Progettazione soglie e briglie

Progettazione soglie e briglie

Larghezza d’alveo (bankfull)ammorsamento alle spondeparamento di montesportorisegheluce di fondo provvisoriaProspetto e sezione trasversale di una briglia: nomenclatura

DIMENSIONAMENTO – BRIGLIE, SOGLIEopere di sistemazionetrasversaliSTATICOIDRAULICODim. IDRAULICO: comporta il soddisfacimento delle condizioni di sicurezzaconnesse alla funzionalità dell’opera in presenza della corrente idrica: acqua,acqua + sedimento + materiale fluitatoDim. STATICO: comporta il soddisfacimento delle condizioni di equilibrio estabilità globale della briglia con il coefficiente di sicurezza opportuno ed inrelazione alle forze esterne di progetto: spinta idrostatica, sottospinta, trasportosolido, azioni sismiche, spinta dei versanti, debris-flow• Il dimensionamento IDRAULICO precede quello statico ed è strettamente connessoalle modalità di funzionamento ipotizzate dal progettista.• Il dimensionamento STATICO deve successivamente adeguarsi alle scelte funzionalicon una scelta opportuna delle tipologie costruttive (schema statico) e dellecaratteristiche dei materiali

PRIORITARIA NEL DIMENSIONAMENTO IDRAULICO E’ LA SCELTADELLE SEZIONI OVE DEVE DEFLUIRE (GAVETA, LUCE, FESSURA) LAPORTATA DI PROGETTOQ PROGETTO = f (T R, PROGETTO )A) Se la briglia è realizzata a protezione di un manufatto posto a monte (es. ponte)T R, BRIGLIA = T R, OPERA DA DIFENDEREB) Se la briglia ha funzioni di stabilizzazione dell’alveoT R, BRIGLIA ~ 50 anni (100 anni)C) Se la briglia ha particolari funzioni di salvaguardia di un nucleo abitatoT R, BRIGLIA = 100 – 500 anni

BRIGLIA CON FUNZIONETRATTENUTA e/o STABILIZZAZIONEFILTRANTE (o SELETTIVA)DIFESA DALLE COLATEFrangicolataDosantePer la briglia tradizionale (a parete piena) è opportuno assicurare una gaveta tale daContenere, con un certo franco (se temo depositi) la Q progetto prevedendo, se possibile,Una parte centrale tale da contenere le piene ordinarie (T R = 2 – 5 anni)francoL GAV.h 2 h 1eventuale depositoh = h 1h = h 2Q TR = 5 ANNIQ TR = 50-100 ANNILa larghezza di ingombro della gaveta (L GAV. ) deve essere scelta cercando diconciliare 2 opposte esigenze:

L GAV.hquota fondazioneL ALVEO, QUOTA PIANO GAVETADimensionamento di massima: L GAVETA ~ L ALVEO / 2Se L GAV. è contenuta:Vantaggi: limito il pericolo di aggiramenti; allontano la corrente dalle spondeevitandone il pericolo di erosioneSvantaggi: cresce il carico idraulico sulla soglia ed, a parità di Z, aumenta ilvolume costruttivo dell’opera; la portata unitaria (q = Q PROG. / L GAV. )è più elevata e si incrementa la massima profondità del gorgo a valleqZSS α kq0.5−0.6

TIPOLOGIE DI GAVETAA GEOMETRIA SEMPLICE1. RETTANGOLARE2. TRAPEZIAdi tipo simmetrico o non simmetrico3. TRIANGOLARE4. A CORDA MOLLE (o CATENARIA)5. DOPPIA TRAPEZIA6. TRIANGOLARE + TRAPEZIA7. CORDA MOLLE + TRAPEZIAA GEOMETRIA COMPOSTA(sono la combinazione delle precedenti)Le relazioni fondamentali per dimensionare correttamente la profondità della gavetaderivano dal deflusso su di uno stramazzo in parete grossa (soglia larga rispetto alcarico).Si trascura, solitamente ed a favore della sicurezza, il carico cinetico a monte dellasoglia.Determinate le relazioni h = f(Q PROG. ) per le tipologie a geometria semplice (2, 3, 4),le (5, 6, 7) si determinano agevolmente

