Il corso intende fornire le conoscenze necessarie alla progettazione delle opere idrauliche che più frequentemente l'Ingegnere Civile ha occasione di incontrare nella pratica professionale (acquedotti e sistemi di drenaggio urbano). Ciascun argomento viene sviluppato sia a livello teorico, completando, laddove è necessario, la preparazione di base dei corsi di Idraulica e di Idrologia Tecnica, sia fornendo le soluzioni progettuali più idonee dal punto di vista tecnico - economico.
Ciclo Idrologico e Precipitazioni
Il ciclo idrologico è un processo fondamentale. Le precipitazioni, il regime e la misura sono elementi cruciali. Vengono utilizzati metodi per la stima della pioggia netta.
Bacino Idrografico e Bilancio Idrologico
Il bacino idrografico è un'area di fondamentale importanza nello studio delle costruzioni idrauliche. Il bilancio idrologico di un bacino è essenziale per la gestione delle risorse idriche.
Modellistica Afflussi-Deflussi
La modellistica afflussi-deflussi presenta diverse caratteristiche e classificazioni. I modelli di piena includono il modello di corrivazione e il modello dell'invaso. L'analisi statistica di eventi estremi è cruciale per la sicurezza delle infrastrutture.
Reti e Condotte
Esistono diverse tipologie di reti e condotte. È necessario richiamare i concetti di idraulica relativi alle correnti a pelo libero. La scala di deflusso in sezioni chiuse è uno strumento utile. Si calcolano le portate di acque reflue e delle acque meteoriche, identificando l'evento critico.
Drenaggio Urbano
La verifica e il progetto delle reti di drenaggio urbano sono essenziali per la gestione delle acque. Progettazione idraulica nel contesto edilizio ed urbano (smart city). Sistemi di drenaggio urbano sostenibili (SUDs). Edifici eco-compatibili. Invarianza idraulica nelle nuove urbanizzazioni. Impianti interni e reti di scarico di acque grigie, nere e bianche negli edifici. Raccolta e riuso delle acque meteoriche. Cenni di riutilizzo acque grigie e nere. Risparmio idrico e gestione delle risorse idriche. Scaricatori di piena e problemi ambientali. Acque di prima pioggia.
Acquedotti: Generalità e Componenti
Acquedotti per scopi civili: Fabbisogni, componenti principali, progettazione delle opere di adduzione e distribuzione. Dimensionamento di serbatoi di compenso. Dimensionamento di impianti di pompaggio.
Acquedotti: Generalità. Dotazioni idriche. Fabbisogni e loro variazioni nel tempo. Previsioni demografiche. Orizzonti temporali di progetto. Schemi generali. Suddivisione in più reti nel caso di accentuati dislivelli. Pressioni di esercizio nelle varie condizioni di funzionamento.
Opere di Presa
Opere di presa. Da sorgenti, da acque superficiali e dai laghi. Da acquiferi sotterranei mediante trincee drenanti e pozzi. Tipologie costruttive dei pozzi, finestrature, filtri.
Adduttrici
Adduttrici. Richiami di moto uniforme nelle condotte in pressione. Regimi di moto e formule per il calcolo delle resistenze; abaco di Moody. Verifica di adduttrici a gravità: calcolo della portata per schemi a due e tre serbatoi, anche in presenza di colmi e moto a canaletta; funzionamento di un'adduttrice con portata in ingresso assegnata. Progetto delle adduttrici a gravità: studio del tracciato, dimensionamento delle tubazioni per schemi a due serbatoi, dimensionamento economico per schemi a più di due serbatoi, dimensionamento nel caso di forti dislivelli od in presenza di colmi; piezometriche di esercizio; pozzetti di interruzione, valvole di dissipazione, sfiati, scarichi, pezzi di prova e pezzi speciali. Dimensionamento economico delle condotte adduttrici con sollevamento; curve caratteristiche degli impianti di pompaggio, pompe in serie ed in parallelo.
Tubazioni e Materiali
Tubazioni. Materiali delle condotte adduttrici e loro caratteristiche; criteri di scelta delle tubazioni; tipi di giunti, posa e collaudo delle condotte. Apparecchiature accessorie e valvolame.
