SULLE RICERCHE DI CARATTERE IDRAULICO PRESSO L UNIVERSITA DI PISA

SULLE RICERCHE DI CARATTERE IDRAULICO PRESSO L UNIVERSITA DI PISA 2002 SULLE RICERCHE DI CARATTERE IDRAULICO PRESSO L UNIVERSITA DI PISA Dipartimento di Ingegneria Civile, Università di Pisa Via Gabba, 22 56100 PISA Tel. 050-550376 Fax 050-830206 e-mail v.milano@ing.unipi.it SOMMARIO In questo articolo viene fatta una breve storia degli studi e delle ricerche di carattere idraulico effettuati presso l Università di Pisa dagli inizi del secolo scorso, quando venne istituita la Regia Scuola di applicazione per Ingegneri, divenuta Facoltà di Ingegneria negli anni '30, fino alla metà dello stesso secolo, mentre viene fatto un rapido cenno agli studi e alle ricerche precedenti. 1 CENNO SUGLI STUDI IDRAULICI PIÙ REMOTI Fra gli studi di carattere idraulico più remoti meritano una citazione quelli di Galileo Galilei, che ha insegnato all Università di Pisa dal 1588 al 1591 e che fu l inventore della bilancia idrostatica, per la misura del peso specifico dei corpi. Ma le ricerche di carattere idraulico iniziano a trovare una certa sistematicità a partire dalla prima metà del 1800, quando presso la Facoltà di Scienze, accanto agli insegnamenti propedeutici di matematica e di fisica, venivano impartiti corsi pratici per Ingegneri, fra i quali figurava quello di Architettura Civile e Idraulica; a conclusione degli studi venivano rilasciate lauree di Ingegnere Civile e di Architetto (Bortoli M., 1994). Fra gli studiosi delle discipline idrauliche del 1800 meritano di essere ricordati Gaetano Giorgini (1795-1874), esperto Ingegnere Idraulico e Matematico, ex Allievo del Politecnico di Parigi e Direttore del famoso Gabinetto di Fisica Sperimentale di Pisa, fondato nel 1748 dal noto medico fiorentino Carlo Guadagni, e Luigi Pacinotti (1807-1891), che a soli 24 anni otteneva, presso il suddetto Gabinetto, la cattedra di Physica technologica et mechanica experimentis comprobanda, istituita dallo stesso Giorgini. Luigi Pacinotti fu autore dell interessante volume Esperienze e Principi d Idraulica pratica, edito a Pisa nel 1851, che trattava molti argomenti tipici dell idraulica applicata, fra i quali l idrostatica, l equilibrio dei corpi galleggianti, il moto nelle condotte in pressione e nei canali a pelo libero e le macchine idrauliche (Pacinotti L., 1851).

2 2 STUDI DI CARATTERE IDRAULICO EFFETTUATI NELLA PRIMA METÀ DELLO SCORSO SECOLO Un nuovo impulso ebbero a Pisa gli studi di carattere idraulico a partire dal 1913, quando con l istituzione della Regia Scuola di applicazione per gli Ingegneri, divenuta Facoltà di Ingegneria nel 1935, le discipline idrauliche iniziarono a essere sistematicamente impartite. L Ing. Carlo Fossa Mancini tenne il corso di Idraulica negli a.a. 1914-15 e 1915-16 e il corso di Costruzioni Idrauliche nell a.a. 1915-1916, mentre nei due anni accademici successivi i due suddetti corsi vennero tenuti dall Ing. Decio Severini, proveniente da Roma. La prima cattedra di Idraulica fu coperta dal Prof. Pietro Alibrandi, proveniente da Roma, che tenne il corso negli a.a. 1918-19 e 1919-20; lo sostituì Conti per un anno quando Alibrandi scomparve prematuramente; di Alibrandi resta il testo Lezioni di I- draulica, nel quale si nota, oltre a una rigorosa trattazione fisica e matematica degli argomenti, un carattere applicativo tipico delle Scuole di Ingegneria dell epoca. La prima cattedra di Costruzioni Idrauliche fu invece coperta dal Prof. Luciano Conti, proveniente da Padova, che restò a Pisa negli a.a.1919-20 e 1920-21, quando fu chiamato all Università di Roma. Conti merita di essere ricordato, oltre che per le importanti ricerche scientifiche, per l attività professionale di ingegnere idraulico: basti ricordare il progetto dell Acquedotto di Siena, con captazione delle sorgenti del Monte Amiata, e con condotta adduttrice avente pressioni di esercizio massime proibitive per l epoca (fino a 80 atm), cui fu possibile far fronte grazie all ideazione da parte di Conti del giunto tipo Siena e a particolari accorgimenti di progettazione, quale l introduzione di una serie di vasche di sconnessione, che permisero