Laureando : Calisi Luca Relatore : Ing. Prof. Roberto Guercio. Titolo Tesi

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1 TESI DI LAUREA Cstruzini Idrauliche Laureand : Calisi Luca Relatre : Ing. Prf. Rbert Guerci Titl Tesi IDRODINAMICA DI ELEMENTI GALLEGGIANTI IN CANALE APERTO UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA FACOLTÀ DI INGEGNERIA AMBIENTE E TERRITORIO Ann accademic

2 Università degli studi di Rma La Sapienza Facltà di Ingegneria INDICE INDICE... 2 CAPITOLO PRIMO Intrduzine... 3 CAPITOLO DECIMO... 7 Cnclusini... 7 BIBLIOGRAFIA... 10

3 Università degli studi di Rma La Sapienza Facltà di Ingegneria CAPITOLO PRIMO 1.1 Intrduzine Il materiale trasprtat dalla crrente può essere in alcuni casi abbndante, sprattutt durante dei particlarmente intensi eventi meterlgici. Tale materiale è per la maggir parte cmpst da trnchi d alber, rami e radici che vengn trasprtati dal fiume anche per lunghi tratti. Se questi ggetti incntran lung il cammin un stacl (un pnte, una discntinuità, ecc. ) pssn accumularsi a frmare un agglmerat e in alcuni casi veri e prpri sbarramenti naturali al nrmale defluss di un fiume. Si cmprende allra quant sia imprtante prevedere i mvimenti di tali detriti arbrei, che trasprtati nella crrente, pssn spess incntrare pere di sbarrament e di attraversament. Il presente lavr parte da delle iptesi semplificatrici, ciè si cnsidera un tratt rettiline di un fiume (sia in scala ridtta che reale), si cnsidera cme ggett trasprtat una sfera (in lug di un ggett cilindric apprssimabile a tale) e la crrente sarà in regime turblent unifrme. La prima fase della tesi cnsiste nella ricerca di una teria adattabile al cas della canaletta del Labratri, per la valutazine della dispersine. Tale studi ha il su punt di partenza quindi dai buni

4 Università degli studi di Rma La Sapienza Facltà di Ingegneria risultati sperimentali ttenuti dai precedenti lavri di tesi dei miei clleghi Luca Giannicchi e Flaminia Sacerdti. Per megli chiarire il prblema trattat, una breve sintesi del lavr precedentemente svlt e dei risultati ttenuti sarà riprtata in futur. Dpdiché si passerà al cnfrnt dei risultati cn l applicazine di un mdell stcastic (la Teria della Dispersine Turblenta) per la valutazine della dispersine delle particelle rilasciate, di dimensine prefissata, nel fluss di crrente. Un altr bbiettiv sarà quell di cercare di implementare nel sftware FESWMS (tramite linguaggi di prgrammazine Frtran 95) la teria trvata. I limiti che dvrann essere esplrati nella teria sarann: Applicabilità dell studi su scale maggiri di quella dell esperiment della canaletta di labratri; Limiti della teria della dispersine; Limiti legati alla semplice scelta della gemetria del prblema; fluss in un fiume cn elevata energia e in campi di macrturblenza. Infine verrà effettuata un esperienza in un crs d acqua reale, per capire quali sian gli eventi che influenzan effettivamente la cinematica di un element galleggiante in crrente.

5 Università degli studi di Rma La Sapienza Facltà di Ingegneria Figura 1.1: Accumul drifts in canale apert

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7 Università degli studi di Rma La Sapienza Facltà di Ingegneria CAPITOLO DECIMO Cnclusini Dall analisi delle traiettrie tramite l applicazine della teria della dispersine in fluss turblent e dall sservazine diretta in campagna si cnclude che: L element galleggiante rilasciat su un tratt del fiume rettiline segue l andament della crrente del fiume. Le dimensini dell element galleggiante hann permess di ttenere traiettrie depurate dalle fluttuazini superficiali e la quasi ttale immersine ha accnsentit di attenuare la frza esercitata dal vent. Le traiettrie sn lcalmente distrte. La presenza di vrtici lung il tratt del fiume (cn estensine da 1 a 3 vlte il diametr del galleggiante) ha causat una cattura tempranea del galleggiante da parte dei vrtici stessi, cn cnseguenti rallentamenti e deviazini di direzine. Nel cas di vrtici cn diametri inferiri, l influenza sulla cinematica è stata irrilevante. Le immagini evidenzian il fenmen. I rilasci sn avvenuti in rari diversi: i vrtici sservati sn risultati stabili nel temp.

8 Università degli studi di Rma La Sapienza Facltà di Ingegneria Per ggetti apprssimabili cme cmprtament a particelle fluide, la cinematica è influenzata dalla micrturblenza superficiale. Al crescere delle dimensini degli ggetti rilasciati, gli stessi seguirann il fluss medi, anche per scale di turblenza ntevli (in Letteratura sn riprtati valri di T E anche fin a 8 9 secndi per i fiumi più imprtanti). L esperiment sul fiume, se da una parte ha cnfermat quant dett, dall altra evidenzia cme, trascurand le iptesi semplificatrici iniziali (tratt di canale rettiline, sezine rettanglare e fluss unifrme turblent stazinari), particlari fenmeni lcali influenzin l idrdinamica. In scala reale l idrdinamica di un element galleggiante di frma sferica rilasciata in un canale è influenzata quindi da: 1) Dimensini; 2) Presenza di brusche variazini della sezine trasversale d alve; 3) Mrflgia dell alve; 4) Psizine di rilasci; 5) Imprvvisi cambiamenti di direzine e di prfndità della crrente.

