IDRAULICA FLUVIALE E PROTEZIONE IDRAULICA DEL TERRITORIO
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- LEONARDO SCHIPPA
- Crediti formativi
- 9
- Percorso
- AMBIENTALE
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- ICAR/01
Obiettivi formativi
- Il corso affronta i principali concetti inerenti le caratteristiche delle correnti idriche nei corsi d’acqua naturali, la propagazione delle piene, le caratteristiche della interazione tra corrente e sedimenti (i.e. trasporto solido) e dei riflessi sugli aspetti morfodinamici dei corsi d’acqua naturali e sui processi di evoluzione morfologica degli stessi. Inoltre il corso affronta le principali tecniche ingegneristiche relative da una parte agli interventi di riduzione del rischio idraulico e di protezione idraulica del territorio, e dall’altra agli interventi di sistemazione idraulica di fiumi e torrenti.
L’obiettivo principale del corso è di fornire agli studenti gli strumenti conoscitiviper affrontare lo studio della propagazione delle piene, anche mediante l’utilizzo di modelli matematici, e la progettazione delle opere idrauliche in ambito fluviale a fondo fisso e mobile; nonché acquisire la necessaria padronanza nella applicazione dei bilanci di massa, energia e quantità di moto alle correnti naturali, fondamentali nei fenomeni fisici che governano la dinamica fluviale nelle applicazioni di interesse tecnico.
Le principali conoscenze che si dovrebbero acquisire riguardano:
• Caratteristiche idrodinamiche delle correnti nei corsi d’acqua naturali, in riferimento alle geometrie complesse delle sezioni fluviali e degli elementi presenti sul contorno bagnato con funzione di resistenza al moto;
• Modelli matematici per lo studio della propagazione delle piene;
• Effetti delle infrastrutture (e.g. attraversamenti fluviali) sui profili di piena ed effetti della corrente sulle opere in alveo (e.g. erosione e scalzamento delle fondazioni);
• Stima del trasporto solido e bilanci sedimentari su tronchi fluviali;
• Modelli matematici evolutivi dell’assetto morfologico dei corsi d’acqua naturali;
• Caratteristiche delle opere ingegneristiche di regimazione e sistemazione fluviale;
• Caratteristiche delle correnti iperconcentrate (e.g. colate detritiche e di fango).
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) che si dovrebbero acquisire sono:
• Calcolare i profili di piena nei corsi d’acqua naturali;
• Redigere carte di rischio idraulico in riferimento agli eventi di piena;
• Stimare il trasporto solido fluviale;
• Valutare i processi evolutivi nei corsi d’acqua naturali;
• Dimensionare le opere fluviali di sistemazione idraulica di fiumi torrenti. Prerequisiti
- E’ necessario avere acquisito e assimilato i contenuti del corso di Idraulica con particolare riferimento alle correnti a pelo libero in condizioni di moto uniforme e stazionario. Inoltre si richiede la capacità di gestire propriamente i seguenti elementi di base:
• calcolo differenziale e integrale;
• bilanci di forze e di momenti, di quantità di moto e di momento di quantità di moto, energia meccanica potenziale, cinetica e totale; Contenuti del corso
- Il corso prevede 90 ore di didattica (lezioni teoriche, esempi applicativi e svolgimento di esercitazione di carattere progettuale).
Le tematiche affrontate nel corso sono le seguenti:
RICHIAMI DI IDRAULICA A PELO LIBERO (2,5 ore)
Problematiche relative ai corsi d’acqua e richiami sulle correnti a pelo libero.
CARATTERISTICHE DELLA CORRENTE IN RELAZIONE ALLA GEOMETRIA DEI CANALI (2,5 ore)
Le sezioni di controllo. i cambi di pendenza. Ostacoli al deflusso.
LEGGI DI RESISTENZA NEI CORSI D’ACQUA NATURALI (10 ore)
La distribuzione delle tensioni e delle velocità. Le leggi di resistenza in presenza di vegetazione. Resistenza al moto per alveo compatto e composito.
EQUAZIONI DI BILANCIO (5 ore)
Le equazioni di bilancio per alveo compatto e composito, in forma conservativa e non conservativa.
CINEMATICA DELLE CORRENTI (2,5 ore)
Carattere cinematico delle correnti lente e veloci. La celerità di propagazione delle perturbazioni di livello.
MOTO STAZIONARIO (5 ore)
Equazioni di bilancio e metodi di integrazione numerica.
MOTO VARIO E LA PROPAGAZIONE DELLE PIENE (10 ore)
Il metodo delle caratteristiche. Le eq. di De Saint Venant. Il metodo numerico alle differenze finite. Il modello cinematico. Il modello parabolico . Il cappio di piena.
