Esame di stato - I prova (idraulica)

TEMI SVOLTI

1° PROVA ESAME DI STATO

INGEGNERE CIVILE E AMBIENTALE

(IDRAULICA)

Temi svolti

• Moto uniforme a superficie libera
• Moto permanente a superficie libera
• Moto vario e propagazione dell’onda di piena
• Trasporto solido in correnti fluviali
• Impatti ambientali di una cassa di espansione
• Impatti ambientali di un serbatoio di piena
• Procedura per la progettazione di un serbatoio di piena
• Moto nelle condotte in pressione
• Moti di filtrazione ed acquiferi
• Ciclo idrologico e modelli afflussi-deflussi
• Rischio idraulico e interventi di mitigazione

Dunque, ripristinando un canale a sezione rettangolare (2x3):

Quando una corrente è allo stato critico sono caratterizzate anche da una velocità critica

definita come U_c = √gY_c. In particolare:

- i = m in una corrente lenta U < U_c,

- i = n in una corrente veloce U > U_c.

Oltre all'altezza, alla velocità, una corrente allo stato critico

sarà caratterizzata anche da una pendenza critica.

La pendenza critica può essere determinata a partire dall'espressione

del moto uniforme G = CL√gR,

Dunque G² = E²gR e R = d (4).

La pendenza critica è inversamente proporzionale al coefficiente di

Chezy della portata ad all'altezza d'acqua. Aumentare

dell'altezza d'acqua la pendenza critica diminuisce (figura A).

In relazione al regime tra la pendenza del fondo e quella critica si

distinguono due tipologie di alveo:

• alveo fluviale se i < i_c,
• alveo torrentizio se i > i_c.

Dal grafico in figura A è possibile osservare che se un corpo d'acqua è fluviale per basse portate

(i < i_c), all'aumentare della portata può divenire torrentizio (i > i_c). Necessaria di un alveo ".

torrentizio" per basse portate lo sarà anche per portate elevate.

Tuttavia per quanto riguarda il rapporto tra l'altezza di moto uniforme e l'altezza critica, si ha:

- corrente lenta: = controcorrente da g(y_c),

- corrente veloce: = controcorrente da g(y_c).

Dunque all'aumentare del numero delle correnti lente e quelle a destra dello stato critico. Il

rapporto di queste correnti veloci e quelle a sinistra della stressa, la reazione tra l'altezza di

moto uniforme e critica può essere calcolata dal rapporto:

...

L'equazione del moto permanente può essere determinata applicando il principio di conservazione

delle quantità di moto ad un volume di controllo di lunghezza infinitesima 'dx'. Proiettando l'equazione lungo la direzione 'x' su tre,

G_t + I_x2 = I_x1 + M_t - M_t,

l'inerzia locale è nulla. Dunque:

... (etc. etc.)

..._tQ, ...

..._hdg(1-...) = ...

Di conseguenza al 'istante T = Tale onda risulta deformata. Quando si verifica tale situazione si termina e non può essere trascurato nelle equazioni di governo ed dunque il modello cinematico puó di velocità.Per cui il modello cinematico La velocità scel per brevi tratti del effettiva prendiamo in cui l'onda di propaga senza deformarsi attentiosi.Indichiamo con α e modello parabolico: la equazioni di governo del modello parabolico possano essere unite in una unna equazione derivando la prima rispetto allo spazio e la seconda rispetto al tempo:^∂2φ/_∂x² - f² / g ∂q / ∂z²∂Q/∂Q ↓ (∂x) ↓ (∂φ) ∂x² ∂t - 1∂x↓ ∂x∂t~²1/2 ∂x∂t ∂∂₂₀p - 21/21 ∂∂/∂∂ 21/27 φ₂₁/∂∂21 (2f/Q seiche f' elevra e à fondo fisso)Euliano: ∫Q (x,y) L per cui A =∫ 21 2Q ₂₇27/ ∂ν 27Sottileando p2∂ β ∫21 ∂β = 27 21 - 27 21 Nel/quello contributore Che eh. ∂ν - ∂²Q Dunque: ²⁷ 2Q = ∫21 ↓3∂₂ / 2

_∂²P Q_xordre → φ ∂T/∂_∂QQ x

Ricordando le definizione di differenziale calulato ∂/2Q ∂p + => _{∂p ∂Q} ∂x m ^{ w

Compsando l/ equazione ottenuto con quello del modello cinematica si osare che mentre in precisione e une differenza totale se prefacesso e poi ad un termina diffuso. La equazione può essere risetta onde comer 2Q:

1′ = F′ ∂x² + 21^∂Q / ∂x, il qua D = ∂ 31/∂x = um coefficente di diffundeStudiando il segner del termine diffuso: se ha the ^D ₀. Per studiare il segno di ∂Q Trenendiamo in essame un'onda di ³⁸ ¬ eccificio: (Figuro 5). La derivata prima di Q rispetto a x sera nilla per x = x₀, ouvero nel T nel:

Punto di massimo, í     paroe per x ≤ x₀ e nagativa perx > 2X₀ Dunque distinto che l derivantes prirma e descenza, alla seconda si negetica.

