ITTO20130200A1 - Struttura di ritenuta dei sedimenti in corsi d'acqua - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

“Struttura di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acquaâ€

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo dell'invenzione

La presente invenzione riguarda una struttura di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua.

Ci si riferisce qui in particolare, ma non in via esclusiva, a strutture di ritenuta dei sedimenti (briglie) da costruirsi lungo i corsi d’acqua in presenza di consistente trasporto solido (colate detritiche e colate di fango e correnti iper-concentrate) e/o di ingente materiale vegetale flottante.

Problema tecnico generale

Le strutture di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua sono usualmente briglie, ossia opere di ingegneria idraulica che vengono poste trasversalmente all'alveo di un corso d’acqua in cui sono fondate e concepite per ridurre il trasporto di materiale solido di fondo da parte di tale corso d'acqua, sia esso un torrente o un fiume, creando un deposito a monte di essa.

Le briglie classiche possono essere costruite in muratura, in terra, in legname e in gabbioni, ossia contenitori metallici riempiti di ciottoli e pietre.

Tali briglie sono costituite da un muro a sezione generalmente trapezia con paramento di monte spesso verticale ed una fondazione (posta sottoterra) in alveo e sulle sponde sulle quali si immorsa il muro stesso. La sezione di deflusso à ̈ detta gaveta, à ̈ trapezia e si colloca nella parte centrale dell'opera; invece, le parti del muro che dalla gaveta si estendono fino alle sponde sono dette ali. Tali ali hanno generalmente una piccola inclinazione, ad esempio 10°. Il compito della gaveta à ̈ quello di contenere il corso d'acqua nelle normali condizioni di deflusso, evitando così che la corrente possa erodere le sponde dell'opera od eventualmente aggirarla. Lo scopo primario di una briglia classica à ̈ quello di correggere la naturale pendenza dell'alveo in cui viene realizzata, una volta che sia interrita, ossia a monte della briglia lo spazio disponibile sia completamente occupato dal materiale di trasporto solido proveniente da monte.

Sono anche note briglie selettive che sono realizzate in modo analogo alle briglie classiche, ma hanno il compito non di correggere la pendenza dell'alveo in cui sono inserite, ma bensì di trattenere il materiale di granulometria più grossolana proveniente da monte in caso di piena. Per assolvere a tale funzione alla gaveta si sostituisce una sezione di deflusso, ossia un'apertura, le cui dimensioni dipendono dalla granulometria del materiale che si intende trattenere. L'apertura può essere realizzata in modi differenti; può essere costituita da una semplice fessura piuttosto che da una griglia (orizzontale o verticale) in acciaio.

E’ noto impiegare come briglie selettive, delle briglie ad anelli o a rete, ossia barriere elastiche costituite da reti o maglie di anelli metallici, che permettono il deflusso dell’acqua. Ad esempio, la ditta Geobrugg produce barriere protettive contro le colate detritiche a rete con una disposizione alare di funi portanti superiori che determina una sezione di deflusso chiaramente definita.

Tali briglie ad anelli operano secondo il criterio del vaglio meccanico e presentano il difetto di riempirsi completamente nella fase iniziale della piena e quindi di non esercitare la laminazione durante il picco di piena.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di risolvere gli inconvenienti dell’arte nota, in particolare di indicare una struttura di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua che non si riempia completamente nella fase iniziale della piena e quindi eserciti la laminazione durante il picco di piena.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ raggiunto da una struttura avente le caratteristiche formanti oggetto delle rivendicazioni che seguono, le quali formano parte integrante dell'insegnamento tecnico qui somministrato in relazione all'invenzione. L’invenzione ha a oggetto anche un corrispondente procedimento di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione sarà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, dati a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

- le figure 1a, 1b e 1c sono viste schematiche, rispettivamente in pianta, frontale e sezione di una prima forma realizzativa della struttura di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua secondo l’invenzione,

- le figure 2a, 2b e 2c sono viste schematiche, rispettivamente in pianta, frontale e sezione di una seconda forma realizzativa della struttura di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua secondo l’invenzione;

- le figure 3a, 3b e 3c sono viste schematiche, rispettivamente in pianta, frontale e sezione di una terza forma realizzativa della struttura di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua secondo l’invenzione;

- le figure 4a, 4b sono viste schematiche, rispettivamente in pianta e frontale di una quarta forma realizzativa della struttura di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua secondo l’invenzione;

- le figure 5a, 5b sono viste schematiche, rispettivamente in pianta e frontale di una quinta forma realizzativa della struttura di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua secondo l’invenzione;

