Esame di stato - II prova idraulica

TEMI SVOLTI

2° PROVA ESAME DI STATO

INGEGNERE CIVILE E AMBIENTALE (IDRAULICA)

Temi svolti

• Metodi di stima delle piogge estreme
• Procedura per la progettazione di un sistema di briglie
• Procedura per la progettazione di una cassa d’espansione
• Procedura per la progettazione di un acquedotto
• Procedura per la progettazione di una fognatura
• Rigurgito prodotto dalla presenza di un ponte

Esame di stato 22/06/2010 - II prova (Idraulica) - sez. A

Grazie il candidato descriva la metodologia di progetto di un sistema di briglie riferizzato ad un intervento di regimentazione di un corso d’acqua in sede collinare, ed identifichi in particolare la scelta delle tipologie in corso di gravità in pietrame, scelte umore e gabbiom e gli aspetti inerenti al dimensionamento dell’altezza, della quota, del combramento che i parametri del corpo della fondazione e le intermittenza ella sponda, la capacità di inibire edimu le chiarezza espositiva consente alla valutazione globale della sponda.

...le briglie rientrano nella categoria di opere idrauliche per la stabilizzazione dell’alveo (briglie di conchiudimento) e per il controllo del trasporto solido (briglie selettive).

Esse vengono realizzate in un corso d’acqua con una sistematica di gradini, detta anche a soffio di fondo con la finalità di velocizzare il processo di raggiungimento da parte di un corso d’acqua della pendenza di compensazione. La pendenza di compensazione viene raggiunta ...

... meccanismi di progressivo incremento della capacità di rimesse a monte di ogni briglia: Stigma, ...

... la pendenza di compensazione, detta anche pendenza di conversione, viene definita come la pendenza per la quale, in condizione normali, la corrente non esce dal letto fluviale. Essa può essere determinata con riferimento alla teoria di Shields. “Φs” è il costr. critico “θ” il parametro di mobilità di Shields, “L” l’altezza di massimo riempimento della corrente, “I” diametro caratteristico e (18- ) il peso alleggeriti delle particelle.

Sotto pendenza di compensazione il letto fluviale si trova in condizione di moto iniziato e dunque variano le relazioni :

[ ] = ((l, R)c

[|Q = 8L V(gRic

Nota dunque la portata formattiva "to" (in genere corrispondente a A con Ts=2÷5 min.) del sistema di equazioni si determina "Tc".

In appendice, nota tale pendenza è possibile determinare le distanze "L" alle quale devono essere posizionate le briglie, e l’altezza "H" di sfioro rispetto al fondo ed il numero di brighe "n", meccanismi e relazioni:

[(L, L 4 L H= (rl, 4 L m= (q, L

Relativamente alle briglie di conchiudimento, ne esistono di varie tipologie: briglie a giusta, briglie ad arco, briglie a contraforti e briglie in legname e pietrame. La tipologia di briglie qui rovesciate sono le briglie a giusto.

piena è mostrato in figura ⁽¹⁾, il picco della portata in uscita non coincide temporalmente con il picco della portata in ingresso.

In un punto di un reticolo di progetto, non è possibile fare altrimenti se non per seguito da definizione dell'idrogramma da progetto.

L'idrogramma di progetto per un congruente tempo di ritorno che, fissato dalla normativa, può essere determinato mediante i modelli idrologici a diffusione di flussi. Esso consente di stabilire la portata di picco ed il volume d'acqua corrispondente all'evento di piena.

In particolare, per uno stesso tempo di ritorno occorre considerare più idrogrammi di piena poiché l'idrogramma avente una portata al picco maggiore non è detto che sia il più gravoso dal punto di vista del volume d'acqua invaso.

Una volta definito l'idrogramma di progetto occorre procedere con il dimensionamento dello sfioratore laterale. Fondamentalmente occorre definire la quota di sfioro "z_s" e la lunghezza di sfioro "L_s". Essi vengono definiti in base dell'obbiettivo, in generale, detta Q_d la portata a monte dello sfioratore, essi vengono dimensionati in modo che la portata di valle non superi un certo valore Q_v, ovvero vengono dimensionati per far scaricare in corrispondenza una portata Q_iH_cr allora vale Q=2/3L_s[μ_v√g(2/3(H_v-H_cr)

²g(H_v-H_cr).

con μ=0.65

Dunque, ipotendo uno sfioratore libero le equazione di governo risultano:

Q = μ_vbs √2g H_v, con H_v=z_s

costante = con h_v = him + z. ⁽⁸⁾

Il procedimento logico da seguire per il dimensionamento dello sfioratore e dunque di seguente: essendo la portata di valle Q_v notta, facendo il pilastro del moto uniforme calcolo

a maglie chiuse, a ramificazioni o di tipo misto.

