Costruzioni Idrauliche
Programma dettagliato
1. Argomenti affrontati nell’ambito delle lezioni del corso:
Ciclo integrato delle acque – Schematizzazione concettuale del sistema di approvvigionamento idrico, nell’ordine: dalle fonti di alimentazione e dalle relative opere di captazione; dal sistema di adduzione; dalle vasche ubicate in prossimità dell’utilizzazione; dei Centri di utenza; del sistema di distribuzione delle acque; del sistema di raccolta delle acque reflue e di origine meteorica, del sistema depurativo, con scarico nel corpo idrico ricettore costituente, a sua volta, una nuova possibile fonte di alimentazione.
Fonti di alimentazione “superficiali” e “profonde”. Tipologie e loro caratterizzazione in relazione sia ai quantitativi d’acqua prelevabili e alla loro variabilità intra-annuale e inter-annuale, sia alle loro caratteristiche di qualità e alla variabilità intra-annuale e inter-annuale di queste ultime.
Opere di captazione: loro tipologie costruttive in relazione alle possibili fonti di alimentazione e relativi criteri di progettazione.
Sbarramenti artificiali: Indicazioni sulle normative in vigore; tipologie funzionali e costruttive: Dighe e sulle traverse fluviali; Tipi di paratoie e relativi criteri di scelta. Modalità di funzionamento. Problematiche relative alle traverse: Sifonamento, rigurgito, dissipazione, ecc.
Sistemi di adduzione: Criteri di scelta tra sistemi a pelo libero o in pressione; Tipologie costruttive – Tubazioni in commercio e relativi criteri di scelta; Analisi dei fabbisogni idrici per utenze civili, irrigue, industriali ed idroelettriche, e loro analisi comparativa. Dotazioni idriche e loro variabilità – Indicazioni fornite dal PRGA sulle fonti di alimentazione da utilizzare in relazione ai fabbisogni individuati per uso civile; validità del PRGA anche in relazione alla sua emanazione; aggiornamenti del PRGA – Fabbisogni attuali e futuri e loro modalità di valutazione anche in relazione ai dati acquisibili presso gli Uffici comunali e agli strumenti urbanistici vigenti o in itinere; criteri di dimensionamento delle opere di adduzione – scelta dei tracciati – interferenza dei tracciati con il reticolo idrografico, con altre opere antropiche a rete (ferrovie, strade, autostrade, metanodotti e gasdotti, reti fognarie, altri acquedotti), con aree classificate, dalle Autorità di Bacino competenti per territorio, come “a pericolosità” e “a rischio” (per frane e/o alluvioni), con aree interessate da terreni aggressivi o con presenza di falda, con aree denudate esposte a forti variazioni termiche, etc. – Principali opere d’arte: scarichi, sfiati, saracinesche di sezionamento, valvole di regolazione del flusso e/o della pressione – valvole motorizzate e non – Misuratori di portata- misuratori di pressione.
Serbatoi per acquedotto: Funzioni dei serbatoi: di riserva, di compenso e antincendio, di carico (minimo e massimo) e di sconnessione. Valutazione delle volumetrie da assegnare ai serbatoi cittadini in relazione alle loro funzioni; forme planimetriche e relativi criteri di scelta; Posizionamento plano-altimetrico del serbatoio anche in relazione a problemi geologici, geotecnici, costrittivi, manutentivi, paesaggistici ed ambientali. Modalità di funzionamento dei serbatoi – Funzione di eventuali pozzetti “di shuntaggio”- Camere di manovra e loro progettazione.
Impianti di sollevamento a servizio di sistemi idrici: Finalità – Schema funzionale di un impianto di sollevamento, con elencazione e descrizione delle parti che lo costituiscono. Pompe: principi di funzionamento e curve caratteristiche. Pompe in serie e pompe in parallelo. Curva di funzionamento del sistema. Punto di funzionamento del sistema pompe/condotta di mandata – Criteri di scelta delle modalità di funzionamento del sistema di sollevamento: 24 ore su 24 o n ore su 24; Individuazione del diametro di minimo costo della condotta di mandata; Progettazione in relazione alle necessità di contenere i fenomeni di moto vario derivanti da eventuali distacchi nell’erogazione dell’energia elettrica – Stima delle massime depressioni e sovrappressioni derivanti dal moto vario elastico conseguente all’interruzione di energia elettrica o a guasto delle pompe; Manovre lineari veloci e lente, di chiusura totale o parziale. Organi di attenuazione dei fenomeni di moto vario: Pozzo piezometrico, tubo piezometrico, volani, casse d’aria. Principi di funzionamento e dimensionamento di una cassa d’aria.
