Riassunto "Costruzioni Idrauliche"

Trasporto solido fluviale

Consiste nel trasporto di materiali solidi di diversa granulometria da parte della corrente idrica. Il trasporto dipende dalla velocità e dalla turbolenza della corrente.

Le principali modalità di trasporto dei sedimenti:

1. Trascinamento sul fondo: caratteristico delle particelle grossolane che si muovono senza sollevandone il fondo dell’alveo. Le particelle sferiche si muovono per rotolamento, mentre quelle con facce piane per strisciamento.
2. Sospensione: caratteristico del materiale fine sostenuto dalla turbolenza. Non è facile distinguere le particelle sospese e quelle trascinate nella zona più profonda dell’alveo.
3. Soluzione: deriva dalla dissoluzione chimica dei materiali rocciosi.
4. Fluitazione: galleggiamento di materiali arborei e materiali leggeri in genere.

I sedimenti trasportati provengono dall’erosione dei versanti e dallo scavo del fondo.

Briglie

Sono opere trasversali emergenti, utilizzate per ridurre la pendenza naturale del fondo dell’alveo.

• Briglie di trattenuta: si utilizzano nei corsi d’acqua di trasporto per trattenere ed accumulare il materiale solido trasportato dalla corrente.
• Briglie di consolidamento: si utilizzano nei corsi d’acqua di scavo e permettono di innalzare il fondo riducendo la pendenza e l’erosione.

Per il dimensionamento:

1. Calcolo pendenza di compenso (pendenza che dovrà avere l’alveo dopo la realizzazione)
2. Determinazione del numero di briglie
3. Dimensionamento gaveta (sezione di deflusso di forma trapezia)
4. Dimensionamento fondazione (in modo che non venga mai scoperta dall’acqua)
5. Dimensionamento geometrico della briglia

Analisi delle sollecitazioni e verifiche di stabilità: devono essere effettuate prima dell’interramento, dopo l’interramento senza dreni, dopo l’interramento con dreni. (verifiche a scorrimento, sollevamento, schiacciamento)

Dreni: fori praticati nella parte inferiore della briglia che permettono il passaggio dell’acqua riducendo le spinte instabilizzanti a monte.

COSTRUZIONI IDRAULICHE

Trasporto solido fluvialeConsiste nel trasporto di materiali solidi di diversa granulometria da parte della corrente idrica. Il trasporto dipende dalla velocità e dalla turbolenza della corrente.Le principali modalità di trasporto dei sedimenti:

1. tracciamento sul fondo: caratteristico delle particelle grossolane che si muovono senza abbandonare il fondo dell’alveo. Le particelle sferiche si muovono per rotolamento, mentre quelle con facce piane per strisciamento.
2. sospensione: caratteristico del materiale fine sostenuto dalla turbolenza. Non è facile distinguere le particelle sospese e quelle trasinata nella zona più profonda dell’alveo.
3. soluzione: deriva dalla dissoluzione chimica dei materiali rocciosi.
4. fluitazione: galleggiamento di materiali arborei e materiali leggeri in genere.

I sedimenti trasportati provengono dall’erosione dei versanti e dallo scavo del fondo.

Briglie

Sono opere trasversali emergenti, utilizzate per ridurre la pendenza naturale del fondo dell’alveo.Briglie di trattenuta: si utilizzano nei corsi d’acqua di trasporto o in trattenuta ed accumulo il materiale solido trasportato dalla corrente.Briglie di consolidamento: si utilizzano nei corsi d’acqua di scavo e permettono di innalzare il fondo riducendo la pendenza e l’erosione.

Per il dimensionamento:

1. calcolo pendenza di compenso (pendenza che dovrà avere l’alveo dopo la realizzazione)
2. determinazione del numero di briglie
3. dimensionamento gaveta (sezione di deflusso di forma trapezia)
4. dimensionamento fondazione (in modo che non venga mai scoperta dall’acqua)
5. dimensionamento geometrico della briglia
6. analisi delle sollecitazioni e verifiche di stabilità: devono essere effettuate prima degli interventi, dopo interventi senza dreni, dopo interventi con dreni. (verifiche a scorrimento, ribaltamento, schiacciamenti)

Dreni: fori praticati nella parte inferiore della briglia che permettono il passaggio dell’acqua riducendo le spinte instabilizzanti a monte.

Laminazione

Consiste nell'abbassamento e rallentamento del colmo di piena immagazzinando

temporaneamente le piene all'interno di invasi naturali o artificiali e

rilasciando poco a poco.

La laminazione nelle dighe avviene tramite scarichi di diversi tipi:

• Di superficie (sfioratori a stramazzo, sfioratori a pozzo, scaricatori con paratoie, scaricatori autolivellanti)
• Di fondo
• Interrati
• Di svuotamento (per svuotare completamente la vasca.)

S. di superficie: hanno lo scopo di rinviare a valle le portate di piena quando l'invaso

è completamente pieno.

