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

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


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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