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Strumenti potenziati per modellare l'erosione

Le aree basse rispetto al livello del mare possono essere maggiormente minacciate dell'inondazione, quale una delle conseguenze del riscaldamento globale. Un consorzio di ingegneri e scienziati finanziato dall'UE ha sviluppato uno strumento di calcolo potenziato per modellare i fenomeni collegati all'interazione suolo-liquido e ai problemi di erosione.
Strumenti potenziati per modellare l'erosione
Le attività economiche, la crescita demografica e gli effetti del cambiamento climatico sono tutti elementi che generano pressione sullo spazio abitabile disponibile, individuato sui delta, sui bacini fluviali e sulle aree costiere di tutto il mondo. I vantaggi nel settore della tecnologia hanno consentito di recuperare nuovo terreno dalle acque, ma questo ha richiesto strutture difensive più grandi e migliori per proteggerlo dalle inondazioni.

Costruire delle strutture nelle aree costiere e sui bacini fluviali può rappresentare una sfida non indifferente e richiede lo svolgimento di costosi esperimenti su modelli in scala. Inoltre, non si sono avuti a disposizione i modelli numerici in grado di considerare accuratamente ampie deformazioni di terreno e l'interazione tra il suolo e l'acqua, influenzata dalla variazione delle correnti.

Ad occuparsi di questo problema è stato il progetto GEO FLUID ("Enhancement of the Material Point Method for fluid-structure interaction and erosion"), il quale ha sviluppato un modello per lo studio dell'erosione. Il consorzio ha esteso e generalizzato il metodo del punto materiale (MPM) per risolvere i problemi d'interazione liquido-struttura. Questo ha consentito ai ricercatori d'individuare l'interazione tra i liquidi e le strutture e modellare l'erosione e il trasporto dei sedimenti in flussi di canali aperti.

I partner di progetto hanno sfruttato l'equazione di Navier-Stokes per la descrizione del movimento di un liquido viscoso e l'hanno applicata al metodo MPM per simulare le interazioni liquido-superficie. Gli scienziati sono stati in grado di modellare i problemi d'interazione solido-liquido e l'installazione di un geo-container sul fondo di un serbatoio d'acqua. I geo-container sono grandi sacchi di tessuto riempiti di terra e usati per riparare gli argini danneggiati o costruire dighe provvisorie.

Il metodo MPM esteso può essere applicato a materiali granulari come sabbia o ghiaia. È inoltre possibile modellare con successo anche problemi più complessi, come il flusso d'infiltrazione attraverso materiale poroso e la fluidificazione di suolo e sedimento di materiale granulare sospeso nell'acqua. Oltre a quanto sopra, il metodo MPM ha modellato con successo il processo di raschiamento con cui il suolo viene eroso e successivamente trasportato ad altre posizioni.

Lo strumento di calcolo di GEO FLUID può essere impiegato per progettare geo-container più efficaci e prevedere l'effetto del raschiamento e dell'erosione. Pertanto, il metodo avanzato dal progetto può essere utilizzato per definire le regioni a rischio d'inondazione ed eventi correlati e per supportare la preparazione di piani di evacuazione o proteggere l'area minacciata.

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