Appunti e esercizi di Costruzioni idrauliche, marittime e idrologia

Un mezzo fluido può essere considerato come un insieme di particelle distribuite con

continuità nello spazio .

La deformazione continua di una sostanza fluida soggetta a forze tangenziali è legata alla

natura dello stato di aggregazione delle molecole che la costituiscono.Con riferimento alle

caratteristiche di aggregazione molecolare si può distinguere tra liquidi e gas.I liquidi

sottoposti a sforzo tangenziale innescano un campo di moto mantenendo pressoché

costante, pur nel reciproco scorrimento, la distanza tra le molecole, diversamente dai gas, le

cui molecole possono distanziarsi reciprocamente quanto si voglia. Ne consegue che i gas

assumono il volume del recipiente che li contiene, i liquidi generalmente mantengono

invariato il proprio volume. Il comportamento di un fluido, sia esso liquido o gassoso, in

quiete o in movimento, viene normalmente indagato nell’ipotesi di poter considerare il fluido

come un continuo .

La deformazione continua di una sostanza fluida soggetta a forze tangenziali è legata alla

natura dello stato di aggregazione delle molecole che la costituiscono.Con riferimento alle

caratteristiche di aggregazione molecolare si può distinguere tra liquidi e gas.I liquidi

sottoposti a sforzo tangenziale innescano un campo di moto mantenendo pressoché

costante, pur nel reciproco scorrimento, la distanza tra le molecole, diversamente dai gas, le

cui molecole possono distanziarsi reciprocamente quanto si voglia. Ne consegue che i gas

assumono il volume del recipiente che li contiene, i liquidi generalmente mantengono

invariato il proprio volume. Il comportamento di un fluido, sia esso liquido o gassoso, in

quiete o in movimento, viene normalmente indagato nell’ipotesi di poter considerare il fluido

come un continuo.

Un fluido si dice omogeneo quando le grandezze fisiche che lo caratterizzano non variano al

variare della posizione, si dice isotropo quando sono indipendenti dalla direzione.

Si consideri una superficie elementare dA appartenente ad un generico campo fluido, e sia

il versore normale alla superficie, considerato positivo se uscente. Sulla superficie dA

agisca la forza dF con componenti dFt e dFn rispettivamentenormale e tangente alla

superficie.

L’insieme di sforzo normale e sforzo tangenziale costituisce lo stato ditensione nel punto P.

Un fluido non resiste, per sua natura, a sforzi normali di trazione. Per tale motivo, viene per

convenzione considerato positivo il verso corrispondente alla compressione.

Nel liquido perfetto le tensioni tangenziali sono nulle, perciò non è richiesta alcuna spesa

d'energia per assicurare il movimento.

(Acqua, benzina e altri liquidi che scorrono liberamente hanno una bassa viscosità. Miele,

sciroppo, olio motore e altri liquidi che non scorrono liberamente hanno viscosità più

elevate.)

I legami tra le molecole di un liquido, le dimensioni e la forma delle molecole e la

temperatura determinano la facilità con cui scorre un liquido. Più la molecola è

strutturalmente complessa, più forti sono i legami tra di loro e più difficile è per loro

spostarsi l'uno oltre l'altro. I liquidi con queste molecole sono più viscosi. Con l'aumentare

della temperatura, le molecole si muovono più rapidamente e le loro energie cinetiche sono

meglio in grado di superare le forze che le tengono insieme; pertanto, la viscosità del liquido

diminuisce.

la viscosità dinamica essendo la grandezza caratteristica del fluido (il cuivalore dipende in

generale dalla temperatura e dalla pressione)rappresentativa dell’attitudine di un elemento a

deformarsi per effetto diun’azione tangenziale, ossia anche dell’attitudine del fluido a

mettersi in movimento

Alla base della lampada una lampadina illumina il liquido e

la cera, ma soprattutto riscalda la cera, facendola salire verso

l'alto e poi riscendere una volta raffreddata creando fluide

conformazioni sempre nuove.

Ad una variazione positiva di pressione corrisponde una variazione negativa di volume.

ll'interno della massa fluida in quiete, un cilindro elementare

avente sezione dA e lunghezza ds è sottoposto a una distribuzione

di pressioni agenti sulle facce terminali e sulla superficie laterale,

normali alle superficie stesse. La condizione d'equilibrio del

cilindro nella direzione s è

Se si va a galla h cresce e la pressione diminuisce fino al pelo d'acqua. che per

convenzione prendiamo patm=0

I liquidi hanno una struttura interna costituita da particelle vicine le une alle altre, disposte in

maniera disordinata, in cui l’intensità delle forze di coesione non è tale da garantire la

compattezza del materiale; tali particelle infatti “scivolano” reciprocamente le une sulle

altre, creando e rompendo continuamente legami tra particelle.

