COMUNE DI COSTA VOLPINO

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1 COMUNE DI COSTA VOLPINO Provincia di Bergamo Committente: C.B.L. S.r.l.; C.S.A. Consorzio Servizi Autotrasportatori; Guizzetti S.r.l. PROGETTO DI INVARIANZA IDRAULICA ED IDROLOGICA AI SENSI DEL REGOLAMENTO REGIONALE N.7 DEL 23 NOVEMBRE 2017 RELATIVO A OPERE DI RIFACIMENTO DELLA VIABILITA' IN VIA C. BATTISTI 18_071 IDR - - B 0 Ottobre 2018 Prima emissione Dott. Geol. SERGIO GHILARDI iscritto all' O.R.G. della Lombardia n 258 Studio G.E.A RANICA (Bergamo) Via La Patta, 30/d Telefono e Fax: E - Mail: gea@mediacom.it Dott. Ing. FRANCESCO GHILARDI iscritto Ord. Ing. Prov. BG n. 3057

2 SOMMARIO 1 PREMESSA E OBIETTIVO DEL LAVORO INQUADRAMENTO GEOGRAFICO ANALISI IDROLOGICA Sistema di smaltimento e criteri di dimensionamento Metodologia Generale Calcolo portate in ingresso Curve di possibilità pluviometrica Tempo di corrivazione Ietogramma di progetto Coefficiente di afflusso Calcolo della portata di ingresso Descrizione delle formule utilizzate Valutazione delle portate DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DEL SISTEMA DI DRENAGGIO CONCLUSIONI

3 1 PREMESSA E OBIETTIVO DEL LAVORO Dalla committenza di C.B.L. s.r.l., C.S.A. Consorzio Servizi Autotrasportatori e Guizzetti s.r.l. è stata eseguita la presente relazione tecnica volta alla verifica di un sistema di allontanamento delle acque meteoriche provenienti da opere di rifacimento stradale con inserimento di nuova rotatoria in via Cesare Battisti all intersezione con via Palmiro Togliatti e via Pitinghello nel Comune di Costa Volpino (Bergamo). Le acque meteoriche provenienti dall opera necessitano di essere opportunatamente allontanate. Si prevede di scaricare entro il vicino tratto di Reticolo Idrico Minore. La presente relazione è quindi volta a valutare la compatibilità dello scarico secondo quanto stabilito dal locale Regolamento di Polizia Idraulica, analizzando le caratteristiche morfologiche e valutando la portata defluente del bacino idrico urbano sotteso al punto in cui si prevede di scaricare. La portata scaricata, proveniente da sistema di laminazione tramite pompaggio, si attesta a 8.3 l/s, così come riportato in Relazione tecnica del Progetto di Invarianza Idraulica ed Idrologica. 2

4 2 INQUADRAMENTO GEOGRAFICO L area di progetto è sita nel territorio comunale di Costa Volpino (Bergamo), nella zona artigianale situata fra il Fiume Oglio, il confine con il Comune di Pisogne (BS) ed il Lago d Iseo. La quota di riferimento è di 188 m s.l.m. circa. L esatta ubicazione dell area è visibile nei seguenti stralci cartografici. Figura 1 - Corografia dell'area di studio 3

5 Figura 2 - Ripresa aerea della zona in oggetto (Fonte: Ortofoto AGEA 2015 Regione Lombardia) L intervento previsto è uno scarico di acque meteoriche in corpo idrico superficiale appartenente al Reticolo Idrico Minore (R.I.M.) comunale, codificato al numero CV84. In seguito, si mostra stralcio dalla carta in scala 1:2000 del R.I.M. inquadrato sulla zona in oggetto. 4

6 Figura 3 - Estratto da Tavola del Reticolo Idrico Minore del Comune di Costa Volpino (base aerofotogrammetrica 1:2000) con individuazione dell area d interesse 5