9 Università degli studi di Rma La Sapienza Facltà di Ingegneria Figura 10.1: Traiettrie n. 1 e n. 6

10 Università degli studi di Rma La Sapienza Facltà di Ingegneria Bibligrafia Marchi, Rubatta, MECCANICA DEI FLUIDI, PRINCIPI E APPLICAZIONI PRATICHE, UTET 1994 Prf. Cenedese, MATERIALE DIDATTICO DEL CORSO DI MECCANICA DEI FLUIDI, 1999 Querzli Girgi, Dispense di IDRAULICA, 2002 Raucci Biagi, SIMULAZIONE NUMERICA DI UN FLUSSO TURBOLENTO MONODIMENSIONALE, 2002 Cha Lin Chiu, Stchastic Hydraulics : Raul. S. McQuivey, Turblent diffusin and dispersin in pen channel flw, Research Hydraulic Engineer; Richard L. Peskin, Stchastic estimatin applicatins t turbulent diffusin, The State University f New Jersey, New Jersey, U.S.A U.S. Departement f Transprtatin, MANUALE DEL FINITE ELEMENT SURFACE-WATER MODELING SYSTEM: TWO- DIMENSIONAL FLOW IN HORIZONTAL PLANE, versine 1.1 Elder J.W., The Dispersin f Marked fluid in turbulent shear flw, Jurnal f Fluid Mechanic Vl. 5, 1959

11 Università degli studi di Rma La Sapienza Facltà di Ingegneria Shen Hsieh Wen, Stchastics Appraches t Water Research, 1976 B. Mutlu Sumer, Simulatin f Dispersin f Suspendes particles, Jurnal f Hydraulics Divisin Octber 1973 P.J. Sullivan, Lngitudinal Dispersin within a tw-dimensinal shear flw, Jurnal f Fluid Mechanics Vl Tdrvic, A Stchastic Mdel f Dispersin f Sediment Particles released Frm cntinus Surce. Water Resurces Research Dicembre 1975 vl.11 n.6 Terry J. Day, Lngitudinal dispersin in natural channels, Water Resurces Research, Vl.11 n.6 December 1975 Engelund, F., Dispersin f flating particles in unifrm channel flw, Jurnal f Hydraulics Divisin, ASCE, July 1969 Y. Lam Lau, Transverse Dispersin in Rectangular Channels, Jurnal f Hydraulics Divisin, ASCE, Octber 1977 Gisbert Webel & Michael Shatzmann, Transverse Mixing in Open Channel Flw, Jurnal f Hydraulic Engineering, Vl.110, N.4 April 1984 Z.-Q. Deng; L. Bengtssn, F.ASCE,, Lngitudinal Dispersin Cefficient in Single-Channel Streams, Jurnal f Hydraulic Engineering, Octber 2002

12 Università degli studi di Rma La Sapienza Facltà di Ingegneria K. Farber, Investigatins f Particle Mtins in Turbulent Flw, Eurmech 192: Transprt f Suspended slids in pen Channels, Neubiberg, June 1985 Filipp Ginanni, Ignazi Becchi, Fabi Castelli, CINEMATICA DEI DETRITI ARBOREI NELLE CORRENTI A PELO LIBERO, IDRA2000-XXVII Cnvegn di Idraulica e Cstruzini Idrauliche, 2000 Dmenica Miranda, Vit Antni Cpertin, Michele Grec, RISPOSTA DINAMICA DI UN OSTACOLO INVESTITO DA UNA CORRENTE A SUPERFICIE LIBERA IN MOTO MEDIAMENTE STAZIONARIO, IDRA2000- XXVII Cnvegn di Idraulica e Cstruzini Idrauliche, 2000 Christian A. Braudrick, Grdn E. Grant, Transprt and depsitin f large wdy debris in streams: a flume experiment, Gemrphlgy 2001, Elsevier Science B.V.. ( Bretagne Hygelund, Michael Manga, Field measurements f drag cefficients fr mdel large wdy debris, Gemrphlgy 51 (2003), Elsevier Science B.V.. ( Christian A. Braudrick, Grdn E. Grant, When d Lgs mve in rivers?, WATER RESOURCES RESEARCH, VOL.36, NO.2, FEB.2000 Christian A. Braudrick, Grdn E. Grant, Takashi Yamada, The Interactin between Large Wdy Debris, Debris Flws, and Channel Mrphlgy: A flume experiment, (

13 Università degli studi di Rma La Sapienza Facltà di Ingegneria Editrial, Wd in rivers: interactins with channel mrphlgy and prcesses, Gemrphlgy 51 (2003), Elsevier Science B.V. H. Piegay, A. Thevenet, A. Citteri, Input, strage and distributin f large wdy debris alng a muntain river cntinuum, the Drme River, France, Catena , Elsevier Science Michael G. Wing, Richard F. Keim, Arne E. Skaugset, Applying gestatistics t quantify distributins f large wdy debris in streams, Cmputers & Gesciences 25 (1999)