Corso di laurea Magistrale in Ingegneria per l`Ambiente e il Territorio

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Corso di laurea Magistrale in Ingegneria per
l’Ambiente e il Territorio
Corso di Gestione dei sistemi idraulici
Progettazione di una rete di drenaggio urbano a servizio
del centro abitato del Comune di Cisternino (BR)
RELAZIONE TECNICA – DESCRITTIVA
Docente del corso
Prof. Ing. Orazio Giustolisi
Prof. Ing. Daniele Laucelli
Studenti:
Lomartire Matteo
Rodio Antonio
INTRODUZIONE
Il progetto prevede la realizzazione di una rete di drenaggio urbano a servizio del centro abitato
del comune di Cisternino (BR); il comune ha una estensione di circa 54 Km2 con una quota media
sul livello medio mare di 394 m.
2
Data la morfologia del territorio e quindi le relative pendenze, la rete di drenaggio complessiva è
stata suddivida in tre sottoreti che noi chiameremo RETE 1, RETE 2 e RETE 3.
Le principali fasi progettuali seguite nella realizzazione finale della rete di drenaggio sono le
seguenti:
1. Scelta del tempo di ritorno, T, ossia l’intervallo di tempo all’interno del quale si
verifica almeno una volta l’evento più gravoso (nel nostro caso l’intensità di pioggia)
2. Elaborazione dei dati di pioggia (costruzione della
curva di possibilità
pluviometrica)
3. Analisi dei bacini interessati dagli eventi meteorici
4. Scelta e analisi dei tracciati
5. Scelta dei materiali e delle sezioni
6. Predimensionamento dei tronchi tramite il metodo della corrivazione
7. Verifica dei tronchi e quindi dei modelli di piena tramite l’utilizzo del software
SWMM 5.0
8. Realizzazione di tavole grafiche
CURVA DI PROBABILITA’ PLUVIOMETRICA
Inquadramento del problema
Per dimensionare un sistema di drenaggio delle acque meteoriche, è necessario stimare la quantità
di pioggia che il sistema deve smaltire in occasione delle precipitazioni di maggiore intensità. Dato
il carattere aleatorio degli eventi di pioggia, la descrizione del regime delle piogge intense si deve
fondare su un’analisi statistica delle osservazioni pluviometriche. In particolare, per ricercare la
durata critica e quindi l’intensità critica della pioggia, è necessario conoscere la legge secondo la
quale varia, al variare della durata, l’altezza di precipitazione caratterizzata da un certo grado di
rarità. Questa relazione, detta curva di probabilità pluviometrica, si rappresenta usualmente con
l’espressione monomia:
h =a tn
nella quale h è l’altezza di pioggia (mm), t è la durata (ore) e a e n sono parametri che variano
a seconda della località indagata.
Per caratterizzare il grado di rarità dei valori h forniti dalla si fa ricorso al concetto di tempo di
ritorno T. Si definisce tempo di ritorno del valore h la lunghezza dell’intervallo di tempo T (anni)
per la quale il valore di h è mediamente superato una volta.
La relazione monomia fornisce i valori h dell’altezza di pioggia, relativi alle diverse durate, che
hanno uno stesso valore del tempo di ritorno. Per rappresentare la pluviometria di una data
località si adopera un fascio di curve, ciascuna caratterizzata da un particolare valore del tempo di
ritorno.
Determinazione C.P.P.
Essa ha come punto di partenza l’elaborazione dei dati pluviometrici forniti dalla stazione
pluviometrica di Locorotondo. È compito del Servizio Idrografico Italiano, attraverso una rete di
stazioni di misura distribuite sul territorio nazionale, rilevare ed elaborare i dati relativi alle
precipitazioni, ai livelli idrometrici nelle aste fluviali e freatimetrici negli acquiferi sotterranei, alle
3
temperature, ecc.. I dati così ottenuti vengono pubblicati in bollettini ufficiali chiamati “annali
idrologici”.
