IDRAULICA AMBIENTALE E COSTIERA

Crediti: 
9
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2020/2021
Responsabile della didattica: 
Settore scientifico disciplinare: 
IDRAULICA (ICAR/01)
Semestre dell'insegnamento: 
Secondo Semestre
Lingua di insegnamento: 

Italiano

Obiettivi formativi

Conoscenze e capacità di comprensione:
Alla fine del percorso dell’insegnamento lo studente dovrà conoscere i principali aspetti teorici per lo studio dei processi costieri.
Conoscenze e capacità di comprensione applicate:
Lo studente dovrà essere in grado di descrivere il processo fisico con l’uso dell’analisi matematica; di individuare i parametri del processo separandoli dalle variabili; di risolvere i casi applicativi, eseguendo le verifiche a vantaggio di sicurezza.
Autonomia di giudizio:
Lo studente dovrà possedere gli strumenti per valutare in maniera critica l’applicabilità dei modelli acquisiti o la necessità di ricorrere a modelli più avanzati e dettagliati.
Abilità comunicative:
Lo studente dovrà possedere l’abilità di presentare in maniera chiara i risultati dell’analisi, sia oralmente che in forma scritta, anche mediante l’utilizzo di tabelle e grafici.
Capacità di apprendere:
Lo studente dovrà migliorare la capacità di apprendere, trasformando le capacità già acquisite della comprensione della teoria, in capacità di apprendere i risvolti applicativi.

Prerequisiti

Conoscenze di Idraulica, Analisi matematica, Geometria, Meccanica Razionale, Fisica.

Contenuti dell'insegnamento

Il corso fornisce allo studente concetti avanzati di Idraulica e di Meccanica dei Fluidi nei processi costieri. L’allievo viene messo in grado di risolvere alcuni problemi tecnici di Idraulica Ambientale, con l'applicazione di modelli concettuali, modelli numerici e fisici. Sono previste cinque esercitazioni numeriche allo scopo di dimostrare concretamente alcuni aspetti degli argomenti trattati. E' prevista una visita al laboratorio di Idraulica.

Programma esteso

6 CFU comuni agli Allievi di Ingegneria Civile (I modulo) e di Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio, totale 42 h di lezione frontale
Lezione 1: Capitolo 1 - Oceanografia fisica, 1.1 Nozioni generali, 1.2 ldrosfera, 1.2.1 Livello del mare, 1.2.2 Determinazione del livello medio del mare, 1.2.3 Rilievo del fondo del mare, 1.3 L'acqua del mare, 1.4 Le Carte Nautiche (13 pp.)

Lezione 2: Capitolo 2 - Generazione e caratteristiche del venti –Traversie, 2.1 lntroduzione, 2.2 Definizioni, 2.3 Generazione del venti, 2.4 Vento geostrofico. Vento di gradiente. Vento reale, 2.5 Vento in superficie per Ia previsione delle onde, 2.5.1 Andamento della velocità lungo Ia verticale, 2.5.2 Correzione per differenza di temperatura aria-mare, 2.6 Fattore di forza del vento (14 pp.)

Lezione 3: Capitolo 3 - Le informazioni sui venti e sulle onde, 3.1 Premessa, 3.2 Campo di vento sull'area di generazione del moto ondoso Definizione di fetch, 3.3 Valutazione del campo di vento, 3.3.1 Direzione del vento, 3.3.2 Velocità del vento, 3.3.3 Durata del vento, 3.3.4 Lunghezza del fetch, 3.4 Sulla valutazione delle caratteristiche del vento, 3.5 I dati di vento e di mare in ltalia, 3.5.1 La raccolta dei dati anemologici, 3.6 Reperibilità dei dati ondametrici (15 pp.)

Lezione 4: Capitolo 4 - Le onde generate dal vento, 4.1 Formazione delle onde da vento, 4.2 Superficie ondosa del mare, 4.3 Funzione di distribuzione delle altezze d'onda, 4.4 Funzione di distribuzione del periodo d'onda (12 pp.)

Esercitazione 1: calcolo del fetch, del fetch efficace. Calcolo dell’altezza d’onda sulla base dei dati di vento. Ricostruzione della statistica delle onde e dei venti: vento dominante, regnante.

Lezione 5: 4.5 Spettro di energia dell'onda (analisi nel dominio delle frequenze), 4.6 Spettri di energia comuni, 4.7 Spettro d'onda direzionale (12 pp.)

