Prof. Paolo Mignosa

Sistemi idrici, impianti ed opere idrauliche. Il corso intende fornire le conoscenze necessarie ad un allievo Ingegnere Civile per la progettazione delle principali opere idrauliche. Allo scopo, si illustrano i sistemi idrici mostrandone le funzioni, indicandone gli elementi principali e le relazioni tra essi. Si definiscono le principali caratteristiche delle risorse idriche ed i criteri per la loro utilizzazione. Si descrivono le opere di derivazione, di adduzione e di distribuzione e i principali criteri di dimensionamento e di gestione. Per i problemi di difesa dalle acque si definiscono le caratteristiche degli eventi pluviometrici e idrometrici estremi, le caratteristiche delle reti di drenaggio artificiali, dei sistemi di difesa dalle inondazioni e delle sistemazioni idrauliche. Si illustrano i principali criteri di dimensionamento e di gestione. Ciascun argomento verrà sviluppato sia a livello teorico, completando al preparazione acquisita con i corsi di base, sia a livello di soluzione progettuale di massima. Ad ogni fase del corso corrisponderanno delle esercitazioni, che saranno a livello di esercizi teorico-applicativi per gli sviluppi teorici, ed a livello di elaborati progettuali di massima per l'individuazione delle soluzioni tecnico-economiche più convenienti.

Programma

1.Elementi di probabilità e statistica (riferimento: dispense)
Assiomi e definizioni del calcolo delle probabilità
Esperimento di Bernoulli
Definizione di evento critico
Periodo di ritorno e rischio in N anni
Definizione di frequenza osservata
Descrizione statistica di una serie storica di dati di deflusso annuo
Diagrammi di frequenza relativa e cumulata
Carta probabilistica normale
Analisi di Box e Cox su una serie di dati
Progettazione in condizioni di incertezza

2. Problemi di utilizzazione delle acque: analisi e gestione delle risorse idriche
(riferimento: Ippolito, Cap. 1, in particolare 1.3, da 1.4 fino a 1.4.2.4; dispense)
Quadro normativo (L. 183, Legge Galli, Leggi e Decreti Regionali)
Caratteristiche climatiche e ciclo idrologico a scala di bacino
Bilancio annuale di un bacino praticamente impermeabile
Impianti di utilizzazione delle acque: impianti a deflusso. Caratteristiche costruttive. Volumi erogabili. Regole operative di esercizio di una paratoia per derivazioni in alveo.
Invaso a compenso stagionale. Bilancio dell'invaso. Curva di regolazione dei deflussi. Valutazione probabilistica del minimo deflusso annuo, DT
Invaso a compenso pluriennale. Limite idrologico di utilizzazione. Metodo dei periodi critici. Metodo del massimo deficit cumulato.
Curve di probabilità di regolazione dei deflussi. Metodo probabilistico per la valutazione di Dk,T

3. Sistemi di adduzione delle acque
(riferimento: Ippolito, Cap. 2, in particolare)
Generalità (sistemi, componenti ed elementi)
Cenni storici. Quadro normativo (il Piano Regolatore Generale degli Acquedotti, la legge Galli). Dotazioni medie
Problema del progetto di un acquedotto semplice. Problema della verifica di un acquedotto semplice
Formule di resistenza. Abaco di Moody. Incertezze nella stima del coefficiente di scabrezza. Formule pratiche di resistenza
Sistemi acquedottistici non semplici. Derivazioni e immissioni lungo il percorso. Lo schema dell'acquedotto consortile. Calcolo economico dell'acquedotto consortile. Raddoppio di condotte
Formula di Mariotte per il calcolo dello spessore di una tubazione
Calcolo idraulico ed economico di un impianto di sollevamento. Scelta tra i diversi regimi di funzionamento. Analisi di affidabilità per il posizionamento della pompa.
Problemi di moto vario nelle correnti in pressione. Il colpo d'ariete; il fenomeno della cavitazione. Oscillazioni di massa. Organi di attenuazione del moto vario: il volano; la cassa d'aria. Soluzione di Evangelisti e con il metodo delle differenze finite.
Caratteristiche elettromeccaniche delle pompe. Scelta della pompa. Diagramma delle caratteristiche interne ed esterne dell'impianto. Uso dei cataloghi commerciali. Curve caratteristiche dell'impianto di sollevamento: condotte in serie, in parallelo, ramificate, con portata variabile. Curve caratteristiche interne e loro regolazione. Punto di funzionamento: impianti in serie ed in parallelo, ramificati, con by-pass, a ciclo chiuso, con booster
Particolari costruttivi. Saracinesche, scarichi, sfiati, pozzetti, derivazioni, attraversamenti e briglie
Profilo longitudinale e progetto di massima
Materiali per condotte: tubazioni lapidee (cemento amianto, c.c.a. e c.a.p.), tubazioni plastiche (PVC, PEad, PRFV), tubazioni metalliche (acciaio, ghisa). Ciclo costruttivo. Giunzioni e pezzi speciali. Modalità di impiego e posa in opera. Protezioni.
Il fenomeno della corrosione nelle tubazioni. Protezione attiva e passiva. Corrosione nei tubi in c.c.a.
Dimensionamento statico delle tubazioni in pressione. Schema delle sollecitazioni per condotte interrate. Tubazioni di piccolo/grande diametro, flessibili/rigide. Sollecitazioni esterne, stato tensionale interno, tipi di verifiche in cantiere, in collaudo ed in esercizio.

