Comportamento idrodinamico e morfodinamico di strutture tracimabili, PRIN 2001
Il progetto, dal titolo "Comportamento idrodinamico e morfodinamico di opere tracimabili", è stato coordinato dal Prof. A.Lamberti dell’Università di Bologna ed ha visto la partecipazione, oltre che dell’unità operativa del Politecnico di Bari (coordinata dal Prof. A. F. Petrillo), di unità operative di numerose Università italiane. Presso il LIC si sono svolte nel 2002 e 2003 una serie di ricerche su un Modello 3D per lo studio dell’idrodinamica e del trasporto solido lungo un litorale in presenza di barriere emerse e sommerse, a cui hanno partecipato ricercatori delle Unità Operative di Ancona, Bologna e Firenze. L’importo del Progetto, co-finanziato dal MIUR, era di € 47.000.
Coordinatori
Coordinatore Nazionale: Prof. Alberto Lamberti (Università di Bologna)
Obbiettivi
Presso il Laboratorio sono stati condotti studi su diverse configurazioni del modello fisico 3D realizzato in occasione dello studio sperimentale sulle opere per la protezione del litorale di Marina di Pisa. I valori di freeboard andavano da +6.7 cm a -4.0 cm con il fronte d'onda perpendicolare alle strutture frangionda, salvo per una configurazione per la quale l'inclinazione era di 10°.
Gli esperimenti possono essere considerati rappresentativi di situazioni reali in analogia di Froude con scala 1:20 - 1:40. Durante lo studio sono stati effettuati rilievi dei fondali, del moto ondoso e misure di correnti. Particolare attenzione è stata rivolta alle zone intorno alle strutture e ai varchi.
Il gruppo di Ricerca di Bari ha condotto lo studio su una configurazione caratterizzata da barriere emerse con freeboard pari a +6.7 cm e 4.7 cm, intervallate da varchi. Il litorale riprodotto in modello è caratterizzato dalla presenza di una scogliera radente e continua, lungo la strada litoranea e da un sistema di scogliere parallele emerse, ad asse irregolare, poste alla distanza di 80-100 m da riva, interrotte da varchi della larghezza di circa 15-20 m. Il fondale presenta una pendenza media pari a 1:30 nella zona protetta.
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Lo studio della suddetta configurazione ha evidenziato valori elevati di velocità delle rip currents in corrispondenza dei varchi, le quali hanno provocato la formazione di fosse di erosione molto profonde localizzate immediatamente al largo dei varchi stessi.
Il gruppo di Ricerca di Firenze, partendo dallo schema precedente, ha realizzato una nuova configurazione caratterizzata da 2 barriere sommerse con freeboard pari a -4.0 cm ed un unico varco. Tale configurazione è stata l'unica con fronte d'onda inclinato di 10° rispetto alla direzione delle barriere
Durante le prove sono state effettuate misurazioni della velocità delle correnti in diversi punti e per 5 differenti piani orizzontali, ovvero, Z=-3 cm, Z=-6 cm, Z=-9 cm, Z=-12 cm, Z=-15 cm. I dati così acquisiti, mediati lungo la verticale, hanno mostrato la presenza di una intensa corrente in uscita dal varco.
Il gruppo di Ricerca di Bologna ha investigato su tre configurazioni costituite da scogliere allineate ed intervallate da varchi di diversa lunghezza, caratterizzate da barriere a cresta bassa. Nella prima configurazione le barriere erano sommerse (-1.7 cm), nella seconda a freeboard nullo e nella terza emerse (+1.7 cm), tutte con fronte d'onda parallelo alle strutture.
La situazione è rappresentativa di un possibile paraggio in Emilia Romagna, costituito da una spiaggia avente pendenza al largo di 1:200. L'assetto del modello è completato da una canaletta impermeabilizzata posta a tergo delle barriere ed ortogonale alle stesse.
Durante le prove sono state effettuate misurazioni delle correnti nella zona protetta intorno alle strutture e ai loro varchi; inoltre, sono stati effettuati rilievi sincroni di onde e velocità.
Infine sono state condotte simulazioni numeriche con un modello del tipo "phase averaged". Le altezze d'onda e le velocità ottenute sono in buon accordo con quelle misurate mentre il set-up simulato mostra valori maggiori.
Le prove sperimentali effettuate dal gruppo di Ricerca di Ancona sono state condotte, rispettivamente, su barriere multiple disposte in batteria e su barriere isolate, tutte comunque sommerse. Il profilo di spiaggia presentava una pendenza 1/20 lato terra e 1/10 lato mare, fino alla linea batimetrica -0,22 m, proseguendo poi con pendenza 1/200 al largo di essa. Le scogliere erano allineate come per le configurazioni studiate dal gruppo di Ricerca di Bologna.
Lo studio è stato condotto su una configurazione caratterizzata da freeboard pari a -1.5 cm. Durante le prove sono state effettuate misurazioni delle correnti e dell'altezza d'onda intorno alle strutture e ai loro varchi.
In aggiunta, sono state effettuate numerose prove con traccianti fisici ed, utilizzando una videocamera fissa, è stato ricostruito il campo di moto Lagrangiano.
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Il campo di moto Lagrangiano ricavato è stato confrontato con i risultati delle simulazioni numeriche ottenute per mezzo di un modello matematico basato sulle equazioni NLSWE.
E' stato osservata una piccola differenza tra le traiettorie simulate e le traiettorie rilevate con i traccianti fisici, soprattutto nel caso di barriere isolate.
Conclusioni
I risultati della modellazione fisica delle barriere sommerse ed emerse, nonostante l’inevitabile effetto scala rappresentano con sufficente accuratezza il field motion e il pattern morfodinamico del prototipo. In particolare, le simulazioni hanno permesso l'analisi della circolazione idrodinamica indotta dall’interzione tra onde e barriere sommerse ed emerse. Per tutte le configurazioni sono state osservate forti rip current attraverso gli spazi tra le strutture. Queste correnti iniziano a crescere e cambiare la propria direzione immediatamente dopo le barriere. Le simulazioni numeriche sono qualitativamente in buon accordo con i risultati sperimentali, anche se questo accordo tende a decrescere quantitativamente a causa, essenzialmente, delle condizioni al contorno adottate.
References
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