Insegnamento STATICA E FONDAMENTI DI WATER DESIGN
- Corso
- Ingegneria edile-architettura
- Codice insegnamento
- A002660
- Curriculum
- Comune a tutti i curricula
- Docente
- Emanuela Speranzini
- CFU
- 10
- Regolamento
- Coorte 2021
- Erogato
- 2022/23
- Tipo insegnamento
- Obbligatorio (Required)
- Tipo attività
- Attività formativa integrata
FONDAMENTI DI WATER DESIGN
| Codice | A002661 |
|---|---|
| CFU | 5 |
| Docente | Silvia Meniconi |
| Docenti |
|
| Ore |
|
| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | ICAR/01 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | Equazioni fondamentali in forma locale Caratteri degli sforzi e metodi di analisi del campo di moto. Equazione locale di continuità. Equazione indefinita dell'equilibrio dinamico. Equazione di stato. Casi particolari Idrostatica. Fluidi perfetti (Equazione di Eulero e Teorema di Bernoulli). Correnti gradualmente variate. Equazione fondamentale della foronomia. Estensione del teorema di Bernoulli ad una corrente di sezione finita. Cenni sul significato energetico del carico idraulico totale. Equazione di continuità per una corrente. Moto dei fluidi reali. Misura delle grandezze idrauliche. Estensione del teorema di Bernoulli alle correnti di liquidi reali. Esperienza di Reynolds: moto laminare e moto turbolento. Formule di resistenza e loro rappresentazione. Brevi condotte: problemi di verifica Lunghe condotte: problemi di verifica e progetto Correnti a pelo libero in moto permanente |
| Testi di riferimento | Utile supporto è rappresentato dal classico volume: D. Citrini, G. Noseda: IDRAULICA, casa editrice Ambrosiana, Milano. Ad integrazione, gli studenti possono fare riferimento ai seguenti testi di esercizi: Brunone, B., Ferrante, M., Berni, A. Esercizi di Idraulica – parte I. Morlacchi Editore, Perugia. Brunone, B., Ferrante, M., Meniconi, S., e Almandori, C.. Esercizi di Idraulica – parte II. Morlacchi Editore, Perugia. curati dai docenti del corsi e nei quali tutti gli esercizi sono risolti completamente e per ciascun argomento è proposta una sintesi dei principali concetti. Durante il corso agli studenti viene fornito, su supporto elettronico, il fascicolo: C. Montuori: Le equazioni globali della meccanica dei fluidi e l'interpretazione energetica del carico idraulico. Al fine di migliorare la comunicazione fra studenti e docenti - non solo per lo scambio di materiale didattico ma anche per l'organizzazione delle sedute di esame e di lezioni suppletive – è stato istituito un gruppo Telegram. |
| Obiettivi formativi | Il corso di FONDAMENTI DI WATER DESIGN rappresenta il primo insegnamento nel filone che si interessa alle risorse idriche. Esso vuole fornire allo studente le conoscenze fondamentali per una analisi quantitativa di tutti i problemi che interessano il ciclo delle acque. Il primo obiettivo del corso è quello di tradurre i principi fondamentali della meccanica (principio di conservazione della massa e seconda equazione della dinamica) in equazioni nelle quali compaiano esplicitamente le grandezze che caratterizzano i processi di moto tipici dell'Idraulica. In tale contesto vengono seguiti sia l'approccio locale - che porta ad equazioni valide in un volume infinitesimo - sia quello globale - che porta ad equazioni valide per volumi finiti. Particolare attenzione viene quindi dedicata al caso delle correnti che rappresenta il carattere peculiare dell'Idraulica rispetto alla Meccanica dei Fluidi: è infatti il concetto di corrente che consente di semplificare i problemi rendendo possibile l'analisi di problemi relativi ad impianti e sistemi idrici facendo uso di limitate risorse di calcolo. Le principali conoscenze acquisite saranno: - "traduzione" in forma di equazione dei principi fondamentali della meccanica, sia in termini locali sia globali; - schematizzazione dei processi di moto in correnti, eventualmente gradualmente variate; - caratteri fondamentali delle correnti in pressione e a pelo libero; - definizione della dipendenza o meno dal tempo delle grandezze che caratterizzano i processi di moto; - definizione dei problemi di verifica e progetto in termini di grandezze rispettivamente note e incognite; - definizione dei caratteri principali dei moti turbolenti; - inquadramento dell'apporto sperimentale allo sviluppo della disciplina; - consapevolezza nell'impiego di relazioni di origine sperimentale. |