RELAZIONE FONDAMENTALEhh’Trascuro E CINETICAcondiz. criticheHyv o ~ 0ph’H=costq ~ (Q / L GAV. )Se trascuro v oh’ = 2/3 hh = 0.7q2/3⎛ q' = ⎜⎝ g2⎟ ⎞⎠1/32 3/ 2h ( ) 1/q = 0.3852ghq = m 3 /s / mg = 9.81 m/s 2Bèlangerh’ hv ~ 0N.B.: il dimensiona--mento deveessere effettuatoper h non h’

1. Se la gaveta è RETTANGOLARE : q = Q/LhLh=2/3⎛ QPROG.⎞0.7⎟⎠⎜⎝Ldim. idraulico2. Se la gaveta è TRAPEZIA:ΔLβyLαbaricentroBENINI suggerisce unalarghezza equivalenteL* = L + 2ΔL

ΔL : è il contributo di ciascun triangoloyΔLα1ΔL = 3⎛ y ⎞**⎜ ⎟⎝ tgα ⎠ROMITI: per α = 45°Per α = 45°2ΔL = 5yΔL = 0.33 yS/3S** Risolvo per tentativiROMITI: per α = 45°, L o = L + 2S( Q / L )oh = 0.70.56 ⎛1−⎜Lo⎝2/3QLo⎞⎟⎠2/3n.b.: y = h = altezza gaveta da dimensionare⎡ ⎤⎢ Q ⎥h = 0.7⎢⎥⎢ 2 yL + ⎥⎢⎣3 tgα ⎥⎦Per sponde inclinate (α = β) puòIpotizzarsi la formula più generale:Q = 1.705h3/ 2⎡⎢L+⎣25h⎛ 1 1 ⎞⎤⎜ + ⎟⎥⎝ tgα tgβ ⎠⎦(da risolvere per tentativi se l’incognita è h)

3. Gaveta TRIANGOLARE : si utilizza la relazione (1) con L = 04. CORDA MOLLE : ha il vantaggio di mantenere la corrente lontano dallesponde, specie per piccole portate; si evitano inoltre i depositi di materialesopra la sogliaL(2)⎛ Qh = ⎜⎝ L⎞⎟⎠2/3Equazione CORDA MOLLE:Calcolato h = F ; il parametro U si determinarisolvendo per tentativi l’equazione:yFUx⎛ L / 2 ⎞y = U ⋅ch⎜−1⎟ ⎝ U ⎠FxchUU = parametro ditensione dellacordaF = frecciaF = h (carico)=e+ e2x / U − x / U⎛ L / 2 ⎞= U ⎜ ch − 1⎟ ⎝ U ⎠

SPESSORE AL CORONAMENTO: SROMITI (1957)SVILUPPANDO ANALITICAMENTE LA CONDIZIONE D’URTO SULCORONAMENTO PER:- BRIGLIA INTERRITA- PENDENZA = i EQUILIBRIO- CIOTTOLI DIMENSIONI D C1/ 2⎡1−1.5i⎤CS = 0 .8 + 2 A D CA = ⎢ ≅ 12 ⎥⎣ (1 + iC) ⎦metrii C A0.02 0.980.1 0.920.16 0.870.20 0.830.30 0.73ZOLIS = 0 .7 + (0.1÷0.2)Z

DIMENSIONAMENTO STATICOfABhZ1 mfondazioneZfABSi esegue (generalmente) un calcolo di tipo “bidimensionale” considerando ilcomportamento statico di un tronco di briglia di larghezza unitaria (1 m)•se(h + f) 2 m ; (h + f) / Z > 0.5 : è opportuno considerare la sez. B – B (piùsollecitata)Nel calcolo bidimensionale trascuro, a favore della sicurezza, l’apporto statico delle spondeil concio di 1 m non riceve (dalla struttura cui appartiene) alcuna forza stabilizzante

FORZE ESTERNESez. A – A (Briglia non colmata a monte)Zhγ hP 3P 5P 4P 1S 1S 2S 32/3 hγZS 4P 2m γ (h + Z)0S 5Forze STABILIZZANTI e DESTABILIZZANTI

Forze STABILIZZANTIP 1 : peso proprio corpo brigliaP 2 : peso proprio fondazioneP 3 : peso acqua gravante sulla gavetaP 4 : e P 5 : peso acqua gravante su fondazione + paramento a monteForze DESTABILIZZANTIS 1 ,S 2 : spinta idrostaticaS 3 : sottospintaS 4 : spinta attiva del terrenoS 5 : spinta passiva del terrenoDESTABILIZZANTIGeneralmente trascurateS 5> S 4(passiva > attiva)Può aggiungersi la spinta dinamica da debris-flow (in sostituzione della spintaidrostatica)

VERIFICHE DI STABILITA’ ESTERNAScelte le forze esterne (forze di progetto) ed eseguito il dimensionamento dimassima dell’opera (numerose formule esistenti in letteratura) si procede allaverifica di stabilità esternafondazioneP’ O’σ mPreazioneterrenocorpobriglia+Oσ vLe verifiche si eseguono:A) Per il corpo brigliaB) Per corpo briglia + fondazione• A,B: per briglie in muratura (cls, pietrame,gabbioni)• solo B: per briglie in c.a.

