COSTRUZIONI IDRAULICHE

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1 COSTRUZIONI IDRAULICHE Canali e gallerie a pelo libero Prof. L. Butera 1

2 CANALI E GALLERIE A PELO LIBERO I parte Bibliografia consigliata D. Citrini, G. Noseda Idraulica Ed. Ambrosiana, Milano, 1975

3 Bibliografia consigliata G. Supino Idraulica generale Ed. Pàtron, Bologna, 1965 Bibliografia consigliata G. De Marchi Idraulica: basi scientifiche e applicazioni tecniche Ed. Hoepli, Milano,

4 Bibliografia consigliata E. Marchi, A. Rubatta Meccanica dei fluidi: principi e applicazioni idrauliche UTET, Torino, 1981 Argomenti del modulo Sezioni tipo Resistenze al moto Scabrezza equivalente in sezioni composte 4

5 Argomenti del modulo Richiami: moto uniforme Richiami: moto permanente Fenomeni localizzati Argomenti del modulo Correnti rapide Problemi di moto vario Onde di traslazione ed oscillazione 5

6 Argomenti della lezione Grandezze geometriche e fisiche che regolano il moto uniforme Sezioni tipo Resistenze al moto Argomenti della lezione Sezioni di economia Gallerie in calcestruzzo 6

7 Argomenti della lezione Richiami: moto uniforme Richiami: moto permanente Richiami: fenomeni localizzati Grandezze geometriche e fisiche che regolano il moto uniforme 7

8 A B P Sezione idrica Larghezza del pelo libero Contorno bagnato B A P V Q A Q Velocità media Portata B A P 8

9 Definizioni α g V 1 1 J ds h 1 h i ds V α g Il numero di Reynolds R e ρ V 4 R µ A R P Risulta elevatissimo Regime turbolento in/di tubo scabro 9

10 Sezioni tipo Rettangolari B h A Sezione idrica A B h Contorno bagnato P B + h 10

11 Trapezie B s h b A s Sezione idrica A ( B + b ) h/ Contorno bagnato P b + s Composite 1 h h M L G L M L G 1 Zona di magra Golene 11

12 A sezione chiusa F F Franco R 3 R R 1 R R 3 R 1 Raggi di curvatura Resistenze al moto 1

13 Regime turbolento di tubo scabro Chezy V C R i C 87 R 87 II di Bazin R + γ γ 1 + R γ Tipico del materiale Regime turbolento di tubo scabro Chezy V C R i C c R 1 6 Stricler c Tipico del materiale 13

14 Regime turbolento di tubo scabro Chezy V C R i C 100 R + R m 100 m 1 + R Kutter m Tipico del materiale Sezione composita 1 Zona di magra h h 1 h < h 1 Q A C R1 1 i 14

15 Sezione composita 1 h h 1 Zona di golena h > h 1 Q Q golena + Qmagra Sezione composita 1 Contorno bagnato 15

16 Sezione composita 1 Le linee di separazione tra l area 1 e l area non vengono conteggiate nel calcolo del contorno bagnato Sezione composita Si definisce una scabrezza equivalente c m valida per tutta la sezione Si impone che per ogni parte elementare sia costante il termine v i 16

17 Sezione composita Noto V c R /3 i 1/ Stricler si ricava c m c m P P i 3/ c i /3 Sezioni di economia 17

18 Sezione di economia Si è visto che Q A c R /3 i 1/ Stricler Ne segue che Se R c a parità di sezione R è massimo se nella sezione è inscrivibile una circonferenza B B h h Si ricava R h 18

19 Esempio di sezioni di economia Sezione 1 (di economia) Q 110 m i f c Ω 68.65m 44m 1/3 /s /s Sezione 5.14 Q 110 m i f /s Ω 48.6 m c 70 m 1/3 /s 19

20 i Sezione 3 Q 110 m f Ω 48.6 m c m /s 1/3 /s Gallerie in calcestruzzo 0

21 Contessini: gallerie di Cimego Calcestruzzo semplice 30 cm Intonaco semplice cm Contessini: gallerie di Cimego In scavo non armato Calcestruzzo semplice 30 cm Intonaco semplice 1.5 cm 1

22 Contessini: gallerie di Cimego In scavo armato Calcestruzzo semplice 35 cm Gunite armata 7 cm Richiami: moto uniforme

23 Ipotesi di calcolo Canale prismatico rettilineo Declive nel senso del moto Indefinitamente lungo Scabrezza costante t Portata costante Risultato La corrente si dispone con il pelo libero parallelo al fondo 1 z z 1 3

24 Risultato h 0 Altezza di moto uniforme 1 h 0 z z 1 Risultato z 1 z Pendenza if sin α i L del canale 1 h 0 z z 1 α z 1 4

25 Ipotesi Filetti rettilinei e paralleli al fondo del canale h 0 La pressione varia idrostaticamente lungo ciascuna verticale γ h 0 Richiami: moto permanente 5

26 α g V 1 Profilo del pelo libero 1 J ds h 1 h α V g i ds Bilancio energetico tra due sezioni α V1 α V i ds + h1 + h + + J ds g g Posto α 1 V C R J 6

27 Bilancio energetico tra due sezioni Si ricava V dh i de C R ds dh In cui E h + α V g E Energia specifica E h + α g V E min de dh 0 Altezza critica h 7

28 E CV C.V. Energia specifica E h + α g V E min Corrente veloce (C.V.) h< h E CV C.V. Energia specifica CL C.L. E h + α g V E min Corrente lenta (C.L.) h> h 8

29 D1 h 0 V > 0 dh i de C R ds > 0 dh Alveo a debole pendenza D D1 h 0 V < 0 dh i de C R Alveo a debole ds > 0 pendenza dh 9

30 D D1 D3 h 0 V < 0 dh i de C R ds < 0 dh Alveo a debole pendenza F1 h 0 V dh i de C R ds dh > 0 Alveo a forte > 0 pendenza 30

31 F F1 h 0 V dh i de C R ds dh > 0 Alveo a forte < 0 pendenza F F1 F3 h 0 V dh i de C R ds dh < 0 < 0 Alveo a forte pendenza 31

32 Richiami: fenomeni localizzati Da corrente lenta a veloce D h 0 F h 0 3

33 Da corrente veloce a lenta: risalto idraulico L equazione globale della dinamica applicata al volume compreso tra le sezioni 1 e consente di individuare la sezione 1 dove avviene h il risalto h 1 D1 Risalto idraulico D h 0 D3 s 33

34 Spinta Totale S S S Π Nel risalto S si mantiene costante S min S 1 γh L + ρqu M h Risalto e perdite di energia Q Risalto idraulico E h + gω Adimensionalizzando all altezza critica (sezione rettangolare) E h Q + gl h h 1 + h ( ) 1 x + x 34

35 Spinta totale S 1 Q γh l + ρ lh Adimensionalizzando rispetto a (a meno di γ) S 1 γh l + ρl g lh 1 h + h 1 x + 1 x E S Rappresentazione grafica Spinta totale adimensionale: S/² Energia specifica adimensionale: E/ x 35

36 Rappresentazione grafica S 3 E S 1 S 3 > S 1 Risalto rigurgitato x x1 3 x E Rappresentazione grafica S E 4 E > E 4 Risalto non annegato x x 4 x 36

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