CORSO DI LAUREA: Ingegneria Civile

CORSO DI LAUREA: Ingegneria Civile
INSEGNAMENTO: Idraulica e Costruzioni Idrauliche (Modulo I)
NOME DOCENTE: Pierleoni Arnaldo
[email protected]
NOME TUTOR:
OBIETTIVI DEL CORSO:
Il corso vuole fornire la conoscenza delle leggi fondamentali dell’Idraulica necessarie per le
successive applicazioni ingegneristiche riguardanti il progetto di infrastrutture idrauliche
(acquedotti e reti di drenaggio urbano) e di manufatti idraulici (impianti di sollevamento,
opere di captazione e serbatoi). Il corso, pur avendo una prevalente finalità applicativa,
affronta i temi trattati con strumenti e metodi analitici appropriati alla formazione di un
laureato in ingegneria civile, capace di generalizzare ed estendere le conoscenze acquisite.
Alla formalizzazione delle leggi fisiche seguirà sempre la loro diretta applicazione con un
numero adeguato di esercitazioni per assimilare ed approfondire gli aspetti teorici
dell’Idraulica ed anticipare quelli più applicativi delle Costruzioni Idrauliche. Particolare
rilievo sarà dato allo studio dell’Idrostatica, delle Correnti in Pressione e delle Correnti a
Superficie Libera per gli immediati ritorni applicativi.
CONTENUTI DEL CORSO:
Il corso è suddiviso in 12 capitoli che affrontano in modo finalizzato gli argomenti più
rilevanti per le applicazioni dell’Idraulica. Secondo uno schema didattico consolidato, il
corso è organizzato nei seguenti capitoli, dei quali si dà una breve descrizione dei
contenuti:
1.
2.
3.
4.
Caratteristiche fisiche dei fluidi. Viene discusso il modello fisico del fluido che
sarà ipotizzato come un mezzo continuo, caratterizzato da proprietà fisiche peculiari
(viscosità, comprimibilità, peso specifico, densità, tensione superficiale, …). Verrà
inoltre formalizzato lo stato tensionale interno alla massa fluida mediante il classico
tensore degli sforzi riconducibile al teorema del tetraedro di Chauchy.
Statica dei fluidi. Verranno presentate le equazioni fondamentali dell’idrostatica
applicabili ai fluidi in quiete (equazione indefinita ed equazione globale
dell’idrostatica). Saranno quindi dedotte le principali relazioni per la misura delle
pressioni e per il calcolo della spinta idrostatica su superfici di qualunque forma.
Cinematica dei fluidi. Introdotti brevi cenni all’approccio Euleriano e Lagrangiano
per la descrizione dello stato di moto, verranno discussi i tipi di movimento dei fluidi
e l’equazione di continuità (conservazione della massa) che sarà di fondamentale
impiego in moltissimi problemi applicativi.
Dinamica dei fluidi. I fluidi in quanto soggetti tipicamente a forze di massa e forze
di superficie obbediscono alla fondamentale legge dell’equilibrio dinamico (legge di
Newton) di cui verrà presentata la formalizzazione indefinita e globale. Saranno
illustrati, inoltre, i principali ambiti applicativi delle due equazioni.
5.
Teorema di Bernoulli ed applicazioni. L’equazione indefinita dell’equilibrio
dinamico, trova un’importante formulazione energetica data dal teorema di Bernoulli
che esprime il principio di conservazione dell’energia meccanica del fluido. Numerose
sono le applicazioni dedotte da questo teorema applicabile sia ai fluidi ideali (privi di
viscosità ed incomprimibili) sia ai fluidi reali. Si farà riferimento alle classiche
applicazioni per lo studio dei processi di efflusso e dei principi di funzionamento degli
strumenti di misura di portata e velocità, alle estensioni del teorema al caso del moto
vario e dei fluidi reali, alla sua applicazione alle correnti per il calcolo della potenza
idraulica e per la rappresentazione degli scambi energetici con turbomacchine
(pompe e turbine).
6.
Fluidi reali ed il loro moto. Le analisi svolte nei precedenti capitoli sono state
basate sull’ipotesi di fluido ideale cioè privo di viscosità ed incomprimibile. Questa
schematizzazione utile per molte applicazioni, non è più ammissibile quando gli sforzi
tangenziali indotti dalla viscosità non sono più trascurabili. Vengono quindi
generalizzate le equazioni indefinite e globali della dinamica dei fluidi fino alla
formulazione della importante equazione di Navier-Stokes e dedotta la relazione per il
calcolo dell’azione di trascinamento di una corrente.
7.