REGIONE PUGLIA
SETTORE PROTEZIONE CIVILE
Ufficio Idrografico e Mareografico
Stazione: LOCOROTONDO
4
lat. 40°45'15,8''
long. 17°20'20,4''
Tabella piogge intense valore Max
AN N I
34
1964
1965
1966
1967
1968
1969
1970
1971
1973
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1996
1997
1998
1999
2000
1 OR A
mm
31,2
20,0
43,6
23,2
38,8
40,0
23,4
21,0
27,8
18,0
23,6
18,8
59,4
27,8
33,4
16,0
12,0
39,2
34,0
20,6
21,6
17,6
37,8
16,2
32,8
22,0
33,8
20,2
37,8
15,4
da ta
01/11/1964
24/09/1965
04/11/1966
12/06/1967
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30/08/1999
01/05/2000
3 OR E
mm
48,8
34,6
57,8
23,2
64,2
62,0
30,6
40,4
46,4
73,4
25,2
36,8
19,4
60,4
30,0
33,4
30,0
22,2
65,2
65,6
36,4
27,4
19,6
40,2
24,0
33,2
34,0
41,0
20,6
42,6
29,2
da ta
01/11/1964
10/02/1965
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25/09/1998
30/08/1999
10/02/2000
6 OR E
mm
72,8
57,6
69,2
23,6
96,2
80,0
54,0
69,0
48,6
80,0
30,2
51,2
26,8
60,4
30,0
39,0
55,0
40,6
82,0
67,0
37,4
28,8
19,8
42,0
31,8
29,8
33,6
60,8
58,4
27,2
42,6
39,4
da ta
01/11/1964
10/02/1965
04/11/1966
13/12/1967
25/08/1968
30/11/1969
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22/06/1981
28/11/1982
03/12/1983
17/02/1984
30/10/1985
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31/12/1992
01/01/1993
06/11/1994
29/01/1996
13/11/1997
22/12/1998
30/08/1999
10/02/2000
12 OR E
mm
125,2
70,8
77,8
27,0
110,8
93,6
83,2
95,6
61,2
40,8
96,8
38,4
56,4
37,0
71,4
30,0
50,4
83,0
50,2
83,8
67,0
39,0
34,0
19,8
47,0
42,2
41,2
44,2
37,0
84,2
59,6
42,8
54,2
59,0
da ta
01/11/1964
10/02/1965
04/11/1966
17/02/1967
25/08/1968
30/11/1969
17/10/1970
03/01/1971
01/09/1973
08/11/1975
05/06/1976
23/01/1977
20/10/1978
04/11/1979
15/03/1980
22/06/1981
28/11/1982
02/12/1983
17/02/1984
30/10/1985
01/02/1986
21/10/1987
22/10/1988
27/09/1989
15/11/1990
16/09/1991
31/12/1992
02/12/1993
14/02/1994
29/01/1996
13/11/1997
22/11/1998
16/06/1999
10/02/2000
24 OR E
mm
148,0
74,8
79,0
32,8
110,8
110,6
123,6
99,8
76,4
48,4
109,8
64,4
56,8
70,0
81,4
33,0
70,4
101,4
52,2
83,8
67,0
48,6
38,6
21,0
66,6
67,6
52,4
58,4
43,0
96,6
60,0
70,6
57,8
79,0
da ta
31/10/1964
10/02/1965
04/11/1966
12/12/1967
25/08/1968
11/09/1969
17/10/1970
03/01/1971
01/09/1973
11/12/1975
05/06/1976
23/01/1977
20/10/1978
03/11/1979
15/03/1980
21/02/1981
28/11/1982
02/12/1983
17/02/1984
30/10/1985
01/02/1986
21/11/1987
21/10/1988
29/04/1989
15/11/1990
15/09/1991
31/12/1992
01/12/1993
14/02/1994
29/01/1996
13/11/1997
22/11/1998
16/06/1999
10/02/2000
Affinché le deduzioni siano attendibili è necessario che il periodo di osservazione
sia
sufficientemente esteso nel tempo, solitamente esso non deve essere inferiore ai 30 anni: nel nostro
caso N=34. L’ elaborazione consiste nella ricerca della relazione esistente tra l’altezza h delle
precipitazioni e la loro durata t, per un assegnato valore del tempo di ritorno T, periodo nel quale
un dato evento possa in media essere eguagliato o superato. Le curve che ne derivano sono dette
CURVE DI POSSIBILITA’ PLUVIOMETRICA O CLIMATICA.
