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COSTRUZIONI IDRAULICHE E MARITTIME E IDROLOGIA
REGGIO DI CALABRIA
Dati Generali
Periodo di attività
Syllabus
Obiettivi Formativi
Conoscenza e capacità di comprensione
- Comprendere i processi fisici che governano l’idrologia, la dinamica fluviale, il trasporto solido, la meccanica ondosa, e la dinamica costiera.
- Acquisire conoscenze sugli strumenti analitici, statistici e numerici per la valutazione del rischio idraulico e costiero.
- Comprendere i principi di progettazione e il funzionamento delle opere di difesa idraulica e costiera.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
- Applicare metodi idrologici per l’analisi afflussi–deflussi, la costruzione di ietogrammi di progetto e la stima delle portate di piena.
- Utilizzare modelli analitici ed empirici per valutare il trasporto solido nei corsi d’acqua e lungo costa.
- Applicare teorie del moto ondoso, analisi spettrale e metodi statistici di lungo periodo per la caratterizzazione del clima ondoso e per la previsione dell’evoluzione costiera.
- Progettare e verificare opere di difesa idraulica e costiera.
- Impiegare metodologie probabilistiche per la stima delle probabilità di collasso di sistemi idraulici e costieri.
Autonomia di giudizio
- Valutare criticamente soluzioni progettuali per la difesa idraulica e costiera, scegliendo modelli e strategie di intervento adeguati.
- Valutare l’idoneità dei modelli statistici, idrologici e meccanici alle condizioni ambientali e ai livelli di rischio.
- Formulare giudizi autonomi sulle strategie di mitigazione del rischio fluviale e costiero.
Abilità comunicative
- Presentare in modo chiaro analisi tecniche, risultati modellistici e valutazioni progettuali a interlocutori sia specialisti sia non specialisti.
- Comunicare i risultati di analisi idrologiche, idrauliche, costiere e statistiche utilizzando un linguaggio tecnico appropriato.
Capacità di apprendimento
- Sviluppare la capacità di approfondire autonomamente argomenti avanzati di idrologia, idraulica e ingegneria costiera.
Acquisire strumenti metodologici avanzati utili per proseguire gli studi o svolgere attività professionali e di ricerca nell’ambito della mitigazione del rischio idraulico e costiero.
Prerequisiti
Analisi Matematica, Fisica
Metodi didattici
Verifica Apprendimento
La prova d’esame consiste in una prova scritta ed una prova orale. La prova scritta consisterà nella risoluzione di esercizi numerici, con richiami teorici, da risolvere in un tempo di due ore. La prova orale consisterà in un colloquio in cui verranno anche valutate e discusse le esercitazioni sugli argomenti pratici del corso.
La prova scritta ha lo scopo di accertare la capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite durante il corso. La prova orale ha lo scopo di verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso e di valutare l'autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento e l'abilità comunicativa.
L’esito dell’esame dipenderà da una media pesata degli esiti delle prove scritta e orale e della valutazione delle esercitazioni. Il voto finale sarà attribuito secondo il seguente criterio di valutazione:
30 - 30 e lode: Lo studente dimostra una conoscenza completa e dettagliata della materia: conosce i contenuti rilevanti, utilizza una terminologia corretta, individua e spiega i principali concetti, integra approfondimenti personali nella propria sintesi; evidenzia una comprensione eccellente della materia: distingue chiaramente tra le idee principali e quelle di sopporto, sa inquadrare i punti chiave, rinforza gli argomenti con riferimenti al materiale integrativo o ad approfondimenti individuali, sviluppa collegamenti interdisciplinari; manifesta capacità ben consolidate di applicare le conoscenze e di analizzare i risultati; espone la materia in modo chiaro e strutturato: il suo discorso è organizzato, logico, maturo e conciso.
28 - 29: Lo studente dimostra una conoscenza approfondita della materia: conosce i contenuti rilevanti, utilizza una terminologia corretta, individua e spiega la maggior parte dei principali concetti; evidenzia una solida comprensione della materia: inquadra la maggior parte dei punti chiave benché non sempre distingua bene gli argomenti principali da quelli meno importanti, discute gli argomenti con riferimenti al materiale integrativo o ad approfondimenti individuali; manifesta ottime capacità di applicare le conoscenze e di analizzare i risultati; espone la materia in modo chiaro e articolato: il suo discorso è organizzato, logico, maturo ed essenziale, pur ammettendo qualche imprecisione.
