Fondamenti di Costruzioni Idrauliche: Un Riassunto

Questo articolo fornisce un riassunto dei fondamenti delle costruzioni idrauliche, basato sui principi e le metodologie descritte nel testo di G. Becciu e A. Paoletti. Il corso intende fornire le conoscenze necessarie alla progettazione delle opere idrauliche che più frequentemente l'Ingegnere Civile ha occasione di incontrare nella pratica professionale (acquedotti e sistemi di drenaggio urbano).

Obiettivi del Corso

Il corso permette agli studenti, attraverso le basi teoriche e pratiche dell'Idraulica, la conoscenza dei sistemi di raccolta fognaria e di distribuzione dell'acqua, inoltre permette di analizzare e risolvere i problemi della progettazione degli impianti idrici interni e della raccolta delle acque piovane. Lo studente, attraverso l’applicazione delle conoscenze, dovrà acquisire capacità critiche ed essere in grado di proporre soluzioni adeguate e coerenti al problema affrontato.

Contenuti Trattati

Richiami di Idraulica: Introduzione al corso. Proprietà fondamentali dei liquidi. Peso specifico e densità. Pressione. Idrostatica. Principio di Pascal. Pressione idrostatica. Altezza piezometrica. Spinta idrostatica. Legge di Archimede. Idrodinamica. Regimi di corrente. Equazione di continuità. Liquidi perfetti e liquidi reali. Equazione di Bernouilli per i liquidi perfetti. Attriti interni ed attriti esterni. Regime laminare e regime turbolento. Esperienza e numero di Reynolds.
Analisi delle precipitazioni e deflussi meteorici: Nozioni fondamentali di idrologia e di idrologia statistica, in particolare la statistica degli estremi. Determinazione delle curve di possibilità pluviometrica di dato tempo di ritorno. Stima delle portate di progetto mediante modelli di trasformazione afflussi-deflussi.
Progettazione idraulica nel contesto edilizio ed urbano (smart city): Hydraulic design of the urban and building systems.
Sistemi di drenaggio urbano sostenibili (SUDs): Smaltimento dei deflussi e sistemi per il contenimento delle piene. Serbatoi di laminazione. Sistemi di drenaggio urbano.
Edifici eco-compatibili: Raccolta e riuso delle acque meteoriche.
Invarianza idraulica nelle nuove urbanizzazioni.
Impianti interni e reti di scarico di acque grigie, nere e bianche negli edifici.
Cenni di riutilizzo acque grigie e nere.
Risparmio idrico e gestione delle risorse idriche.
Scaricatori di piena e problemi ambientali: Portate scaricate ed inquinamento trasferito ai corpi idrici riceventi. Normative.
Acque di prima pioggia.

Acquedotti

Acquedotti per scopi civili: Fabbisogni, componenti principali, progettazione delle opere di adduzione e distribuzione. Dimensionamento di serbatoi di compenso. Dimensionamento di impianti di pompaggio.

Generalità: Dotazioni idriche. Fabbisogni e loro variazioni nel tempo. Previsioni demografiche. Orizzonti temporali di progetto. Schemi generali. Suddivisione in più reti nel caso di accentuati dislivelli. Pressioni di esercizio nelle varie condizioni di funzionamento.
Opere di presa: Da sorgenti, da acque superficiali e dai laghi. Da acquiferi sotterranei mediante trincee drenanti e pozzi. Tipologie costruttive dei pozzi, finestrature, filtri.
Adduttrici: Richiami di moto uniforme nelle condotte in pressione. Regimi di moto e formule per il calcolo delle resistenze; abaco di Moody. Verifica di adduttrici a gravità: calcolo della portata per schemi a due e tre serbatoi, anche in presenza di colmi e moto a canaletta; funzionamento di un'adduttrice con portata in ingresso assegnata. Progetto delle adduttrici a gravità: studio del tracciato, dimensionamento delle tubazioni per schemi a due serbatoi, dimensionamento economico per schemi a più di due serbatoi, dimensionamento nel caso di forti dislivelli od in presenza di colmi; piezometriche di esercizio; pozzetti di interruzione, valvole di dissipazione, sfiati, scarichi, pezzi di prova e pezzi speciali. Dimensionamento economico delle condotte adduttrici con sollevamento; curve caratteristiche degli impianti di pompaggio, pompe in serie ed in parallelo.
Tubazioni: Materiali delle condotte adduttrici e loro caratteristiche; criteri di scelta delle tubazioni; tipi di giunti, posa e collaudo delle condotte. Apparecchiature accessorie e valvolame.
Serbatoi: Funzioni principali dei serbatoi; serbatoi di testata e di estremità; torrini piezometrici; dimensionamento della capacità di compenso di serbatoi; capacità antincendio e di riserva. Gestione di serbatoi di capacità insufficiente; modulazione della portata in ingresso, regola del filo teso. Caratteri costruttivi dei serbatoi: forma più conveniente, tipologia; schema della camera di manovra per serbatoi di testata e di estremità.
Reti di distribuzione: Tipi di rete; proporzionamento della distribuzione; schematizzazione delle erogazioni. Perdite di carico per condotte con erogazione uniformemente distribuita. Verifica delle reti di distribuzione: metodo del bilanciamento delle portate (Cross) anche in presenza di più vincoli piezometrici, metodo del bilanciamento dei carichi; linearizzazione mediante il metodo di Newton-Raphson generalizzato; casi con reti complesse per la presenza di pompe, valvole, ecc.

