-
Infrastrutture di trasportoInfrastrutture di trasportoe grandi
rischie grandi rischi
Seconda Parte: i rischi ordinariSeconda Parte: i rischi
ordinari
UniversitUniversit di Roma Tredi Roma TreFacoltFacolt di
Ingegneriadi Ingegneria
Laurea Specialistica inLaurea Specialistica inIngegneria delle
Infrastrutture Viarie e dei TrasportiIngegneria delle
Infrastrutture Viarie e dei Trasporti
Andrea BenedettoAndrea Benedetto
-
22
La tutela idraulica del corpo stradaleLa tutela idraulica del
corpo stradalee ferroviarioe ferroviario
I rischi connessi allazione dellacqua sullinfrastruttura possono
essere ricondotti a:
1. rischi che comportano danni strutturali alle opere
erosione dei rilevati, collasso delle pile di viadotti, crolli
agli imbocchi di gallerie
2. rischi che comportano conseguenze sullesercizio viario e
ferroviario
riduzione delladerenza disponibile, aquaplaning
-
33
Le strategie di tutelaLe strategie di tutela
Le strategie di tutela del corpo stradale e ferroviario sono
essenzialmente articolate secondo i tre seguenti obiettivi
prioritari:
A. Allontanare lacqua rapidamente dalla sede stradale e dalla
piattaforma ferroviaria
B. Evitare che le acque di ruscellamento dei versanti possano
interferire con il corpo
stradale e ferroviario
C. Assicurare il deflusso di piena dei corpi idrici (fiumi,
torrenti, fossi)
eventualmente intercettati
-
44
I presidi per la tutelaI presidi per la tutela
A. Allontanare lacqua rapidamente dalla sede stradale e dalla
piattaforma ferroviaria
a1. pendenza trasversale della piattaforma stradale, drenaggio
del piano di posa dei binari
a2. cunette longitudinali alla sede infrastrutturale
a3. caditoie per lallontanamento delle acque verso ricettori
finali
a4. pavimentazione drenante ad elevate prestazioni
superficiali
B. Evitare che le acque di ruscellamento dei versanti o di
pioggia possano interferire
con il corpo stradale e ferroviario
b1. fossi di guardia
b2. gallerie parapioggia
C. Assicurare il deflusso di piena dei corpi idrici (fiumi,
torrenti, fossi)
eventualmente intercettati
c1. tombini
c2. ponticelli
c3. viadotti
-
55
Il problema di progettoIl problema di progetto
Il problema di progetto si articola in estrema sintesi nei
seguenti passi:
1. definizione di uno standard di accettazione del rischio
(standard di sicurezza o di sufficienza delle opere, tempo di
ritorno per levento critico)
2. valutazione quantitativa della forzante pluviometrica e
idrometrica su base idrologica, in riferimento allo standard di
accettazione del rischio adottato
3. calcolo delle portate idrauliche e dei tiranti
4. dimensionamento delle opere di presidio
-
66
Il problema della verificaIl problema della verifica
Il problema della verifica deve prevedere:
1. la verifica idraulica del sistema di presidio nelle
condizioni eccezionali ed ordinarie, sia in riferimento
allefficacia di funzionamento, sia in riferimento alle
perturbazioni introdotte sui regimi idraulici (p.es. sovralzo del
profilo di corrente)
2. le verifiche strutturali dei manufatti (p.es. galleggiamento,
scalzamento delle pile)
3. le verifiche ambientali (p.es. portate minime, trasporto
solido, pendenza, erosione, sistemazioni locali di sponda)
-
77
a1. Pendenza trasversalea1. Pendenza trasversaledella
piattaforma stradaledella piattaforma stradale
La normativa di progettazione stradale (Norme funzionali e
geometriche per la costruzione delle strade DM 5/11/2001) prevede
che la pendenza trasversale di una piattaforma stradale in tratti
rettilinei sia pari almeno al 2.5%
Pendenza geodetica
In curva, per ragioni connesse allequilibrio dinamico del
veicolo al sistema di forze esterne, la pendenza trasversale
maggiore o uguale al 2.5%
La maggiore criticit si riscontra in corrispondenza delle curve
di transizione (clotoidi) in cui la sagoma della piattaforma
stradale ruota e per alcuni tratti la pendenza geodetica pu
risultare inferiore alla minima pari a 2.5%; la succitata norma
impone un valore minimo per la pendenza longitudinale del ciglio
che si solleva pari a Dimin [%] = 0.1 Bi in cui Bi la distanza [m]
tra lasse di rotazione e lestremit della carreggiata
Sagoma stradale in rotazione
-
88
a2. Cunettea2. Cunette
Le cunette sono canali idraulici di modeste dimensioni perlopi a
sezione triangolare o trapezia che si sviluppano longitudinalmente
ai bordi della sede pavimentata.