• Sfioratori a stramazzo: aperture rettangolari poste sulla sommità della

diga o su una sponda dell'invaso, l'acqua sfiorata

avviene prima ad una vasca di dissipazione (per

smaltire l'energia di caduta) poi viene incanalata

verso la destinazione d'uso.

• Sfioratori a pozzo: una soglia circolare convoglia la corrente verso un pozzo

seguito da una galleria suborizzontale. Viene realizzato

nel cubato di invaso in prossimità della diga.

Il funzionamento è a stramazzo per carico idraulico base

mentre diventa a battente quando aumenta molta la quota

del pelo libero.

S. di fondo: servono a svuotare completamente l'invaso in caso di necessità. Sono

comandati da organi di chiusura (tutto aperto o tutto chiuso) e di regolazione

(diversi gradi di apertura intermedia) realizzati con paratoie, scaricatrici, valvole.

Per il dimensionamento:

1. Abaco di quota di massimo invaso
2. Portata uscente con esercizio di fondo aperto
3. Portata uscente con esercizio di fondo chiuso
4. Coefficiente di laminazione con es. di fondo aperto
5. Coefficiente di laminazione con es. di fondo chiuso

Cassa di espansione

È un intervento strutturale di difesa dalle piene. È collegato al corso d'acqua tramite

un canale immissario (porta l'acqua del fiume alla cassa d'espansione) e un canale

emissario (porta l'acqua dalla cassa al fiume). Entra in funzione solo durante la

piena e viene riempito per elabora la Honda di piena nel fiume. È più efficace

nella parte iniziale del fiume (maggiore pendenza, onda di piena più acuta, maggiore

laminazione) rispetto alla parte terminale pianeggiante. Può essere off-stream

(separato dall'alveo fluviale) o in-stream (fa parte dell'alveo) Per il dimensionamento:

1. Definire le. dimensione
2. Definire la forma
3. Altezza dello sfioro

Vasca di dissipazione

Serve a proteggere l’alveo fluviale dall’erosione da parte di correnti aventi elevata velocità e in cui si genera una turbolenza a causa di un forte dislivello tra il punto di partenza e il punto di arrivo (ad esempio a valle degli scarichi di una diga). Il rivestimento dell’alveo viene realizzato in platea in calcestruzzo o con massi o elementi di calcestruzzo alla rinfusa.

Le opere di dissipazione servono a far passare la corrente da veloce a lenta tramite la formazione di un risalto idraulico e possono essere a pozzo, a scalinata, a gradini contrapposti, a ciabecchia o a vasca. I dissipatori a salto invece non operano il passaggio da corrente veloce a lenta ma allontanano il punto di potenziale erosione.

La vasca di dissipazione consiste in una platea in calcestruzzo a fondo piatto e leggermente in contropendenza ed eventualmente con elementi dissipatori. Il passaggio da corrente veloce a lenta avviene con la formazione di un risalto idraulico, a forma di vortice, detto rigurgito. Il risalto deve avvenire interamente all’interno della vasca di dissipazione. Dimensionamenti:

1. Assegnazione del valore di battente dell’altezza Se il risalto non avviene interamente all’interno della vasca si trova cambiando dimensionamento del valore di battente dell’altezza.
2. Calcolo del tirante idrico nell’alveo fluviale

Si parte dall’espressione della portata: Q = A V Sostituendo si ottiene

1. Verifica tipo di corrente nell’alveo (bisogna avere corrente lenta)

La corrente è lenta se h > K

1. Verifica tipo di corrente ad inizio raccordo (bisogna avere corrente lenta)

Per calcolare il tirante si applica il teorema di Bernoulli... Esplicitando tutti i termini... A questo punto si sceglie la soluzione positiva corrispondente alla condizione di c. lenta.

1. Verifica tipo di corrente a fine vasca dissipazione (deve essere lenta) Si applica Bernoulli tra il punto della corrente...

A questo punto si ottengono tre soluzioni e si sceglie quella positiva relativa alla corrente lenta.

6) Verifica tipo di corrente ad inizio vasca di dissipazione (deve essere veloce).

Si applica Bernoulli tra la sezione di massimo invaso e l'inizio della vasca di dissipazione:

h_m₁ : h₂₁ + Δh = q_le : perdite di carico dovute all'afflusso.

Si ottengono tre soluzioni e si sceglie quella positiva corrispondente alla corrente veloce.

7) Punto di inizio del risalto idraulico.

Nel punto di inizio del risalto le spinte generate dalla corrente lenta e dalla corrente veloce si equivalgono. La spinta \(ΣE = \frac{1}{2}ϒβB + β \frac{Q²}{B²}\)

Questa si calcola per ogni variazione di ascissa pari a ΔS per la corrente lenta (dalla fine della vasca verso dietro) e per la corrente veloce (dall'inizio della vasca verso avanti):

ΔΣ = ΣE : vari = variazioni di energia tra due punti di due altezze

h_v = \(\frac{h}{2}(-1 + \sqrt{1 + \frac{8K³}{h} - \frac{1}{3}})\) = altezza della corrente veloce coniuganta alla "lenta".

h_₁₂ = \(\frac{h_v