IDRAULICA DEI SISTEMI NATURALI
Anno accademico 2026/2027 - Docente: VINCENZA CINZIA SANTORORisultati di apprendimento attesi
L’insegnamento mira a fornire la 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.
Gli argomenti trattati costituiscono elementi di base e propedeutici anche per alcune tematiche contenute nei SDGs dell'agenda 2030, e in particolare:
GOAL 6: Acqua pulita e servizi igienico-sanitari
6.3 Migliorare la qualità dell'acqua riducendo l'inquinamento, eliminando le pratiche di scarico non controllato e riducendo al minimo il rilascio di sostanze chimiche e materiali pericolosi, dimezzare la percentuale di acque reflue non trattate e aumentare sostanzialmente il riciclaggio e il riutilizzo sicuro a livello globale.
6.6 Proteggere e ripristinare gli ecosistemi legati all'acqua, tra cui montagne, foreste, zone umide, fiumi, falde acquifere e laghi.
GOAL 11: Città e comunità sostenibili
11.B Aumentare notevolmente il numero di città e di insediamenti umani che adottino e attuino politiche e piani integrati verso l'inclusione, l'efficienza delle risorse, la mitigazione e l'adattamento ai cambiamenti climatici, la resilienza ai disastri, lo sviluppo e l’implementazione, in linea con il “Quadro di Sendai per la Riduzione del Rischio di Disastri 2015-2030”, la gestione complessiva del rischio di catastrofe a tutti i livelli.
GOAL 13: Lotta contro il cambiamento climatico
13.1 Rafforzare la resilienza e la capacità di adattamento ai rischi legati al clima e ai disastri naturali in tutti i paesi.
13.2 Integrare nelle politiche, nelle strategie e nei piani nazionali le misure di contrasto ai cambiamenti climatici.
GOAL 14: Vita sott'acqua
14.5 Proteggere almeno il 10 per cento delle zone costiere e marine, coerenti con il diritto nazionale e internazionale e sulla base delle migliori informazioni scientifiche disponibili.
Conoscenza e capacità di comprensione. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Al termine del percorso, gli studenti dovranno aver acquisito le conoscenze teoriche e tecnico-pratiche necessarie per potere affrontare in ambito professionale i temi trattati (più specificamente, problemi di progettazione e verifica relativi all'uso e alla difesa del territorio, in particolare fluviale e costiero, anche tenendo conto di alcuni rischi idrogeologici e della tutela ambientale) e, ove necessario, approfondirli.
Autonomia di giudizio
Le abilità maturate devono includere la capacità di riflessione autonoma sugli effetti degli interventi ingegneristici in termini di ricaduta sui sistemi idraulici naturali e sulle comunità antropiche in generale, per pervenire alle migliori soluzioni richieste dal problema da affrontare.
Abilità communicative
Gli studenti saranno in grado di utilizzare il linguaggio tecnico proprio delle discipline affrontate e comunicare in modo chiaro ed efficace problemi e relative soluzioni, ovvero relazionare con sicurezza in pubblico.
Capacità di apprendimento
Gli studenti svilupperanno la padronanza delle tecniche per approfondire quanto non può essere esplicitamente trattato nel corso per motivi di tempo, ma che può essere affrontato partendo da quanto imparato, aggiornando autonomamente le proprie conoscenze attraverso la consultazione di fonti tecnico-scientifiche, normative e linee guida di settore.
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 della 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 e 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
Sulla pagina di Studium dedicata all'Insegnamento, sono disponibili tutte le slide delle lezioni.
I testi di riferimento sono due: il primo riguarda la parte del corso che riguarda essenzialmente l'idraulica fluviale, il secondo la parte che riguarda l'idraulica marittima:
Armanini, A. Principi di Idraulica fluviale - Editoriale BIOS, 1999
US Army Corps of Engineers Coastal Engineering Manual, EM 1110-2-1100, 2002
http://www.publications.usace.army.mil/USACEPublications/EngineerManuals/tabid/16439/u43544q/636F617374616C20656E67696E656572696E6720
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. | |
| 2 | I profili di moto permanente e la loro integrazione. Correnti permanenti con portata variabile. Esempi applicativi. | |
| 3 | Il moto vario a superficie libera: il modello cinematico, il modello parabolico, i modelli idrologici. | |
| 4 | Teoria di Shields per il moto incipiente. | |
| 5 | Modalità di trasporto. La portata solida. Capacità di trasporto. Wash load e bed material load. | |
| 6 | Il trasporto al fondo. Teoria di Einstein; teoria di Du Boys; altre formule. | |
| 7 | Il trasporto in sospensione. | |
| 8 | Il trasporto solido totale. | |
| 9 | La resistenza totale al moto negli alvei a fondo mobile. | |
| 10 | Criteri di esistenza delle forme di fondo. Resistenza di grano e resistenza delle forme di fondo. | |
| 11 | Bilancio dei sedimenti. Equazione di Exner. Migrazione delle forme di fondo. Sistema acqua - sedimenti. | |
| 12 | Colate fangose e detritiche: formazione, evoluzione e caratterizzazione. Modelli reologici per le colate detritiche. Modellazione numerica. | |
| 13 | Onde di gravità regolari. Moto irrotazionale. Fluido perfetto. Equazione di Eulero. Equazione di Laplace. | |
| 14 | L'onda progressiva. L'onda regressiva. L'onda stazionaria. Celerità. | |
| 15 | Relazione di dispersione. Cinematica dell'onda progressiva. Cinematica dell'onda stazionaria. Distribuzione della pressione in un'onda progressiva e in un'onda stazionaria. | |
| 16 | Energia di un'onda progressiva. Potenza di un'onda progressiva. Celerità di gruppo. | |
| 17 | Shoaling. Rifrazione. Il raggio d'onda. | |
| 18 | Trasformazioni dell'energia specifica. Il frangimento. Diffrazione. Riflessione. | |
| 19 | Il moto nella surf zone. | |
| 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. | |
| 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. | |
| 22 | Criteri per la scelta dell'onda di progetto (previsioni a lungo termine). | |
| 23 | Il trasporto solido costiero ed evoluzione della linea di costa. |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame finale consiste in una prova unica, che comprende domande di tipo teorico e problemi applicativi.
Durante il semestre vengono effettuate due prove scritte in itinere, ciascuna riguardante all'incirca la metà del programma, che consistono in 10 quesiti per ogni prova (5 di tipo teorico e 5 di tipo applicativo), ciascuno valutato con un massimo di 3 punti. Se lo studente/la studentessa supera entrambe le prove (ciascuna con una valutazione di almeno 18/30), può sostenere una prova orale finale, avendo garantito un voto minimo pari alla media dei voti ottenuti nelle due prove in itinere.
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.