Ingegneria Idraulica a Padova: Corsi di Laurea e Opportunità

La Laurea Magistrale in Ingegneria Civile offerta a Padova consente di approfondire e perfezionare le conoscenze secondo i cinque curricula primari dell’Ingegneria Civile: Strutture, Idraulica, Geotecnica, Sistemi e Infrastrutture di Trasporto, Progettazione Tecnologica e Recupero Edilizio.

Partendo dalle teorie classiche ed evolvendo verso i più innovativi approcci metodologici, alla fine del percorso formativo l’Ingegnere Civile sarà in grado di risolvere i problemi complessi impliciti nella pianificazione, modellizzazione, progettazione, manutenzione e gestione dei sistemi complessi di cui l’opera civile costituisce componente fondamentale.

L'Insegnamento dell'Idraulica

Il corso tratta tematiche fondamentali nell’ambito della Classe di Laurea in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio e Ingegneria Civile, di cui è attività formativa indispensabile e caratterizzante. L'insegnamento dell'Idraulica fornisce agli allievi ingegneri le nozioni basilari della Meccanica dei Fluidi e gli strumenti di Idraulica Applicata.

Struttura del Corso di Idraulica

Il programma è suddiviso in quattro parti:

La prima parte si propone di illustrare i principi fondamentali della meccanica dei fluidi e di dedurre le leggi che ne governano il moto.
Nella seconda parte vengono proposte le applicazioni tipiche del moto uniforme nelle condotte, i fenomeni localizzati, il moto vario nelle condotte.
Nella quarta parte, il corso ha lo scopo di fornire i fondamenti della modellistica fisica idraulica.

Argomenti Trattati

Il corso copre un'ampia gamma di argomenti, tra cui:

Proprietà fisiche dei fluidi.
Spinta su superfici piane e su superfici curve.
Cinematica dei campi fluidi.
Dinamica dei fluidi perfetti e newtoniani.
Moti turbolenti.
Equazione indefinita e globale dell’equilibrio dinamico.
Moto permanente nei canali.
Principi di base della modellistica fisica.

Modalità d'Esame

Durante il corso sono previsti tre esoneri (sempre sugli argomenti di a) idrostatica, b) spinte dinamiche e c) progetto di reti di condotte e canali), superando i quali all’esame lo studente sostiene solo la prova orale sulla parte teorica della materia.

Nel caso di mancato superamento di uno o più esoneri tenuti durante il corso (per insufficienza o per assenza), la relativa verifica scritta si sostiene nello stesso giorno dell’orale o alcuni giorni prima, secondo gli appelli ufficiali indicati nella bacheca del sito del docente. Tale verifica scritta sarà limitata ai soli argomenti per i quali non si è sostenuto o non si è superato il relativo esonero in corso d’anno.

Chi ha sostenuto gli scritti potrà sostenere l'esame orale solo il giorno previsto per esso nel medesimo appello del mese.

Dettaglio degli Argomenti Trattati

Di seguito un elenco più dettagliato degli argomenti trattati nel corso:

