The use of geosynthetics as a countermeasure for scour at piers in rivers : experimental small case investigation

Scour countermeasures at piers have been created and innovated for decades. The advantages of integrating countermeasures to avoid reaching high expected scour depths have attracted considerable research interest as they can reduce the risk of the exposed infrastructures. In recent years, techniques including the use of new materials like geosynthetics received more attention and research, as the engineering of the materials allows to explore in detail the benefits of their development and implementation. Geosynthetics, in particular, are the core of this study since they have proved to improve factors like durability and resistance. Incoming pages summarize both innovative and conventional solutions of geosynthetic systems, unwrapping their uses and limitations. Likewise, diverse countermeasures can reduce potential scour levels. One way is through the alteration of the flow, which includes solutions like dikes, vanes, sacrificial piles, or collars; however, most of the existing scour control measures are expensive. Therefore, another way to control the scour is through bed armoring countermeasures, including rip-rap, wire gabions, and geo containers. Generally, their objective is to form a layer at the area where the scour takes place and can withstand high shear stresses, so the bed materials underneath the armoring layer are protected from being scoured away. Based on their characteristics, the present study introduces a new countermeasure system named “geo-carpet,” which consists of a net placed on the bed sediment around the pier to withstand the consequences of the scour process. The experimental campaign related to this work runs twelve tests in clear water scour conditions in free-surface flow. 2 out of 12 were unprotected tests, while the other 10 were tests using different types of geo-carpet as a countermeasure system against scour. These experiments were done with the variation of two principal parameters of the geo-carpets: the protected area and the net's mesh size. Furthermore, each test is surveyed in multiple points to create a digital surface that allows calculation of eroded and cumulative volumes of sediments, allowing further analysis of each type of geo-carpet. Following the introduction of the topic, chapter 2 encompasses the literature review of the basics of clear water scour, live-bed scour, existing countermeasure methods, and countermeasures with geosynthetics. Chapter 3 presents the experimental facilities, the experimental campaign's description, and further details of the procedures to develop it. Meanwhile, chapter 4 breaks down the experiments where the geo-carpet is studied, analyzed and compared with similar methods of the reference studies. A final discussion and comments are made, including future research and improvements.

Per decenni sono state create e innovate contromisure al erosione localizzata alle pile. I vantaggi dell'integrazione di contromisure per evitare di raggiungere elevate profondità di erosione previste hanno suscitato un notevole interesse da parte della ricerca in quanto possono ridurre il rischio delle infrastrutture esposte. Negli ultimi anni, le tecniche che includono l'uso di nuovi materiali come i geosintetici hanno ricevuto maggiore attenzione e ricerca, poiché l'ingegneria dei materiali consente di esplorare in dettaglio i vantaggi del loro sviluppo e implementazione. I geosintetici, in particolare, sono il fulcro di questo studio poiché hanno dimostrato di migliorare fattori come la durabilità e la resistenza. Le pagine in arrivo riassumono soluzioni sia innovative che convenzionali di sistemi geosintetici, svelando i loro usi e limiti. Allo stesso modo, diverse contromisure possono ridurre i potenziali livelli di erosione. Un modo è attraverso l'alterazione del flusso, che include soluzioni come dighe, alette, pali sacrificali o collari; tuttavia, la maggior parte delle misure di controllo del raschiamento esistenti sono costose. Pertanto, un altro modo per controllare il raschiamento è attraverso contromisure di armatura del letto, tra cui rip-rap, gabbioni di filo metallico e geocontenitori. In generale, il loro obiettivo è quello di formare uno strato nell'area in cui avviene il lavaggio e in grado di resistere a sollecitazioni di taglio elevate, in modo che i materiali del letto sotto lo strato di armatura siano protetti dall'essere raschiati via. In base alle loro caratteristiche, il presente studio introduce un nuovo sistema di contromisure denominato "geo-tappeto", che consiste in una rete posta sul sedimento del letto attorno al molo per resistere alle conseguenze del processo di erosione. La campagna sperimentale relativa a questo lavoro esegue dodici prove in condizioni di acqua chiare con flusso a superficie libera. 2 su 12 erano test non protetti, mentre gli altri 10 erano test che utilizzavano diversi tipi di geo-tappeto come sistema di contromisura contro di erosione. Questi esperimenti sono stati condotti con la variazione di due parametri principali dei geotappeti: l'area protetta e la dimensione delle maglie della rete. Inoltre, ogni prova viene misurato in più punti per creare una superficie digitale che consente il calcolo dei volumi erosi e cumulati dei sedimenti, consentendo un'ulteriore analisi di ogni tipo di geotappeto. Dopo l'introduzione dell'argomento, il capitolo 2 comprende la revisione della letteratura delle nozioni di base sulla erosione delle acque chiare, della erosione del live bed, dei metodi di contromisure esistenti e delle contromisure con i geosintetici. Il capitolo 3 presenta le strutture sperimentali, la descrizione della campagna sperimentale e ulteriori dettagli sulle procedure per svilupparla. Nel frattempo, il capitolo 4 analizza gli esperimenti in cui il geotappeto viene studiato, analizzato e confrontato con metodi simili degli studi di riferimento. Viene fatta una discussione finale e commenti, comprese ricerche e miglioramenti futuri.