Relazione di calcolo

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1 18, via degli Speziali, Venturina (LI) p.iva Opere per il collettamento della rete fognaria al nuovo depuratore a servizio del Comune di Pomarance PROGEO DEFINIIVO Ubicazione Committente Comuni di Pomarance S S.p.. Via del Gazometro n Livorno Progettazione Cornia Manutenzione srlu Via degli Speziali 18, Venturina (LI) Progettista e Direttore ecnico Ufficio progettazione Collaboratori Servizio progettazione S S.p.. Studio ecnico d Ingegneria Open Ing. Francesco Paolo Spatola Geol. Francesco Barbagli Dott. Ing. Emanuele addei Dott. Ing. Carlo Calastri Dott. Ing. Giacomo Gori Documento _CNM_S_POM_CL_01 Data Feb Motivo Revisione generale Revisione 01 Elaborato Relazione di calcolo

2 INDICE 1 Premessa nalisi del bacino nalisi delle piogge nalisi delle portate nere Dimensionamento condotte a gravità atto V-F atto N-F atto F-G atto G-I Dimensionamento condotte in pressione Sollevamento Sollevamento Sollevamento Sollevamento Sollevamento Sollevamento Sollevamento Sollevamento 8 Mapesi Dimensionamento degli sfioratori Sfioratore Sfioratore

3 1 Premessa Obiettivo del progetto è l adeguamento della rete fognaria del Comune di Pomarance, con la realizzazione di opere di sollevamento, di sfioro e di condotte che convoglino i reflui urbani al nuovo impianto di depurazione comunale. Nel Comune di Pomarance allo stato attuale non esiste un depuratore e gli scarichi della fognatura di tipo misto vengono sversati nei botri limitrofi al centro abitato. È quindi in fase di progettazione definitiva il nuovo impianto di depurazione che sarà posizionato nella zona PIP del comune di Pomarance, lungo la S.S Sarzanese Valdera. Considerando che allo stato attuale la fognatura scarica in otto punti, che si trovano a quote diverse fra loro e spesso anche a notevole distanza, per collettare tutti gli scarichi si è previsto dove era impossibile intercettare la fognatura con collettori a gravità, di inserire dei sollevamenti che intercetteranno le portate nere e le convoglieranno in punti della rete sufficienti a smaltire tali portate o direttamente nel nuovo collettore che arriverà al depuratore. I nuovi collettori dunque, che siano essi a gravità o in pressione, saranno dimensionati come collettori di fognatura nera sufficienti a smaltire la 3n. La portata eccedente sarà sfiorata dai collettori di troppo pieno delle stazioni di sollevamento nei tratti in pressioni o da opportuni sfioratori nei tratti a gravità. La presente relazione va ad integrare un precedente studio effettuato nel Febbraio 2005 dal servizio di progettazione di S S.p.. ed ha lo scopo di confrontare la compatibilità delle modifiche progettuali che sono state apportate al vecchio progetto con il nuovo tracciato e di verificare le possibili modifiche delle portate che interessano la rete. Il precedente studio idraulico della rete dello stato attuale e di progetto era stato realizzato a moto vario, con il modello SWMM (MRE), ma poiché non sono state riscontrate significative variazioni delle condizioni al contorno e delle portate, in questa analisi si è effettuata una modella zione dei nuovi tratti della rete a moto uniforme, partendo dai dati di input analizzati in precedenza. Non sono state implementate modifiche allo stato attuale della rete. 2 nalisi del bacino Il bacino della rete di fognatura di Pomarance ha una superficie di circa O. 8 kmq e si estende in una zona collinare compresa tra il centro storico del paese e le zone di recente urbanizzazione che si trovano più a valle. Il nuovo impianto di depurazione sarà posizionato più a valle in prossimità della zona industriale del paese lungo la S.S Sarzanese Valdera. La pendenza media del bacino è circa il 7%. 2