Consideriamo una particella che sta all’interno della massa del liquido e un’altra particella

vicina alla sua superficie, a contatto con l’aria. La particella all’interno della massa di liquido

risente della forza di coesione di tutte le particelle circostanti e mantiene quindi la propria

posizione; la particella, invece, che sta sulla superficie risente della forza attrattiva delle

particelle di liquido che stanno sotto o accanto ad essa (ma non risente della forza di

coesione delle particelle al di sopra di essa, perché mancano); come risultato, la particella

viene “tirata” verso l’interno del liquido stesso. Tutta la superficie si comporta come se una

“pellicola invisibile” la tenesse unita

La creazione di una superficie di separazione tra due fasi (per esempio, aria e acqua; due

liquidi non miscibili) richiede l'esecuzione di un lavoro contro le forze d'attrazione delle

molecole dai due lati della zona di separazione.Il lavoro viene immagazzinato come energia

nella superficie creata.

☆ DEFINIZIONE

è l’insieme di fenomeni dovuti alle interazioni tra le particelle di un liquido e di un solido

lungo la loro superficie di separazione; le forze in gioco che si manifestano in questo

fenomeno sono la coesione (tra le particelle di liquido), l’adesione (tra particelle di liquido e

solido) e la tensione superficiale.

Esempio

Nelle murature l'acqua in risalitra si sposta negli strati piu estreni e rilascia sali che

rimanendo fermi nei capillari portano alla EFFLORESCENZE o SUBFLORESCENZE

Inoltre l'acqua porta anche a danni da disgelo

SOLUZIONI

- sistemi di DRENAGGIO

- malte e intonaci macroporosi

- Barriera chimica peer unidità in risalita

Un volume fluido in quiete è soggetto un alla forza peso(dipendente dal volume

dell’elemento, nonché dal peso specifico del fluido) e alla forza di pressione (funzione della

superficie dell’elemento e dello stato di pressione agente sulla superficie stessa).

In un fluido in condizioni di quiete lo stato di tensione in un punto si riduce alla sola

componente normale (pressione). Se il fluido è pesante, le forze a cui è soggetto un volume

fluido elementare sono quindi la forza peso (dipendente dal volume dell’elemento, nonché

dal peso specifico del fluido) e la forza di pressione. Affinché il volume elementare sia in

equilibrio, la somma delle componenti di .dette forze, lungo una qualsiasi direzione, deve

essere nulla.

Una superficie a contatto con un fluido in quiete è soggetta, in virtù dello stato di pressione

nel fluido, alla spinta

La relazione p=ɣy consente di calcolare la spinta su una superficie qualunque che delimita

lo spazio occupato dall’acqua.

La componente orizzontale della spinta S esercitata dal fluido sulla superficie cilindrica A è

uguale a quella che si avrebbe su una superficie piana che si estende tra 0 e H come la

prima.

La componente orizzontale della spinta si ottiene moltiplicando la pressione unitaria sul

baricentro yb per l’area Ax della proiezione di A.

La componente verticale della spinta è uguale al peso del volume che grava sulla superficie

A

Le alluvioni

Un’alluvione è l’allagamento temporaneo di aree che abitualmente non sono coperte

d’acqua. L’inondazione di tali aree può essere provocata da fiumi, torrenti, canali, laghi e, per

le zone costiere, dal mare. La Direttiva 2007/60/CE relativa alla valutazione e alla gestione

dei rischi di alluvioni (Direttiva Alluvioni o Floods Directive – FD), ha lo scopo di istituire un

quadro di riferimento per la valutazione e la gestione dei rischi di alluvioni. E' stata attuata in

Italia con il D.Lgs. 49/2010.

Le aree a pericolosità idraulica elevata in Italia sono pari a 16.224 km2(5,4% del territorio

nazionale), le aree a pericolosità media ammontano a 30.194 km2(10%), quelle a

pericolosità bassa (scenario massimo atteso) a 42.376 km2(14%) (Mosaicatura v. 5.0 –

2020-ISPRA)

IL MARTINETTO IDRAULICO

Il martinetto idraulico è uno strumento meccanico indispensabile per il sollevamento e la

manipolazione di carichi pesanti in diversi ambiti e settori, dalla manutenzione

automobilistica alle costruzioni edili. Una piccola forza applicata su un pistone piccolo

viene trasformata in una forza maggiore su un pistone più grande, permettendo così il

sollevamento di carichi pesanti con meno sforzo.Sfruttando i principi della fisica idraulica,

permette di trasformare una piccola forza applicata manualmente in una forza maggiore,

capace di sollevare oggetti pesanti con relativa facilità.

☆Martinetti a bottiglia: Questi martinetti hanno un pistone verticale e sono compatti,

rendendoli ideali per spazi ristretti. Sono perfetti per sollevare veicoli o macchinari in

officine o in ambienti industriali dove lo spazio è limitato.

☆Martinetti a carrello: Dotati di ruote, questi martinetti sono facilmente trasportabili e sono

ideali per l’uso in officine auto dove possono essere spostati sotto i veicoli per

manutenzioni e riparazioni.

☆Martinetti a cricco o a pantografo: Utilizzati per applicazioni che richiedono un’altezza di

sollevamento maggiore, questi martinetti offrono stabilità e un sollevamento più elevato

rispetto ai modelli a bottiglia, rendendoli utili in costruzione e in situazioni di salvataggio.

