Per moto uniforme si intende un moto le cui caratteristiche non variano nello spazio. Qualunque variazione spaziale delle caratteristiche geometriche e/o idrauliche perturba in modo più o meno esteso il regime di moto uniforme, dando origine a condizioni di moto permanente. Il moto uniforme è un moto in cui il campo di velocità è indipendente dal tempo.
Tuttavia, i requisiti di uniformità possono essere soddisfatti facendo riferimento ai valori medi delle grandezze in gioco come per esempio in quei tratti fluviali ove le sezioni trasversali mostrano variazioni modeste di forma e di superficie, ai quali risulta accettabile attribuire una sezione fluviale media, una pendenza media. Ovviamente, è necessario che nel tratto fluviale così schematizzato siano rispettate le condizioni di uniformità anche delle grandezze idrauliche, seppur con analogo riferimento ai valori medi.
Così dovrà essere rappresentativo del tratto un valore medio di scabrezza, di portata liquida e di livello idrico, e le forze di attrito che si sviluppano sulla superficie di contatto acqua-alveo, il cui valore medio per unità di superficie è τm.
Definizione di Raggio Idraulico
Il raggio idraulico è definito come il rapporto tra l'area della sezione trasversale del flusso (Ω) e il perimetro bagnato (P):
raggio idraulico = Ω/P
Occorre osservare che la tensione tangenziale prima ricavata rappresenta, come già detto, il valore medio lungo il perimetro bagnato. I valori locali e la loro effettiva distribuzione lungo il contorno della sezione possono discostarsi anche significativamente da tale valore medio. Purtroppo non esistono ancora oggi criteri affidabili per la stima delle tensioni locali che, in via indicativa, possono essere stimate tramite la formula 3.4, sostituendo al valore del raggio idraulico l’altezza idrica locale.
Si definisce velocità di attrito ... ... Ove ε è una dimensione lineare che rappresenta la scabrezza dell’alveo (tabulata in Tabella 3.1, f è un coefficiente numerico che tiene conto della forma della sezione.
Coefficiente di Manning
Un parametro importante nel calcolo del flusso in canali a superficie libera è il coefficiente di scabrezza di Manning (n). Esso è utilizzato nella formula di Manning per stimare la velocità del flusso:
in cui n è il coefficiente di Manning [s/m1/3] (si veda anche wikipedia) anch’esso tabulato in relazione alle caratteristiche dell’alveo (v. Tabella 3.1).
Una stima del coefficiente di Manning può anche essere dedotta dall’analisi di foto di tratti fluviali rappresentativi come riportato da Chow [6].
Questo rappresenta il procedimento tradizionale di misura delle portata dei corsi d’acqua. La scala di deflusso esplicita il legame che, in un alveo di assegnata pendenza, si istituisce tra portata e tirante idrico.
Il coefficiente K è dipendente dalla scabrezza, dalla pendenza del fondo e dal contorno bagnato. L’esponente m risulta praticamente dipendente solo dalla forma della sezione, ovvero dalle caratteristiche geometriche della sezione.
La separazione viene eseguita generalmente mediante rette verticali e di ogni sottosezione viene calcolato il raggio idraulico assumendo come perimetro bagnato il solo contorno solido.
Tabella 3.1 (da Marchi E.)
Esempio di tabella (i valori sono indicativi e devono essere verificati):
| Tipo di Alveo | Coefficiente di Manning (n) |
|---|---|
| Canale artificiale in cemento | 0.011 - 0.013 |
| Canale naturale con letto in terra | 0.020 - 0.030 |
| Fiume con vegetazione rada | 0.030 - 0.040 |
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