4 3 nalisi delle piogge Per i calcoli delle reti meteoriche è stato necessario determinare la distribuzione della massima intensità di pioggia nello spazio e nel tempo. Per semplicità assumiamo tale distribuzione uniforme nello spazio. Per ricavare le altezze massime di pioggia sono state costruite le curve di possibilità climatica (CPC) per un assegnato tempo di ritorno. ali relazioni sono stati ricavate dai dati storici pluviometrici disponibili e assumendo per questi una distribuzione asintotica di Gumbel a due parametri. Nella presente relazione si farà riferimento ai dati registrati dalla stazione pluviometrica di Larderello (Cod. 2110), la più prossima all area in esame tra le stazioni attive. In questo caso sono presi in considerazione solo i parametri della curva di possibilità pluviometrica definiti per il campo delle durate di pioggia superiori ad un ora. Le stime tecniche delle portate sono necessariamente associate al tempo di ritorno di un certo evento; il tempo di ritorno rappresenta il periodo medio espresso in anni in cui l evento viene superato una volta sola. Definendo con P la probabilità di non superamento dell evento si ha che: dove P(x) è normalmente espressa come una funzione, o distribuzione, di probabilità che associa ad un valore dell evento (portata, altezza di pioggia) la corrispondente probabilità che non sia superato. Per la verifica idraulica della rete do fognatura è stato adottato un tempo di ritorno di 10 anni. Per la stima dell altezza di pioggia attesa hm lo studio si è sviluppato in ambito probabilistico con le curve di possibilità pluviometrica, che esprimono il legame tra l altezza di pioggia caduta in un punto e la sua durata t, solitamente nella forma semplificata: h = a t n dove a ed n sono costanti calcolate per ciascun tempo di ritorno, come riportato in tabella. (anni) a n h(mm) 10 46,87 0,310 29, ,56 0,310 34, ,98 0,310 37, ,51 0,310 40, ,97 0,311 45, ,40 0,311 50,36 Considerando a questo punto un tempo di ritorno di 10 anni con il metodo di Gumbel si ottiene la seguente espressione: h=46.87 t 0,311 3

5 4 nalisi delle portate nere Le portate nere sono legate alla popolazione residente e alle attività produttive che insistono sull area. È stata considerata una dotazione idrica per abitante pari a 200 l/giorno e un coefficiente di punta giornaliero pari a 3. Di seguito una tabella con i dati relativi alle diverse zone che interessano il Comune di Pomarance utilizzati per il dimensionamento della rete. ipo Fogn. (Kmq) E att. E prog. m att. m mc/h 3m mc/h s_max (mc/sec) pioggia (mc/sec) soll. (l/sec) PUNO SOLLEVMENO1 PUNO C- SOLLEVMENO MPESI Mista 0, ,1 1,1 3,2 0,0009 0,0009 3,3 Mista 0, ,4 1,5 4,5 0,0013 0,0013 3,8 PUNO O- SOLLEVMENO2 Mista 0, ,4 0,4 1,2 0,0003 0,0003 3,13 PUNO U- SOLLEVMENO 3 Mista 0, ,3 10,2 30,7 0,0085 0, ,5 PUNO Z - SOLLEVMENO 6 PUNO - SOLLEVMENO 4 PUNO E SOLLEVMENO 7 PUNO V SFIORORE 6 PUNO M- SOLLEVMENO5 Mista 0, ,1 10,1 30,2 0,0084 0, Mista 0, ,1 1,1 3,4 0,0009 0,0009 3,78 Mista 0, ,2 1,2 3,5 0,0010 0,0010 3,04 Mista 0, ,2 13,5 40,5 0,0112 0, ,15 Mista 0, ,3 1,3 3,8 0,0011 0,0011 3,17 PUNO N Mista ,6 64,7 0,0180 0, ,67 PUNO F Mista ,1 105,2 0,0292 0, ,8214 PUNO G Mista 0, ,4 37,5 112,5 0,0313 0, ,85 4

