RICERCA
Focus di Ricerca
di cosa ci occupiamo:
Le attività di ricerca del gruppo Coastal Engineering dell’Università degli Studi di Messina sono focalizzate sullo studio dei processi idrodinamici e morfodinamici in ambiente marino, con particolare attenzione all’interazione tra moto ondoso, correnti, sedimenti e inquinanti.
Le ricerche combinano approcci sperimentali, numerici e di campo, con applicazioni alla gestione sostenibile delle zone costiere e alla mitigazione degli impatti antropici.
PRINCIPALI ARGOMENTI DI RICERCA
Inquinanti plastici
Studiamo il trasporto e lo spiaggiamento di rifiuti plastici in ambiente costiero, mettendo in relazione onde, correnti e caratteristiche degli oggetti (densità, forma, galleggiabilità). Il nostro contributo è quantificare i meccanismi di mobilitazione e accumulo e fornire indicatori utili alla previsione delle aree di rischio. L’attività combina campagne sperimentali in laboratorio, modellazione numerica e indagini di campo con tecniche di analisi video e strumenti di monitoraggio.
Oil spill
Analizziamo la dinamica e la dispersione di idrocarburi in mare, con attenzione ai processi di trasporto superficiale, diffusione e interazione con il moto ondoso e la costa. Il nostro contributo è sviluppare strumenti previsionali a supporto della risposta operativa, stimando traiettorie, tempi di arrivo e scenari di impatto. Utilizziamo modellazione numerica idrodinamica e di trasporto, integrata con approcci data-driven e reti neurali per migliorare rapidità e accuratezza delle previsioni.
Trasporto di sedimenti
Studiamo i processi di erosione, trasporto e deposizione dei sedimenti che governano l’evoluzione morfologica di spiagge e fondali, inclusi gli effetti di eventi estremi. Il nostro contributo è interpretare e parametrizzare i meccanismi fisici che controllano le variazioni di profilo e i bilanci sedimentari, utili per interventi di difesa e gestione del litorale. La ricerca integra esperimenti di laboratorio, simulazioni numeriche e osservazioni/monitoraggi sul campo.
Previsione del moto ondoso
Sviluppiamo modelli di previsione del moto ondoso per applicazioni ingegneristiche e gestionali, dalla pianificazione delle opere marittime alla valutazione del rischio costiero. Il nostro contributo è costruire catene di previsione affidabili e facilmente aggiornabili, con prodotti calibrati su specifiche aree di interesse. L’approccio include modelli numerici di generazione e propagazione d’onda, calibrazione/validazione con misure e boe, e modelli statistici e di machine learning.
IL NOSTRO LABORATORIO
Dipartimento di Ingegneria (UniMe), Blocco A – piano 0 – locali 3 e 4.
Il Laboratorio di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (LICI)
è l’infrastruttura sperimentale che sostiene le attività del gruppo nell’ambito dell’idro-morfodinamica costiera e fluviale, con ricerca, didattica e servizi al territorio.
Le principali attività affrontate mediante sperimentazione su modello fisico riguardano l’interazione tra onde e strutture portuali o di difesa costiera; la stima del rischio idraulico e di erosione litoranea; il ripascimento e la gestione di cave sottomarine, la diffusione di inquinanti, il trasporto di plastiche, etc. Le attività condotte presso il laboratorio confluiscono in prodotti scientifici quali: pubblicazioni su atti di convegni nazionali ed internazionali, su riviste indicizzate e report interni. Grazie alla ricerca condotta in laboratorio vengono altresì prodotte molteplici tesi di laurea e svariate tesi di dottorato tutte a carattere puramente sperimentale. L’attività di consulenza e servizio al territorio infine riversa i risultati ottenuti all’interno di relazioni tecniche a supporto della progettazione condivise con i committenti della ricerca.
Impianti sperimentali
- Canaletta a fondo inclinabile con pendenza fino a 1/100, di sezione rettangolare 0.4×0.8 m lunga 15 m corredata di generatore d’onda; l’apparecchiatura è stata recentemente messa a punto per effettuare indagini idrodinamiche e morfodinamiche in presenza di un moto ondoso regolare e irregolare in grado di riprodurre altezze d’onda fino a circa 10 cm e periodi di oscillazione fino a circa 2 s.