Per cui nel modello parobolica & descrive 'a propagione di' Onda di piere che e movere con celebri + ed allurenando. Nubriciamo dimque il fiumo sta patiata:& equazione di mpoto uniforme = la SCI,Q ∫I → ∫ _{2 ′∂} ⨘ ^ZC/V ∫X + NcR_tZC/ξ ∼ ∫R^12QQ 1/2 (1 + ∂/∂) Cb χ_x ∼ ∂/∂ ∫= NZCORD Q₂₀Dunque si ha che: ∂Q_V↑ ∂↓Q = (&1.2/1& → seendo e = c apatia d'retto infourom.  Considerando l v/Documents_{τε χ σ ->Se} it che ∂Q/√O0 in X =Qo ouvero mallu seziona su 2/33 31di massimo ed &n φ ent.

Nel coe m si ha che il ∂27Xφ e dimque ∂/∂ Q_Q; vicinuvo xe X0E per lui il massimo del l'evetti elevetaggio dooli, maxim valu di pat²&

complesse e contribuiscono dunque alla riqualificazione anche delle zone periferiche delle città.

Dal punto di vista degli effetti negativi prodotti dalla realizzazione di una cassa di espansione, tali effetti sono principalmente legati all’attività di cantiere che in primo luogo comporta l’immissione di polvere e gas nell’atmosfera a causa della circolazione dei mezzi di lavoro.

In aggiunta i lavori di escavazione del terreno causano anche inquinamento acustico che tuttavia non rappresenta una problematica rilevante, in quanto le aree per la realizzazione delle casse di espansione sono situate al di fuori dei centri urbani. Le attività di scavo e la movimentazione del terreno comportano anche un impatto sul reticolo idrografico, soprattutto nelle zone in cui vengono realizzati gli argini di corsica delle casse di espansione. In aggiunta la movimentazione di materiale in prossimità del corso d’acqua può comportare un incremento temporaneo della torbidità dell’acqua.

Molteplici e concludere abbiamo già evidenziato che se sottoposte a manutenzione le casse di espansione possono contribuire alla ricarica delle falde acquifere.

Se la cassa non è soggetta ad operazioni di manutenzione, si potrebbe verificare la situazione opposta. Le acque di piena che vengono immagazzinate nella cassa hanno un notevole carico di materiale in sospensione che a causa della riduzione della velocità dell’acqua nella cassa si deposita sul fondo della cassa stesso.

Questo fenomeno, alla lunga, oltre a ridurre la capacità d’invaso della cassa, può incidere sulla alimentazione delle falde.

1. dighe in calcestruzzo (nella vecchia normativa erano definite dighe murarie)
2. dighe a gravità (ordinarie e alleggerite)
3. dighe a volta ed arco nonché arco-gravità ed a cupola
4. dighe di materiali sciolti
   1. dighe di terreno omogeneo
   2. dighe di terra e/o pietrame con struttura di tenuta interna
   3. dighe di terra e/o pietrame con struttura di tenuta esterna
5. torrente fluviali
6. dighe varie e di tipo misto

I criteri per la scelta della tipologia di diga da realizzare sono riportati nello «sezione c3 della normativa. In termini generali è vietata la realizzazione di dighe in calcestruzzo in presenza di materiali inconsistente ed incoerenti. Le dighe di materiali sciolti sono da preferirsi se se il rivolume a ridire non siano presenti terreni liquefacibili. Inoltre è vietata la realizzazione di dighe in presenza di possibili fenomeni di instabilità.

Per quanto riguarda la progettazione preliminarmente occorre eseguire una serie di studi ante-opera.

Devono essere eseguiti studi geomorfologici, volti alla caratterizzazione del bacino e del reticolo idrografico, all’individuazione dei fenomeni di erosione superficiale o fenomeni di ruscina. Devono essere eseguiti anche studi idrologici-incidenti, finalizzati alla valutazione delle portate solide e liquide del corso d’acqua ed alla caratterizzazione delle climatologia locale. Sono necessari anche studi idrogeologici ai fini dell’individuazione delle sorgenti e del bacino sotterraneo e della caratterizzazione dei deflussi nel sottosuolo. Occorrono anche studi geologici e geotecnici volti alla conoscenza della stratigrafia del sottosuolo e della permeabilità del terreno e delle resistenza e deformabilità del terreno. Inoltre deve essere eseguita anche la Valutazione di Impatto Ambientale (VIA).

Ritornando alla normativa, nella sezione c3 vengono introdotti gli «sgracchi». In una diga si distinguono due diverse tipologie di sciacchi (sciacchi di fondo, sciacchi di mezzo-fondo e sciacchi di superficie) che si distinguono, oltre che per l’altitudine in cui sono collocati, anche per la funzionalità.

Gli sciacchi di fondo consentono di svuotare completamente il serbatoio in caso di necessità e sono utilizzati per garantire in deflusso verso valle almeno par il Deflusso Minimo Vitale (DMI).

É possibile che mezzi fondo vengono utilizzati per ripetere il livello idrico nell’invaso la regolanza del livello nell’invaso può avere come finalità una rilavorazione del riluvio per la tenuta a valle in caso di possibili minacce (ad esempio in caso di eventi belici).

Gli sciacchi di superficie hanno invece il compito di definire i vari volume e di aumentare la pioggia più severe trattamenti deli invasi al fine di evitare fenomeni di tracimazione.