Sezione tipica in trincea e in rilevato
Particolare di cunetta e fosso di guardia
Raccolgono le acque meteoriche che cadono sulla sede stradale e
le incanalano sino ad un ricettore o ad un sistema di drenaggio
attraverso manufatti di caditoia.
La direzione di deflusso delle acque nelle cunette quella
individuata dalla pendenza longitudinale della sede stradale.
Presidio in rilevato con arginello e scivolo ad embrici
Raccordo tra fosso di guardia e cunetta
-
99
a3. caditoie per la3. caditoie per lallontanamento delle
allontanamento delle acque verso ricettori finaliacque verso
ricettori finali
Lacqua meteorica raccolta nelle cunette defluisce attraverso le
caditoie verso i sistemi di drenaggio sotterraneo per essere
recapitata al ricettore finale
Le principali caditoie stradali
Sistemazione di una caditoia al piede di un rilevato
Esempio di caditoia inserita lungo una cunetta
Il dimensionamento: scala delle portate per una caditoia a
fessura alimentata solo da un lato
Il dimensionamento: scala delle portate di caditoia a griglia e
di caditoia a bocca di lupo in avvallamento
-
1010
a4. pavimentazione drenantea4. pavimentazione drenantead elevate
prestazioni superficialiad elevate prestazioni superficiali
Il rischio di perdita di aderenza a causa della formazione di un
velo idrico sulla superficie di contatto pu essere contrastato
adottando pavimentazioni ad elevata rugosit e con propriet
drenanti.
Questo aspetto di rilevante importanza non solo nel caso
stradale ma anche in quello aeroportuale.
Alcuni risultati ottenuti recentemente in simulazione
numericaBenedetto, A. 2002 Transportation Research A, A Decision
Support System for the safety of the airport runways. The case of
the heavy rainstorms
Analogamente il problema stato studiato per il caso stradale con
lobiettivo di individuare le priorit per interventi di manutenzione
e riabilitazione della pavimentazione, come criteri di progetto,
finalizzati allincremento della sicurezza dellesercizio
Alcuni risultati recentemente ottenuti per il caso
stradaleBenedetto, A., Angi, C. 2003 Proc. 3rd International
Symposium on Maintenance and Rehabiltation of Pavement,
Macrotexture effectiveness maintenance for aquaplaning reduction
and road safety improving
-
1111
b1. fossi di guardiab1. fossi di guardia
I fossi di guardia sono canali di modeste dimensioni realizzati
al fine di captare le acque di ruscellamento superficiale prima che
esse possano raggiungere la sede dellinfrastruttura.
In genere la sezione del fosso di guardia trapezia, in terra o
rivestita.
Sono realizzati in linea pressoch longitudinale rispetto allasse
dellinfrastruttura subito a monte dellimpronta delle opere di
sedime.
Il deflusso delle acque nei fossi di guardia quello individuato
dalla pendenza del fosso che coincide con quella del terreno ove
esso trova sede e non necessariamente tale deflusso ha il medesimo
verso del deflusso delle acque di cunetta.
-
1212
b2. gallerie parapioggiab2. gallerie parapioggia
In alcuni rari casi in cui linfrastruttura si trovi depressa
rispetto al piano campagna e non sia possibile attraverso le
cunette allontanare lacqua di pioggia, poich linfrastruttura ha un
punto di minimo, purisultare necessario proteggere la sede con una
idonea copertura artificiale.
Tale copertura costituita da una volta di galleria che prende il
nome di galleria parapioggia.
Sulla linea ferroviaria ad Alta Velocit nella tratta Roma Napoli
prevista una soluzione in galleria parapioggia nella zona
bonificata del Regi Lagni, in approccio al nodo ferroviario di
Napoli.
-
1313
c1. tombinic1. tombini
Gli attraversamenti idraulici di modesta dimensione (fossi,
torrenti, incisioni) sono realizzati con manufatti prefabbricati o
realizzati in opera che prendono il nome di tombini.
