Trasporto ed "entrainment" di sedimenti in alvei mobili

Le correnti idriche trasportano frequentemente in natura materiali solidi incoerenti che derivano dalle azioni erosive sui versanti e dagli sforzi esercitati dalla corrente stessa sul fondo dell’ alveo. I corsi d’acqua interessati da tale fenomeno, sono ovviamente caratterizzati da alvei in costante evoluzione per la successione di processi di entrainment (erosione), trasporto e deposizione del materiale costituente il fondo ad opera della complessa interazione corrente – materiale solido. Risulta evidente, che ai fini ingegneristici lo studio di tali processi ha una forte valenza applicativa, sia per la progettazione e la protezione di eventuali opere di difesa, sia per una corretta previsione del rischio legato a fenomeni di inondazione o rottura di sbarramenti. La complessita di tale fenomeno rende tale tema estremamente affascinante nell’ambito della ricerca scientifica, infatti sebbene numerosi passi in avanti siano stati fatti nella descrizione e intuizione concettuale esistono alcuni aspetti tutt’ora irrisolti. La principale difficolta risiede nella presenza di un sistema costituito di due fasi, quella liquida e quella solida, che interagiscono tra loro con modalita non definite in maniera assoluta ma che sono funzione delle caratteristiche dinamiche delle fasi stesse. E’ ben noto, infatti, che l’evoluzione temporale della morfologia di un alveo e legata, oltre che alle caratteristiche del materiale solido, alle condizioni idrodinamiche della corrente. La descrizione fisica di tale complessa interazione presenta tutt’ora degli aspetti la cui descrizione analitica non e possibile in maniera rigorosa. Esistono formule algebriche di origine semi-empirica per la previsione delle portate solide corrispondenti a un certo sedimento e ad assegnate condizioni della corrente, relative pero a condizioni di moto uniforme; diversamente, in condizioni di moto non stazionario, scarse sono le conoscenze sui meccanismi di trasporto solido. Inoltre un aspetto non trascurabile di cui non esiste tutt’ora una relazione/legge comunemente accettata dalla comunita scientifica che ne definisca i caratteri dal punto di vista quantitativo, e il processo per cui le particelle di materiale solido tendono a distaccarsi dal fondo dell’alveo, fenomeno indicato con il termine di “entrainment”. L’attivita di ricerca svolta ha avuto come obiettivo la messa a punto di un modello bidimensionale mediato sulla verticale per la simulazione dell’evoluzione morfologica degli alvei fluviali in condizioni non stazionarie, con particolare attenzione ai termini sorgenti e alle relazioni di chiusura del modello. In dettaglio, si e cercato di avere un modello completo in grado di trattare diversi aspetti di tale complesso fenomeno, quali ad esempio la possibilita di simulare la dinamica dei soli sedimenti in condizioni di assenza di acqua o di parziale saturazione. Grande attenzione e stata anche prestata alla scelta/definizione di una relazione di chiusura del modello per la determinazione dello scambio di materiale solido tra fondo e corrente, la quale ha un ruolo non trascurabile nei processi che si vogliono simulare. Una seconda parte dell’attivita di ricerca e stata dedicata allo studio dei fenomeni turbolenti di parete al fine di studiare il legame esistente tra i fenomeni turbolenti e i processi di trasporto solido.