Idrodinamica dei Sistemi Naturali e Antropizzati

Il corso ha la finalità di fornire agli studenti le conoscenze di base necessarie per affrontare problemi di ingegneria relativi alla gestione sostenibile della risorsa idrica, alla mitigazione del rischio idraulico e alla produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili. In particolare, saranno trattati i problemi di dimensionamento e verifica di serbatoi, condotte in pressione e canali naturali e artificiali a pelo libero.

Il corso introduce inoltre i fondamenti dell’ecoidraulica e dell’interazione tra fluidi e vegetazione, con riferimento alle soluzioni basate sulla natura per la gestione della risorsa idrica e la mitigazione del rischio idraulico e idrogeologico.

Le conoscenze acquisite saranno spendibili nella progettazione e gestione di materiali e sistemi finalizzati a un miglioramento della qualità della vita, in accordo con gli obiettivi 2, 3, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14 e 15 dell’Agenda 2030.

Conoscenza e capacità di comprensione

Lo studente conoscerà le proprietà dei fluidi e comprenderà i principi dell’idrostatica, le equazioni fondamentali della dinamica dei fluidi ideali e le leggi che governano il moto dei fluidi reali, con i rispettivi ambiti di applicabilità. Comprenderà inoltre il funzionamento delle macchine idrauliche e la fisica delle correnti a pelo libero. Acquisirà inoltre conoscenze di base sull’interazione tra correnti e vegetazione e sui principi idraulici alla base delle soluzioni basate sulla natura.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Attraverso le esercitazioni, lo studente imparerà a determinare la distribuzione delle pressioni e le spinte idrostatiche, applicare le equazioni fondamentali della dinamica dei fluidi ideali e reali. Sarà inoltre in grado di affrontare semplici problemi di verifica e dimensionamento di impianti con pompe e turbine. Per le correnti a pelo libero, saprà determinare l’altezza critica e l’altezza di moto uniforme e tracciare e interpretare i profili di corrente in moto permanente. Saprà inoltre affrontare semplici problemi di moto in sistemi vegetati, valutando l’effetto della vegetazione sulla resistenza al moto e sui livelli idrici, e interpretare il funzionamento idraulico delle soluzioni basate sulla natura.

Autonomia di giudizio

Lo studente saprà individuare gli schemi di calcolo e le equazioni appropriati al problema idraulico considerato e motivare le ipotesi adottate. Valuterà criticamente i risultati, verificando la coerenza di pressioni, portate e carichi con le condizioni fisiche e di funzionamento del sistema idraulico considerato. Sarà in grado di distinguere le condizioni in cui è possibile assumere il fluido ideale da quelle in cui occorre considerare le perdite di carico. Nello studio delle correnti a pelo libero saprà riconoscere il regime di corrente e individuare le condizioni al contorno necessarie al tracciamento dei profili. Nei sistemi vegetati saprà valutare l’adeguatezza della rappresentazione della resistenza al moto e discutere potenzialità e limiti delle soluzioni basate sulla natura rispetto alle condizioni idrauliche considerate.

Abilità comunicative

Lo studente saprà descrivere i fenomeni idraulici e illustrare i procedimenti di calcolo utilizzando un linguaggio tecnico appropriato. Le risposte grafiche e discorsive richieste nelle prove scritte consentiranno di sviluppare e dimostrare la capacità di rappresentare con chiarezza gli schemi idraulici e i profili di corrente, esplicitare le ipotesi adottate e i passaggi di calcolo e interpretare i risultati ottenuti. L’eventuale discussione orale permetterà inoltre di dimostrare la capacità di esporre i concetti teorici e argomentare le soluzioni proposte. Saprà descrivere gli effetti della vegetazione sulle correnti e illustrare i meccanismi attraverso cui le soluzioni basate sulla natura contribuiscono alla gestione della risorsa idrica e alla riduzione del rischio idraulico.