Tombino circolare Meccanismi idraulici di funzionamento dei
tombini
Particolare dellimbocco Identificazione del funzionamento
idraulico
Collocazione altimetrica dei tombini
Schemi planimetrici
Modifica di tracciato di un corso dacqua
-
1414
c2. ponticellic2. ponticelli
Gli attraversamenti idraulici di luce tale da non poter essere
coperta con un manufatto tipo tombino possono essere risolti con
opere di maggior impegno costruttivo quali i ponticelli
Esempio di ponticello
-
1515
c3. viadottic3. viadotti
In termini di rischio ordinario i due aspetti di attenzione
riguardano:
il sovralzo del profilo di corrente (profilo di rigurgito)
lo scalzamento della fondazione delle pile in alveo
-
1616indietro
-
1717indietro
-
1818indietro
-
1919indietro
-
2020indietro
-
2121indietro
-
2222indietro
-
2323
indietro
-
2424
indietro
-
2525
indietro
-
2626
indietro
-
2727
indietro
-
2828
indietro
-
2929
indietro
-
3030
indietro
-
3131
indietro
-
3232
indietro
-
3333
indietro
Criterio di dimensionamento
Criterio di dimensionamento
Criterio di dimensionamento
Criterio di dimensionamento
Criterio di dimensionamento
Criterio di dimensionamento
-
3434
indietro
-
3535
m i c r o t e x t u r e
m a c r o t e x t u r e
w a v e l e n g h t
Date Location Abroad Fatal Aircraft type 05-23-1971 Rijeka,
Yugoslavia 83 78 Tupolev TU-134A 06-24-1975 JFK Airp. New York, USA
124 115 Boeing B-727-225 11-19-1977 Madeira, Portugal 164 131
Boeing B-727-282 03-20-1982 Branti Airp., Indonesia 28 26 Fokker
F-28 Fellowship 1000 06-22-1982 Bombay, India 90 90 Boeing
B-707-437 07-21-1989 Manila, Philippines 98 1 BAC-1-11 516FP
09-14-1993 Warsaw, Poland 70 2 Airbus A320-211 10-26-1993 Fuzhou,
China 80 2 McDonnell Douglas MD-82 06-24-1995 Lagos, Nigeria 80 16
Tupolev TU-134A 06-01-1999 Little Rock, Arkansas, USA 145 11
McDonnell Douglas MD-82
( )72,014,01,040 25,4384,9
am
i
ew
mSN
-=
10
20
30
40
50
60
70
80
20 40 60 80 100 120 140
h = 0 mm
h = 0.1 mm
h = 0.5 mm
h = 1 mm
h = 1.5 mm
SN
v [km/h]
IL PR
OBLE
MA
LADE
RENZ
Aavanti
-
3636
IL MO
DELL
ODI
ADE
RENZ
A
IL MO
DELL
OID
RAUL
ICO
0
10
20
30
40
50
60
70
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
SN (three points)
SN (linear)
SN (logarithmic)
Wheel
Pavement
Water
SinkageTransition
Tractive
0.50.250.25
( )
jg
Uin
q
t
U
gs
U
g
U
s
h
outqinqts
U
-=W
+
+
+
-=
W+
W
1
310
22)(( )
h
nqnjjj am ===
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
d = 10 min
d = 30 min
d = 60 min
idf curve
rain duration d [hour]
rain intensity i [mm/h]
Return period T=10 yearsMilan (Italy)
Location 1 minute 5 minute 15 minute 30 minute 120 minute USA -
0.260.32 0.53 0.61 0.75 0.83 1.171.31 URSS - 0.260.37 0.49 0.61
0.71 0.87 1.201.40 Australia - 0.30 0.57 0.78 1.24 Rome (Italy) -
0.278 0.537 0.758 - Milan (Italy) 0.13 0.32 0.60 0.81 - Florence
(Italy) - 0.431 0.618 0.858 -
LA V
ARIA
BILE
IDRO
LOGI
CA
( ) ( ) ( )[ ]{ } ,,, , ,,max,max, ,,, wamimTcikLsamnSNwamimSNSN
dhh == avanti
-
3737
I RIS
ULTA
TI
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0.065 0.127 0.247 0.480 0.936 1.822 3.549 6.9130
4
8
12
16
20
24
28
32
36
40