Lezione 6: Capitolo 5 - Descrizione e analisi del moto ondoso, 5 1 Premesse, 5 1 1 Metodi a scala puntuale, 5 1 2 Metodi a scala globale, 5 2 La trasposizione geografica dei dati del clima ondoso, 5 2 1 Applicazione del metodo con trasposizione dei dati del clima ondoso dalla boa di Crotone al paraggio di Taranto (12 pp.)

Lezione 7: Capitolo 6 - Statistica dei valori estremi delle altezze d'onda, 6.1 Clima ondoso media annuale, 6.2 Clima ondoso estremo, 6.2.1 Analisi dei valori estremi delle altezze significative (11 pp.)
Lezione 8: 6.2.2 II metodo di Goda, 6.2.3 Previsione degli stati di mare in tempi lunghi mediante il concetto di mareggiata triangolare equivalente, 6.3 Vita di progetto e probabilità di accadimento, 6.4 Utilizzo dello spread parameter in paraggi poveri di dati ondametrici (12 pp.)

Lezione 9: Capitolo 7 - Meccanica del moto ondoso regolare, 7.1 lntroduzione, 7.2 Classificazione delle onde, 7.3 Equazione fondamentale del moto vario a potenziale, 7.3.1 Le condizioni al contorno, 7.4 Teoria dell'onda progressiva di piccola ampiezza, 7.5 Relazione di dispersione lineare (onda progressiva), 7.6 La profondità relativa (13 pp.)

Lezione 10: 7.7 L'onda stazionaria, 7.8 Gruppi d'onda, 7.9 L'energia dell'onda, 7.10 II flusso media di energia o potenza dell'onda, 7.11 Teoria dell'onda di ampiezza finita - Teoria non lineare, 7.11.1 Teoria di Stokes di ordine superiore, 7.11.2 La teoria dell'onda lunga (L/H»1) (12 pp.)

Esercitazione 2: analisi zero-crossing, statistica delle creste e dei cavi, statistica dei periodi, calcolo del mean water level.

Lezione 11: Capitolo 8 - Trasformazione delle onde nella propagazione, 8.1 Premessa, 8.2 Processi a cui è soggetta l'onda, 8.3 Lo shoaling, 8.4 La rifrazione, 8.4.1 II caso delle batimetriche rettilinee e parallele, 8.4.2 II caso delle batimetriche irregolari, 8.4.3 Costruzione grafica del piano d'onda (14 pp.)

Lezione 12: 8.5 La diffrazione, 8.6 Diffrazione e rifrazione combinate, 8.7 Frangimento (13 pp.)

Lezione 13: 8.7.1 Funzione di distribuzione nella zona dei frangenti, 8.8 Set-down e set-up, 8.9 Radiation stress, 8.10 Riflessione, 8.10.1 Riflessione di pareti impermeabili verticali, 8.10.2 Riflessioni in un bacino chiuso (risonanza o risacca) (11 pp.)

Esercitazione 3: statistica degli estremi. Calcolo dell’onda di progetto.

Lezione 14: Capitolo 9 - Le maree, 9.1 lntroduzione, 9.2 Maree e analisi armoniche Generalità, 9.3 Teoria di equilibrio delle maree, 9.3.1 Caratteristiche del sistema Terra-Luna-Sole, 9.3.2 Le forze che producono Ia marea, 9.3.3 Effetto relativo della Luna e del Sole che producono le maree, 9.3.4 Effetto combinato della Luna e del Sole che producono marea, 9.4 Discussione di qualche caratteristica di marea non chiarita dalla teoria di equilibrio, 9.4.1 Effetto dell'accelerazione di Coriolis sulla marea (13 pp.)

Lezione 15: 9.4.2 La teoria dinamica La previsione della marea mediante Ia scomposizione e ricostruzione dei diagrammi di marea: l'analisi armonica, 9.5 La previsione delle maree, 9.6 Le linee cotidali, 9.7 Correnti di marea, Allegato - Le maree a Venezia Valore delle costanti armoniche, della marea e della corrente di marea, 9.8 Le maree meteorologiche le acque alte (13 pp.)

FINE PROGRAMMA 6 CFU

3 CFU addizionali per gli Allievi di Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio, totale 21 h di lezione frontale
Lezione 16: Il trasporto solido. 20.1 Considerazioni generali. 20.2 Caratteristiche dei materiali trasportati. 20.3 Condizioni critiche: inizio del trasporto solido. 20.4 Il trasporto solido al fondo. 20.5 L’equazione di Einstein per la portata solida al fondo (cenni). 20.6 Altre formule per il trasporto di fondo (15 pp.) (dispense su Elly)

Lezione 17: 20.7 L’equazione di diffusione-dispersione. 20.8 Il trasporto solido in sospensione. 20.9 Il trasporto solido totale. 20.10 Il modellamento del fondo. 20.11 L’equazione dello strato mobile di fondo (15 pp.) (dispense su Elly)

Lezione 18: Capitolo 10 - Dinamica dei litorali, 10.1 Premessa, 10.2 II modellamento naturale delle spiagge sottili, 10.3 II moto ondoso nella zona al largo dei frangenti (offshore) (12 pp.)