di ridurre di oltre 20 atm le massime pressioni di esercizio. A Pisa gli Allievi Ingegneri pubblicarono i primi Appunti tratti dalle sue Lezioni (1922), che, assieme alla più vasta serie successivamente raccolta dagli Allievi di Roma, hanno costituito per molti anni un fondamentale riferimento per i costruttori idraulici italiani. A sostituire il Prof. Conti fu chiamato l Ing. Giuseppe Muzi, che tenne il corso di Costruzioni per incarico dall a.a. 1921-22 all a.a. 1929-30 e che è noto soprattutto per la sua attività professionale, concretizzatasi nella progettazione di importanti opere, quali l Acquedotto consorziale per la Val d Orcia e la Val di Chiana, l Acquedotto di Todi, la sistemazione del Fiume Paglia, le opere di bonifica della Valle del Niccone, di cui diede conto in apposite pubblicazioni. A sostituire Alibrandi fu invece chiamato a Pisa il Prof. Giulio De Marchi, che tenne il corso di Idraulica per incarico nell a.a. 1921-22, prima di ricoprire la cattedra dall a.a. 1922-23 all a.a. 1927-28. Con De Marchi gli studi e le ricerche di carattere idraulico ebbero uno sviluppo decisivo; nel 1924 l Istituto di Idraulica trovò un apposita sede all interno dell ex Convento di S. Benedetto (Figura 1), in particolare della ex cappella posta in angolo tra il Lungarno Sonnino e la Piazza S. Paolo a Ripa d Arno e poté disporre anche di un laboratorio sperimentale, dotato di un circuito di alimentazione e di varie apparecchiature. Nella figura 2 è rappresentata la planimetria del laboratorio, che è stato tra i primi a sorgere in Italia; inizialmente il laboratorio occupava solo la parte B della planimetria,

Sulle ricerche di carattere idraulico presso l Università di Pisa 3 mentre la parte A fu annessa nel 1925 (De Marchi,1928). Nel laboratorio B l impianto era costituto da un serbatoio inferiore della capacità di 5 m 3, che, tramite una pompa della portata massima di 10 l/s e una condotta premente alimentava una vasca di carico superiore dotata di un contorno di sfioro dello sviluppo di 8 m; da questa partivano le condotte che alimentavano i modelli con portata e carico costanti. L impianto era completato da una vasca inferiore di 1,5 m 3, che serviva per la misura delle portate e per il controllo degli strumenti. Figura 1. Vista dell Istituto di Idraulica e Costruzioni Idrauliche nella R. Scuola di Ingegneria di Pisa (1924). Figura 2. Laboratorio dell Istituto di Idraulica e Costruzioni Idrauliche nella R. Scuola di Ingegneria di Pisa. Pianta del piano terreno. Il laboratorio A era dotato di apparecchiature identiche a quelle del laboratorio B, ma aveva una potenzialità molto maggiore: la pompa forniva una portata di 60 l/s, il serbatoio inferiore aveva una capacità di 10 m 3, la vasca di carico aveva una soglia sfiorante dello sviluppo di 36 m. Inoltre, i modelli di ciascuno dei due laboratori potevano essere alimentati anche dalla vasca di carico dell altro. De Marchi ebbe così modo di effettuare una serie di ricerche sperimentali note in tutto il mondo e lui stesso dice che tali ricerche dimostrano un indirizzo che, prima d ora, non mi pare sia stato sistematicamente seguito in Italia (De Marchi 1928a). E interessante notare che accanto al tradizionale filone delle ricerche a carattere prettamente scientifico, De Marchi ne sviluppò un altro, non meno importante, volto a dare un contributo allo sviluppo del Paese, con la risoluzione di difficili problemi pratici, mediante la riproduzione, in scala ridotta, di importanti opere idrauliche progettate e da realizzare, il cui funzionamento poteva così essere studiato in laboratorio, permettendo di apportare al progetto le indispensabili modifiche suggerite dall esito delle esperienze. De Marchi dice che tali ricerche, a carattere prettamente applicativo, valgono a dimostrare, a mio giudizio, le grandi possibilità offerte dall indagine sperimentale su modelli, per lo studio di problemi per i quali non si dispone di direttive teoriche precise e che finora furono risolti con la guida dell intuizione e del buon senso: guida sempre necessaria, ma troppo spesso insufficiente. Tali ricerche sperimentali meritano di essere citate.

