Politecnico di Torino Facoltà di Ingegneria

DIGHE IN MATERIALI SCIOLTI: RISCHI E FATTORI DI CRISI

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per l’Ambiente ed il Territorio

Presentazione a cura di: Giorgio Dutto

Federico Orlandini

Corso di Protezione Idraulica del Territorio

Le dighe

Sbarramento permanente su un corso d’acqua per creare un bacino artificiale

Energia elettrica

Laminazione delle piene

Uso agricolo

Il 16 % della produzione di cibo nel mondo dipende direttamente dalle dighe

Il 19 % dell’energia mondiale è di tipo idroelettrico

Classificazioni: competenze

Grandi dighe• h < 15 metri• volume d’invaso < 1 milione

di m3

Piccole dighe•h < 15 metri• volume d’invaso < 1 milione di m3

Direzioni Infrastrutture Regioni Direzione Generale Dighe

Classificazione D.M. 2014a. Dighe di calcestruzzo:

a.1 a gravitàa.1.1. ordinariea.1.2. alleggerite

a.2. a voltaa.2.1. ad arcoa.2.2. ad arco gravitàa.2.3 a cupola

b. Dighe di materiali sciolti:b.1. di terra omogeneab.2. di terra e/o pietrame, con struttura di tenuta internab.3. di terra e/ o pietrame, con struttura di tenuta esterna

c. Traverse fluviali d. Dighe di tipo misto e di tipo vario

Scelta della tipologia di diga

• Forma e geologia della stretta del fiume

• Studio di fattibilità geologicaCaratteristiche portanti dei terreni

Permeabilità dei terreni

Dighe in materiali sciolti

SI -Strati di materiali sciolti di grandi spessore-Disponibilità di depositi naturali o idonei banchi rocciosi coltivabili

NO -Terreni liquefacibili o solubili- Argille di elevata sensitività- Cavità sotterranee

Dighe in materiali sciolti: ulteriore classificazione

DIGHE IN PIETRAME

DIGHE IN TERRA

Muratura a secco:Conci squadrati sistemati a manoOggi quasi in disuso

Scogliera:Blocchi di grande pezzatura

Rullata:Strati successivi costipati

Rifluita:Sedimentazione in acqua dei materiali.Oggi abbandonata

Caso studio: diga di San Vito1960

Diga di San Vito: Caratterizzazione Geografica

In terra di San Vito Pistoiese, è situata nel comune di San Marcello Pistoiese ad una quota di circa 1000 metri s.l.m.

Uso irriguo

Rientra nel bacino idrografico del fiume serchio

Diga di San Vito:Caratteristiche del terreno

• Autorità di Bacino del Fiume Serchio Carta Geologica 1:10.000

•Arenarie Torbiditiche quarzoso-felspatiche alternati ad argille e limi

• Conducibilità idraulica: bassa/ molto bassa

Diga di San Vito: caratteristicheQuota coronamento [m s.l.m.] 1058.34

Quota massima di regolazione [m s.l.m.] 1056.44

Altezza della diga [m] 18.68

Dislivello coronamento – quota di sfioro [m] 1.9

Lunghezza coronamento [m] 110

Larghezza coronamento [m] 3

Pendenza del paramento di monte Sm [°] 68

Pendenza del paramento di valle Sv [°] 63

Volume totale invaso m3 142500

Diga di San Vito: caratteristiche

• La diga di San Vito è costituita interamente da terra diga in terra omogenea

• Materiali eterogenei

• La tenuta è garantita dalla bassa permeabilità dei componenti terrosi usati

limi sabbiosi di varia consistenza, spesso inglobanti frammenti arenacei

Diga di San Vito: caratteristiche

• Lo scarico di fondo: tubo metallico φ600, adagiato in una trincea scavata nella roccia del piano di imposta ed affogato in una trave in cemento armato

•Lo scarico di superficie: a soglia libera, ubicato sulla sponda sinistra dell’invaso e del tutto esterno al corpo diga.

D.M. 2014 novità e differenze•“Gli scarichi di superficie della diga devono essere dimensionati per l’onda con portata al colmo di piena corrispondente al periodo di ritorno di 1000 anni, per le dighe in calcestruzzo, e di 3000 anni per le dighe di materiali sciolti, tenendo conto dell’effetto di laminazione esercitato dal serbatoio”

• valori minimi del franco netto

Altezza diga fino a [m] 15 90 o più

franco netto [m] 1.5 3.5

normativa 2014

normativa 1982

Altezza diga fino a [m] 15 30 45 60 75 90 opiù

franco netto [m] 1.5 2.5 3.2 3.6 3.9 4.0

D.M. 2014 novità e differenze

Normativa 2014 Oltre alle situazioni generali corrispondenti al raggiungimento di stati limite ultimi, sono da considerare le seguenti: 1. instabilità dei paramenti; 2. rottura per liquefazione del corpo diga o dei terreni di fondazione; 3. rottura per erosione interna o sifonamento; 4. lacerazione dell’eventuale manto o rottura del diaframma di tenuta.

Verifiche di sicurezza, normativa 1982 La stabilità della diga dovrà essere verificata relativamente alle seguenti condizioni:1. a termine costruzione;2. a serbatoio pieno con il livello al massimo invaso;3. a seguito di rapido vuotamento del serbatoio dal livello massimo al livello di minimo invaso e, ove sia significativo, anche a livelli intermedi.

Fattori di Crisi: Sormonto della diga

Relazione idrologica ed idraulica prof. Chiarugi, luglio 2003

Obiettivo: dimostrare che anche in condizioni di piena lo scolmatore laterale consente lo smaltimento di una portata sufficiente a garantire il franco di sicurezza minimo (1.5 metri)

• Analisi curve di livello, area del bacino Area Bacino= 0.3882 Km2

• Servizio Nazionale Dighe, T=1000 anni Qmax /Km2=31 m3/(s Km∙ 2 )

Qmax =12.03 m3/s

• h< 0.4 m

• Dislivello soglia coronamento 1.9 m franco minimo rispettato

hghbQ 2

Fattori di Crisi: Sifonamento

Fenomeno dovuto ad eccessivo deflusso filtrante

Formazione di risorgive a valle

Asportazione di materiale con conseguenti problemi strutturali

PERICOLO DI INSTABILITA’DELLA STRUTTURA

Caso studio: non vi sono problemi di sifonamento

•Indagine geologica k = 10^-9•Dimensione modesta

Sifonamento: provvedimenti

a) Diaframma lungo il materasso permeabile

Soppressione moti filtranti

b) Diaframma arrestato all’ interno del materasso permeabile

c) “coperta” impermeabile che si prolunga a monte, al di sotto e oltre la diga

Considerazioni conclusive

• Con il D.M. 26 giugno 2014 T=1000 anni T=3000 anni

• Caso studio: T=1000 anni, tuttavia è in grado di smaltire portate di piena associate a T molto più grandi

Domanda iniziale:

Quanto facilmente va in crisi una diga in materiali sciolti e con quali dinamiche?

1. Sormonto:

2. Sifonamento:

ROTTURA•Più difficile da identificare•Rischi maggiori legati alla non idoneità del terreno sul quale viene costruita l’opera

•Caso studio, diga di San Vito : Battente d’acqua non elevato Conducibilità idraulica ≈ 10-9

In esercizio da circa 55 anni

Dilavamento

Asportazione di materiale al piede della diga

2. Sifonamento: