RICERCA ITALIANA     

Modelli e misure di interazione corrente-sedimenti a diverse scale spaziali e temporali di interesse fisico (MOMICS)

Università degli Studi di Padova

Abstract

La dinamica dei sedimenti è argomento estremamente vivo nell’attuale panorama scientifico internazionale, sia a causa dell’apporto costante dell’innovazione tecnologica sull’osservazione dei processi, sia per l’allargamento delle tematiche che coinvolgono l’interazione tra corrente e sedimenti dai temi classici dell’Ingegneria Idraulica a nuove tematiche ambientali. L’approccio culturalmente nuovo, potenzialmente capace di interpretare la realtà fisica, recepito nell’impostazione di questo progetto, consiste nel superare l’ipotesi che l’idrodinamica locale sia determinata da una topografia a scala di grano (tessitura) ‘congelata’, ovvero che la morfologia a diverse scale risulti determinata da un campo di moto assegnato, per muovere invece verso l’accoppiamento di idrodinamica e tessitura in un processo evolutivo di mutua dipendenza, a diverse scale sia spaziali che temporali.
Il presente progetto si ripropone di produrre integrazione tra alcune sedi di ricerca nazionali nelle quali sono stati raggiunti negli ultimi anni risultati di rilevanza scientifica, anche internazionale, sulle tecniche sperimentali e sulla modellistica teorica e numerica dei processi di interazione tra sedimenti e correnti fluide, con particolare riferimento alla dinamica tipica dei sedimenti nei corpi idrici naturali. Il progetto mira ad considerare scale spaziali e temporali diverse, per tener conto della dinamica di grano, quale unità base dei processi di trasporto, e di una scala globale >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Andrea Marion Università degli Studi di PADOVA

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’obiettivo generale del Progetto è contribuire ad un avanzamento dello stato dell’arte sulla comprensione dei processi di trasporto di sedimenti incoerenti. L’avanzamento riguarderà:
1) gli aspetti strettamente fenomenologici, attraverso il lavoro del primo periodo (Task 1), legati all’osservazione diretta o attraverso simulazione numerica;
2) gli aspetti interpretativi della fisica dei processi, attraverso una analisi concettuale dei processi dominanti in diverse situazioni (Task 2);
3) gli aspetti modellistici, attraverso la definizione di nuovi strumenti di simulazione dei casi studiati, sia teorici che numerici (Task 3).


OBIETTIVI SPERIMENTALI
Gli obiettivi parziali della prima parte del Progetto riguardano la messa a punto e la definizione della potenzialità di tecniche sperimentali innovative e la raccolta di dati su casi di indagine di interesse ingegneristico. Gli esperimenti fisici consisteranno in parte di ampi set di dati raccolti in progetti internazionali nei ultimi anni, ed in parte di nuove osservazioni da eseguire presso alcuni laboratori delle unità di ricerca.

A. Letti piani uniformi, dinamica a scala di grano
L’obiettivo di questa attività è l’individuazione dei campi di moto locali associati al moto dei grani e delle tracce del movimento dei grani sul campo di moto, in un ottica sia euleriana che lagrangiana. Il risultato da raggiungere è la valutazione dell’importanza di diversi >>>

Risultati parziali attesi

I risultati attesi dalla ricerca sono dati e modelli.
I prodotti consisteranno di un database di dati e di articoli su rivista e a conferenze del settore.
I dati andranno ad allargare la base di informazioni disponibili alla comunità scientifica nazionale ed internazionale, mentre gli articoli su rivista e a conferenza permetteranno agli studiosi coinvolti nel progetto di inserirsi in network internazionali di contatto e di attività scientifica o di potenziare la visibilità dei gruppi italiani sul tema del trasporto di sedimenti nei casi in cui questi siano già conosciuti.

I risultati attesi possono essere suddivisi per unità di ricerca secondo quanto già evidenziato dai responsabili locali nei rispettivi Modelli B.

Unità di Padova (UP):
- I anno: Analisi dei dati disponibili all’unità di ricerca sulla correlazione tra morfologia/tessitura e proprietà del campo di moto. Analisi comparata di metodi LDA e PIV per la caratterizzazione del campo di moto in prossimità della parete. Analisi dei dati disponibili su profili di escavazione localizzata 2D (soglie) e 3D (pile). 1 articolo per rivista internazionale ISI relativo al TASK 1 della ricerca (in collaborazione con UM). 1 articolo a convegno nazionale o internazionale (in collaborazione con UM e/o UR)
- II anno: Identificazione delle grandezze più significativa per il movimento dei grani e riformulazione della teoria di Grass. Sviluppo di un modello concettuale per la >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il movimento incipiente di una particella solida si verifica se il rapporto tra le forze idrodinamiche e le forze che la particella può mobilitare eccede una certa soglia. Molti autori hanno definito tale soglia secondo un’analisi deterministica, assumendo che le grandezze determinanti siano lo sforzo tangenziale medio al fondo per rappresentare le forze idrodinamiche, ed il diametro e la densità dei sedimenti per descrivere le forze che i grani possono mobilitare per resistere al movimento. In seguito ai risultati ottenuti da Shields [1936], tale criterio deterministico venne ampiamente accettato. Studi successivi hanno tuttavia mostrato discrepanze tra i valori di soglia ottenuti mediante il criterio di Shields e le osservazioni sperimentali. In seguito, l’iniziale analisi dimensionale di Shields venne estesa proponendo relazioni empiriche che tenessero conto degli effetti della sommergenza relativa della corrente, del grado di protrusione dei grani, della forma dei sedimenti e dell’effetto di nascondimento per le miscele non uniformi [Egiazaroff, 1965; Ashida e Michue, 1971; Proffitt e Sutherland, 1983; Shvidchenko e Pender, 2000]. Nonostante numerosi ricercatori abbiano condotto studi su questo argomento per decenni, non vi sono spiegazioni soddisfacenti della variabilità osservata in condizioni prossime all’incipiente movimento, specie in alvei ghiaiosi in cui le dimensioni e le forme dei grani variano considerevolmente [Buffington e Montgomery, 1997]. Le ragioni di >>>