4 Al filone delle ricerche di carattere prevalentemente scientifico, appartengono quelle sul fenomeno della contrazione delle vene fluenti da bocche in parete sottile e quelle sul passaggio dal regime laminare al regime turbolento in condotti in pressione di piccolo diametro. Al filone applicativo appartengono le ricerche: sulla determinazione delle perdite di imbocco e di sbocco di un sifone rovescio; lo studio sperimentale di un tipo di smorzatore di energia; sul funzionamento idraulico delle dighe tracimanti; sui sifoni autolivellatori. Le prime due ricerche e la quarta furono eseguite su incarico della Direzione Costruzioni Idrauliche del Gruppo S.I.P. (Soc. Idroelettrica del Marmore e dell Evancon), mentre la terza fu suggerita dalla Presidenza del Consiglio Superiore dei LL.PP. Sono ben noti agli studiosi gli importanti risultati pratici e scientifici cui De Marchi è pervenuto nelle citate ricerche, per cui non riteniamo opportuno dilungarci su di essi. Ci sembra, invece, interessante riportare alcune delle fotografie dell epoca (figure ), relative al laboratorio sperimentale e alle ricerche stesse, che sono tuttora esposte presso i locali dell ex Istituto di Idraulica della Facoltà di Ingegneria di Pisa, oggi confluito nel Dipartimento di Ingegneria Civile, e che furono presentate al pubblico presso il Politecnico di Milano nel 1990, in occasione del Simposio nel Centenario della nascita di Giulio De Marchi. A Pisa sono inoltre conservati ancora i modelli originali delle dighe tracimanti e dei sifoni autolivellatori sui quali De Marchi condusse le sue esperienze, assieme a un particolare tubo di Pitot, ancora oggi usato in laboratorio per misure di precisione, realizzato nell officina dell Istituto su indicazione di De Marchi; sulla taratura di tale strumento De Marchi scrisse una appendice ad una sua memoria (De Marchi, 1928b) E doveroso ricordare che alle esperienze condotte a Pisa collaborarono con De Marchi gli Ingegneri Felice Contessini e Mario Marchetti, Assistenti di Idraulica e di Costruzioni Idrauliche, che in quell epoca pubblicarono le loro prime memorie e che nel 1928 seguirono De Marchi al Politecnico di Milano, dove riuscirono ad andare in cattedra e gli Ingg. Mario Simonetti e Gaio Marcello. Durante la sua permanenza a Pisa, De Marchi conservò la Direzione del Servizio I- drografico Nazionale, che aveva assunto nel 1917 quando la struttura fu creata, ed ebbe il grande merito di dare un impulso decisivo all organizzazione, al funzionamento e allo sviluppo della stessa sul territorio del paese. A Pisa De Marchi continuò anche gli importanti studi di carattere idrologico che aveva in precedenza iniziato, pervenendo alla stesura di circa 15 articoli a carattere tecnico e scientifico, molti dei quali pubblicati come monografie dello stesso Servizio Idrografico e del Ministero dei Lavori Pubblici, riguardanti, in modo sistematico, la produzione di energia idroelettrica e il carattere idrologico di ciascun anno, i laghi artificiali, l attività del Servizio Idrografico Italiano in rapporto alle irrigazioni, l utilizzazione delle acque pubbliche e il censimento delle grandi utilizzazioni idrauliche per forza motrice. Della permanenza di De Marchi a Pisa si ricorda, infine, la pubblicazione di successive edizioni delle Lezioni di Idraulica (Ed. Vallerini, Pisa, anno 1924 e successivi), che costituivano in modo compiuto un anticipazione del trattato di Idraulica, noto in tutto il mondo, edito dalla Hoepli per la prima volta nel 1930, quando De Marchi si era trasferito al Politecnico di Milano.

