Indagine preliminare sulla stabilità e sulle prestazioni idrauliche di contenitori frangiflutti geotessili riempiti di sabbia e cemento

Dec 23, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 15244 (2022) Citare questo articolo

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I frangiflutti sono costruzioni essenziali che garantiscono tranquillità ai porti e alle strutture portuali, quando mancano le misure di protezione naturale. Tradizionalmente queste imponenti strutture sono costruite utilizzando rocce naturali del peso di tonnellate. Nello scenario attuale, ottenere enormi rocce naturali è difficile e non ecologico. I contenitori di sabbia geotessili (GSC) emergono come un'alternativa adeguata per le unità di armatura da roccia dei frangiflutti e varie letterature ne supportano l'efficacia. La presente indagine mira ad analizzare le prestazioni delle GSC quando riempite con una quantità calcolata di cemento e sabbia. L'analisi delle prestazioni idrauliche e della stabilità dei modelli frangiflutti geotessili riempiti di cemento e sabbia viene eseguita in un canale a onde monocromatiche in scala 1:30. Quando i frangiflutti GSC sono riempiti di sabbia e cemento, si osserva un aumento della stabilità fino al 43% con una notevole diminuzione della risalita, della discesa e della riflessione delle onde rispetto alle unità riempite con sola sabbia. Di conseguenza, le unità GSC riempite con sabbia e cemento possono essere suggerite come possibile alternativa alle unità riempite con sola sabbia dove è necessario contrastare gli atti vandalici.

I frangiflutti sono generalmente costruiti per dissipare l'energia delle onde, creando una condizione di calma all'interno dell'area portuale per facilitare il carico e lo scarico delle merci da una nave ormeggiata in un porto. Inoltre, una zona portuale tranquilla è vantaggiosa per il buon funzionamento dei porti e dei porti. Le onde dell’oceano causano spesso una grave erosione costiera durante la stagione dei monsoni e possono essere catastrofiche per l’ecosistema costiero, i mezzi di sussistenza e le comunità. Il cambiamento climatico globale e il conseguente innalzamento del livello del mare possono provocare gravi azioni ondose, inondazioni e inondazioni costiere nelle zone costiere adiacenti1. I cicloni ricorrenti e le mareggiate associate sono motivo di recente preoccupazione2,3,4. Pertanto, è inevitabile disporre di strutture di protezione in grado di ridurre l’impatto negativo delle onde dannose sulle zone costiere.

Le strutture di protezione costiera possono generalmente essere dure o morbide. Il bypass della sabbia, il rifornimento delle dune, la protezione della vegetazione, il ripristino delle spiagge, ecc. sono considerate soluzioni soft5,6. Frangiflutti sommersi ed emersi, dighe, dighe, rivestimenti e pennelli, ecc., sono adottati come soluzioni hard7,8. Nel corso degli anni, i cumuli di macerie o le strutture corazzate in roccia sono stati il ​​sistema frangiflutti più comunemente adottato9. L'aumento allarmante del costo della roccia naturale, la ridotta disponibilità e il divieto di estrazione in molti stati richiedono valide alternative alle strutture rocciose10. Nel corso degli anni, ci sono state enormi innovazioni nelle unità di armatura artificiale. Cubi di cemento, Tetrapodi, Accropodi, Dolos, Core Loc ecc. Sono alcune unità corazzate degne di nota9,11,12,13,14,15. La ricerca si è estesa alla progettazione di strutture frangiflutti innovative. Alcuni contributi degni di nota a questo riguardo includono frangiflutti semi e quarti circolari16,17, frangiflutti a piastre18, frangiflutti in tandem19, frangiflutti a tubi galleggianti20,21, frangiflutti su pali22,23 ecc. Insieme a questi, i geosintetici sono anche ampiamente utilizzati per varie applicazioni di ingegneria costiera. I geosintetici si riferiscono a un'ampia gamma di materiali polimerici naturali o artificiali che possono essere utilizzati per varie applicazioni di ingegneria civile24. I geosintetici includono geotessili, geomembrane, geogriglie, ecc. (utilizzati in applicazioni di ingegneria civile tra cui la costruzione di strade, la gestione dei rifiuti, la protezione dei pendii, ecc.) con i geotessili ampiamente utilizzati per applicazioni di ingegneria costiera25,26. Le applicazioni di ingegneria costiera dei geotessili includono rivestimenti27, argini28, frangiflutti29, armature di frangiflutti30,31 e altre strutture di protezione costiera8,12,32,33,34,35. È stato dimostrato che i contenitori di sabbia geosintetica (GSC) possiedono vari vantaggi rispetto alle costruzioni in roccia convenzionali36. Può fornire un'ampia gamma di unità corazzate di dimensioni uniformi, il che è molto difficile nel caso delle rocce37,38. Il costo per unità di volume può essere ridotto quando la dimensione dei container è grande, riducendo significativamente i tempi di costruzione. Il rapporto di riempimento influisce sulla stabilità e sulla forma grazie all'incastro e alla flessibilità. Può anche essere impilato su pendii più ripidi rispetto alle strutture convenzionali. Un'altra caratteristica interessante delle costruzioni geotessili è la capacità di riempire in situ il tubo o i contenitori con materiali disponibili localmente, rendendo la costruzione economica e rapida39. Nonostante il fatto che le unità GSC producano un impatto visivo, i vantaggi sopra menzionati rendono le unità geotessili riempite di sabbia una valida alternativa alle unità di armatura primaria e secondaria di un frangiflutti convenzionale con cumulo di macerie. Ci sono stati meno tentativi di quantificare le prestazioni delle unità geotessili in una struttura frangiflutti, motivando a proseguire il presente studio.