Correzione dei torrenti quantificazione trasporto solido Giancarlo Dalla Fontana Università di Padova A.A. 2013/2014

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1 Coro d Laurea n Tenologe Foretal e Ambental Idrologa e Stemazon Idraulo-Foretal Correzone de torrent quantfazone traporto oldo Ganarlo Dalla Fontana Unvertà d Padova A.A. 013/014

2 Inzo del traporto oldo La orrente eerta ul materale oldo un azone dnama he tende a rmuovere l materale e a traportarlo vero valle, la ogla d nneo del moto per edment d data granulometra dpende oltre he dalla natura del materale teo dalle aratterthe drodnamhe della orrente. La forza d tranamento della orrente è valutable rpetto a de valor ogla he poono eere defnt n relazone allo forzo tangenzale o alla velotà lmte d nzo del moto. L ndvduazone della ogla d nzo del traporto ovvero della ondzone d moto npente del materale ottue l preuppoto per poter affrontare u ba razonal la tma della apatà d traporto al fondo. Il traporto d fondo ha nzo quando oltrepaa lo forzo retente lmte,, he dpende n larga mura dalle dmenon de gran pot ul ontorno

3 Moto unforme forzo tangenzale ul ontorno Eprme la ondzone d equlbro tra gravtà e retenza al moto FORZA CHE PRODUCE IL MOTO FORZA CHE RESISTE AL MOTO ρgal PL Sforzo tangenzale medo ul ontorno ρ g AL PL γ γ A P R H 3

4 Dtrbuzone dello forzo tangenzale ul ontorno S parla d medo pohé, n realtà, lo forzo non è unforme lungo l ontorno. Eo è pù rdotto ulle ponde rpetto al fondo. Se analzza un anale a ezone trapezodale, può notare la eguente dtrbuzone d forz y γ R H medo γ max y 4

5 Sforzo tangenzale ul ontorno n termn net Lo forzo ul ontorno n termn net eprme una velotà d attrto: Infatt, onderando l epreone dmenonale ottene: γ ρ g forza area u * [ ] kg m N m $ & % kg m m u * m3 kg m ρ ' ) ( 1 [ m 1 ] ρ γ R H ρ u g R H u g R H 5

6 Condzone d nzo del moto Il traporto d fondo ha nzo quando oltrepaa lo forzo tangenzale rto, he dpende n larga mura dalle dmenon de gran pot ul ontorno. f (ampo d velotà, D, votà fludo, dentà edment e fludo) 6

7 Spermentazone d Sheld Sheld (1936) attravero anal permental (e dmenonal) ha determnato dalla orrelazone d due parametr admenonal: Fr * numero d Froude edmentologo (o numero. d mobltà) Re * : numero d Reynold edmentologo Fr * u * g Δ D ; Re * u * D ν ν votà nemata n funzone d T (temperatura): ra 10-6 m -1 u * f ( ) Δ γ γ γ Sforzo tangenzale rto admenonale u * ρ Fr * ρ g 1 γ γ γ 1 D ( γ γ ) D *

8 Spermentazone d Sheld L ndagne d Sheld pur nella peftà nelle qual l epermento è tato ondotto (granulometra unforme, fondo orzzontale) ottue un rfermento fondamentale per la valutazone dell nzo del moto. Fr* movmento * non movmento 400 Fr * ( γ γ ) D * forzo tangenzale rto admenonale * Re u * ν D 8

9 Spermentazone d Sheld Il dagramma d Sheld ndvdua tre zone on omportamento dvero per quanto attene alla relazone tra parametro d mobltà e numero d Reynold edmentologo. D partolare nteree applatvo la terza zona dove l parametro d mobltà motra otante al varare del numero d Re* Re * > 400 : zona penamente turbolenta f ( D ) α ( γ - γ ) D α * 0.06 Krey ha propoto per D > 6 mm α

10 Correzone dello forzo tangenzale per fondo nlnato (torrent montan) < entra n goo la forza peo G nella drezone del moto ψ : angolo d attrto nterno del materale α : pendenza del fondo G oα G enα n( ψ α) α ' nψ E. on α 5 e ψ 30 : k ~

11 Sforzo tangenzale rto ( ) e portata rta (Q ) La valutazone d onente: La progettazone orretta d anal (materale non oevo): fondo e ponde tabl ne onfront dell eroone del fluo La tma della portata lquda he nnea l traporto oldo d fondo n lett alluvonal Per Q Q Q 0 Q γ R h, Q olda (Q ) 11