| Prerequisiti | Al fine di comprendere e saper applicare i più importanti concetti illustrati e discussi nell'ambito dell'insegnamento di FONDAMENTI DI WATER DESIGN è necessario che lo studente abbia superato i corsi di Fisica Generale e Analisi Matematica II. In particolare è necessario che lo studente abbia dimestichezza con: i concetti di funzione continua, limite, derivata e integrale (semplice, di superficie e di volume) - non solo dal punto di vista dell'analisi matematica ma soprattutto da quello della Meccanica - le funzioni esponenziale e trigonometriche, le equazioni fondamentali della Meccanica (principio di conservazione della massa, equazione di Newton e teorema della quantità di moto). Con riferimento alle applicazioni numeriche, che costituiscono parte importante del corso, è necessario che lo studente sia in grado di risolvere numericamente equazioni implicite mediante le più elementari tecniche dell'analisi numerica (ad esempio: metodo della bisezione). |
| Metodi didattici | Il corso prevede lezioni di teoria ed esercitazioni. Le lezioni di teoria riguardano tutti gli argomenti del programma. L'approccio seguito prevede la derivazione delle equazioni nel caso più generale e la loro successiva specializzazione con riferimento a casi particolari. Ad esempio, ricavata l'equazione locale dell'equilibrio dinamico, il caso dei liquidi in quiete (Idrostatica) e quello dei fluidi perfetti vengono affrontati come casi particolari dell'equilibrio dinamico. Nel corso delle lezioni di teoria, a completamento delle trattazioni analitiche, vengono proposti e risolti qualitativamente dei problemi, spesso di diretto interesse ingegneristico. Nelle lezioni dedicate alle esercitazioni, la soluzione dei problemi viene spinta fino al raggiungimento del risultato numerico, anche al fine di fornire agli allievi i necessari ordini di grandezza. Utile completamento alla preparazione è rappresentato dalle visite ed esercitazioni svolte presso il laboratorio di Ingegneria delle Acque del Dipartimento di Ingegneria delle Acque, struttura dotata di alcune delle più importanti installazioni sperimentali nel campo delle correnti in pressione. Informazioni sul laboratorio di Ingegneria delle Acque si possono trovare al seguente indirizzo: http://www.ing1.unipg.it/laboratori/sede-principale/laboratorio-di-ingegneria-delle-acque Si tiene inoltre un ciclo di lezioni sull'impiego del codice EPANET e sul dispositivo AQUALIBRIUM, strumenti molto utili per comprendere il funzionamento di sistemi complessi di condotte in pressione. Informazioni su EPANET e AQUALIBRIUM si possono trovare, ad esempio, rispettivamente ai seguenti indirizzi: https://www.epa.gov/water-research/epanet http://www.aqualibriumcompetition.net/joomla/ Infine, si introduce il codice HECR-RAS per tracciare profili di corrente a pelo libero in moto permanente. Informazioni su HECR-RAS si possono trovare al seguente indirizzo: https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/ |
| Altre informazioni | Visite sono effettuate presso il Laboratorio di Ingegneria delle Acque del Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale per meglio illustrare i caratteri delle correnti in pressione, in moto stazionario, e di quelle a pelo libero. Un ciclo di lezioni è dedicato all'utilizzo congiunto del software EPANET e del dispositivo AQUALIBRIUM, quest'ultimo allestito presso il laboratorio. Infine viene introdotto il software HEC-RAS per il tracciamento del profilo di una corrente a pelo libero in moto permanente. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | A completa discrezione dello studente, l'esame può svolgersi secondo due differenti modalità: in due soluzioni o in un'unica soluzione. Modalità "due soluzioni" - In questo caso l'esame prevede due prove scritte - da sostenersi nella pausa didattica del primo semestre e alla fine del corso. Le prove scritte consistono nel rispondere in maniera dettagliata (ossia citando chiaramente tutte le ipotesi di partenza, gli sviluppi analitici e le implicazioni di tipo applicativo) ad alcune domande (tipicamente tre) sugli argomenti trattati durante la prima e la seconda parte del corso; la prima parte del corso comprende gli argomenti dalle equazioni fondamentali in forma locale alle brevi condotte; la seconda parte comprende gli argomenti dalle lunghe condotte ai moti di filtrazione. La prima prova prevede un esercizio di idrostatica o di verifica brevi condotte. Per lo svolgimento della prova scritta gli studenti hanno a disposizione 1.5 ore. Il voto complessivo riflette un giudizio di sintesi delle due prove. Modalità "unica soluzione" - In questo caso l'esame consiste unicamente in una prova orale - della durata di circa un'ora - durante la quale allo studente vengono proposte domande relative all'intero programma. Nella discussione verrà valutata la capacità dello studente di illustrare le ipotesi di partenza, gli sviluppi analitici e le implicazioni di tipo applicativo con riferimento a mediamente tre argomenti di carattere teorico. La domanda conclusiva consiste in un'applicazione su uno degli argomenti di carattere applicativo affrontati durante il corso (distribuzione idrostatica delle pressioni; spinta idrostatica su pareti piane e curve; verifica di brevi e lunghe condotte; profili di corrente). La valutazione della prova orale si basa anche sulla capacità di espressione e di discutere in autonomia esibite dallo studente. Per entrambe le modalità di esame, premialità derivano dagli esiti della AQUALIBRIUM competition svolta al termine del corso fra gli studenti divisi in gruppi. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Equazioni fondamentali in forma locale Definizione di fluido e liquido: principali differenze fra essi e rispetto ai solidi. I fluidi come sistemi continui. Principali unità di misura. Tensioni in un mezzo fluido. Legge di Newton e definizione di fluido newtoniano. Equazione di stato. Approccio lagrangiano e approccio euleriano. Regola di derivazione euleriana. Grandezze caratteristiche del campo di moto. Equazione locale di continuità. Equazione indefinita dell'equilibrio dinamico. Idrostatica Equazione indefinita dell'equilibrio statico. Legge di Stevin. Distribuzione idrostatica delle pressioni. Spinta su pareti piane. Formula di Mariotte. Applicazioni. Fluidi perfetti Equazione di Eulero. Teorema di Bernoulli. Correnti gradualmente variate. Estensione del teorema di Bernoulli ad una corrente di sezione finita. Cenni sul significato energetico del carico idraulico totale. Applicazioni. Equazione di continuità per una corrente. Moto dei fluidi reali Estensione del teorema di Bernoulli alle correnti di liquidi reali. Esperienza di Reynolds: moto laminare e moto turbolento. Ricerche sperimentali per la definizione delle leggi di resistenza (abaco di Moody, formule monomie). Cenni di metrologia: definizione di misura, fondo scala, frequenza di acquisizione, accuratezza, precisione, SNR. Misuratori di pressione, portata, livello. Brevi condotte: problemi di verifica Brusca espansione in una corrente in pressione. Valutazione delle perdite di carico concentrate. Perdita di carico concentrata provocata da una valvola. Linea piezometrica e linea dei carichi per una condotta breve. Definizione di brevi e lunghe condotte. Applicazioni. Lunghe condotte: problemi di verifica e progetto Verifica e progetto di sistemi di condotte (ad esempio: condotta semplice, funzionamento di un sistema a tubi nuovi e a tubi usati, verifica di una condotta con erogazione concentrata, principio di economia al nodo, condotta con punto alto,...). Impianti di sollevamento: verifica con individuazione delle condizioni limiti di funzionamento e progetto in condizioni di moto uniforme (criterio economico). Applicazioni. Utilizzo di software per la verifica dei sistemi di condotte (EPANET). Competizione AQUALIBRIUM. Correnti a pelo libero Caratteri delle correnti a pelo libero. Equazione del moto delle correnti a pelo libero gradualmente variate. Equazione del moto uniforme per le correnti a pelo libero. Scala delle portate (sezioni aperte, chiuse e banchinate). Legame fra carico idraulico specifico, tirante idrico e portata. Condizione di stato critico. Alvei a debole e forte pendenza. Profili di corrente in alvei a debole e forte pendenza. Risalto idraulico. Spinta totale di una corrente. Localizzazione del risalto. Esempi di profili di corrente (effetto di una variazione di scabrezza, della pendenza di fondo, ...). Applicazioni. Utilizzo di software per il tracciamento quantitativo di profilo di corrente in moto permanente (HEC-RAS) |