4. Sistemi di distribuzione delle acque
(riferimento: Ippolito, Cap. 3, in particolare da 3.1 a 3.3.3)
Analisi della struttura dei consumi idrici. Variabilità giornaliera della richiesta. Fenomeno dell'ora di punta. Simulazione probbailistica del singolo nodo di domanda. Problema dell'affidabilità del servizio.
Rete di condotte in pressione a maglie chiuse. Analisi topologica. Schema idraulico di condotte a servizio con erogazione uniforme lungo il percorso.
Problema di progetto. Calcolo economico. Rete equivalente a maglie aperte: resezioni. Flussi principali. Calcolo probabilistico delle portate circolanti a maglie aperte.
Problema di verifica. Calcolo idraulico di una rete semplice a maglie chiuse. Metodi numerici. Metodo di H. Cross. Errori di approssimazione. Criteri di convergenza. Calcolo automatico.
Criteri di accettazione delle verifiche idrauliche. Vincoli funzionali. alle differenze finite. Scaricatore a salto di fondo.
Problemi di profilo di corrente per differenti condizioni al contorno: immissione laterale concentrata; livello del serbatoio di valle variabile, salti di fondo e brusco restringimento della sezione.
Dimensionamento idraulico di un tombino stradale.

Esercitazioni progettuali (Parte I):
1. Dimensionamento idrologico di un impianto a compenso
2. Progetto di massima di un acquedotto consortile a servizio di due comuni
3. Progetto di massima di una rete di distribuzione civile, con serbatoio di testata
4. Progetto di massima di rete fognaria ad acque miste

Esercitazioni aggiuntive (Parte II):
1a Profilo di corrente di un canale a pelo libero, al variare delle caratteristiche di imbocco
1b. Regolazione dell'efflusso attraverso una paratoia mobile
1c. Profilo di corrente a monte di una soglia di fondo
2a. Valutazione delle incertezze legate al coefficiente di scabrezza
2b. Valutazione delle alternative progettuali in condotta con variazione della portata
2c. Punto di funzionamento di un impianto di sollevamento in condotta con variazione di portata
3a. Calcolo idraulico di una rete semplice: portate assegnate
3b. Calcolo idraulico di una rete semplice: serbatoi a livello assegnato, differente fra di loro.
3c. Calcolo idraulico di una rete semplice: impianto di sollevamento in rete
4a. Profilo di corrente di canale laterale con sbocco in canale a livello variabile
4b. Profilo di corrente canale con immissione laterale concentrata ortogonale alla direzione della corrente
4c. Dimensionamento e verifica idraulica di un tombino stradale.

G.Ippolito: Appunti di Costruzioni Idrauliche, Nuova Ed., Liguori, Napoli, 1993

Testi di consultazione

G. Evangelisti, Impianti Idroelettrici, Vol. 1 e 2, Ed. Patron, Bologna, 1951
U. Moisello, Grandezze e fenomeni idrologici, La Goliardica Pavese, Pavia, 1985
G. Supino, Le reti Idrauliche, Ed. Patron, Bologna, 1965

Verranno inoltre fornite durante le lezioni dispense sui vari argomenti trattati