Il tempo di ritorno è funzione dell’entità dell’opera che si vuole realizzare:
TIPO DI OPERA
Ponti e difese fluviali
Difese dei torrenti
Dighe
Fognature urbane
Tombini e ponticelli per piccoli corsi d’acqua
Sottopassi stradali
Cunette o fossi di guardia per strade importanti
PERIODO DI RITORNO (anni)
100 ÷ 150
20 ÷ 100
500 ÷ 1000
5 ÷ 10
30 ÷ 50
50 ÷ 100
10 ÷ 20
Per la nostra opera di drenaggio urbano (fognatura urbana) abbiamo utilizzato un tempo di ritorno
pari a 10 anni.
La statistica idrologica tratta le grandezze idrologiche come variabili casuali, ossia variabili che
assumono valori in accordo ad una certa distribuzione di probabilità. Il metodo statisticoprobabilistico da noi ipotizzato è quello di GUMBEL, noto anche come DISTRIBUZIONE
ASINTOTICA DEL MASSIMO VALORE , caratterizzato dalla funzione di probabilità cumulata:
P(h)=e-e^-y
in cui y è la variabile ridotta
y= α(h-u)
con
h= generico massimo annuale delle altezze di pioggia di durata 1, 3, 6, 12, 24 ore;
α e u= parametri della distribuzione di Gumbel, che sono stati stimati con il metodo dei momenti.
Il metodo dei momenti attribuisce a ciascun momento della popolazione il valore del
corrispondente momento del campione estratto da quella popolazione. È sufficiente conoscere la
media m e la deviazione standard s per la stima dei due parametri:
5
α=
1.283
s
u = m − 0.577s
Si ricorda che:
N
∑x
mx =
i
i =1
N
6
N
∑ (x
DEV. ST.=
i
− mx )2
i =1
N −1
I valori così ottenuti sono stati riportati nella seguente tabella:
1 ORA
N
m
VAR
DEV.ST
α
β
30
27,6
113,5837
10,65756
0,120384
22,77076
3 ORE
6 ORE
31
39,3
245,0660645
15,65458605
0,081956814
32,23930724
32
49,5
400,1052
20,00263
0,064142
40,52382
12 ORE
34
60,4
655,9130481
25,61079944
0,050096054
48,90455202
24 ORE
34
72,2
783,4557
27,99028
0,045837
59,59849
Determinati i parametri α e u mediante il metodo dei momenti, relativi alle durate di pioggia di
1, 3, 6, 12, 24 ore e fissato un certo tempo di ritorno, ci siamo calcolati la probabilità di non
superamento dell’altezza h, associata a quel tempo di ritorno. La formula utilizzata è la seguente:
P ( h) =
TR − 1
TR
Dalla formula inversa dell’equazione analitica della distribuzione di Gumbel, abbiamo ottenuto il
valore della variabile ridotta y
Y=-ln(-ln(P))
ed infine si è giunti alla determinazione delle altezze di pioggia h
h=(y/α)+ u
I valori così ottenuti sono mostrati in tabella:
VALORI DELLE ALTEZZE DI PIOGGIA
Tempo di ritorno
1
10 anni
hm ax=
20 anni
hm ax=
30 anni
hm ax=
50 anni
hm ax=
100 anni
hm ax=
3
41,46401
47,44344
50,88326
55,1832
60,98307
6
12
24
59,69727 75,6082 93,8256 108,6931
68,48029 86,83069 108,1946 124,3971
73,53294 93,28671 116,4607 133,4312
79,849 101,357 126,7937 144,7243
88,36825 112,2425 140,7311 159,9566
Si è giunti infine, alla determinazione della curva di possibilità pluviometrica (C.P.P.) per un tempo
di ritorno pari a 10 anni:
C.P.P.