- le figure 6a, 6b sono viste schematiche, rispettivamente in pianta e frontale di una sesta forma realizzativa della struttura di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua secondo l’invenzione;

- la figura 7 à ̈ una vista schematica di una struttura di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua secondo l’invenzione con indicate grandezze impiegate nel corrispondente procedimento di ritenuta;

- le figure 8, 9 e 10 sono diagrammi rappresentativi delle capacità di ritenuta della struttura secondo l’invenzione in differenti forme realizzative e condizioni di deflusso.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

In breve, sono proposte strutture configurate per consentire il transito della portata solida durante la fase iniziale e la fase finale dell’onda di piena, e in grado di trattenere il materiale durante il picco di piena esercitando un effetto di laminazione della portata solida riducendone il valore di picco. Il meccanismo di intercettazione del materiale solido à ̈ cioà ̈ di tipo idrodinamico, non di vaglio meccanico.

In particolare la struttura seconda l’invenzione prevede una briglia a fessura orizzontale. Tale fessura orizzontale à ̈ localizzata sul fondo della briglia, ossia nella parte inferiore della sezione di deflusso. Più specificamente, la sezione di deflusso à ̈ sostanzialmente trapezia, delimitata nella sua estensione orizzontale da muri laterali, e comprende una parte superiore e una parte inferiore. La parte superiore della sezione di deflusso comprende una struttura di trattenimento del materiale proveniente da monte, in particolare configurata per intercettare il materiale in caso di piena, che si estende orizzontalmente fra i muri laterali; in particolare secondo una versione preferita dell’invenzione tale struttura di trattenimento à ̈ costituita vantaggiosamente da una rete, metallica o formata da anelli elastici o ottenuta attraverso funi, ma non costruita a parete piena. La parte inferiore della sezione di deflusso corrisponde alla fessura orizzontale e verticalmente si estende fra il bordo inferiore della struttura di trattenimento e l’alveo del corso d’acqua o una soletta che copre tale alveo. L’altezza di tale fessura orizzontale rispetto all’alveo o alla soletta à ̈ dimensionata per attuare la ritenuta in funzione del deposito che si intende ottenere a monte e delle caratteristiche idrodinamiche e del trasporto solido della corrente, secondo il procedimento descritto in particolare più avanti, con riferimento alle figure 7, 8, 9 e 10.

Vantaggiosamente la struttura di contenimento idraulico secondo l’invenzione ha costi e tempi di realizzazione inferiori a quella di una briglia totalmente in calcestruzzo. Si differenzia dalle briglie a rete e dalle briglie ad anelli proprio per la presenza della apertura, o sezione di deflusso, inferiore che ha lo scopo di:

- lasciar passare la parte iniziale della portata solida, conferendo ad un insieme di queste strutture costruite in successione lungo l’asta del corso d’acqua,l una effettiva capacità di laminazione;

- consentire una maggiore capacità di autopulizia (assente nelle briglie tradizionali a rete), rispetto alle briglie rigide a fessura verticale. Infatti l’apertura orizzontale riduce notevolmente la possibilità di clogging, o intasamento;

- ridurre i costi e i tempi di costruzione.

A seconda della necessità di laminazione richiesta, le fessura orizzontale può interessare tutta la larghezza dell’alveo oppure solo una parte dell’alveo (apertura a larghezza parziale).

La parte rigida della briglia può essere costruita in calcestruzzo armato, in gabbioni scatolari e in travi di acciaio.

La gàveta della briglia può essere costruita in calcestruzzo, rivestito o meno in acciaio, oppure in massi legati.

Nel seguito, nelle figure 1, 2, 3 sono rappresentate briglie in cui la fessura orizzontale interessa tutta la larghezza della’alveo, mentre nelle figure 4, 5, 6 sono rappresentate briglie a larghezza, in cui la fessura orizzontale interessa solo una parte dell’alveo

In figura 1 Ã ̈ rappresentata una struttura di contenimento a briglia 10 a fessura orizzontale a tutta larghezza e a rete metallica.

