IDRAULICA DEI SISTEMI NATURALI
Anno accademico 2018/2019 - 1° annoCrediti: 9
SSD: ICAR/01 - IDRAULICA
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 138 di studio individuale, 42 di lezione frontale, 45 di esercitazione
Semestre: 2°
Obiettivi formativi
Conoscenza degli strumenti matematici avanzati e dei risultati sperimentali, in laboratorio e in campo, per studiare il moto dei fluidi nei diversi contesti in cui essi possono trovarsi in natura, con particolare riferimento ai problemi relativi al moto di correnti fluviali e detritiche e all’idraulica marittima, in condizioni di fondo fisso e mobile.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Sono previste lezioni frontali, seguite - per ciascun argomento - da esercitazioni, che consistono in applicazioni ingegneristiche che gli studenti svolgono in aula, sotto la guida e con l'aiuto del docente.
Prerequisiti richiesti
E' necessaria la conoscenza dell'idraulica di base, con particolare riferimento alle nozioni generali di cinematica e dinamica dei fluidi e del moto delle correnti a superficie libera in moto uniforme e permanente.
Frequenza lezioni
La frequenza alle lezioni è vivamente 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
Nel seguito è riportato un elenco dei principali argomenti trattati all'interno del corso.
Il sistema fluviale. Moto uniforme, permanente e vario a superficie libera. Moto incipiente dei sedimenti e trasporto solido. La resistenza al moto negli alvei a fondo mobile. Il sistema acqua sedimenti: evoluzione di un corso d’acqua. Colate detritiche e fangose. Il moto ondoso regolare. Trasformazioni non energetiche ed energetiche di un’onda monocromatica. Il moto ondoso irregolare e reale. Analisi statistica a breve e a lungo termine. L’onda di progetto. Il moto nella surf zone. Trasporto solido costiero. Processi costieri.
Testi di riferimento
1. Armanini, A. Principi di Idraulica fluviale - Editoriale BIOS, 1999
2. Atzeni, A. Dispense di Idraulica Marittima – Aracne editrice, 2011
Altri importanti riferimenti bibliografici:
Ferro, V. La sistemazione dei bacini idrografici – Mc-Graw-Hill, 2002
US Army Corps of Engineers Channel Stability Assessment for Flood Control Projects, EM 1110-2-1418, 1994 http://www.publications.usace.army.mil/Portals/76/Publications/EngineerManuals/EM_1110-2-1418.pdf
U.S. Department of Transportation - Federal Highway Administration River Engineering for Highway Encroachments, FHWA NHI 01-004 http://www.fhwa.dot.gov/engineering/hydraulics/pubs/nhi01004.pdf
US Army Corps of Engineers Coastal Engineering Manual, EM 1110-2-1100, 2002 http://www.publications.usace.army.mil/USACEPublications/EngineerManuals/tabid/16439/u43544q/636F617374616C20656E67696E656572696E67206D616E75616C/Default.aspx
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Moto uniforme a superficie libera. Sforzo tangenziale medio e conduttanza. Scala di deflusso in una sezione compatta. Le sezioni composte. | 3 |
| 2 | I profili di moto permanente e la loro integrazione. Correnti permanenti con portata variabile. Esempi applicativi. | 3 |
| 3 | Il moto vario a superficie libera: il modello cinematico, il modello parabolico, i modelli idrologici. | |
| 4 | Teoria di Shields per il moto incipiente. | 1 - 4 - 5 |
| 5 | Modalità di trasporto. La portata solida. Capacità di trasporto. Wash load e bed material load. | 1 - 5 |
| 6 | Il trasporto al fondo. Teoria di Du Boys. Altre formule alla Du Boys. Formula di Meyer-Peter e Muller. Formula di Smart e Jaggi. Formula di Meyer-Peter e Muller per granulometria non uniforme. Formula di Schocklitsch. Formula di van Rijn. Leggi di potenza | 1 - 4 - 5 |
| 7 | Il trasporto in sospensione. | 1 - 5 |
| 8 | Il trasporto solido totale. | 1 - 6 |
| 9 | La resistenza totale al moto negli alvei a fondo mobile. | 1 - 4 - 5 |
| 10 | Criteri di esistenza delle forme di fondo. Resistenza di grano e resistenza delle forme di fondo. | 1 - 4 - 5 |
| 11 | Bilancio dei sedimenti. Equazione di Exner. Migrazione delle forme di fondo.Sistema acqua - sedimenti. Soluzioni non stazionarie. | 1 |
| 12 | Colate fangose e detritiche: formazione, evoluzione e caratterizzazione. Modelli reologici per le colate detritiche. Modellazione numerica. | 4 |
| 13 | Onde di gravità regolari. Moto irrotazionale. Fluido perfetto. Equazione di Eulero. Equazione di Laplace. | 2 - 3 - 6 |
| 14 | L'onda progressiva. L'onda regressiva. L'onda stazionaria. Celerità. | 2 - 3 - 6 |
| 15 | Relazione di dispersione lineare.Cinematica dell'onda progressiva. Cinematica dell'onda stazionaria. Distribuzione della pessione in un'onda progressiva e in un'onda stazionaria. | 2 - 6 |
| 16 | Energia di un'onda progressiva. Potenza di un'onda progressiva. Celerità di gruppo. | 2 - 6 |
| 17 | Shoaling. Rifrazione. Il raggio d'onda. Rifrazione dell'onda mono cromatica. | 2 - 6 |
| 18 | Trasformazioni dell'energia specifica. Il frangimento. Diffrazione. Riflessione. | 2 - 6 |
| 19 | Il moto nella surf zone. | 2 - 6 |
| 20 | Il moto ondoso reale e il moto ondoso irregolare. L'analisi dei treni di onde. I metodi zero-crossing. L'onda significativa. Distribuzioni di probabilità per la rappresentazione dello stato di mare a breve termine. | 2 - 6 |
| 21 | Il metodo spettrale. Relazione tra le altezze significative in acque basse. Il fetch e i possibili stati di mare. Gli spettri sintetici. Gli spettri direzionali. Il metodo SMB. | 2 |
| 22 | Criteri per la scelta dell'onda di progetto (previsioni a lungo termine). | 2 |
| 23 | Evoluzione della linea di costa. | 6 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame consiste in una prova orale.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Moto uniforme, permanente e vario in canali a sezione compatta e a sezione composta. Profili di corrente in alvei naturali. Effetto della presenza di pile di ponte in alveo, sulla corrente e sul fondo del fiume. Criteri per lo studio del moto incipiente. Principali formule per il calcolo del trasporto solido al fondo e in sospensione. Stima della resistenza al moto negli alvei naturali. Modelli reologici per le colate detritiche. L'onda monocromatica di ampiezza infinitesima: calcolo del potenziale, della celerità, della pressione e della velocità. Shoaling, rifrazione, frangimento. Analisi a breve termine del moto ondoso. Calcolo dell'onda di progetto. Modelli a una linea per i processi costieri a lungo termine.