Capacità di apprendimento

Lo studente svilupperà un metodo di studio autonomo, basato sull’utilizzo critico dei testi e del materiale didattico, sul collegamento tra teoria e applicazioni e sulla revisione degli errori. Queste capacità costituiranno la base per successivi approfondimenti e per l’aggiornamento delle competenze professionali. Saprà utilizzare tali strumenti per approfondire le applicazioni dell’ecoidraulica ai sistemi naturali e antropizzati.

L'insegnamento prevede lo svolgimento di:

• lezioni frontali, svolte in modalità partecipativa, al fine di ottenere il coinvolgimento degli studenti e la maturazione dei contenuti;
• esercitazioni guidate, volte all'applicazione numerica dei concetti e dei metodi di analisi e modellazione più comunemente utilizzati in idraulica;
• prove in itinere, mirate a verificare durante il corso l'effettiva comprensione dei contenuti e la maturazione delle competenze;
• Visite tecniche presso cantieri, enti gestori e altri soggetti operanti nel settore delle opere idrauliche, compatibilmente con le disponibilità organizzative.

Gli studenti che abbiano ottenuto il riconoscimento dello status di studente lavoratore, studente atleta, studente in situazione di difficoltà e studente con disabilità, ai sensi dell'art. 30 del Regolamento didattico di Ateneo e del relativo regolamento (D.R. n. 1598 del 2/5/2018), potranno sostenere gli esami negli appelli straordinari riservati agli studenti fuoricorso e usufruiranno di specifiche attività di supporto didattico.

• Introduzione al corso

• I fluidi e le loro proprietà

• Statica dei fluidi

• Cinematica dei fluidi

• Equazioni fondamentali dell’idraulica

• Il teorema di Bernoulli

• Equazioni del moto dei fluidi reali

• Correnti in pressione

• Problemi pratici relativi alle lunghe condotte

• Correnti a pelo libero

• Fondamenti di ecoidraulica e interazione fluidi-vegetazione

• Soluzioni basate sulla natura per la gestione della risorsa idrica e riduzione del rischio idraulico

1. M. Mossa, A.F. Petrillo: “Idraulica”, CEA Milano, 2024.
2. D. Citrini, D. Noseda: “Idraulica”, CEA-Milano, 1987 .
3. G. Alfonsi, E. Orsi: “Problemi di Idraulica e Meccanica dei Fluidi”, CEA Milano, 1984
4. Pezzinga, G. (2008) Esercizi di meccanica dei fluidi, Aracne Editrice, Roma

Modalità di verifica dell’apprendimento

L’apprendimento è verificato mediante 3 prove in itinere oppure un’unica prova scritta finale. Le prove hanno, di norma, tutte la durata di due ore. Gli studenti che abbiano superato positivamente le prove in itinere possono decidere di verbalizzare la valutazione ottenuta. La prova orale può essere sostenuta a discrezione degli studenti.

Le prove accertano la comprensione dei principi e la capacità di applicarli ai problemi proposti. La chiarezza delle rappresentazioni e dell’eventuale esposizione orale concorre alla valutazione delle abilità comunicative. I collegamenti tra argomenti e l’applicazione dei metodi a problemi con dati diversi da quelli degli esempi svolti forniscono elementi per valutare la capacità di apprendimento autonomo.

Modalità di iscrizione a un appello d’esame: prenotazione sul portale d’Ateneo. Gli appelli sono fissati secondo il calendario accademico e le disposizioni del Regolamento Didattico di Ateneo, inclusi gli appelli riservati alle categorie di studenti aventi diritto.

Nei periodi consentiti dal calendario accademico, oltre l’orario settimanale di ricevimento, è possibile, contattando il docente via e-mail, concordare ulteriori incontri per richieste di chiarimenti.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo richiedano.

