Piping detection by Distributed Temperature Sensing: Understanding the development of thermal anomalies

L'erosione interna è causa di una percentuale significativa di danni riguardanti le opere di ritenuta idraulica. Nella maggior parte dei casi tuttavia l'identificazione precoce del fenomeno permette di evitare incidenti drammatici. Sviluppare tecniche di monitoraggio in grado di individuare l'erosione interna in atto con sufficiente anticipo rappresenta pertanto un passo significativo verso una maggiore sicurezza idraulica. Questo lavoro indaga l'efficacia della misure distribuite di temperatura per l'individuazione precoce dell'erosione interna negli argini fluviali e costieri. La ricerca si concentra sugli argini suscettibili a sifonamento, intesa come l'erosione retrogressiva che interessa lo strato di fondazione di strutture poggianti su terreni sabbiosi. Vengono presentate e discusse le misure realizzate in un esperimento di sifonamento a grande scala. Il test ha permesso l'identificazione dei principali fattori che influenzano l'insorgenza delle anomalie termiche nelle regioni affette da sifonamento. Successivamente, l'effetto dei suddetti fattori è stato studiato quantitativamente con l'ausilio della modellazione agli elementi finiti e dell'analisi dimensionale. E’ emerso che l'individuazione precoce del sifonamento si non può basare esclusivamente sulla propagazione di un fronte termico (caldo o freddo a seconda della stagione) che si muove dal fiume verso campagna con velocità differente nelle zone integre ed erose. Infatti, in funzione della permeabilità e spessore dello strato sabbioso e della dimensione del rilevato, la durata della piena può non essere sufficiente affinché il fronte raggiunga un sifone non ancora pienamente sviluppato. Tuttavia si può sfruttare un meccanismo alternativo: l'effetto della velocità del flusso idraulico sul gradiente verticale naturale. Poiché tale gradiente diminuisce con la temperatura, l'efficacia di questo meccanismo dipende dalla profondità a cui il sifonamento si manifesta. La tesi contiene anche alcuni consigli per una modellazione numerica efficiente del problema di avvezione-diffusione in terreni permeabili, sia integri che affetti da sifonamento. Infine la tesi descrive un apparato sperimentale sviluppato per studiare in piccola scala la distribuzione di temperatura nei dintorni di un sifone. Il modello incorpora un sensore distribuito in fibra ottica con risoluzione spaziale sub-centimetrica. Tale risoluzione è stata ottenuta adottando una tecnica di misura innovativa basata sull'analisi della componente di Rayleigh nel dominio delle frequenze. I risultati preliminari mostrano l'influenza sulle misure della contemporanea sensibilità del sensore a temperatura e deformazione e come questo problema è stato parzialmente risolto.