IDRAULICA E COSTRUZIONI IDRAULICHE

Il corso ha l’obiettivo principale di fornire le conoscenze basilari dell’idraulica. Dopo una parte preliminare nella quale si descrivono le caratteristiche fisiche dei fluidi, con particolare riferimento a quelle che li contraddistinguono dai solidi, il corso prevede l’introduzione degli argomenti fondamentali dell’idraulica, corredati del necessario inquadramento teorico. Il corso comprende anche cenni su argomenti di costruzioni idrauliche come l’idrologia e le opere di acquedotto e fognatura al servizio di insediamenti civili. Sono previste anche lezioni dedicate allo svolgimento di esercitazioni in aula, relative alla soluzione di problemi pratici di idraulica e costruzioni idrauliche.

L'insegnamento sarà svolto attraverso lezioni frontali ed esercitazioni in aula.

Conoscenze di Meccanica Razionale, Analisi Matematica, Algebra.

Si richiede la frequenza di almeno il 70% delle lezioni.

Denominazione: Idraulica e Costruzioni Idrauliche

Generalità

Introduzione al corso. Definizione di sostanza fluida. L’ipotesi del continuo. Dimensioni e unità di misura. Forze di massa e forze di superficie. Tensore degli sforzi e sue proprietà. Proprietà dei fluidi: comprimibilità, dilatabilità termica, tensione superficiale, viscosità. Fluidi non-newtoniani. Assorbimento dei gas.

Statica dei fluidi

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. Spinte su superfici curve.

Cinematica

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. Tipi di moto. Moto permanente. Moto vario. Moto uniforme. Moti bidimensionali. Regimi di moto. Moto laminare. Moto Turbolento.

Equazione indefinita di continuità. Equazione globale di continuità per volumi di controllo fissi nello spazio. Equazione di continuità applicata alle correnti. Deformazione degli elementi fluidi. Velocità di rotazione e di deformazione.

Dinamica dei fluidi: le equazioni della quantità di moto

Equazione indefinita del moto. Equazione di Eulero. Condizioni al contorno. Equazione globale dell’equilibrio dinamico.

Teorema di Bernoulli

Equazioni del moto nella terna intrinseca ad una linea di corrente. Distribuzione delle pressioni. Teorema di Bernoulli. Rappresentazione geometrica del teorema di Bernoulli. Significato energetico del teorema di Bernoulli. Processi di efflusso. Venturimetro. Tubo di Pitot. Estensione del teorema di Bernoulli ai fluidi reali. Estensione del teorema di Bernoulli alle correnti. Scambio di energia fra una corrente e una macchina.

Equazioni del moto dei fluidi reali

Legame costitutivo dei fluidi viscosi. Le equazioni di Navier-Stokes. Equazione globale dell’equilibrio dinamico.

Correnti in pressione

Azione di trascinamento di una corrente. Sforzo tangenziale. Regimi di moto. Moto laminare in un condotto a sezione circolare. Formula di Poiseuille. Moto turbolento. Applicazione del teorema di Buckingham per la determinazione della forma della legge di resistenza. Formula di Darcy-Weisbach. Indice di resistenza. Moto nei tubi lisci. Indice di resistenza nei tubi lisci. Moto nei tubi scabri. Indice di resistenza nei tubi scabri. Abaco di Moody. Formule pratiche per il calcolo della resistenza. Perdite di carico localizzate. Dissipazioni di energia per brusco allargamento, per imbocco a spigolo vivo e per sbocco in un serbatoio. Condotte in depressione.

Problemi pratici relativi alle lunghe condotte

Generalità. Problemi di verifica del funzionamento dei sistemi di lunghe condotte. Problemi di progetto dei sistemi di lunghe condotte. Scelta del tracciato più appropriato per la posa di una condotta.

Cenni sulle correnti a superficie libera

Generalità. Moto uniforme.

Cenni di Idrologia

Generalità. Fonti di informazione: il Servizio Idrografico. Le piogge: rilevamento e distribuzione. Piogge massime locali di breve durata. Leggi di probabilità pluviometrica. Formazione dei deflussi.

Acquedotti

Generalità. Captazione delle acque (sorgenti, falde, acque superficiali). Requisiti delle acque potabili. Selezione del tracciato di un acquedotto. Rete di distribuzione. Serbatoi.

Fognature

Generalità. Studio della rete. Tipi di fogne. Elementi di calcolo delle portate nere e pluviali. Destinazione ultima e depurazione delle acque di rifiuto.

1) D. Citrini, D. Noseda "Idraulica", CEA Milano, 1987

2) G. Ippolito " Appunti di Costruzioni Idrauliche". Edizione aggiornata a cura di Giuseppe di Martino. Liguori Editore. 1993

3) G. Alfonsi, E. Orsi "Problemi di Idraulica e Meccanica dei Fluidi" CEA Milano, 1984.

4) G. Pezzinga "Esercizi di Meccanica dei Fluidi" Aracne editrice, 2008.

5) Appunti forniti dal docente reperibili sulla piattaforma Studium durante lo svolgimento del corso.

Gli esami consistono in una prova scritta e in una prova orale. La prova scritta consiste nella soluzione numerica di problemi di Idraulica e Costruzioni Idrauliche e nella risposta ad un quesito di carattere teorico. Nel complesso la prova consiste in 10 quesisti. Lo studente viene ammesso alla successiva prova orale quando nella prova scritta riporta un voto maggiore o uguale a 15/30. Lo studente che nella prova scritta riporta un voto maggiore o uguale a 18/30 ha facoltà di acquisire i crediti relativi all’insegnamento senza affrontare la prova orale.

Prove in itinere

Durante il corso saranno svolte tre prove scritte. Sono ammessi a sostenere una prova gli studenti che, alla data della prova, hanno acquisito almeno il 70% delle presenze alle lezioni del corso già svolte.

In ciascuna prova lo studente riporta un voto espresso in trentesimi. Se il voto riportato in ciascuna prova è maggiore o uguale a 15/30 e la media dei voti riportati nelle tre prove è maggiore o uguale a 18/30, lo studente ha facoltà di acquisire i crediti dell’insegnamento con un voto uguale alla media dei voti conseguiti nelle tre prove.

Gli esiti delle prove in itinere sono validi solo per la sessione di esami che immediatamente segue la chiusura del corso.

Quando la media dei voti riportati nelle prove in itinere è maggiore o uguale a 15/30, durante la sessione di esami che segue la chiusura del corso, lo studente ha facoltà di sostenere una prova orale in aggiunta alle tre prove scritte.

In uno degli appelli della sessione di esame che segue la chiusura del corso lo studente ha facoltà di ripetere una delle tre prove in itinere scritte. Il voto conseguito in tale prova sarà mediato con in voti riportati nelle altre due prove e se la media è maggiore o uguale a 18/30 lo studente può scegliere di superare l’esame senza sostenere la prova orale.

Diagramma delle pressioni in condizioni idrostatiche. Calcolo di spinte idrostatiche. Teorema di Bernoulli. Spinte dinamiche. Resistenze. Calcolo di un impianto di sollevamento. Tracciamento della linea del carico totale e della piezometrica. Verifica di un canale a superficie libera. Formazione dei deflussi superficiali. Schema di un acquedotto e selezione del tracciato. Schema di una fognatura. Valutazione delle portate pluviali e delle portate nere.