Workshop sul primo anno di attività IL CICLO DELLE ACQUE IN AMBIENTE URBANO. Metodologie e dispositivi per la gestione dei sedimenti nelle reti di fognatura Enrico Creaco, Carlo Modica Università degli Studi di Catania DICA Centro Studi Idraulica Urbana TAORMINA 7-9 marzo 2007

Posizione del problema Solidi all’interno dei canali fognari: problema di grande rilevanza Approccio preventivo: controllo all’origine Controllo dell’erosione, utilizzo di BMP e di caditoie schermate Controllo dei sedimenti in rete Criteri di auto-pulizia: velocità e sforzi tangenziali minimi, auto-pulizia efficiente Onde di cacciata per la rimozione dei sedimenti Trappole e setti per l’intercettazione di solidi e galleggianti

Posizione del problema Dispositivi di cacciata Pozzetti Milano e Contarino (canali piccoli) Dispositivi a paratoia mobile in linea e fuori linea (canali grandi)

Posizione del problema Attività del primo anno di attività Idraulica delle flushing gate Trasporto solido dovuto alle onde di cacciata delle flushing gate Attività del secondo anno di attività Trappole Setti

Idraulica delle flushing gate Hydrass gate: processo di efflusso Vertical lifting gate: onde di dam break prima fase: riempimento seconda fase: cacciata

Idraulica delle flushing gate Hydrass gate Esperienze di m. permanente e vario in laboratorio: - modello in scala di paratoia; - canale sagomato. Messa a punto di un modello numerico oscillazione nelle misure a) b) c) Confronto con risultati di una campagna sperimentale “in situ”

Idraulica delle flushing gate Vertical lifting gate Procedura simile all’Hydrass gate Migliore leggibilità delle misure a valle ritardo numerico del picco

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Esperienze di moto vario in laboratorio con la vertical lifting gate in canale piccolo e canale grande Scelta del materiale sulla base della classificazione di Crabtree (1989) Varie tipologie di sedimenti (sabbie e ghiaie) adottate

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Varie condizioni idrauliche (pendenze del canale e carichi idraulici) Diverse configurazioni del deposito Misurazioni di: profili del letto di depositi a valle della paratoia avanzamento del letto di depositi masse fuoriuscite dal canale

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Vista laterale Vista da valle

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Profili solidi Avanzamento deposito Masse fuoriuscite Wc (kg) Esperimento 1 – hm=0.12 m Esperimento 2- hm=0.20 m Esperimento 3 - hm=0.40 m Esp. 1 Esp. 3 Esp. 2 Esp. 1 Esp. 2 Esp. 3 Esp. 3 Esp. 2 Esp. 1

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Influenza della coesione Materiale coesivo ottenuto aggiungendo percentuali differenti di materiale fine al deposito sabbioso Formazione di due strati differenti nel corso degli esperimenti Confronto con esperimenti senza materiale fine Risultati di difficile interpretazione! Iniziale rallentamento e successiva accelerazione in presenza di argilla

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Influenza della coesione – profili solidi hm=0.20 m hm=0.40 m

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Influenza della coesione – avanzamenti deposito e masse fuoriuscite

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Modello numerico in forma adimensionale Equazioni di De Saint Venant – Exner in forma adimensionale Individuazione dei parametri adimensionali Sistema considerato

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Modello numerico in forma adimensionale Valori dei parametri considerati Validazione del modello sulla base dei risultati delle prove sperimentali con materiale granulare

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Modello numerico in forma adimensionale Confronto degli avanzamenti adimensionali del letto di depositi

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Modello numerico in forma adimensionale Confronto dei profili solidi adimensionali sottostima delle altezze del sedimento

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Modello numerico in forma adimensionale p = 0.35 i = 0.001 Influenza dei parametri Problema della frequenza ottimale di cacciata

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Applicazione modello a collettore Lione Collettore ovoidale Lacassagne lungo 400 m con andamento del fondo irregolare Sedimenti con le seguenti caratteristiche: - diametro 270 mm; - densità 1800 kg/m3; - porosità 0.285.

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Applicazione modello a collettore Lione Campagna sperimentale con oltre 12000 cacciate nel periodo maggio-ottobre 2003 Misurazioni di profili solidi lungo il collettore 15 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)

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Applicazione modello a collettore Lione

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Applicazione modello a collettore Lione condizione iniziale Simulazioni condotte considerando: - formula MPM12; - soglia critica tradizionale per materiale granulare q = 0.047 Profili solidi spostati in avanti indicano effetti erosivi simulati maggiori di quelli reali

Trasporto solido dovuto a onde di cacciate Applicazione modello a collettore Lione condizione iniziale Nuove simulazioni considerando: - formula MPM12; - soglia critica aumentata per tenere conto della coesione (q = 0.20) Avvicinamento dei profili simulati a quelli sperimentali per cacciata 1064 Risultati peggiori per cacciata 3095

Attività in corso di svolgimento Trappole aperte Indagine sperimentale Studio del processo di riempimento Individuazione dei parametri Ricerca della forma ottimale

Attività in corso di svolgimento Trappole aperte trappola righelli

Attività in corso di svolgimento Trappole aperte Misura dei profili solidi nella trappola fino al riempimento Andamento del processo di riempimento nel tempo Misura del peso del materiale intercettato e del materiale a valle della trappola per valutare l’efficienza Risultati per Q = 1 l/s, i = 0.001 e trappola 0.3 m x 0.07 m come misurare il riempimento?

Attività in corso di svolgimento Setti per l’intercettazione di materiali galleggianti Indagine sperimentale con materiali artificiali e reali Individuazione dei parametri che influenzano l’efficienza di intercettazione Confronto tra profili di forme differenti

Attività in corso di svolgimento Setti per l’intercettazione di materiali galleggianti Comportamento dei setti: 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. Due serie di esperimenti: 1 valutazione della velocità soglia a monte del dispositivo; 2 numero di elementi di trattenuti.

Attività in corso di svolgimento Setti per l’intercettazione di materiali galleggianti Risultati preliminari:

Conclusioni 1 anno della ricerca: studio sperimentale e numerico sui dispositivi di cacciata buona comprensione dei fenomeni legati all’idraulica delle onde di cacciata qualche incertezza sui fenomeni connessi di trasporto solido, prevalentemente nel caso di sedimenti coesivi

Prospettive Necessità di ulteriori esperienze per la comprensione del comportamento dei sedimenti coesivi: coesione dovuta alla presenza di particelle di pezzatura fine coesione dovuta alla presenza di sostanze organiche Possibilità di modellare il trasporto solido in fognatura nel corso di operazioni di cacciata Studio dei dispositivi di intercettazione: trappole e setti

Grazie per l’attenzione !