Sulle ricerche di carattere idraulico presso l Università di Pisa 5 Figura 3. Esperienze sui sifoni rovesci Figura 4. Canale per esperienze sulle Dighe tracimanti

6 Figura 5. Modello di sifone autoventilatore Figura 6. Esperienze sulle dighe tracimanti. Apparecchi per il rilevo del profilo della lama stramazzante. A sostituire degnamente De Marchi, venne da Bologna il Prof. Marcello Lelli nel 1928, che si fermò a Pisa fino all a.a. 1934-35, quando si trasferì all Università di Genova. Il Prof. Lelli divenne Professore Straordinario di Costruzioni Idrauliche nel 1930 e tenne, oltre a tale corso, anche quello di Idraulica per incarico. Egli proseguì l intensa attività di ricerca del suo illustre predecessore, trattando molti argomenti e pervenendo a importanti risultati, che trovarono anche prestigiose collocazioni editoriali, come i Rendiconti della Regia Accademia Nazionale dei Lincei e gli Atti di Congressi Nazionali dei Matematici. Si ricordano, in particolare, le ricerche sul moto permanente e sul moto vario nelle correnti a pelo libero, sul teorema del minimo calore che si svolge nelle reti di condotte, su problemi di filtrazione e sulla portata estraibile dal fondo dei pozzi, sulla regolazione della potenza negli impianti a media e a bassa caduta, sul dimensionamento dei canali di bonifica, oltre a studi di carattere fluidodinamico e a una ricerca sperimentale sulla contrazione delle vene liquide. Si ricorda, inoltre, il testo Lezioni di Idraulica, edito nel 1931, che univa il rigore matematico agli aspetti pratici degli argomenti trattati e che costituisce, ancora oggi, un valido testo di consultazione. Nel 1935, quando Lelli si trasferì a Genova, fu chiamato a sostituirlo il Prof. Guido Di Ricco, che ricopriva già dal 1929 la cattedra di Idraulica Agraria presso la Facoltà di Agraria dell Università di Pisa; nello stesso anno 1935 la Regia Scuola di Ingegneria divenne Facoltà di Ingegneria e nell anno successivo l Istituto di Idraulica fu trasferito nella nuova sede della Facoltà, in Via Diotisalvi. Di Ricco rimase a Pisa fino all a.a. 1939-40, quando fu chiamato all Università di Roma e tenne quasi sempre, oltre al corso di Idraulica per titolarietà, il corso di Costruzioni Idrauliche per supplenza.