6 5 Dimensionamento condotte a gravità Per il dimensionamento dei collettori a gravità si sono calcolate le portate di progetto per ciascun collettore ipotizzando la condizione di moto sia uniforme. Dall' analisi dei dati dei prossimi paragrafi risulta più che sufficiente per i nuovi collettori a gravità il minimo dato dalla normativa vigente per i collettori di rete nera (Circolare n del 7.O del Ministero dei LL.PP."Istruzioni per la compilazione degli elaborati dei progetti di fognatura") e cioè il diametro di 2OOmm, che riesce a far defluire a moto uniforme le portate specifiche di progetto. Il tratto finale della rete dal punto N fino al depuratore ha un diametro di 315 mm. Il materiale scelto per le condotte a gravità è il PVC. 5.1 atto V-F D 0,1882 m PVC SN8 DN200 W 50% riempimento I 0,006 m/m pendenza K 120 scabrezza max 0, mc/sec 50% 0,01684 mc/sec 100% 0,033 mc/sec 5.2 atto N-F D 0,2966 m PVC SN8 DN315 w 24% riempimento i 0,023 m/m pendenza k 120 scabrezza max 0,02767 mc/sec 24% 0,028 mc/sec 100% 0,2219 mc/sec 5.3 atto F-G D 0,2966 m PVC SN8 DN315 w 26% riempimento i 0,046 m/m pendenza minima k 120 scabrezza max 0, mc/sec 26% 0,046 mc/sec 100% 0,31 mc/sec 7, p 5

7 5.4 atto G-I D 0,2966 m PVC SN8 DN315 w 62% riempimento i 0,002 m/m pendenza minima k 120 scabrezza p 0, mc/sec 62% 0,046 mc/sec 100% 0,065 mc/sec 1, p 6

8 6 Dimensionamento condotte in pressione nche per il dimensionamento dei collettori in pressione si è fatto l'ipotesi di condizioni di moto uniforme, e dunque in queste condizioni, la cadente piezometrica J è legata alle caratteristiche del moto, della condotta e del liquido da una relazione che per condotte a sezione circolare, assume la forma: = 2 Nella quale λ è un coefficiente dimensionale d'attrito che, in generale, dipende dalla scabrezza relativa della condotta e dal numero di Reynolds. Per il calcolo delle perdite di carico continue relative a correnti idriche in pressione che si muovono in condotte circolari, sono molto usate anche le formule monomie, per le condotte in PVC e PED si utilizza la formula di Datei Marzolo che nella forma in cui è esplicitato il diametro è data dall espressione: con : b = 0,00094 a = 1,80 d = 4,80 = Si sono trascurate le perdite di carico concentrate. Per quello che riguarda la portata da sollevare coincide con quella in arrivo alla stazione di sollevamento riportata nel paragrafo 4. 7

9 6.1 Sollevamento 1 pioggia max media 0,90 l/sec 0,90 l/sec 0,30 l/sec D 79,20 mm Pead DN90 PN10 3,3 l/sec V 0,67 m/sec J 7,00 m/km Formula Hazen-Williams L 502 m Hg 36,00 m N curve 8 β 0,7 P 0,13 m H 39,6 m PUNO DI LVORO DELL POMP =3,27 l/sec H=40,7m VERIFIC Volume Utile 2,5 mc CSO 1 Portata media a 0,30 l/sec p 3,3 l/sec 2,5 mc 139 min 14 min 153 min n 0,4 CSO 2 Portata massima a 0,90 l/sec p 3,3 l/sec 3 mc 46 min 17 min 64 min n 0,9 CSO 3 Portata pioggia a 0,90 l/sec p 3,3 l/sec 3 mc 46 min 17 min 64 min n 0,9 8

10 ROPPO PIENO SS1 POR DI PIOGGI =10anni h=46,87 t 0,31 = ψh/ c c = /i ψ 0,7 centro urbano 2,2 ha 0,022 Kmq i 0,002 pendenza media bacino c 0,422 ore 25,31248 min h 35,87 mm 0,364 mc/sec COLLEORE ROPPO PIENO SS max 0,364 i 0,1 max/ i 1,15 CLS 500 ESISENE Di 500 mm 0,62 mc/sec Portata smaltibile da collettore 50% riempimento 9