In particolare in figura 1a à ̈ riportata una vista in pianta dell’alveo 12 di un corso d’acqua 11. Con il riferimento numerico 13 sono indicate delle sponde del corso d’acqua 11. Una freccia 14 indica il flusso d’acqua e il relativo verso. La struttura a briglia 10 comprende muri laterali 15, a sezione trapezia con paramento di monte verticale, che si estendono fino al limite dell’alveo 12 e definiscono fra loro una gaveta 20 trapezoidale avente il lato minore del trapezio in corrispondenza dell’alveo 12 del fiume. Il paramento di monte per ragioni statiche potrebbe anche alternativamente essere inclinato. Tale lato minore della gaveta 20 à ̈ ricoperto da una soletta 21. Nella vista frontale di figura 1b si può meglio apprezzare come i muri laterali 15 possiedano anche’essi un lato superiore 15a, sostanzialmente orizzontale, ma lievemente inclinato, e un lato alveo 15b, corrispondente al lato obliquo del trapezio definito dalla gaveta 20. Dallo spigolo 15c formato dal lato superiore 15a e dal lato alveo 15b, in una parte superiore della gaveta 20, si estende una struttura di trattenimento rappresentata da una rete 17 metallica, anch’essa di forma trapezoidale, ma avente un’altezza hr inferiore a un’altezza hg della gaveta 20 sicché fra la soletta 21 e la rete 17 à ̈ definita, in una parte inferiore della gaveta 20, un’apertura 30 di altezza a (a=hg-hr). Sul lato maggiore e superiore della rete 17, dagli spigoli 15c, si estende una fune di aggancio 16 della rete 17, protetta e rinforzata, ossia dimensionata per assorbire le spinte sulla rete, in particolare la spinta statica e dinamica date dal deposito del materiale e quella idrostatica nel caso la rete sia più o meno intasata. Nelle ali 15 sono previsti, annegati nel calcestruzzo che forma tali ali 15, due tiranti di ancoraggio 18. In generale, i tiranti possono naturalmente essere anche di più. L’altezza a dell’apertura 30 à ̈ ad esempio maggiore di 1 metro, tuttavia nel seguito della descrizione verranno fornite indicazioni per il dimensionamento di tale altezza a dell’apertura 30. In figura 1c à ̈ mostrata una sezione laterale della briglia 10, dalla quale si apprezza come i muri laterali 15 possiedano la summenzionata forma di trapezio retto con lato di monte verticale.

Nelle figure 2a, 2b e 2c à ̈ mostrata, in pianta, in vista frontale e in sezione, una struttura di briglia 110 a tutta larghezza. In questo caso la gaveta 20 comprende una soletta 121 ricoperta da una piastra in acciaio, mentre à ̈ impiegata una rete 117 di anelli elastici.

Nelle figure 3a, 3b e 3c à ̈ mostrata, in pianta, in vista frontale e in sezione, una struttura di briglia 210 a tutta larghezza. In questo caso à ̈ impiegata una rete 217 fatta tramite funi. La gaveta 20 comprende una soletta 221 di massi 221a rinforzati tramite pali 221b infissi nell’alveo.

Le figure 4, 5, e 6 mostrano, tramite due viste, una pianta e una vista frontale una variante di struttura a briglia a larghezza parziale. Con riferimento alle figure 4a e 4b, à ̈ mostrata una struttura 310 che comprende muri laterali estesi 315, ossia muri che si estendono dalle sponde del fiume 11 entro l’alveo 12, invece di fermarsi sostanzialmente al limite dell’alveo 12, definendo quindi una gaveta 320, e una corrispondente apertura 330, di larghezza inferiore alla larghezza dell’alveo 12. Nella gaveta 320 à ̈ estesa una rete 17 metallica.

Nelle figure 5a e 5b à ̈ mostrata una struttura 410 con muri laterali estesi 315 e una rete 117 ad anelli.

Nelle figure 6a e 6b à ̈ mostrata una struttura 510 con muri laterali estesi 315 e una rete 217 a funi.

L'apertura 30 (o 330) di altezza a lasciata libera al di sotto della rete 17 in rigura 1, o 117 e 217 nelle altre forme realizzative rappresentate, controlla un valore di altezza Ysmdi deposito controllato 25 in una sezione di monte 28 della struttura di contenimento a briglia 10, come mostrato in figura 7.

L’altezza a dell’apertura 30 può essere dimensionata in funzione di un’altezza Ysmdel deposito 25 che si intende ottenere a monte della struttura di contenimento a briglia 10 in corrispondenza della piena di progetto (portata liquida e portata solida).

Nel seguito viene dettagliata una procedura di calcolo del valore a dell’apertura 30 impiegabile in un procedimento di ritenuta di dei sedimenti in corsi d’acqua impiegante una struttura di contenimento secondo l’invenzione.

