Analisi dei coefficienti di drag per accumuli di detriti arborei sui ponti fluviali

The accumulation of wood debris jam at bridges located along rivers can induce numerous consequences on the structure and on the flow regime of the river. This study focuses on the development of additional hydrodynamic forces on the structure due to the presence of a debris jam. The assessment of these forces in a design approach or during the verification of the hydraulic vulnerability of bridges requires knowledge of the resistance coefficient to be associated with the characteristics of the accumulation. The paper presents the results of an experimental model developed to evaluate the variability of the resistance coefficient according to the characteristics of the accumulation and to the hydraulic variables representing the phenomenon. The variation of the water levels has also been analysed in addition to the evaluation of the hydrodynamic forces generated by the debris jam. The study also proposes a method of investigation of the debris jam characteristics through the analysis of satellite images. The drag coefficient, with a fixed obstacle shape, increases when the Froude number and the blocking ratio increase. The porosity and the submergence of the obstacle play a significant role in the variability of the resistance coefficient because they produce an increase in the blocking ratio. The separation of the hydrostatic component, related to the variations of free surface, from the experimental drag force obtained by laboratory tests leads to an estimate of the drag coefficient for each of the debris models used in the experimental campaign, a drag coefficient that is mainly function of the type of obstacle.

Il fenomeno di accumulo di detriti arborei flottanti a ridosso dei ponti di attraversamento fluviale può avere numerose conseguenze sulla struttura e sul regime della corrente all’interno del corso d’acqua. Questo elaborato si concentra sullo sviluppo di forze idrodinamiche aggiuntive sulla struttura causate dalla presenza dell’accumulo di detriti. La valutazione di tali forze in un approccio di progetto o di verifica della vulnerabilità idraulica dei ponti richiede la conoscenza del coefficiente di drag da associare alle caratteristiche dell’accumulo. Nell’elaborato vengono presentati i risultati di una modellazione sperimentale del fenomeno progettata per valutare la variabilità del coefficiente di drag in funzione delle caratteristiche dell’accumulo e delle variabili idrauliche che caratterizzano il fenomeno. Oltre alle forze generate dall’accumulo è stata valutata anche la variazione del pelo libero indotta dalla sua presenza. Viene inoltre proposto un metodo di indagine per studiare le caratteristiche degli accumuli attraverso l’analisi di immagini satellitari. Il coefficiente di drag, a parità di forma dell’ostacolo, aumenta all’aumentare del numero di Froude della corrente e del blockage ratio. La porosità e la sommergenza dell’ostacolo ricoprono un ruolo significativo nella variabilità del coefficiente di drag in quanto provocano un aumento del blockage ratio. La separazione della componente idrostatica causata dalle variazioni di pelo libero dalla forza di drag sperimentale ottenuta dalle prove di laboratorio permette di ottenere, inoltre, una stima del coefficiente di drag dei modelli di detriti utilizzati nella campagna sperimentale che risulta dipendente principalmente dalla tipologia di ostacolo.