11 6.2 Sollevamento 2 pioggia max media 0,33 l/sec 0,33 l/sec 0,11 l/sec D 79,20 mm Pead DN90 PN10 3,13 l/sec V 0,64 m/sec J 6,35 m/km L 183,5 m Hg 10,00 m N curve 6 β 0,7 P 0,09 m H 11,3 m PUNO DI LVORO DELL POMP =3,13 l/sec H=11,1m VERIFIC Volume Utile 2 mc CSO 1 Portata media a 0,11 l/sec p 3,13 l/sec 0,4 mc 61 min 2 min 64 min n 0,9 CSO 2 Portata massima a 0,33 l/sec p 3,13 l/sec 102 min 12 min 114 min n 0,5 CSO 3 a p Portata pioggia 0,33 l/sec 3,13 l/sec 102 min 12 min 114 min 10

12 n 0,5 ROPPO PIENO SS2 POR DI PIOGGI =10anni h=46,87 t 0,31 = ψh/ c c = /i ψ 0,7 centro urbano 0,8 ha 0,008 Kmq i 0,015 pendenza media bacino c 0,093 ore 5, min h 22,44 mm 0,376 mc/sec COLLEORE ROPPO PIENO SS max 0,376 i 0,15 max/ i 0,97 CLS DN300 ESISENE Di 300 mm p 0,4 mc/sec Portata smaltibile da collettore a sezione piena 11

13 6.3 Sollevamento 3 pioggia max media 13,86 l/sec 13,86 l/sec 9,24 l/sec RO U-N D 141,00 mm Pead DN160 PN10 15,5 l/sec V 0,99 m/sec J 7,41 m/km L 1045 m Hg 39,00 m N curve 8 β 0,7 P 0,28 m H 47,0 m PUNO DI LVORO DELL POMP =15,5l/sec H=47m VERIFIC Volume Utile 3 mc CSO 1 Portata media a 9,24 l/sec p 15,5 l/sec 3,0 mc 5 min 8 min 13 min n 4,5 CSO 2 Portata massima a 13,86 l/sec p 15,5 l/sec 3,0 mc 4 min 30 min 34 min n 1,8 CSO 3 Portata pioggia a 13,86 l/sec p 15,5 l/sec 3,0 mc 4 min 30 min 34 min n 1,8 12

14 ROPPO PIENO SS3 POR DI PIOGGI =10anni h=46,87 t 0,31 = ψh/ c c = /i ψ 0,6 centro urbano 17 ha 0,17 Kmq i 0,03 pendenza media bacino c 0,303 ore 18,16779 min h 32,36 mm 3,029 mc/sec COLLEORE ROPPO PIENO SS max 3,029 i 0,15 max/ i 7,82 CLS 1200 ESISENE Di 1200 mm p 7.85 mc/sec Portata smaltibile da collettore 50% RIEMPIMENO 13

15 6.4 Sollevamento 4 pioggia max media 0,94 l/sec 0,94 l/sec 0,31 l/sec D 79,20 mm Pead DN90 PN10 3,78 l/sec V 0,77 m/sec J 9,01 m/km L 392 m Hg 29,00 m N curve 7 β 0,7 P 0,15 m H 32,7 m PUNO DI LVORO DELL POMP =3,78 l/sec H=33,3m VERIFIC Volume Utile 2 mc Portata CSO 1 media a 0,31 l/sec p 3,78 l/sec 107 min 10 min 116 min n 0,5 CSO 2 Portata massima a 0,94 l/sec p 3,78 l/sec 36 min 12 min 47 min n 1,3 Portata CSO 3 pioggia a 0,94 l/sec p 3,78 l/sec 36 min 12 min 47 min n 1,3 14

