Università degli Studi di Catania DICA Metodologie e dispositivi per la gestione dei sedimenti...
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Università degli Studi di Università degli Studi di CataniaCatania
DICADICA
Metodologie e dispositivi per la Metodologie e dispositivi per la gestione dei sedimenti nelle reti di gestione dei sedimenti nelle reti di
fognaturafognaturaEnrico Creaco, Carlo ModicaEnrico Creaco, Carlo Modica
TAORMINATAORMINA7-9 marzo 20077-9 marzo 2007
Workshop sul primo anno di attivitàWorkshop sul primo anno di attività
IL CICLO DELLE ACQUE IN AMBIENTE URBANO.IL CICLO DELLE ACQUE IN AMBIENTE URBANO.
Centro Studi Idraulica UrbanaCentro Studi Idraulica Urbana
Posizione del problemaPosizione del problema
Solidi all’interno dei canali fognari: problema di grande Solidi all’interno dei canali fognari: problema di grande rilevanzarilevanza
Onde di cacciata per la rimozione dei sedimentiOnde di cacciata per la rimozione dei sedimenti
Trappole e setti per l’intercettazione di solidi e galleggiantiTrappole e setti per l’intercettazione di solidi e galleggianti
Approccio preventivo: controllo all’origineApproccio preventivo: controllo all’origine
Controllo dell’erosione, utilizzo di Controllo dell’erosione, utilizzo di BMPBMP e di caditoie schermate e di caditoie schermate
Controllo dei sedimenti in reteControllo dei sedimenti in rete
Criteri di auto-pulizia: velocità e sforzi tangenziali minimi, Criteri di auto-pulizia: velocità e sforzi tangenziali minimi, auto-pulizia efficienteauto-pulizia efficiente
Posizione del problemaPosizione del problema
Dispositivi di cacciataDispositivi di cacciata
Pozzetti Milano e Contarino (canali piccoli)Pozzetti Milano e Contarino (canali piccoli)
Dispositivi a paratoia mobile in linea e fuori linea (canali Dispositivi a paratoia mobile in linea e fuori linea (canali grandi)grandi)
Posizione del problemaPosizione del problema
Attività del primo anno di attivitàAttività del primo anno di attività
Idraulica delle Idraulica delle flushing gateflushing gate
Trasporto solido dovuto alle onde di cacciata delle Trasporto solido dovuto alle onde di cacciata delle flushing gateflushing gate
Attività del secondo anno di attivitàAttività del secondo anno di attività
TrappoleTrappole
SettiSetti
Idraulica delle flushing gateIdraulica delle flushing gate
Hydrass gate: Hydrass gate: processo di efflussoprocesso di efflusso
Vertical lifting gate: Vertical lifting gate: onde di dam breakonde di dam break
prima fase:riempimento
seconda fase:cacciata
Idraulica delle Idraulica delle flushing gateflushing gate
Esperienze di m. permanente e vario Esperienze di m. permanente e vario
in laboratorio:in laboratorio:
- modello in scala di paratoia;- modello in scala di paratoia;
- canale sagomato.- canale sagomato.