Caratteristiche distintive dei solidi, liquidi e gas.
Sforzi nei fluidi.
Dimostrazione del teorema del tetraedro di Cauchy.
Corollario del teorema del tetraedro di Cauchy; caso idrostatico: principio di Pascal.
Comprimibilità. Coefficiente di comprimibilità volumetrico. Comprimibilità dei liquidi. Comprimibilità degli aeriformi. Numero indice di Mach.
Introduzione alla tensione superficiale: definizione; casi pratici. Linea di contatto con presenza di un solido: fluidi che bagnano e non bagnano la parete. Dimostrazione della legge di Jurin-Borelli: caso dei liquidi che bagnano e non bagnano le parete.
Viscosità dinamica e cinematica. Fluidi non newtoniani. Fluidi con comportamento indipendente dal tempo (Bingham, dilatanti e pseudoplastici). Fluidi con comportamento dipendente dal tempo (tixotropici e reopectici).
Equazione globale dell’equilibrio statico (con dimostrazione). Legge di Stevino (con dimostrazione). Concetto di pressioni assolute e relative. Pressioni relative negative. Andamento delle pressioni su un piano. Tracciamento delle pressioni relative e assolute.
Dimostrazione del calcolo della spinta su piastre piane. Dimostrazione delle coordinate del centro di spinta e delle sue proprietà rispetto al baricentro. Dimostrazione del principio di funzionamento del manometro semplice a mercurio.
Spinte su piastre curve. Generalità. Caso delle piastre curve con linea di contorno giacente su un piano. Fluidi a piccolo peso specifico.
Cinematica dei fluidi. Regimi di movimento: laminare, di transizione e turbolento. Esperienza di Reynolds. Numero indice di Reynolds. Punto di vista euleriano e lagrangiano. Regola di derivazione euleriana. Tipi di movimento: uniforme in senso forte e debole, permanente, vario. Concetto di moto uniforme esteso ai moti turbolenti.
Dimostrazione dell'equazione indefinita di continuità per fluidi comprimibili. Equazione globale di continuità.
Dinamica dei fluidi. Dimostrazione del teorema di Bernoulli. Foronomia: efflusso da luce a battente posta sul fondo di un serbatoio; efflusso da una paratoia in un canale; efflusso di un vena libera in atmosfera da parete verticale. Venturimetro e altri misuratori di portata deprimogeni. Taratura di un venturimetro.
Equazione globale dell'equilibrio dinamico e sue applicazioni. Dimostrazione dell’azione di trascinamento di una corrente. Tensione tangenziale di parete. Spinte su piastre fisse o in moto. Spinte su piastre con deviazione del flusso secondo un angolo generico.
Estensione del teorema di Bernoulli al caso dei fluidi reali. Perdite di carico localizzate e continue. Perdite di carico per imbocco e per sbocco. Legge di Darcy-Weisbach. Indice di resistenza. Condotte idraulicamente lisce e scabre: substrato limite viscoso. Indice di resistenza per moto laminare, turbolento di transizione per condotto liscio, turbolento di transizione per condotto scabro e assolutamente turbolento. Abaco di Moody. Moto turbolento di transizione e assolutamente turbolento. Equazione di Coolebrok-White. Condotte commerciali. Condotte in serie e in parallelo. Reti aperte di condotte. Progetto di una condotta con un impianto di sollevamento. Formula di economia di Bresse.
Moto vario nelle condotte in pressione. Fasi del colpo d’ariete nel caso di chiusura brusca. Periodicità del fenomeno nel caso di fluido perfetto. Sovrappressione del colpo d’ariete (con dimostrazione) e celerità del colpo d'ariete (con dimostrazione). Celerità del colpo d'ariete nel caso di cedevolezza dell’involucro (con dimostrazione). Chiusura lenta e brusca: formula di Michaud (con dimostrazione). Esercizi sulle condotte con scabrezza nuova e vecchia, perdita di carico localizzata per presenza di una saracinesca.
Moto in un tubo ad U. Posizione di una pompa. Pompa sovrabattente e sottobattente. Reti chiuse: caratteristiche e tipologie. Esercizi sui problemi di verifica delle condotte (condotta con un particolare tracciato altimetrico). Dimostrazione del metodo di Cross. Esercizio sul metodo di Cross.
Canali. Linea piezometrica e dell’energia nei canali. Energia specifica rispetto al fondo; diagramma dell’energia in funzione del tirante idrico; diagramma dell'altezza del tirante idrico in funzione della portata per unità di larghezza; raggio idraulico: caso di una sezione rettangolare larga; alvei a debole e forte pendenza. Formula di Chézy. Scala di deflusso dei canali. Moto uniforme nei canali. Problemi di progetto nei canali. Criterio di economia. Equazione dei profili di moto permanente (con dimostrazione). Risalto idraulico. Dimostrazione dell'equazione delle altezze coniugate di un risalto idraulico. Analisi del profilo della corrente in alveo a debole pendenza all'uscita da una paratoia. Energia dissipata dal risalto idraulico (con dimostrazione). Carattere cinematico delle correnti. Dimostrazione della celerità delle piccole perturbazioni nei canali. Perturbazioni nelle correnti veloci e lente. Correnti a monte e a valle di una causa di perturbazione.
Sistemi di riferimento fondamentali: modalità di accertamento. Analisi dimensionale applicata alle tensioni tangenziali di parete di un condotto scabro di sezione circolare nelle condizioni di moto turbolento di transizione. Analisi dimensionale delle resistenze al moto di un corpo galleggiante. Similitudine geometrica, cinematica e dinamica nella modellistica fisica. Analisi dimensionale applicata alla modellistica fisica. Interpretazione dei numeri indici di Reynolds e Froude.