7 3 ANALISI IDROLOGICA 3.1 Sistema di smaltimento e criteri di dimensionamento Il sistema di smaltimento risulta essere quel complesso di opere necessarie alla raccolta, alla laminazione ed allo smaltimento delle acque di pioggia derivanti dalle superfici impermeabili del bacino urbano in progetto. Per il dimensionamento dei sistemi di drenaggio d accumulo-smaltimento, vengono utilizzati i criteri fondamentali dell idrologia. Dopo la stima dei valori delle curve di possibilità climatica vengono applicati modelli di trasformazione idrologica afflussi-deflussi in grado di determinare le portate e i volumi uscenti dalle nuove superfici. Lo studio idrologico si basa a sua volta sull assunzione probabilistica del tempo di ritorno che l evento meteorico possa riproporsi in media in un determinato periodo di tempo. In particolare, per opere di drenaggio urbano consimili, i tempi di ritorno considerati risultano essere di 200 anni. Oltre alla verifica della compatibilità della portata di scarico, assume una notevole importanza anche assicurarsi che esso sia posto ad un franco di sicurezza sufficientemente alto dal livello di piena bicentenaria del tratto di R.I.M. a cui afferisce. Va dimostrata anche la sua effettiva ininfluenza sul regime di portata del reticolo, in nome del principio di invarianza idraulica. 6

8 3.2 Metodologia Generale Il sistema di drenaggio dovrà assicurare prestazioni di qualità costanti nel tempo ed essere in grado di garantire condizioni di deflusso coerenti con i principi di salvaguardia dell ambiente e nel rispetto delle normative. La superficie scolante afferente alla sezione di chiusura del R.I.M. in cui si prevede di inserire lo scarico ha un'estensione di circa 12 ha. L estensione di tale bacino è stata dedotta da rilievo topografico fornito dal progettista, punti quotati disponibili su Carta Tecnica Regionale e sopralluogo sul posto, in cui sono state esaminate le pendenze locali ed i relativi impluvi. Per tale bacino sono stati determinati i relativi parametri morfologici ed in base alle comuni metodologie di calcolo idrologico sono state stimate le massime portate scolanti Q ed i relativi coefficienti udometrici u, per tempi di ritorno pari a 200 anni. Figura 4 - Estensione del bacino urbano considerato (linea gialla) e sezione di chiusura (punto rosso) 7

9 Figura 5 - Estratto da tavola rilievo topografico fornito da progettista 8

10 3.3 Calcolo portate in ingresso Curve di possibilità pluviometrica La curva segnalatrice di possibilità climatica è stata ricavata dai dati forniti da ARPA Lombardia, sul sito idro.arpalombardia.it Figura 3 Inquadramento dell'area d'intervento nel portale del servizio idrografico di ARPA Lombardia. Nel riquadro arancione le celle d'interesse da cui sono stati ricavati i dati seguenti A1 - Coefficente pluviometrico orario N - Coefficente di scala GEV - parametro alpha GEV - parametro kappa GEV - parametro epsilon

11 Risulta, per T = 200 anni: a = mm/h n = 0,312 Si è considerata una pioggia di durata pari a 60 minuti, corrispondente ad un altezza di pioggia lorda di mm, con un'intensità di mm/h. h [mm] Figura 4 - Andamento della curva di possibilità pluviometrica per durate entro le 24 ore Tempo di corrivazione Per le analisi sotto riportate si è dovuto stimare il tempo di corrivazione. Il tempo di corrivazione è definito come il tempo necessario affinché una particella d'acqua possa percorrere l'intero bacino seguendo il percorso idraulicamente 10