Prove in itinere

Le tre prove seguono l’avanzamento del programma e si svolgono di norma durante l’orario di lezione o nelle pause didattiche. La loro articolazione indicativa è la seguente:

• Prima prova: idrostatica, distribuzione delle pressioni e spinte su superfici piane e curve.
• Seconda prova: moto dei fluidi ideali e reali, applicazioni del teorema di Bernoulli, valutazione delle spinte dinamiche, verifica di impianti idraulici con pompe e turbine.
• Terza prova: correnti a pelo libero, moto uniforme, stato critico e tracciamento dei profili di corrente in moto permanente, problemi di lunghe condotte; moti in sistemi vegetati, interazione fluidi–vegetazione e principi delle soluzioni basate sulla natura.

Tutte le domande sono a risposta aperta. Ogni prova è valutata in trentesimi. È possibile partecipare a tutte le prove indipendentemente dall’esito delle precedenti. Il voto complessivo è dato dalla media delle tre valutazioni; una media pari o superiore a 18/30 consente il superamento dell’esame.

La validità della valutazione delle prove in itinere si estende per tutto l’anno accademico di riferimento.

Gli studenti che conseguono un voto superiore a 15/30 nella prova scritta possono scegliere di sostenere una prova orale, anche qualora abbiano già ottenuto un esito sufficiente. Il colloquio si svolge in occasione degli appelli ufficiali (vedere Prova scritta finale), cui in ogni caso gli studenti devono iscriversi per la verbalizzazione dell’esito della valutazione finale.

Prova scritta finale

In alternativa alle prove in itinere, gli studenti possono sostenere un’unica prova scritta della durata di due ore. La prova verifica le medesime competenze e comprende tutti gli argomenti già elencati nelle prove in itinere.

L’esito viene comunicato entro una settimana; una valutazione pari o superiore a 18/30 consente il superamento dell’esame.

Gli studenti che conseguono un voto superiore a 15/30 nella prova scritta possono scegliere di sostenere una prova orale, anche qualora abbiano già ottenuto un esito sufficiente. Il colloquio si svolge entro una settimana dalla prova scritta e approfondisce gli argomenti del programma, incluse le applicazioni alle correnti in pressione, agli impianti con macchine idrauliche, alle correnti a pelo libero, ai sistemi vegetati e alle soluzioni basate sulla natura. Accerta la padronanza dei contenuti, i collegamenti tra i temi, la capacità di ragionamento e la proprietà del linguaggio tecnico. In tal caso, la valutazione finale tiene conto anche dell’esito del colloquio.

Criteri di valutazione delle prove scritte

Ciascuna prova comprende 10 quesiti con risposte numeriche, grafiche e, per gli aspetti concettuali, discorsive. A ogni risposta sono attribuiti fino a 3 punti: 3 per una soluzione corretta; 2 in presenza di lievi errori di calcolo; 1 in presenza di errori teorici di entità intermedia; 0 per una risposta errata. Il punteggio totale è espresso in trentesimi.

Criteri per l’attribuzione del voto finale

Le fasce seguenti descrivono il livello di preparazione associato al voto. Per le prove scritte resta valido il punteggio dei quesiti; nell’eventuale colloquio orale si considerano anche la chiarezza espositiva, l’autonomia e la capacità di collegamento.

• Distribuzione idrostatica delle pressioni
• Valutazione di spinte idrostatiche su superficie piane e/o curve
• Applicazione del teorema di Bernoulli, nell'ipotesi di fluido ideale
• Valutazione delle spinte dinamiche dovute a una corrente
• Tracciamento della linea dei carichi totali e della linea piezometrica
• Determinazione della potenza di macchine idrauliche
• Determinazione dell'altezza critica e dell'altezza di moto uniforme
• Tracciamento di profili di corrente in moto permanente
• Descrivere l’interazione tra una corrente e la vegetazione e i suoi effetti sulla resistenza al moto e sui livelli idrici.
• Illustrare il funzionamento idraulico di una soluzione basata sulla natura e discuterne potenzialità e limiti per la gestione della risorsa idrica e la riduzione del rischio idraulico.