Traporto Flusso e movimento di fluidi

Traporto Flusso e movimento di fluidi

TRASPORTO = è distinto in processo trasporto in massa, legati essenzialmente all gravità, quindi è condizionato dalle variazioni di pendenza, offrendo prodotti malselezionati dimensionalmente (eterometrici o malclassati), oppure processi di trasporto selettivo, legati essenzialmente a correnti di fluidi (idriche o aeriformi fluviali, marine, eoliche, ecc.).

L'intervento dell'acqua nei processi di trasporto è fondamentale: a tal uopo si intende definire la corrente di flusso delle acque, agente effettivo del trasporto in molti casi.

Una corrente è caratterizzata da due tipi di flusso:

di tipo laminare, cioè che in corrispondenza di un dato momento i vettori velocità delle particelle hanno lo stesso verso e la stessa intensità (la velocità delle stesse è direttamente proporzionale alla distanza dalle pareti della sezione del canale);

di tipo turbolento, quando i vettori velocità hanno direzione, verso e intensità diverse.

Il passaggio tra flusso laminare e turbolento, a parità di condizioni, è legato all'aumento della velocità della corrente e a parità di queste, alle caratteristiche del canale. La turbolenza favorisce l'erosione (per la presa in carico del materiale), influenzata anche dai canali profondi e stretti, invece di quelli bassi e ampi dove si ha un aumento della deposizione. Considerando una corrente che trasporta del materiale in carico, la possibilità di trasporto è legata a:

a)     competenza, la possibilità di trasporto di una corrente in termini dimensionali (ovvero la massima dimensione trasportabile da una corrente).

b)     capacità, riferita alla quantità massima trasportabile per una corrente.

c)     carico, la quantità effettivamente trasportata in un dato mutamento e in un determinato punto di osservazione.

Questi tre parametri sono condizionati dalla velocità e dalla turbolenza. In funzione di questi, le correnti possono trasportare i materiali:

in sospensione, quando i materiali sono di dimensioni modeste e/o con una forma piatta; tali caratteristiche permettono una bassa velocità di caduta sul fondo (la velocità del mezzo è maggiore della velocità di caduta sul fondo) e quindi anche pochi urti e poca erosione (particelle spigolose);

sul fondo, che coinvolge particelle di dimensioni maggiori dove il trasporto può avvenire per saltellamento o trascinamento, a seconda delle dimensioni. Nel primo caso, le particelle vengono sollevate nel corso di flussi turbolenti e, in funzione del rapporto fra le densità della particelle e quella del mezzo, compiono il loro percorso parabolico, subendo una smerigliatura superficiale.

Figura 1 Flusso laminare e turbolento.

Figura 2. Il meccanismo del movimento particellare. A: sospensione; B: per rimbalzo (saltazione); C: rotolamento.

Nel caso che la densità sia pari ad 1 ( densità dell'acqua) e inferiore ad 1 (come quella dell'aria) il trasporto è differenziato, dato che nell'ultimo caso c'è bisogno di velocità maggiore rispetto l'acqua, dato che non esistono forza di sostentamento; ma una volta iniziato il processo, l'energia trasmessa dall'urto è maggiore, proprio per la bassa densità e il basso attrito dell'aria, dato che l'urto è più incisivo nel "mezzo" aria. 

Quando le particelle sono di dimensioni troppo grandi, tendono a scorrere sul fondo: questo movimento tende a smussare gli spigoli delle particelle. Il movimento sul fondo è provato anche da strutture che osserviamo sul fondo stesso. Queste forme dipendono dalla velocità del flusso e dalla profondità del canale, a parità di portata. Il regime di flusso è definito dal numero di Froud (cfr. fot.9) - pag.29

F = U / g D = < 1

Quando la velocità del mezzo (acqua) riesce a smuovere le particelle, si originano i ripples, forme dove il materiale tende ad essere trascinato sulle sommità meno inclinate e, una volta giunto al vertice, scivolare sul versante più acclive. All'aumentare della velocità, le particelle mosse dal fondo aumentano di dimensioni, così da generare le dune. Per un numero di Froud maggiore o uguale a 1, le due forme si fanno instabili e quindi avremo una superficie di fondo piana con i granuli disposti parallelamente (plane bed). Per valori di Froud molto elevati avremo le antidune, che con l'aumento della velocità provocano ondulazioni anche sull'acqua. In fase di calo di velocità si passa dalle antidune ai ripples (processo inverso), che tendono ad essere conservate una volta ricoperte da altri sedimenti.

Figura 3. Strutture sedimentarie per differenti flussi di regime. (da Harms e Fahnestock, 1965 e Simons et al., 1965).

DIAGRAMMA DI SHIELDS. (cfr. pag.30)

Figura 4. Diagramma di Shields semplificato.