25 - 27: Lo studente dimostra un’ampia conoscenza della materia: conosce, anche se non spiega completamente, i contenuti rilevanti; utilizza la terminologia, ma non sempre in modo preciso; individua i concetti chiave, ma non riesce a spiegarli completamente o con precisione; evidenzia una comprensione adeguata della materia: distingue i punti chiave importanti, ma non riesce a inquadrarli completamente; manifesta buone capacità di applicare le conoscenze; espone in modo chiaro, ma non sempre completo, con un’organizzazione schematica e pensieri talvolta frammentati e ripetitivi.
22 - 24: Lo studente dimostra un’accettabile conoscenza della materia: conosce la maggioranza dei contenuti ma manifesta lacune, mostra una certa confusione in alcuni concetti importanti anche se non essenziali; evidenzia una comprensione essenziale della materia: non riesce sempre a inquadrare tutti i suoi argomenti o talvolta lo fa con imprecisione; manifesta discrete capacità di applicare i concetti fondamentali della materia; espone in modo corretto, ma senza una struttura del tutto chiara e coerente, inserendo in alcuni punti dello sviluppo materiale poco rilevante.
18 - 21: Lo studente dimostra una limitata conoscenza della materia: conosce i contenuti più rilevanti ma manifesta numerose lacune, individua una buona parte dei concetti chiave ma non riesce a illustrarli con completezza e precisione; dimostra una comprensione basica della materia: ha qualche difficoltà a distinguere i punti chiave e non sempre riesce a inquadrarli compitamente per incompletezza o imprecisione; manifesta incertezze nell’applicare i concetti fondamentali della materia; espone in modo poco chiaro e confuso, usa la lingua in modo poco organizzato, con pensieri frammentati e ripetitivi, non sempre utilizza la terminologia con precisione.
Insufficiente: Lo studente dimostra una conoscenza scarsa e frammentaria della materia: non conosce i contenuti essenziali, manifestando estese lacune, e non individua i concetti chiave; manifesta gravi errori di comprensione, non risponde a numerose domande o non risolve numerosi problemi; manifesta errori nell’applicare i concetti fondamentali della materia; non raggiunge un livello accettabile di articolazione del pensiero relativo alla materia.
Testi
BECCIU, G., PAOLETTI, A., 2010. Fondamenti di costruzioni idrauliche. UTET.
BOCCOTTI P., 1997, Idraulica Marittima, UTET.
BOCCOTTI P., 2000, Wave mechanics for ocean engineering, Elsevier.
FERRO, V. 2006. La sistemazione dei bacini idrografici. McGraw-Hill.
REEVE, D. 2010, Risk and reliability: coastal and hydraulic engineering, Spon Press.
Contenuti
Il corso è strutturato in 3 macro-tematiche inerenti alla valutazione dei fenomeni idrologici, dei fenomeni costieri e la valutazione del rischio. In particolare: il corso fornisce gli strumenti per comprendere le leggi che governano i meccanismi di formazione delle precipitazioni e delle piene fluviali e gli strumenti per dimensionare le briglie, i metodi per condurre delle analisi statistiche dei dati idrologici, i meccanismi di formazione delle piene ed i relativi metodi di stima delle portate di assegnato tempo di ritorno ed il dimensionamento e la verifica di una briglia a gravità; fornisce gli strumenti per comprendere le leggi che governano i processi di generazione e propagazione di onde regolari e irregolari; le leggi che governano l’evoluzione di un litorale soggetto all’azione del moto ondoso; e fornisce gli strumenti per dimensionare opere di protezione dei litorali; fornisce gli strumenti per effettuare la quantificazione del rischio idraulico.
Idrologia tecnica (2 CFU)
Richiami di probabilità e statistica: assiomi della probabilità, variabili aleatorie, indipendenza e condizionamento, distribuzioni di probabilità. Valore atteso di una variabile aleatoria non negativa. Il bacino idrografico. Morfometria. Rappresentazione cartografica. Pluviometria: strumenti di misura; annali idrologici (Parte I); rappresentazione topografica; curve di possibilità pluviometrica. Deflussi superficiali: strumenti di misura; annali idrologici (Parte II). Stima delle portate di piena. Modelli afflussi – deflussi. Ietogrammi di progetto: ietogramma rettangolare; triangolare; Chicago; rappresentazione discreta. Perdite idrologiche: immagazzinamento; infiltrazione con modello di Horton e modello CN-SCS; coefficiente d’afflusso. Modello dell’idrogramma unitario istantaneo (IUH). Metodo della corrivazione. Definizione di evento critico. Portata critica tramite il modello di corrivazione.
Trasporto solido nei corsi d’acqua (1 CFU)
Analisi qualitativa. Trattazione teorico-sperimentale. Abaco di Shields. Calcolo della portata di materiale solido: trasporto di fondo; trasporto in sospensione. Apparecchi di misura del trasporto solido. Colate detritiche.
