Il corso di Idraulica II è corso formativo nel curriculum degli studi per il conseguimento della laurea magistrale in ingegneria civile indirizzo idraulico. In tale corso dopo aver approfondito alcuni argomenti già trattati nel corso di Idraulica I 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.

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.

Conoscenza del calcolo differenziale, dei principali argomenti della fisica-matematica e dei fondamenti della meccanica dei fluidi.

Moti a potenziale di velocità: Significato e metodi di indagine dei moti a potenziale – metodo dei punti sorgenti ed assorbenti – Funzione di corrente – Reticolato di flusso- Metodo della rappresentazione conforme – Rete idrodinamica.
Moti nei mezzi permeabili: richiami sulle grandezze e parametri per la sua definizione e sulla legge di Darcy – Equazioni del moto e di continuità- Equazione 2D - integrazione numerica – Acquifero freatico – Cenni sulle prove di campo in falde idriche.
Richiami di moto vario nelle correnti in pressione e complementi sul colpo d’ariete – studio delle oscillazioni di massa.
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) - criteri disponibili – confronti. 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 nel caso θ>>θcr. 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

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.

Il materiale didattico è costituito da apposite dispense, disponibili sulla pagina web del corso, predisposte dal Prof. Bianco titolare dell’insegnamento, insieme alle copie degli slide usati a lezione.
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

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. Concorrono alla definizione del voto finale la valutazione delle esercitazioni svolte durante il corso.