Accumulo di detriti arborei e spinta sugli impalcati dei ponti

This thesis is part of a larger project addressing the formation of driftwood accumulations at river bridges during flood events and their consequences. Specifically, this thesis analyzes the case of a bridge consisting of a single rectangular deck, without piers, located on a narrow canal; this configuration is very common in the densely urbanized area around Milan, but it has not been explored in-depth in the literature. The study reproduces the phenomenon at laboratory scale using a hydraulic channel. The experiments are continuously recorded using five cameras, and the relevant data are later obtained through an image processing technique applied to the frames extracted from the videos. Two new methods are proposed to estimate the driftwood flow rate, as well as the volume arriving from upstream and leaving the bridge downstream, in order to assess the volume of material accumulated at the bridge. The experimental campaign was conducted with the deck partially submerged and consisted of seven tests. These tests evaluate the influence of various parameters, including the length of driftwood and its flow rate, on the debris accumulation creating near the bridge, on backwater rise upstream of the bridge, and on the force acting on the bridge, measured using a dynamometer. The experimental results are compared, where possible, with those of a previous thesis to verify their repeatability. It is found that the backwater rise and the force depend both on the presence of the bridge, which obstructed the flow of the current, and on the formation of the driftwood accumulation. Moreover, two estimates of the drag coefficient exerted by the current on the upstream accumulation are presented, considering two different reference areas. Finally, the thesis discusses potential improvements to the experimental procedure, suggesting directions for future campaigns. Future perspectives include the analysis of additional parameters, such as the variation of the geometric characteristics of the bridge and the introduction of branched driftwood, as well as the extension of the study to the case of pier bridges.

Il presente elaborato si inserisce come parte di un progetto più ampio che affronta la formazione di accumuli di detriti arborei in corrispondenza dei ponti fluviali durante gli eventi alluvionali e le relative conseguenze. In particolare, questa tesi analizza il caso di ponte formato da solo impalcato rettangolare, senza pile, installato su canale stretto; tale configurazione è molto comune nell’area densamente urbanizzata attorno a Milano, ma ancora poco approfondita in letteratura. Lo studio riproduce il fenomeno in scala in laboratorio tramite l'uso di una canaletta idraulica. Si registrano gli esperimenti in continuo mediante cinque fotocamere, e successivamente si ricavano i dati di interesse tramite un processo di elaborazione delle immagini estratte dai video. Vengono proposti due nuovi metodi per stimare la portata di alimentazione dei detriti, nonché il volume che giunge da monte e lascia il ponte a valle, in modo da valutare il volume del materiale fermo al ponte. La campagna sperimentale è condotta considerando l'impalcato parzialmente sommerso ed è composta da sette prove, dalle quali si valutano l'influenza di vari parametri, tra cui la lunghezza dei detriti arborei e la loro portata di alimentazione, sull'accumulo di detriti che si forma nei pressi del ponte, sul rigurgito della corrente a monte del ponte, e sulla forza agente su quest'ultimo misurata grazie all'installazione di un dinamometro. I risultati sperimentali sono confrontati, per quanto possibile, con quelli di una precedente tesi per verificarne la ripetibilità. Emerge come il rigurgito e la forza dipendano sia dalla presenza del ponte, che ostacola il passaggio della corrente, sia dalla formazione dell'accumulo di detriti. Inoltre, vengono mostrate due stime del coefficiente di drag dato dalla corrente sull'accumulo di monte, considerando due aree di riferimento diverse. Infine, la tesi discute i possibili miglioramenti della procedura sperimentale, suggerendo come proseguire nelle future campagne. Esse includono l'analisi di parametri aggiuntivi, come la variazione delle caratteristiche geometriche del ponte e l'introduzione di detriti con ramificazioni, nonché l'estensione dello studio al caso di ponti con pile.