Hydrass gateHydrass gate
Messa a punto di un modello numericoMessa a punto di un modello numerico
Confronto con risultati di una campagna sperimentale “in situ”Confronto con risultati di una campagna sperimentale “in situ”
s t
0.00
0.01
0.02
0.03
0 5 10 15 200.00
0.04
0.08
0.12
0.16
0 5 10 15 20
0.00
0.04
0.08
0.12
0.16
0 5 10 15 20
a) b)(m) h m 70.0x m 30.0x c)
s t
m 00.2x
s t
oscillazione nelle misure
Idraulica delle Idraulica delle flushing gateflushing gate
Procedura simile all’Procedura simile all’Hydrass gateHydrass gate
Vertical lifting gateVertical lifting gate
Migliore leggibilità delle misure a valleMigliore leggibilità delle misure a valle ritardo numerico del picco
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Esperienze di moto vario in laboratorio con la vertical Esperienze di moto vario in laboratorio con la vertical lifting gate in canale piccolo e canale grandelifting gate in canale piccolo e canale grande
Varie tipologie di sedimenti (sabbie e ghiaie) adottateVarie tipologie di sedimenti (sabbie e ghiaie) adottate
classe di sedimenti densità bagnata contenuto organico
(kg/m3) (%)<0.063 0.063-2.0 2.0-5.0
A 1720 1-6-30 3-6-87 3-33-90 7B 1720 1-6-30 3-6-87 3-33-90 7C 1170 29-45-73 5-55-71 0 50D 1210 17-32-52 1-62-83 1-6-20 61E 1460 1-22-80 1-69-85 4-9-80 22
% di sedimento per dimensione dei grani (mm)
minimo-medio-massimo
Scelta del materiale sulla base della classificazione di Crabtree (1989)Scelta del materiale sulla base della classificazione di Crabtree (1989)
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Varie condizioni idrauliche (pendenze del canale e carichi idraulici) Varie condizioni idrauliche (pendenze del canale e carichi idraulici)
Misurazioni di:Misurazioni di:- profili del letto di depositi a valle della paratoiaprofili del letto di depositi a valle della paratoia- avanzamento del letto di depositiavanzamento del letto di depositi- masse fuoriuscite dal canalemasse fuoriuscite dal canale
Diverse configurazioni del depositoDiverse configurazioni del deposito
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Vista lateraleVista laterale Vista da valleVista da valle
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Profili solidiProfili solidi
Esperimento 1 – hEsperimento 1 – hmm=0.12 m=0.12 m
Esperimento 2- hEsperimento 2- hmm=0.20 m=0.20 m
Esperimento 3 - hEsperimento 3 - hmm=0.40 m=0.40 m
Esp. 1
Avanzamento depositoAvanzamento deposito
Masse fuoriusciteMasse fuoriuscite
Wc (kg)
Esp. 1
Esp. 2
Esp. 3
Esp. 1
Esp. 2
Esp. 3
Esp. 2
Esp. 3
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Influenza della coesioneInfluenza della coesione
Materiale coesivo ottenuto aggiungendo percentuali Materiale coesivo ottenuto aggiungendo percentuali differenti di materiale fine al deposito sabbiosodifferenti di materiale fine al deposito sabbioso
Formazione di due strati differenti nel Formazione di due strati differenti nel corso degli esperimenticorso degli esperimenti
Confronto con esperimenti senza Confronto con esperimenti senza materiale finemateriale fine
Risultati di difficile interpretazione!Risultati di difficile interpretazione!
Iniziale rallentamento e successiva accelerazione in presenza di argillaIniziale rallentamento e successiva accelerazione in presenza di argilla
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Influenza della coesione – profili solidiInfluenza della coesione – profili solidi
hm=0.20 m
hm=0.40 m
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Influenza della coesione – avanzamenti deposito e masse fuoriusciteInfluenza della coesione – avanzamenti deposito e masse fuoriuscite
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Modello numerico in forma adimensionaleModello numerico in forma adimensionale
Equazioni di De Saint Venant – Exner in forma Equazioni di De Saint Venant – Exner in forma adimensionaleadimensionale
Sistema consideratoSistema considerato
Individuazione dei parametri adimensionaliIndividuazione dei parametri adimensionali
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Modello numerico in forma adimensionaleModello numerico in forma adimensionale
Valori dei parametri consideratiValori dei parametri considerati
Validazione del modello sulla base dei risultati delle prove sperimentali con materiale granulareValidazione del modello sulla base dei risultati delle prove sperimentali con materiale granulare
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Modello numerico in forma adimensionaleModello numerico in forma adimensionale
Confronto degli avanzamenti adimensionali del letto di Confronto degli avanzamenti adimensionali del letto di depositidepositi
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Modello numerico in forma adimensionaleModello numerico in forma adimensionale
Confronto dei profili solidi adimensionaliConfronto dei profili solidi adimensionalisottostima delle altezze del sedimento
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Influenza dei parametriInfluenza dei parametri
Problema della frequenza ottimale di cacciataProblema della frequenza ottimale di cacciata
Modello numerico in forma adimensionaleModello numerico in forma adimensionale
p p = 0.35= 0.35
i i = 0.001= 0.001
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Collettore ovoidale Lacassagne lungo 400 m con Collettore ovoidale Lacassagne lungo 400 m con andamento del fondo irregolareandamento del fondo irregolare
Sedimenti con le seguenti caratteristiche:Sedimenti con le seguenti caratteristiche:
- diametro 270 - diametro 270 m;m;
- densità 1800 kg/m- densità 1800 kg/m33;;
- porosità 0.285.- porosità 0.285.
