Un approccio numerico allo studio del moto ondoso all'interno di barriere frangiflutti virtuali e della stabilità della mantellata

Abstract

La presente tesi di dottorato intende presentare i risultati della validazione di una procedura numerica innovativa per la simulazione dell'interazione tra il moto ondoso e le barriere frangiflutti emerse. Prima di entrare nel merito di tale procedura si è ritenuto di introdurre il sistema costiero nel suo complesso e le problematiche ad esso correlate che rendono necessario, in talune circostanze, l'impiego di barriere frangiflutti di tipo sommerso o emerso al fine di preservare le fasce costiere stesse dall'attacco diretto del moto ondoso con conseguente erosione del litorale stesso. In questo spirito la presente tesi sarà articolata come segue: · In primo luogo sono presentate le definizioni fondamentali di litorale, di fascia costiera, di porto; vengono inoltre presentati i principali interventi messi in campo per la protezione della costa dall'erosione, nonché dei bacini portuali turistici e commerciali. Tra gli interventi di protezione di maggior impiego, vengono illustrate in modo approfondito alcune tipologie di opere, ovvero le barriere frangiflutti emerse, anche denominate "dighe marittime", poiché su queste ultime è incentrato il lavoro di ricerca svolto nei tre anni di dottorato. · Viene poi illustrato lo stato dell'arte nella modellazione numerica per ciò che attiene l'interazione tra il moto ondoso e le barriere frangiflutti emerse. In particolare è stato possibile osservare, attingendo alla letteratura scientifica di settore, che esistono due approcci numerici distinti rispetto a queste problematiche, il primo, più antico ed ormai quasi totalmente superato, in base al quale la barriera frangiflutti viene assimilata ad una struttura omogenea totalmente impermeabile. Il secondo, di più largo impiego e temporalmente più recente del primo, assimila la struttura ad un sistema multi-strato dotato di un nucleo totalmente impermeabile sul quale poggia uno strato poroso all'interno del quale l'onda frangente sulla struttura può infiltrarsi. Quest'ultimo approccio è denominato in letteratura "Modello di mezzo poroso" ed ha fornito risultati abbastanza attendibili, benché non del tutto soddisfacenti, nel valutare l'interazione tra il moto ondoso e le barriere emerse. In particolare questo approccio necessita della calibrazione dei parametri legati alla porosità del sistema che non sono di semplice ed immediata determinazione. Lo strato poroso che poggia sul nucleo impermeabile, infatti, dovrebbe simulare il comportamento della mantellata esterna della barriera ma, come si avrà modo di dimostrare all'interno del presente elaborato, tale approssimazione mal simula il comportamento reale del fluido all'interno della mantellata stessa, in quanto tutti i fenomeni turbolenti che all'interno di quest'ultima si generano, sono totalmente trascurati utilizzando tale approccio. Viene quindi presentato un modello numerico innovativo, oggetto della presente tesi di dottorato, che dovrebbe consentire di superare tali limitazioni dell'approccio numerico rispetto alle problematiche legate all'interazione tra il moto ondoso e le barriere frangiflutti emerse. · Lo scopo principale della presente tesi di dottorato è stato quello di effettuare una validazione del modello numerico implementato attraverso la comparazione dei risultati numerici con le evidenze presenti in letteratura scientifica. A tale scopo si è scelto di utilizzare dei parametri idraulici di grande rilievo nella progettazione e verifica di questa tipologia di opera, ovvero il run up, il coefficiente di riflessione e l'overtopping, le cui definizioni verranno fornite all'interno dell'elaborato. Per effettuare una validazione quanto più esaustiva possibile del modello sviluppato sono state ricostruite in 3D varie tipologie di opere a gettata, costituite da mantellate dotate di diversi massi naturali ed artificiali, la cui interazione con il moto ondoso è stata valutata prima con onde di tipo regolare e poi con onde di tipo random. · Infine vengono mostrati i risultati di una prima valutazione di massima della stabilità dei massi della mantellata esterna di barrire emerse attraverso la procedura numerica validata. · Seguono le conclusioni sul lavoro svolto. [a cura dell'autore]