120
y = 42,33x0,3089
R² = 0,9941
100
80
60
Tr=10 anni
40
20
0
0
5
10
15
20
25
30
Una volta individuata la curva di possibilità climatica è necessario verificare l’adattabilità dei dati
alla distribuzione probabilistica di Gumbel. La verifica viene fatta utilizzando dei test statistici: noi
utilizzeremo il Test di Pearson che prevede la suddivisione del campione in k intervalli a cui è
associata la medesima probabilità. Per la suddivisione si segue generalmente il criterio empirico di
delimitare le classi in modo da avere:
Npi ≥ 5
in cui N = numero delle osservazioni
7
pi = 1/k = probabilità che un’ osservazione qualsiasi ricada nell’ i-esimo intervallo. In pratica il
numero degli intervalli k è uguale al più grande numero che non supera N/5.
Il test considera la grandezza statistica:
( N i − Np) 2
χ =∑
Np
i =1
k
8
2
in cui Ni= numero delle osservazioni che ricadono nello stesso intervallo.
La grandezza deve essere confrontata con il valore χ
2
tabulato in funzione dei gradi di libertà
n= k-m-1
dove m= numero di parametri della distribuzione scelta ( per Gumbel m=2)
n
2
χ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
3.84
5.99
7.81
9.49
11.1
12.6
14.1
15.5
16.9
18.3
Affinché il test di Pearson sia verificato deve essere rispettata la condizione
χ
2
< χ
2
Nel nostro caso il valore k=7 è quello che meglio si addice a tale condizione, mentre n= 6-2-1=3.
Dalla tabella χ
2
= 7.81. La verifica dell’adattabilità dei dati a Gumbel che deve essere ripetuta
per tutte le durate di precipitazione.
CALCOLO IDRAULICO DELLE CONDOTTE A PELO LIBERO
Il dimensionamento delle canalizzazioni di una rete di drenaggio richiede il calcolo della portata
massima (o portata al colmo) che, con prefissata probabilità, ogni tronco della rete deve far defluire
senza inconvenienti. Le procedure tradizionali per il calcolo della portata massima pluviale
ipotizzano una precipitazione uniforme nello spazio e di intensità costante nel tempo (di durata
pari almeno tempo di corrivazione) desunta dalla curva di probabilità pluviometrica (ietogramma
di progetto costante) espressa nella forma che lega l’altezza di precipitazione h (in mm) cumulata
in uno scroscio avente tempo di ritorno T (in anni) alla durata dell’evento t (in ore).
ietogramma di progetto
mm
45
42,33
42,33
42,33
42,33
42,33
42,33
40
35
30
25
ietogramma di progetto
20
15
10
5
0
10
20
30
40
50
60
Metodo cinematico o metodo della corrivazione
Il metodo cinematico lineare, che altro non è che il tradizionale metodo della corrivazione, si basa
sulla considerazione che:
Gocce di pioggia cadute contemporaneamente in punti diversi del bacino impiegano tempi
diversi per arrivare alla sezione di chiusura di questo;
Il contributo di ogni singolo punto del bacino alla portata di piena è direttamente
proporzionale alla intensità di pioggia caduta nel punto in un istante precedente quello del
passaggio della piena del tempo necessario perché detto contributo raggiunga la sezione di
chiusura;
Questo tempo è caratteristico di ogni singolo punto e invariante nel tempo.
Ne consegue che:
Esiste un tempo di corrivazione tc caratteristico del bacino che rappresenta il tempo
necessario perché che la goccia caduta nel punto più “lontano” del bacino raggiunga la
sezione di chiusura;
9
La portata massima al colmo si ottiene normalmente per piogge di durata pari al tempo di
corrivazione; la portata al colmo della piena critica sarà pertanto data da:
Qc = i S φ / 360
essendo:
10
Qc = la portata al colmo di piena (m3/s);
φ = il valore del coefficiente di afflusso medio del bacino;
i = l’intensità media della pioggia di durata pari al tempo di corrivazione tc (mm/h);
S = la superficie del bacino (ha)
Nel nostro caso, trattandosi di tetti impermeabili e strade asfaltate si è scelto un valore pari a 0,8.
Per una fognatura urbana il tempo di corrivazione può essere determinato facendo riferimento al
percorso idraulico più lungo della rete fognaria fino alla sezione di chiusura considerata. In
particolare, dopo aver individuato la rete fognaria sottesa dalla sezione di chiusura aver delimitato
i sottobacini contribuenti ad ogni ramo (vedi tavola grafica), per determinare il tempo di
corrivazione si deve far riferimento alla somma:
tc= ta+tr
ove ta è il tempo di accesso alla rete relativo al sottobacino drenato del condotto fognario posto
all’estremità di monte del percorso idraulico più lungo, e tr è il tempo di rete.
