Il costante incremento della popolazione nelle aree urbane e gli effetti potenziali dei cambiamenti climatici rendono il tema del rischio idraulico in ambiente urbano di cruciale importanza in termini di danni potenziali ai beni materiali e incolumità delle persone. I veicoli sono generalmente considerati uno dei fattori che maggiormente aggravano il rischio in caso di alluvione in ambiente urbano. Mentre da un lato essi interagiscono con la propagazione della piena modificando localmente i parametri della corrente o causando ostruzioni al flusso, dall’altro sono indirettamente responsabili di molte fatalità. Secondo alcuni studi infatti la prima causa di mortalità per annegamento è legata ai veicoli e questo spinge ad approfondire quali siano le condizioni in cui i veicoli diventano instabili e quindi pericolosi per le persone e le infrastrutture. Nell’ottica di ridurre l’incertezza nella stima delle caratteristiche dell’inondazione e del rischio si propone uno studio preliminare sulle condizioni di moto incipiente dei veicoli. L’approccio proposto consiste in un modello numerico tridimensionale che sia capace di chiarire le condizioni che favoriscono l’occorrenza del moto e l’interazione tra la corrente e i veicoli. Tale modello si basa su alcuni dati sperimentali disponibili in letteratura. Per questo studio preliminare si utilizza l’approccio tradizionale tipicamente utilizzato per lo studio delle condizioni di moto incipiente dei sedimenti fluviali adattato per le specifiche caratteristiche geometriche dei veicoli. In particolare le principali differenze tra il comportamento di un veicolo e un sedimento sono il peso specifico, la distribuzione del peso, la posizione rispetto al fondo. Assumendo pendenza del fondo nulla e considerando l’inizio del moto per scivolamento la condizione di equilibrio si ha quando la forza di attrito è bilanciata dalla forza di trascinamento della corrente. L’analisi dimensionale dei dati sperimentali esistenti è il primo passo per l’impostazione del modello numerico che ha l’obiettivo di generalizzare i dati empirici. I grafici adimensionali derivanti dallo studio dei dati sperimentali evidenziano una differenza significativa tra i veicoli con densità minore e maggiore (riempiti di acqua) di quella dell’acqua. Entrambi i comportamenti sono realistici e si riferiscono rispettivamente a condizioni iniziali dell’inondazione, dove si può assumere che il veicolo non si riempia istantaneamente, e successivo riempimento. Il modello numerico tridimensionale è realizzato in OpenFOAM e si avvale dell’applicazione snappyHexMesh per la generazione della griglia di calcolo. Tale strumento permette di impostare un livello di dettaglio più elevato in corrispondenza della superficie del veicolo e più grossolano all’aumentare della distanza dal veicolo, consentendo di limitare i tempi di calcolo delle simulazioni. Le simulazioni in moto stazionario mettono in risalto l’effetto della presenza del veicolo sul profilo della corrente, che è interessata da una scia a valle dell’ostacolo. La comprensione del fenomeno del moto permette di aumentare la capacità predittiva di effetti secondari delle alluvioni, quali ostruzioni del flusso o condizioni di trasporto, fornendo un valido supporto alla gestione del rischio idraulico in ambiente urbano.

Sul moto incipiente di autoveicoli investiti da una corrente di piena: confronto tra simulazioni numeriche e dati sperimentali / Chiara Arrighi; Fabio Castelli; Hocine Oumeraci; Juan Carlos Alcèrreca-Huerta. - STAMPA. - (2014), pp. 541-542. (Intervento presentato al convegno XXXIV Convegno Nazionale Idraulica e Costruzioni Idrauliche tenutosi a Bari nel 7-10 settembre 2014).

Sul moto incipiente di autoveicoli investiti da una corrente di piena: confronto tra simulazioni numeriche e dati sperimentali

ARRIGHI, CHIARA;CASTELLI, FABIO;
2014

Abstract

Il costante incremento della popolazione nelle aree urbane e gli effetti potenziali dei cambiamenti climatici rendono il tema del rischio idraulico in ambiente urbano di cruciale importanza in termini di danni potenziali ai beni materiali e incolumità delle persone. I veicoli sono generalmente considerati uno dei fattori che maggiormente aggravano il rischio in caso di alluvione in ambiente urbano. Mentre da un lato essi interagiscono con la propagazione della piena modificando localmente i parametri della corrente o causando ostruzioni al flusso, dall’altro sono indirettamente responsabili di molte fatalità. Secondo alcuni studi infatti la prima causa di mortalità per annegamento è legata ai veicoli e questo spinge ad approfondire quali siano le condizioni in cui i veicoli diventano instabili e quindi pericolosi per le persone e le infrastrutture. Nell’ottica di ridurre l’incertezza nella stima delle caratteristiche dell’inondazione e del rischio si propone uno studio preliminare sulle condizioni di moto incipiente dei veicoli. L’approccio proposto consiste in un modello numerico tridimensionale che sia capace di chiarire le condizioni che favoriscono l’occorrenza del moto e l’interazione tra la corrente e i veicoli. Tale modello si basa su alcuni dati sperimentali disponibili in letteratura. Per questo studio preliminare si utilizza l’approccio tradizionale tipicamente utilizzato per lo studio delle condizioni di moto incipiente dei sedimenti fluviali adattato per le specifiche caratteristiche geometriche dei veicoli. In particolare le principali differenze tra il comportamento di un veicolo e un sedimento sono il peso specifico, la distribuzione del peso, la posizione rispetto al fondo. Assumendo pendenza del fondo nulla e considerando l’inizio del moto per scivolamento la condizione di equilibrio si ha quando la forza di attrito è bilanciata dalla forza di trascinamento della corrente. L’analisi dimensionale dei dati sperimentali esistenti è il primo passo per l’impostazione del modello numerico che ha l’obiettivo di generalizzare i dati empirici. I grafici adimensionali derivanti dallo studio dei dati sperimentali evidenziano una differenza significativa tra i veicoli con densità minore e maggiore (riempiti di acqua) di quella dell’acqua. Entrambi i comportamenti sono realistici e si riferiscono rispettivamente a condizioni iniziali dell’inondazione, dove si può assumere che il veicolo non si riempia istantaneamente, e successivo riempimento. Il modello numerico tridimensionale è realizzato in OpenFOAM e si avvale dell’applicazione snappyHexMesh per la generazione della griglia di calcolo. Tale strumento permette di impostare un livello di dettaglio più elevato in corrispondenza della superficie del veicolo e più grossolano all’aumentare della distanza dal veicolo, consentendo di limitare i tempi di calcolo delle simulazioni. Le simulazioni in moto stazionario mettono in risalto l’effetto della presenza del veicolo sul profilo della corrente, che è interessata da una scia a valle dell’ostacolo. La comprensione del fenomeno del moto permette di aumentare la capacità predittiva di effetti secondari delle alluvioni, quali ostruzioni del flusso o condizioni di trasporto, fornendo un valido supporto alla gestione del rischio idraulico in ambiente urbano.
2014
XXXIV Convegno Nazionale Idraulica e Costruzioni Idrauliche
XXXIV Convegno Nazionale Idraulica e Costruzioni Idrauliche
Bari
Chiara Arrighi; Fabio Castelli; Hocine Oumeraci; Juan Carlos Alcèrreca-Huerta
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