• plunge pool scour
• Scavi a valle di sfioratori
• strutture protettive di bacini

Il fenomeno erosivo dipende dalle caratteristiche del getto, dal livello liquido e dal tipo di materiale di fondo esaminato. Il presente studio ha come obiettivo quello di prevedere le caratteristiche geometriche dello scavo prima che esso si manifesti.
Viene analizzata la zona di scavo al fine di definire una disposizione di opere trasversali che riescano a mitigare la massima profondità, la lunghezza e il volume di scavo.
Lo scavo a valle di un’opera idraulica può provocare lo scalzamento delle sue fondazioni o in alcuni casi instabilizzare l’intera opera. Pertanto di rilevante importanza risulta essere l’approfondimento di tematiche mirate alla protezione e messa in sicurezza di strutture affette da tali problematiche.
Appare chiaro come questo fenomeno si manifesti solo nel caso di getti le cui caratteristiche di portata e di velocità siano notevoli. Pertanto il fenomeno erosivo assume un' importanza rilevante negli scaricatori di grandi opere idrauliche come le dighe.
Il plunge pool scour risulta quindi essere un fenomeno che genera un significativo rischio per la stabilità delle opere idrauliche, che è stato oggetto di importanti ricerche negli ultimi anni.
Pochi studi sono stati condotti però su scavi in presenza di strutture, tra questi Rajaratnam e Aderibidge (1993) hanno proposto un metodo per ridurre lo scavo con strutture protettive.
Nella presente tesi viene effettuato uno studio sperimentale sul funzionamento di opere trasversali poste a valle di scaricatori.
In particolare attraverso lo studio di una serie di prove di laboratorio eseguite su di un modello sperimentale creato appositamente, usufruendo anche di altri dati acquisiti su un modello simile, vengono descritti i fenomeni caratterizzanti l’impatto del getto con un fondo composto da materiale non coesivo.
In particolare l’obiettivo della seguente ricerca è riuscire a descrivere in maniera qualitativa il funzionamento di queste strutture permeabili ed impermeabili al variare della loro posizione longitudinale e verticale, delle portate del getto, dell’inclinazione del getto, dei tiranti liquidi, dell’indice dei vuoti delle strutture e degli altri parametri caratteristici, e di riuscire a trovare delle equazioni e delle funzioni con cui prevedere la profondità massima, la lunghezza massima e il volume di scavo.
Il modello per lo studio dello scavo a valle degli scaricatori delle dighe, è stato inserito in un canale artificiale a circuito chiuso nel laboratorio di idraulica, del dipartimento di ingegneria civile dell’Università di Pisa.
Per differenziare le strutture è stato utilizzato il valore dell’indice dei vuoti (definito come il rapporto tra l’area dei vuoti e quella della superficie totale) che risulta essere un fattore di notevole importanza nella descrizione del diverso comportamento per uguali condizioni nelle prove eseguite.
Si è proceduto ad una standardizzazione delle prove eseguendo, inizialmente, per ogni serie di test con le varie combinazioni diverse di tailwater (Tw), portata (Q) e angolo di impatto (α), una prova base senza setti, dalla quale ricavare la massima profondità di scavo (zm) e la lunghezza longitudinale di scavo (lo) in condizioni base.
Tali lunghezze caratteristiche permettono di costruire una griglia, utilizzata per la posizione spaziale assoluta delle strutture da inserire nel canale nelle diverse prove eseguite in successione.
La griglia di controllo consente di confrontare il funzionamento di diversi setti nei vari punti di analisi.
Attraverso l'osservazione diretta del fenomeno e l'analisi delle prove dove si sono analizzate le strutture con diverse permeabilità [0%(impermeabile), 54%, 66,8%, 70% e 100%(NS)] nelle diverse posizioni longitudinali (lo/2, 3/4lo, lo) e verticali (-zm/3, 0 e zm/3) si è notato come i profili di scavo che ha il getto impattando su una struttura interposta siano essenzialmente di 4 diversi (Type 0, Type A, Type B1 e B2)
I parametri che si sono fatti variare per studiare lo scavo sono:
l’angolo di inclinazione del getto;
la portata del getto;
il tailwater (ho/D);
Lo studio del comportamento si è basato soprattutto su tre posizioni longitudinali risultate più interessanti (Lo/2, 3/4Lo, Lo) e su due strutture, una permeabile (S) e una impermeabile al getto (SG10).
In conclusione alla fine di questo studio, sono state trovate varie equazioni e funzioni in grado di prevedere:
- la profondità massima di scavo in presenza di strutture
- la lunghezza massima di scavo in presenza ed in assenza di strutture
- il volume di scavo in condizione dinamica per differenti angoli di inclinazione del getto
Si è osservato dalle prove che la struttura che si comporta meglio in termini di diminuzione della profondità, della lunghezza e del volume di scavo è la SG10.
Se posizionata in maniera ottimale può ridurre la lunghezza e la profondità di scavo in maniera considerevole (rispettivamente più del 50% e del 30%). L’effetto della porosità della struttura è fondamentale in quanto permette il passaggio del getto d’acqua contribuendo a dissipare energia. Le strutture permeabili funzionano come dei filtri nei confronti dell’energia, determinando una diminuzione dello scavo
E’ stato invece osservato che rispetto alle prove base, i test eseguiti con strutture S danno quasi sempre risultati peggiorativi in termini di profondità di scavo.