ETD

• dune
• escavazione
• live bed
• local scour
• solid transport
• sperimentale

The presence of river crossings induces profound changes in local channel morphology, triggering erosion phenomena that can compromise the structural stability of the infrastructure. This thesis aims to analyze and verify the complex kinematic and dynamic relationships between flow rate, bedload sediment transport, the submergence degree of the structures, and the temporal evolution of scour at bridge piers.

The investigation was carried out experimentally using a scaled physical model, consisting of a 7-meter-long hydraulic flume located at the Hydraulics Laboratory of the University of Pisa. The experimental campaign allowed for the simulation of real live-bed conditions and was structured by performing a series of targeted tests. Within these tests, the following hydraulic and geometric parameters were systematically varied: the sediment feed rate, the tailwater depth, and the positioning of different man-made structures and structural configurations applied to the piers.

For each tested configuration, a data collection and processing campaign was performed, focusing on the continuous monitoring of the local scour profile at the base of the pier. The quantitative analysis of the collected data allowed for the evaluation of the effectiveness of the various structures in mitigating the erosive action of the current. By comparing these results, it was possible to obtain useful engineering insights for controlling a hydraulic phenomenon critical to the safety of the superstructures.

La presenza di attraversamenti fluviali in alveo induce profonde modificazioni sulla morfologia fluviale locale, innescando fenomeni di erosione che possono compromettere la stabilità strutturale delle opere d'arte. Il presente lavoro di tesi si propone l'obiettivo di analizzare e verificare le complesse relazioni cinematiche e dinamiche che intercorrono tra la portata fluida, il trasporto solido di fondo, il grado di sommergenza delle strutture e l'evoluzione temporale dello scavo alla base delle pile dei ponti.

L'indagine è stata condotta per via sperimentale attraverso l'utilizzo di un modello fisico in scala, costituito da un canale idraulico lungo circa 7 metri, situato presso il laboratorio della sezione di Idraulica dell'Università di Pisa. La campagna sperimentale ha permesso di simulare lo scenario reale di live-bed ed è stata strutturata eseguendo una serie di prove mirate, all'interno delle quali sono stati variati sistematicamente i seguenti parametri idraulici e geometrici: il tasso di alimentazione del trasporto solido, l'altezza della coda d'acqua (battente idrico) e il posizionamento di differenti manufatti e configurazioni strutturali applicati alle pile.

Per ciascuna configurazione testata, è stata effettuata una campagna di raccolta ed elaborazione dati focalizzata sul monitoraggio continuo del profilo di escavazione locale ai piedi della pila. L'analisi quantitativa dei risultati ottenuti ha permesso di valutare l'efficacia dei diversi manufatti nel mitigare l'azione erosiva della corrente e, confrontando i suddetti risultati, è stato possibile ottenere utili indicazioni ingegneristiche per il controllo di un fenomeno idraulico critico per la sicurezza delle sovrastrutture.