HYDRAULICS OF NATURAL SYSTEMS

ICAR/01 - 9 CFU - 2° semestre

Docente titolare dell'insegnamento

VINCENZA CINZIA SANTORO

Obiettivi formativi

Conoscenza degli strumenti matematici avanzati e dei risultati sperimentali, in laboratorio e in campo, per studiare il moto dei fluidi nei diversi contesti in cui essi possono trovarsi in natura, con particolare riferimento ai problemi relativi al moto di correnti fluviali e detritiche e all’idraulica marittima, in condizioni di fondo fisso e mobile.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Sono previste lezioni frontali, seguite - per ciascun argomento - da esercitazioni, che consistono in applicazioni ingegneristiche che gli studenti svolgono in aula, sotto la guida e con l'aiuto del docente.

Prerequisiti richiesti

E' necessaria la conoscenza dell'idraulica di base, con particolare riferimento alle nozioni generali di cinematica e dinamica dei fluidi e del moto delle correnti a superficie libera in moto uniforme e permanente.

Frequenza lezioni

La frequenza alle lezioni è vivamente consigliata in quanto coerente con il modello formativo proposto che mira a favorire l'apprendimento graduale, la partecipazione attiva dello studente in classe, il dialogo fra docenti e studenti.

Contenuti del corso

Nel seguito è riportato un elenco dei principali argomenti trattati all'interno del corso.

Il sistema fluviale. Moto uniforme, permanente e vario a superficie libera. Moto incipiente dei sedimenti e trasporto solido. La resistenza al moto negli alvei a fondo mobile. Il sistema acqua sedimenti: evoluzione di un corso d’acqua. Colate detritiche e fangose. Il moto ondoso regolare. Trasformazioni non energetiche ed energetiche di un’onda monocromatica. Il moto ondoso irregolare e reale. Analisi statistica a breve e a lungo termine. L’onda di progetto. Il moto nella surf zone. Trasporto solido costiero. Processi costieri.

Testi di riferimento

1. Armanini, A. Principi di Idraulica fluviale - Editoriale BIOS, 1999 (in italiano)

2. US Army Corps of Engineers Coastal Engineering Manual, EM 1110-2-1100, 2002

http://www.publications.usace.army.mil/USACEPublications/EngineerManuals/tabid/16439/u43544q/636F617374616C20656E67696E656572696E67206D616E75616C/Default.aspx

Altri riferimenti bibliografici utili:

3. Armanini, A. Principles of River Hydraulics- Springer, 2018 (in inglese)

4. Ferro, V. La sistemazione dei bacini idrografici – Mc-Graw-Hill, 2002

5. US Army Corps of Engineers Channel Stability Assessment for Flood Control Projects, EM 1110-2-1418, 1994

http://www.publications.usace.army.mil/Portals/76/Publications/EngineerManuals/EM_1110-2-1418.pdf

6. U.S. Department of Transportation - Federal Highway Administration River Engineering for Highway Encroachments, FHWA NHI 01-004

http://www.fhwa.dot.gov/engineering/hydraulics/pubs/nhi01004.pdf

Altro materiale didattico

http://studium.unict.it/dokeos/2019/

Programmazione del corso

	Argomenti	Riferimenti testi
1	Moto uniforme a superficie libera. Sforzo tangenziale medio e conduttanza. Scala di deflusso in una sezione compatta. Le sezioni composte.
2	I profili di moto permanente e la loro integrazione. Correnti permanenti con portata variabile. Esempi applicativi.
3	Il moto vario a superficie libera: il modello cinematico, il modello parabolico, i modelli idrologici.
4	Teoria di Shields per il moto incipiente.	1 - 4 - 5
5	Modalità di trasporto. La portata solida. Capacità di trasporto. Wash load e bed material load.	1 - 5
6	Il trasporto al fondo. Teoria di Einstein; teoria di Du Boys; altre formule.	1 - 4 - 5
7	Il trasporto in sospensione.	1 - 5
8	Il trasporto solido totale.	1 - 6
9	La resistenza totale al moto negli alvei a fondo mobile.	1 - 4 - 5
10	Criteri di esistenza delle forme di fondo. Resistenza di grano e resistenza delle forme di fondo.	1 - 4 - 5
11	Bilancio dei sedimenti. Equazione di Exner. Migrazione delle forme di fondo. Sistema acqua - sedimenti.	1
12	Colate fangose e detritiche: formazione, evoluzione e caratterizzazione. Modelli reologici per le colate detritiche. Modellazione numerica.	4
13	Onde di gravità regolari. Moto irrotazionale. Fluido perfetto. Equazione di Eulero. Equazione di Laplace.	2
14	L'onda progressiva. L'onda regressiva. L'onda stazionaria. Celerità.	2
15	Relazione di dispersione. Cinematica dell'onda progressiva. Cinematica dell'onda stazionaria. Distribuzione della pressione in un'onda progressiva e in un'onda stazionaria.	2
16	Energia di un'onda progressiva. Potenza di un'onda progressiva. Celerità di gruppo.	2
17	Shoaling. Rifrazione. Il raggio d'onda.	2
18	Trasformazioni dell'energia specifica. Il frangimento. Diffrazione. Riflessione.	2
19	Il moto nella surf zone.	2
20	Il moto ondoso reale e il moto ondoso irregolare. L'analisi dei treni di onde. I metodi zero-crossing. L'onda significativa. Distribuzioni di probabilità per la rappresentazione dello stato di mare a breve termine.	2
21	Il metodo spettrale. Relazione tra le altezze significative in acque basse. Il fetch e i possibili stati di mare. Gli spettri sintetici. Gli spettri direzionali. Il metodo SMB.	2
22	Criteri per la scelta dell'onda di progetto (previsioni a lungo termine).	2
23	Evoluzione della linea di costa.	2

Verifica dell'apprendimento

MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

L'esame consiste in una prova orale.

ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

Moto uniforme, permanente e vario in canali a sezione compatta e a sezione composta. Profili di corrente in alvei naturali. Effetto della presenza di pile di ponte in alveo, sulla corrente e sul fondo del fiume. Criteri per lo studio del moto incipiente. Principali formule per il calcolo del trasporto solido al fondo e in sospensione. Stima della resistenza al moto negli alvei naturali. Modelli reologici per le colate detritiche. L'onda monocromatica di ampiezza infinitesima: calcolo del potenziale, della celerità, della pressione e della velocità. Shoaling, rifrazione, frangimento. Analisi a breve termine del moto ondoso. Calcolo dell'onda di progetto. Modelli a una linea per i processi costieri a lungo termine.

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