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PORTALE DELLA DIDATTICA

Idraulica II

05BEQMX

A.A. 2018/19

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 50
Esercitazioni in aula 26
Esercitazioni in laboratorio 4
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Ridolfi Luca Professore Ordinario ICAR/01 50 10 0 0 9
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ICAR/01 8 B - Caratterizzanti Ingegneria civile
Valutazione CPD 2018/19
2018/19
L'insegnamento di Idraulica II è un insegnamento formativo nel curriculum degli studi per il conseguimento della laurea magistrale in Ingegneria Civile indirizzo idraulico. In tale insegnameto dopo aver approfondito alcuni argomenti già trattati nel corso di Idraulica rivolto a tutti gli allievi ingegneri civili, vengono proposti argomenti specifici di interesse dell'ingegneria idraulica (turbolenza, macroscabrezze, resistenza al moto, onde, modellistica fisica, trasporto solido, moti a potenziale, moto dei fluidi in sistemi filtranti ecc.). Le lezioni vengono accompagnate, nelle ore di esercitazione, da esempi applicativi utili per sviluppare la sensibilità e l'abilità dello studente nella soluzione di problemi ingegneristici di tipo idraulico.
The academic course ‘Idraulica II’ is part of the curriculum to achieve the Master’s degree in civil engineering specialising in hydraulics. After the in-depth analysis of topics belonging to the ‘Idraulica I’ course, new specific themes are introduced such as turbulence, macro surface roughness, waves, physical modelling, sediment transport, flow in filtrating systems.
Gli obiettivi che si intendono perseguire sono sia lo sviluppo di una adeguata sensibilità nell'inquadrare correttamente dal punto di vista ingegneristico le problematiche idrauliche alla luce delle attuali conoscenze, sia la capacità di scegliere i mezzi risolutivi adeguati alle specifiche scale spaziali e temporali del problema da risolvere.
The main objective is to develop both the proper understanding of any set of problems related to hydraulics and the capacity of choosing the correct methods for different time and space scales.
Conoscenza del calcolo differenziale, dei principali argomenti della fisica-matematica e dei fondamenti della meccanica dei fluidi.
Knowledge of differential calculus, basic notions of mathematical physics and fundamentals of fluid mechanics.
Fluidi reali: tipologie e modelli reologici. Le equazioni di Navier-Stokes - Scrittura adimensionale e significato fisico - Moti di lento scorrimento - Moto laminare - Casi di integrazione analitica e numerica - Strato limite; la zona di scia vorticosa; distacco alternato di vortici - Instabilità del moto laminare e origine della turbolenza: equazioni del moto medio, dell'energia cinetica turbolenta e della vorticità - Turbolenza di parete; Distribuzione della velocità; Strato limite turbolento; turbolenza alla parete in presenza di macroscabrezze; distribuzione della velocità - leggi di resistenza nel caso di macroscrabrezze geometricamente definite e non (caso dei corsi d'acqua naturali a fondo stabile) - Complementi sul teorema pi-greco - Autosimilitudine completa e incompleta. Uso della modellistica fisica nello studio dei fenomeni idrodinamici. La sperimentazione fisica in idraulica. Modelli fisici a fondo fisso nell'ingegneria idraulica La meccanica dei fenomeni ondosi - Onde di traslazione e onde di oscillazione, celerità e attenuazione. Onde lunghe e brevi. Onde a fronte ripido. Teoria. Onde irrotazionali; Celerità della propagazione - Orbite delle particelle; velocità di trasporto. Onde al frangimento. Onde capillari. Implicazioni nei modelli fisici. Metodi energetici nello studio del moto ondoso. Velocità di gruppo e di fase e relazione con l'energia ed il flusso di energia. Rapporto di trasmissione di un'onda su fondale acclive con e senza onda riflessa. Inquadramento generale delle correnti idriche negli alvei naturali in relazione alla mobilità dell'interfaccia solido-liquido e al conseguente carico solido trasportato. I meccanismi di mobilitazione dei sedimenti. La modellizzazione delle correnti negli alvei naturali: schemi monodimensionale, quasi bidimensionale e bidimensionale - le equazioni del moto e di continuità - cenni alle tecniche risolutive. Schema monodimensionale. Studio delle caratteristiche. celerità delle onde in superficie e delle onde al fondo; forme di fondo tipologia e criteri di formazione negli alvei in sabbia e negli alvei in ghiaia. Leggi di resistenza al moto. Meccanismo idrodinamico - aspetti teorici e applicativi: ruolo delle strutture turbolenti sul moto del materiale al fondo e in sospensione. richiami e complementi di trasporto al fondo di materiali incoerenti; moto incipiente - miscugli omogenei ed eterogenei. Concentrazione della fase solida, portata solida effettiva e capacità di trasporto. Richiami e complementi sulle teorie e formule per il calcolo della capacità di trasporto al fondo - campi di applicazione e risultati attesi - trasporto solido in sospensione. trasporto totale - cenni sul trasporto solido di materiale coerente. Modelli Fisici a fondo mobile: Modelli a Froude costante simili e distorti per lo studio di fenomeni localizzati. (similitudine meccanica, scale ecc.). Principi teorici sui modelli matematici di tipo 1D relativi alla morfologia fluviale: Modello parabolico e Modelli iperbolici per lo studio dei fenomeni evolutivi a diverse scale spaziali e temporali. Esempi di applicazione della teoria. Meccanismo dispersivo viscoplastico - Iperconcentrated flows : Schematizzazione monofase e bifase. Lo stato tensionale interno; tensioni dispersive statiche turbolente ruolo del fluido interstiziale e dei sedimenti granulari e argillosi. Immature debris-flows: Resistenze al moto e concentrazioni di carico solido nelle correnti iperconcentrate. Formule per il calcolo del carico solido. Semplificazione delle formule. Esempio di calcolo dell'incremento dei tiranti idrici al crescere della concentrazione di materiale solido. Mature debris-flows (colate detritiche di materiale granulare e fangoso) : Tipologia delle colate. Modelli reologici. Le tensioni dispersive di Bagnold. Regimi macroviscoso e granulo-inerziale. Scelta del possibile modello reologico - Caratteristiche dinamiche e forze di impatto. Esempi
