L'insegnamento dell'idraulica e delle costruzioni idrauliche si propone di fornire le conoscenze di base necessarie ad affrontare i problemi legati al rapporto acqua-città, un rapporto che coinvolge esigenze di tipo diverso a seconda che si consideri l’acqua come risorsa ovvero elemento dal quale difendersi. Si intende inoltre fornire all’allievo ingegnere:
- La descrizione delle principali opere idrauliche presenti in ambito urbano illustrandone le caratteristiche strutturali e funzionali, valutandone la sostenibilità ambientale, sociale ed economica e considerando l’ambito urbano all’interno della più ampia scala del bacino idrografico.
- La descrizione degli impianti idrici interni agli edifici con attenzione alle tecniche di riuso e riciclo della risorsa.
- La capacità di progettare questi sistemi nel loro complesso o nelle singole componenti in relazione alle diverse forzanti esterne valorizzando l’approccio multi-disciplinare nell’ambito della pianificazione urbana e dell’impiantistica edile.
Elementi di Idraulica
I fluidi e le loro proprietà, insieme allo schema di mezzo continuo, rappresentano i fondamenti. Le dimensioni e le unità di misura sono essenziali per la corretta analisi. Nella statica, la misura della pressione, la distribuzione delle pressioni, la spinta su superfici piane e curve, e la spinta su corpi immersi sono concetti chiave.
La cinematica introduce traiettorie, linee di corrente e linee di emissione. Il volume di controllo e la definizione di portata sono fondamentali, così come l'equazione di continuità. Si studiano i moti piani e i concetti di filetto fluido, tubo di flusso e corrente fluida, distinguendo tra moto uniforme, permanente e vario.
Le equazioni di Eulero sono alla base della dinamica, con particolare attenzione alle correnti lineari e al teorema di Bernoulli e sue applicazioni. Nei fluidi reali, si considera l'equazione globale di equilibrio, l'azione di trascinamento di una corrente e il teorema di Bernoulli generalizzato.
Le correnti in pressione richiedono lo studio del moto uniforme e permanente, del deflusso laminare e turbolento, degli sforzi tangenziali, dei tubi lisci e scabri, delle perdite di carico distribuite e localizzate e dei problemi relativi alle lunghe condotte.
Nelle correnti a pelo libero si analizza il moto uniforme, l'equazione di Chezy, la scala dei deflussi, l'energia specifica, le correnti lente e veloci, l'altezza critica e il risalto idraulico.
La foronomia include luci a battente e luci a stramazzo, stramazzi in soglia grossa e stramazzi in soglia sottile.
Elementi di Idrologia
Il ciclo dell’acqua e i principali fenomeni idrologici sono introdotti, definendo il bacino idrografico e il bilancio idrologico. Si analizza il ciclo idrologico nei bacini urbani.
La pluviometria richiede l'analisi probabilistica delle precipitazioni, le curve di possibilità pluviometrica, la pioggia di progetto e il tempo di ritorno. Si utilizzano ietogrammi di progetto.
Le perdite idrologiche includono intercettazione ed infiltrazione, con modelli globali e lineari-stazionari. Si studiano le linee isocorrive e il tempo di corrivazione, la legge aree-tempi e il metodo cinematico per determinare la portata al colmo e il volume di piena.
Acquedotti
I componenti del sistema acquedottistico includono acquedotto interno ed esterno, opere di captazione, sfiati, scarichi, valvole di controllo delle portate e delle pressioni, impianti di sollevamento, serbatoi e torrini piezometrici. Si considerano anche gli impianti interni agli edifici, gli allacci delle utenze e i materiali delle condotte.
La modellazione idraulica del sistema include la domanda idrica, le tipologie di utenza, il fabbisogno, la richiesta e il consumo, le perdite idriche, le condizioni di servizio, i coefficienti di punta e la domanda anti-incendio. Si utilizza il metodo di Hardy Cross.
Sistemi di Drenaggio Urbano
Esistono sistemi di tipo unitario e sistemi di tipo misto. I componenti del sistema includono manufatti ordinari e manufatti speciali, opere di raccolta e allacci, e impianti interni agli edifici.
La modellazione idraulica del sistema include il calcolo delle portate nere e dei coefficienti di punta. Per le portate pluviali si utilizza il metodo della corrivazione, considerando l'influenza dell’azione antropica sui coefficienti di afflusso. La scelta dei tempi di ritorno è cruciale per il dimensionamento delle canalizzazioni e degli invasi. Si modella in condizione di moto uniforme delle canalizzazioni, considerando i vincoli di velocità, il grado di riempimento e la forma degli spechi in relazione al tipo di sistema e alla portata transitante. L'influenza degli invasi e la capacità di laminazione della rete sono importanti, così come le pratiche di buona gestione (Best Management Practices) e il funzionamento idraulico degli scolmatori di piena.
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