranne in
corrispondenza dei tensiometri T3B e T5B (Sez. B-B) a causa della maggiore imbibizione
dell’argine durante l’evento di piena.
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
Effetto della suzione sulle caratteristiche di
compressibilità e di resistenza al taglio del terreno
Terreno saturo
Terreni parzialmente
saturi
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
Comportamento
non saturo
Effetto della suzione sulle caratteristiche di
compressibilità e di resistenza al taglio del terreno
1400
tensione deviatorica, q (kPa)
S = 1.0
suzione 100 kPa
suzione 200 kPa
suzione 400 kPa
1200
1000
Terreni non saturo,
suzione 400 kPa
800
600
Terreno saturo
400
200
0
0
200
400
600
tensione media (p-ua) and p', (kPa)
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
800
Comportamento
non saturo
Simulazione
numerica
Analisi numerica per lo studio dei processi di filtrazione

-Condizioni di moto vario
vi
 S r 
n
 n
 Sr 
xi
t
t
Argine sperimentale
Definizione della geometria
Argine esistente
Livello invaso
Falda a campagna
Fiume
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
Simulazione
numerica
Sez. B-B
ARGINE SPERIMENTALE
INVASO
Fiume
P1B
P2B
Terreno T1
P4B
P3B
Terreno T2
PE3B
PE4B
PC2
Terreno T3
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
ARGINE ESISTENTE
Campagna
EVOLUZIONE TEMPORALE DELLA LINEA DI
IMBIZIONE
Argine del Po a Castelnuovo Bariano (D’Amico, 1963)
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
EVOLUZIONE TEMPORALE DELLA LINEA DI
IMBIZIONE: Modello Teorico
curva
data
a:
b:
c:
d:
e:
f:
g:
h:
i:
10/12/88
19/12/88
27/12/88
07/01/89
28/01/89
08/02/89
11/02/89
13/02/89
26/02/89
PC 3C
MAX INVASO + 2.52
g
-5.721
f
h
c
PC 3A
PC 3D
PC 3F
a
i
d
e
b
Linee di imbibizione ricavate dalle analisi: evoluzione nel tempo al variare del livello d’invaso
-6.033
-6.575
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
-6.227
Analisi di
stabilità LT
ANALISI DI STABILITÀ.
PARAMENTO DI MONTE
PARAMENTO DI VALLE
Factor of Safety: 1.74
H = 28.5 m s.l.m .
F
Piena
(Anno)
Livello di
piena
(m.s.l.m.)
Paramento di valle
Terreno
parzialmente
saturo
Terreno
saturo
le analisi sono state
F
condotte
nell’ipotesi di
moto di filtrazione
Paramento
di monte
stazionario
e con linea
di imbibizione
Terreno
maggiormente
Terreno estesa. Il
parzialmente
coefficiente F risulta
saturo
saturo quindi sottostimato.
1994
28.5
1.74
1.52
1.43
2000
29
1.64
1.47
1.48
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
1.26
Nel caso di terreno
parzialmente saturo
1.35
aumenta
il
coefficiente di
sicurezza
Analisi di stabilità
Un incremento della suzione si traduce in un incremento del
coefficiente di sicurezza.
La presenza di materiali a bassa permeabilità contiene la linea di
imbibizione e conseguentemente aumenta il valore del coefficiente
di sicurezza.
Criteri progettuali
La linea di imbibizione all’interno del corpo arginale si dispone
ben al di sotto della linea “teorica” utilizzata come riferimento per
il progetto del profilo a campagna dei rilevati arginali del medio e
basso Po ( pendenza di 1 : 5 – 1 : 6): i problemi di sicurezza sono
legati maggiormente ai terreni di fondazione (sifonamento).
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
INTEGRAZIONE DELLE LINEE GUIDA (2007)
RINFORZI E RIALZI a fiume possono essere correttamente eseguiti con materiali poco permeabili tipo A-7
A-6 (Norme CNR-UNI 10006 - Ed. 2002), secondo i criteri indicati dalle Linee guida del 1998.