In tale procedura, si ipotizza inizialmente l'intasamento totale della rete 17 e viene calcolato il deposito 25 che ne consegue. In questa condizione, la rete 17 viene assimilata ad una lastra impermeabile. Viene poi mostrato come la effettiva permeabilità della rete 17 comporti comunque un miglioramento funzionale delle struttura di contenimento a briglia secondo l’invenzione: la struttura secondo l’invenzione rispetto a una struttura a briglia a fessura orizzontale totalmente impermeabile, dove in luogo della rete 17, 117 o 217 à ̈ presente una lastra in calcestruzzo armato o in acciaio, tramite l’adozione di una porzione parzialmente permeabile come quella ottenibile con una rete, risulta vantaggiosa non solo nei costi, ma anche perché le condizioni di laminazione migliorano. Senza volersi legare necessariamente a una specifica ipotesi, à ̈ comunque verosimile ipotizzare che nella fase iniziale della piena la rete 17, 117 o 217 rimanga sgombera da materiali che la potrebbero intasare, riducendo così il deposito per lasciare maggior volume libero per il deposito durante la fase parossistica della piena a favore del processo di laminazione durante il transito del picco di piena. Al passaggio del picco di portata, nel caso di colate detritiche o di correnti iperconcentrate, quando la rete 17 à ̈ cimentata direttamente dal fronte della colata, à ̈ ragionevole invece immaginare che la rete 17 perda la sua permeabilità. L'intasamento può anche essere determinato semplicemente dall'accumulo di materiale flottante.

Viene quindi ora calcolato il valore Ysmdel massimo di deposito 25 a monte della struttura 10 in condizioni di occlusione totale della rete 17, mostrando poi che il valore Ysmdi tale deposito risulta inferiore se invece una parte della portata liquida riesce a transitare attraverso la rete 17.

Si sottolinea che comunque il procedimento di dimensionamento di strutture a briglia qui descritto à ̈ in generale applicabile anche a briglie a fessura orizzontale costruite interamente con materiali rigidi.

Per quanto riguarda il deposito in moto uniforme, dunque, in assenza di filtrazione attraverso la rete 17, nell'ipotesi che tale rete 17 venga occlusa dal materiale trasportato, il deposito a monte di una briglia a fessura orizzontale come la struttura 10 può essere calcolato imponendo la conservazione della massa e dell'energia meccanica tra una sezione prossima alla struttura a briglia dove, per la portata di progetto, si verifica il massimo Ysmdel deposito, come mostrato in figura 1, e una sezione contratta 26 a valle della briglia 10. In prima approssimazione à ̈ lecito assumere che la perdita di energia tra queste due sezioni sia trascurabile.

Con riferimento allo schema della figura 7, dove sono mostrati il valore Ysmdel deposito 25, la velocità del deflusso dell’acqua 14 a monte Ume il tirante idrico a monte hm, dalla relazione di conservazione della massa liquida si ha:

hmUm=aCcUc(1) dove Ucindica la velocità del flusso di acqua nella sezione contratta 26 a valle della briglia 10 e Ccun coefficiente di contrazione di tale sezione contratta 26.

Dalla conservazione dell'energia meccanica si ha poi:

<U>2 2

<U>

<Y>sm+<h>m+<m>=aC<c>(2)

2g c2g

Elaborando le due equazioni (1) e (2) si ottiene la seguente relazione adimensionale:

F2

<Y>sm m æ 2

æ h m C

= ç ö ö a

1 ÷+ c - 1 (3) hçç

m 2 ç÷÷ -à ̈à ̈a C c à ̧ ÷

à ̧ h m

Fmindica il numero di Froude della corrente in arrivo, ossia Fm=Um/ g hm.

Da tale relazione (3) risulta che il valore a di apertura à ̈ funzione del valore deposito massimo Ysmrelativo a monte della briglia. La relazione (3) esprime in

realtà la funzione del rapporto adimensionale<Y>sm fra h m valore di deposito massimo Ysme tirante idrico hm. Il valore a di apertura secondo la relazione (3) à ̈ rappresentato da una funzione che comprende quali parametri anche il coefficiente di contrazione Cc.