Sulle ricerche di carattere idraulico presso l Università di Pisa 7 Effettuò varie ricerche, riguardanti soprattutto argomenti di Idraulica Agraria (Irrigazioni e Bonifiche), dando così continuità alla precedente attività svolta presso l Istituto di Idraulica Agraria. Meritano una citazione i volumi Bonifiche Idrauliche e Lezioni di Idraulica ; quest ultimo, edito dalla Tip. Tacchi di Pisa nel 1939, fu ampliato dall Autore in successive edizioni durante la sua permanenza all Università di Roma. Nel periodo che va dal 1928 al 1940, durante il quale furono Direttori dell Istituto di Idraulica Lelli e Di Ricco, svolsero una pregevole attività didattica e di ricerca dei giovani Ingegneri, alcuni dei quali erano assistenti e tennero corsi ufficiali di insegnamento. Fra questi si ricordano il Prof. Dante Bonvicini, il Prof. Ugo Todaro, che insegnò Tecnica delle Bonifiche ed è noto per alcune importanti pubblicazioni sull argomento e il Prof. Ferdinando Paderi, laureatosi nel 1926 a Pisa, dove ancora si trovava il Prof. De Marchi. Paderi fu docente, nei vari anni accademici dal 1935 al 1940, di Costruzioni Idrauliche, Idraulica Fluviale e Montana, Impianti Speciali Idraulici e Idraulica Agraria e svolse diverse interessanti ricerche, alcune a carattere sperimentale, su vari argomenti di Idraulica e di Costruzioni Idrauliche, quali gli stramazzi in parete sottile, gli sfioratori laterali, il regime delle foci lagunari, gli acquedotti, la sistemazione dei bacini idrografici, i processi di potabilizzazione delle acque. A partire dal Novembre 1940, quando Di Ricco si trasferì a Roma, e per tutto il periodo bellico, restarono a insegnare a Pisa il Prof. Paderi e l Ing. Agostino Rastrelli, i quali tennero rispettivamente i corsi di Idraulica e Costruzioni Idraulica e di Idraulica Agraria e Impianti Speciali Idraulici. Ma in questo periodo le lezioni venivano tenute saltuariamente, mentre l attività di ricerca si interruppe pressoché completamente. Nell a.a. 1944 45 fu chiamato a Pisa il Prof. Corrado Ruggiero, proveniente dall Università di Palermo, ma formatosi scientificamente all Università di Padova, il quale ha tenuto il corso di Idraulica per titolarietà e quello di Costruzioni Idrauliche per incarico ed è stato Direttore dell Istituto di Idraulica fino al 1967, quando fu collocato fuori ruolo. Ruggiero diede un grande impulso all attività di ricerca, soprattutto a carattere sperimentale, potenziando il laboratorio di Idraulica che si trovava all interno della nuova sede della Facoltà di Ingegneria, laboratorio che era molto più ampio ed aveva un circuito di alimentazione dei modelli di potenzialità ben maggiore rispetto a quello che a- veva creato De Marchi. Il nuovo laboratorio aveva infatti una superficie di circa 250 m 2 e disponeva di un circuito di alimentazione con carico costante, in grado di fornire una portata massima di 100 l/s. Ruggiero iniziò, sin dall immediato dopo guerra, pur tra le molte e gravi difficoltà che si incontravano in quel periodo, un intensa attività di ricerca sperimentale, a carattere sia puramente scientifico, sia applicativo, collaborando con le Amministrazioni locali alla risoluzione di importanti problemi connessi con la ricostruzione dopo la guerra. Della seconda metà del decennio 1940 1950 furono tutte le ricerche sperimentali legate al comportamento idraulico dei nuovi ponti di Pisa da ricostruire (Ponte di Mezzo e Ponte al Politeama, oggi della Fortezza) e agli effetti di rigurgito provocati dalla permanenza nel tratto cittadino dell Arno delle macerie dovute alla distruzione dei vecchi ponti. Nello stesso periodo Ruggiero, fra i primi in Italia, diede inizio anche alle ricerche sperimentali nel settore dell Idraulica marittima, attrezzando in laboratorio una vasca per apposite esperienze, a pianta semicircolare del diametro di 5 m, all interno della quale riprodusse prima il litorale di Marina di Pisa e poi quello di Marina di Massa,