Applicazione modello a collettore LioneApplicazione modello a collettore Lione
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Campagna sperimentale con oltre 12000 cacciate nel Campagna sperimentale con oltre 12000 cacciate nel periodo maggio-ottobre 2003periodo maggio-ottobre 2003
15 profili solidi misurati con passo di 5 m15 profili solidi misurati con passo di 5 m
Per le simulazioni è stato scelto periodo tra 18/06/2003 e 24/6/2003 (3095 cacciate)Per le simulazioni è stato scelto periodo tra 18/06/2003 e 24/6/2003 (3095 cacciate)
Misurazioni di profili solidi lungo il collettoreMisurazioni di profili solidi lungo il collettore
Applicazione modello a collettore LioneApplicazione modello a collettore Lione
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Applicazione modello a collettore LioneApplicazione modello a collettore Lione
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Applicazione modello a collettore LioneApplicazione modello a collettore Lione
Simulazioni condotte considerando:Simulazioni condotte considerando:
-- formula MPM12;formula MPM12;
-- soglia critica tradizionale per materiale granulare soglia critica tradizionale per materiale granulare = 0.047= 0.047
Profili solidi spostati in avanti indicano effetti Profili solidi spostati in avanti indicano effetti erosivi simulati maggiori di quelli realierosivi simulati maggiori di quelli reali
condizione iniziale
Trasporto solido dovuto a onde di cacciateTrasporto solido dovuto a onde di cacciate
Applicazione modello a collettore LioneApplicazione modello a collettore Lione
Nuove simulazioni considerando:Nuove simulazioni considerando:
-- formula MPM12;formula MPM12;
-- soglia critica aumentata per tenere conto della coesione (soglia critica aumentata per tenere conto della coesione (= 0.20)= 0.20)
Avvicinamento dei profili simulati a Avvicinamento dei profili simulati a quelli sperimentali per cacciata 1064 quelli sperimentali per cacciata 1064
condizione iniziale
Risultati peggiori per cacciata 3095Risultati peggiori per cacciata 3095
Attività in corso di svolgimentoAttività in corso di svolgimento
Studio del processo di riempimentoStudio del processo di riempimento
Individuazione dei parametriIndividuazione dei parametri
Trappole aperteTrappole aperte
3.9 m
flume bottom downstream tank
upstream tank
Ltrap
recirculating pipe gate valve pump
2.0 m
raised bottom sediment bed
trap
Indagine sperimentaleIndagine sperimentale
Ricerca della forma ottimaleRicerca della forma ottimale
Attività in corso di svolgimentoAttività in corso di svolgimento
Trappole aperteTrappole aperte
trappola righelli
Attività in corso di svolgimentoAttività in corso di svolgimento
Trappole aperteTrappole aperte
0
2
4
6
8
10
0 10 20 30
0
1
2
3
4
5
0 5 10 15
hs (cm)
x (cm) t (min)
V (l)
t=2 min 4 min
8 min
12 min
14.5 min
a)
b)
Misura dei profili solidi nella trappola fino al riempimentoMisura dei profili solidi nella trappola fino al riempimento
Andamento del processo di riempimento nel tempoAndamento del processo di riempimento nel tempo
Misura del peso del materiale intercettato e del materiale a valle della trappola per valutare Misura del peso del materiale intercettato e del materiale a valle della trappola per valutare l’efficienzal’efficienza
Risultati per Risultati per Q Q = 1 l/s, = 1 l/s, i i = 0.001 e trappola 0.3 m x 0.07 m= 0.001 e trappola 0.3 m x 0.07 mcome misurare il riempimento?