h (1) h (2)h (3) h (4)SN (1) SN (2)SN (3) SN (4)
SN
h [mm]
m a [mm]0
10
20
30
40
50
60
0.01 0.1 1 10
D0
D1
D2
D3
DRY
m a [mm]
SN
ma=
0.06
5
ma=
0.12
7
ma=
0.24
7
ma=
0.48
0
ma=
0.93
6
ma=
1.82
2
ma=
3.54
9
ma=
6.91
3
d=0d=1 min
d=5 mind=15 min
d=30 mind=60 min
0
12
34
5
6
7
8
9
10
0-1 1-22-3 3-4
4-5 5-6
6-7 7-88-9 9-10
ma=
0.06
5
ma=
0.12
7
ma=
0.24
7
ma=
0.48
0
ma=
0.93
6
ma=
1.82
2
ma=
3.54
9
ma=
6.91
3
d=0d=1 min
d=5 mind=15 min
d=30 mind=60 min
0
10
20
30
40
50
60
0-10 10-20
20-30 30-40
40-50 50-60
0.E+00
1.E-03
2.E-03
3.E-03
4.E-03
5.E-03
0 10 20 30 40 50 60
t = 4 0 s
t = 8 0 s
t = 1 2 0 s
t = 1 6 0 st = 2 0 0 s
t = 2 4 0 s
t = 3 2 0 s
h [ m ]
runway section [m]
Formazione del velo idrico Spessori dacqua e caduta di
aderenza
Spessore dacqua e aderenza (pioggia critica)
Aderenza in pavimentazioni drenanti (pioggia critica)
indietro
-
3838
indietro
( )51
max
2111015.0s
iL =h-
aa m
s
iLm -
=h 42.0
59.043.011.0
01485.0hR N = 5.8 mm hT N = 5.7
mmhR M = 5.1 mm
hT N = 10.1 mm
hR L = 6.7 mm
hR M = 11.3 mmhR L = 9.4 mm
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
0.016
0 50 100 150 200 250 300
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
0.016
0 50 100 150 200 250 300
0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
0.016
0 50 100 150 200 250 3000.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
0.016
0.018
0 50 100 150 200 250 300
hR M = 10.3 mm
hR L = 8.6 mm
hR L = 4.2 mm hT M = 4.1 mm
hT L = 2.6 mm
hR N = 9.2 mm
hR M = 8.0 mm
hT M = 7.4 mm
hT L = 4.9 mm
hT N = 13.9 mm
hR N = 11.9 mm
hT M = 10.2 mm
hT L = 6.8 mm
hT N = 15.4 mm
hR N = 13.0 mm
hT M = 11.4 mm
hT L = 7.6 mm
Rain A Rain B
Rain C Rain D
Appr
occio
trad
izion
ale e
mode
llo di
nami
coThe macrotexture dimension ma seems to be the most important
parameter. Quantitatively table 7 (column M) and table 8 put in
light
that if the macrotexture is greater than 7 mm (tab. 8) SN never
decreases to 50 %, also in the case of very intense rainstorm.
Differently if ma is about 0.5 mm SN always decreases more than 50
%, also for not intense rainstorm (tab. 7).
The hydraulic conductivity has a significant impact on
aquaplaning risk reduction. The effectiveness of the hydraulic
conductivity is relevant until the rainstorm intensity is not too
high. Table 9, in comparison to the column M of table 7, shows that
only in the case A (low rain intensity) and in the case B, but only
for high conductivity, the benefit is not negligible. In the other
cases SN dramatically decreases and the aquaplaning risk is
relevant.
-
3939
indietro
hgCAQ
K
k
gv
gv
KgL
gv
kh
s
i
si
D=
==
+
+=D
2
2.015.015.01.0
222
2
22
342
2
Luce di sbocco sommersa e tombino idraulicamente lungo
Condotta in pressione
-
4040
indietro
hgCAQ
C
D=
=
2
75.045.0
Luce sottobattente
-
4141
indietro
gDbDgDbDQ
Dy
gbQ
yHH
c
ci
2707.0
23
23
max
32
2
==
=
==D-
Attraversamento delle condizioni critiche
-
4242
indietro
57.03.0
2
1.5D1.2H
66.0c 59.0c stramazzo battente
232
2
max2
21
21
112121
=
=
==+
==
+=
q
q
C
gDACQ
Dy
Hyy
gybycgybycQ
Stramazzo rigurgitato
-
4343
avanti
-
4444
indietro
-
4545
indietro
