ANALISI SPERIMENTALE DELL’ONDA DI DAM BREAK SU SUPERFICI LISCE E VEGETATE = EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THE DAM-BREAK WAVE ON SMOOTH AND VEGETATED SURFACES

La determinazione del comportamento dell’onda dovuta al collasso improvviso del corpo diga (onda di dam break) è tutt’oggi un argomento di ancor non facile soluzione, in quanto il carattere tridimensionale e variabile nel tempo, unito a forti curvature del flusso nel tratto inziale, comporta notevoli difficoltà nell’individuazione di soluzioni analitiche e numeriche adeguate. È tuttavia necessario ottenere una descrizione quantitativa diffusa e non puntuale del fenomeno, al fine di poter effettuare precise analisi del rischio idraulico concernente l’allagamento delle zone a valle. In questa direzione si orienta il progetto RISBA (metodi speditivi per la mappatura delle aree vulnerabili per onde dovute a rottura di sbarramenti, Poggi D., Cordero S., Dieudonné S., 2015), per la cui compilazione occorre conoscere i campi di altezze e velocità dell’onda, oltreché velocità e tempi di propagazione del suo fronte. La tesi qui descritta prende le mosse da queste premesse. L’obiettivo principale è investigare il fenomeno sul piano sperimentale, creando un modello idraulico e testando l’efficacia di una metodologia di acquisizione dati basata sullo studio di immagini. Allo stesso tempo, viene fornita la relativa descrizione quantitativa preliminare (avanzamento del fronte, ripetibilità dell’esperimento, campo di altezze). La tipologia di sbarramenti studiata comprende piccoli invasi artificiali (carico totale di circa 10 m) posizionati in zona pedemontana: l’onda che si va a creare ha dunque carattere tridimensionale e non solo bidimensionale, come usuale in valli incise. Tale condizione viene simulata nel modello con un serbatoio di monte largo 1.5 m, un piano di valle largo 3 m, ed una breccia di soli 0.03 m. Se la simulazione del collasso è ancora in uno stadio idealizzato (breccia rettangolare stretta, non variabile nel tempo, con apertura istantanea), la zona allagabile viene invece descritta secondo cinque differenti configurazioni di scabrezza: una con piano liscio, altre quattro con macroscabrezze distribuite uniformemente secondo differenti geometrie, al fine di simulare diverse densità di vegetazione. I dati sperimentali vengono acquisiti da una high-speed camera professionale, che permette di ottenere buone risoluzioni (circa 1 mm2 /pixel) unitamente ad un alto frame rate (41 Hz). La sensibilità della camera è tale da poter ottenere immagini in scala di grigi a 16 bit. L’aggiunta del colorante E124 all’acqua permette non solo di individuare più chiaramente fronte e increspature dell’onda, ma anche di poter descrivere il campo di altezze facendo ricorso alle relazioni che intercorrono tra l’intensità luminosa e lo spessore dell’acqua nel generico punto in esame. A tale scopo si fa riferimento alla legge di Lambert Beer, la cui costante viene tarata basandosi anche su misure di spettrometria nel campo del visibile. Una volta ottenuto il campo di altezze, è possibile determinare il volume dell’onda istante per istante: esso viene confrontato con i dati acquisiti nel serbatoio di monte da sonde a ultrasuoni con elevata frequenza di acquisizione. La ripetibilità dell’esperimento viene investigata tramite lo studio dell’avanzamento del fronte tra le varie prove. Con riferimento alle macroscabrezze prima citate, viene valutato il loro effetto rispetto alla condizione di fondo liscio sia per quanto riguarda l’avanzamento del fronte, sia per il campo di altezze.