Il tempo di accesso è sempre stato di incerta determinazione, variando con la pendenza dell’area, la
natura della stessa e il livello di realizzazione dei drenaggi minori, nonché dell’altezza di pioggia
precedente l’evento critico di progetto; tuttavia il valore normalmente assunto nella progettazione
è sempre stato compreso entro l’intervallo di 5 – 15 minuti; i valori più bassi per le aree di minore
estensione, più attrezzate e di maggiore pendenza e i valori più alti nei casi opposti.
Il tempo di rete è data dalla somma dei tempi di percorrenza di ogni singola canalizzazione
seguendo il percorso più lungo della rete fognaria. Pertanto il tempo di rete sarà dato
dall’espressione:
tr = L/V
con:
L = lunghezza della canalizzazione;
V = velocità del fluido.
PREDIMENSIONAMENTO CANALIZZAZIONI
Il dimensionamento di un canale di fognatura consiste nel determinare le dimensioni da assegnare
allo speco in modo tale che la portata di progetto Qc possa transitare con un tirante idrico h in
grado di assicurare un prefissato franco minimo di sicurezza. Il calcolo presuppone la preliminare
definizione della forma e della pendenza i da assegnare alla canalizzazione, nonché la scelta dei
materiali con i quali la canalizzazione verrà realizzata. Il problema è in genere risolto ipotizzando
condizioni di moto uniforme e ricorrendo alle usuali formule valide per il moto uniforme nei canali.
La massima portata al colmo di piena, procedendo lungo la rete fognaria da monte verso valle, può
essere calcolata per ogni sezione di progetto seguendo la sotto riportata procedura:
1. per ogni sezione di calcolo si determini l’area totale sottesa S e il coefficiente di deflusso
(nel nostro caso 0,8 per tutti i bacini);
2. si assegni ad ogni singolo tratto il tempo di accesso ta, in base alle caratteristiche
topografiche e di urbanizzazione dell’area parziale servita;
3. si calcoli il tempo di corrivazione tc = ta + tr della sezione di calcolo;
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4. noto il tempo di concentrazione, si determini l’intensità di pioggia media di durata pari al
tempo di corrivazione dalla relazione:
i =a tn-1
e in base a questa si calcoli la portata al colmo di piena;
5. si ipotizzi un diametro iniziale di riferimento della canalizzazione verificando, attraverso
opportune scale di deflusso, che la velocità di calcolata sia coincidente con la velocità
ipotizzata per il calcolo del tempo di rete e che lo speco si al di sotto di quello ipotizzato in
precedenza; in caso di verifica si potrà passare alla sezione successiva a valle; la scala di
deflusso utilizzata è la seguente:
Sulle ascisse ritroviamo i rapporti V/Vr e Q/Qr dove Q e V sono le velocità e la portata
dell’acqua all’interno della canalizzazione, mentre Vr e Qr sono la velocità e la portata
dell’acqua con speco h/D = 1 ( cioè quando la tubazione lavora in pressione); in particolare,
Vr viene calcolata attraverso la famosa formula di Chezy:
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V ( h ) = C  R ( h )  ⋅ R ( h ) ⋅ i
1
C  R ( h )  = K ⋅ R 6
con :
R = raggio idraulico, rapporto tra l’area e il perimetro bagnato;
c = scabrezza del canale espressa tramite la formula di Gauckler-Strickler;
i = pendenza canale.
DIAMETRI, SEZIONI E MATERIALI UTILIZZATI
La scelta progettuale è stata quella di utilizzare canali chiusi a sezione circolare realizzati in
calcestruzzo armato:
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Per il parametro di resistenza k [m1/3/s], si consigliano i seguenti valori:
- condotti in PVC, Polietilene e Vetroresina: k = 80-90;
- condotti in gres ceramico, fibrocemento, ghisa sferoidale con rivestimento interno cementizio,
cemento armato con rivestimento in resina a spessore: k = 70-80;
- condotti prefabbricati in calcestruzzo di cemento e condotti in calcestruzzo gettati in opera e
privi di intonaco lisciato: k = 60-70.
