L’idrodinamica del Ponte di Mezzo in Pisa
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CONTENUTO TESI DI LAUREA MAGISTRALE
Il seguente lavoro nasce da un’idea dell’Ing. Enzo Buffoni, ispirato ad uno studio eseguito nel passato presso il Dipartimento di Ingegneria Idraulica a Pisa. Lo studio in questione, fu condotto sul modello fisico del Ponte di Mezzo (Pisa), eseguito dopo la distruzione del vecchio ponte durante la Seconda Guerra Mondiale. L’indagine verteva sulla validità del progetto di massima del nuovo Ponte di Mezzo, e fu operata dal Prof. Corrado Ruggiero. Essa avrebbe dovuto tener conto di aspetti di carattere estetico e paesaggistico ma soprattutto idraulici, nel tentativo di rendere compatibili i profili di rigurgito dell’Arno in Pisa durante il deflusso di piene eccezionali.
Come è possibile implementare l’indagine delle correnti a superficie libera nell’Ingegneria Idraulica mediante codici fluidodinamici?
E’ possibile fornire indicazioni valide ed estendibili ad analisi future, per indagare correttamente le correnti a pelo libero mediante modelli numerici?
Le presenti domande sono state le linee guida del lavoro in oggetto. Infatti, lo scopo del presente lavoro di Tesi di Laurea Magistrale è quello di indagare il comportamento idrodinamico del Ponte di Mezzo in Pisa durante il deflusso di due valori di portata di piena del Fiume Arno. Tentando inoltre, di fornire indicazioni utili per il settaggio e la corretta impostazione, di indagini future riguardo problematiche simili nel campo delle correnti a pelo libero.
Le portate indagate, al cui deflusso è stato sottoposta la struttura, sono state pari a 2036mc/s ed 1800mc/s. Le portate di 2036 e 1800 mc/s sono state scelte, la prima perché è la massima portata che si era mai registrata in Pisa al tempo dello studio del Prof. Ruggiero e la seconda perché attualmente è prossima al massimo valore di portata che è accettato scorrere nel tratto cittadino di Pisa.
I modelli numerici realizzati, interessano un tratto del Fiume Arno con estensione di circa 600m a cavallo del Ponte di Mezzo, del quale erano a disposizione le sezioni trasversali rilevate topograficamente. Sono descritte le fasi ed i software utilizzati per la determinazione dei profili di rigurgito nel caso delle portate sopradette, sotto l’ipotesi di moto permanente e gradualmente variato nello spazio. L’approccio utilizzato per l’indagine idrodinamica è la modellazione numerica sviluppata mediante codice di calcolo fluidodinamico commerciale.
L’idrodinamica del Ponte di Mezzo in Pisa
7 Sono descritte nel dettaglio le fasi di pre-processing, dalla restituzione geometrica del corso d’acqua con software CAD alla suddivisione spaziale del dominio di calcolo in volumi elementari mediante software di meshing; sono inoltre illustrati i settaggi del codice fluidodinamico per ogni analisi eseguita e le tecniche utilizzate per la visualizzazione dei risultati.
Sono stati elaborati due diversi modelli numerici, per poterne confrontare le differenze e valutarne la bontà: il primo prevede un dominio fluido mono-fase (sola acqua) mentre il secondo simula l’interazione acqua-aria all’interno di un dominio bi-fase. Per ogni studio sono stati presi in considerazione i principali fattori che hanno influenza sulla qualità del risultato, come i vari modelli di turbolenza, la dipendenza dal tempo, gli schemi di discretizzazione spaziale e temporale, la fedeltà della geometria e la sua suddivisione in volumi elementari. Sono stati analizzati e messi a confronto, i principali parametri di interesse idrodinamico come il campo di velocità, i livelli idrici e l’evoluzione del pelo libero nello spazio e nel tempo, la viscosità turbolenta, le vorticità, i tassi di dissipazione energetica, i coefficienti di resistenza idrodinamici e le pressioni sui corpi immersi ecc.
L’idrodinamica del Ponte di Mezzo in Pisa
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CONTENT OF MASTER DEGREE THESIS
The thesis is inspired by a study performed in the past at the Department of Hydraulic Engineering in Pisa. That study was conducted on the physical model of the “di Mezzo”
bridge in Pisa, made after that the old bridge was bombed during the Second World War. The inquiry into the validity of the new “di Mezzo” bridge was performed by Prof. Corrado Ruggiero, in an attempt to define free-surface levels of the river Arno in Pisa, during the flow of exceptional floods.
The purpose of this dissertation is to investigate the hydrodynamics of the “di Mezzo” bridge during two river Arno full flows. Trying to provide guidance for the correct setting for future investigations regarding similar issues in the field of Hydraulic Engineering.
The flow rates investigated, was 2036mc/s and 1800mc/s. The first flow rate is chosen because is the maximum that was ever recorded in Pisa at the time of Prof. Ruggiero, and the second because it is currently close to maximum capacity value that is accepted flow in Pisa.
It's been studying a stretch of the River Arno extending approximately 600m through the bridge, also describing the steps and the software used for the determination of the profiles of regurgitation in the case of flow rates given above.
The approach used is a hydrodynamic numerical model, developed using commercial computational fluid dynamics code. The stages of pre-processing are described, like the geometric return of the river with CAD software and the meshing of the domain.
Two different numerical models have been developed, in order to compare the differences and to evaluate their goodness: the first model involved a single-phase flow (water), the second simulated the water-air interaction by a multiphase model. Main factors that influence the quality of the results have been considered, like turbulence model, the time dependence, the patterns of spatial and temporal discretization. The main parameters of interest were analyzed, such as the hydrodynamic velocity range, the free-surface levels and the temporal and spatial dependence of the free surface, the turbulent viscosity, the vorticity, the dynamic and static pressures acting on the bridge, etc.
