Sicurezza delle infrastrutture: come le forze idrauliche influenzano la stabilità dei ponti. I risultati del progetto M.Hy.Bridge

Lo scorso 12 e 13 febbraio 2025, durante le Giornate Studio Fabre a Perugia, Stefano Pagliara dell'Università di Pisa e Paolo Salandin dell'Università di Padova hanno presentato i risultati del progetto di ricerca M.Hy.Bridge. Questo studio, finanziato da Fabre, si concentra sulle sollecitazioni idrauliche che agiscono sulle infrastrutture dei ponti, con particolare attenzione agli effetti dello scavo, dell'accumulo di detriti e della pressione esercitata dalle correnti.

Obiettivi e metodologie del progetto

Il progetto M.Hy.Bridge ha analizzato diverse forzanti idrauliche che influenzano la stabilità dei ponti, tra cui:

• L'accumulo di materiale legnoso alle pile e all'impalcato;
• La presenza di correnti iperconcentrate (Deb Flow e Mud Flow);
• Gli effetti dello scavo e le strategie di protezione delle pile, come l'uso del rip rap;
• La valutazione dei coefficienti di Drag e Lift, che descrivono le forze orizzontali e verticali applicate dalla corrente sulle strutture.

Lo studio ha incluso modelli fisici e simulazioni numeriche basate sul software FL 3D Hydro, tarate su dati sperimentali per verificare l'accuratezza delle previsioni sugli effetti delle forze idrauliche.

Risultati chiave e implicazioni per la sicurezza

Uno degli aspetti più rilevanti emersi dal progetto riguarda l'effetto dell'accumulo di materiale legnoso sulla profondità dello scavo. Quando il materiale legnoso occupa circa il 10% della sezione liquida del fiume, lo scavo alla base della pila raddoppia, con un impatto significativo sulla stabilità della struttura. Inoltre, è stato dimostrato che lo scavo varia in funzione della velocità della corrente, della granulometria del letto e della forma dell'accumulo.

Le simulazioni hanno anche evidenziato che, in presenza di correnti elevate, l'impalcato del ponte può essere sottoposto a pressioni tali da causare il sormonto dell'acqua, con conseguenze critiche per la sicurezza della struttura.

Un altro fenomeno studiato riguarda la differenza tra condizioni di Clear Water (acqua trasparente, senza sedimenti in sospensione) e Live Bed (fondo mobile, con materiale sedimentario in movimento).

• In condizioni di Clear Water, lo scavo attorno alle pile è relativamente prevedibile e controllabile;
• In condizioni di Live Bed, il fondo si modifica continuamente e l'erosione diventa più imprevedibile, con effetti potenzialmente distruttivi per le infrastrutture.

Il Progetto M.Hy.Bridge: modellazione dei rischi idraulici per i ponti

Strategie di protezione e monitoraggio

Per proteggere le fondazioni dei ponti esistenti, il progetto ha testato l'efficacia di diverse tecniche, tra cui l'uso di georeti come protezione contro lo scavo progressivo. I risultati preliminari mostrano che tali soluzioni funzionano bene in condizioni di Clear Water, ma la loro resistenza a condizioni di Live Bed richiede ulteriori studi.

Un aspetto cruciale per la prevenzione dei danni alle infrastrutture riguarda il monitoraggio continuo degli effetti idraulici sulle pile e sugli impalcati. Per questo motivo, sono stati testati sensori sonar, strumenti che permettono di rilevare in tempo reale lo stato degli scavi e delle protezioni. Tuttavia, è emerso che la loro affidabilità dipende fortemente dalla posizione in cui vengono installati e dalla turbolenza delle correnti.