Nel nostro caso il valore di scabrezza di Gauckler – Strickler è stato assunto pari a 75;
Procedendo con i passi progettuali visti nel paragrafo precedente si sono ottenuti i seguenti
diametri:
RETE 2
ASTA ID
1-a
a-b
b-c
c-d
d-e
e-f
f-g
g-h
h-i
i-l
l-m
m-n
n-o
o-p
p-q
q-2
3-a'
a'-b'
b'-c'
c'-d'
d'-e'
e'-f'
f'-g'
g'-h'
h'-i'
i'-l'
l'-m'
m'2
2-a"
a"-b"
b"-4
ASTA ID
RETE 1
DIAMETRO (m)
0,4
0,4
0,6
0,7
0,7
0,7
0,7
0,8
0,9
0,9
1
1
1
1,1
1,1
1,1
0,5
0,6
0,7
0,8
0,8
0,9
0,9
0,9
0,9
1
1,1
1,1
1,5
1,5
1,5
10-12
11-i
i-l
l-12
12-m
m-9
8-f
f-7
6-a
a-b
b-c
c-d
d-e
e-7
7-g
g-h
h-9
RETE 3
ASTA ID
14-15
DIAMETRO (m)
0,6
DIAMETRO (m)
0,4
0,6
0,8
0,8
1,2
1,2
0,3
0,4
0,8
1
1
1
1
1,1
1,1
1,1
1,1
14
ULTERIORI PARAMETRI PROGETTUALI
Pendenza del fondo
La pendenza di fondo i da assegnare alla canalizzazione è strettamente legata alla pendenza
naturale del terreno dalla quale, in generale, non dovrà discostarsi molto al fine di evitare eccessivi
volumi e profondità di scavo.
Spesso i valori da assegnare alle pendenze sono fortemente condizionati dalle profondità minime o
massime che la fognatura, in particolari sezioni, deve avere rispetto al piano di campagna in
dipendenza di esigenze costruttive o di esercizio: così, ad esempio, la profondità minima dei
condotti di testata deve garantire l'allacciamento a gravità degli utenti e l'eventuale allacciamento
di un pozzetto di cacciata; l'estradosso del cielo fogna deve inoltre presentare un affondamento
minimo di 30 cm rispetto alla generatrice inferiore di eventuali condotte destinate al servizio
idropotabile (v. Circolare Ministero LL. PP. n° 11633/74); la profondità massima di una fognatura
bianca o mista nella sezione di recapito o nelle sezioni dove sono localizzati scaricatori di piena
deve garantire uno scarico possibilmente non rigurgitato delle portate di origine meteorica;
eventuali attraversamenti di altri servizi (ferrovie, metanodotti, ecc.) devono uniformarsi a
profondità imposte dai loro enti gestori. Questi vincoli, che possono interessare un numero anche
limitato di tronchi fognari, si ripercuotono sulle profondità di posa (e quindi sulle pendenze) anche
di altre canalizzazioni che costituiscono la rete, per via della necessità di assicurare, per quanto
possibile, confluenze a gravità.
I valori comunemente adottati per le pendenze variano da 0,002 a 0,050; di norma i valori più
alti sono attribuiti alle fogne elementari e i valori più bassi ai collettori terminali.
Massimo grado di riempimento
Fissata la pendenza i del canale, il problema del dimensionamento si riduce alla definizione
della dimensione della sezione in modo che il tirante idrico h connesso con la portata Q di
progetto, assicuri un prefissato franco minimo di sicurezza.
Nel nostro caso di condotti chiusi, il franco deve consentire una completa ed efficace aerazione
della canalizzazione ed evitare che i fenomeni ondosi, che possono innescarsi sulla superficie
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libera, occludano momentaneamente lo speco provocando fenomeni di battimento pericolosi
per la durata e la stabilità della condotta.