SCARPATE A FIUME CON PENDENZA (1:2): per evitare fenomeni di instabilità dopo le piene del
paramento a fiume e per aumentare la capacità di tenuta e ritardare l'avanzamento all'interno del corpo
dell'argine della superficie di saturazione
BANCHE INTERMEDIE eventuali per altezze del paramento maggiori di 5 m e conseguente TAGLIONE AL
PIEDE approfondito di 1  2 m per il nuovo petto al piede dell'argine.
IMMORSAMENTO VECCHIO E NUOVO CORPO da realizzarsi con particolare cura
RINFORZI A CAMPAGNA vanno correttamente eseguiti con materiali di media permeabilità tipo A-6  A-4
e comunque più permeabili di quelli costituenti il corpo arginale esistente.
MATERIALI PER I RINGROSSI E RINFORZI messi in opera con riferimento alla densità Proctor
Standard, avendo cura di controllare in maniera specifica l'omogeneità delle caratteristiche di plasticità e
granulometriche del materiale impiegato; in particolare i materiali tipo A-6 e A-7 con contenuto in sabbia non
inferiore al 15% e tipo A-6 e A-4 con contenuto in sabbia non maggiore del 50%.
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
INTEGRAZIONE DELLE LINEE GUIDA
IRREPERIBILITÀ MATERIALI IDONEI: utilizzo di terreni grossolani e permeabili e conseguente
necessario progetto di interventi di impermeabilizzazione del corpo arginale.
DIAFRAMMATURE CONTINUE : per assicurare l’impermeabilizzazione dei terreni di fondazione e
garantire una effettiva tenuta idraulica contro il pericolo di sifonamento, le diaframmature devono essere di
lunghezza sufficiente ad evitare fenomeni di aggiramento del flusso e tali da intercettare interamente il banco
permeabile.
PROFILO DELL’ARGINE E LINEA DI IMBIBIZIONE con pendenza di 1:5 e 1:6 : è sempre e comunque
valido il criterio di progetto "convenzionale" di disporre il profilo dell'argine a campagna, tale da ricoprire
per almeno 1 m la linea teorica di imbibizione.
SEZIONI ARGINALI PIU’ RIDOTTE rispettivamente con linee teoriche di imbibizione di 1:4,5 ÷ 1:5,5 in
presenza di arginature realizzate con materiali di caratteristiche note, in condizioni geotecniche ben definite e
in assenza di pericolo di sifonamento a campagna.
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
SEZIONE DI UN RILEVATO ARGINALE
(INTEGRAZIONE ALLE LINEE GUIDA, AIPO 2007).
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
2007
IMMAGINE SATELLITARE DEL BACINO IDROGRAFICO DEL FIUME PO
Motta dei Conti (VC)
Viadana
Alessandria
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
ALESSANDRIA : ARGINE DEL FIUME BORMIDA
Idrometro Alessandria Bormida Q.A.
(dati storici dal 2001)
Alessandria
Fiume Bormida
Argine in esame
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
ALESSANDRIA: STRATIGRAFICA TIPICA
SONDAGGIO S1
Limo
sabbioso
Sabbia fine
Sabbia
Ghiaiosa
Sabbia
con
ghiaia e ghiaia
con sabbia
GHIAIA
Sabbia deb.
limosa
Limo argilloso
Ghiaia
Sabbia limosa
Sabbia con
ghiaia
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
ALESSANDRIA: SEZIONE TRASVERSALE
94.2m
S1
SC
SA
90,8m
S2
SB
SD
S3
SE
LATO CAMPAGNA
85,2m
FIUME
Sondaggi a Carotaggio
Continuo
Sondaggi a Distruzione
di Nucleo
Campioni indisturbati
Shelby
Livello Falda
Piezometri
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
ALESSANDRIA: REALIZZAZIONE PALANCOLATO
94.2m
LATO CAMPAGNA
90,8m
85,2m
FIUME
Fiume Bormida
B = b + h cotg a = 7,8 m
L=55m
h=3m
a
b= 2,5 m
A = (b+B(h))*h/2
V = A*L
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA
ALESSANDRIA : DATI IDROMETRO 3 maggio 2002
7m in 16 ore
Prof. Ing. Francesco Colleselli UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BRESCIA