16 ROPPO PIENO SS4 POR DI PIOGGI =10anni h=46,87 t 0,31 = ψh/ c c = /i ψ 0,4 ZONE URBNE SEMINENSIVE 2,3 ha 0,023 Kmq i 0,15 pendenza media bacino c 0,050 ore 2, min h 18,50 mm 0.95 mc/sec COLLEORE ROPPO PIENO SS max 0.95 i 0,2 max/ i 3,06 CLS 400 ESISENE Di 400 mm p 0.97 mc/sec Portata smaltibile da collettore a sezione piena 15

17 6.5 Sollevamento 5 pioggia max media 1,06 l/sec 1,06 l/sec 0,35 l/sec D 79,20 mm Pead DN90 PN10 3,17 l/sec V 0,64 m/sec J 6,50 m/km L 215 m Hg 19,00 m N curve 4 β 0,7 P 0,06 m H 20,5 m PUNO DI LVORO DELL POMP =3,17 l/sec H=20,5m VERIFIC Volume Utile 2 mc Portata CSO 1 media a 0,35 l/sec p 3,17 l/sec 95 min 12 min 107 min n 0,6 CSO 2 Portata massima a 1,06 l/sec p 3,17 l/sec 32 min 16 min 47 min n 1,3 CSO 3 a p Portata pioggia 1,06 l/sec 3,17 l/sec 32 min 16 min 47 min 16

18 n 1,3 ROPPO PIENO SS5 POR DI PIOGGI =10anni h=46,87 t 0,31 = ψh/ c c = /i ψ 0,4 ZONE URBNE SEMINENSIVE 2,5 ha 0,025 Kmq i 0,1 pendenza media bacino c 0,061 ore 3, min h 19,66 mm 0.9 mc/sec COLLEORE ROPPO PIENO SS max 0.9 i 0,6 max/ i 1,45 NUOVO PVC315 Di 296 mm p 1,127 mc/sec Portata smaltibile da collettore a sezione piena 17

19 6.6 Sollevamento 6 pioggia max media 8,39 l/sec 8,39 l/sec 2,80 l/sec D 96,80 mm Pead DN110 PN10 9 l/sec V 1,22 m/sec J 16,90 m/km L 449 m Hg 29,00 m N curve 7 β 0,7 P 0,37 m H 37 m PUNO DI LVORO DELL POMP =9 l/sec H=37m VERIFIC Volume Utile 2,5 mc CSO 1 Portata media a 2,80 l/sec p 9 l/sec 2,5 mc 15 min 7 min 22 min n 2,8 CSO 2 Portata massima a 8,39 l/sec p 9 l/sec 2,5 mc 5 min 69 min 74 min n 0,8 CSO 3 Portata pioggia a 8,39 l/sec p 9 l/sec 2,5 mc 5 min 69 min 74 min n 0,8 18

20 ROPPO PIENO SS6 POR DI PIOGGI =10anni h=46,87 t 0,31 = ψh/ c c = /i ψ 0,7 CENRO URBNO 20,6 ha 0,206 Kmq i 0,05 pendenza media bacino c 0,258 ore 15,49127 min h 30,80 mm 4,779 mc/sec COLLEORE ROPPO PIENO SS max 4,779 i 0,5 max/ i 6,76 NUOVO PVC SN8 DN630 Di 593,2 mm p 6,56 mc/sec Portata smaltibile da collettore a sezione piena 19

21 6.7 Sollevamento 7 pioggia max media 0,98 l/sec 0,98 l/sec 0,33 l/sec D 79,20 mm Pead DN90 PN10 3,04 l/sec V 0,62 m/sec J 6,02 m/km L 131 m Hg 18,00 m N curve 4 β 0,7 P 0,05 m H 18,8 m PUNO DI LVORO DELL POMP =3,04 l/sec H=18,8m VERIFIC Volume Utile 2 mc CSO 1 Portata media a 0,33 l/sec p 3,04 l/sec 102 min 12 min 115 min n 0,5 CSO 2 Portata massima a 0,98 l/sec p 3,04 l/sec 34 min 16 min 50 min n 1,2 CSO 3 Portata pioggia a 0,98 l/sec p 3,04 l/sec 34 min 16 min 50 min n 1,2 20

