Università degli Studi di Catania DICA Metodologie e dispositivi per la gestione dei sedimenti...

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


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)


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


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


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)


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


Vista lateraleVista laterale Vista da valleVista da valle


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


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


Influenza della coesione – profili solidiInfluenza della coesione – profili solidi

hm=0.20 m

hm=0.40 m


Influenza della coesione – avanzamenti deposito e masse fuoriusciteInfluenza della coesione – avanzamenti deposito e masse fuoriuscite


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



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



Confronto degli avanzamenti adimensionali del letto di Confronto degli avanzamenti adimensionali del letto di depositidepositi



Confronto dei profili solidi adimensionaliConfronto dei profili solidi adimensionalisottostima delle altezze del sedimento


Influenza dei parametriInfluenza dei parametri

Problema della frequenza ottimale di cacciataProblema della frequenza ottimale di cacciata


p p = 0.35= 0.35

i i = 0.001= 0.001


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


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




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



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



trappola righelli



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?


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


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.



Risultati preliminari:Risultati preliminari:


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 !

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