Il riempimento massimo deve essere inferiore a quello a cui corrisponde la massima velocità
di moto uniforme (per condotte circolari quindi hmax < 0,85 D);
Vincoli sulla velocità
La velocità della corrente nelle canalizzazioni fognarie deve essere tale da evitare sia la formazione
di depositi persistenti di materiali sedimentabili che l'abrasione delle superfici interne.
La Circolare del Ministero dei LL.PP n° 11633 del 7/1/1974 (contenente istruzioni per la
progettazione delle fognature) indica che per le acque nere la velocità relativa alle portate medie
non deve essere di norma inferiore a 50 cm/s; la velocità relativa alle portate nere di punta non
deve di norma superare i 4 m/s , mentre per le portate pluviali la velocità massima connessa con
l’evento meteorico di progetto non deve superare i 5 m/s .
I limiti di velocità sopra indicati hanno un valore indicativo e possono essere derogati dal
progettista tenendo conto delle particolari condizioni di progetto e delle particolari prestazioni
dei materiali scelti per le canalizzazioni.
MANUFATTI ORDINARI
Affinché le normali operazioni di manutenzione e pulizia possano avvenire agevolemente è
necessario dotare la rete di manufatti di ispezione ubicati in punti opportunamente previsti nella
fase progettuale.(vedi tavola grafica).
La funzione di ispezione viene peraltro espletata anche da altri manufatti non specifici, quali
pozzetti di confluenza, di salto e così via. In ogni caso è buona norma posizionare manufatti di
ispezione in presenza di curve, di cambiamenti di sezione, di confluenze e di scaricatori.
La distanza fra due successivi manufatti lungo tratti rettilinei è correlata alle modalità di
esecuzione delle operazioni di pulizia e manutenzione, ai mezzi di dotazione degli operai e alle
dimensioni del condotto da servire.
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In relazione all’esperienza fino a oggi acquisita sulle reti esistenti, e allo stato attuale delle
attrezzature di pulizia, le distanze consigliate sono le seguenti:
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SOFTWARE EPA SWMM 5.0
Il modello utilizzato per l’esercitazione è SWMM, fa parte di una serie di modelli detti
“fisicamente basati”, i quali cercano di aderire il più possibile alla realtà fisica. La simulazione dei
fenomeni è realizzata tenendo conto della reale distribuzione spaziale dei fenomeni meteorologici e
di tutte le caratteristiche fisiche del bacino.
La fase di inserimento dei valori di input che il modello richiede per la simulazione è stata
preceduta da una fase di accurato studio topografico del territorio, sul quale ricade il bacino di
nostra competenza.
Il passo successivo è stato l’individuazione di sottobacini scolanti, ognuno dei quali risulterà
tributario a ciascun canale.
Individuato il reticolo idrografico sulla cartografia, è stato importato quest’ultimo all’interno di
SWMM ed è stato ricreato il reticolo, individuando una serie di nodi, tronchi di canali, sezioni di
sbocco e sottobacini scolanti. Per ognuno di questi, ne sono state definite le caratteristiche, che di
seguito sono elencate.
PROPRIETA’ DEI NODI
Per ogni nodo è stato inserito il valore relativo alla sua quota rispetto al p.c. (dal fondo del relativo
pozzetto), andando a specificare l’eventuale presenza di un efflusso puntuale esterno e l’utilizzo di
trattamenti puntuali mirati all’abbattimento degli inquinanti, presenza che in questa esercitazione
è stata ritenuta trascurabile.
PROPRIETA’ DEI CANALI
Per ciascun canale sono stati individuati:
•
Nodo d’ingresso
•
Nodo d’uscita
•
Forma
•
Lunghezza
•
Scabrezza secondo Manning del materiale da utilizzare per la realizzazione del canale;
materiale che nel nostro caso abbiamo scelto sia il calcestruzzo.
