Esame di Costruzioni Idrauliche: Argomenti Chiave

Il corso di Costruzioni Idrauliche si propone di fornire le conoscenze basilari dell’idraulica, corredate del necessario inquadramento teorico. Dopo una parte preliminare nella quale si descrivono le caratteristiche fisiche dei fluidi, con particolare riferimento a quelle che li contraddistinguono dalle altre sostanze, il corso prevede l’introduzione degli argomenti fondamentali dell’idraulica. Il corso comprende anche alcuni cenni su argomenti di costruzioni idrauliche come l’idrologia e le opere di acquedotto e fognatura al servizio di insediamenti civili.

Concetti Fondamentali di Idraulica

Gli argomenti trattati nel corso includono:

Definizione di sostanza fluida e l’ipotesi del continuo.
Forze di massa e forze di superficie.
Proprietà dei fluidi: comprimibilità, dilatabilità termica, tensione superficiale, viscosità.
Fluidi non-newtoniani.
Sforzi nei fluidi in quiete.
Equazione indefinita della statica dei fluidi.
Equazione globale dell’equilibrio statico.
Statica dei fluidi pesanti e incomprimibili.
Misura delle pressioni, spinte su superfici piane e curve.
Statica dei fluidi nei sistemi di riferimento non inerziali.

Cinematica dei Fluidi

Approcci euleriano e lagrangiano.
Velocità e accelerazione.
Visualizzazione del campo di moto: traiettorie, linee di corrente, linee di fumo, tubi di flusso.
Moto permanente, moto vario.
Moti bidimensionali.
Regimi di moto: moto laminare e moto turbolento.
Equazione indefinita di continuità.
Equazione globale di continuità per volumi di controllo fissi nello spazio.
Deformazione degli elementi fluidi.

Dinamica dei Fluidi

Equazione indefinita del moto e equazione di Eulero.
Condizioni al contorno.
Equazione globale dell’equilibrio dinamico.
Equazioni del moto nella terna intrinseca ad una linea di corrente.
Distribuzione delle pressioni.
Teorema di Bernoulli: significato energetico e geometrico.
Processi di efflusso e applicazioni come il Venturimetro.
Estensione del teorema di Bernoulli ai fluidi reali e alle correnti.
Scambio di energia fra una corrente e una macchina.

Fluidi Viscosi e Moto Turbolento

Legame costitutivo dei fluidi viscosi e le equazioni di Navier-Stokes.
Azione di trascinamento di una corrente e sforzo tangenziale.
Moto laminare in un condotto a sezione circolare: formula di Poiseuille.
Flusso tra piastre piane e parallele.
Moto turbolento.
Sforzi tangenziali viscosi e turbolenti.
Applicazione del teorema di Buckingham per la determinazione della forma della legge di resistenza.
Formula di Darcy-Weisbach.
Moto nei tubi lisci e scabri, con cenni sulla distribuzione di velocità.
Formule pratiche per il calcolo della resistenza e perdite di carico localizzate.

Condotte e Correnti a Superficie Libera

Problemi pratici relativi alle lunghe condotte e condotte con erogazione uniforme lungo il percorso.
Moto gradualmente variato e moto uniforme nelle correnti a superficie libera.
Caratteristiche energetiche di una corrente in una sezione: stato critico, correnti lente e veloci.
Alvei a debole e a forte pendenza.
Correnti in moto permanente: profili della superficie libera e il risalto idraulico.
Esempi applicativi e passaggio sopra una soglia di fondo.

Idrologia e Gestione delle Risorse Idriche

Idrologia

Fonti di informazione: il Servizio Idrografico.
Rilevamento e distribuzione delle piogge.
Piogge massime locali di breve durata.
Leggi di probabilità pluviometrica.

Acquedotti

Captazione delle acque (sorgenti, falde, acque superficiali).
Requisiti delle acque potabili.
Selezione del tracciato di un acquedotto e rete di distribuzione.

Fognature

Generalità e studio della rete.
Tipi di fogne ed elementi di calcolo delle portate nere e pluviali.

