Il volume affronta gli argomenti fondamentali delle Costruzioni Idrauliche, al fine di introdurne i concetti e i problemi principali, e fornendo, accanto agli indispensabili richiami teorici di idraulica e idrologia, un inquadramento applicativo per la corretta comprensione delle procedure e dei calcoli di pratico interesse per l’ingegnere.
Introduzione all'Idraulica
Lo studente apprenderà le nozioni fondamentali dell’Idraulica e svilupperà la capacità di analizzare criticamente la ragione fisica di fenomeni riguardanti fluidi in quiete o in movimento in sistemi naturali o artificiali. Definizioni e proprietà fisiche dei fluidi. Definizione di fluido. Il fluido come mezzo continuo. Proprietà fisiche dei fluidi. Concetto di sforzo.
Proprietà Fondamentali dei Liquidi
- Peso specifico e densità
- Pressione
Idrostatica
Elementi di idrostatica. Distribuzione della pressione in un fluido in quiete. Statica dei fluidi incomprimibili. Pressione assoluta e pressione relativa. Altezza di pressione e carico piezometrico. Strumenti di misura della pressione. Forma globale dell’equazione della statica. Spinte idrostatiche su superfici piane e curve. Principio di Archimede.
- Principio di Pascal
- Pressione idrostatica
- Altezza piezometrica
- Spinta idrostatica
- Legge di Archimede
Idrodinamica
Generalità sul moto dei fluidi. Principio di conservazione della massa. Principio della quantità di moto. Concetto di fluido perfetto. Teorema di Bernoulli e sue applicazioni tecniche. Efflusso da luci.
- Regimi di corrente
- Equazione di continuità
- Liquidi perfetti e liquidi reali
- Equazione di Bernouilli per i liquidi perfetti
- Attriti interni ed attriti esterni
- Regime laminare e regime turbolento
- Esperienza e numero di Reynolds
Correnti in Pressione
Moto uniforme delle correnti in pressione. Perdite di carico continue. Leggi di resistenza. Moto permanente delle correnti in pressione. Venturimetro. Perdite localizzate. Correnti in depressione. Scambi di energia tra correnti fluide e macchine idrauliche: pompe e turbine. Sistemi di condotte. Progetto e verifica di impianti.
- Equazione del moto uniforme dell’acqua nelle tubazioni in pressione
- Calcolo delle perdite di carico
- Coefficienti di scabrezza
- Formula di Chezy-Bazin e formula di Darcy
- Formula di Gauckler-Strickler
- Altre formule per il calcolo delle perdite di carico nelle condotte in pressione
- Perdite di carico localizzate
- Andamenti della linea piezometrica
- Problemi di condotte in moto uniforme
- Condotte semplici e condotte complesse
- Sifoni
- Impianti di sollevamento
Deflusso a Pelo Libero
Correnti a superficie libera. Moto uniforme. Equazione di Chézy. Energia specifica. Stato critico. Correnti lente e correnti veloci. Equazioni del moto permanente. Profili della superficie libera in canale prismatico. Risalto idraulico. Esempi applicativi di tracciamento di profili del pelo libero. Calcolo di un profilo del pelo libero.
- Corsi d’acqua naturali, canali artificiali, tubazioni
- Legge del moto uniforme
- Coefficienti di scabrezza
- Scale di deflusso
- Casi pratici sull’utilizzo delle scale di deflusso
Foronomia
- Legge di Torricelli
- Luci a battente, coefficiente di efflusso, luci a battente rigurgitate
- Tempo di svuotamento di un serbatoio
- Luci a stramazzo; stramazzo Bazin; stamazzo a larga soglia
Acquedotti
L’attenzione è rivolta ai temi oggi più interessanti e in evoluzione (idraulica territoriale e ambientale di aree urbanizzate) e a quelli che, pur essendo “classici”, impongono una presentazione il più possibile completa.
- Le caratteristiche dell’acqua potabile
- Schema generale di un acquedotto
- Captazione
- Sorgenti
- Falde
- Pozzi
- Derivazione da corpi idrici superficiali
- Acquedotti esterni
- Dimensionamento e schema di calcolo
- Tracciati e problematiche relative alla scelta dei tracciati
- Disconnessione tra l’acquedotto esterno e l’acquedotto interno
- Serbatoi
- Reti di distribuzione
- Problemi riguardanti la definizione della portata di punta
- Definizione e tipologia della rete
- Materiali per le tubazioni di acquedotti
- Elementi di impiantistica per la distribuzione di acqua all’interno degli edifici
Fognature
- Sistema misto e sistema separato
- Tipi di fogne e di collettori
- Definizione delle portate nere e delle portate bianche
- Metodi di calcolo
- Materiali delle tubazioni per le fognature
- Opere d’arte
- Impianti di sollevamento
- Impianti idraulico-sanitari all’interno degli edifici
- Colonne e collettori di scarico
- Pluviali
- Sifoni
- Ventilazione
Manufatti Idraulici
Elementi caratteristici e nozioni di base sulla progettazione idraulica e statica di briglie, traverse e sbarramenti fluviali, difese spondali; opere di ingegneria naturalistica; scale di risalita; vasche di laminazione.
Dighe e Traverse Fluviali
Tipologie e funzionamento degli impianti idroelettrici. Traverse fluviali: opere di presa, condotte, canali, vasche di carico, paratoie, organi di regolazione, canali. Tipologie di turbine.
La trattazione e l’impostazione coniugano la complessità della pratica professionale con l’esigenza didattica di presentare i concetti fondamentali delle Costruzioni Idrauliche, mirando alla presentazione di temi e problemi significativi per lo sviluppo di una “forma mentis” che permetta poi di ben esercitare nella professione.
La linea di indirizzo adottata nel volume è quella classica dell’ingegnere che, fondandosi su comprensione del fenomeno fisico e capacità di rappresentazione matematica, individua le opzioni proponibili, elabora i criteri idonei per la scelta delle soluzioni possibili e concretamente fattibili e ne quantifica le caratteristiche dimensionali e funzionali.
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