COMPLEMENTI DI IDRAULICA
Anno accademico 2026/2027 - Docente: GIUSEPPE PEZZINGARisultati di apprendimento attesi
Conoscenza e comprensione di modelli matematici dell’idraulica e capacità di applicarli a casi schematici rappresentativi di problemi di moto dei fluidi nell’ingegneria delle acque.
Conoscenza delle ipotesi di base e delle approssimazioni di calcolo per lo studio del moto dei fluidi.
Lettura e scrittura autonoma di documentazione tecnica e scientifica nel campo delle acque.
Verifica e dimensionamento di reti in pressione e correnti a pelo libero, analisi della filtrazione e del trasporto solido.
Capacità di raccogliere e interpretare dati relativi a problemi di ingegneria delle infrastrutture idrauliche.
Capacità di analizzare criticamente dati e misure di esperimenti complessi, valutando la precisione richiesta e gli errori attesi.
Capacità di analizzare criticamente i risultati di calcoli complessi e le approssimazioni dovute alle ipotesi di base.
Essere in grado di comunicare, in italiano e in inglese, conoscenze, giudizi e soluzioni progettuali a interlocutori specialisti e non specialisti.
Essere in grado di redigere relazioni tecniche sulle attività svolte e di presentarne i risultati in discussioni collegiali.
Essere in grado di inserirsi con profitto in gruppi di progettazione e gestione di sistemi di opere e impianti nell'ambito dell'Ingegneria delle infrastrutture idrauliche.
Sviluppare le capacità di apprendimento necessarie per una formazione permanente.
Possedere gli strumenti cognitivi di base per l'aggiornamento continuo delle proprie conoscenze.
Le conoscenze acquisite saranno spendibili nella progettazione e gestione di materiali e sistemi finalizzati ad un miglioramento della qualità della vita, in accordo con i seguenti Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda 2030:
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali ed esercitazioni in aula.
Prerequisiti richiesti
E' richiesta la conoscenza degli argomenti fondamentali dell'idraulica.
Frequenza lezioni
La frequenza alle lezioni è fortemente consigliata in quanto coerente con il modello formativo proposto che mira a favorire l'apprendimento graduale, la partecipazione attiva dello studente in classe, il dialogo fra docenti e studenti.
Contenuti del corso
1. INTRODUZIONE Obiettivi del corso - Osservazione diretta, modellazione - Modelli fisici, modelli analogici, modelli matematici - Analisi sperimentale, analisi teorica - Interpretazione numerica - Introduzione ai metodi numerici e alla programmazione.
2. MOTO UNIFORME IN CORRENTI IN PRESSIONE E A SUPERFICIE LIBERA Risoluzione dei problemi di verifica in condotte a sezione circolare – Profili di velocità in condotte a sezione circolare - Estensione delle leggi di resistenza a sezioni non circolari - Alvei con sezione composta – Alvei con pareti di scabrezza diversa – Valutazione della scabrezza negli alvei naturali.
3. VERIFICA DI RETI DI CONDOTTE IN PRESSIONE Generalità – Metodi basati sulle maglie - Metodo nodale - Analisi dell'elemento - Equazione della matrice elementare - Tubazioni, pompe, valvole - Assemblaggio della matrice globale - Imposizione delle condizioni al contorno - Soluzione del sistema di equazioni - Analisi lineare - Metodo di Newton - Coefficienti di rilassamento.
4. PROGETTO DI RETI DI CONDOTTE IN PRESSIONE Generalità - Dimensionamento di reti aperte o ad albero - Sistema lineare nei dislivelli - Equazioni di minimo costo - Progetto mediante programmazione lineare - Il metodo del simplesso - Dimensionamento di reti chiuse o a maglie - Progetto mediante programmazione non lineare - Metodo semplificato.
5. CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA IN MOTO PERMANENTE Generalità - Equazione del moto - Schemi alle differenze finite espliciti e impliciti - Integrazione delle equazioni: alvei prismatici, alvei naturali, alvei a sezione composta - Il programma HEC-RAS - Correnti con portata variabile: sfioratori, canali di gronda – Dispositivi di regolazione e controllo.