Una rappresentazione della relazione (3) Ã ̈ riportata nel diagramma di figura 8, che mostra in forma

adimensionale, ossia mostra il rapporto<Y>sm , la variazione h m

del deposito massimo Ysmrelativo a monte della briglia in funzione del numero di Froude della corrente in arrivo Fmper diversi valori del grado di apertura, espresso come rapporto fra il tirante hme l’altezza a dell’apertura, della struttura a briglia 10, in questo caso nell'ipotesi di occlusione totale della rete 17 e di conservazione dell'energia. L’altezza a dell’apertura rappresenta pertanto la quota a cui deve essere impostato il bordo inferiore della rete 17 per ottenere un determinato valore massimo Ysmdi deposito 25 a monte della briglia 10, nota l’altezza massima Ysmdi deposito 25 e nota una pendenza imdell’alveo 12 durante il picco di piena con il deposito, tramite semplici considerazioni geometriche si può calcolare il volume di solido laminato durante il passaggio della piena, come mostrato più avanti. Si noti che nelle figure l’altezza a dell’apertura 30 (o 330) à ̈ indicata come rilevata sul lato della gaveta 20 (o 320), tuttavia, come detto, una valutazione ottimale di tale altezza a va associata al bordo inferiore della rete.

Nell'area tra la fine del deposito 25 e la sezione 29 della struttura a briglia 10 in genere si instaura una circolazione secondaria tipica delle situazioni di brusco allargamento, come à ̈ stato anche osservato in laboratorio. Questa circolazione causa ingenti fenomeni dissipativi che possono alterare l'entità del deposito.

Viene ora valutata la fondatezza della precedente ipotesi di conservazione dell'energia meccanica rispetto al calcolo del deposito precedentemente esposto e che, qualora l'ipotesi risulti non sufficientemente cautelativa, permette di correggere l'entità del deposito precedentemente stimata (equazione 3), tenendo conto dei fenomeni dissipativi.

La perdita di energia DEBpuò essere calcolata assimilandola a quella di un effetto Borda per brusco allargamento:

<2>

<D>E B (U b )

= m - U

(4) h m 2g h m

dove Ubà ̈ la velocità media nella sezione 29 a monte della briglia 10. Inserendo l'equazione di continuità (1) nella relazione (4), si ottiene:

22

D<E>B F æ Y ö

= m sm (5) hçç

m2hm Y sm ÷÷

à ̈ à ̧

nella quale, in prima approssimazione, si à ̈ assunta come velocità media Ubnella sezione 27 immediatamente a tergo della briglia 10 quella che deriva dalla equazione di continuità:

Ub=q/(hm+ Ysm) (6) Al fine di rendere facilmente esplicitabile l'entità del deposito 25 anche in questo caso, la relazione (5) può essere bene approssimata dalla seguente relazione:

<D>E 2

B @ Fm Ysm / h m (7) h m 2 2 Ysm / h m

Ora si valuta il calcolo dell’altezza del deposito tenendo conto della perdita di energia. La perdita di energia precedentemente stimata all’equazione (7) deve essere inserita nel bilancio energetico. Combinando le due equazioni si ottiene:

Y 2

sm U2

m D E

1+ - B aC

= c U

c (8)

h m 2g h m h m h m 2g h m

Rielaborando, come fatto precedentemente, il bilancio dell'energia ed utilizzando l'equazione (7), si ha:

Y 2

sm Y s ¢m Fm Ysm / h

m<=>(9)

h m h m 22 Ysm / h m

dove si à ̈ posto:

Y aC F2<2>2

s<¢>mc m æ h m ö F

=çç÷<÷>- 1 - m (10)

h m h m 2à ̈ aC c à ̧ 2

che corrisponde al valore Ys<¢>mdi deposito che si avrebbe in condizioni di conservazione dell'energia. Per cui si ottiene:

æ<Y>sm ö Y sm æ Y 2

s ¢m Fm ö Y s ¢m

çç÷<÷>+çç 2 - -÷<÷>-2 = 0 (11) à ̈ h m à ̧ h mà ̈ h m 2 à ̧ h m

Risolvendo l’equazione (11) si ha quindi:

Ysm æ Y 2 2<2>

¢

=- 1 - s ¢m F

- m ö æ Y

<÷>± 1 - s ¢m F

- m ö Y

2 sm (12) h mçç

2 h m 4÷ çç

2 h m 4÷÷

à ̈ à ̧ à ̈ à ̧ h m

Solo la soluzione con il segno negativo davanti alla radice quadrata ha senso fisico. Inoltre trascurando il termine F<2>

m/ 4, tale soluzione coincide, come ci si deve aspettare, con quella ottenuta utilizzando l'ipotesi di conservazione dell'energia.

Dal diagramma di figura 9, che mostra l’andamento del deposito massimo Ysmrelativo a monte della briglia in funzione del numero di Froude della corrente in arrivo Fm, nell'ipotesi di occlusione totale della rete 17, nell'ipotesi di conservazione dell'energia (punti) e di perdita di energia (linee continue), si osserva che l'introduzione nel bilancio energetico della dissipazione indotta dal vortice a tergo della briglia 10 non à ̈ rilevante e che con buona approssimazione la relativa perdita di energia può essere trascurata.