Sistemazioni dei corsi d’acqua (1 CFU)
Generalità sulle briglie. Elementi costitutivi e materiali. Calcolo della pendenza di equilibrio. Dimensionamento idraulico di una briglia. Calcolo di stabilità. Altre opere per la sistemazione idraulica di un corso d’acqua.
Onde regolari e dinamica dei litorali (1 CFU)
Meccanica delle onde regolari: moto irrotazionale, equazioni fondamentali. Fenomenologia delle onde in campo indisturbato. Onde lineari tridimensionali. Nozione di profondità infinita e bassi fondali. Riflessione delle onde. Flusso medio di energia. Celerità di gruppo. Shoaling-rifrazione. Condizioni di frangimento. Fenomenologia dei processi litoranei. Il tensore radiation stress. Set-up, set-down e run-up delle onde. Numero di Irribarren. Portata di materiale solido trasportata lungo costa. Evoluzione della linea di riva: equazione di conservazione del materiale solido. Problema dell’evoluzione costiera: approccio classico. Soluzione esatta per il caso di batimetriche sensibilmente parallele. Analisi della diffusività. Interventi per la mitigazione dell’erosione costiera: approcci non strutturali e strutturali. Stabilità di un ripascimento. Deformazione della costa in prossimità di barriere e pennelli.
Teoria degli stati di mare (1 CFU)
Onde generate dal vento: stato di mare ideale e stato di mare reale. Rappresentazione di uno stato di mare. Grandezze statistiche fondamentali: varianza, deviazione standard, altezza d’onda significativa, spettro di frequenza delle onde, periodo di picco, lunghezza d’onda a profondità infinita, momenti spettrali e funzione di autocovarianza. Relazione tra spettro di frequenza e funzione di autocovarianza. Proprietà della funzione di autocovarianza. Forme spettrali tipiche per onde generate dal vento e onde di mare lungo. Forme analitiche dello spettro di frequenza. Legame tra altezza significativa e periodo di picco. Definizione di ripidità dell’onda. Parametro di strettezza dello spettro ed inferenza delle condizioni di generazione dello stato di mare dal parametro di strettezza. Distribuzione delle altezze d’onda di uno stato di mare: soluzione di Rice e soluzione di Boccotti. Calcolo del periodo medio delle onde. Periodo delle onde più alte in uno stato di mare. Altezza d’onda massima attesa in uno stato di mare.
Analisi statistica e previsione in tempi lunghi (1 CFU)
Misura dell’altezza significativa nel tempo: i dati meteomarini. Studio meteomarino: calcolo di frequenze di accadimento e flusso medio di energia. Portata di materiale solido in mari reali: formule pratiche e calcolo della portata di materiale solido media annua. Distribuzione omnidirezionale. Distribuzione di probabilità direzionale. Definizione di mareggiata. Altezza d’onda massima attesa in una mareggiata. Il concetto di mareggiata triangolare equivalente. Durata di una mareggiata. Periodo di ritorno di una mareggiata in cui l’altezza significativa è maggiore di una certa soglia. Persistenza al di sopra di una data soglia. Periodo di ritorno direzionale. Vita di progetto, probabilità di accadimento e periodo di ritorno. Determinazione dello stato di mare di progetto.
Opere di difesa costiera (1 CFU)
Strutture di difesa costiera: classificazione e principi di funzionamento. Formule pratiche per la progettazione di dighe a parete verticale. Verifiche di stabilità. Stabilità di barriere e pennelli: l’approccio classico di Hudson. Formule pratiche per la progettazione di dighe a gettata. Sollecitazioni su elementi snelli: formula di Morison. Numero di Keulegan-Carpenter. Abachi di Sarpkaya e Isaacson. Modellazione fisica. Similitudine idraulica. Prove di laboratorio in bacini artificiali e naturali.
Analisi del rischio e dell’affidabilità (1 CFU)
Definizione di collasso (failure), rischio e affidabilità. Teorie dell’affidabilità. Metodi di livello 1. Metodi di livello 2 ed approssimazioni del primo ordine. Approccio del primo ordine al punto di progetto (FDA), metodo della distribuzione approssimante (AFDA). Il caso di variabili correlate. Metodo della stima puntuale. Affidabilità di sistemi complessi: molteplici meccanismi di collasso mutuamente indipendenti di una struttura isolata; unico meccanismo di collasso di molteplici strutture indipendenti. Struttura singola, meccanismi di collasso multipli. Molteplici strutture con molteplici meccanismi di collasso.
Altre informazioni
L'orario di ricevimento è concordato con il docente all'indirizzo email giovanni.malara@unirc.it