Introduzione Idraulica



L'Idraulica è la Scienza che si occupa dei problemi relativi all’equilibrio e al moto dell’acqua e, in generale, dei liquidi; può considerarsi anche come la parte della fluidodinamica che si occupa dei fluidi incompressibili, i quali, con buona approssimazione, sono appunto l’acqua e gli altri liquidi ordinari.


L'idrostatica

Studia i liquidi non in movimento, detti anche in stato di quiete. Studia i problemi connessi all’ equilibrio dei liquidi, e al galleggiamento dei corpi.


L’idrodinamica 

Studia i movimenti artificiali e naturali dei liquidi, detti anche in stato di moto in particolare, mentre l’idrodinamica studia i problemi del moto di correnti in pressione a pelo libero, i problemi di efflusso (➔ foronomia; liquido).


Idraulica teorica 

Si occupa in particolare della meccanica dei sistemi continui.


Idraulica applicata 

Si occupa di tutti le cause-effetto generate da sistemi meccanici relativi alle macchine come le pompe, turbine e compressori, alle costruzioni di bacini idrici e dighe e alle opere di canalizzazioni, bonifiche idrauliche. 


Idrometria

Ha il compito di studiare e calcolare le misure e le grandezze di portata idrica e di livello dei liquidi.

 
 

L'acqua

Se pensiamo quanto l'acqua sia fondamentale non solo per il nostro corpo che necessita di rifornimento quotidiano, ma quanto essa sia fondamentale per tutto ciò che ci circonda. Senza l'acqua non si potrebbe fare praticamente nulla, le città non potrebbero esistere in quanto non si potrebbero amalgamare e creare gli impasti di costruzione e la natura, di per sè, non genererebbe nessuna forma vitale.

Fatto questo assunto piuttosto ovvio, è importante ricordare che l'acqua ha da sempre consentito all'uomo di sviluppare le civiltà, di farle progredire, di essere un canale di comunicazione tra i popoli con la navigazione dei propri fiumi. Proprio a ridosso dei grandi fiumi nascono le prime civiltà e i primi commerci e si sviluppano le colture degli ortaggi che diventano sostentamento e consentono di produrre ricchezza ai mercati dei porti.

Ma dove l'acqua non arriva bisogna portarcela!

Ecco allora che per l'irrigazione dei campi distanti dalle fonti d'acqua e dalle sorgenti, occorre creare invasi e canali artificiali che consentano di raggiungere non solo le pianure ma anche gli altopiani.

 

4000 a.C., Egitto

Per deviare il corso del Nilo ed edificare la città di Menfi fu bonificata con l'impiego di migliaia di operai, una vasta area immersa da grandi paludi fu costruito un grande bacino per contenere l'acqua che consentisse  un utilizzo per tutta la città grazie alla successiva costruzione di quella che è considerata  una delle prime dighe della storia. Purtroppo, a causa di continue inondazioni e dei materiali utilizzati per per i bacini di contenimento, composti per l maggior parte di impasti misti di argille cotte e sassi, ben presto la diga cedette alle forze della natura.


Questi sono i motivi per cui, fin dalla più remota antichità, tutte le società organizzate hanno sentito la necessità di imbrigliare l’acqua dei fiumi, deviandone il corso e/o creando invasi per alimentare acquedotti e canali di irrigazione. E questo è sempre stato fatto con le dighe. Dighe che costruirono gli antichi Egiziani, i Babilonesi, i Persiani, gli Indiani, i Sabei nello Yemen, i Nabatei nel deserto del Negev, i Greci, i Romani, i Bizantini, gli Arabi, i Mongoli e le civiltà che seguirono. Piccole dighe costruirono perfino gli indiani Anasazi dell’America del Nord più di mille anni fa e gli aborigeni dell’Australia. Alcune dighe costruite in tempi remotissimi sono arrivate fino a noi. In molti casi se ne possono osservare i resti; in qualche caso quelle dighe sono addirittura ancora oggi in servizio.

La storia delle dighe è interessante sotto vari aspetti. Può essere interessante per gli storici, perché l’ingegneria delle opere idrauliche è parte fondamentale della storia delle civiltà. Può essere interessante per i tecnici, perché anche nel campo delle dighe, come per tutte le esperienze umane, nel corso dei secoli la storia ha impartito durissime ma preziose lezioni, promuovendo alcune scelte e bocciandone senza appello delle altre; e queste lezioni devono essere conosciute per non ripetere gli errori del passato. Può essere interessante, infine, per tutti coloro cui è demandata la tutela e la conservazione del patrimonio ambientale e monumentale. Contrariamente a quanto si osserva in altri Paesi (Spagna in primis, ma anche Stati Uniti, Gran Bretagna, Germania, Francia) in Italia la storia delle dighe è poco conosciuta e studiata. Rarissime sono le pubblicazioni in lingua italiana sull’argomento, e scarsissimo interesse viene attribuito alla conservazione delle dighe storiche esistenti sul territorio nazionale.

