Erosione localizzata alla base delle pile dei ponti fluviali. Monitoraggio e sviluppo di un modello predittivo. Caso di studio : il ponte di Borgoforte sul Po

Located erosion is one of the main causes of fluvial bridge damage. The dragging action made by the turbulent flow surrounding the piers and bridge abutment creates the erosional phenomenon: the current modifies its own trajectory, becoming three-dimensional via vortex creation and local speed increase, to get over an obstacle. The risk liability can be detected during the flood events where the flow rates are higher causing, as consequence, higher average speed values. Moreover, during these events the current speed is usually enough to determinate significant carriage all over the river section near by the bridge (live bed conditions). This elaborate integrates a larger research about the erosive phenomenon at the piers bottom of the fluvial bridges. A field study case of a bridge on Po river located near Borgoforte, Mantova province (Lombardia), has been taken in exam. The bed depth at the bottom of one of the piers has been continuously monitored by depth finder for few years. The quote of free surface is measured via water gauge instead. In the first part of the study the bad depth data provided by depth finder have been analyzed to detect typical pattern about matches between flood levels and bed evolution. In the second part, the obtained results from the previous analysis were used to formulate a forecasting model allowing to predict the bed level nearby the pier using recorded data and a flow rate prediction. The calculation algorithm reveals encouraging results about the bed level prediction: there is a gap between the simulated bed evolution and the real one but it stays within acceptable levels (in the order of half a meter) for estimation until 18 days (a sufficient wide temporal interval that ensures possible emergencies management).

L’erosione localizzata è una delle principali cause di danneggiamento dei ponti fluviali. Il fenomeno erosivo è dovuto all’azione di trascinamento operata dal flusso turbolento attorno alle pile e alle spalle della struttura: la corrente, per superare un ostacolo, modifica le sue traiettorie divenendo tridimensionale, con la formazione di vortici e aumenti locali della velocità. Le maggiori condizioni di rischio si rilevano durante gli eventi di piena, in cui le portate sono maggiori inducendo, di conseguenza, valori maggiori delle velocità medie. Durante questi eventi, inoltre, la velocità della corrente è di norma sufficiente per determinare un ingente trasporto di sedimenti in tutto il tratto fluviale in prossimità del ponte (condizioni di live bed). Il presente elaborato si inserisce in una ricerca di ampio respiro riguardante il fenomeno erosivo alla base delle pile dei ponti fluviali. Si considera un caso di studio di campo, rappresentato dal ponte sul Po nella località di Borgoforte, in provincia di Mantova (Lombardia). Da qualche anno, la quota del fondo a valle di una delle pile del ponte è monitorata in continuo tramite un ecoscandaglio, mentre la quota della superficie libera è misurata tramite un idrometro. Nella prima parte del lavoro, i dati relativi alla quota del fondo, forniti dall’ecoscandaglio, sono stati analizzati allo scopo di individuare delle tendenze tipiche nella corrispondenza tra i valori della portata e gli andamenti del fondo. I risultati ottenuti da questa analisi sono usati, nella seconda parte, per formulare un modello previsionale che consenta di prevedere con anticipo la quota del fondo in prossimità della pila, sulla base dei dati registrati fino a un certo istante e di una previsione di portata. L’algoritmo di calcolo fornisce risultati incoraggianti per quanto riguarda la previsione della quota del fondo: si osservano infatti delle discrepanze tra l’andamento simulato e quello misurato, ma queste si mantengono entro livelli accettabili (dell’ordine del mezzo metro) per stime fino a 18 giorni (un intervallo temporale piuttosto ampio, che garantisce la gestione di eventuali situazioni di emergenza).