Corso di Idraulica per Ingegneria Civile: Programma Dettagliato

Il corso di "Idraulica" è progettato per fornire agli studenti di ingegneria civile una solida base teorica e pratica nella meccanica dei fluidi e nelle sue applicazioni. Questo programma è suddiviso in moduli che coprono sia i fondamenti che le applicazioni avanzate dell'idraulica.

Obiettivi del Corso

Con il modulo di "Fondamenti di Idraulica", lo studente deve acquisire i fondamenti di base della statica e della dinamica dei fluidi incomprimibili. Con il modulo di "Idraulica Applicata", lo studente deve acquisire i concetti e gli strumenti operativi necessari per risolvere i problemi di idraulica delle correnti in moto permanente a superficie libera in alvei artificiali.

Contenuti del Corso

Il programma del corso è strutturato per coprire i seguenti argomenti chiave:

Fondamenti di Idraulica

Grandezze meccaniche e unità di misura.
Stati di aggregazione della materia.
I fluidi come sistemi continui.
Densità e peso specifico.
Dilatabilità e comprimibilità.
Viscosità.
Relazione fra gravità e pressione.
La pressione atmosferica: pressioni assolute e relative.
Le unità di misura della pressione usate nella pratica tecnica.
Piano dei carichi idrostatici e diagrammi delle pressioni.
Misura delle pressioni.
Spinta idrostatica su pareti piane.
Descrizione euleriana del moto dei liquidi.
Entità cinematiche (traiettorie, linee di corrente, tubi di flusso, filetto fluido, flusso attraverso una superficie).
Moti accelerati, uniformi e ritardati.
Le correnti.
Portata e velocità media di una corrente in una sezione trasversale.
I principi di conservazione.
Applicazione dei principi di conservazione della massa e dell’energia ad un filetto fluido.
Il teorema di Bernoulli.
Distribuzione della pressione nelle sezioni trasversali delle correnti.
Applicazione dei principi di conservazione della massa e dell’energia ad una corrente gradualmente variata.
Cenni di foronomia.
Il tubo di Pitot.
Il venturimetro.
I diversi regimi di movimento delle correnti uniformi.
La dissipazione energetica nel moto laminare.
La dissipazione energetica nel moto turbolento.
Effetto della scabrezza della parete sulla dissipazione energetica.
L’Abaco di Moody.
Calcolo idraulico delle condotte.
Formule di resistenza cosiddette pratiche.
Le perdite di carico localizzate nelle correnti in pressione.
Scambi di energia fra macchine e correnti idrauliche.
Schemi tipo degli impianti idroelettrici e di pompaggio.
Verifica idraulica e dimensionamento di un impianto di pompaggio.

Idraulica Applicata

Il concetto di corrente.
Caratteristiche spaziali e temporali delle correnti.
Le equazioni di continuità e del moto.
Grandezze geometriche che caratterizzano la sezione trasversale.
Grandezze geometriche che caratterizzano il profilo longitudinale.
Rappresentazione della geometria degli alvei naturali.
Il moto uniforme.
Formule di resistenza per le correnti a pelo libero e coefficienti di scabrezza.
Scale di deflusso.
Scale di deflusso per sezioni chiuse.
Scale di deflusso per sezioni composte.
Problemi di verifica e di dimensionamento in condizioni di moto uniforme: metodi grafici (scale di deflusso specifiche e normalizzate) e metodi numerici (bisezione).
Instabilità del moto uniforme (correnti rapide).
Energia rispetto al fondo.
Relazione fra energia e tirante idrico a portata costante.
Relazione fra portata e tirante idrico a energia costante.
Stato critico.
Correnti lente, critiche e veloci.
Alvei a pendenza debole, critica e forte.
L’equazione del moto permanente gradualmente variato.
Possibili profili di moto permanente negli alvei a debole e a forte pendenza, negli alvei a pendenza critica, negli alvei orizzontali e acclivi.
Sezioni di controllo.
Il passaggio attraverso lo strato critico.
Il risalto idraulico.
Spinta totale.
Relazione fra spinta e tirante idrico a portata costante.
Relazione fra portata e tirante idrico a spinta costante.
Localizzazione del risalto.
Il concetto di rigurgito e sua propagazione verso monte e verso valle.
Integrazione delle equazioni del moto permanente gradualmente variato per gli alvei prismatici.
Generalità sulle correnti rapidamente variate.
Scale caratteristiche (scala della singolarità e scala del profilo di moto permanente).
Soglie di fondo ben raccordate.
Stramazzo a larga soglia.
Contrazioni laterali raccordate e brusche.
Modellatori a risalto.
Rigurgito provocato dalle pile dei ponti.

Conoscenze di Base Richieste

Analisi matematica: concetti di funzione (anche a più variabili), limite, derivata, integrale.
Fisica: Misura delle grandezze fisiche e unità di misura. Principi ed equazioni fondamentali della meccanica. Energia. Principio di conservazione dell’energia.
Fisica matematica: Grandezze scalari e vettoriali. Elementi fondamentali del calcolo vettoriale. Geometria delle masse.

Testi di Riferimento

Gallati M., Sibilla S. . Fondamenti di Idraulica. Carocci editore, Roma.
Citrini D., Noseda D.. Idraulica. Tamburini, Milano.
AA.VV.. Sistemi di fognatura - Manuale di progettazione (Capitolo 12). CSDU - Hoepli.

Modalità di Valutazione

Gli esami si svolgeranno in forma scritta, attraverso due prove, una per ognuno dei due moduli; in ogni appello d’esame, lo studente potrà affrontare una sola o entrambe le prove. La media dei due voti (purché entrambi superiori o uguali a 18/30) costituisce il voto finale che, se accettato dallo studente, potrà essere registrato. La registrazione dei voti maggiori di 27/30 potrà avvenire solo previo colloquio orale, unico per entrambi i moduli.

Criteri di Misurazione dell'Apprendimento

Ad ogni una delle prove prima indicate è assegnato un punteggio compreso tra zero e trenta e ciascuna prova si ritiene superata se il punteggio è superiore ai 18/30. In particolare, è necessario che lo studente ottenga almeno sei trentesimi per ognuno dei 2 esercizi contenuti nella prova scritta.

Criteri di Attribuzione del Voto Finale

Il voto complessivo, in trentesimi, è dato dal voto della prova scritta a cui si aggiunge un punteggio che va da -5/30 a +5/30 in funzione della correttezza delle risposte fornite alle domande della prova orale.

Conoscenze e Comprensione

L’insegnamento permette agli studenti di acquisire una preparazione di base per l'interpretazione e la descrizione delle problematiche tipiche dell’Idraulica e della Meccanica dei Fluidi.

Capacità di Applicare Conoscenze e Comprensione

Al fine di affrontare tematiche teoriche e applicative avanzate, anche di notevole complessità, lo studente dovrà acquisire capacità progettuali e di analisi critica dei problemi applicativi tipici dell'Idraulica, enfatizzando le metodologie di indagine e il rigore della descrizione dei fenomeni trattati.

Esercitazioni

Le esercitazioni non devono essere presentate all’esame. Nella raccolta di esercizi svolti, il tracciamento dei profili di moto permanente di correnti a pelo libero è illustrato per il caso di alveo prismatico, per il quale le caratteristiche qualitative dei profili sono deducibili dalla discussione dell’equazione differenziale.

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