Attività in corso di svolgimentoAttività in corso di svolgimento
Individuazione dei parametri che influenzano l’efficienza di intercettazioneIndividuazione dei parametri che influenzano l’efficienza di intercettazione
Setti per l’intercettazione di materiali galleggiantiSetti per l’intercettazione di materiali galleggianti
Indagine sperimentale con materiali artificiali e reali Indagine sperimentale con materiali artificiali e reali
Confronto tra profili di forme differentiConfronto tra profili di forme differenti
17.8 m
downstream tank
upstream tank
7.3 m
recirculating pipe gate valve pump
10.5 m
basket
baffle
Attività in corso di svolgimentoAttività in corso di svolgimento
Due serie di esperimenti:Due serie di esperimenti:
11 valutazione della velocità soglia a monte del dispositivo;valutazione della velocità soglia a monte del dispositivo;
22 numero di elementi di trattenuti.numero di elementi di trattenuti.
Comportamento dei setti:Comportamento dei setti:
- per valori elevati di portata e bassi di velocità a monte del dispositivo, capacità di trattenimento infinita;per valori elevati di portata e bassi di velocità a monte del dispositivo, capacità di trattenimento infinita;
- superata una velocità di soglia, numero di elementi trattenuti in una “zona morta” in funzione delle caratteristiche della corrente e dei galleggianti.superata una velocità di soglia, numero di elementi trattenuti in una “zona morta” in funzione delle caratteristiche della corrente e dei galleggianti.
Setti per l’intercettazione di materiali galleggiantiSetti per l’intercettazione di materiali galleggianti
Attività in corso di svolgimentoAttività in corso di svolgimento
Risultati preliminari:Risultati preliminari:
Setti per l’intercettazione di materiali galleggiantiSetti per l’intercettazione di materiali galleggianti
vertical baffle
a
h
baffle h 45°
inclined
a
12 cm
0
1
2
3
4
5
6
7
0 2 4 6 8 10 12 14 16
vertical baffle
inclined baffled
V
f
t
)(
2
688.02
787.0)(
d
ah
d
V
f
t
915.02
638.0)(
d
ah
d
V
f
t
d
ah
ConclusioniConclusioni
1 anno della ricerca: studio sperimentale e numerico sui 1 anno della ricerca: studio sperimentale e numerico sui dispositivi di cacciatadispositivi di cacciata
- buona comprensione dei fenomeni legati all’idraulica buona comprensione dei fenomeni legati all’idraulica delle onde di cacciatadelle onde di cacciata
- qualche incertezza sui fenomeni connessi di trasporto qualche incertezza sui fenomeni connessi di trasporto solido, prevalentemente nel caso di sedimenti coesivisolido, prevalentemente nel caso di sedimenti coesivi
ProspettiveProspettive
Necessità di ulteriori esperienze per la comprensione del Necessità di ulteriori esperienze per la comprensione del comportamento dei sedimenti coesivi:comportamento dei sedimenti coesivi:
- coesione dovuta alla presenza di particelle di pezzatura finecoesione dovuta alla presenza di particelle di pezzatura fine
- coesione dovuta alla presenza di sostanze organichecoesione dovuta alla presenza di sostanze organiche
Possibilità di modellare il trasporto solido in fognatura nel Possibilità di modellare il trasporto solido in fognatura nel corso di operazioni di cacciatacorso di operazioni di cacciata
Studio dei dispositivi di intercettazione: trappole e settiStudio dei dispositivi di intercettazione: trappole e setti
Grazie per Grazie per l’attenzione ! l’attenzione !