Indagine sperimentale sul ruolo della scabrezza nel moto di correnti granulari

Il presente lavoro consiste in un’attività di ricerca sperimentale finalizzata allo studio del ruolo della scabrezza nel moto di correnti granulari secche.
Le prove di laboratorio sono state condotte presso il Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale dell’Università degli Studi di Pavia, utilizzando un canale in materiale plastico trasparente e a pendenza regolabile, lungo il quale è stato innescato il moto di un insieme di granuli in PET (Polietilen-Tereftalato, materiale plastico appartenente al gruppo dei poliesteri) di forma approssimativamente cilindrica aventi mediamente diametro pari a 2,5 mm e altezza di 2,7 mm.
L’influenza della scabrezza è stata simulata eseguendo due gruppi di prove, ognuno con un differente rivestimento del fondo del canale: l’assenza di scabrezza macroscopica è stata realizzata utilizzando un materiale plastico (forex, PVC semiespanso a cellule chiuse), mentre la presenza di scabrezza, uniforme nel senso del moto e dell’ordine della dimensione dei granuli, è stata realizzata usando della gomma con cardatura in millerighe.
Il moto è stato filmato in prossimità della sezione finale del canale mediante una telecamera digitale funzionante con una frequenza di acquisizione delle immagini di 240 Hz.
I fotogrammi acquisiti in ogni prova sono stati elaborati al fine di ottenere il profilo di velocità, il profilo di concentrazione ed il profilo di altezza della corrente per quella prova. Tutte le elaborazioni sono state effettuate in modo automatico; particolare attenzione ed impegno sono stati dedicati ai codici di calcolo utilizzati, i quali sono stati tutti appositamente creati utilizzando il software MATLAB v. 7.0.1.
I risultati ottenuti sono stati analizzati mettendo a confronto sia i profili di velocità sia i profili di altezza, osservandone l’andamento sia al variare dell’angolo di inclinazione del canale per uno stesso rivestimento del fondo, sia nel caso dei diversi rivestimenti del fondo per una stessa pendenza. Inoltre è stato effettuato un confronto con i risultati relativi ad esperimenti su correnti granulari secche reperiti in letteratura ((Ridgway, Rupp, 1970), (Bailard, 1978) e (Hungr, Morgenstern, 1984)). Un discorso a parte è stato fatto per i profili di concentrazione, i quali, a causa di problematiche connesse al metodo di determinazione degli stessi, non hanno potuto essere analizzati.

La trattazione che segue è divisa in due parti.
Nella prima parte è raccolta in forma organica una serie di informazioni relative alle correnti granulari, utili ad inquadrare il fenomeno in funzione di una migliore comprensione dell’attività sperimentale svolta.
Ciò è stato ritenuto necessario a causa della mancanza, a tutt’oggi, di una trattazione sull’argomento generalmente condivisa in termini di definizione, terminologia e classificazione ed anche per fare il punto sui risultati dell’attività di ricerca nell’ambito degli aspetti dinamici delle correnti granulari, con particolare attenzione rivolta al comportamento reologico degli stessi.
Si precisa che nei titoli dei capitoli e dei paragrafi della prima parte al posto dell’espressione “corrente granulare” si è preferitala definizione anglosassone “debris flow”, universalmente accettata e molto diffusa nella nostra lingua; anche nel testo se ne è fatto largo uso in luogo delle corrispondenti espressioni italiane.
La seconda parte è dedicata all’attività sperimentale svolta. Sono descritti l’installazione sperimentale usata e le modalità di esecuzione delle prove di laboratorio, i procedimenti di elaborazione dei dati ed i risultati ottenuti.