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1

Costruzioni idraulicheOpere idrauliche delle dighe I

COSTRUZIONI IDRAULICHE


Prof. Luigi ButeraPolitecnico di Torino


Opere idrauliche Opere idrauliche

Prof. L. ButeraPolitecnico di Torino

Prof. L. ButeraPolitecnico di Torino

pdelle dighe

pdelle dighe


Politecnico di TorinoPolitecnico di Torino

2


O CO COPERE IDRAULICHE ACCESSORIE ALLE

DIGHE I parte

OPERE IDRAULICHE ACCESSORIE ALLE

DIGHE I parte


I parteI parte


Bibliografia consigliataBibliografia consigliata

E. ScimemiE. Scimemi

Compendio di IdraulicaCompendio di IdraulicaCompendio di IdraulicaCompendio di Idraulica


CEDAM, Padova, 1955CEDAM, Padova, 1955

3



M. ViparelliM. Viparelli

Correnti rapideCorrenti rapideCorrenti rapideCorrenti rapide


L’energia elettrica, N°7, 1958L’energia elettrica, N°7, 1958



D. Citrini et aliiD. Citrini et alii

Scritti di Giulio De MarchiScritti di Giulio De MarchiScritti di Giulio De MarchiScritti di Giulio De Marchi


Milano, 1965Milano, 1965

4


Bibliografia consigliataBibliografia consigliataG. N. Thorsky, P.J. Tilp, G. N. Thorsky, P.J. Tilp, G. N. Thorsky, P.J. Tilp,

P.C. HaggmanG. N. Thorsky, P.J. Tilp,

P.C. Haggman

Slug flow in steep chutesSlug flow in steep chutesSlug flow in steep chutesSlug flow in steep chutes

United States Department of United States Department of


United States Department of Interior Bureau of Reclamation. Denver, Colorado, 1967

United States Department of Interior Bureau of Reclamation. Denver, Colorado, 1967



A. GhettiA. Ghetti

IdraulicaIdraulicaIdraulicaIdraulica


Cortina, Padova, 1981Cortina, Padova, 1981

5



E. Marchi, A. RubattaE. Marchi, A. Rubatta

Meccanica dei fluidi: principi Meccanica dei fluidi: principi e applicazioni idraulichee applicazioni idrauliche

Meccanica dei fluidi: principi Meccanica dei fluidi: principi e applicazioni idraulichee applicazioni idrauliche


UTET, Torino, 1981UTET, Torino, 1981



D.L. Vischer, W.H. HagerD.L. Vischer, W.H. Hager

Dam HydraulicsDam HydraulicsDam HydraulicsDam Hydraulics


John Wiley and Sons, 1999John Wiley and Sons, 1999

6



J. Speerli, W.H. HagerJ. Speerli, W.H. Hager

AirAir--water flow water flow in bottom outletsin bottom outlets

AirAir--water flow water flow in bottom outletsin bottom outlets

Canadian Journal of Civil Canadian Journal of Civil


Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 27, pp. 454-462, 2000

Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 27, pp. 454-462, 2000



I. AydinI. Aydin

Air demand behind high Air demand behind high head gates during head gates during emergency closureemergency closure

Air demand behind high Air demand behind high head gates during head gates during emergency closureemergency closure


Journal of Hydraulic Research, Vol. 40, pp. 83-93, 2002Journal of Hydraulic Research, Vol. 40, pp. 83-93, 2002

7


Argomenti del moduloArgomenti del modulo

Scarichi di superficieScarichi di superficieScarichi di superficieScarichi di superficie

Canali collettori e fugatoriCanali collettori e fugatoriCanali collettori e fugatoriCanali collettori e fugatori


Scarichi di superficie soggetti Scarichi di superficie soggetti a saturazionea saturazioneScarichi di superficie soggetti Scarichi di superficie soggetti a saturazionea saturazione


Argomenti del moduloArgomenti del modulo

Scarichi di fondoScarichi di fondoe mezzofondoe mezzofondoScarichi di fondoScarichi di fondoe mezzofondoe mezzofondo

Opere di dissipazioneOpere di dissipazioneOpere di dissipazioneOpere di dissipazione


Opere di dissipazioneOpere di dissipazioneOpere di dissipazioneOpere di dissipazione

8


Argomenti della lezioneArgomenti della lezione

ààààGeneralitàGeneralitàGeneralitàGeneralità

Profilo tracimante fissoProfilo tracimante fissoProfilo tracimante fissoProfilo tracimante fisso

S i d ll t t S i d ll t t S i d ll t t S i d ll t t


Scarico della portata Scarico della portata di pienadi pienaScarico della portata Scarico della portata di pienadi piena


Argomenti della lezioneArgomenti della lezione

Profilo tracimante fissoProfilo tracimante fissocon paratoiecon paratoieProfilo tracimante fissoProfilo tracimante fissocon paratoiecon paratoie

Dimensionamento del Dimensionamento del Dimensionamento del Dimensionamento del


Dimensionamento del Dimensionamento del canale di grondacanale di grondaDimensionamento del Dimensionamento del canale di grondacanale di gronda

9


GeneralitàGeneralità



Scarichi di superficieScarichi di superficie

Gli organi accessori peril funzionamento dei serbatoi sono organi

tutt’altro che “accessori”

Gli organi accessori peril funzionamento dei serbatoi sono organi

tutt’altro che “accessori”


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Scarico di superficie, Place MoulinScarico di superficie, Place Moulin


Cosa dice il regolamento dighe?