12 più lungo e raggiungendo poi la sezione di chiusura dello stesso. In realtà anche per una pioggia uniforme e costante, il tempo di corrivazione reale non è univocamente definito in quanto la velocità di scorrimento dell'acqua sul bacino cambia al variare delle condizioni fisiche ed in funzione del tirante idrico; tuttavia agli effetti pratici si può considerare una velocità costante, e quindi un tempo di corrivazione univocamente definito. Il tempo di corrivazione può essere calcolato con l'espressione: Tc = Tr + Te in cui: Tr = (Li/Vi) è il tempo di percorrenza dell'acqua nella rete di collettori; Li è il percorso relativo ad un singolo tratto "i" di caratteristiche uniformi, tale per cui la somma Li è pari al percorso idraulicamente più lungo; Vi è la velocità della corrente in moto uniforme nel singolo tratto "i" nelle condizioni di pieno riempimento della condotta; Te è il tempo di entrata in rete. Il percorso idraulicamente più lungo si estende per circa 600 m e, considerando la morfologia pianeggiante della zona, si assumono velocità di percorrenza piuttosto basse (circa 0,5 m/s). In questo modo si hanno 20 minuti di percorrenza della rete di collettori. Considerando inoltre un tempo di ingresso in rete di circa 5 minuti, il tempo di corrivazione si può assumere pari a 25 minuti. 11

13 3.3.3 Ietogramma di progetto Lo ietogramma è un istogramma che rappresenta, per intervalli di tempo di assegnata durata t, il valore dell altezza di pioggia (o dell intensità) verificatesi in ciascuno di tali intervalli (Maione, 1995). Lo ietogramma sintetico delle piogge lorde, viene ricavato e dedotto direttamente, in mancanza di dati di pioggia diretti riferiti ad uno specificato evento, dalle curve di possibilità pluviometrica, con analisi statistiche più o meno complesse. Ad uno ietogramma di progetto è associato un certo tempo di ritorno, o meglio qualche parte dello ietogramma (volume totale, intensità di picco, ecc.) presenta quel tempo di ritorno. Si è scelto di utilizzare uno ietogramma di tipo Chicago per il calcolo dell idrogramma di piena. Questo tipo di ietogramma ha la proprietà che, se si considera una durata parziale all interno della durata complessiva della pioggia, l intensità del massimo scroscio relativo a tale durata è congruente con la curva di possibilità pluviometrica. Ha inoltre la qualità di essere poco sensibile alla variazione della durata di base. Non è così indispensabile trovare la durata critica dell evento, essendo sufficiente che lo ietogramma abbia una durata maggiore o uguale alla durata critica presumibile per il bacino. 12

14 Un parametro di fondamentale importanza per questo tipo di ietogramma è la posizione del picco. Si è scelto di porlo a circa 3/8 della durata complessiva dell evento sintetizzato. Si è scelto di non ragguagliare gli ietogrammi con la procedura Wallingford. Viste le proprietà prima descritte di questo istogramma, la durata della pioggia è stata considerata pari a 60 minuti Coefficiente di afflusso Nella canalizzazione non viene convogliata la totalità delle precipitazioni che interessano le aree contribuenti in quanto, a causa delle perdite idrologiche, una parte della pioggia viene dispersa e non contribuisce al deflusso. La frazione che contribuisce al deflusso viene calcolata con il coefficiente di afflusso. Per la valutazione delle perdite idrologiche si è utilizzato il metodo percentuale, ovvero adottando un coefficiente di afflusso in funzione della copertura e delle caratteristiche dei terreni che costituiscono il suolo. Una volta assegnato un valore del coefficiente d afflusso ad aree omogenee si è proceduto alla media pesata di ogni singola superficie rispetto alla superficie complessiva del bacino. Ai i i = A tot 13

15 Stante le condizioni attuali e quelle di progetto, il bacino, di tipo urbano, è costituito prevalentemente da edifici, strade ed altre opere di urbanizzazione e solo una minima parte di esso si può assumere come permeabile. Pertanto, si assume un coefficiente di deflusso pari al 90%. Di seguito si riportano graficamente ed in forma tabellare i risultati ottenuti assegnando dei coefficienti di afflusso noti per aree omogenee, e pesando tali aree sulla superficie complessiva di analisi. BACINO INDIVIDUAZIONE SUPERFICIE DRENATA [ha] 1 Impermeabili Drenanti 1.2 TOTALE 12.0 Ne risulta, di fatto, una superficie impermeabile teorica di 10.8 ha. Figura 5 Piogge lorde (rosso) e nette (verde) per una pioggia con durata di 60 minuti 14

