Analisi di stabilità di fondi naturali soggetti a campi fluttuanti di velocità e pressione

In questo lavoro di tesi è studiata, con simulazioni numeriche, l'analisi di stabilità di fondali naturali in regime di risalto idraulico, soggetti a campi fluttuanti di velocità e pressione.

Nel Capitolo 1 è descritto il quadro generale del problema, dalla stabilità dei fondali naturali (e artificiali) in vasche dissipative, alla stabilità in alvei fluviali e torrentizi. Inoltre, è spiegata l'importanza di tale analisi ai fini ingegneristici, sia per opere idrauliche che interventi fluviali.

Nel Capitolo 2 è definito il risalto idraulico, il profilo di velocità all'interno, l'importanza delle pressioni al fondo ed i coefficienti caratteristici: Cp, C'p, Cp+ e Cp-.

Nel Capitolo 3 è descritta l'analisi di stabilità per un blocco di roccia, allineato con il fondale, e soggetto ad un campo di pressione. Sono riportate le ipotesi alla base, le equazioni e l'andamento della forza di sollevamento con il numero di Fr.

Nel Capitolo 4 è trattato il metodo di determinazione della forza di sollevamento, computata al campo di velocità, nell'ipotesi di blocchi in roccia sollevati di una quantità infinitesima dal fondale.

Nel Capitolo 5 è analizzata la stabilità come somma degli effetti di un campo di pressione ed uno di velocità. È riportato l'andamento della forza di sollevamento con Fr, derivante dalla trattazione probabilistica.

Nel capitolo 6 è descritto il modello matematico dei fluidi, le ipotesi fondamentali, le equazioni principali e l'approccio RANS alla turbolenza. È affrontato il problema della chiusura per le RANS, descrivendo i modelli k-epsilon e k-ω SST con le loro caratteristiche.

Nel Capitolo 7 è descritto il modello numerico considerato, l'elenco delle fasi principali in CFD, il metodo ai Volumi Finiti, la geometria, la mesh, le condizioni al contorno, la rappresentazione numerica dei termini delle equazioni, le tolleranze di convergenza e l'algoritmo usato.

Nel Capitolo 8 sono esposti i componenti hardware-software per le analisi numeriche e l'elaborazione dei dati: OpenFoam, ParaView ed Octave.

Nel Capitolo 9 sono riportati i risultati delle simulazioni numeriche: l'andamento dei residui, l'analisi qualitativa e numerico-sperimentale.

Il Capitolo 10 tratta le conclusioni per la stabilità di elementi naturali soggetti a campi fluttuanti di velocità e pressione.