Cosa dice il regolamento dighe?

D.P.R. 1 novembre 1959: Art. 3 D.P.R. 1 novembre 1959: Art. 3

Massima piena e organi di scaricoMassima piena e organi di scarico


11


L l i id li d à L l i id li d à La relazione idraulica dovrà giustificare il valore assuntoper la portata della massima

piena prevedibile, ai finidel dimensionamento degli

organi di scarico …

La relazione idraulica dovrà giustificare il valore assuntoper la portata della massima

piena prevedibile, ai finidel dimensionamento degli

organi di scarico …


organi di scarico …organi di scarico …


h l h l … avuto presente che lo smaltimento delle piene dovrà

essere affidato in misuraprevalente agli scarichi di superficie i quali saranno

preferibilmente disposti fuori

… avuto presente che lo smaltimento delle piene dovrà

essere affidato in misuraprevalente agli scarichi di superficie i quali saranno

preferibilmente disposti fuori


preferibilmente disposti fuoridel corpo dello sbarramentopreferibilmente disposti fuoridel corpo dello sbarramento

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Massima pienaMassima piena

Oggi si ragiona su tempiOggi si ragiona su tempi

PrevalentementePrevalentemente

2/3 scarico di superficie2/3 scarico di superficie2/3 scarico di superficie2/3 scarico di superficie

Oggi si ragiona su tempidi ritorno di 1000 anni

Oggi si ragiona su tempidi ritorno di 1000 anni


/ p/ p/ p/ p

1/3 scarico in pressione1/3 scarico in pressione1/3 scarico in pressione1/3 scarico in pressione


… ma per le dighe in materiale sciolto

… ma per le dighe in materiale sciolto

D.M. LL.PP. 24 marzo 1982D.M. LL.PP. 24 marzo 1982

La portata massima da scaricare per il più gravoso

evento di piena previsto deve

La portata massima da scaricare per il più gravoso

evento di piena previsto deve


evento di piena previsto deve essere evacuabile unicamentecon gli scarichi di superficie

evento di piena previsto deve essere evacuabile unicamentecon gli scarichi di superficie

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Profilo tracimanteProfilo tracimante

FissoFisso


Fisso + paratoieFisso + paratoie


Profilo tracimante fissoProfilo tracimante fisso


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Deriva dallo Stramazzo BazinDeriva dallo Stramazzo Bazin

Lato di valleLato di valle

HB HB HH


BH88.0H ⋅≅


Da cuiDa cui Profilo CreagerProfilo Creager

HB HB HH


BH88.0H ⋅≅

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Il profilo tracimante Creager“sposa” il profilo inferiore

provocato dalla portataQP che tracima da uno

stramazzo Bazin

Il profilo tracimante Creager“sposa” il profilo inferiore

provocato dalla portataQP che tracima da uno

stramazzo Bazin



Pressioni sul profilo tracimante

Pressioni sul profilo tracimante PS QQ <profilo tracimante profilo tracimante

Depressioni sul Depressioni sul

SeSe


Depressioni sul profilo tracimante

Depressioni sul profilo tracimante PS QQ >

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È opportuna una leggera pressione sul profilo tracimante


85.1x5.0y ⋅=

Ne segueNe segue


Profilo inferiore della vena tracimante del Bazin

Profilo inferiore della vena tracimante del Bazin




8.1x47.0y ⋅=

Ne segueNe segue


Sagoma del Creagerin calcestruzzo

Sagoma del Creagerin calcestruzzo

17


DoveDove8.1x47.0y ⋅=xx

HY

y =

Xyy


HX

x =85.1x5.0y ⋅=


Lato di monteLato di monte

La sagoma dello sfioratore lato monte, è meno

impegnativa dal punto di vista idrodinamico

La sagoma dello sfioratore lato monte, è meno

impegnativa dal punto di vista idrodinamico


18


XXHH

°=α 45

XX

4.0rHR

==

Si accettaSi accetta

RR αα


YY75.0c

HC

==CC


Scarico dellaportata di piena

Scarico dellaportata di piena


19


QQ11

tt


1 - Portata di pienain arrivo al serbatoio1 - Portata di piena

in arrivo al serbatoio


22

QQ11

22

tt


2 - Portata laminata2 - Portata laminata

20


22

QQ11

3322

tt


3 - Volume invasato3 - Volume invasato


gH2HL)48.047.0(Qlam ⋅⋅÷=

Cautelativamente conviene dimensionare lo sfioratore con la portata di piena in arrivo, salvo grandissimi