 

1390 - 590 a.C., Babilonia

La civiltà babilonese designa uno stato e un'area culturale accadica-semitica venutasi a costituire in Mesopotamia tra il III e il II millennio a.C. Lo stato babilonese, governato da Amorrei, nacque nel 1894 a.C., contenendo al suo interno la città, al tempo minore, di Babilonia. I domini della città si estesero di molto durante il regno di Hammurabi nella prima metà del diciottesimo secolo avanti Cristo, rendendola una grande capitale. Durante e dopo il regno di Hammurabi, Babilonia venne chiamata Mât Akkadî ovvero il paese di Akkad in lingua accadica.


I giardini pensili 

Di Babilonia furono una delle sette meraviglie del mondo antico. Situati nell'antica città di Babilonia (letteralmente, "Porta del dio"), vicino alla odierna Baghdad (Iraq), furono costruiti intorno al 590 a.C. dal re Nabucodonosor II, anche se la tradizione attribuisce la loro costruzione alla regina assira Semiramide.

La leggenda vuole che la regina - raffigurata nel celebre quadro di Degas, Semiramide alla costruzione di Babilonia, e le cui gesta sono state descritte in numerose opere liriche - trovasse nei giardini rose fresche ogni giorno, pur nel clima arido che caratterizzava la città.

Nella cultura tradizionale della Mesopotamia il significato della parola giardino somiglia a quello di paradiso. L'irrigazione delle colture viene effettuata attraverso un "marchingegno di estrazione dell'acqua"  e trasportata ai pianti superiori: si tratterebbe della vite di Archimede di Siracusa al quale, erroneamente, è attribuita l'invenzione.  

Giardini pensili di Babilonia

 

1000 a.C., Regno di Saba

Mārib era una città governariato fiorente facente parte dell'attuale Stato dello Yemen, ed è stata per un lungo periodo la capitale del regno di Saba e si trova a circa 170 chilometri a Est della capitale dello Yemen, San'a. Vi fu costruita una grande diga, presente in parte ancora oggi, quale esempio di grande progetto di contenimento delle acque.

Colpita la Grande Diga di Marib, meraviglia ingegneristica dell'antichità 

foto: national geographic

 

300 a.C., Impero romano

L'ingegneria idraulica romana è stata l'artefice di grandi progetti per la raccolta e la distribuzione della rete idrica che si è diffusa in tutto l'impero.

Gli ingegneri romani hanno messo in pratica le loro conoscenze dell'ingegneria Etrusca e Greca, apportando significativi miglioramenti in termini di progettazione e di assemblaggio, creando strutture idriche che, solo per la città di Roma, avrebbe dovuto fornire acqua a più di un milione di persone per le proprie quotidiane necessità cosi come garantire ai commercianti e ai luoghi di lavoro, l'acqua necessari per la conciatura delle pelli e della forgiatura dei materiali. 

Il loro sistema di manutenzione era considerato il vero fiore all'occhiello di tutto il sistema idrico che prevedeva controlli capillari seguendo le "bocche di ispezione", dei veri e propri tunnel che erano posizionati a distanze regolari secondo la lunghezza degli impianti idrici sia sommersi che di superficie che consentivano a persola preparto di rimuovere i detriti composti da sabbia  e sassi che ostacolavano il flusso delle acque.  

1419, Rinascimento

Mariano di Jacopo, detto "Il Taccola", ingegnere senese, scrittore e scultore italiano pubblica i trattati di tecnologia De ingeneis e De machinis che spiegano il funzionamento di macchinari in uso nel periodo nell'ambito dell'ingegneria meccanica e idraulica, nonchè alcune macchine da lui inventate per la guerra. Il trattato riscuote un tiepido interesse malgrado la precisione dei dettagli e le spiegazioni siano tecnicamente ineccepibili.

Alcune tavole idrauliche di Mariano di Jacopo detto "il Taccola"

 

1421, giugno - Firenze 

Il governo della città di Firenze registra il primo brevetto industriale della storia dell'ingegneria di Filippo Brunelleschi concedendogli il "privilegium" di utilizzare la sua nuova invenzione proprio a Firenze.