Correnti in pressione: equazioni del moto e perdite di carico. In questo
capitolo vengono trasferiti i risultati acquisiti nei precedenti capitoli, allo studio delle
correnti in pressione quale caso applicativo centrale di tutta l’Idraulica. Verranno
descritti il moto laminare ed il moto turbolento con diretto riferimento alle
applicazioni acquedottistiche (calcolo delle perdite di carico, continue e concentrate,
calcolo idraulico di una condotta, correnti in depressione)
8.
Correnti in pressione: dimensionamento delle lunghe condotte. Acquisite le
leggi generali per lo studio del moto di una corrente in pressione, vengono proposti i
principali problemi pratici legati alla verifica e dimensionamento di una rete idrica in
pressione, basati sull’ipotesi fondamentale di lunga condotta.
9.
Correnti in pressione: moto vario. Vengono forniti gli strumenti di sintesi per
valutare le condizioni di moto non stazionarie in una corrente caratterizzata da fluido
e condotta deformabili elasticamente. Le applicazioni faranno riferimento a schemi
semplici: condotte forzate e casse d’aria per impianti di sollevamento.
10. Correnti a pelo libero. Le correnti a pelo libero generalizzano il concetto di
corrente fin qui utilizzato che prevedeva la sostanziale costanza della sezione idrica.
In questo caso parte della sezione idrica è a contatto con l’atmosfera come nel caso
di fiumi, canali, fognature e la sua altezza può in generale non essere costante.
Verranno, quindi, discusse le principali leggi utili per descrivere lo stato idraulico di
una corrente a superficie libera e per il dimensionamento di un canale prismatico.
11. Foronomia. Verranno presentati i casi principali dello studio dei processi di efflusso
da un’apertura (luce sul fondo di un recipiente, sulla parete di un recipiente, dalla
sommità di una traversa, …)
12. Moti di filtrazione. Cenni ai processi di moto in un mezzo poroso saturo con
applicazioni allo studio dei pozzi in falda freatica ed artesiana.
MODALITA’ DI SVOLGIMENTO ESAME:
La valutazione del livello di apprendimento raggiunto dall’Allievo sarà basata su due
momenti di verifica separati, esercitazioni ed esito del colloquio finale:
Esercitazioni (50%). Vengono valutate la quantità, qualità ed accuratezza numerica
delle esercitazioni svolte durante il corso (peso 50% della valutazione finale, ovvero 15
voti su 30). E’ raccomandato lo svolgimento di almeno il 75% delle esercitazioni
somministrate che devono essere sottoposte a revisione in modo progressivo durante tutto
il corso e non tutte insieme. Il docente valuterà ciascuna esercitazione con riguardo alla
chiarezza espositiva, all’organizzazione logica dell’elaborato, alla corretta formalizzazione
delle leggi dell’idraulica, alla correttezza delle elaborazioni numeriche, ed infine con
riguardo ad eventuali approfondimenti e discussioni metodologiche di supporto alla
soluzione.
Colloquio (50%). La verifica sarà basata su di un colloquio della durata massima di 45
min. finalizzato a verificare la conoscenza e la padronanza dei temi studiati.
Risultato complessivo. La verifica si intende positiva se la somma dei voti ponderati è
superiore a 18 su 30.
Esempio:
siano state svolte e sottoposte a verifica 10 esercitazioni su di un totale di 12, con i
seguenti voti in 30-esimi per ciascuna di esse (24, 16, 30, 27, 24, 18, 27, 25, 30,
28), ad esse corrisponderà il voto medio di 24,9. Ponderando questa media con
10/12 si ottiene il voto in 30-esimi pari a 21 (arrotondamento per eccesso);
sia stato sostenuto il colloquio finale con la votazione di 28 su 30;
la valutazione finale risulta pari a (21×0.5+28×0.5)=25 (arrotondamento per
eccesso). Esito positivo.
BIBLIOGRAFIA CONSIGLIATA:
Autori: Citrini D., Noseda G.
Titolo: Idraulica
Casa Editrice: Ambrosiana Milano
Autori: Alfonsi G., Orsi E.
Titolo: Problemi di idraulica e meccanica dei fluidi
Casa Editrice: Ambrosiana Milano
EVENTUALI CONSIGLI DEL DOCENTE PER GLI STUDENTI:
Si raccomanda di effettuare durante le sessioni di studio gli approfondimenti indicati sui
testi in bibliografia, superando ed ampliando nella preparazione la sintetica presentazione
delle slide.
Si suggerisce di svolgere sempre le esercitazioni proposte, rielaborando anche quelle
svolte (su richiesta possono essere fornite altre esercitazioni). Si suggerisce, inoltre, di non
esitare a chiedere chiarimenti e di stabilire un contatto diretto con il Docente ed il Tutor,
ove designato, utilizzando esclusivamente gli strumenti e le modalità di comunicazione
previsti.