STATICA
| Codice | GP003210 |
|---|---|
| CFU | 5 |
| Docente | Emanuela Speranzini |
| Docenti |
|
| Ore |
|
| Attività | Caratterizzante |
| Ambito | Analisi e progettazione strutturale per l'architettura |
| Settore | ICAR/08 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | Corpo rigido (trave ad asse rettilineo), spostamenti rigidi. Cinematica. Reazioni vincolari e interazioni. Equazioni di equilibrio. Diagrammi delle azioni interne (N,T,M). Travature reticolari. Principio dei lavori virtuali per corpi rigidi. |
| Testi di riferimento | Testo principale di riferimento: “Statica –Fondamenti di meccanica strutturale” E. Guarenti, F. Buccino, E. Garavaglia, G. Novati, - Mac Graw Hill. Altri testi consigliati per le esercitazioni: “Lezioni di Scienza delle Costruzioni”, G. Menditto, - Pitagora “Esercitazioni di Scienza delle Costruzioni”, E. Viola – Pitagora – vol.1 Tutti i testi indicati sono disponibili presso la biblioteca del Polo di Ingegneria. Su Unistudium sono rese disponibili: - le slide che il docente avrà utilizzato durante le lezioni; - Testi di esercizi che gli studenti sono invitati a risolvere per la preparazione dell'esame. - Testi di esercizi d'esame degli anni precedenti. |
| Obiettivi formativi | L’obbiettivo principale è di fornire allo studenti le basi per affrontare lo studio di sistemi strutturali, costituiti da aste ad asse rettilineo, in condizioni di equilibrio statico. In particolare lo studente dovrà acquisire conoscenze teorico-pratiche per la risoluzione di strutture isostatiche. Le principali abilità riguarderanno l’analisi del comportamento cinematico e statico dei sistemi di aste, la determinazione delle caratteristiche di sollecitazione (forza assiale, taglio e momento). Queste conoscenze sono indispensabili per poter seguire con profitto l'insegnamento di Scienza delle Costruzioni. |
| Prerequisiti | Sono necessarie le conoscenze acquisite ai corsi di Analisi I, Fisica e Geometria. |
| Metodi didattici | Lezioni, teoriche e pratiche, saranno esclusivamente frontali. Sono previste esercitazioni in classe affinché lo studente possa verificare il livello di apprendimento raggiunto. |
| Altre informazioni | Gli studenti lavoratori e/o non frequentanti, possono contattare il docente anche per email per ricevere i chiarimenti necessari. Gli studenti disabili e/o con DSA per qualsiasi necessità possono contattare direttamente il docente dell'insegnamento di Statica (che è referente per disabilità e DSA del Dipartimento di Ingegneria). |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | La verifica dell'apprendimento consiste in una prova scritta e una prova orale. Nella prova scritta è richiesta la risoluzione di una struttura isostatica da svolgere nel tempo di 2 ore. E' necessario raggiungere il voto di 18/30 per l'ammissione alla prova orale. La prova orale verte su tutti gli argomenti trattati nei corso. Verranno valutati la completezza della risposta, il rigore argomentativo e la proprietà di linguaggio. Nel voto finale la prova scritta e la prova orale avranno lo stesso peso. Language of instruction Italian Contents Educational objectives Prerequisites Teaching methods Extended program Verranno valutati la completezza della risposta, il rigore argomentat |
| Programma esteso | Corpo rigido, spostamenti rigidi finiti e infinitesimi. Cinematismi e analisi cinematica delle strutture isostatiche con aste rigide ad asse rettilineo: vincoli esterni ed interni, condizioni di vincolo, cinematismi, teorema di Chasles, teoremi delle catene cinematiche. Reazioni vincolari e interazioni. Equazioni cardinali della statica, equazioni ausiliarie di equilibrio. Diagrammi delle azioni interne (N,T,M). Travature reticolari piane: metodo di Ritter e metodo dell’equilibrio ai nodi. Principio dei lavori virtuali (PLV) per corpi rigidi. Determinazione degli spostamenti e delle sollecitazioni interne con il PLV. |