CORSO DI LAUREA MAGISTRALE: Ingegneria Civile

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1 FACOLTÀ: INGEGNERIA CORSO DI LAUREA MAGISTRALE: Ingegneria Civile INSEGNAMENTO: Complementi di Idraulica NOME DOCENTE: Prof. Ing. Roberto GAUDIO (Professore Associato ICAR/01- Idraulica, Dipartimento di Ingegneria Civile, Università della Calabria) indirizzo orario ricevimento via mercoledì dalle 10:00 alle 13:00 (Il docente riceve comunque gli studenti frontalmente dopo il seminario previsto prima dell esame) OBIETTIVI FORMATIVI E RISULTATI D APPRENDIMENTO PREVISTI: Il corso si propone i seguenti fini: far comprendere i fenomeni idraulici, le relative cause e i meccanismi che stanno alla base di essi, dandone una completa descrizione matematica e individuando con chiarezza le ipotesi di base e le condizioni al contorno; approfondire la conoscenza dei fenomeni idraulici nelle correnti in pressione; approfondire la conoscenza dei fenomeni idraulici nelle correnti a superficie libera; acquisire conoscenze sulla foronomia; acquisire conoscenze sui moti di filtrazione; acquisire conoscenze sui modelli idraulici fisici. Lo studente, al termine del corso, dovrà avere acquisito la capacità di esprimersi con il linguaggio tecnico idoneo alla corretta esposizione degli argomenti e la capacità di risoluzione di casi applicativi. CONTENUTI DEL CORSO: Il corso è da 9 CFU e prevede 72 lezioni; è strutturato in 5 moduli principali riguardanti, rispettivamente: 1. Correnti in pressione (4 CFU=32 lezioni), in cui si focalizza l attenzione sul moto uniforme laminare e moto turbolento e sul moto vario; 2. Correnti a superficie libera (2 CFU=16 lezioni), in cui si focalizza l attenzione sul moto permanente, sul moto vario e sul trasporto di sedimenti;

2 3. Modelli idraulici fisici (1 CFU=8 lezioni), in cui si focalizza l attenzione sull analisi dimensionale e sulla teoria dei modelli; 4. Foronomia (1 CFU=8 lezioni), in cui si focalizza l attenzione sulle luci a battente e a stramazzo; 5. Moti di filtrazione (1 CFU=8 lezioni), in cui si focalizza l attenzione sulle falde freatiche e in pressione. Nello specifico, gli argomenti previsti per ogni modulo sono riportati di seguito. MODULO 1 - CORRENTI IN PRESSIONE 1. Introduzione al Corso: programma del Corso, bibliografia consigliata, modalità di esame, test di autovalutazione. 2. Proprietà fisiche dei fluidi: tensione superficiale; legge di Jurin-Borelli; fluidi non newtoniani; assorbimento dei gas. 3. Equazione di Navier-Stokes: ipotesi, dimostrazione, equazione indefinita, equazione di Navier-Stokes. 4. Equazione globale di equilibrio: equazione globale di equilibrio di un fluido viscoso incomprimibile, azione di trascinamento e resistenza al moto, sforzo tangenziale alla parete, esempi. 5. Moto uniforme: generalità sul moto uniforme, applicazione dell equazione globale a un cilindretto, distribuzione della resistenza al moto, distribuzione degli sforzi tangenziali. 6. Moto uniforme laminare in condotti circolari parte 1: esperienza di Reynolds, numero di Reynolds, esempi, esercizi proposti. 7. Moto uniforme laminare in condotti circolari parte 2: equazione globale per il moto uniforme laminare, distribuzione parabolica di velocità, portata (formula di Hagen-Poiseuille) e velocità media, esempi. 8. Moto uniforme laminare in condotti circolari parte 3: indice di resistenza, legge di resistenza, rappresentazione grafica nell Abaco di Moody, esempi. 9. Moto uniforme laminare in condotti circolari parte 4: coefficiente di Coriolis, esercizio svolto n. 1, esercizio svolto n. 2, esercizi proposti. 10. Moto uniforme laminare tra piani paralleli parte 1: equazione differenziale, distribuzione di velocità, portata e velocità media, esempi.

