DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE E ARCHITETTURA (DICAR) Corso di laurea magistrale in Ingegneria edile-architettura Anno accademico 2016/2017-4 anno IDRAULICA E COSTRUZIONI IDRAULICHE ICAR/01-6 CFU - 2 semestre Docente titolare dell'insegnamento PIETRO SCANDURA Email: pscandu@dica.unict.it Edificio / Indirizzo: Edificio n. 10 viale A. Doria 6 Telefono: 0957382726 Orario ricevimento: lunedì 15-17, venerdì 15-17 OBIETTIVI FORMATIVI Il corso ha l obiettivo principale di fornire le conoscenze basilari dell idraulica. Dopo una parte preliminare nella quale si descrivono le caratteristiche fisiche dei fluidi, con particolare riferimento a quelle che li contraddistinguono dalle altre sostanze, il corso prevede l introduzione degli argomenti fondamentali dell idraulica, corredati del necessario inquadramento teorico. Il corso comprende anche alcuni cenni su argomenti di costruzioni idrauliche come l idrologia e le opere di acquedotto e fognatura al servizio di insediamenti civili. Sono previste anche lezioni da dedicare allo svolgimento di esercitazioni in aula, relative alla soluzione di problemi pratici di idraulica e costruzioni idrauliche. PREREQUISITI RICHIESTI Conoscenze di Meccanica Razionale, Analisi Matematica, Algebra. FREQUENZA LEZIONI Si richiede la frequenza di almeno il 70% delle lezioni. CONTENUTI DEL CORSO Denominazione: Idraulica e Costruzioni Idrauliche Generalità Introduzione al corso. Definizione di sostanza fluida. L ipotesi del continuo. Dimensioni e unità di misura. Forze di massa e forze di superficie. Tensore degli sforzi e sue proprietà. Proprietà dei fluidi: comprimibilità, dilatabilità termica, tensione superficiale, viscosità. Fluidi non-newtoniani. Assorbimento
dei gas. Statica dei fluidi Sforzi nei fluidi in quiete. Equazione indefinita della statica dei fluidi. Equazione globale dell equilibrio statico. Statica dei fluidi pesanti e incomprimibili. Misura delle pressioni. Spinte su superfici piane. Spinte su superfici curve. Statica dei fluidi nei sistemi di riferimento non inerziali. Cinematica Cinematica dei fluidi. Approcci euleriano e lagrangiano. Velocità e accelerazione. Visualizzazione del campo di moto. Traiettorie. Linee di corrente. Linee di fumo. Tubi di Flusso. Tipi di moto. Moto permanente. Moto vario. Moto uniforme. Moti bidimensionali. Regimi di moto. Moto laminare. Moto Turbolento. Equazione indefinita di continuità. Equazione globale di continuità per volumi di controllo fissi nello spazio. Equazione di continuità applicata alle correnti. Deformazione degli elementi fluidi. Velocità di rotazione e di deformazione. Dinamica dei fluidi: le equazioni della quantità di moto Equazione indefinita del moto. Equazione di Eulero. Condizioni al contorno. Equazione globale dell equilibrio dinamico. Teorema di Bernoulli Equazioni del moto nella terna intrinseca ad una linea di corrente. Distribuzione delle pressioni. Teorema di Bernoulli. Significato energetico e geometrico del teorema di Bernoulli. Processi di efflusso. Venturimetro. Tubo di Pitot. Estensione del teorema di Bernoulli ai fluidi reali. Estensione del teorema di Bernoulli alle correnti. Scambio di energia fra una corrente e una macchina. Equazioni del moto dei fluidi reali Legame costitutivo dei fluidi viscosi. Le equazioni di Navier-Stokes. Equazione globale dell equilibrio dinamico. Correnti in pressione Azione di trascinamento di una corrente. Sforzo tangenziale. Moto laminare in un condotto a sezione circolare. Formula di Poiseuille. Flusso tra piastre piane e parallele. Moto turbolento. L equazione del moto medio. Sforzi tangenziali viscosi e turbolenti. Applicazione del teorema di Buckingham per la determinazione della forma della legge di resistenza. Formula di Darcy-Weisbach. Indice di resistenza. Moto nei tubi lisci. Indice di resistenza nei tubi lisci. Cenni sulla distribuzione di velocità nel moto turbolento in un tubo liscio. Moto nei tubi scabri. Indice di resistenza nei tubi scabri. Abaco di Moody. Cenni sulla distribuzione di velocità nel moto turbolento in un tubo scabro. Formule pratiche per il calcolo della resistenza. Perdite di carico localizzate. Dissipazioni di energia per brusco allargamento, per imbocco a spigolo vivo e per sbocco in un serbatoio. Condotte in depressione. Problemi pratici relativi alle lunghe condotte Generalità. Condotte con erogazione uniforme lungo il percorso. Problemi di verifica del funzionamento dei sistemi di lunghe condotte. Problemi di progetto dei sistemi di lunghe condotte. Scelta del tracciato più appropriato per la posa di una condotta.