Si tratterebbe di un nuovo modello di imbarcazione, chiamato il badalone, una specie di "chiatta" da trasporto dotata di congegni meccanici per agevolare il carico dei materiali per la navigazione dell’Arno durante tutto l'anno. Di questo progetto non esistono disegni o prove documentali a riguardo. 

 
 

Gli studi di Leonardo


Leonardo ha sempre avuto un particolare interesse per il moto delle acque e lo testimonia il fatto dei suoi innumerevoli studi e fin da ragazzo, ipotizzava grandi progetti proprio nelle aree che ben conosceva. Come ad esempio le pendici e la valle del Montalbano, da Artimino a Monsummano, e in particolare i rilievi nei pressi dell’Abbazia di San Giusto e dello Spedale di Sant’Alluccio, da dove poteva osservare la valle dell'arno che si muoveva da Firenze a Fucecchio.

Si ipotizza che questo interesse sia derivato dalla sua infanzia trascorsa tra Vinci e il Montalbano, dove ha avuto modo di visitare i boschi, le paludi e i piccoli percorsi d'acqua che passavano, e passano ancora, proprio vicino alla sua casa Natale si applica con continuità ed originalità allo studio delle acque: molti disegni ed osservazioni sull’argomento si trovano sparsi nei vari codici e l’idea di sistemare questa lunga esperienza in un trattato, percorre la sua mente a più riprese anche se poi il progetto si arresta appena agli inizi. 


Come fece per tutti i fenomeni naturali, Leonardo studiò la vera natura dell’acqua:


 «…Questa non ha mai requie insino che si congiunge al suo marittimo elemento dove, non essendo molestata dai venti, si stabilisce e riposa con la sua superfizie equidistante al centro del mondo. l’acqua che da alto cade nell’altra acqua, rinchiude dentro a sé certa quantità d’aria, la quale mediante il colpo si sommerge con essa e con veloce moto resurge in alto, pervenendo a la lasciata superfizie vestita di sottile umidità in corpo sperico».



Si può affermare che Leonardo iniziò davvero i suoi studi sull'acqua e sulla sua capacità, proprio nell'infanzia, cercando di trovare una relazione tra le acque dolci dei fiumi e  quelle salate del mare a taòl punto che descrisse uno scenario di diluvio universale:

 

«Della stoltizia e semplicità di quelli che vogliono che tali animali fussin in tal lochi distanti dai mari portati dal diluvio. Come altra setta d’ignoranti affermano la natura o i celi averli in tali lochi creati per infrussi celesti […] e se tu dirai che li nichi [ le conchiglie ] che per li confini d’Italia, lontano da li mari, in tanta altezza si vegghino alli nostri tempi, sia stato per causa del diluvio che lì li lasciò, io ti rispondo che credendo che tal diluvio superassi il più alto monte di 7 cubiti – come scrisse chi ‘l misurò! – tali nichi, che sempre stanno vicini a’ liti del mare, doveano stare sopra tali montagne, e non sì poco sopra la radice de’ monti».


 

I progetti di idraulica

Si applicò ideando e progettando in termini funzionali diversi sistemi sia di contenimento degli argini e messa in sicurezza, sia strumenti di galleggiamento e di spinta idrica che consentissero all'uomo maggiori benefici e minor dispendio di forza fisica. Possiamo trovare:

  • Ponte girevole su barche: un sistema utilizzato per fiumi con acque tranquille;
  • Pompa per sentine o "tromba da galea" destinata a vuotare l'acqua dall'imbarcazione;
  • Galleggiante a scafo apribile per il trasporto di materiale da far depositare nel fondo;
  • Paratoie a ghigliottina con un sistema di chiuse per deviare il corso dei fiumi;
  • Battipalo concepito per la palificazione delle conche idrauliche; 
  • Struttura a gabbione per il consolidamento delle sponde e dei fondali dei canali;
  • Draga lagunare studiata per pulire i fondali di canali e conche lacustri;
  • Ponte girevole progettato per essere facilmente istallato e rimosso;
  • Scafandro per palombaro progettato per il lavoro in immersione; 
  • Copricapo per palombaro; 
  • Guanto palmato per migliorare il movimento in acqua;
  • Apparecchiatura per prosciugare il porto con la funzione di svuotare una porzione d'acqua del porto per poter eseguire lavori sul fondale.



Bibliografia:
Gallerie Leonardo ''Le Gallerie di Leonardo da Vinci nel Museo Nazionale della Scienza e della Tecnica'' 1963 Milano
Leonardo da Vinci ''I Manoscritti dell'Institut de France. Il Manoscritto B'' 1990 Firenze
Sutera S. ''Leonardo/le fantastiche macchine di Leonardo da Vinci al Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia di Milano /disegni e modelli'' 2001 Milano