Parte Esercitativa del Corso

La parte esercitativa del corso prevede:

Esercizi sulle spinte idrostatiche su superfici piane e curve.
Esercizi sul teorema di Bernoulli e sulle spinte dinamiche.
Esercizi di progetto dei condotti con le varie formulazioni.
Esercizi sulle reti aperte e sulle reti chiuse.
Esercizi sugli impianti di sollevamento.
Esercizi sulla verifica delle condotte.
Problemi di progetto e verifica dei canali.
Esercizi sui profili di moto permanente.

Testi di Riferimento

M. Mossa, A.F. D. Citrini, G. Noseda, Idraulica, Ed.
G. Alfonsi, E. Orsi, Problemi di idraulica e meccanica dei fluidi, Ed. A. E. Marchi, A. F.
M. Y.A. Çengel, J.M. Cimbala, Meccanica dei Fluidi, McGraw-Hill, 2011 (2a edizione).

Figura Professionale Formata: Esperto nella Valutazione del Rischio Idrogeologico

Il corso mira a formare un esperto nella valutazione del rischio associato a processi idrologici e geologici. I principali compiti che un laureato in Water and Geological Risk Engineering può svolgere in un contesto lavorativo sono:

Acquisizione, gestione ed elaborazione di una vasta tipologia di dati territoriali ed ambientali.
Attività di monitoraggio e modellazione di fenomeni idrologici e geologici.
Valutazione della pericolosità (es. fenomeni franosi e alluvionali) e del rischio idrogeologico.
Definizione di scenari di rischio, anche complessi (ad es. multi-rischio), e delle relative misure di mitigazione.
Attività di pianificazione di strategie di gestione del territorio per la riduzione del rischio idrogeologico.
Modellazione numerica e statistica di eventi calamitosi a supporto delle attività di assicurazione e riassicurazione.

Indipendentemente dal contesto lavorativo (istituzioni pubbliche, settore privato, enti di ricerca), il laureato si troverà frequentemente ad interagire e collaborare con altre figure professionali (geologi, dottori forestali, agronomi, architetti, ecc.). Il laureato potrà senz’altro rivestire ruoli di coordinamento: la formazione interdisciplinare e l’impostazione generale del corso di laurea che mira ad una conoscenza ad ampia scala delle problematiche, rappresentano un valore aggiunto rispetto ad altre figure professionali che operano in questi contesti lavorativi.

Competenze Associate alla Funzione

Il laureato acquisisce delle conoscenze e competenze specifiche, ma anche trasversali, che gli permettono di affrontare in modo efficace, ed innovativo, i diversi fenomeni e problematiche connesse al rischio idrogeologico. Una visione multi-scalare, l’integrazione di diverse discipline (idrologia, costruzioni idrauliche, idraulica, geotecnica, geomorfologia, ma anche, ad esempio, economia e pianificazione territoriale) e il riferimento ad approcci emergenti (ad esempio analisi “multi-hazard and risk”; analisi “water/food/energy nexus”) sono elementi chiave del bagaglio di competenze che il laureato potrà esercitare nel contesto lavorativo.