3 11. Moto uniforme laminare tra piani paralleli parte 2: raggio idraulico, coefficiente di forma, esercizio svolto, esercizio proposto. 12. Prova di autovalutazione sul moto uniforme laminare: n. 4 prove di verifica a risposta multipla. 13. Moto turbolento parte 1: turbolenza, media temporale, componenti fluttuanti, media delle componenti fluttuanti. 14. Moto turbolento parte 2: equazione globale dell equilibrio dinamico mediata, spinta media, flussi di quantità di moto medi, inerzia locale media. 15. Moto turbolento parte 3: proiezione dell equazione globale lungo la direzione del moto, sforzo tangenziale turbolento, sforzo tangenziale totale, distribuzione degli sforzi tangenziali. 16. Moto turbolento parte 4: distribuzione della velocità media locale, scabrezza, spessore del substrato limite viscoso, tubi idraulicamente lisci e scabri. 17. Moto turbolento parte 5: teoria della turbolenza di Prandtl-von Kármán, doppia integrazione, distribuzione logaritmica della velocità media locale in tubi lisci, distribuzione logaritmica della velocità media locale in tubi scabri. 18. Moto turbolento parte 6: numero di Reynolds d attrito, legge di resistenza in tubi lisci, legge di resistenza in tubi scabri, legge di resistenza in transizione. 19. Moto turbolento parte 7: Arpa di Nikuradse, Abaco di Moody, formule pratiche, esempi. 20. Moto turbolento parte 8: coefficiente di Coriolis in tubi lisci, coefficiente di Coriolis in tubi scabri, esempi, esercizi proposti. 21. Moto turbolento parte 9: esercizio svolto n. 1, esercizio svolto n. 2, esercizio proposto n. 1, esercizio proposto n Moto turbolento parte 9: equazione di Navier-Stokes in moto turbolento, forma conservativa dell equazione di Navier-Stokes, dimostrazione, modelli per la risoluzione dell equazione di Navier-Stokes in moto turbolento. 23. Prova di autovalutazione sul moto turbolento mediamente uniforme: n. 4 prove di verifica a risposta multipla. 24. Moto vario parte 1: equazione del moto vario, apertura istantanea di una saracinesca in breve condotta, esercizi svolti, esercizi proposti. 25. Moto vario parte 2: moto vario in lunghe condotte, equazione del moto vario in lunghe condotte, equazione di continuità del moto vario in lunghe condotte, metodo delle caratteristiche.

4 26. Moto vario parte 3: apertura istantanea di lunga condotta; apertura lenta di lunga condotta, esercizi svolti, esercizi proposti. 27. Moto vario parte 4: equazione globale dell equilibrio dinamico in moto vario: ipotesi, equazione globale dell equilibrio dinamico in moto vario: dimostrazione, esercizio svolto, esercizio proposto. 28. Moto vario parte 5: oscillazioni di massa in tubo a U, liquido perfetto, moto laminare, moto turbolento. 29. Moto vario parte 6: oscillazioni di massa nel sistema galleria-pozzo piezometrico, ipotesi, perdite nulle in galleria, perdite non nulle in galleria. 30. Moto vario parte 7: oscillazioni di massa nella cassa d aria, dimostrazione, esercizio svolto, esercizio proposto. 31. Prova di autovalutazione sul moto vario: n. 4 prove di verifica a risposta multipla. 32. Esercizi d esame: esercizio svolto n. 1; esercizio svolto n. 2; esercizio svolto n. 3; esercizio svolto n. 4. MODULO 2 - CORRENTI A SUPERFICIE LIBERA 33. Moto uniforme negli alvei naturali parte 1: caratteristiche del deflusso a pressione atmosferica, turbolenza negli alvei naturali, valutazione della scabrezza equivalente, resistenza al moto dovuta alla vegetazione. 34. Moto uniforme negli alvei naturali parte 2: scale di deflusso in alveo fisso, calcolo della scala di deflusso in alvei con aree golenali, scala di deflusso in alveo ondulato, forme di fondo. 35. Prova di autovalutazione sul moto uniforme negli alvei naturali: n. 4 prove di verifica a risposta multipla. 36. Moto permanente negli alvei naturali parte 1: energia specifica della corrente rispetto al fondo, stato critico della corrente, correnti lente e veloci, alvei a debole e forte pendenza. 37. Moto permanente negli alvei naturali parte 2: profili del pelo libero, profili di corrente in canale a debole pendenza, profili di corrente in canale a forte pendenza, tracciamento dei profili di moto permanente. 38. Moto permanente negli alvei naturali parte 3: esercizio svolto n. 1, esercizio svolto n. 2, esercizio proposto n. 1, esercizio proposto n. 2.

5 39. Moto permanente negli alvei naturali parte 4: passaggio da corrente lenta a corrente veloce, passaggio da corrente veloce a corrente lenta, esercizio svolto n. 1, esercizio svolto n Moto permanente negli alvei naturali parte 5: passaggio sopra una soglia di fondo (di altezza modesta), passaggio sopra una soglia di fondo (di altezza rilevante e debole pendenza dell alveo), passaggio sopra una soglia di fondo (di altezza rilevante e forte pendenza dell alveo), passaggio tra le pile di un ponte. 41. Moto permanente negli alvei naturali parte 6: celerità, numero di Froude, esempi, esercizi proposti. 42. Moto permanente negli alvei naturali parte 7: variazioni di sezione in canali a superficie libera in corrente lenta, variazioni di sezione in canali a superficie libera in corrente veloce, esercizio svolto, esercizio proposto. 43. Prova di autovalutazione sul moto permanente negli alvei naturali: n. 4 prove di verifica a risposta multipla. 44. Moto vario negli alvei naturali parte 1: canale lineare e serbatoio lineare, equazioni di de Saint Venant, modelli idraulici di propagazione dell onda di piena, modelli idrologici di propagazione dell onda di piena. 45. Moto vario negli alvei naturali parte 2: esercizio svolto n. 1, esercizio svolto n. 2, esercizio proposto n. 1, esercizio proposto n Prova di autovalutazione sul moto vario negli alvei naturali: n. 4 prove di verifica a risposta multipla. 47. Cenni di trasporto solido: modalità e misurazione, proprietà dei sedimenti, soglia del trasporto solido di fondo, stima del trasporto solido di fondo. 48. Prova di autovalutazione sul trasporto solido: n. 4 prove di verifica a risposta multipla. MODULO 3 MODELLI IDRAULICI FISICI 49. Analisi dimensionale parte 1: concetto di dimensione, grandezze dipendenti e indipendenti, esempio n. 1, esempio n Analisi dimensionale parte 2: teorema di Vaschy, metodo di Rayleigh, teorema di Buckingham, numeri adimensionali nel campo della fluidodinamica. 51. Analisi dimensionale parte 3: esempio n. 1, esempio n. 2, esempio n. 3, esempio n. 4.