Correnti a superficie libera Generalità. Moto gradualmente variato. Moto uniforme. Caratteristiche energetiche di una corrente in una sezione. Stato critico. Correnti lente e correnti veloci. Carattere cinematico dei due tipi di corrente. Alvei a debole e a forte pendenza. Correnti in moto permanente: profili della superficie libera. Il risalto idraulico. Esempi applicativi. Passaggio sopra una soglia di fondo. Passaggio fra le pile di un ponte. Cenni di Idrologia Generalità. Fonti di informazione: il Servizio Idrografico. Le piogge: rilevamento e distribuzione. Piogge massime locali di breve durata. Leggi di probabilità pluviometrica. Formazione dei deflussi. Acquedotti Generalità. Captazione delle acque (sorgenti, falde, acque superficiali). Requisiti delle acque potabili. Selezione del tracciato di un acquedotto. Rete di distribuzione. Serbatoi. Fognature Generalità. Studio della rete. Tipi di fogne. Elementi di calcolo delle portate nere e pluviali. Destinazione ultima e depurazione delle acque di rifiuto. TESTI DI RIFERIMENTO 1) D. Citrini, D. Noseda "Idraulica", CEA Milano, 1987 2) G. Ippolito " Appunti di Costruzioni Idrauliche". Edizione aggiornata a cura di Giuseppe di Martino. Liguori Editore. 1993 3) G. Alfonsi, E. Orsi "Problemi di Idraulica e Meccanica dei Fluidi" CEA Milano, 1984. 4) G. Pezzinga "Esercizi di Meccanica dei Fluidi" Aracne editrice, 2008. 5) Appunti forniti dal docente reperibili sulla piattaforma Studium durante lo svolgimento del corso. ALTRO MATERIALE DIDATTICO Il materiale didattico sarà reso disponibile sulla piattaforma Studium durante lo svolgimento del corso PROGRAMMAZIONE DEL CORSO * Argomenti Riferimenti testi 1 * Definizione di sostanza fluida. L ipotesi del continuo. Dimensioni e unità di misura 2 * Forze di massa e forze di superficie. Tensore degli sforzi e sue proprietà.
