Willi H. Hager

Henry Bazin: Hydraulician

The recognition of Henry Bazin (1829–1917) as being one of the outstanding experimenters in hydraulics of the 19th century was founded by his 1865 report Recherches Hydrauliques . This paper presents the main findings of that historically important work including the fundamental results on uniform flow, open channel velocity distributions, gradually varied free surface profiles and waves. The latter are of particular interest because the solitary wave, previously observed by the Englishman Russell, was reexamined as well as wave breaking and surge formation due to a sudden blockage of flow. Other topics addressed are the story about the Darcy and Bazin uniform flow formula, and the reason why others that used the Bazin data sets produce formulas that are still in use. Engravings from the original 1865 report and photos from a recent visit to the canal site illustrate this note on a historically outstanding contribution to open channel hydraulics.

Opere di attraversamento e condotte limitatrici di portata

Si illustra il comportamento idraulico di tre particolari manufatti, per i quali possono presentarsi sia condizioni di deflusso a superficie libera che in pressione. I tombini sono opere idrauliche tipicamente utilizzate per la realizzazione di intersezioni tra canali ed infrastrutture di trasporto realizzate in rilevato; vengono illustrate le diverse condizioni di funzionamento idraulico che si possono incontrare nella pratica. Vengono quindi descritti i principali criteri di progetto, unitamente ad un confronto tra i risultati della procedura di calcolo e le prove su modello fisico. Le condotte limitatrici servono a contenere il deflusso di una portata entro un valore prefissato. Tali dispositivi sono caratterizzati da funzionamento in pressione, secondo due distinte condizioni di deflusso che vengono analizzate. Le procedure di dimensionamento idraulico sono illustrate con l’ausilio di esempi numerici. I sifoni rovesci possono essere installati secondo diverse configurazioni, per cui non e possibile definire un criterio generale di progetto.

Sistemi di pompaggio e dispositivi di controllo

Sebbene le pompe e le stazioni di pompaggio appartengano ad un settore altamente tecnologico, verranno trattati alcuni argomenti essenziali per le stazioni di sollevamento fognarie, comprendendo anche importanti nozioni relative alle coclee (o viti di Archimede). Saranno altresi descritte le principali caratteristiche di alcuni dispositivi limitatori di portata, illustrando anche i requisiti richiesti dalla ATV. Sara infine fatto riferimento ai sistemi di controllo automatico della portata e del livello idrico nei sistemi fognari.

Il progetto del sistema fognario

Nell’ambito della attivita di progettazione di un sistema di drenaggio urbano, il dimensionamento idraulico dei manufatti rappresenta una fase cruciale di estrema importanza. Di norma, la progettazione viene effettuata sulla base di due particolari valori della portata di progetto: la portata minima e la portata massima. Il valore della portata minima condiziona alcune tra le piu importanti scelte progettuali, quale ad esempio la definizione della pendenza dei collettori, in quanto da essa dipendono i processi di sedimentazione che possono verificarsi in fognatura. Di contro, la portata massima di progetto risulta determinante nella individuazione delle dimensioni da assegnare alle canalizzazioni fognarie. Ovviamente, le principali difficolta progettuali scaturiscono dal fatto che, a meno di casi particolari, la portata massima e quella minima differiscono di almeno due ordini di grandezza. Nella parte conclusiva, viene discussa la geometria della sezione ottimale da adottare nei canali fognari.

Pozzetti di ispezione

Nei punti del sistema fognario in cui interviene la variazione di anche un solo parametro idraulico o geometrico e opportuno prevedere la realizzazione di un apposito manufatto. Peraltro, anche in assenza di qualsivoglia variazione, e comunque buona norma prevedere la realizzazione di un manufatto di accesso; infatti, la normativa italiana vigente e le Direttive Comunitarie raccomandano che ogni canalizzazione sia opportunamente corredata da un sufficiente numero di pozzetti di ispezione, ubicati a distanze tali da agevolare le attivita di manutenzione ordinaria. I pozzetti di linea o di ispezione rappresentano quindi manufatti ordinari, che verranno descritti, mentre altre tipologie di pozzetti speciali verranno illustrate nei capitoli successivi.

