Idrostatica

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Testo

IDROSTATICA

L’idrostatica è una parte dell’idraulica che riguarda la meccanica dei fluidi.
L’idraulica studia le leggi che regolano l’equilibrio ( idrostatica) ed il movimento (idrodinamica) dei liquidi.
Proprietà dei liquidi
Principale proprietà dei liquidi è la grande mobilità delle molecole , che potendo scorrere liberamente le une rispetto alle altre , permettono al liquido di assumere la forma del recipiente nel quale si adagiano , o di adattarsi alla forma dei corpi che vi si immergono .
A questa proprietà che è comune anche ai gas , se ne aggiungono altre caratteristiche dei liquidi come quella di avere volume proprio cioè sensibilmente costante al variare della pressione e della temperatura.
Chiamando perciò con p la densità di un liquido . potremo scrivere

La densità è definita come P = costante
E ponendo
Y = peso specifico
G = accelerazione di gravità

Risulta la relazione :
y = p g
nel caso dell’acqua assumeremo

ya = 1000 Kg/m3
pressione idrostatica
è intuitivo che la pressione che viene esercitata dalla massa d’acqua su un elemento di superficie di area a , disposto orizzontalmente , sarà data dalla colonna di liquido che sovrasta l’elemento.
P = a x h x ya
Se poniamo a = 1
Si avrà :

p1 = 1 x h x ya
ya = peso specifico
h = altezza

il peso agisce dall’alto verso il basso ed è la risultante di due forze.
La somma di due o più pezzi idrostatici ci darà l’idraulica
Per calcolare la pressione dobbiamo prendere in esame l’altezza delll’oggetto immerso ( si deve calcolare anche l’eventuale altezza dell’oggetto in parte fuori dall’acqua ).
In caso di più oggetti si applica la stessa formula moltiplicata per 2.
Area x altezza x profondità oggetto( quando è completamente immerso ) , la profondità dipende dal peso specifico dell’oggetto.

IDRODINAMICA
Prendiamo in oggetto una molecola al centro della tubatura
L’idrodinamica studia il movimento dei liquidi in relazione alle forze agenti.
praticamente questi nei loro movimenti presentano una certa resistenza dovuta all’attrito : attrito interno o viscosità fra molecola e molecola ; attrito esterno fra molecola e pareti.
Per comodità di calcolo considereremo in un primo tempo i liquidi come perfetti cioè privi di attrito , arriveremo così a delle formule ideali che dopo avervi apportato delle correzioni , mediante coefficienti di riduzione , saranno applicabili ai casi pratici.
Termini dell’idrodinamica
Come un punto geometrico in movimento genera una traiettoria così una molecola liquida descrive nel suo moto lineare un filetto liquido : ( stesso percorso ) si può quindi immaginare come una successione di molecole a sezione infinitesima , ciascuna delle quali compia lo stesso percorso.
Un fascio di filetti liquidi adiacenti costituisce una vena ; più vene a contatto tra loro danno luogo ad una massa d’acqua in movimento che prende il nome di corrente
Regime di una corrente :
a seconda della variazione della pressione e della velocità dei diversi elementi che la costituiscono , abbiamo vari regimi :
a) variabile quando le pressioni e le velocità variano da punto a punto ed in uno stesso punto variano anche rispetto al tempo . si hanno esempi nei fiumi in piena e nei corsi d’acqua a carattere torrentizio
b) permanente quando le pressioni e le velocità variano da punto a punto ma si mantengono costanti rispetto al tempo . es fiumi nei periodi normali.
c) uniforme quando le pressioni e le velocità si mantengono costanti non solo rispetto al tempo ma anche in tutti i punti della massa liquida . es canali , tubazioni , ecc.

portata
per portata di una corrente si intende il volume del liquido che nell’unità di tempo attraversa una sua sezione . se si ammette che tutti i punti della sezione S di area A abbiano la stessa velocità V risulterà :
Q = A x V
Esprimendo A in m2 e V in m3 la portata risulterà in m3/sec
In pratica questo non avviene perché la velocità varia da punto a punto di una stessa sezione a causa degli attriti interni ed esterni che contrastano il moto delle molecole. Così in un fiume la velocità è massima verso il centro e minima a ridosso del letto e delle sponde
Per avere la velocità media Vm si dovrebbe decomporre la sezione in un certo numero di elementini di area a1, a2, a3,a4,ecc. di cui andrebbero misurate le velocità v1,v2,v3,v4 ecc. per cui la portata reale risulterebbe
Q = a1v1 +a2v2+a3v3………………….
La velocità media verrebbe data dalla

Q portata
Vm = ------ -------- = velocità media
A area

equazione della continuità
l’ipotesi della continuità ammette che le particelle che compongono una massa liquida in movimento , procedono in aderenza fra loro senza dar luogo a spazi vuoti.
Da questa ipotesi deriva l’equazione della continuità che ci dà la seguente relazione :

Q1 = Q2 = Q3 le portate devono essere uguali in ogni punto del tubo

PORTATA : massa di acqua che entra nella tubazione ( entrata ed uscita sono uguali ma centro è maggiore )
Ossia la portata nelle varie sezioni S1,S2,S3 di una corrente d’acqua a regime permanente è costante
Ciò equivale a dire che la quantità di acqua che attraversa in un secondo la sezione S1 deve essere uguale a quella che attraversa S2 e la sezione S3 infatti la relazione Q1 maggiore di Q2 non può esistere e nemmeno Q1 minore di Q2.