Lezione 19: 10.4 Il moto dell'acqua nella zona dei frangenti (surf-zone), 10.4.1 Le correnti lungo riva (longshore), 10.5 II trasporto trasversale, 10.5.1 L'azione delle onde di mare morto, 10.5.2 L'azione delle onde di mare vivo (mareggiata) (13 pp.)

Lezione 20: 10.5.3 I profili di equilibrio, 10.6 II trasporto lungo riva, 10.6.1 II flusso di trasporto lungo riva, 10.6.2 Le quantità di sedimento trasportate lungo riva, 10.7 II bilancio dei sedimenti di spiaggia, 10.8 Il monitoraggio quale primario mezzo di conoscenza, 10.8.1 Modalità di monitoraggio (14 pp.)

Esercitazione 4: calcolo speditivo delle correnti lungo costa. Calcolo del trasporto solido potenziale sulla base della statistica delle onde.

Lezione 21: Criteri di Analisi dimensionale. Criterio di omogeneità fisica e teorema di Buckingham. Gruppi adimensionali della meccanica dei fluidi. (dispense su Elly)

Lezione 22: Teoria della similitudine. Le condizioni di similitudine dall’Analisi Dimensionale. L’analisi diretta. Critica alla Teoria della Similitudine nella Meccanica dei Fluidi. (dispense su Elly)

Lezione 23: La similitudine geometrica. La similitudine cinematica. La similitudine dinamica. La similitudine di Eulero, di Reynolds, di Mach, di Froude. La similitudine nella cavitazione. I modelli inclinati. I modelli distorti. I modelli di interazione tra fluido e struttura. La similitudine nei moti ondosi. (dispense su Elly)

Lezione 24: I modelli di litorale a fondo mobile. I suggerimenti delle Istruzioni tecniche italiane. (dispense su Elly)

Lezione 25: I modelli in presenza di trasporto solido. La modellazione del trasporto solido in presenza di moto ondoso. La similitudine per la forzante idrodinamica (onde e correnti). La similitudine per il trasporto solido. La similitudine approssimata per il trasporto solido. Effetti scala nella similitudine approssimata per il trasporto solido. La similitudine con sediment leggeri. Il modello densimetrico di Froude. Il modello a densità invariata. (dispense su Elly)

Bibliografia

Slides delle lezioniTomasicchio, U., 1998. Manuale di Ingegneria Portuale e Costiera, BIOS, ISBN 88-7740-243-1
Approfondimento:
Longo, S., 2011. Appunti di Idraulica Marittima – Parte 1. Eliofototecnica Barbieri Parma, ISBN 978-88-64450-18-6
Longo, S., 2011, Analisi Dimensionale e Modellistica Fisica – Principi e Applicazioni alle Scienze Ingegneristiche. Springer & Verlag Italia, Collana UNITEXT Ingegneria. ISBN 978-88-470-1871-6

Metodi didattici

La parte teorica del corso verrà illustrata mediante lezioni frontali avvalendosi di un PC tablet connesso a videoproiettore, utilizzato come lavagna elettronica. Le lezioni frontali saranno integrate da video educational. Una parte del corso è riservata alle esercitazioni analitiche e numeriche.

I materiali didattici utilizzati durante le lezioni siano caricati su Elly all'inizio dell'anno, con eventuali aggiornamenti in corso d'anno comunicati agli Allievi per e-mail.

Le slides del corso non sostituiscono il libro di testo, ma sono considerate un ausilio efficace alla preparazione.

Modalità verifica apprendimento

L’esame consiste in una prova orale su tutti gli argomenti del programma. La durata della prova è >= 0.5 h con almeno tre domande su argomenti differenti.

Elementi di valutazione: domande teoriche (conoscenze e comprensione), 50%; applicazione della teoria o esempi applicativi (competenze, autonomia di giudizio), 35%; proprietà di esposizione (capacità comunicativa), 15%.

Il voto è in trentesimi e sarà comunicato immediatamente al candidato.

Il materiale utile per sostenere la prova è costituito dal libro di testo, dal materiale fornito durante le esercitazioni, dalle slides presentate a lezione.

Altre informazioni

E’ vivamente consigliata la frequenza del corso