MORFODINAMICA FLUVIALE (2,5 ore)
I fenomeni morfodinamici a scala di bacino e di asta fluviale. L’equilibrio geomorfologico di un corso d’acqua
CRITERIO DI INCIPIENTE MOVIMENTO ED IL TRASPORTO SOLIDO (10 ore)
Il criterio di incipiente movimento. Il grafico di Shields. Il trasporto solido al fondo. Le equazioni di trasporto. Il trasporto solido in sospensione e la equazione diffusiva convettiva.
FORME DI FONDO EGLI EFFETTI SULLA CORRENTE. (5 ore)
Le forme di fondo planimetriche ed altimetriche. Barre, ripples, dune, antidune. Effetti delle forme di fondo sulla resistenza la moto.
MODELLI EVOLUTIVI E LE CORRENTI IN CURVA (5 ore)
Il modello evolutivo completo: le celerità di propagazione delle perturbazioni della fase liquida e solida. I modelli semplificati: Il modello ad onda semplice, il modello parabolico. Caratteristiche cinematiche delle correnti in curva ed azioni sul contorno bagnato.
RICHIAMI LEGISLATIVI IN MATERIA DI FIUMI E RISCHIO ALLUVIONALE (2,5 ore)
La disciplina normativa comunitaria e nazionale in material di acque superficiali.
INTERVENTI DI SISTEMAZIONE FLUVIALE E CONTENIMENTO DELLE PIENE (7,5 ore)
Briglie e soglie. La dissipazione del getto a valle della gaveta: rivestimenti in massi e bacini di dissipazione. I pennelli e le protezioni di sponda. Gli argini fluviali. Gli effetti del restringimento d’alveo sull’equilibrio del corso d’acqua
BRECCE NEGLI ARGINI E NEGLI SBARRAMENTI IN TERRA (2,5 ore)
Formazione delle brecce nei rilevati arginali e nelle dighe in materiali sciolti. Modelli analitici e modelli numerici.
CORRENTI IPERCONCENTRATE E LE COLATE DETRITICHE (2,5 ore)
Caratteristiche del flusso e caratteristiche geomorfologiche delle colate di detriti.
Quantificazione e dinamica delle alluvioni solide. Metodi per la stima dei volumi delle colate detritiche. Il modello monofase cinematico.
ESERCITAZIONE A CARATTERE PROGETTUALE (15 ore)
L’esercitazione è finalizzata alla redazione della mappa di pericolosità idraulica lungo un corso d’acqua ed alla progettazione degli interventi di sistemazione fluviale.
Agli studenti sono forniti:
• rilievi planoaltimetrici ;
• modello numerico per la ricostruzione dei profili di piena.
Agli studenti è richiesto:
• implementazione della geometria del corso d’acqua all’interno del modello idrodinamico;
• simulazione idraulica e redazione della mappa di rischio idraulico;
• Dimensionamento di massima degli interventi di contenimento del rischio.
L’esercitazione progettuale, di carattere collettivo, si svolge in aula durante il corso ed è assistita dal docente. Metodi didattici
- Il corso è organizzato nel seguente modo:
• lezioni frontali sui contenuti del corso;
• esempi applicativi volti ad illustrare le applicazioni pratiche delle nozioni impartite;
• supporto allo svolgimento della esercitazione a carattere progettuale (incluso l’implementazione del modello ed i calcoli di dimensionamento progettuale). Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
L’esame consiste in una prova orale.
La prova orale verte sugli argomenti del corso prima elencati e sulla esercitazione progettuale svolta durante il corso.
Tipicamente il colloquio si articola su tre argomenti che riguardano:
1. Uno degli argomenti relativi alle correnti fluviali a fondo fisso (i.e. in assenza di trasporto solido)
2. Uno degli argomenti relativi al trasporto solido ed al bilancio sedimentario in ambito fluviale;
3. Commento e riesame della esercitazione progettuale svolta durante il corso con approfondimento sulle tematiche relative agli interventi di sistemazione fluviale.
La valutazione finale consiste in un voto, espresso in trentesimi, corrispondente ad un giudizio globale sul colloquio. Il candidato che si ritiri in qualunque momento durante la prova orale, deve ripetere la prova orale per intero reiscrivendosi ad uno qualunque degli appelli di esame successivi. Testi di riferimento
- Testi di riferimento
-Open-channel hydraulics, R. French, McGraw-Hill International Ed.
-Principles of river hydraulics, A. Armanini, Ed. Springer
Testi di approfondimento:
-Open channel flow (2nd edition), M. Hanif Chaudry. Springer Ed.
-Fluvial Processes (2nd edition), Ferreira da Silva A.M., Yalin M.S., IAHR Monograph, IAHR Monograph, Ed. CRC Press Balkema book
-Fluvial Processes: Solutions Manual. M.Selim Yalin and A.M.Ferreira da Silva;IAHR Monograph, IAHR, Delft, The Netherland
Materiale aggiuntivo:
- schede grafiche di supporto alle lezioni frontali fornite dal docente prima delle lezioni.