3 * Comprimibilità, dilatabilità termica, tensione superficiale, viscosità. 1,5 4 * Fluidi non-newtoniani. Assorbimento dei gas. 5 * Sforzi nei fluidi in quiete. Equazione indefinita della statica dei fluidi. Equazione globale dell equilibrio statico. Statica dei fluidi pesanti e incomprimibili. Misura delle pressioni. Spinte su superfici piane. Spinte su superfici curve. 6 * Statica dei fluidi nei sistemi di riferimento non inerziali. 7 * Cinematica dei fluidi. Approcci euleriano e lagrangiano. Velocità e accelerazione. Visualizzazione del campo di moto. Traiettorie. Linee di corrente. Linee di fumo. Tubi di Flusso. Moto permanente. Moto vario. Moto uniforme. 8 * Moti bidimensionali. Regimi di moto. Moto laminare. Moto Turbolento. Equazione indefinita di continuità. Equazione globale di continuità per volumi di controllo fissi nello spazio. Equazione di continuità applicata alle correnti. 9 * Deformazione degli elementi fluidi. Velocità di rotazione e di deformazione. 10 * Equazione indefinita del moto. Equazione di Eulero. Condizioni al contorno. Equazione globale dell equilibrio dinamico. 11 * Equazioni del moto nella terna intrinseca ad una linea di corrente. Distribuzione delle pressioni. Teorema di Bernoulli. Significato energetico e geometrico del teorema di Bernoulli. Processi di efflusso. Venturimetro. Tubo di Pitot. 12 * Estensione del teorema di Bernoulli ai fluidi reali. Estensione del teorema di Bernoulli alle correnti. Scambio di energia fra una corrente e una macchina. 13 * Legame costitutivo dei fluidi viscosi. Le equazioni di Navier-Stokes. Equazione globale dell equilibrio dinamico. 14 * Azione di trascinamento di una corrente. Sforzo tangenziale. Moto laminare in un condotto a sezione circolare. Formula di Poiseuille. Flusso tra piastre piane e parallele. Moto turbolento. L equazione del moto medio. 15 * Sforzi tangenziali viscosi e turbolenti. Applicazione del teorema di Buckingham per la determinazione della forma della legge di resistenza. Formula di Darcy-Weisbach. Indice di resistenza. 16 * Moto nei tubi lisci. Indice di resistenza nei tubi lisci. Cenni sulla distribuzione di velocità nel moto turbolento in un tubo liscio. Moto nei tubi scabri. Indice di resistenza nei tubi scabri. Abaco di Moody.
17 * Cenni sulla distribuzione di velocità nel moto turbolento in un tubo scabro. Formule pratiche per il calcolo della resistenza. Perdite di carico localizzate. Dissipazioni di energia per brusco allargamento, imbocco a spigolo vivo e sbocco in un serbatoio. 18 * Problemi pratici relativi alle lunghe condotte. Condotte con erogazione uniforme lungo il percorso. Problemi di verifica del funzionamento dei sistemi di lunghe condotte. Problemi di progetto dei sistemi di lunghe condotte. 1, 2, 5 19 * Scelta del tracciato più appropriato per la posa di una condotta. 1, 2, 5 20 * Correnti a superficie libera. Moto gradualmente variato. Moto uniforme. Caratteristiche energetiche di una corrente in una sezione. Stato critico. Correnti lente e correnti veloci. Carattere cinematico dei due tipi di corrente. 21 * Alvei a debole e a forte pendenza. Correnti in moto permanente: profili della superficie libera. Il risalto idraulico. Esempi applicativi. Passaggio sopra una soglia di fondo. Passaggio fra le pile di un ponte. 22 * Cenni di Idrologia. Fonti di informazione: il Servizio Idrografico. Le piogge: rilevamento e distribuzione. Piogge massime locali di breve durata. Leggi di probabilità pluviometrica. Formazione dei deflussi. 23 * Acquedotti. Captazione delle acque (sorgenti, falde, acque superficiali). Requisiti delle acque potabili. Selezione del tracciato di un acquedotto. Rete di distribuzione. Serbatoi. 24 * Fognature. Generalità. Studio della rete. Tipi di fogne. Elementi di calcolo delle portate nere e pluviali. Destinazione ultima e depurazione delle acque di rifiuto. 2, 5 2, 5 2, 5 * Conoscenze minime irrinunciabili per il superamento dell'esame. N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame. VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO La prova d'esame consiste in una prova scritta e una prova orale. Lo studente è ammesso alla prova orale quando nella prova scritta riporta un voto maggiore o uguale a 15/30. PROVE IN ITINERE 1) Durante il corso saranno svolte 3 prove in itinere scritte. 2) Lo studente supera l'esame con un voto pari alla medie delle prove in itinere quando tale media è maggiore o uguale a 18/30, in non più di una prova riporta un voto inferiore a 18/30 e in nessuna prova riporta un voto inferiore a 15/30.
3) Lo studente che nelle prove in itinere ottiene una media maggiore o uguale a 15/30 è ammesso a sostenere una prova orale a completamento dell'esame. La prova orale deve essere sostenuta entro la prima sessione di esami dopo la fine del corso.