Più avanti nella presente descrizione viene anche fornita una indicazione di come calcolare i parametri di tirane idrico<hm>e velocità a monte<Um>in funzione della portata liquida di progetto (al colmo della piena) e di quella solida.

Viene ora valutato l’effetto della rete 17 (o 117 o 217). In precedenza si à ̈ infatti illustrato un criterio per calcolare il deposito (e quindi il volume solido laminato) nell'ipotesi che la rete 17 sia completamente impermeabile. Si vuole ora dimostrare come sia possibile utilizzare il criterio esposto anche nell'ipotesi che la rete 17 sia permeabile, come di fatto à ̈ nella soluzione secondo l’invenzione.

A rete 17 intasata il funzionamento à ̈ quello sopra descritto. Se la struttura di briglia a rete à ̈ usata in presenza di materiale vegetale, una condizione in cui l’uso della rete à ̈ preferibile, o in presenza di materiale con una curva granulometrica con una buona percentuale di sedimenti compresi tra 0.75DMe 0.50DM, dove con DMsi indica la dimensione media dei fori della rete 17, conviene per sicurezza assumere il criterio di dimensionamento in cui viene ipotizzato l'intasamento totale della rete 17.

Se si assume invece che la rete 17 sia completamente pulita, si può applicare ancora il criterio precedentemente descritto, semplicemente utilizzando un coefficiente di contrazione Ccmaggiore di 0.61. Adottando ad esempio Ccuguale a 0.73 si assume che il 20% della portata liquida passi attraverso la rete 17. Ovviamente à ̈ possibile ipotizzare anche valori del coefficiente di contrazione Ccsuperiori, anche se non sembra prudente incrementare questo valore di più del 20-30%.

L' andamento del deposito massimo Ysmrelativo a monte della briglia in funzione del numero di Froude Fmdella corrente in arrivo, nell'ipotesi di rete parzialmente permeabile, specificamente nell’ipotesi che il 20% della portata riesca a filtrare attraverso la rete à ̈ rappresentato in figura 10 (triangoli) e confrontato con il deposito in assenza di filtrazione (linee continue).

Dalla figura 10 si osserva come in assenza di occlusione della rete 17, come prevedibile, a parità di numero di Froude Fmil deposito a monte risulta minore che con la rete occlusa. Poiché l'occlusione in genere si sviluppa in condizioni di tiranti maggiori ossia in concomitanza con il passaggio del massimo della piena, l'effetto di laminazione della portata solida sarà più efficace in quanto la prima parte della piena può transitare lasciando libero il volume a monte nella briglia. Come detto, la rete 17 può essere inserita sia su tutta larghezza della briglia (forme realizzative delle figure 1, 2, 3), che a larghezza parziale forme realizzative delle figure 4, 5, 6), combinando in questo secondo caso gli effetti della briglia a fessura orizzontale a rete qui descritti con quelli delle briglie a fessura verticale come descritto ad esempio in Armanini A., Larcher M., Rational criterion for designing opening of slit-check dam. Journal of hydraulic engineering, 2001, v.

127, n. 2, p. 94-104 o in Armanini, A., Fraccarollo, L., Larcher, M., 2005 b), Debris Flow. Cap. 142: Anderson M. G.

(Ed.), Encyclopedia of Hydrological Sciences, vol. 4. Hoboken, N.J.; Chichester: Wiley, 2173-2185.

Viene ora illustrata una possibile procedura di calcolo delle condizioni di monte in funzione della portata liquida e della portata solida, ossia come calcolare i parametri relativi al tirante idrico hme alla velocità Umdel flusso a monte che compaiono nelle relazioni precedenti in funzione della portata liquida e di quella solida in arrivo, in modo che il criterio esposto possa essere utilizzato come criterio progettuale in funzione delle condizioni al contorno, che sono appunto tali due portate.

