Menù Pasqua 2015

Problemi statici e idraulici delle
briglie
!   diversi materiali
!   struttura della briglia
!   dimensionamento statico
!   problemi idraulici
BRIGLIE: Opere trasversali al torrente, sporgenti dall’alveo nel quale sono
fondate, costruite per fissare col coronamento la quota dell’alveo stesso e
determinare, col materiale che va accumulandosi verso monte, la modifica della
primitiva pendenza del torrente.
Si differenziano per:
-forma
-modo di resistere
-materiali
-rapporto col deflusso e coi materiali trasportati
• briglie a gravità e ad arco, di conglomerato di cemento semplice od armato, di muratura di
pietrame, di gabbioni, di terra
• briglie chiuse
• briglie aperte, selettive e filtranti
• briglie frangicolata
Tecniche di ingegneria naturalistica: utilizzano come materiali da costruzione piante viventi
(o loro parti), spesso in unione con altri materiali, quali legname, pietrame, acciaio, ecc.
Gabbioni: parallelepipedi realizzati con un reticolato a maglia in filo d’acciaio zincato o
plastificato, riempiti con materiali lapidei di pezzatura grossolana. Dubbia durabilità per urti
e ossidazione. Utilizzo limitato ad alvei con trasporto caratterizzato da materiale fine.
Briglie: tipologie
Briglia di trattenuta temporanea a
Briglia di trattenuta permanente,
svuotamento della piazza di deposito a
rettilinea (A11), a gravità (BZ)
monte, con griglia a barre orizzontali (TN)
Briglie: tipologie (2)
Briglia di trattenuta, piena, ad arco (A2) sul T. Leno, a monte di Rovereto (TN)
Briglie: tipologie (3)
Briglia di trattenuta, selettiva, a griglia verticale, inclinata (B12 / D)
sul T. Rossbach (TN)
Dimensionamento statico (p. 322 Da Deppo et al., 2000)
• peso proprio
• spinta sul paramento di monte
• sottopressioni lungo la linea di contatto calcestruzzo-terreno di fondazione
• eventuali azioni sismiche
ϕ ⎞
2 ⎛
K
=
tan
45
−
⎜
⎟
a
Coefficiente di spinta attiva:
2 ⎠
⎝
Coefficiente del terreno a riposo:
- K0=0.4÷0.7 per le sabbie,
- K0=1 solo per le argille
- K0>1 argille sovraconsolidate
Si possono avere diverse configurazioni di sollecitazione:
1) prima dell’interrimento (si forma un piccolo bacino a monte)
2) dopo l’interrimento, briglie con drenaggi
3) dopo l’interrimento, briglie senza drenaggi
Hp. cautelativa: le perdite di carico sono concentrate lungo il piano di fondazione, assunto
impermeabile
• effetto benefico dei dreni
• riduzione dell’eventuale spinta dovuta alle colate detritiche
1) prima dell’interrimento:
• spinta idrostatica sul paramento di monte
• spinta idrostatica sul paramento di valle
• spinta sul paramento di valle dovuta al terreno (immerso) nella zona compresa tra
il fondo dell’alveo ed il piano di fondazione
• sottopressioni lungo il piano di contatto tra la fondazione e il terreno
2) dopo l’interrimento, con drenaggi:
• spinta del terreno sul paramento di monte con peso specifico
• γsat= γt + n γ (γ peso specifico acqua, γt del terreno, n porosità)
• spinta dell’acqua nella eventuale zona immersa nelle vicinanze del piano di fondazione
• spinta dell’acqua per il carico h sulla gàveta
• spinta idrostatica sul paramento di valle
• spinta sul paramento di valle dovuta al terreno (immerso) nella zona compresa tra