Due superfici elementari poste a profondità y’ e y’’ hanno uguale proiezione dAysul piano

orizzontale le componenti verticali delle spinte sulle due superfici sono

Un corpo immerso in un fluido riceve una spinta verticale verso l'alto pari al peso del volume

di fluido spostato.

Stabilità di forma: caratteristica degli scafi molto larghi in cui il baricentro G viene a trovarsi

sopra il centro di spinta

Stabilità di peso: utilizzato per stabilizzare imbarcazioni molto sottili per cui il baricentro G

viene a trovarsi al di sotto del centro di spinta

Caratterizzare cinematicamente un fluido in movimento equivale a determinare, in tutti i

punti del campo di moto e per ogni istante, il vettore velocità v (metodo di indagine

cosiddetto euleriano). La velocità, in generale, dipende sia dal tempo che dalla posizione del

punto considerato.

Si consideri all'interno del mezzo fluido una curva chiusa e si traccino le linee di corrente

che passano per i punti disposti su di stessa (diversa, ovviamente, da una linea di corrente).

Lo spazio delimitato dall'insieme delle linee di corrente costituisce un filamento fluido,

mentre la superficie laterale così definita rappresenta un tubo di flusso

Si assuma un punto di vista Euleriano: si definiscono le caratteristiche del moto (velocità,

pressione e densità) in un punto dello spazio.Si consideri la linea di corrente passante per il

punto fissato.Il punto sia l’origine del sistema di riferimento i cui assi sono s: tangente alla

linea di corrente, n, normale alla tangente nel punto e m perpendicolare a s e n.Il vettore

velocità tangente alla linea di corrente ha componente solamente lungo s

Per una corrente monodimensionale in moto permanente nell’ipotesi di fluido ideale (ovvero

di dissipazioni nulle) l’energia specifica è costante.

A causa dell’uniformità della velocità, il gradiente di velocità. e la tensione tangenziale

viscosa. sono piccoli ad una certa distanza dalla parete (e.g. del tubo) ed elevatissimi in

un piccolo strato di spessore adiacente alla parete.

Per il moto entro un condotto circolare, ad α si assegna valore pari a 2 in regime laminare e

pari ad 1 in regime turbolento.Il coefficiente β è introdotto per tener conto della non

uniforme distribuzione di velocità nella sezione e,generalmente, viene posto pari a 1

la somma dell'altezza cinetica, piezometrica e geometrica è costante in tutti i punti d'una

linea di corrente di un fluido non viscoso in moto permanente soggetto alla sola azione

della gravità.

Quando una corrente in moto permanente incontra una variazione locale nella geometria

della sezione (allargamento, restringimento brusco o graduale), in corrispondenza della

singolarità tendono a manifestarsi fenomeni di distacco della corrente. In adiacenza ai

contorni si stabiliscono zone di fluido animato da strutture vorticose che provocano una

dissipazione localizzata di energia.

Il moto di filtrazione attraverso i pori di un mezzo poroso saturo è assimilata al flusso

attraverso una serie di sottili canali percorsi in moto laminare.

POMPA

Una pompa è dispositivo atto ad incrementare l’energia di una corrente.

Prevalenza: è l’energia che la pompa trasferisce all’unità di peso fluido. Viene indicata con il

simbolo , ed ha l’unità di misura di una lunghezza.

Potenza utile: è la potenza che la pompa trasferisce al fluido. Viene indicata con il simbolo

, ed ha l’unità di misura di una potenza meccanica (nel SI, il Watt (W))

Indicando con Q la portata fluida pompata, e con γ il peso specifico del fluido

Potenza assorbita: è la potenza che la pompa ha bisogno di assorbire da un generatore di

corrente per poter trasferire al fluido la data potenza utile. Viene indicata con il simbolo ,

ed ha l’unità di misura di una potenza meccanica

Rendimento: è definito come il rapporto tra la potenza utile e la potenza assorbita e,

pertanto, è un numero puro inferiore all’unità.Viene indicato con il simbolo η

G.U. del 18 aprile 1997 (serie generale n. 90)il Regolamento per la Definizione dei Criteri e

del Metodo in base ai quali valutare le Perdite degli Acquedotti (e delle Fognature)

Partizione degli impianti

Gli impianti di acquedotto sono articolati nelle seguenti sezioni:

- impianti di produzione: comprendenti l’insieme dei componenti che contribuiscono al

prelievo dall’ambiente o da altri impianti della risorsa, alla formazione della riserva idrica e

al trattamento della risorsa stessa per renderla idoneaall’uso (esclusi gli impianti di

disinfezione eventualmente presenti nelle successive sezioni), nonché gli elementi di

trasporto connessi e non distinguibili dalla produzione;

- impianti di trasporto o di adduzione: costituiti dal complesso delle opere occorrenti per

convogliare le acque dai luoghi di prelievo agli impianti di trattamento (trasporto primario,

relativo all’acqua grezza da assoggettare a trattamento) e dagli impianti di trattamento agli

impianti di distribuzione (trasporto secondario, relativo comunque all’acqua pronta

all’impiego; in assenza di impianto di trattam