CORSI D’ACQUA NATURALI

Generalità
una parte dell’acqua che cade sotto forma di pioggia o di neve e non viene assorbita dal terreno , scorre sulla superficie di questo , si raccoglie nelle valli e forma i corsi d’acqua naturali che sboccano nel mare o nei laghi. Nel primo tratto questo corsi d’acqua hanno comportamento irregolare ( carattere torrentizio ) dovuto alla instabilità dell’alveo ed alle improvvise variazioni della massa d’acqua , man mano che poi si allontanano dalle sorgenti , il letto del fiume si viene regolarizzando e le rapide alterazioni della portata diventano meno frequenti.
Questi due diversi stadi a cui corrispondono quelle caratteristiche che differenziano i fiumi dai torrenti richiedono opere di difesa e provvedimenti diversi.
Torrente
In un torrente si possono distinguere :
a) il bacino di raccolta formato da tutte le ramificazioni che scendono a ventaglio dai monti e si uniscono poi per dare origine alla così detta asta del torrente
b) il canale di scolo nel quale le acque vengono raccolte , incassate fra le falde rocciose delle montagne ; a causa della diminuita velocità e della consistenza delle sponde , in questo tratto non si riscontrano erosioni
c) il cono di deiezione che si forma nel tratto dove il torrente sbocca nella sottostante vallata , qui l’alveo allargandosi diminuisce la propria velocità e la forza della massa d’acqua che non trascinando più la parti in sospeso le deposita nel letto.
Sistemazioni montane ed opere di difesa
a) rimboscamento
b) sistemazione dei torrenti e delle pendici montane
rimboscamento i boschi formano uno strato protettivo sul terreno trattenendo l’acqua e rallentando la sua corsa sui pendii scoscesi.
Sistemazione delle pendici montane
a) eliminazione delle pendici montane mediante colmate
b) correzione dei forti declivi mediante muretti a secco , graticci , fascinate
c) sistemazione degli alvei : le operazioni si possono suddividere in
- azioni a carattere locale ( per proteggere le sponde )
- azioni a carattere radicale ( tendenti a correggere l’intera giacitura del torrente regolandone le piene , la velocità e la forza viva della massa d’acqua attenuando così l’erosione ed il trasporto di materiali .
fra le difese di indole locale tendenti a salvaguardare le sponde citiamo le opere di sfasciamento o di salvaripa fra quelle a carattere generale citiamo le briglie o traverse.

LEGGE DEL 1930 PER I PIANI COMUNITA’ MONTANE DI SISTEMAZIONE ED OPERE DI DIFESA

COMPILAZIONE DI UN PROGETTO PER LA SISTEMAZIONE IDRAULICA FORESTALE DI BACINI MONTANI
I progetti vanno redatti secondo le norme tecniche emanate dal D.M. 20 agosto 1912
Le opere montane si dividono in due serie di lavori :
- opere idrauliche di carattere intensivo per ottenere la stabile correzione di torrenti , difendendone le sponde e modificandone il profilo
- opere di carattere estensivo cioè forestali i rimboscamenti veri e propri , con tutti i mezzi preparatori per ottenerli e che hanno lo scopo di consolidare il terreno prevenendo erosioni , frane e gli smottamenti.

Si deve tener presente che non tutti gli alvei di torrenti hanno bisogno di sistemazione e che non conviene esagerare con il rimboscamento di tutte le pendici che costituiscono il bacino anche nelle parti pianeggianti
Un progetto di sistemazione montana si basa soprattutto su una corografia generale ( studiare curve di livello del territorio stesso attraverso i due metodi conosciuti in topografia )
Si uniranno i profili per le opere di qualunque genere si presenteranno i tipi normali da adattarsi alle condizioni locali come risulteranno dall’atto pratico dell’esecuzione
Per opere d’arte singolari solamente , si presenteranno tipi speciali a forma di regolare progetto studiato sul rilievo locale , quando la configurazione del sito sia sufficientemente invariabile e salda ( come se fossero tanti punti normali )
La stima delle opere sarà basata sui prezzi locali presentando le analisi e computi metrici dei tipi normali e delle varie categorie di provvedimenti delle varie qualità di piantagioni , seminagioni , ecc. di cui nel computo metrico si daranno le quantità nel modo più approssimativo al vero che sia possibile
nel caso di progetti di massima la stima potrà essere fatta col sistema di un prezzo medio complessivo per ettaro di bacino da sistemare con stima degli imprevisti che debbono valutarsi al 12% della stima principale per lavori ed imprevisti.
Il tutto verrà illustrato e giustificato da una relazione non accademica né prolissa ma concisa ed esauriente . essa deve dare alla persona che la legge l’idea chiara delle condizioni del bacino.
Bisogna tracciare un diagramma completo dei lavori detto programma di lavoro ripartito nelle varie serie o diversi periodi , di cui l’attuazione deve avvenire successivamente ( DIAGRAMMA DI GANTT)
PROGETTO :
- RELAZIONE TECNICO-ILLUSTRATIVA
- PIANTE E PROFILI
- STIMA DELLE OPERE
- ALLEGATO

Esempio