Serbatoi
Serbatoi. Funzioni principali dei serbatoi; serbatoi di testata e di estremità; torrini piezometrici; dimensionamento della capacità di compenso di serbatoi; capacità antincendio e di riserva. Gestione di serbatoi di capacità insufficiente; modulazione della portata in ingresso, regola del filo teso. Caratteri costruttivi dei serbatoi: forma più conveniente, tipologia; schema della camera di manovra per serbatoi di testata e di estremità.
Reti di Distribuzione
Reti di distribuzione. Tipi di rete; proporzionamento della distribuzione; schematizzazione delle erogazioni. Perdite di carico per condotte con erogazione uniformemente distribuita. Verifica delle reti di distribuzione: metodo del bilanciamento delle portate (Cross) anche in presenza di più vincoli piezometrici, metodo del bilanciamento dei carichi; linearizzazione mediante il metodo di Newton-Raphson generalizzato; casi con reti complesse per la presenza di pompe, valvole, ecc.
Sistemi di Drenaggio Urbano (Fognature)
Sistemi di drenaggio urbano (Fognature): Generalità. Scopi, tipi di rete (unitaria o separata); fognature comprensoriali e locali. Analisi tecnico-economiche per la scelta della soluzione ottimale. Indagini demografiche e previsioni a lungo termine. Esame delle utenze civili ed industriali. Tracciamento plano-altimetrico della rete di drenaggio. Calcolo delle acque nere. Portate medie giornaliere, del giorno di massimo consumo, di magra, di punta. Acque di prima pioggia, portate meteoriche da inviare al trattamento.
Calcolo delle Portate Pluviali
Calcolo delle portate pluviali. Tempi di ritorno di progetto. Nozioni di idrologia: indagini probabilistiche sulle precipitazioni intense; curve di possibilità pluviometrica; ietogrammi di progetto, capacità di infiltrazione e detenzione superficiale. Modelli idrologici di trasformazione afflussi-deflussi; metodo razionale, di corrivazione e dell'invaso; taratura dei parametri. Cenni ai metodi fisicamente basati; teoria dell'onda cinematica su falda piana; equazioni del moto vario a pelo libero; transizioni.
Idraulica delle Correnti a Pelo Libero
Idraulica delle correnti a pelo libero: moto uniforme, contenuto energetico della corrente, stato critico, profili di moto permanente in alveo cilindrico, risalto idraulico, casi ricorrenti di profilo, tracciamento numerico del profilo idraulico.
Dimensionamento delle Canalizzazioni
Dimensionamento delle canalizzazioni. Calcoli idraulici dei collettori: sezioni tipiche; pendenze e velocità adottabili; pozzetti di ispezione; manufatti di raccordo: salti, curve, confluenze, diramazioni, ecc. Lavaggio delle fognature. Caditoie stradali, immissioni private, opere di ventilazione.
Scaricatori di Piena e Vasche Volano
Scaricatori di piena. Funzione degli scaricatori di piena. Caratteristiche costruttive. Portate scaricate ed inquinamento trasferito ai corpi idrici riceventi. Normative. Scaricatori laterali: teoria e dimensionamento (cenni). Scaricatori a salto e frontali (cenni). Sifoni. Schemi costruttivi; dimensionamento e verifica idraulica. Pulizia. Vasche volano (vasche di laminazione). Scopi e campi di applicazione. Dimensionamento delle vasche sulla base del metodo cinematico e del metodo dell'invaso. Confronti con metodi fisicamente basati e serie storiche. Schemi e tipologie costruttive.
Richiami di Idraulica
Introduzione al corso. Proprietà fondamentali dei liquidi. Peso specifico e densità. Pressione. Idrostatica. Principio di Pascal. Pressione idrostatica. Altezza piezometrica. Spinta idrostatica. Legge di Archimede. Idrodinamica. 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. 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. 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.
Caratteristiche dell'Acqua Potabile e Schemi di Acquedotto
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: Sistemi e Materiali
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.
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