Transport Systems Engineering - Ingegneria dei Sistemi di Trasporto

- Fondamenti di oceanografia fisica Caratteristiche morfologiche, fisiche e chimiche degli oceani, circolazione generale degli oceani. - Fondamenti di circolazione atmosferica Circolazione generale dell’atmosfera, vento geostrofico, di gradiente e di superficie, aree cicloniche ed anticicloniche, fronti, cicloni tropicali ed extratropicali, uragani, venti termici, alisei, brezze e monsoni; sorgenti di dati disponibili: misure dirette, dati di vento in previsione, serie storiche di dati di vento ricostruiti in ri-analisi dai principali centri meteorologici mondiali (ECMWF e NOAA). Analisi climatiche ed analisi di eventi estremi. - Variazioni del livello del mare Misura delle maree (stazioni mareografiche). Maree astronomiche: cause e periodicità astronomiche, analisi armonica della marea; livelli caratteristici delle maree; quote di riferimento (chart datum) per le elevazioni e le profondità; rilievi batimetrici, cartografia nautica. Maree metereologiche: massimi e minimi livelli dovuti all’interazione tra oceano ed atmosfera; sovralzo di tempesta; residuo di marea: calcolo numerico e analisi statistica dei valori estremi di livello. Variazioni a lungo termine del livello del mare: eustatismo e subsidenza. Influenza delle variazioni climatiche sul livello del mare. - Moto ondoso reale Moti oscillatori: definizioni principali e caratteristiche generali del moto ondoso; misura del moto ondoso; analisi di un segnale di livello: caratteristiche principali di una misura di moto ondoso, analisi zero-crossing, statistica delle altezze d’onda in uno stato di mare; parametri sintetici di uno stato di mare, analisi spettrale, correlazioni empiriche tra altezza d’onda e periodo; sorgenti di dati disponibili: misure dirette e indirette e dati ricostruiti. Dati di moto ondoso in previsione, serie storiche di dati di moto ondoso ricostruiti in ri-analisi dai principali centri meteorologici mondiali (ECMWF e NOAA). Principali spettri parametrici del moto ondoso. Analisi climatica e statistica degli eventi estremi. - Teorie del moto ondoso Richiami delle equazioni fondamentali; sviluppo completo della teoria lineare (teoria di Stokes al primo ordine); relazione di dispersione; equazione di Helmholtz; equazione di “mild slope”; interferenza tra onde che si propagano nella stessa direzione e in direzione opposta: celerità di gruppo, riflessione del moto ondoso, onde stazionarie e parzialmente stazionarie; transitori e condizioni stazionarie; equazione di bilancio dell’energia; teorie di Stokes di ordine superiore (impostazione teorica e principali risultati); fondamenti delle teorie delle onde lunghe: non linear shallow water wave equations, Boussinesq equations, Korteweg – deVries equation, cnoidal waves, solitary wave; interazione non lineare tra le componenti spettrali: sub armoniche e super-armoniche, bound long-waves e infragravity waves. - Generazione del moto ondoso ad opera del vento meccanismi che regolano il trasferimento di energia dal vento alle onde; equazione di bilancio dell’energia: modelli di prima generazione; modelli spettrali di ordine superiore. - Propagazione del moto ondoso su fondali variabili ed interferenza con le strutture: rifrazione, shoaling, riflessione, frangimento, diffrazione, trasmissione e tracimazione. Modellistica numerica per applicazioni ingegneristiche. - Elementi di Idrodinamica e morfodinamica costiera Idrodinamica trasversale: radiation stress, wave set-down e set-up; undertow; idrodinamica longitudinale; idrodinamica tridimensionale: correnti di rip; evoluzione a breve termine e a lungo termine dei litorali sabbiosi: profili invernali ed estivi; scale temporali e schematizzazione dei processi idrodinamici e morfodinamici. Equazione di bilancio dei sedimenti. Modelli numerici di idrodinamica e trasporto solido per le applicazioni di ingegneria. - Onde di maremoto Caratteristiche generali e modalità di generazione; tecniche di misura; sistemi di allarme in tempo reale; caratteristiche statistiche delle onde di maremoto generate da sismi nei mari italiani e in Mediterraneo, modellistica numerica per il calcolo delle aree di allagamento. - Modellistica fisica idraulica Dimensioni e unità di misura, adimensionalizzazione delle equazioni, analisi dimensionale, prodotti adimensionali notevoli, principi di similitudine, similitudini di Froude e di Reynolds. Modelli fisici a superficie libera in scala ridotta, effetti scala, modelli a fondo fisso e a fondo mobile. Principali finalità di un modello fisico a scala ridotta per la verifica delle opere marittime.

