3.1 MODELLO 1
Le prove sperimentali sono state effettuate presso il laboratorio di Idraulica del Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Pisa su due modelli fisici. Il primo apparato utilizzato è inserito in un circuito chiuso composto da una vasca di aspirazione, una pompa di sollevamento e da una vasca di calma posta in corrispondenza dell’imboccatura di monte del canale sperimentale.
L’acqua viene immessa, mediante una tubazione adduttrice dotata allo sbocco di un dissipatore, direttamente nella vasca di calma la quale alimenta il canale del modello sperimentale.
La pompa utilizzata è del tipo ad asse orizzontale ed è in grado di fornire una portata massima largamente al di sopra delle portate caratteristiche di funzionamento del modello. La tubazione adduttrice è dotata di una valvola a saracinesca ad azionamento manuale che permette la regolazione della portata.
Figura 3.1.1 Vista della vasca di calma munita di dissipatore di turbolenza
Il canale sperimentale presenta una lunghezza complessiva di circa 3,5 m e sezione trasversale rettangolare di larghezza 0,25 m e altezza 0,30 m.
Le pareti sono costituite da lastre di plexiglas collegate mediante viti autofilettanti.
Allo sbocco il canale è munito di una paratoia piana regolabile manualmente mediante livello idrico di
iti da pannelli microforati in acciaio inox che permettono di ridurre la turbolenza dell’acqua
La la scala di deflusso
propria dello stramazzo misurando l’altezza del carico idrico che insiste sulla soglia per mezzo di
e di plexiglas tra cui viene realizzato uno strato di sedimenti di l’azionamento di una manovella, in modo da poter regolare secondo le necessità il
valle.
A valle del canale sperimentale è presente una vasca di raccolta dell’acqua dotata di due setti costitu
scaricata dal canale posto a quota maggiore; la vasca è munita di uno stramazzo in parete sottile triangolare che permette di valutare con buona precisione sia piccole portate che grandi portate.
Figura 3.1.2 Vista della paratoia posta allo sbocco del canale
valutazione della portata defluente nel canale viene effettuata attraverso
un idrometro di precisione 0,1 mm.
Per la costruzione del modello, che denomineremo “MODELLO 1”, sono state fissate all’interno del canale, reso orizzontale, due sogli
spessore costante pari a 7,5 cm. Inoltre, al fine di creare un salto di fondo necessario per l’inserimento della rampa in pietrame, è stata posizionata all’interno del canale, una soglia di lunghezza 25 cm, larghezza 25 cm e altezza, rispetto al fondo del canale stesso, variabile
manualmente agendo su una vite dotata di manopola la quale per mezzo di un pistone realizzato in ottone permette la variazione dell’altezza della soglia.
In questo modo il modello sperimentale risulta essere estremamente versatile, poichè consente con
pe in pietrame utilizzate sono realizzate sfruttando dei lamierini in acciaio inox dello
ell’apparecchiatura
resenza di acqua al di sotto della
semplicità di variare l’altezza della soglia e quindi la pendenza della rampa senza interrompere il deflusso dell’acqua e al tempo stesso ottenere un range di variazione delle pendenze abbastanza ampio.
Le ram
spessore di 2 mm, larghezza pari a quella del canale (25 cm) e lunghezza di 40, 60 ed 80 cm sui quali viene fissato, mediante adesivo siliconico, il materiale scelto per la prova.
Per ridurre la tendenza del flusso a divenire un moto di filtrazione al di sotto d
disposta all’interno del canale sperimentale, sono state inserite in corrispondenza dei bordi delle rampe delle guarnizioni adesive in materiale elastico a celle chiuse e uno strato di stucco idrofobo. Questo accorgimento ha fatto sì che anche durante il deflusso delle piccole portate il flusso mantenesse sulla superficie della rampa un minimo tirante idrico.
Inoltre per evitare che la sottospinta, dovuta inevitabilmente alla p
rampa, provochi un innalzamento della rampa stessa con conseguente variazione dei parametri geometrici che caratterizzano la prova, si sono inseriti due piatti in acciaio fissati con dei morsetti alle pareti del canale che permettono di fissare la rampa evitando gli spostamenti verticali dell’estremo libero.
3.2 MODELLO 2
MODELLO 2 è costituito da un canale in vetro di lunghezza 6 m, altezza 0.5 m e larghezza 0.35
paratoie, una a monte e l’altra a valle del canale; la prima è deputata alla
drata, di dimensioni 1.5 x 1.5 m ed altezza Il
m. Il sitema è realizzato mediante una pompa di sollevamento ed una vasca di calma posizionata al termine del canale.
Sono presenti due
diminuzione della turbolenza del getto in immissione nel canale stesso, la seconda per la regolazione del profilo liquido lungo il tratto di studio.
Al termine del canale è presente una vasca di calma qua 1m.
Figura.3.2.1 Vista della vasca di calma al termine del MODELLO
a tubazione addut di calma, dove è
ne terminale è posizionato un
e a raggiungere portate liquide fino a 30 l/s, L trice, in PVC con diametro 80mm, attinge dalla vasca
posizionato anche l’idrometro per la misura della portata defluente. Per evitare errori nella misura del livello idrico all’interno del casso setto microforato per la dissipazione della turbolenza.
La pompa installata ha una potenza di 7.5 KW e riesc con una prevalenza di 24 m.