il fondo dell’alveo ed il piano di fondazione
• sottopressioni lungo il piano di contatto tra la fondazione e il terreno
3) dopo l’interrimento, senza drenaggi:
• spinta del terreno sul paramento di monte
• spinta idrostatica sul paramento di monte
• spinta idrostatica sul paramento di valle
• spinta sul paramento di valle dovuta al terreno (immerso) nella zona compresa tra
il fondo dell’alveo ed il piano di fondazione
• sottopressioni lungo il piano di contatto tra la fondazione e il terreno
Dimensionamento della gàveta
a)  deflusso transitorio, prima che il tronco di monte sia riempito del materiale trasportato
e trattenuto. Detta Ls la larghezza al fondo della sezione trapezia della gàveta ed s la scarpa
(tipicamente pari ad 1), b0 e b1 la base minore e maggiore della sezione
•  il deflusso sulla gàveta è quello proprio degli stramazzi in parete grossa (Cq=0.385)
•  sulla soglia l’altezza della lama d’acqua è pari all’altezza critica k=2/3h0, con h0 tirante
• idrico a monte trascurando, in prima approssimazione, l’ altezza cinetica relativa al deflusso di monte
Q=
Cq
15
(11b0 + 4b1 )h0
2 gh0
• L’altezza della savanella hs si assume pari al carico totale ek corrispondente allo stato critico
k ed alla rispettiva altezza cinetica, al quale si aggiunge un franco f di 25-30 cm
Q2
hs = ek + f = k +
+f
2 2
2g(Ls k + sk )
Per s=1 ek=h è dato dalla 5.5
(Eq.5.4)
! Q $ 0.6436
h = 0.6661# &
" Ls %
(Eq.5.5)
Dimensionamento della gàveta (2)
b) deflusso a riempimento avvenuto:
• non è più lecito trascurare l’altezza cinetica della corrente in arrivo
• l’altezza della lama d’acqua sulla soglia può determinarsi utilizzando:
•  l’eq. del moto permanente se la configurazione geometrica del tronco di monte
è diversa da quella della gàveta
•  l’eq. del moto uniforme se la larghezza dell’alveo è uguale a quella della gàveta
e se si può ritenere il tronco lungo a sufficienza perché il moto uniforme possa
instaurarsi
L’altezza della gàveta viene in genere commisurata al caso a), a meno che si ritenga che
il riempimento possa avvenire molto rapidamente.
E’ bene che la linea dell’energia sulla soglia si collochi ad una quota inferiore a quella della
sommità delle ali di immorsamento sulle sponde.
PROBLEMI IDRAULICI LEGATI ALLE
BRIGLIE
•  dimensionamento per la portata di progetto
•  processo di dissipazione a valle del salto:
•  scavo dovuto al getto sfiorante
•  processi di filtrazione generati dal dislivello
Fenomeni localizzati in regime permanente
⇒ risalto
→ lunghezza del risalto (di superficie) Lr: la distanza misurata dal piede del risalto fino al punto
in cui si viene a formare l’altezza coniugata h2
→ lunghezza del risalto (di fondo) Lf: la distanza misurata dal piede del risalto fino alla sezione
in cui si ha la rinormalizzazione degli sforzi tangenziali
al fondo
USBR
Lr≈6 h2 se Fr>4
Lr≈5 h2 se Fr≈2 con vasche di tipo II e III si riduce Lr
Adami (1994)
Lf ≈17 h2 se Fr≈2
Lf ≈7-8 h2 se Fr≈5
Salandin (1995, localizzazione del risalto prodotta con restringimento planimetrico dell’alveo):
Lf ≈6-10 h2 se Fr≈7-4
Fr1=1÷1.7
risalto ondulato, scarsamente dissipativo
Fr1=1.7÷2.5 risalto debole
Fr1=2.5÷4.5 risalto oscillante
Fr1=4.5÷9
risalto stabile