Per comprendere adeguatamente i contenuti dell’insegnamento e raggiungere gli obiettivi formativi, è importante che, all’inizio delle attività didattiche, lo studente possieda: • una conoscenza delle equazioni fondamentali del moto dei fluidi incomprimibili; • nozioni di base di fisica, analisi matematica, geometria e statistica; • competenze informatiche di base, inclusa la capacità di utilizzare software applicativi per l’elaborazione e l’analisi dei dati; • conoscenze preliminari di disegno tecnico assistito da computer (CAD). Il docente fornirà, ove necessario, i principali richiami teorici a discipline affini, utili per la comprensione degli argomenti trattati durante il corso.

Tutte le lezioni del corso e le esercitazioni sono descritte mediante diapositive e testi sviluppati appositamente dal docente che verranno fornite agli studenti durante il corso su supporto informatico (ppt, pdf, xls, ecc.).

La frequenza del corso è fortemente consigliata. Il docente è a disposizione degli studenti negli orari di ricevimento per eventuali chiarimenti e spiegazioni. Gli studenti si dovranno presentare al ricevimento dopo aver studiato, cercando di porre al docente domande chiare e circostanziate. L’appuntamento per il ricevimento degli studenti deve essere richiesto al professore via e-mail.

La valutazione della preparazione dello studente viene eseguita mediante un esame finale che consiste in una prova orale che riguarda l'intero corso erogato. La prova scritta è sostituita dal rapporto tecnico elaborato dallo studente sulle esercitazioni sviluppate durante il corso. Durante la prova orale viene valutato anche il rapporto tecnico elaborato dall'allievo che dovrà essere portato il giorno dell’esame. Lo studente dovrà essere in grado di esporre le esercitazioni sviluppate e di descrivere i risultati ottenuti. Nella valutazione dell’esame la determinazione del voto finale tiene conto dei seguenti elementi: 1. conoscenza degli argomenti trattati durante il corso; 2. conoscenze di base; 3. capacità espositive inclusa la padronanza dei termini tecnici in italiano (solo per gli studenti italiani) e in inglese; 4. qualità e conoscenza del rapporto tecnico che descrive le esercitazioni svolte durante il corso. Per superare l'esame lo studente deve conseguire un punteggio non inferiore a 18/30. Per ottenere il minimo punteggio lo studente deve conseguire una valutazione sufficiente in relazione a tutti gli elementi sopra elencati. Il punteggio massimo è pari a 30/30 e lode. Per conseguire tale punteggio lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente degli argomenti trattati durante il corso, essendo in grado di esporli e in modo logico e coerente.

I testi di riferimento sono: - Fondamenti di Oceanografia ed Idraulica Marittima per gli Ingegneri (Dispense redatte dal Prof. Paolo De Girolamo e dal Prof. Ing. Alberto Noli) (fornite agli studenti in formato pdf);

Le attività didattiche del corso sono organizzate secondo una combinazione di due modelli formativi: 1. Lezioni frontali con presentazione di esempi applicativi; 2. Esercitazioni in aula a supporto dell’apprendimento pratico. Le lezioni frontali si svolgono con l’ausilio principale di diapositive che coprono l’intero programma del corso. Le esercitazioni, invece, sono dedicate all’approfondimento di specifici argomenti teorici e seguono lo sviluppo progressivo di uno studio meteomarino. Le esercitazioni in aula prevedono l’utilizzo del computer personale e l’apprendimento della programmazione in ambiente MATLAB. Durante le lezioni saranno forniti gli obiettivi, il metodo di lavoro e i dati necessari per lo svolgimento delle esercitazioni. Gli studenti avvieranno l’elaborazione delle esercitazioni in aula e le completeranno in autonomia a casa. I risultati ottenuti e le eventuali difficoltà riscontrate saranno successivamente oggetto di discussione collettiva in aula. In occasione dell’esame finale, gli studenti dovranno presentare un documento scritto che descriva le esercitazioni progettuali sviluppate durante il corso. Il documento dovrà essere redatto in forma di un rapporto tecnico che dovrà includere: • il testo dell’esercitazione; • la descrizione del metodo seguito per affrontare il problema proposto; • i risultati ottenuti, presentati sia in forma numerica che grafica; • un’analisi critica dei risultati, in relazione agli obiettivi progettuali.