Nell’attuale società industriale le costruzioni, le opere idrauliche e le reti infrastrutturali sono tra i beni durevoli più importanti, sia per il loro valore intrinseco, sia per il ruolo funzionale che esse rivestono nello sviluppo economico e sociale di un paese. La realizzazione di queste opere richiede il soddisfacimento di livelli di sicurezza e funzionalità sempre più elevati; comporta inoltre l’utilizzo di risorse naturali ed il consumo di energie che condizionano in modo rilevante l’economia e l’ambiente e i cui effetti si proiettano nel tempo, coinvolgendo più generazioni. Tra le responsabilità dell’Ingegnere vi è pertanto anche quella di operare in modo che ogni processo di crescita si sviluppi secondo canoni sostenibili.

Nella fattispecie, si vogliono fornire i concetti chiave per valutare l’impatto idraulico sul territorio generato dalle nuove urbanizzazioni trasferendo quelle nozioni ingegneristiche di base atte a pianificare l’adozione delle necessarie contro misure strutturali e non strutturali.

Nella prima parte del corso vengono fornite le principali conoscenze di base dell’idraulica: a partire dalla definizione delle leggi costitutive si introduce il concetto di equilibrio che viene analizzato in condizioni sia statiche che dinamiche. L’obiettivo è quello di giungere a valutare correttamente la spinta di uno o più fluidi su superfici piane nonché di analizzare e descrivere compiutamente il deflusso in moto permanente di un liquido all’interno di un condotto, sia esso in pressione piuttosto che a pelo libero. Il percorso didattico verterà principalmente sull’applicazione dei principi fondamentali della meccanica classica: conservazione della massa, conservazione dell’energia meccanica e conservazione della quantità di moto.

Nella seconda parte del corso, utilizzando gli strumenti acquisiti nella prima parte, si forniscono i concetti essenziali per progettare i sistemi di approvvigionamento idrico e i sistemi di drenaggio urbano. Con riferimento ai primi, sono affrontati i temi della quantificazione del fabbisogno idropotabile, della progettazione sostenibile delle condotte di adduzione e degli impianti di sollevamento elettromeccanico; con riferimento ai secondi, a partire dallo studio dei più semplici modelli di trasformazione afflussi (precipitazioni meteoriche) – deflussi (portate nella rete di drenaggio), si perviene al dimensionamento delle reti di fognatura nonché all’individuazione delle opere (di laminazione e/o di infiltrazione) e delle relative politiche gestionali necessarie a limitare l’impatto sui recapiti finali esistenti e, di conseguenza, sul territorio attraversato.

Al termine del percorso formativo di questo insegnamento, lo studente conosce i fondamenti dell’idraulica nel settore delle costruzioni e sa affrontare la progettazione dell'edificio tenendo conto degli aspetti idraulici.

Risultati di apprendimento dettagliati:

DD1) Conoscenza e comprensione

- Comprendere i concetti base dell’idraulica;

- conoscere i problemi caratteristici delle reti idrauliche in ambito urbano;

- imparare a descrivere i fenomeni naturali mediante la costruzione e l’utilizzo di modelli ingegneristici.

DD2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione

1. I fluidi e il loro movimento. Definizione di fluido – I fluidi come sistemi continui – Grandezze della meccanica dei fluidi e unità di misura – Sforzi nei sistemi continui – Densità e peso specifico – Comprimibilità – Viscosità – Regimi movimento.

2. Statica dei fluidi. Sforzi interni nei fluidi in quiete – Equazione indefinita della statica – Distribuzione idrostatica delle pressioni: legge di Stevin – Pressioni relative ed assolute – Misura della pressione – Spinta idrostatica su superfici piane – Fluidi comprimibili – Fluidi di piccolo peso specifico – Fluidi soggetti a pressioni elevate.

3. Cinematica dei fluidi. Velocità e accelerazione – Riferimento Euleriano e riferimento Lagrangiano – Elementi caratteristici del moto – Tipi di movimento – Portata – Equazione di continuità.

4. Fluidi ideali. Stato di sforzo – Equazione di equilibrio dinamico (Eq. di Eulero) - Teorema di Bernoulli – Linea piezometrica e linea dei carichi totali – Processi di efflusso - Potenza di una corrente in una sezione. Estensione del teorema di Bernoulli a una corrente.

5. Fluidi reali. Estensione del teorema di Bernoulli ai fluidi reali – Cadente piezometrica – Regimi di movimento – Perdite di carico distribuite – Perdite di carico concentrate – Calcolo idraulico di una condotta – Correnti in depressione.

6. Lunghe condotte. Definizioni e particolarità – Problemi di verifica – Problemi di dimensionamento – Minima passività per sistemi a gravità – Minima passività per impianti di sollevamento.

7. Impianti di sollevamento. Tipologie principali – Curva caratteristica e punto di funzionamento – Tipologie impiantistiche (cenni).

8. Correnti a superficie libera in sezioni chiuse. Generalità e scopi –Calcolo delle portate – Dimensionamento e verifica – Processi di laminazione.

9. Elementi di idraulica sotterranea. Generalità e scopi – Processi di filtrazione e di infiltrazione – Modelli matematici per la descrizione del moto.

Per ragiungere gli obiettivi che il corso si prefigge, risulta necessario, nonché fondamentale, possedere le conoscenze fornite dai seguenti corsi di base: analisi matematica, fisica e meccanica razionale.

L'esame consiste in una prova scritta (risoluzione di problemi numerici, domande di carattere teorico a risposta aperta sugli argomenti del corso), seguita da un eventuale orale integrativo (domande di carattere teorico sugli argomenti del corso e domande volte a evidenziare la capacità dello studente di elaborare collegamenti fra i vari argomenti del corso).