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Modellazione SPH della rottura dell’argine in terra di Kagerplassen

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Modellazione SPH della rottura dell’argine in terra di Kagerplassen

Il codice CFD-SPH SPHERA (RSE SpA) è stato applicato a un crollo di argine in terra 3D (scala 1:1), con inondazione e frane. Le nuove modifiche a SPHERA per simulare le interazioni “frana-struttura” hanno permesso la valutazione d’impatto del crollo su un sostegno delle linee elettriche (scenari con ribaltamento e senza danno). Il codice aggiornato e il tutorial sul crollo dell’argine sono disponibili su github.com. Una validazione incrementale è stata eseguita su un crollo di argine in scala.

Inondazioni, frane e valanghe possono innescare eventi NaTech (“Natural hazard triggering Technological disasters”) mettendo a rischio le infrastrutture energetiche. Questi fenomeni naturali, influenzati dai cambiamenti climatici, possono causare danni materiali alle sottostazioni elettriche e ai sostegni delle reti elettriche aeree (con possibili fuori-servizio, eventi di blackout e rischi per le vite umane e le infrastrutture elettriche).

SPHERA (RSE SpA) è un codice CFD-SPH 3D “Free-Libre & Open-Source”, basato sul metodo SPH di fluidodinamica computazionale (CFD), adatto alla simulazione di inondazioni e frane, dotato di uno schema di danno da allagamento delle sottostazioni elettriche.

Nel 2019 SPHERA è stato impiegato per svolgere il Tema C del 15th ICOLD International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of Dams, relativo alla rottura dell’argine in terra di Kagerplassen (caso studio a scala 1:1), la cui simulazione ha richiesto lo sviluppo di nuove funzionalità modellistiche. La rottura di questo tipo di opere di protezione da inondazione è un evento complesso che può causare danni ingenti. Nel caso studio la rottura è stata innescata da uno scavo. Frane locali hanno interessato le scarpate dell’opera e anticipato l’inondazione. Le geometrie 3D dei terreni, dell’argine e del corpo idrico hanno richiesto la definizione di una procedura di pre-processamento. Le simulazioni SPH sono 3D e 2D.

La variante 2D presenta una risoluzione spaziale più fine e tempi di calcolo ridotti ma perde gli effetti 3D. È stato inoltre valutato l’impatto della rottura dell’argine di Kagerplassen in 3D su un sostegno delle linee elettriche aeree con scenari di ribaltamento o senza danno. Si tratta di un sostegno tubolare monostelo per media tensione (15-20kV) con plinto di fondazione in calcestruzzo. Per simulare le interazioni “terreno-sostegno” è stata introdotta una nuova funzionalità in SPHERA. I risultati sono espressi in termini di campi 3D (velocità e pressione sulla superficie del sostegno) e serie temporali (pressione massima sul sostegno; traiettoria e velocità del baricentro; forza e momento torcente globali; velocità angolare; orientamento). Le modifiche al codice e il tutorial sul crollo dell’argine di Kagerplassen sono disponibili sul repositorio pubblico di SPHERA su github.com. È stato realizzato un template più semplice del file d’ingresso del codice. SPHERA è stato infine oggetto di validazione incrementale su un crollo di argine in scala.

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