3.3 Modalità di esecuzione delle prove
riferimento al MODELLO 1, la generica prova aveva inizio con il rilevamento del fondo mobile
Fi
’avvio del deflusso è stata la fase successiva a quella di rilievo del fondo mobile iniziale. La scelta
stituente il fondo mobile In
a secco, opportunamente livellato in maniera da non creare discontinuità del profilo altimetrico nel passaggio rampa-fondo mobile. Le sezioni di misura in senso longitudinale sono state scelte a distanza media di 10-15 cm l’una dall’altra (più fitte nella zona al piede della rampa, interessata dallo scavo). Trasversalmente sono stati sufficienti tre punti di rilievo scelti in maniera simmetrica rispetto alla mezzeria. In questo modo è stato possibile avere un rilievo abbastanza fedele del fondo mobile. I dati rilevati sono stati quindi mediati ( con media pesata sulle relative aree di competenza) prima trasversalmente, poi fra le diverse sezioni longitudinali, in modo da ottenere un unico valore della quota del fondo mobile su tutto il bacino di dissipazione. La scelta delle aree di competenza relative ai punti di misura erano imposte come spiegato di seguito.
Con il coordinatometro di cui è stato dotato il
d p unto misura c b a
MODELLO 1 le sezioni di misura erano fissate come in figura. Ai punti di misura venivano affidate le relative aree di competenza (larghezze a,b,c,d), variabili da caso a caso e pari all’interasse baricentrico delle strisce a lato.
gura 3.3.1 Modalità di rilevamento della sezione trasversale
L
della portata è stata mirata in modo da ottenere per prima cosa il range di portata all’interno del quale effettuare esperienze più approfondite. Sono state quindi eseguite alcune prove di tentativo per individuare la portata minima, corrispondente all’inizio di perturbazione del fondo mobile, e quella massima, relativa al raggiungimento della condizione di Trasporto. Ovviamente questa fase preliminare di individuazione del range utile di portata rimaneva valida fino a che non venivano variati i seguenti parametri:
1) il tipo di materiale co 2) la pendenza della rampa 3) la scabrezza della rampa
Un i di portata, ne sono stati scelti ed indagati alcuni valori intermedi.
tilizzata. Con
n 5 punti, sempre disposti simmetricamente
edere al rilievo del profilo liquido nel bacino di dissipazione è stato necessario
quido nella zona del fondo mobile le sezioni longitudinali e trasversali erano
si passava al rilievo del profilo di scavo mobile in a volta rilevati i valori estrem
La generica prova iniziava quindi con una portata molto bassa che veniva gradualmente aumentata fino a raggiungere il valore prescelto per la prova. Se ne stabiliva il valore esatto mediante la lettura all’idrometro e la conoscenza della relativa scala di deflusso. Durante l’evoluzione del fenomeno di scavo si è proceduto al rilievo del profilo liquido e del fondo fisso sulla rampa. Ogni punto di misura era oggetto cioè del rilievo del livello idrico e di quello del fondo della rampa. Questo metodo di misura si è ritenuto necessario per scongiurare errori di misura anche grossolani riguardanti il fondo fisso della rampa, che si sollevava inevitabilmente in condizioni bagnate (cioè durante la prova) a causa della sottospinta dell’acqua rispetto alle condizioni asciutte.
L’interasse fra le sezioni di misura è risultato variabile in relazione al tipo di rampa u
la rampa più scabra, denominata r1, l’interasse di misura longitudinale è minore di quello utilizzato
con la rampa più liscia (denominata r3). Con la prima infatti si otteneva un getto molto più
turbolento e perturbato rispetto alla seconda. In corrispondenza del piede della rampa le sezioni di misura sono state poi infittite per il calcolo dell’altezza della vena liquida h1, che sarà il più
importante parametro di adimensionalizzazione usato. Trasversalmente è stato eseguito il rilievo del profilo i
rispetto alla mezzeria. Si è così stati in grado di considerare anche eventuali difetti di orizzontalità della rampa.
Prima di proc
attendere un sufficiente lasso di tempo affinchè il profilo di scavo si stabilizzasse. I tempi di attesa sono stati molto variabili, principalmente in funzione della portata e della pendenza della rampa. I tempi più lunghi hanno riguardato le alte portate con le elevate pendenze. Mediamente lo scavo raggiungeva la sua configurazione stabile in circa 20-25 min. Le prove più lunghe sono durate anche più di 45 min.
Rilevando il profilo li
scelte sul momento in maniera da ottimizzare il lavoro di rilievo con le varie configurazioni liquide verificatesi. Molto importante è stato anche il rilevamento del livello idrico nella zona terminale del modello, a valle del risalto, per la ricerca dell’altezza di moto uniforme h0, che agisce nel parametro
adimensonale T (capitolo 5). In tale sezione, trasversalmente, si sono eseguite da 3 a 5 misure, sempre disposte simmetricamente alla mezzeria.
Una volta terminato il rilievo del profilo liquido,
condizioni asciutte, interrompendo quindi l’alimentazione della pompa ed attendendo che il modello si vuotasse. Le sezioni di misura sono state infittite laddove laddove la configurazione dello scavo
variava più rapidamente. In direzione trasversale è stato adottato lo stesso principio. Al minimo sono stati utilizzati tre punti di misura.
Per il resto ci si riferisce a quanto detto sopra. Come ulteriore accorgimento sulla punta dell’idrometro è stato montato un cilindretto in materiale plastico, del diametro di 5 mm, che permetteva di avere una lettura mediata e di evitare che la punta penetrasse il materiale di fondo mobile.
Le modalità di esecuzione delle esperienze nel caso del MODELLO 2 sono state del tutto analoghe a quelle indicate in precedenza. Unico accorgimento nella conduzione delle prove è stata la regolazione della paratoia di valle, in quanto il salto di fondo presente al termine del bacino di dissipazione provocava un profilo di chiamata che perturbava il profilo liquido anche nella zona di studio. Per questo si è agito sulla paratoia abbassandola fino a che non era ristabilito il corretto andamento del gorgo.