12 1 Calolo portata rta d nzo del moto del materale d aegnata granulometra on la formula d moto unforme h D h h B K Q h h B K R A K Q H γ γ γ γ ) ( 0.06 ) ( 1/ 5/ 3 1/ / 3 1/ / 3 1/ 5/ 3 B K Q γ Nel ao emplfato d ezone rettangolare molto larga (B)

13 Calolo della apatà d traporto oldo La maggor parte delle formule per l alolo della apatà d traporto ontengono, qual parametr eenzal: ( - ) forzo tangenzale effettvo o eeo d forzo d tranamento (Q Q ) portata lquda effettva o effae Le formule baate ull utlzzo della portata rta ono pù fal da utlzzare anhe n ragone del fatto he la portata rta d nzo del traporto può eere pù agevolmente oggetto d mure drette n ampo 13

14 Eempo d valutazone della portata rca Q Torrente montano: B 5.5 m; f 0.05 (α 3 ); K 15 m 1/3-1 ; γ 7000 N/m 3 ; ψ 35 ; D medo 0.15 m D m; D m; D m; D m IpoCzzamo (po lo verfheremo) Re* > 400 tenamo onto d f K ( γ ) γ D K ' ( ) N / m 13.8 h 0. 7 γ ( ) m 14

15 15 ( ) Re / ) 0.7 (9.81 / * 1/ 1/ 1/ 1/ >> ν ρ D u m R g m u H m h b K Q /.1 (0.05) (0.7) / 5/3 1/ 5/3

16 QuanCfazone del Traporto Soldo La portata olda può eprmere per untà d larghezza d alveo. S uclzza n termn omplev o anhe dandone la mura per untà. n volume q m 3-1 m - 1 (m - 1 ) n peo q p N - 1 m - 1 n maa q m kg - 1 m - 1 La portata olda totale rulta Q q B on B larghezza dell alveo La portata olda al fondo d un oro d aqua può eere valutata n bae a numeroe formule. Un ampo tudo omputo da Rkenmann (001) ha onfermato la pobltà d applare allo tudo del traporto oldo de torrenc relazon del Cpo: Q AS a ( Q Q ) oppure q AS a ( q q ) Il parametro [A] dpende dalla domogenetà granulometra, n parcolare dal rapporto d 90 /d 30. [a] vene ogenuto per albrazone, [S] è la pendenza e [Q ] è la portata rca, ovvero la portata he nnea l fenomeno del traporto oldo

17 QuanCfazone del Traporto Soldo La formula propota da Shoklth, per una dentà relacva de edmenc par a.65, è: 1.5 q ( ) 0.94S q q Se traura l effego della dunformtà granulometra (d 90 /d 30 ), valor de oeffenc A ed a per tuk 5 epermenc ondok preo l ETH d Zurgo rultano (S ): 1.5 q ( ) 1.5S q q rendendo nvee n eame ol dac ondok u forte pendenza (S ); Smart e Jaeggy, 1983; Rkenmann, 1991) okene nvee la relazone: q 5.8S ( q ) q Rulta evdente ome, all aumentare della pendenza, l fagore AS a tende ad areere l uo peo rpego alla portata lquda effae (q- q ) a produrre la portata olda. D altra parte la relazone d Shoklth vene a ondere on la eonda d Rkenmann per S.6%, onfermando ome l paaggo fra le due equazon d traporto (baa pendenza ed alta pendenza); avvene propro, ome gà oervato da pù autor ntorno al 3%.

18 QuanCfazone del Traporto Soldo L'equazone d Shoklth per la portata olda pefa può eere generalzzata : q.5 / w S la portata pefa rca può eere alolata ome: γ γ 1.5 ( q q ) q γ γ w 0.6 γ w d S 3/ 40 7/6 La grandezza d 40 (m) offre un ndazone ulla granulometra dell alveo

19 QuanCfazone del Traporto Soldo Come >ma l volume oldo traportato durante un evento? Oorre nnanztugo defnre l drogramma dell evento e dreczzarlo n ntervall d tempo. Suevamente, una volta defnta la portata pefa olda per aun ntervallo d tempo, on la formula pù approprata al onteto, è poble paare alla portata olda molcplando la portata pefa olda per la larghezza dell alveo entro l quale avvene l traporto oldo. Suevamente determna l volume oldo traportato n aun ntervallo d tempo molcplando la portata olda per la durata dell ntervallo d tempo. La omma d tuk volum old traportac parzal ogenuc forne la Cma del volume oldo traportato durante l evento.

20 QuanCfazone del Traporto Soldo portata effae

21 QuanCfazone del Traporto Soldo - edmentogramma Traporto d fondo; 0.6% drogramma edmentogramma