Nell'ipotesi che il corso d’acqua 11 sia interessato da trasporto di fondo, il tirante idrico hme la velocità Umsi possono calcolare utilizzando una formula di moto uniforme ed una formula di trasporto solido. Adottando, a titolo esemplificativo, la formula di Gauckler e Stricker per il moto uniforme e la formula di Meyer-Peter e MÃ1⁄4ller per il trasporto solido, che coprono la quasi totalità delle situazioni torrentizie in assenza di trasporto di massa, si ha:

- formula di moto uniforme di Gauckler e Strickler, nell'ipotesi di canale rettangolare largo e parete idraulicamente scabra:

1/ 6

U<m>æ

ç hmö

=6.74 (13) uç

* -m à ̈ d 50÷<÷>

à ̧

nella quale u* - mindica la velocità di attrito nel tratto al di sopra del deposito 25 e d50il valore mediano della distribuzione granulometrica del materiale trasportato;

- formula di trasporto di fondo di Meyer-Peter e MÃ1⁄4ller:

æ u 2 3/ 2

<* ->m ö

q<s>=d50g D d50<8>çç - qc(14) à ̈g D d 50÷<÷>

à ̧

nella quale qsrappresenta la portata solida per unità di larghezza; D=(rs-r) / r la densità immersa relativa media del materiale che compone i sedimenti e qcil parametro di Shields critico, che nel caso di parete scabra si può assumere pari a 0.056.

Combinando le equazioni (13) e (14), con alcuni passaggi si ottiene:

2/ 3

é q ù q 2 7/ 3

s 1 é d ù

ê úq50

c =32

ê<ú>

ëd50g D d50<8>úû g D d50 (6.72 ) ê

ë hmû

ossia per il tirante idrico a monte hm:

7/ 3

é ù

ê ú

ê 1 2

<q>1 ú

h m =d50ê23 2/ 3 ú (15) ê (6.72 ) g Dd50 éqù ú

ê ê s ú q cú

ê ë êëd50 g D d 508 úû ú û

e per la velocità Umdel deflusso 14 a monte:

U<m>=<q>(16) h m

La pendenza<im>del nuovo alveo sopra al deposito 25 Ã ̈ quindi data da:

i<m>= u 2

<* ->m (17) g h m

nella quale la velocità di attrito u* - mà ̈ calcolabile utilizzando le relazioni (13), (15) e (16). Ossia, esprimendo la pendenza imdirettamente in funzione del tirante idrico hme della velocità Um, si ha:

U2 2

i= m u<*->m

m g h 2

m U m

2 1/ 3 (18) U

= m 1 æ

ç d 50 ö

÷÷

g hm6.742ç

à ̈ h m à ̧

Si noti che il modello della laminazione della portata solida qui proposto e il modello di deposito indotto dalla fessura orizzontale e dalla rete possono essere estesi anche alle colate detritiche con vantaggi anche maggiori. Il meccanismo della selezione idrodinamica precedentemente descritto funziona bene anche in presenza di colate di detriti e di fango, situazione in cui la struttura di contenimento a briglia qui proposta trova la sua applicazione più utile.

In questo caso sarà sufficiente modificare le relazioni di trasporto di moto uniforme (equazioni da 13 a 18) con le analoghe equazioni valide per le colate detritiche. Nel caso di colate tuttavia, sembra ragionevole assumere l'occlusione totale della rete durante tutto l'evento di piena. Nel caso di colate detritiche inoltre la rete può essere dimensionata per resistere agli urti dinamici, secondo i criteri noti nella tecnica, ad esempio esposti nella già citata pubblicazione di Armanini, A., Fraccarollo, L., Larcher, M. (2005).

Dunque, dalla descrizione che precede risultano chiari le caratteristiche e i vantaggi dell’invenzione.

Naturalmente, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variate rispetto a quanto descritto ed illustrato senza per questo uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione, così come definito delle rivendicazioni annesse.

La struttura di contenimento secondo l’invenzione vantaggiosamente lascia passare la parte iniziale della portata solida, conferendo ad un insieme di queste strutture costruite in successione lungo l’asta del corso d’acqua, una effettiva capacità di laminazione.

Inoltre, la struttura di contenimento secondo l’invenzione vantaggiosamente consente una maggiore capacità di autopulizia (assente nelle briglie tradizionali a rete), rispetto alle briglie rigide a fessura verticale. Infatti l’apertura orizzontale riduce notevolmente la possibilità di clogging.

Inoltre la struttura di contenimento secondo l’invenzione vantaggiosamente consente di ridurre i costi e i tempi di costruzione. In particolare, a questo riguardo, l’uso di una rete risulta particolarmente vantaggioso rispetto all’adozione di altri elementi per delimitare superiormente la sezione di deflusso, quali ad esempio una trave. La rete, facile da installare, riduce i costi, inclusi i costi di messa in opera.

