L'analisi dei fenomeni idrosedimentologici di interazione fluido-struttura in corrispondenza delle opere poste in alvei fluviali come, ad esempio, le pile e le spalle dei ponti, è di enorme interesse teorico, sperimentale e ingegneristico. L'obiettivo della modellazione numerica proposta ed indagata nella presente nota è anzitutto quello di determinare la massima profondità dello scavo provocato dalla corrente al piede delle pile, in modo da definire le indicazioni tecniche per il posizionamento dell'estradosso dei plinti di fondazione.
Il calcolo della massima erosione localizzata alla base delle pile è stato qui affrontato ricorrendo alla modellistica numerica tridimensionale CFX-5 (equazioni di Naviér-Stokes abbinate ad un modello di turbolenza k-e) per quanto riguarda la simulazione della struttura idrodinamica del campo di moto e degli sforzi di taglio generati dalla corrente. La dinamica dei sedimenti è stata modellata attraverso uno schema 3D di tipo avvettivo-diffusivo per il trasporto in sospensione, mentre la variazione del fondo è stata calcolata attraverso l'applicazione dell'equazione di conservazione della massa solida scritta in due dimensioni, adottando delle formulazioni algebriche di natura empirica per quanto concerne il trasporto solido di fondo. Le equazioni del modello numerico descrivono un problema di natura accoppiata, in cui il modello idrodinamico, il modello sedimentologico ed il modello morfologico interagiscono fra di loro. Ciononostante, per via delle diverse scale temporali dei processi coinvolti e per limitare gli oneri computazionali, si è adottato uno schema disaccoppiato, caratterizzato da diversi passi di integrazione per il modello idrodinamico e per quello morfologico. I risultati hanno consentito di individuare sia le dimensioni plano-altimetriche dello scalzamento che le alternative di soluzione per il contenimento del fenomeno di erosione. Va osservato che l'attendibilità della modellistica matematica è condizionata alla possibilità concreta di una corretta taratura, la quale attualmente può essere effettuata solo sulla base delle indicazioni da letteratura o della modellistica fisica, data l'esigua consistenza dei dati sperimentali prodotti da monitoraggi in siti delle opere esistenti. È evidente che l'approccio numerico non ha la pretesa di essere esauriente ma mostra delle indubbie potenzialità, data la versatilità del modello matematico applicato a scala di prototipo, con la possibilità di simulare a scala reale le dimensioni dei vortici legati alla macro-turbolenza ed i punti di riattacco delle zone di separazione nei vertici, permettendo inoltre di possedere uno strumento che può essere validato ed aggiornato sulla base di un'operazione di monitoraggio in loco. |