6. CORRENTI IN PRESSIONE IN MOTO VARIO Generalità - Oscillazioni di massa - Equazione del moto - Esempi applicativi - Schema di Runge-Kutta per sistemi di equazioni differenziali - Moto vario elastico - Equazioni del moto - Metodo delle caratteristiche - Possibili schemi alle differenze finite - Condizioni al contorno – Limiti di validità.
7. CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA IN MOTO VARIO Generalità - Equazioni del moto - Metodo delle caratteristiche - Schemi alle differenze finite espliciti e impliciti - Schemi espliciti di secondo ordine - Schema di Mac Cormack - Criterio di stabilità di Courant - Crollo di diga - Modelli bidimensionali - Semplificazioni possibili per le onde di piena - Modello cinematico - Modello parabolico - Equazione dei serbatoi - Laminazione di un’onda di piena.
8. MOTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE Generalità - I fenomeni di filtrazione - Equazioni del moto - Il metodo delle differenze finite per i problemi di filtrazione - Moto permanente - Moto vario – Dispersione degli inquinanti negli acquiferi.
9. TRASPORTO SOLIDO Generalità – Profili di velocità - Condizioni critiche: inizio del trasporto solido – Abaco di Shields - Granulometria non uniforme – Influenza della pendenza – Correzione per basso grado di sommergenza - Formule per il trasporto di fondo – Cenni al trasporto in sospensione – Evoluzione degli alvei – Fenomeni localizzati
ESERCITAZIONI
1. Verifica di una rete di condotte in pressione con il metodo di Cross
2. Verifica di una rete di condotte in pressione con il metodo nodale
3. Progetto di due condotte in serie con il metodo per tentativi
4. Progetto di una rete di condotte con la programmazione lineare
5. Calcolo di un profilo di corrente in moto permanente
6. Dimensionamento di uno sfioratore laterale
7. Verifica di un impianto di sollevamento con cassa d'aria
8. Calcolo numerico dell'onda conseguente ad un crollo di diga
9. Verifica di un serbatoio di laminazione
10. Calcolo della filtrazione in un acquifero artesiano
Testi di riferimento
1. Montuori C., Complementi di idraulica, CUEN, Napoli.
2. Pezzinga G., Elementi di idraulica numerica, Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura, Università di Catania.
3. Citrini D., Noseda G., Idraulica, CEA, Milano.
4. Marchi E., Rubatta, A., Meccanica dei fluidi, UTET, Torino
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | INTRODUZIONE | Testo 2 |
| 2 | MOTO UNIFORME IN CORRENTI IN PRESSIONE E A SUPERFICIE LIBERA | Testo 1 |
| 3 | VERIFICA DI RETI DI CONDOTTE IN PRESSIONE | Testo 2, Testo 3 |
| 4 | PROGETTO DI RETI DI CONDOTTE IN PRESSIONE | Testo 2, Testo 3 |
| 5 | CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA IN MOTO PERMANENTE | Testo 1, Testo 2, Testo 3 |
| 6 | CORRENTI IN PRESSIONE IN MOTO VARIO | Testo 2, Testo 3 |
| 7 | CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA IN MOTO VARIO | Testo 1, Testo 2 |
| 8 | MOTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE | Testo 2, Testo 3 |
| 9 | TRASPORTO SOLIDO | Testo 4 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Valutazione delle esercitazioni, finalizzata alla verifica della capacità di applicare modelli matematici dell’idraulica a casi schematici rappresentativi di problemi di moto dei fluidi nell’ingegneria delle acque.
Prova orale, finalizzata a verificare le conoscenze dei modelli matematici dell’idraulica, con comprensione delle ipotesi di base e delle approssimazioni di calcolo.
La valutazione delle esercitazioni e la prova orale pesano ciascuna per il 50% della valutazione complessiva.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Metodo di Cross.
Matrice di conduttività.
Dimensionamento di reti di condotte.
Sfioratore laterale.
Correnti in pressione in moto vario.
Correnti a superficie libera in moto vario.
Filtrazione.
Incipiente movimento.