Reti di distribuzione idrica interne ai centri urbani: Tipologie; Criteri di progettazione. Percorsi. Tipologie di tubazioni utilizzabili e relativi criteri di scelta; Criteri di dimensionamento dei vari tratti; Necessità delle verifiche idrauliche e loro finalità. Metodi di verifica delle reti idriche in pressione con riferimento a condizioni stazionarie: Metodo di Cross, verifiche con riferimento a condizioni di funzionamento “ordinarie” (di punta), “extra-ordinarie” (con uno o componenti elettromeccanici temporaneamente esclusi dal servizio) o “straordinarie” (all’incendio). Principali organi e opere d’arte presenti in rete.
Sistemi per la raccolta e il successivo smaltimento delle acque reflue e delle acque di origine meteorica – Sistemi “statici” e “dinamici”: tipologie e relativi criteri di scelta. Sistemi “statici”: Pozzetti di raccolta e impianti di depurazione a servizio di piccole comunità – Sistemi dinamici: fognature a sistema “separato” (per la raccolta, rispettivamente, delle acque reflue e di quelle di origine meteorica) e “unitarie” (cosiddette “miste”), per la raccolta e il successivo convogliamento sia delle acque reflue che di quelle di origine meteorica: Vantaggi e svantaggi delle due tipologie, e relativi criteri di scelta. Dimensionamento delle reti fognarie a sistema separato e misto. Metodo della corrivazione (semplificato secondo la Scuola Tedesca)– Metodo dell’invaso (non lineare). Dati di input per il dimensionamento/verifica delle condotte. Curve di probabilità pluviometrica: loro significato e possibilità di ottenimento. Vasche per la raccolta delle acque di prima pioggia: vantaggi, svantaggi, modalità costruttive e problemi gestionali; scaricatori di piena: descrizione delle tipologie principali e dei loro campi di impiego. Principali opere d’arte presenti nelle fognature urbane.
2. Laboratorio esercitativo
Esercitazioni esplicate, a livello di gruppo, con riferimento a:
– progettazione di un acquedotto a servizio di uno o più comuni
– progettazione di una rete urbana di distribuzione idrica
– progettazione (a livello di studio di fattibilità) di una rete fognaria a servizio di un comune
Bonifiche e Sistemazioni Idrauliche
Obiettivi formativi: Formare professionisti muniti di conoscenze e capacità tecniche per affrontare e risolvere le complesse e articolate problematiche relative al drenaggio delle acque rurali e delle zone di bonifica, nonché della sistemazione idraulica dei tratti montani e medio-vallivi dei corsi d’acqua nei riguardi dei fenomeni di esondazione dai corsi d’acqua e di inondazione delle aree contigue, nonché alla difesa dai fenomeni di erosione diffusi o localizzati e ai fenomeni di interrimento e di colata rapida di fango e di detriti.
Contenuti:
1. Gestione delle risorse idriche ed il fabbisogno idrico in agricoltura: Il suolo e le sue caratteristiche idrauliche; Il bilancio idrologico al suolo; I flussi verticali: la precipitazione/irrigazione, l’evaporazione e l’evapotraspirazione, l’infiltrazione. I flussi orizzontali: la concentrazione e la propagazione dei deflussi, l’erosione superficiale dei versanti e il trasporto solido, gli acquiferi sotterranei. Le dinamiche di gestione dei suoli in agricoltura. Il drenaggio dei terreni.