ΣMO,STAB.VERIFICA AL RIBALTAMENTO = ≥1.5GSΣMO,RIB.VERIFICA ALLO SCORRIMENTOB) f = coeff. attrito fondazione terrenoA) f = coeff. attrito giunto (corpo-fondazione)ΣF

SCHIACCIAMENTO• muratura in pietrame : σ ADM : 6 – 10 kp/cm 2(0.6 – 1 MPa)• calcestruzzo : σ ADM : 40 – 70 kp/cm 2(4 – 7 MPa)Calcolo tensioni per sezione presso-inflessa di larghezza “B” e profondità 1 muΣF oCOe uRB/2ΣF vBCalcolo: u equilibrio dei momenti rispetto ad OΣMO= ΣMS , O− ΣMR,OSTAB. RIB.u =ΣMS , O− ΣMΣFVC: punto di applicazione di Re: eccentricità e = (B/2 – u)R,OΣMO= ΣFV⋅u

Materiale resistente a trazioneassebaric.

Occorre distinguere: schiacciamentoσ mB/3 B/3 B/3uσ vu ≥ B / 3corpo briglia-fondazionefondazione-terrenoσ m > 0σ v > 0sezione tutta compressaF VΣ ⎛ 6e⎞σM , V= ⎜1m⎟ se u = B/3 : σ m = 0B ⎝ B ⎠B/3u < B / 3σ m > 0σ v < 0σ m+A B σ vSe la sezione sopporta una certa trazione ilcalcolo avviene per sezione inter. reagenteÈ il caso corpo-fondazione se σ m < 0.5 kp/cm 2 (0.05 MPa)

Se la sezione, invece, non può presentare trazione (fondazione-terreno)o σ m è troppo elevato sul giunto corpo-fondazione, si suppone che la partein trazione non reagisca (AB) SEZIONE PARZIALIZZATAuσ m = 03 u ⋅σ/ 2 = ΣVF Vσ vσV= 2⋅ΣF V/ 3u3u

DIMENSIONAMENTO DEL CORONAMENTOShh GC/2CC/2f ⋅FoVerifica scorrimentoFV= γ= γ>hFGoA( h + C / 2 ) ⋅ ( C ⋅ 1)fS⋅ γ>Cγ⋅ C ⋅ S > γ( h + C / 2)f⋅ γC( h + C / 2)⋅ CPer: f = 0.75; γ / γ C = 1/2FV= γC⋅ CS > 0.67 h⋅SOPEREA SECCO⎛⎜⎝SPESSORE CORONAMENTO ED ALI (parte strutturale debole)AS h RSez. A-AB C B CADTrazione nulla: risultante cade in D (2/3 dallo spigolo)12( γ h s)⎞ h⎛ S S ⎞ 1 3γ h ⎟ =C⋅ ⎜ − ⎟ γ h = γ⎠ 3⎝ 2 3 ⎠ 622 SCh6S⎛ γ ⎞= ⎜⎟⎝ γC ⎠ΣM1/ 2hD= 0(γ / γ C= ½)S = 0. 7h

DIMENSIONAMENTO DEL CORPOParamento di valle verticaleROMITI perσ m = 0.5 kp/cm 2b=z2z + 3h− s / zz + h + 4.55γ m = 2γ1100 kp/m 3Grafico per il calcolo rapido della base diuna briglia con paramento a valle verticale

Gorgo a valle di una briglia e controbriglia≤ 0.7 z fL 1L 2zzff> 0.5> 0.2m( z + h)t=2/3( 0.7 r + 0.58)(0.94 q −1.6d90)zf>(0.5 ÷ 0.6)tlarghezza gaveta/larghezza letto valleL = 3.55 yc 0. 341+L = 8.40 yc 0. 552+zzcony c=3qg2D’Agostino, 1994

Briglia a mensola o autostabileCon il peso delterreno dicolmatal’operadiventeràancora piùstabile