Sistemi di Drenaggio Urbano (Fognature)

Sistemi di drenaggio urbano (Fognatura). Calcolo delle portate idriche da smaltire di origine domestica e meteorica. Dimensionamento e verifica delle reti fognarie.

Generalità: Scopi, tipi di rete (unitaria o separata); fognature comprensoriali e locali. Analisi tecnico-economiche per la scelta della soluzione ottimale. Indagini demografiche e previsioni a lungo termine. Esame delle utenze civili ed industriali.
Tracciamento plano-altimetrico della rete di drenaggio.
Calcolo delle acque nere: Portate medie giornaliere, del giorno di massimo consumo, di magra, di punta. Acque di prima pioggia, portate meteoriche da inviare al trattamento.
Calcolo delle portate pluviali: Tempi di ritorno di progetto. Nozioni di idrologia: indagini probabilistiche sulle precipitazioni intense; curve di possibilità pluviometrica; ietogrammi di progetto, capacità di infiltrazione e detenzione superficiale. Modelli idrologici di trasformazione afflussi-deflussi; metodo razionale, di corrivazione e dell'invaso; taratura dei parametri. Cenni ai metodi fisicamente basati; teoria dell'onda cinematica su falda piana; equazioni del moto vario a pelo libero; transizioni.
Idraulica delle correnti a pelo libero: Moto uniforme, contenuto energetico della corrente, stato critico, profili di moto permanente in alveo cilindrico, risalto idraulico, casi ricorrenti di profilo, tracciamento numerico del profilo idraulico.
Dimensionamento delle canalizzazioni: Calcoli idraulici dei collettori: sezioni tipiche; pendenze e velocità adottabili; pozzetti di ispezione; manufatti di raccordo: salti, curve, confluenze, diramazioni, ecc. Lavaggio delle fognature. Caditoie stradali, immissioni private, opere di ventilazione.
Scaricatori di piena: Funzione degli scaricatori di piena. Caratteristiche costruttive. Portate scaricate ed inquinamento trasferito ai corpi idrici riceventi. Normative. Scaricatori laterali: teoria e dimensionamento (cenni). Scaricatori a salto e frontali (cenni).
Sifoni: Schemi costruttivi; dimensionamento e verifica idraulica. Pulizia.
Vasche volano (vasche di laminazione): Scopi e campi di applicazione. Dimensionamento delle vasche sulla base del metodo cinematico e del metodo dell'invaso. Confronti con metodi fisicamente basati e serie storiche. Schemi e tipologie costruttive.

Modalità di Valutazione dell'Apprendimento

L'esame consiste in una prova orale e nella discussione dell'esercitazione presentata dallo studente. Nella prova orale si chiede al candidato di risolvere problemi applicativi e di esporre i principali concetti dell'insegnamento. L'esercitazione consiste nella risoluzione di problemi di tipo applicativo inerenti ai temi trattati nel corso. L'esercitazione può essere svolta in gruppi.

Criteri di Valutazione

Per superare con esito positivo la valutazione dell'apprendimento, il candidato deve dimostrare di possedere una complessiva conoscenza degli argomenti trattati nel corso, avere la capacità di individuare e ricostruire le variabili di progetto, di proporre soluzioni adeguate e coerenti al problema affrontato ed aver ben compreso i metodi di dimensionamento dei diversi elementi idraulici presenti in un sistema edilizio.

Criteri di Attribuzione del Voto Finale

Affinché l'esito complessivo della valutazione sia positivo il candidato deve aver svolto in modo corretto l'esercitazione e deve conseguire la sufficienza nella prova orale. L’esame si intende superato quando il voto è maggiore o uguale a 18. La valutazione massima (pari a 30) è assegnata ai candidati che dimostrino piena autonomia nell'impostare e risolvere i problemi ed una conoscenza approfondita e completa dei contenuti del corso nell'ambito della prova orale e del lavoro di esercitazione.

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