2. Elementi di Idraulica delle correnti a pelo libero – Modelli di moto vario e non uniforme – Modelli unidimensionali di propagazione delle piene, “completi” e “semplificati”, eventualmente “linearizzati”; Tracciamento dei profili di corrente che si sviluppano, in condizioni di moto permanente e non uniforme, in alvei/canali “a sezione compatta” o “composita”. Utilizzazione del Modello Cinematico e del Modello Parabolico Linearizzato per l’analisi dei fenomeni d moto vario che possono svilupparsi in reticoli complessi. Principi di funzionamento e modalità di applicazione del software HEC-RAS. Principi di funzionamento e modalità di applicazione del software AD2.
3. Le Reti di bonifica – Finalità della bonifica e sua evoluzione nel tempo – Bonifica “idraulica” e “per colmata” – Bonifica a gravità o con mezzi meccanici – Reti di bonifica e loro principali caratteristiche. Tracciamento della rete. Dimensionamento della rete alla luce di approcci semplificati basati sull’applicazione di Modelli Idrologici (del tipo “Metodo della Corrivazione” o “Metodo dell’Invaso Lineare”) accoppiati a modelli di infiltrazione. Verifica idraulica della rete di bonifica in base all’utilizzazione di modelli di moto vario accoppiati a semplici modelli di trasformazione afflussi-deflussi e a una procedura “variazionale” massimizzante, in grado di permettere, a partire dall’espressione della curva di probabilità pluviometrica, l’individuazione delle cosiddette “durate critiche” di pioggia. Verifica della Rete di Bonifica rispetto alla capacità di drenare le acque di falda e di mantenere un adeguato “franco di buona coltivazione” dei terreni attigui ai vari canali. Verifica della rete di bonifica rispetto a possibili fenomeni erosivi indotti dalle portate transitanti in alveo in corrispondente di piene caratterizzate da bassi valori del Periodo di ritorno – Impianti Idrovori: Schemi di allestimento – Pompe Idrovore e loro principali caratteristiche. Laminazione delle piene in arrivo dalle reti di bonifica mediante l’utilizzazione di idonee vasche di aspirazione a servizio di centrali idrovore.
4. Sistemazioni Idrauliche dei tratti medio-vallivi dei corsi d’acqua – Possibili finalità di una sistemazione idraulica. Interventi di difesa dalle piene: Politiche di Intervento “Strutturali” e “Non Strutturali”. Interventi strutturali di “Difesa Attiva” (quali “vasche di laminazione”, “casse di espansione”, “aree di espansione controllata delle piene) e di “Difesa Passiva Non Strutturali” (Piani Urbanistici – Piani di Previsione e di prevenzione – Piani di Monitoraggio – Sistemi di previsione e di allertamento “real time” – Piani di Protezione Civile). Interventi adottabili per la difesa delle piene – Modelli di simulazione del loro comportamento idraulico – verifica delle possibilità di laminazione offerte da capacità di accumulo temporanee realizzate lungo un sistema di drenaggio; Interventi di difesa da fenomeni erosivi: valutazione delle velocità limite e degli sforzi tangenziali massimi per l’innesco dei fenomeni erosivi; Analisi dei differenti approcci adottabili per la valutazione del potenziale innesco di fenomeni erosivi in alvei/canali caratterizzati dalla presenza, sul fondo o sulle sponde, di materiali granulari (privi di coesione), o di materiali dotati di coesione, oppure di alvei caratterizzati dalla presenza di vegetazione ripariale: metodo proposto dal Soil Conservation Service.
5. Sistemazioni Idrauliche dei tratti montani – Caratterizzazione dei tratti montani dei corsi d’acqua sotto l’aspetto idrologico, morfologico, sedimentologico e idraulico. Principali problematiche che sussistono nei tratti montani; Opere di sistemazione: intensive (trasversali e longitudinali) – estensive. Cenni sulle colate rapide di detriti e sulle tecniche di sistemazione idraulica nei riguardi di tali fenomeni.
6. Esercitazioni di gruppo con riferimento a: – progettazione (a livello di Studio di fattibilità) di una rete di bonifica a servizio di un comprensorio, progettazione (a livello di Studio di fattibilità) di un intervento di sistemazione idraulica di un tratto di un corso d’acqua.