PROPRIETA’ DEI SOTTOBACINI
Per ogni sottobacino sono stati individuati:
•
Centro di scroscio
•
Sbocco, inteso come nodo ad esso collegato
•
Area, misurata sulla cartografia
•
Lunghezza media di ruscellamento; in prima approssimazione si considera il rapporto
tra area del bacino e il percorso più lungo in piano di ruscellamento
•
Pendenza
•
Percentuale di terreno impermeabile
•
Parametri relativi alla scabrezza del terreno permeabile ed impermeabile (valori che
abbiamo preso dalle tabelle presenti nel manuale di SWMM)
•
Profondità media delle depressioni nelle aree impermeabili ed in quelle permeabili (
valori anch’essi messi a disposizione dal manuale di SWMM)
•
Percentuale di aree impermeabili che non ha depressioni
•
Meccanismo di afflusso verso il sottobacino
•
Percentuale di acqua trasportata quando c’è scambio tra aree impermeabili e permeabili.
18
•
Parametri relativi al modello di infiltrazione di Horton:
o Massimo tasso di infiltrazione
o Minimo tasso di infiltrazione
o Costante di tempo
o Tempo dopo il quale un terreno completamente saturo diventa secco
o Massimo volume possibile di infiltrazione
PROPRIETA’ DEL CENTRO DI SCROSCIO
Per definirlo, abbiamo inserito i valori dell’intensità di pioggia ricavati dallo ietogramma
istogramma ad intensità costante per un tempo di ritorno di 10 anni, fissando inoltre un intervallo
di campionamento della pioggia pari a 10 minuti.
Terminata questa fase relativa all’inserimento dei dati idrologici, si è proceduto alla simulazione la
cui durata abbiamo posto pari a 1 ora.
RECAPITO DELLE ACQUE DI PIOGGIA
Il D.Lgs 152/06 all’art. 113 demanda le competenze sulle acque meteoriche e di dilavamento a
livello regionale prevedendo, in determinati casi, l’obbligo di autorizzazione per gli scarichi di
acque meteoriche, la separazione e lo specifico trattamento delle acque di prima pioggia derivanti
da superfici potenzialmente contaminate. Nel caso specifico, per il recapito della portata che
defluisce attraverso la sezione di chiusura del bacino imbrifero si è prevista l’installazione di idonei
sistemi di raccolta e depurazione delle acque di prima pioggia in caso di scarico in acque
superficiali o sul suolo. In particolare, data l’estensione molto piccola del bacino relativo alla
RETE 3 , l’acque meteoriche raccolte, una volta depurate delle acque di prima pioggia verranno
smaltite tramite un processo di subirrigazione con l’utilizzo di trincee drenanti;
Il calcolo della lunghezza della trincea drenante è stato effettuato con metodi comuni in letteratura.
Il dimensionamento deriva dalla formula:
(Qp - Qf) t= W
dove:
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Qp: portata influente di acque meteoriche Nel nostro caso 998 l/s (0,998 m3/s)
Qf : portata infiltrata da determinare in base alla permeabilità del suolo
t : intervallo di tempo dell’evento meteorico a portata massima
W : variazione del volume invasato nel mezzo filtrante nel tempo t
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L’intervallo di tempo t da considerare può essere per tempi di ritorno T=2-10 anni:
t : 10 min-1ora suoli molto permeabili e superfici piccole
t : qualche ora-1giorno suoli con permeabilità modesta
Nel caso in questione si considera il tempo t = 1 ora
Per quanto riguarda la portata infiltrata si determina dalla formula:
Qf = K J A
dove:
Qf : portata d’infiltrazione [m3/s]
K : permeabilità [m/s]
J : cadente piezometrica [m/m]
A : superficie netta d’infiltrazione [m2]
J=1 se il tirante idrico sulla superficie filtrante è molto minore dell’altezza dello strato filtrante e la
superficie piezometrica della falda è convenientemente al di sotto del fondo disperdente come nel
caso in oggetto.
La permeabilità K è stata assunta 10-4 m/s
La superficie di infiltrazione per la trincea drenante può essere determinata dalla formula:
A = L B + 2 (L + B) H
dove:
L= lunghezza della trincea drenante (da determinare)
B= larghezza della trincea (fissata a 0,9 m)
H=altezza dello strato drenante (fissato a 1 m)
Infine:
W=LBHn
dove:
n : è la porosità del materiale di riempimento assunta nel caso in questione pari a 0,5.
Esplicitando L da tutte le formule (usando il foglio di calcolo) si ottiene una lunghezza delle
trincee drenanti complessiva pari a 195 m, utilizzando tre trincee drenanti affiancate.
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