In genere, viene preferito il sistema a maglie chiuse poiché risulta maggiormente flessibile ed affidabile. La maggiore affidabilità è legata al fatto che ogni nodo delle rete è collegato a qualsiasi altro punto del sistema almeno da due percorsi diversi, e quindi è possibile assicurarci il servizio anche in situazioni critiche.

Da un punto di vista pratico di dimensionamento, occorre conoscere quali siano le portate assorbite in ognuno dei nodi rete. Nel caso di una rete a ramificazioni aperte delle cui portate ci possono consumare ogni tronco è possibile risalire, mediante delle somme alle portate coccolante nei singoli tronchi. Il dimensionamento viene eseguito scegliendo i diametri commerciali dei componenti, per le portate calcolate, velocità non superiori ad 1 m/s.

Qualora la rete sia a maglie chiuse, le portate circolanti non sono immediatamente determinabili. Si ricorre, dunque al metodo iterativo di Hardy-Cross. Tale metodo consiste nell'assegnare una distribuzione di primo tentativo alle portate circolanti, e diven tenerle congestionate con l'equazione di continuità ai nodi. ∑(Q_∈-Q_ug=0; con Q_∈: le portate nei tronchi e Q_ug: l'utenza) e di operare delle correzioni successive fino ad arrivare ad una soluzione dell'equazione di bilanciamento dei carichi nelle maglie (∑Β.Qⁱ.i=0).

Per ogni maglia la portata di correzione ΔQ^j risulta ΔQ = ΣK;_j(Q)_j/2 ΣK;_j(α_n).

Una volta trovata ΔQ viene sommato alle portate ipotizzate.

la presenza di un ponte in un corso d'acqua, oltre che generare un incremento del rischio da erosione, può comportare anche un incremento del rischio da danno d'alveo. Un ponte con pile in alveo può essere infatti caratterizzato da tre tipologie di fenomeni di erosione. Innanzitutto può essere soggetto ad un processo di erosione generalizzata che è presente solo quando il corso d'acqua si trova già in fase di erosione. Il fenomeno di erosione generalizzata non è quindi indotto dal ponte. È tuttavia una condizione di disequilibrio dinamico che può avere conseguenze a valle ovvie (ad esempio in combinazione nell'uso del suolo). La seconda lungo se verifica un fenomeno di erosione a causa del restringimento. Infatti il restringimento della sezione causato dalla presenza del ponte comporta un incremento della capacità di trasporto solido del corso d'acqua. Per cui detta CTR la capacità di trasporto solido nel tratto a monte del restringimento e “CTR_r” quella in corrispondenza della sezione ristretta ne è che CTR_c CTR_r. Di conseguenza il fiume si ripristina le condizioni di equilibrio a valle in modo da ridurre la velocità della corrente e quindi la capacità di trasporto nel restringimento. Infine un ponte può essere soggetto ad un fenomeno di risucchio causato come conseguenza dell'interazione tra i piloni ed il corso d'acqua. Quando un pilone è presente in un corso d'acqua la corrente causa il passaggio attorno. Una parte del flusso tuttavia urta direttamente il pilone riducendo la propria velocità fino a fermarsi in corrispondenza di un punto detto di stagnio. Poiché la pressione di stagnio incrementa la superficie libera, si genera un flusso diretto verso il basso che provoca uno scavo al piede del pilone. Tuttavia il fenomeno di scavo di risucchio è cumulato a quello del restringimento. A causa della presenza di un ponte in alveo si generano dei vortici a ferro di cavallo quelli di scico. I vortici a ferro di cavallo sono generati da una separazione tridimensionale dello stato limite a causa del gradiente di pressione avverso generato dal pilone. Il fatto limite durante la separazione è avvortato fornendo dei vortici che sono trasportati verso valle dalla corrente. In causa lo scavo monte ed attorno al pilone. I vortici di scico si generano invece a causa dello spiazzamento dello stato limite dai bordi del pilone. Dal punto di vista relativa a tutelare e protezione dai fenomeni di scavo, nel corso del tempo ne sono stati proposti vari. La protezione può essere garantita mediante la realizzazione di piloni sacrificati che vengono posti a monte del ponte in modo da proteggere dallo scavo. I piloni ausiliari hanno la finalità di deviare il flusso della corrente ricavando verso valle zone di scavo (dunque costituendo di una azione di fruttosamento superiore). Una alternativa è la protezione sedicata colloc che tiene la finalità di rompere il flusso verso il base del pilone e di ridurre i fenomeni di circolazione d'avanto ad esso.