Misura e raccolta dei dati idrometeorologici. Elementi statistici per l'idrologia. Elaborazione delle precipitazioni. Schemi delle reti di fognatura ed aspetti legislativi. Calcolo della portata bianca: il metodo cinematico e il metodo dell'invaso. Calcolo della portata nera. Dimensionamento delle condotte di fognatura. Materiali delle condotte e criteri di posa in opera. Dimensionamento dei manufatti ricorrenti e particolari. Caditoie e pozzetti. Griglie e dissabbiatori. Attraversamenti. Stazioni di sollevamento e criteri di scelta delle pompe centrifughe. Opere di restituzione delle acque di fognatura. Scolmatori di portata. Le vasche di prima pioggia. La gestione delle acque meteoriche e reflue in ambito urbano. Schema di un sistema acquedottistico ed aspetti legislativi. Dotazioni e consumi idrici. Opere di presa, di adduzione e di distribuzione. Serbatoi. Manufatti ed organi accessori.

Risorse Idriche e Infrastrutture Idrauliche

Introdurre i principali schemi di utilizzazione delle risorse idriche. Principi di pianificazione e principali schemi di utilizzazione delle risorse idriche: impianti a serbatoio; impianti a deflusso. Criteri di valutazione del Deflusso Minimo Vitale. Cenni alla valutazione dello Stato Ambientale dei corsi d’acqua. Il Ciclo Integrato delle Acque. Criteri di qualità delle acque potabili; fabbisogni e dotazioni idriche. Sistemi di adduzione e distribuzione idrica: problemi di dimensionamento e verifica idraulica; opere d’arte principali; serbatoi; impianti elevatori; interazioni con l’ambiente; elementi di gestione e manutenzione: quadro legislativo, tecniche di telecontrollo e telecomando, tecniche di rilievo delle perdite; la distrettualizzazione dei sistemi idrici. Elementi di idrologia: SIMI; misure idrologiche e loro elaborazione; rischio idraulico e tempo di ritorno; curva di probabilità pluviometrica. Reti di drenaggio urbano: schemi; tipologia; quadro normativo; dimensionamento idraulico; opere d’arte principali.

Dighe e Opere di Sbarramento

Normativa tecnica sulle dighe di ritenuta. Statica delle tubazioni (analisi delle sollecitazioni esterne e delle coazioni termiche). Dighe a gravità ordinarie (criteri di verifica e dimensionamento). Dighe a volta (teoria dell'arco semplice). Dighe in materiali sciolti (caratteristiche costruttive e criteri di verifica).L'attività didattica è finalizzata a fornire le conoscenze teoriche e competenze pratiche di base per la progettazione e gestione delle opere di sbarramento (dighe a gravità, dighe a volta, dighe in materiali sciolti, traverse fluviali) e delle opere complementari (scarichi di superficie, scarichi di fondo, dissipatori, opere di derivazione, condotte forzate, paratoie di tenuta e regolazione).

Il programma del corso prevede le seguenti unità didattiche:

Normativa tecnica: i) norme tecniche per la progettazione, costruzione ed esercizio delle opere di ritenuta; i) norme sui sistemi di allarme e segnalazione di pericolo; iii) Servizio Nazionale Dighe e Registro Italiano Dighe; iv) competenze in materia di vigilanza sulla progettazione, costruzione ed esercizio delle dighe; v) studi, ricerche preliminari e criteri di impostazione del progetto.
Statica delle tubazioni: i) sollecitazioni indotte dalle pressioni centrali; ii) coazioni termiche; iii) reazioni di appoggio; iv) pressioni di rinterro; v) sollecitazioni a simmetria verticale; vi) stabilità longitudinale delle tubazioni.
Dighe a gravità ordinarie: i) caratteristiche costruttive delle dighe a gravità; ii) evoluzione dei criteri di verifica; iii) teoria elastica dell'elemento indefinito triangolare; iv) sottopressioni; v) procedimento tecnico di dimensionamento.
Dighe a volta: i) caratteristiche costruttive delle dighe a volta; ii) criteri di analisi statica; iii) teoria dell'arco indipendente (spessore costante, raggio costante, incastrato alle imposte); iv) coazioni termiche; v) analisi dell'eccentricità all'imposta ed in chiave; vi) riduzione dell'eccentricità all'imposta; vii) arco a tre raggi di curvatura (cenni).
Dighe in materiali sciolti: i) richiami sulla classificazione delle terre e sul costipamento; ii) .

Modalità di Valutazione

La verifica degli obiettivi formativi dell’insegnamento (esame) prevede una prova scritta e una prova orale. La prova scritta consiste nella soluzione di due o più esercizi su argomenti trattati nel corso. Nella prova orale saranno discussi due o più temi trattati nel corso o inerenti le materie del corso. La prova scritta è propedeutica alla prova orale, per accedere alla quale lo studente deve aver ottenuto almeno la sufficienza nella prova scritta.

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