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 complessità 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 difficoltà risiede nella presenza di un sistema costituito di due fasi, quella liquida e quella solida, che interagiscono tra loro con modalità 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 è 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 è 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 però 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 comunità scientifica che ne definisca i caratteri dal punto di vista quantitativo, è il processo per cui le particelle di materiale solido tendono a distaccarsi dal fondo dell’alveo, fenomeno indicato con il termine di “entrainment”. La definizione di una relazione che descriva quantitativamente lo scambio di materiale solido tra fondo e corrente idrica attualmente avviene su base empirica mediante l’analisi di dati sperimentali ottenuti in condizioni semplificate. Tale aspetto, a cui verrà dedicata una sezione del lavoro di tesi, è parte fondamentale della modellazione numerica del processo dell’evoluzione morfologica di un corso d’acqua e costituisce tutt’ora oggetto di ricerca scientifica. La complessità di trattazione è legata anche alla scarsa conoscenza dei fenomeni della turbolenza. Le strutture turbolente, senza dubbio, giocano un ruolo fondamentale nella ridistribuzione del materiale solido e nei meccanismi con cui questo si mette in sospensione o deposita. Basti pensare all’ importanza che assume l’individuazione di una soglia critica oltre la quale una particella inizialmente ferma al fondo si mette in movimento nello studio di tutti i fenomeni legati al trasporto solido. In tale ottica di grande interesse risulta essere l’approfondimento delle strutture turbolente di parete e nell’applicazione di queste conoscenze al trasporto solido, nel tentativo di congiungere le caratteristiche degli eventi turbolenti al movimento dei sedimenti.