Formazione dell’onda di dam-break bidimensionale: studio sperimentale con macro particelle neutre = Two-dimensional dam-break wave: experimental study with neutral macro particles

Il crollo di una diga, noto anche come dam-break, può provocare il rilascio di ingenti quantità di acqua con la conseguente propagazione di un’onda di traslazione verso valle causando enormi danni al territorio e alle vite umane. Il rischio legato al verificarsi di un dam-break è funzione delle caratteristiche dell'onda di piena e delle sue modalità di propagazione, le quali dipendono dalle caratteristiche della diga, come il materiale e la geometria del paramento di monte, e dal territorio a valle della stessa. La propagazione dell'onda di dam-break è un fenomeno attivamente studiato dalla comunità scientifica e la letteratura include differenti definizioni e analisi di modelli teorici, numerici o fisici. L'obiettivo della tesi è valutare il campo delle velocità del flusso di piena mediante uno studio sperimentale bidimensionale. A tal scopo, sono state effettuate delle simulazioni di dam-break in un ambiente controllato costituito da un canale artificiale presente nel laboratorio di Idraulica Giorgio Bidone del DIATI. Per simulare la diga, il canale è stato dotato di un’apposita paratoia in legno collegata ad un pistone ad aria compressa che ne permette l’istantaneo sollevamento. Le simulazioni sono state riprese in tempo reale mediante una videocamera con risoluzione 4K posta al lato del canale. I video risultanti, a seguito di un’opportuna calibrazione della videocamera, sono stati processati in modo da poter lavorare in campo metrico. Successivamente, è stata valutata la velocità dell’onda di piena mediante la tecnica denominata PTV (Particle Tracking Velocimetry). Questa tecnica prevede che la velocità venga ricavata dallo spostamento delle particelle in un fluido in movimento durante un determinato intervallo di tempo mediante algoritmi di cross-correlation. Nel caso in esame, i traccianti utilizzati sono macro particelle di densità prossima a quella dell’acqua. Le macro sfere utilizzate sono state scelte tra particelle di diverso materiale e dimensioni dopo opportuna classificazione. La classificazione è stata eseguita mediante una bilancia di precisione per misurare il peso e un calibro elettronico per la stima dei diametri. È stata fatta una caratterizzazione statistica dei dati ottenuti al fine di scegliere le sfere da utilizzare come traccianti.