Elaborazione e validazione di un modello numerico per lo studio del trasporto di sedimenti a granulometria non uniforme

Come è noto, i processi idrologici naturali e le attività antropiche negli alvei fluviali possono sensibilmente modificare lo stato di equilibrio del corso d’acqua causando cambiamenti nella capacità di trasporto solido e conseguentemente nella morfologia dell’alveo. I principali cambiamenti riguardano in particolare i fenomeni di erosione (degradation) e di deposito (aggradation) che si verificano lungo lo sviluppo del corso d’acqua in corrispondenza delle condizioni locali della corrente. Le stime quantitative dei fenomeni di erosione e deposito sono importanti nei progetti di ingegneria fluviale e di gestione delle acque così come nella predizione dei tiranti idrici per la stima dei danni causati dalle piene. A tal fine recentemente sono stati condotti numerosi studi rivolti alla modellazione fisica e numerica dell’evoluzione a breve e a lungo termine di un alveo.
Altro fenomeno considerevole all’interno degli alvei fluviali è la tendenza alla selezione della composizione granulometrica dei sedimenti presenti nel letto del fiume (sorting granulometrico) ed in particolare alla riduzione delle dimensioni dei granuli mano a mano che ci si sposta verso valle (downstream fining). Questo comportamento è fondamentale per la dinamica evolutiva dell’alveo stesso; in quanto è la causa principale di importanti variazioni della forma planimetrica, della scabrezza e della pendenza del corso d’acqua.
Negli anni recenti, molta attenzione è stata rivolta allo studio della mobilità relativa delle diverse classi granulometriche in una mistura. Si è riconosciuto che la miscela di sedimenti a granulometria differente riduce la mobilità delle varie classi rispetto a quanto si osserva in ammassi di sedimenti a granulometria uniforme e questo accade per la crescente esposizione delle particelle più grossolane e per il conseguente nascondimento (hiding) di quelle più fini.
Recenti studi hanno centrato l’attenzione sulla profonda interazione, ai fini del fenomeno, tra fase liquida e fase solida e oggetto di molti lavori è stata la simulazione dei cambiamenti morfologici dovuti al trasporto di sedimenti in alvei naturali. Per questi motivi lo studio del trasporto solido ha assunto nel corso degli anni un’importanza sempre maggiore nell’ambito dell’ingegneria idraulica e ambientale e in generale per la progettazione degli interventi per la protezione idraulica del territorio.
Nel corso degli ultimi anni, numerose ricerche sono state condotte nell’ambito della modellazione numerica dei processi di trasporto solido in ambito fluviale.
Obiettivo del presente lavoro di tesi è la messa a punto di un modello numerico di trasporto solido che consenta di descrivere il fenomeno tenendo conto della variazione granulometrica del materiale e quindi di riprodurre con soddisfacente accuratezza la dinamica della propagazione delle miscele di sedimenti su fondo mobile. L’analisi del trasporto dei sedimenti verrà condotta utilizzando uno schema numerico che permetta la risoluzione semiaccoppiata delle equazioni relative alla fase liquida e alla fase solida (governing equations).
Il modello sarà infine validato utilizzando dati di laboratorio e i risultati verranno inoltre confrontati con i risultati ottenuti dall’applicazione agli stessi dati di un modello di tipo monogranulare precedentemente realizzato.