Fr1>9
risalto forte
Localizzazione del risalto con abbassamento della platea rispetto al fondo del canale di valle:
- teorema di Bernoulli, trascurando le perdite concentrate:
⎛
V32 ⎞
V22 ⎞ ⎛
⎟ = z2 − z3 + ΔE
⎟ − ⎜ z3 + h3 +
ΔH = 0 = ⎜⎜ z2 + h2 +
⎟
⎜
2 g ⎠ ⎝
2 g ⎟⎠
⎝
⇒ ΔE = z3 − z2 = a
Localizzazione del risalto mediante strozzatura terminale:
- si esamina la situazione in cui attraverso la strozzatura si produca lo stato critico, quindi una
sezione di controllo non influenzata da valle, definita da
13
2
3 ⎛ qs ⎞
⎜ ⎟
Ec = ⎜ ⎟
2 ⎝ g ⎠
- se a monte delle quinte si produce il risalto
(da evitare ai fini dell’efficienza):
q12
2
13
⎞
3 ⎛
⎟
= ⎜⎜
2 ⎝ r g ⎟⎠
con r=bs/b
E1 = E2 + ΔE ⎫⎪
⎬ ⇒ r > r ʹ′(Fr1 )
E2 = Ec ⎪⎭
SALTI DI FONDO (DD)
i) piccoli salti
corrente (rapida) incidente influenzata in qualche modo dallo stato idrometrico di valle
⎡⎛ h Δz ⎞ 2 ⎤
h2
⎢⎜⎜ 2 − ⎟⎟ − 1⎥ = Fr12
2(h2 − h1 ) ⎢⎝ h1 h1 ⎠
⎥⎦
⎣
risalto a monte
⎡⎛ h ⎞ 2 ⎛ Δz ⎞ 2 ⎤
h2
⎢⎜⎜ 2 ⎟⎟ − ⎜⎜ + 1⎟⎟ ⎥ = Fr12
2(h2 − h1 ) ⎢⎝ h1 ⎠ ⎝ h1
⎠ ⎥⎦
⎣
risalto a valle
ii) grandi salti
- corrente di monte lenta (Fr=1, perché passa in stato critico) H1 energia nella sezione 1
12
⎡
⎛ Δz 3 ⎞ ⎤
h1
= 2 ⎢1.06⎜⎜ + ⎟⎟ ⎥
hc
⎢⎣
⎝ hc 2 ⎠ ⎥⎦
H1 h1 1 ⎛ hc ⎞
= + ⎜ ⎟
hc hc 2 ⎜⎝ h1 ⎟⎠
2
−1
hp
0.66
⎛ h ⎞
= 1.00⎜ c ⎟
Δz
⎝ Δz ⎠
in forma compatta:
0.81
h2
⎛ hc ⎞
= 1.66⎜ ⎟
Δz
⎝ Δz ⎠
1.275
h1
⎛ h ⎞
= 0.54⎜ c ⎟
Δz
⎝ Δz ⎠
0.81
L1
⎛ hc ⎞
= 4.30⎜ ⎟
Δz
⎝ Δz ⎠
- corrente di monte veloce (Fr>1); relazioni interpolari valide per Fr≤5
hp
0.765 − 0.051Fr
⎛ h ⎞
= (1.236 − 0.136 Fr )⎜ c ⎟
Δz
⎝ Δz ⎠
0.813− 0.006 Fr
h2
⎛ hc ⎞
= (1.61 − 0.04 Fr )⎜ ⎟
Δz
⎝ Δz ⎠
L2 ≈ 6h2
1.314 − 0.015 Fr
h1
⎛ h ⎞
= (0.566 − 0.021Fr )⎜ c ⎟
Δz
⎝ Δz ⎠
0.753− 0.048 Fr
L1
⎛ hc ⎞
= (3.44 + 0.21Fr )⎜ ⎟
Δz
⎝ Δz ⎠
Erosione a valle dei salti di fondo
- erosione a valle di una platea (il risalto si forma sulla platea) (Schoklitsch, 1935) q (m2/s) H2 carico
totale rispetto alla soglia
smax = 0.378H 20.5q 0.35 + 2.15Δz
- erosione sul fondo di un corso d’acqua non protetto per effetto del getto sfiorante da una soglia
(briglia) (Schoklitsch, 1932):
smax
h0.2 q 0.57
= 4.75 0.32 − h1
d90
d90 in millimetri
Filtrazione sotto le briglie
• galleggiamento (P>SP, P/SP>1.2 + eventuali strutture di ancoraggio dell’opera al terreno)
• stabilità allo scorrimento e al ribaltamento
• sifonamento
a) sollevamento di una parte del terreno (heaving) al piede di valle dell’opera, ie>ic
b) in qualche parte del campo di moto prende origine la rimozione di particelle terrose, il
processo si esalta fino alla formazione di vene o piccoli canali sotterranei (piping)
a)Procedimento proposto da Terzaghi:
- palancola infissa per la profondità s0,
- si ipotizza che il sifonamento possa interessare una porzione di terreno larga s0/2 e profonda s0
Alla base del prisma sono da considerare le seguenti pressioni:
• pressione neutrale: l’azione che si trasmette attraverso i pori, a carico nullo p=γs0
• pressione totale: peso del terreno saturo, pt= γsats0
• pressione effettiva: l’azione che si trasmette nel contatto tra grani pari alla differenza tra la
pressione totale e quella neutrale
(γ sat − γ )s02
F=
2
γh s0
2
=
γ sat − γ s0 ic
= ≥ 4÷5
γ
h ie

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