Accumuli arborei sulle pile dei ponti fluviali : analisi della porosità interna e dei coefficienti di drag

The accumulation of large tree debris on the bridge piers is recognized as one of the most critical phenomena for the stability of these infrastructures. These involve the modification of the natural flow of the current and generate an increase in the water level upstream by increasing the horizontal loads on the structures. The flow conditions thus modified also generate high erosion at the foot of the pylons. In this paper, attention was focused on the additional horizontal loads, due to the accumulation of tree debris on the bridge piers. An experimental campaign of 110 tests was carried out at the Fantoli Hydraulics laboratory of the Politecnico di Milano, to estimate the drag coefficients associated with random clusters of tree debris formed on an obstacle placed in the center of a hydraulic channel. The variability of the same coefficients was studied as a function of the characteristics of the accumulations and the current in which they are immersed. A methodology has been devised to calculate, in addition to the classic characteristics (size, shape, frontal area), also the internal porosity of the accumulations of debris, as no literature study has ever investigated this aspect. The results showed that the drag coefficient generally increases as the current Froude number and blockage ratio increase. It was found that the value of the internal porosity depends exclusively on the type of debris of which the mass is formed and not on the characteristics of the current. In general, a slight decrease in the drag coefficient was noted as the internal porosity of the accumulations increased.

L’accumulo di detriti arborei di grandi dimensioni sulle pile dei ponti è ormai riconosciuto come uno dei fenomeni maggiormente critici per la stabilità di queste infrastrutture. Questi comportano la modifica del naturale flusso della corrente e generano un aumento del livello d’acqua a monte incrementando i carichi sulle strutture. Le condizioni di flusso così modificate generano, inoltre, un’elevata erosione al piede dei piloni. In questo elaborato si è focalizzata l’attenzione sui carichi orizzontali aggiuntivi, dovuti all’accumulo di detriti arborei sulle pile dei ponti. È stata condotta una campagna sperimentale di 110 prove presso il laboratorio di Idraulica Fantoli del Politecnico di Milano, per stimare i coefficienti di drag associati ad ammassi casuali di detriti arborei formatisi su un ostacolo posto al centro di una canaletta idraulica. È stata studiata la variabilità dei coefficienti in funzione delle caratteristiche degli accumuli e della corrente in cui sono immersi. È stata, inoltre, ideata una metodologia per calcolare, oltre alle classiche caratteristiche (dimensioni, forma, area frontale), anche la porosità interna degli accumuli di detriti, in quanto nessuno studio di letteratura ha mai approfondito questo aspetto. I risultati hanno mostrato che il coefficiente di drag aumenta generalmente all’aumentare del numero di Froude della corrente e del blockage ratio. Si è riscontrato che il valore della porosità interna dipende esclusivamente dalla tipologia di detriti di cui è formato l’ammasso e non dalle caratteristiche della corrente. In generale, è stata notata una leggera diminuzione del coefficiente di drag all’aumentare della porosità interna degli accumuli.