Obiettivi Formativi

Il corso di Idraulica e Idrografia ha l’obiettivo di fornire i fondamenti teorici e pratici del moto dei fluidi con particolare attenzione all’ analisi, al controllo e alla gestione dell'ambiente idrico naturale e delle caratteristiche fisiche del mare, delle aree costiere, dei laghi e dei corsi d’acqua al fine di comprenderne la dinamica e le tendenze evolutive. Obiettivo ulteriore del corso è quello di approfondire le metodologie classiche ed avanzate del rilievo idrografico, della modellazione oceanico-meteorologica con lo scopo di supportare la sicurezza della navigazione, specie in ambito portuale, ma anche altre attività marine come lo sviluppo costiero, la ricerca scientifica e la protezione dell'ambiente marino. Conoscenza e capacità di comprensione: Lo studente deve dimostrare di conoscere e saper comprendere principi, metodi e strumenti dell’Idraulica e dell’Idrografia necessari per risolvere problemi teorici e pratici inerenti l’analisi dei sistemi idrici e il loro rilievo, rappresentazione e modellazione. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Lo studente deve dimostrare di saper utilizzare i concetti teorici e pratici acquisiti per procedere all’impiego degli stessi per l’analisi dei sistemi idrici ed il rilievo e la rappresentazione dei fondali marini. Autonomia di giudizio: Lo studente deve essere in grado di valutare in maniera autonoma situazioni anche diverse da quelle standard presentate dal docente durante il corso e di adottare le migliori metodologie risolutive. Abilità comunicative: Lo studente deve avere la capacità di sviluppare e presentare temi relativi all’Idraulica ed all’Idrografia utilizzando correttamente il linguaggio tecnico-scientifico. Capacità di apprendimento: Lo studente deve essere in grado di aggiornarsi continuamente, tramite la consultazione di testi e pubblicazioni (anche in lingua inglese), allo scopo di acquisire la capacità di approfondire gli argomenti del settore dell’Idraulica e dell’Idrografia.

Learning Goals

The Hydraulics and Hydrography course provides the theoretical and practical concepts of fluid mechanics. Particular attention will be paid to the analysis, control and management of the natural water environment and the physical characteristics of seas, coastal areas and waterways in order to understand their dynamics and evolutionary trends. Further objective of the course is to deepen the classic and advanced methodologies of hydrographic survey, oceanic-meteorological modelling with the aim of supporting navigation safety, with particular emphasis on harbours, plus other marine activities such as coastal development, scientific research and marine environment protection. Knowledge and understanding: Students should demonstrate their knowledge and understanding of the basics, methods and tools of Hydraulics and Hydrography which are needed to solve theoretical and practical problems related to the analysis of water systems and their representation and modelling. Ability to apply knowledge and understanding: Students should demonstrate their ability to use the acquired theoretical and practical concepts to be applied for the analysis of water systems, the survey and representation of the seabed. Autonomy of judgment: Students should be able to evaluate situations different from the standard ones presented by the teacher during the course and to adopt the best solution methods. Communication skills: Students should have the ability to develop and present topics related to hydraulics and hydrography using the technical-scientific language correctly. Learning skills: Students should be able to be continuously updated, through the consultation of texts and publications (also in English), in order to acquire the ability to deepen topics of the Hydraulics and Hydrography field.

Metodi didattici

Al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, il corso è articolato in 24 ore di didattica frontale e 24 ore di seminari ed esercitazioni in aula con lo scopo di stimolare l’approccio ai problemi con autonomia e senso critico. Tutte le attività sono svolte con supporto di slide delle lezioni.

Teaching Methods

In order to achieve the expected objectives, the course is divided into 24 hours of frontal teaching and 24 hours of seminars and classroom exercises with the aim of stimulating the approach to problem solving with autonomy and a critical thinking. All activities are carried out with the support of lecture slides.

Prerequisiti

Per frequentare utilmente il corso è fondamentale avere i prerequisiti fisico-matematici di base, che sono applicati nell’ambito sia delle lezioni teoriche che delle applicazioni pratiche.

Prerequisites

In order to usefully attend the course is essential to have the basic physical-mathematical prerequisites, which are applied continuously during both lectures and practical applications.

Verifiche dell'apprendimento

L’esame prevede la redazione di relazioni relative alle esercitazioni svolte in aula ed una prova orale cui è possibile accedere solo dopo la correzione delle esercitazioni. Gli studenti a tempo parziale potranno fare riferimento al materiale fornito durante le lezioni che permetterà di svolgere in autonomia le suddette esercitazioni. L’esame ha esito positivo se lo studente dimostra di aver acquisito il linguaggio tecnico, appreso le conoscenze e le competenze necessarie per applicare utilmente i concetti fondamentali discussi durante il corso.

Assessment

In order to pass the exam, it is necessary to write the reports regarding the tutorials developed during the classes and to undergo an oral discussion, after receiving the corrected reports. Part-time students can refer to the guided notes provided during the lessons which allow them to carry out the exercises independently. The exam is positively evaluated if the student ascertains to have acquired the technical language, the knowledge and skills needed in order to usefully apply the fundamental concepts discussed during the course.