22 ROPPO PIENO SS7 POR DI PIOGGI =10anni h=46,87 t 0,31 = ψh/ c c = /i ψ 0,5 ZONE URBNE SEMINENSIVE 2,4 ha 0,024 Kmq i 0,02 pendenza media bacino c 0,139 ore 8, min h 25,44 mm 0,609 mc/sec COLLEORE ROPPO PIENO SS max 0,609 i 0,25 erreno pendenza circa 25% da cartografia max/ i 1,22 PVC DN315 ESISENE Di 296 mm p 0,72 mc/sec Portata smaltibile da collettore a sezione piena 21

23 6.8 Sollevamento 8 Mapesi pioggia max media 3,67 l/sec 3,67 l/sec 3,42 l/sec D 79,20 mm Pead DN90 PN10 3,8 l/sec V 0,77 m/sec ubi J 9,10 m/km α=1,2 usati L 140 m Hg 15,00 m N curve 3 β 0,7 P 0,06 m H 16,3 m PUNO DI LVORO DELL POMP =3,81 l/sec H=16,3m Hazen-Williams VERIFIC Volume Utile 2 mc CSO 1 Portata media a 3,42 l/sec p 3,8 l/sec 10 min 88 min 98 min n 0,6 CSO 2 Portata massima a 3,67 l/sec p 3,8 l/sec 9 min 250 min 259 min n 0,2 CSO 3 a p Portata pioggia 3,67 l/sec 3,8 l/sec 9 min 250 min 259 min 22

24 n 0,2 ROPPO PIENO SS8 POR DI PIOGGI =10anni h=46,87 t 0,31 = ψh/ c c = /i ψ 0,5 ZONE URBNE SEMINENSIVE 0,8 ha 0,008 Kmq i 0,07 pendenza media bacino c 0,043 ore 2, min h 17,67 mm 0,457 mc/sec COLLEORE ROPPO PIENO SS 8 max 0,457 i 0,4 max/ i 0,72 NUOVO PVC SN8 DN315 Di 296 mm p 0,92 mc/sec Portata smaltibile da collettore a sezione piena 23

25 7 Dimensionamento degli sfioratori La rete di progetto della fognatura di Pomarance prevede nove scaricatori di piena: un numero cosi elevato di tali manufatti è previsto per l'altrettanto elevato numero di scarichi presenti nello stato attuale della rete. Infatti si è ritenuto opportuno intercettare prima dello scarico solo le portate nere e quelle con grado di diluizione inferiore a 3: le portate maggiori scaricheranno nei botri cosi come accade oggi per la totalità delle portate, quelle intercettate saranno raccolte e collettate al nuovo impianto di depurazione. Obbiettivo dei manufatti è dunque quello di sfiorare nel corpi ricettori le portate con grado di diluizione superiore a cinque volte la portata nera. Gli scaricatori di piena saranno del tipo frontale e dovranno garantire in tempo secco l'arrivo dell'intera portata nera all'impianto di trattamento reflui (almeno 3 n in tempo di pioggia). Di seguito si riportano i dimensionamenti delle altezze di soglia dei vari sfioratori, svolti con la formula della foronomia della luce a battente. 7.1 Sfioratore 1 =μ 2gh =3m= μ 0, mc/sec 0,5 coefficiente di deflusso 0, mq rea tubazione che va al depuratore PVC DN200 h 0, m D 0,2 m Diametro tubazione h*=h+d/2= 0, m irante idraulico rispetto al fondo tubazione t= 0,15 dislivello di sicurezza per depositi H=h*+t 0, ltezza della soglia rispetto al fondo del pozzetto 24

26 7.2 Sfioratore 2 =μ 2gh =3m= μ 0, mc/sec 0,5 coefficiente di deflusso 0, mq rea tubazione che va al depuratore PVC DN315 h 0, m D 0,315 m Diametro tubazione h*=h+d/2= 0, m irante idraulico rispetto al fondo tubazione t= 0,15 dislivello di sicurezza per depositi H=h*+t 0, ltezza della soglia rispetto al fondo del pozzetto 25