A questo riguardo, anche se la forma realizzativa preferita impiega quale struttura di trattenimento che occupa la parte superiore della sezione di deflusso una struttura reticolare, anche una struttura di trattenimento a trave impermeabile, ad esempio una lastra in calcestruzzo armato o in acciaio, può ottenere di laminare la portata solida, come mostrato in precedenza con riferimento alle equazioni (1)-(3).

Una variante importante della struttura di contenimento secondo l’invenzione comprende di inclinare verso valle, ad esempio di un angolo compreso fra 10 e 30 gradi rispetto alla verticale, la rete che delimita l’apertura, in modo da favorire lo spostamento progressivo verso l'alto del materiale flottante, impedendogli di intasare la fessura orizzontale.

Secondo un ulteriore variante, oltre alle forme realizzative con briglia a tutta larghezza o con larghezza parzializzata, il restringimento della sezione della briglia può interessare anche solo la parte inferiore della gaveta, ossia l’apertura ha larghezza parziale, mentre à ̈ mantenuta la briglia a tutta larghezza nella parte superiore presidiata dalla rete.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Struttura di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua (11), comprendente muri laterali (15; 315) che delimitano fra loro una sezione di deflusso (20; 320) compresa in un alveo (12) di detto corso d’acqua (11), caratterizzata dal fatto che detta sezione di deflusso (20; 320) comprende una parte superiore comprendente, disposta fra detti muri laterali (15; 315), una struttura di trattenimento (17; 117; 217) di materiale proveniente da monte e un parte inferiore individuante un’apertura (30; 330) per il deflusso.
2. 2. Struttura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta struttura di trattenimento (17; 117; 217) comprende una struttura reticolare (17; 117; 217).
3. 3. Struttura secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detti muri laterali (15) delimitano detta sezione di deflusso (20; 320) all’intera larghezza dell’alveo (12).
4. 4. Struttura secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detti muri laterali (315) si estendono nell’alveo (12) e delimitano detta sezione di flusso (20; 320) a una larghezza parziale di detto alveo (12).
5. 5. Struttura secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che detta sezione di deflusso (20; 320) Ã ̈ delimitata inferiormente da una soletta (21; 121; 221).
6. 6. Struttura secondo una delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzata dal fatto che detta struttura reticolare (17) comprende una rete metallica.
7. 7. Struttura secondo una delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzata dal fatto che detta struttura reticolare (117) comprende anelli elastici.
8. 8. Struttura secondo una delle rivendicazioni una delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che detta struttura reticolare (217) comprende una rete di funi.
9. 9. Struttura secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detta soletta (21; 121; 221) e/o sezione di deflusso (20; 21; 12) sono realizzati in calcestruzzo o in calcestruzzo rivestito in acciaio o tramite massi legati.
10. 10. Struttura secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detta sezione di deflusso (20; 320) presenta superiormente detta struttura di trattenimento, in particolare struttura reticolare, (17; 117; 217), fino a un’altezza ( a) rispetto all’alveo (12) o alla soletta (21; 121; 221) che à ̈ funzione di un determinato valore massimo (Ysm) di deposito (25) a monte della struttura (10; 110; 210, 310), in particolare di un rapporto adimensionale (<Y>sm ) fra valore di deposito massimo h m (Ysm) e tirante idrico (hm).
11. 11. Struttura secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che detta sezione di deflusso (20; 320) presenta superiormente detta struttura di trattenimento, in particolare struttura reticolare, (17; 117; 217), fino a un’altezza ( a) rispetto all’alveo (12) o alla soletta (21; 121; 221) che à ̈ funzione di un coefficiente di contrazione (Cc) di una sezione contratta (26) relativa alla sezione di deflusso (20; 320).
12. 12. Struttura secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta struttura di trattenimento, in particolare struttura reticolare, (17; 117; 217),Ã ̈ inclinata verso valle, in particolare di un angolo fra 10 e 30 gradi.
13. 13. Struttura secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti muri laterali (15) delimitano detta sezione di deflusso (20; 320) all’intera larghezza dell’alveo (12) in corrispondenza della struttura di trattenimento, in particolare struttura reticolare, (17; 117; 217), e delimitano detta apertura (30; 330) della sezione di deflusso (20; 320) a una larghezza parziale di detto alveo (12).
14. 14. Procedimento di ritenuta dei sedimenti in corsi d’acqua (11) che prevede di provvedere muri laterali (15; 315) che delimitano fra loro una sezione di deflusso (20; 320) compresa in un alveo (12) di detto corso d’acqua (11), caratterizzata dal fatto che comprende di provvedere una struttura di ritenuta (10; 110; 210, 310) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13.