Il laureato sarà in grado di affrontare problemi complessi, che sono molto frequenti nell’ambito del monitoraggio, analisi, mitigazione e gestione, ordinaria ed emergenziale, del rischio idrogeologico. Tali problemi complessi richiedono l’utilizzo di diverse tipologie di dati (anche grandi database) e la conoscenza e l’impiego di diverse metodologie di analisi. L’utilizzo di modelli numerici è strettamente legato all’acquisizione di dati con rilievi sul terreno e con tecniche di remote sensing. Inoltre, ad affiancare ed integrare queste competenze tecnico- scientifiche, sono cruciali le conoscenze che il laureato ha riguardo ad aspetti economici (es. quantificazione del danno) e sociali (es. percezione e comunicazione del rischio).

Sbocchi Professionali

I primari sbocchi occupazionali sono costituiti dall’attività di professionista autonomo o di dipendente di livello elevato nel settore pubblico o privato.

Le organizzazioni interpellate durante le consultazioni (che includono enti e agenzie che si occupano di acqua e di territorio, come il Dipartimento di Protezione Civile, l’Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale, i Distretti Idrografici, le Agenzie Regionali per la Prevenzione e protezione Ambientale, i Consorzi di Bonifica) evidenziano notevole interesse per la nuova figura di ingegnere.

La quasi totalità delle risposte durante le consultazioni indica che i) le abilità e competenze fornite dalla LM sono adeguate al profilo professionale richiesto nel prossimo futuro in questo specifico settore; e che ii) gli obiettivi formativi sono adeguati alle esigenze del settore specifico.

Il 97,9% delle organizzazioni ritiene che il profilo di Laureata Magistrale è di interesse per la propria struttura, mentre il 77,1% ritiene che la struttura può essere interessata ad assumere uno o più laureati dal Corso di LM.

Più in generale, un principale campo di impiego per la nuova figura di Ingegnere sarà rappresentato dalla predisposizione e attuazione della pianificazione per la protezione e gestione del territorio, in particolare con i piani di gestione del rischio di alluvione e dei piani di tutela, sia nell’ambito della Pubblica Amministrazione (Distretti Idrografici, Enti locali e regionali, organismi di Protezione Civile) che presso soggetti privati.

Ancora, i laureati in “Water and Geological Risk Engineering” saranno dotati di un insieme di competenze adatti all’impiego in organizzazioni governative e non governative nel campo della difesa idrologica e geologica operanti a livello nazionale, globale, e in paesi in via di sviluppo: uffici e organi delle Nazioni Unite, la Banca Mondiale, la European Civil Protection, Organizzazioni Non Governative (e.g. Engineers Without Borders, Engineering for Change, ecc. ).

Infine, un mercato di rilievo è l’Accademia, in Italia e all’estero, essendo il campo dei rischi idro-geologici strategico per la ricerca in Europa e nel mondo e sempre significativamente finanziato dalle agenzie governative e fondazioni private.

Un ulteriore obiettivo del laureato sarà il conseguimento dell’abilitazione di Ingegnere in particolare per lo svolgimento della libera professione. Potrà inoltre lavorare presso società e aziende operanti nel campo della consulenza qualificata, anche nella quantificazione e gestione del rischio ambientale e nel settore delle assicurazioni e delle ri-assicurazioni, con operatori di grandi dimensioni attivi nel campo della modellazione idrologica in tempo reale, delle previsioni meteorologiche, della mappatura da telerilevamento del rischio a scala globale.

Le competenze che il laureato avrà acquisito, con particolare riferimento ai temi della mitigazione del rischio idrogeologico, potranno anche essere utilizzate per attività professionali o di consulenza per Istituzioni locali e nazionali ed aziende private, anche in riferimento a Progetti Nazionali, della Comunità Europea e presso Istituzioni Internazionali.

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