Programma del Corso

INTRODUZIONE AL CORSO. I FLUIDI E LE LORO PROPRIETÀ: Definizione di fluido. I fluidi come sistemi continui. Sforzi nei sistemi continui. Proprietà meccaniche dei fluidi e unità di misura. Densità e peso specifico. Comprimibilità. Viscosità. STATICA DEI FLUIDI: Equazione indefinita della statica dei fluidi. Equazione globale dell’equilibrio statico. Statica dei fluidi pesanti incomprimibili. Misura della pressione. Spinte su superfici piane e curve. CINEMATICA DEI FLUIDI: Approccio lagrangiano ed euleriano. Velocità e accelerazione. Elementi caratteristici del campo di moto. Moto permanente, moto uniforme. Regimi di moto. Equazione di continuità. DINAMICA DEI FLUIDI IDEALI E REALI: Equazioni fondamentali dell’idrodinamica. Equazione indefinita del movimento. Le equazioni di Navier-Stokes. IL TEOREMA DI BERNOULLI: Il teorema di Bernoulli. Interpretazione geometrica ed energetica. Applicazioni: processi di efflusso, venturimetro, tubo di Pitot. Estensione ai fluidi reali. Potenza di una corrente in una sezione. Estensione del teorema di Bernoulli ad una corrente. Scambio di energia fra una corrente e una macchina. ONDE DI MARE ONDE MONOCROMATICHE: Formulazione del problema. Soluzione per onde di piccola ampiezza. Relazione di dispersione. Approssimazioni per acque profonde e acque basse. Traiettorie delle particelle. Campo di pressione. Cenni sui fenomeni legati alla propagazione del moto ondoso (rifrazione, diffrazione e shoaling). SISTEMI DI MONITORAGGIO E PREVISIONE DEL MOTO ONDOSO: Misura del moto ondoso. Rete Ondametrica Nazionale. Metodologie di previsione del moto ondoso. EROSIONE COSTIERA E INTERVENTI DI DIFESA. Evoluzione della linea di costa. Budget dei sedimenti. Trasporto litoraneo. Apporti fluviali. Tipologie di intervento. Opere di difesa longitudinali distaccate dalla linea di riva di tipo emergente. Barriere soffolte. Opere di difesa trasversali. Ripascimento. CENNI SULLA PORTUALITÀ: Classificazione dei porti. Opere di difesa. Layout portuali. Sicurezza del trasporto marittimo. IDROGRAFIA. Strumenti e metodi di rilievo. Cenni sui Sistemi Informativi Geografici. Descrizione e applicazione pratica del software QGIS, free ed open-source. MODELLAZIONE FISICA E NUMERICA: Analisi dimensionale teorema di Buckingham. Similitudine. Modelli fisici. Metodi numerici.

Course Syllabus

INTRODUCTION TO THE COURSE. FLUIDS AND THEIR PROPERTIES: Definition of fluid. Fluid as a continuum medium. Stresses in continuum media. Mechanical properties of fluids and their measurement units. Density and specific weight. Compressibility. Surface tension. Viscosity. STATIC OF FLUIDS: Equilibrium equation for fluid statics in differential and integral form. Statics of heavy incompressible fluids. Pressure measurement. Hydrostatic forces on submerged surfaces. FLUID KINEMATICS: Lagrangian and eulerian approaches. Velocity and acceleration. Characteristic elements of flow field. Steady and uniform flow. Flow regimes. Continuity equation. DYNAMICS OF IDEAL AND REAL FLUIDS: Fundamental equations of hydrodynamics. Indefinite equation of motion. The Navier-Stokes equations. BERNOULLI EQUATION: Geometric and energetic interpretation. Applications: outflow processes, Pitot tube, venturimeter. Extension to viscous fluids. Current power in a section. Extension of Bernoulli equation to a current. Energy exchange between a current and a machine. SEA WAVES: Monochromatic waves. Formulation of the problem. Solution for small amplitude waves. Dispersion relation. Shallow and deep-water approximations. Trajectories. Pressure field. Energy and its propagation. Phenomena related to wave motion propagation (refraction, diffraction and shoaling). WAVE MONITORING AND FORECASTING SYSTEM: Measurement of wave motion. National Wave Network. Wave forecasting techniques. SEDIMENT TRANSPORT: Transformation of the coastline. Onshore-offshore transport. Fluvial supply. Coastal Protection works. Coastal erosion and protection works. Types of coastal protection works. Longitudinal and detached emerged breakwaters. Submerged reefs. Transversal works. HARBOUR: Harbor classification. Protection works. Port Layouts. Safety of maritime transport HYDROGRAPHY. Survey tools and methods. Notes on Geographic Information Systems. Description and practical application of QGIS software, free and open source. PHYSICAL AND NUMERICAL MODELING: Buckingham's theorem dimensional analysis. Similarity. Physical models. Numerical methods.