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Analysis of existing levee systems: the Serchio river case

Cosanti Barbara Squeglia Nunziante Lo Presti Diego C. F.
Articolo Immagine
ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2014
Numero:
4
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 4/2014

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Analisi di sistemi arginali esistenti: il caso del fiume Serchio 

Gli argini del fiume Serchio (Toscana), sono stati interessati da diverse rotte nell’arco della loro vita. Dopo l’evento del dicembre 2009, il loro intero sviluppo è stato oggetto di una dettagliata campagna di indagine. L’articolo qui proposto espone i criteri per la programmazione di una campagna di indagine economicamente efficiente, tenendo in debito conto la lunghezza dei rilevati arginali (circa 30 km), il necessario livello di dettaglio nella modellazione e la capacità dei metodi indiretti (CPTU, tomografie elettriche) di fornire informazioni sul modello stratigrafico. Riguardo quest’ultimo punto si conferma la capacità delle prove CPTU di fornire informazioni utili alla ricostruzione del modello stratigrafico, soprattutto se correttamente calibrate attraverso i sondaggi, mentre le indagini geo-elettriche possono essere utili a lumeggiare le disomogeneità e le anomalie delle sezioni. La caratterizzazione geotecnica descritta è orientata verso diversi obiettivi: chiarire le cause della rotta del dicembre 2009, progettare le opportune riparazioni delle sezioni danneggiate ed individuare le zone maggiormente a rischio lungo l’intero sviluppo degli argini. Quest’ultima attività è stata effettuata mediante il confronto tra le caratteristiche meccaniche dei tratti oggetto di rottura e quelle dell’intero sviluppo arginale. Nelle analisi presentate sono stati considerati i seguenti stati limite ultimi: Instabilità dei paramenti e sifonamento sotto le condizioni di moto di filtrazione permanente mediante il metodo dell’equilibrio limite. Le analisi di stabilità sono state effettuate ipotizzando superfici di scivolamento a direttrice circolare con il metodo delle strisce di Bishop. Le verifiche al sifonamento sono state effettuate in ottemperanza alle indicazioni contenute nelle NTC2008; Instabilità dei paramenti in condizioni di flusso idraulico transitorio mediante l’uso di un software basato sugli elementi finiti (Plaxis 2D con modulo Plaxflow). Lo studio è stato effettuato allo scopo di raccogliere informazioni sui tempi necessari all’instaurarsi del regime di filtrazione permanente. Nelle analisi numeriche è stato possibile, sia pure in modo approssimato, tenere conto dell’effetto della parziale saturazione del materiale. Infatti, a causa della scarsa frequenza delle piene e della soggiacenza di alcuni metri della falda, la condizione iniziale nello studio del moto di filtrazione transitorio è sempre quella di parziale saturazione; Suscettibilità del corpo arginale ai fenomeni di erosione interna. Nell’articolo si è anche tentato di mettere ordine nella terminologia utilizzata nella letteratura tecnica riguardo i fenomeni citati, indicando di volta in volta le definizioni più appropriate. Le analisi di cui sopra hanno permesso la progettazione degli interventi di riparazione delle rotte e di adeguamento dei tratti adiacenti. Lo studio ha messo in evidenza che i rilevati arginali hanno normalmente margini di sicurezza esigui che si riducono drasticamente fino ad annullarsi in condizioni di flusso stazionario (che risulta dunque essere una situazione non realistica). Le analisi effettuate, tenendo conto della parziale saturazione, hanno mostrato che i reali margini di sicurezza sono in gran parte legati allo stato tensionale indotto dalla suzione. Ovviamente, una più appropriata caratterizzazione del materiale in condizioni di parziale saturazione consentirebbe una più affidabile definizione degli equilibri del corpo arginale.

The floodplain embankments of the Serchio River (Tuscany, Italy) have experienced several failures during their life. After the event of December 2009 a detailed geotechnical investigation has been carried out. This paper discusses the necessary criteria for a cost-effective investigation taking into account the total length of the embankments (30 km), the requested level of detail and analyses and the capability of indirect methods (CPTu, 2D geo-electric tomography) to infer the soil stratigraphy. In this respect, it has been confirmed that CPTu test is an expeditious, economical and effective indirect method for soil profiling, if the results are correctly calibrated against borehole-logs. On the other hand, geo-electric investigations can be very useful to highlight anomalies and heterogeneities in the embankment cross section. Following the geotechnical characterization of the Serchio River a number of analyses has been carried out for various purposes: to clarify the causes of the December 2009 failures, to design appropriate repair of the failures and retrofit of the embankments in proximity of the failures and to identify the risk areas considering the whole extension of the embankments. The following Ultimate Limit States have been considered: – Slope failure and hydraulic heave (under steady state flow conditions) by the Limit Equilibrium Method. The stability analyses have been carried out using the Bishop simplified method with circular sliding surfaces and using three different commercial codes. Safety factor against hydraulic heave has been computed according to NTC 2008. – Slope failure under transient flow conditions by means of FEM analysis (PLAXIS Flow), in order to assess the time to approach the steady state flow conditions. – Susceptibility of the embankment and foundation soil to internal erosion phenomena. The paper also tries to clarify the redundant terminology that is used to describe the same phenomenon and, at the same time, points out the need to use appropriate terminology to describe different phenomena related to internal erosion. The analysis results show that, for the selected cross sections, the safety factors are rather small and approaching to unit if the seepage forces are not considered. In the case of steady state flow, safety factor drastically reduces to values lower than one. The results of the FEM analyses suggest that the partial saturation of the embankment-material mainly contributes to its stability in the absence of filtration, leading to acceptable safety margins. A good characterization of the material under conditions of partial saturation would allow applying the most appropriate hydraulic conditions.

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