6 52. Prova di autovalutazione sull analisi dimensionale: n. 4 prove di verifica a risposta multipla. 53. Teoria dei modelli parte 1: leggi di similitudine, esempio n. 1, esempio n. 2, impossibilità di ottenere la similitudine meccanica tra modello e prototipo nelle stesse condizioni di gravità e fluido. 54. Teoria dei modelli parte 2: legge di Froude, legge di Reynolds, legge di Weber, legge di Mach. 55. Teoria dei modelli parte 3: modelli di canali a superficie libera: similitudine idraulica, modelli di canali a superficie libera: similitudine del moto incipiente dei sedimenti, modelli di canali a superficie libera: similitudine del trasporto solido, progetto di un modello. 56. Prova di autovalutazione sulla teoria dei modelli: n. 4 prove di verifica a risposta multipla. MODULO 4 - FORONOMIA 57. Luci a battente parte 1: luce sul fondo di un serbatoio, luce soggiacente ad una paratoia piana parzialmente aperta, luce a spigolo vivo aperta in un setto posto fra due serbatoi, luce con efflusso della vena in un ambiente a pressione costante. 58. Luci a battente parte 2: luce con tubo addizionale esterno, luce con tubo addizionale interno, luce aperta in un setto che intercetta la corrente di un canale, esempio. 59. Luci a stramazzo parte 1: stramazzo in parete grossa, stramazzo in parete sottile, stramazzo a contrazione completa, stramazzo a contrazione incompleta. 60. Luci a stramazzo parte 2: stramazzi in parete grossa: stramazzo a larga soglia, stramazzi in parete grossa: profilo Creager-Scimemi, risoluzione del problema dell efflusso mediante l analisi dimensionale, esempio. 61. Luci a stramazzo parte 3: stramazzi in parete sottile: Bazin, stramazzi in parete sottile: Thomson, stramazzi in parete sottile: Cipolletti, stramazzi in parete sottile: Sutro. 62. Luci a stramazzo parte 4: esercizio svolto n. 1; esercizio svolto n. 2; esercizio svolto n. 3; esercizio svolto n Lente idrometrica: calcolo della portata ponderale, legge teorica del diaframma, esempio, esercizio proposto.

7 64. Prova di autovalutazione sulla foronomia: n. 4 prove di verifica a risposta multipla. MODULO 5 MOTI DI FILTRAZIONE 65. Acque nel sottosuolo: la zona di falda, acquiferi freatici, acquiferi confinati, acquiferi semi-confinati. 66. Caratteristiche idrodinamiche di un acquifero: porosità, permeabilità, coefficiente di trasmissività, coefficiente di immagazzinamento. 67. Moti di filtrazione: esperienza di Darcy, estensione della legge di Darcy, ipotesi sulle prove di emungimento in regime di equilibrio, ipotesi sulle prove di emungimento in regime non stazionario. 68. Prove in regime di equilibrio parte 1: gallerie filtranti, pozzo in falda freatica, pozzo in falda in pressione, altri casi. 69. Prove in regime di equilibrio parte 2: esercizio svolto n. 1, esercizio svolto n. 2, esercizio proposto n. 1, esercizio proposto n Prove in regime non stazionario parte 1: espressione generale di Theis- Jacob, dimostrazione, batterie di pozzi, esempio. 71. Prove in regime non stazionario parte 2: esercizio svolto n. 1, esercizio svolto n. 2, esercizio proposto n. 1, esercizio proposto n Prova di autovalutazione sui moti di filtrazione: n. 4 prove di verifica a risposta multipla. MODALITÀ DI SVOLGIMENTO ESAME: Prova orale sul programma svolto, con risoluzione di casi applicativi. BIBLIOGRAFIA: Citrini D., Noseda G., Idraulica, Casa Editrice Ambrosiana (CEA), Milano. Curto G., Napoli E., Idraulica, Nuova Editoriale Bios, Castrolibero (CS). Marone V., Idraulica, Liguori, Napoli. Montuori C., Complementi di Idraulica, Liguori Editore, Napoli. CONSIGLI DEL DOCENTE: contattare per qualsiasi dubbio il docente al numero telefonico diretto e per (roberto.gaudio@uniecampus.it, gaudio@unical.it).