Risalto idraulico e bacini di dissipazione

La transizione da corrente veloce a corrente lenta induce la insorgenza di un risalto idraulico; tale fenomeno viene qui illustrato a partire dai concetti fondamentali e dalla applicazione del principio di conservazione della quantita di moto. In particolare, oltre al classico caso riferito alla sezione rettangolare, vengono illustrati anche i casi in cui il risalto idraulico ha luogo in sezioni di geometria ricorrente nelle applicazioni progettuali: sezione circolare, sezione ovoidale e sezione a ferro di cavallo. Nella seconda parte sono inoltre illustrati alcuni manufatti, il cui utilizzo puo essere opportuno quando si rende necessario indurre significative perdite di energia alla corrente idrica. La parte finale del capitolo e dedicata alla descrizione dei principali bacini di dissipazione standardizzati e di alcuni manufatti particolari che possono indurre considerevoli dissipazioni di energia.

Misuratori mobili di portata

La gestione di un sistema fognario puo richiedere che si debba procedere alla misura estemporanea della portata defluente in un collettore, anche accontentandosi di una stima approssimata del suo valore. Sono illustrati alcuni dispositivi mobili, di notevole utilita per la misura in campo della portata defluente in canali a sezione rettangolare, trapezia e circolare. Particolare attenzione e riservata alla definizione della scala di deflusso, del limite di sommergenza oltre che delle migliori condizioni di impiego per i vari dispositivi che, se correttamente installati, garantiscono una accuratezza della misura pari a ±5%. Infine, viene illustrato il funzionamento di un particolare venturimetro mobile (piatto Venturi), il cui utilizzo e raccomandato per la misura di portata in canali di notevoli dimensioni, con larghezza fino a 3 m. L’impiego di stramazzi come dispositivi mobili di misura non e raccomandato, a causa della elevata precisione richiesta in fase di installazione dalla quale dipende la accuratezza della misura.

Manufatti di salto

In via generale e possibile considerare due tipi di manufatti di salto: i pozzetti di salto e i pozzi a vortice. Verranno descritte entrambe le tipologie, delineandone gli ambiti di applicazione, i principi di funzionamento idraulico, nonche i fondamentali criteri di progettazione, anche alla luce di recenti risultati ottenuti da ricercatori italiani che hanno ottenuto diffusione internazionale.

Dissipazioni di energia nelle correnti idriche

In una corrente idrica, le perdite di energia (o di carico) possono essere distinte in due tipologie fondamentali: perdite distribuite e perdite localizzate. Le prime sono essenzialmente originate dalle resistenze al moto indotte dagli attriti in corrispondenza della parete del canale e dalla viscosita del fluido; le seconde dipendono principalmente da particolari singolarita che possono caratterizzare la geometria del canale o della tubazione. Nel seguito, entrambe le tipologie verranno descritte in dettaglio con specifico riferimento ai moti in pressione.

Sbocco libero da canali e condotte

In corrispondenza della sezione terminale di un collettore, ovvero nel caso in cui si presenti un salto, e possibile effettuare una misura della portata defluente, disponendo cosi di un mezzo alternativo a quello dei dispositivi illustrati nel capitolo precedente. Verranno passate in rassegna le caratteristiche di funzionamento idraulico dello sbocco di una corrente da canali a sezione rettangolare e circolare, soffermandosi anche sulla corrispondente scala di deflusso e sulla sua attendibilita ai fini della misura della portata. Vengono, inoltre, illustrate le caratteristiche geometriche delle vene effluenti da canali con sbocco libero in atmosfera, analizzandone le differenze rispetto al caso in cui la vena viene guidata attraverso pareti laterali. Il capitolo si completa con alcune considerazioni sull’effetto della scabrezza e sulle condizioni di funzionamento in cui l’efflusso da un canale avviene in pressione piuttosto che a superficie libera.