Recap of basic hydraulics. Real fluids: types and rheological models. Navier-Stokes equations - Dimensionless version and physical meaning – Slow moving flow - Laminar flow – Analytical and numerical integration cases Boundary layer turbulence – Velocity distribution - Vortex sheet – Boundary layer turbulence in presence of macro surface roughness- Fluid resistance laws in case of geometrical and non-geometrical surface roughness Complements of the Pi Theorem – Complete and incomplete self-similarity – Use of physical modelling in hydrodynamics – Physical models in hydraulic engineering. Water wave mechanics. Waves of translation (shallow-water) and waves of oscillation (deep-water) - Long and short wavelengths - Rapid front waves. Theory. Irrotational waves - Waves propagation - Orbital motion - Transportation velocity - Waves shoaling - Capillary waves - Implications for physical models – Energy methods in the study of the wave flow. Group and phase velocity, energy and energy propagation in progressive waves - Reflection and transmission of rapidly rising-bottom waves General overview of flows in natural streams, considering the solid-liquid interface and the resulting bed-load transport. Sediment transport mechanisms: Hydrodynamic mechanism - theoretical and practical aspects Turbulence role on bed-load and suspended load motion. Outlines of non-cohesive sediment transport - Incipient motion - Homogeneous or heterogeneous grain size distributions - available methods - comparison. Concentration of the solid phase, real stream capacity. Complementary information on theories and formulas for the calculation of bed load motion- applications and expected results. Suspended load motion. Introduction to sediment transport of coherent material. Modelling of natural stream flows: one-dimensional scheme, quasi two-dimensional scheme, two-dimensional scheme - Motion and continuity equation - outlines of solution methods. One-dimensional scheme. Main characteristics. Surface and bottom waves celerity - Bedform, different types and formation criteria in sand and gravel riverbeds. Threshold of movement. Fluid resistance laws. Theoretical principles for 1D mathematical models relative to fluvial morphology: Parabolic and hyperbolic models for the study of evolutionary phenomena at different spatial and temporal scales. Examples of practical applications. Balances of sediment transport – evolutionary trends – erosion/ deposit of the river bed and its dynamic equilibrium Physical models with mobile bedforms: similar and distorted models with a constant Froude number for the study of local phenomena (mechanical similitude, scales etc.) Dispersive-viscoplastic mechanism Hyperconcentrated flows: single and two-phase schemes. Internal stress – turbulent dispersive stress – role of the interstitial fluid and of granular and clay sediments. • Immature debris-flow: solid material concentration in hyperconcentrated flows – calculation of the solid material concentration. Simplification of formulas. Example of the calculation of the water level increase due to the increase of solid material concentration. • Mature debris-flow (granular and muddy material) : Types of debris-flow. Rheological models. Bagnold’s dispersive stress. Viscous and granular-inertial regimes. Choice of the possible rheological model. Dynamical characteristics and impact forces. Examples.
Vengono proposte applicazioni degli strumenti ingegneristici ricavati a lezione direttamente dal docente titolare, ed altre vengono proposte agli studenti come occasione per esercitarsi direttamente sull'uso di tali strumenti.
In addition to the taught modules, the class exercises are dedicated to practical examples fundamental to develop the student’s ability to solve hydraulic engineering problems.
Il materiale didattico è costituito da apposite dispense, disponibili sulla pagina web dell'insegnamento. Per gli approfondimenti di specifici argomenti sono consigliati i seguenti libri di testo: E. Marchi & A. Rubatta, "Meccanica dei fluidi: principi e applicazioni idrauliche¨, UTET- Torino A. Ghetti "Idraulica" Edizioni Libreria Cortina - Padova C. Montuori "Complementi di Idraulica" Liguori Editore - Napoli, 2002 H. W. Graf & M. Altinakar - "Fluvial Hydraulics", John Wiley & Sons - England
The teaching material, available on the web page of the course, consists in compendiums written by Prof.Bianco and copies of the projected material from the classes. For specific in-depth analyses the following text books are suggested: E. Marchi & A. Rubatta- Meccanica dei fluidi: principi e applicazioni idrauliche – UTET- Torino A. Ghetti – Idraulica – Edizioni Libreria Cortina – Padova - C. Montuori – Complementi di Idraulica – Liguori Editore – Napoli – 2002 H. W. Graf & M. Altinakar - Fluvial Hydraulics – John Wiley & Sons – England
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
L'esame si svolge attraverso un colloquio con il quale il candidato deve mostrare ai membri della Commissione esaminatrice di aver acquisito sensibilità, nozioni e metodi risolutivi di problematiche ricorrenti nell'ambito della ingegneria idraulica.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam;
The final exam consists in an oral discussion through which the candidate should demonstrate to possess notions and solving methods for recurring problems in hydraulic engineering.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
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