Padulano, Roberta (2014) Indagine sperimentale su manufatti di scarico e derivazione nelle reti di drenaggio urbano. [Tesi di dottorato]

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Abstract

Il presente elaborato prende le mosse dalle attività di ammodernamento della rete fognaria della città di Napoli, nell'ambito della quale si è resa necessaria un'attività sperimentale al fine di determinare i meccanismi di deflusso di due diversi manufatti idraulici. Il primo manufatto oggetto di interesse è il cosiddetto partitore semifrontale, una tipologia innovativa di scaricatore di piena poco ingombrante e particolarmente adatto ad essere utilizzato in corrente veloce, costituito da un canale rettangolare posizionato all'interno del canale principale. Le variabili del sistema sono la distanza del fondo del canale derivatore dal fondo del canale principale, ed in particolare il suo rapporto con il tirante della corrente principale, e la larghezza del derivatore, rapportata alla larghezza del canale principale. La sperimentazione, condotta realizzando un modello in similitudine di Froude dell'area di interesse, con un rapporto di scala delle lunghezze pari a 0.15, ha portato alla definizione della scala di deflusso del partitore; tale equazione descrive in sostanza il rapporto di partizione, ovvero il rapporto tra la portata defluente nel derivatore e quella defluente nel canale principale, come coincidente con il rapporto tra le sezioni rispettivamente occupate dalle due correnti. La scala di deflusso, opportunamente espressa in termini adimensionali, costituisce il criterio di progettazione incognito del manufatto; tramite essa è infatti possibile scegliere le dimensioni da assegnare al partitore note che siano le caratteristiche della corrente in arrivo al sistema e il valore della portata da derivare. La sperimentazione ha inoltre consentito di trarre alcune conclusioni circa l'efficienza del partitore, in buona sostanza analoga a quella di simili sistemi di partizione di portata, e riguardo il raggiungimento della condizione di stato critico, che costituisce il limite superiore, in termini di portata, di utilizzo del manufatto. Il secondo manufatto oggetto di studio è un pozzo di caduta ad asse verticale con imbocco a spigolo vivo. Tale sistema, pur non essendo innovativo nel panorama tecnico internazionale, non risulta tuttavia adeguatamente caratterizzato dal punto di vista progettuale; la letteratura tecnica si limita infatti a fornire delle considerazioni generiche, per lo più mutuate da studi condotti su pozzi caratterizzati da altri tipi di imbocco. La sperimentazione è stata condotta facendo variare i principali parametri del sistema, quali la lunghezza e il diametro del pozzo; si è inoltre deciso di introdurre un sistema di aerazione consistente in un tubo aeroforo coassiale al pozzo, per il quale si sono impiegati diversi diametri e diversi gradi di affondamento dello stesso all'interno del pozzo. L'analisi ha consentito innanzitutto di definire la peculiare forma della scala di deflusso, costituita da tre diversi segmenti corrispondenti a tre diversi regimi di deflusso che possono realizzarsi all'interno del sistema al variare di portata e tirante. Quindi, i dati sperimentali hanno consentito di individuare una relazione fisicamente basata tra la portata defluente nel pozzo e il carico sulla sezione di imbocco, valida in regime di pressurizzazione e atta ad essere utilizzata come criterio di progettazione del manufatto per tale condizione. Più difficile risulta invece l'interpretazione analitica dei restanti regimi di deflusso, i quali tuttavia sono possibili solo per valori modesti di portata e tirante e risultano, da questo punto di vista, meno gravosi per il manufatto; un'ulteriore complicazione allo studio del fenomeno è dato dalla presenza di fenomeni vorticosi che influiscono sulle condizioni di deflusso all'interno del pozzo, apportando notevoli quantità di aria e variando notevolmente le condizioni interne di pressione.

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