Il canale dimostrativo di trasporto dei sedimenti consente di dimostrare l'intera gamma di forme di fondo che si formano in un letto mobile quando il flusso e/o la pendenza aumentano.

Il canale può essere utilizzato per eseguire la maggior parte degli esperimenti e delle dimostrazioni solitamente svolti in laboratori molto più grandi, ma a un costo molto più basso e senza la necessità di ricorrere al supporto di un tecnico.

Il canale artificiale può svolgere un ruolo utile in qualsiasi corso riguardante la meccanica del flusso nei canali a cielo aperto e il trasporto dei sedimenti, compresi quelli nei dipartimenti di ingegneria civile, geologia e geografia fisica.

L'attrezzatura è portatile e quindi può essere utilizzata in classe e in laboratorio. Questo canale dimostrativo può svolgere un ruolo utile in qualsiasi corso riguardante la meccanica del flusso di canale aperto e il trasporto di sedimenti, compresi quelli nei dipartimenti di ingegneria civile, geologia e geografia fisica.

Canale di trasporto sedimenti
L'unità è composta da un canale inclinabile montato su un telaio, insieme a un serbatoio di scarico e una pompa di ricircolo. Per iniziare una dimostrazione, la sabbia viene posizionata uniformemente lungo il letto del canale, tra il serbatoio di ingresso e lo stramazzo di scarico a caduta. L'acqua viene fatta circolare nel sistema a una delle tre portate selezionabili. La pendenza del canale viene regolata mediante un martinetto a vite fine a cui è collegato un indicatore di pendenza preciso. I lati del canale sono trasparenti in modo che sia possibile osservare i cambiamenti del profilo del letto e una sezione di un lato è dotata di marcature grafiche a griglia per consentire valutazioni quantitative della dinamica della forma del letto.

Viene fornito un misuratore di livello dell'acqua per misurare il carico sullo sbarramento di scarico del canale e ricavare le portate da un grafico di calibrazione generato dall'utente.

Vengono forniti modelli solidi di un pilastro di un ponte e di una diga di sottoscorrimento per dimostrare gli effetti di erosione sui letti dei fiumi causati dalle strutture artificiali.

Flusso del letto fisso e regolare:

Il canale può essere utilizzato senza sedimenti sul letto per dimostrare i seguenti fenomeni di flusso e le equazioni di governo:

• Flusso tranquillo e subcritico: movimento delle onde superficiali a monte contro il flusso
• Flusso rapido e supercritico: predominio delle forze inerziali su quelle gravitazionali, "onde d'urto" da ostruzioni del flusso
• Salto idraulico – passaggio da flusso supercritico a flusso subcritico, trascinamento dell’aria, miscelazione
• Turbolenza – visualizzazione del flusso ad esempio mediante iniezione di colorante da una siringa ipodermica (non fornita)
• Misurazione del flusso – utilizzando dighe a cresta affilata
• Equazioni di governo del flusso in canale aperto: numero di Reynolds, numero di Froude, continuità, equazione di Bernoulli, equazioni di sbarramento

Flusso su un letto di sabbia mobile:

Sequenza di forme di fondo associate all'aumento dell'intensità del flusso e della velocità di trasporto dei sedimenti. Sono esposte le seguenti forme di fondo (all'aumentare della portata e/o della pendenza):

• Regime inferiore:

Letto piano (senza movimento)

Increspature

Increspature e dune

Dune

Dune lavate via

• Regime superiore:

Letto piano (con movimento)

Onde stazionarie

Antidune

Rompere le antidune

Scivoli e piscine

Meccanica del trasporto dei sedimenti:

Partendo da un letto piano senza movimento, il movimento dei grani può essere osservato con particolare attenzione a quanto segue:

• Inizio del movimento
• Traiettoria del moto iniziale
• Movimento per rotolamento e scorrimento (carico di contatto)
• Movimento a salti (carico di saltazione)

Caratteristiche deposizionali e facies:

È possibile osservare la deposizione del carico di sedimenti e identificare i modelli risultanti di grani all'interno del corpo di sabbia (come stratificazione incrociata, strati di forestazione, ecc.). È possibile discutere il significato di tali caratteristiche quando si trovano nei registri geologici.

Indagine locale:

Scour sotto bolle e vortici nel flusso sono osservati sotto le forme di letto sia del regime inferiore che superiore. Possono essere introdotte ostruzioni artificiali per rappresentare pilastri di ponti, rivestimenti, davanzali o altre strutture artificiali, e il modello di scour risultante è esaminato. Sono inclusi due di tali modelli.

Strutture di flusso:

La struttura della turbolenza nel flusso può essere esaminata mediante iniezione di colorante (iniettore di colorante non incluso). Ciò è particolarmente interessante per la configurazione della forma del letto della duna e dimostra chiaramente la separazione sulla faccia sottovento.

Isteresi della forma del letto:

Se la portata nel canale cambia rapidamente, non c'è tempo sufficiente perché le forme del letto si adattino al nuovo regime di flusso. Quindi, se un idrogramma di piena viene simulato aumentando e poi diminuendo la portata, si verificheranno diverse profondità (stadi) per la stessa portata sui rami ascendenti e discendenti. Questo effetto è di fondamentale importanza per le stazioni di misurazione sui fiumi con letto sabbioso. È facilmente e chiaramente dimostrato nel canale.

Lavoro computazionale:

Oltre a illustrare i fenomeni di flusso e sedimenti, il canale può essere utilizzato per la raccolta di dati di base e la valutazione numerica di quanto segue:

• Resistenza al flusso:

Manning, Chezy e Darcy

Fattori di attrito Weisbach per varie configurazioni di forma del letto

• Previsione della forma del letto:

Diagramma di Hjulstrom (velocità)

Diagramma di Bogardi (parametro degli scudi)

Grafici di Simons e Richardson (potenza di flusso)

Diagramma di Leeder (sforzo di taglio al contorno)

Movimento per sospensione (carico sospeso)

• Inizio del movimento:

Curva di Hjulstrom – Diagramma di Shields

Flusso su un letto fisso di ghiaia:

Il canale non può trasportare ghiaia, ma può essere utilizzato per studiare la resistenza al flusso nei fiumi con letto di ghiaia e polder. I coefficienti di resistenza al flusso possono essere calcolati utilizzando equazioni (come quelle di Bray, Limerinos, Hey, Lacey, Thompson & Campbell e Bathurst) e i risultati confrontati con i valori effettivi ottenuti tramite osservazione. Si raccomanda agli utenti di procurarsi materiale di ghiaia effettivo da fonti locali.

Specifiche tecniche:

Sezione di lavoro del canale:

Lunghezza: 1,55 m
Larghezza: 0,78 m
Profondità: 0,11 m

Tasso di scarico:

Tre portate fisse tra 0,2 e 0,6 litri/sec, selezionabili tramite l'accensione della pompa

Pendenza: da 0 a 100%
Diametro sedimento: da 0,1 a 0,3 mm
Peso della sabbia fornita: 15 kg

Peso (inclusa sabbia e acqua)Peso : 74 kg