8 soggetti a intensi fenomeni erosivi, ancora oggi in atto. Le esperienze, a fondo mobile, miravano a individuare con più precisione le cause delle erosioni e a proporre gli interventi più idonei per contenerle. E interessante osservare come al termine di una delle due memorie sull argomento, presentata al Congresso Nazionale sui Porti tenutosi a Livorno nel 1950, Ruggiero concludesse con questa raccomandazione da mettere all O.d.G. del Congresso: Se la costruzione di un porto sporgente in spiaggia sottile è ritenuta necessaria, anzi indispensabile ai fini del traffico di una regione, lo studio delle opere portuali va condotto fin dall'inizio in modo da evitare o ridurre due ordini di danni: interramento del bacino portuale e corrosione del litorale sottoflutto. Per i porti già costruiti, lo Stato deve provvedere alla ricostruzione delle spiagge danneggiate, con le opere che la situazione e l esperienza potranno consigliare. Questa frase, che scaturì dalle esperienze su modello che provarono che il Porto di Carrara era stato la causa maggiore dell erosione del litorale di Marina di Massa, è ancora oggi, dopo 50 anni, di grande attualità. Sempre della fine degli anni 40 furono le ricerche di Ruggiero sulla utilizzazione del trasporto di fondo di un corso d acqua per la ricostruzione di una spiaggia in erosione, presentata nel 1948 al Congresso AIRH di Stoccolma e sulle propagazione delle onde di piena nei corsi d acqua, presentata nel 1949 al successivo Congresso AIRH di Grenoble. Dello stesso periodo furono le prime edizioni dei testi di Idraulica e di Costruzioni Idrauliche, editi in Pisa dalla Tip. Pellegrini, sui quali si sono per molti anni formati nelle discipline idrauliche gli Allievi dell Ateneo Pisano. La successiva attività professionale e di ricerca nel campo idraulico di Ruggiero a Pisa, travalica i limiti temporali che ci siamo imposti in questa sede. Si ricordano solo la sua notevole attitudine alla schematizzazione, alla semplificazione di importanti e complessi problemi idraulici, alla cui risoluzione pratica diede un notevole contributo in Toscana, spesso collaborando con illustri Colleghi, quali i Proff. Marzolo, Ferro, Lelli, Supino, Evangelisti. Non si può, inoltre, fare a meno di ricordare il decisivo contributo dato da Ruggiero alla realizzazione del nuovo Laboratorio di Idraulica, che fu inaugurato nel 1968, quando egli era fuori ruolo da un anno, anche se continuò a frequentare con regolarità l Istituto di Idraulica per molti anni ancora, proseguendo la sua attività di ricerca. Le Figure 7, 8 e 9 riportano alcuni dei modelli e delle relative esperienze condotte da Ruggiero. Figura 7. Onde generate all interno della vasca marittima.

Sulle ricerche di carattere idraulico presso l Università di Pisa 9 Figura 8. Modello del Fiume Arno nei pressi del Ponte al Politeama. Figura 9 Modello in vasca delle scogliere a difesa di Marina di Massa e rilievo delle isobate.

10 Figura 10 Esperienze sulle chiamate di sbocco. Fino alla fine degli anni 40 collaborarono con Ruggiero, il Prof. Paderi, che teneva il corso di Impianti Speciali Idraulici e continuò la precedente attività di ricerca, soprattutto sperimentale, interessandosi al fenomeno della chiamata di sbocco (Figura 10), ai fenomeni di efflusso e al profilo delle dighe tracimanti e il Prof. Pietro Celeste, che iniziò in quegli anni la sua attività di ricercatore, con le prime pubblicazioni sulla risoluzione economica delle reti idrauliche e sull impiego dei modelli nella progettazione delle opere marittime. Nel 1951 si laurearono a Pisa in Ingegneria Civile Sezione Idraulica Franco Sassoli e Vincenzo Marini, che iniziarono le loro ricerche subito dopo la laurea: il primo sarebbe successivamente diventato Prof. Ordinario di Idraulica e Direttore dell Istituto di I- draulica per molti anni; il secondo, dopo essere stato Direttore dell Ufficio Tecnico dell Ospedale S. Chiara di Pisa, sarebbe divento Prof. Associato di Ingegneria Sanitaria. BIBLIOGRAFIA Bortoli M. La Facoltà di Ingegneria dell Università di Pisa: contributi alla storia in occasione dell LXXX anniversario dell istituzione. Pacini Editore, Pisa, 1994. De Marchi G. Ricerche sperimentali eseguite nell Istituto di Idraulica e di Costruzioni Idrauliche della R. Scuola di Ingegneria di Pisa. L Energia Elettrica, 1928. De Marchi G. Ricerche sperimentali sulle dighe tracimanti. Annali dei Lavori Pubblici, luglio 1928. Pacinotti L. Esperienze e Principj di Idraulica Pratica. Tipografia Pier Accienne, Pisa 1851. Istituto di Idraulica del Politecnico di Milano, Istituto Lombardo Accademia di Scienze e Lettere, Associazione Idrotecnica Italiana. Atti del Simposio nel centenario della nascita di Giulio De Marchi, Milano 26 ottobre 1990, Ed. Bios.