Cautelativamente conviene dimensionare lo sfioratore con la portata di piena in arrivo, salvo grandissimi


arrivo, salvo grandissimi volumi di laminazione

arrivo, salvo grandissimi volumi di laminazione

21


Profilo tracimante fisso con paratoieProfilo tracimante fisso con paratoie



Se è necessario ridurreL o H lo sfioratoresi presenta così

schematicamente

Se è necessario ridurreL o H lo sfioratoresi presenta così

schematicamente


22




Ubicazione delle paratoieUbicazione delle paratoie

A valle del canale collettore delle portate di scarico fissoA valle del canale collettore delle portate di scarico fisso

All’incile del canale All’incile del canale


All incile del canale adduttore al canale fugatore

All incile del canale adduttore al canale fugatore

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Profilo tracimante fissoProfilo tracimante fisso


Profilo tracimanteProfilo tracimante


Profilo tracimanteProfilo tracimantecon paratoiecon paratoie

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Incile canale adduttoreIncile canale adduttore

Inizio canale adduttoreInizio canale adduttore


Inizio canale adduttoreInizio canale adduttore


Dimensionamento del canale di gronda

Dimensionamento del canale di gronda


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HHAndamento debolmente irregolare

Andamento debolmente irregolaregg


Pelo libero nelle sezioni trasversali del canale di gronda

Pelo libero nelle sezioni trasversali del canale di gronda


HH


Il pelo libero viene assunto parallelo al fondo sezione per sezione

Il pelo libero viene assunto parallelo al fondo sezione per sezione

26


Livello nel serbatoioLivello nel serbatoio

Pelo libero da monte verso valle nel canale di grondaPelo libero da monte verso valle nel canale di gronda

Livello nel serbatoioLivello nel serbatoio


Ciglio sfioranteCiglio sfiorante Pelo liberoPelo libero


QQ QQ QQ

Inizio canale a Q=costInizio canale a Q=cost

ymym

yy

Q1Q1 Q2Q2 QtotQtot


Q linearmente crescenteQ linearmente crescente

27


Ipotesi semplificativeIpotesi semplificative

Sezione rettangolaredel canale di grondaSezione rettangolaredel canale di gronda

Moto permanenteMoto permanente


p(piena costante)

p(piena costante)


Ipotesi semplificativeIpotesi semplificative

Azioni tangenziali lungoil moto compensate dalla

componente peso delliquido lungo il moto

Azioni tangenziali lungoil moto compensate dalla

componente peso delliquido lungo il moto


28


Si applica l’equazione globalein condizioni dinamiche

Si applica l’equazione globalein condizioni dinamiche

0MMITFP 21C =−++++

d i i l i id i i l i i


Tra due sezioni e la si proietta nella direzione del moto

Tra due sezioni e la si proietta nella direzione del moto


11 22

M1M1 M2M2

PP22

F1F1 F2F2

TT


0MFMF 2211 =−−+

29


Da cuiDa cui

2211 MFMF +=+

In ogni sezione la spinta totalei ti t t

In ogni sezione la spinta totalei ti t t


si mantiene costantesi mantiene costante


NotaNota

Nel risalto idraulico la portata che attraversa le due sezioni interessate

al risalto è la stessa

Nel risalto idraulico la portata che attraversa le due sezioni interessate

al risalto è la stessa


30


NotaNota

Qui la portata cresce con legge nota e assegnata procedendo da monte

verso valle

Qui la portata cresce con legge nota e assegnata procedendo da monte

verso valle



11 22EsempioEsempio

ymymycyc


32

2tot

c LgQ

y⋅

=

31


Sezione 1: inizio canale di grondaSezione 1: inizio canale di gronda

Sezione 2: termine canale di grondaSezione 2: termine canale di gronda

Nella sezione 1 è M1=0 perchéin essa inizia la portata nel

canale di gronda

Nella sezione 1 è M1=0 perchéin essa inizia la portata nel

canale di gronda


221 MFF +=


1

Si ricavaSi ricava

=⋅⋅γ⋅ Ly21 2

m

ccc2c ygygLyLy

21

⋅⋅⋅⋅⋅⋅ρ+⋅⋅γ⋅=

LL


32


1

Si ricavaSi ricava

=⋅⋅γ⋅ Ly21 2

m

ccc2c ygygLyLy

21

⋅⋅⋅⋅⋅⋅ρ+⋅⋅γ⋅=


QtotQtot ucuc


1

Si ricavaSi ricava

=⋅⋅γ⋅ Ly21 2

m

ccc2c ygygLyLy

21

⋅⋅⋅⋅⋅⋅ρ+⋅⋅γ⋅=


Da cuiDa cui cm y3y ⋅=

33





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