- Tubo a “U” per la simulazione di moti oscillanti ad alti numeri di Reynolds di sezione rettangolare 0.4×0.6 m di lunghezza utile 5 m; l’impianto è dotato di un sistema di ricircolo di portata fino a 250 l/s ed in grado di riprodurre moti oscillanti con ampiezze di oscillazione pari a 1 m e periodi compresi tra 4 e 10 s. L’impianto è attualmente in fase di adeguamento e manutenzione e pertanto non è al momento utilizzabile.
- Canaletta didattica dimostrativa, per esercitazioni e test su moto a superficie libera.
Strumenti di misura e acquisizione
Misuratore acustico di velocità “Vectrino Profiler” prodotto dalla Nortek – AS, volto a registrare profili di velocità con una frequenza di acquisizione fino a 100 Hz per un’altezza di 3 cm con passo spaziale di 1 mm.
- Sonde di pressione, per la misura delle pressioni e la ricostruzione delle grandezze idrodinamiche durante le prove.
Sistema per la misura di
onde e di livelli idrici superficiali, “Wavemonitor Module” prodotto dalla
Churchill Controls Ltd, dotato di cinque canali di acquisizione, ciascuno dei
quali è in grado di misurare differenze di potenziale fino a +/- 10 V con frequenza
di 50 Hz- Sistemi di acquisizione di immagini, per analisi video e tracciamento dei fenomeni (cinematica e processi di trasporto).
MODELLAZIONE NUMERICA
La modellazione numerica rappresenta uno degli strumenti principali delle attività di ricerca del gruppo. Sviluppiamo modelli idrodinamici in grado di riprodurre la propagazione del moto ondoso, la circolazione marina e le oscillazioni di marea, considerando l’azione combinata delle diverse forzanti e utilizzando mesh di calcolo adattate alla batimetria e alle caratteristiche dell’area di interesse. I campi idrodinamici ottenuti vengono impiegati per analizzare differenti scenari ambientali e alimentare modelli lagrangiani finalizzati alla previsione delle traiettorie, della dispersione e dell’accumulo di inquinanti, quali rifiuti plastici e idrocarburi.
A scala locale, utilizziamo modelli di fluidodinamica computazionale (CFD) per descrivere nel dettaglio i campi di moto e studiare l’interazione tra onde, correnti e strutture marittime o opere di difesa costiera. La modellazione idrodinamica e morfodinamica viene inoltre applicata allo studio dei processi di mobilitazione, trasporto e deposizione dei sedimenti e dell’evoluzione di spiagge e fondali, fornendo strumenti utili alla progettazione delle opere, alla gestione delle aree costiere e alla valutazione dei rischi ambientali.
Modelli e software maggiormente utilizzati
- XBeach: Modello idrodinamico e morfodinamico per lo studio della propagazione delle onde, del trasporto sedimentario e dell’evoluzione di spiagge e fondali, anche durante eventi estremi.
- ADCIRC: Modello idrodinamico agli elementi finiti, basato su mesh non strutturate, utilizzato per simulare livelli idrici e correnti generate da maree, vento e pressione atmosferica.
- SWAN: Modello spettrale di terza generazione per la simulazione della generazione, propagazione e trasformazione del moto ondoso nelle aree costiere.
- SWASH: Modello non idrostatico per la simulazione dettagliata della propagazione e trasformazione delle onde, del frangimento, del run-up e dell’interazione con strutture costiere.
- TrackMPD: Modello lagrangiano tridimensionale per la simulazione del trasporto, della dispersione e del destino dei rifiuti plastici negli ambienti marini, costieri ed estuarini.
- OpenFOAM: Piattaforma open source di fluidodinamica computazionale (CFD), utilizzata per analizzare campi di moto complessi e l’interazione tra flussi, onde e strutture marittime.
INDAGINI DI CAMPO