16 3.3.5 Calcolo della portata di ingresso Quando l oggetto di studio è costituito da bacini idrografici privi di misure di portata, o dove queste siano insufficienti per una stima diretta con metodi statistici della distribuzione di probabilità della portata al colmo, quest ultima deve essere stimata indirettamente a partire dalle informazioni pluviometriche, generalmente di maggiore disponibilità. In seguito, si illustrano in sintesi alcune classiche metodologie che consentono di valutare la portata al colmo alla sezione di chiusura del bacino attesa note le caratteristiche pluviometriche della zona in esame. È importante sottolineare che, operando la stima della portata al colmo a partire dalla precipitazione, si ritiene implicitamente valida l ipotesi che la frequenza di accadimento degli eventi meteorici estremi caratterizza direttamente quella della portata al colmo; questa ipotesi, sebbene discutibile, è applicabile in prima approssimazione a bacini montani di piccole dimensioni simili a quello in esame. Quindi, per il calcolo della portata di piena del corso d'acqua, in mancanza di misurazioni dirette di portata al colmo, si sono utilizzate varie formule che sono usualmente accettate per il dimensionamento e la verifica delle opere idrauliche. Tra queste, alcune sono di natura empirica ed hanno un certo interesse per valutazioni speditive di prima approssimazione; altre sono derivate da calcoli indiretti delle portate (razionale), altre ancora seguono un approccio più modellistico (invaso lineare, Nash, corrivazione). 15

17 Per l'utilizzo di queste espressioni occorre conoscere alcuni parametri tipici del bacino interessato, in particolare quelli descritti nei capitoli precedenti. Nel nostro caso si è scelto di utilizzare le seguenti formule: Modelli lineari afflussi-deflussi (ricostruzione idrogramma) Metodo di Nash Metodo dell'invaso 16

18 3.3.6 Descrizione delle formule utilizzate Modelli parametrici lineari (Invaso, Nash, corrivazione) Simulano il comportamento dei bacini idrografici con un insieme di canali e serbatoi. La caratteristica più importante è quella della proporzionalità tra ingresso e uscita. La portata uscente è definita dall integrale di convoluzione: t q( t) = u( t ) p( ) dt 0 La funzione u(t) è definita I.U.H. (Istantaneus Unit Idrograph) idrogramma unitario istantaneo. La forma dello I.U.H. dipende dal modello di trasformazione afflussi-deflussi adottato. Metodo di Nash Simula il comportamento del bacino mediante n serbatoi posti in serie caratterizzati dalla medesima costante temporale k e nessun canale. Il suo I.U.H. è così rappresentato: u( t) = 1 k ( n) t k n 1 e t / k E caratterizzato da una curva avente il colmo al tempo: t p = k ( n 1) 17

19 dove tp è da assumere approssimativamente pari a metà del tc. Per n si assumono valori non elevati, di solito n=3. Metodo dell invaso lineare Si basa sull ipotesi che durante la piena in tutti i canali costituenti la rete idrografica del bacino la superficie libera della corrente muti la sua posizione traslando parallelamente a sé stessa (funzionamento sincrono). La formazione della piena si ipotizza avvenga per fenomeni di invaso simili a quelli che hanno luogo in un serbatoio soggetto ad afflussi variabili nel tempo ed a deflussi dipendenti dalle caratteristiche idrauliche della bocca di uscita. Il suo I.U.H. è così rappresentato: u( t) = 1 e k t / k dove k è un parametro che rappresenta le caratteristiche del bacino. In mancanza di tarature di eventi noti, che consentono la stima del valore di k, si ricorre a formulazione derivanti numerose tarature e riscontri. Nel nostro caso si è scelto l utilizzo del modello URBIS (Paoletti e Mignosa 1986) che propone di stimare la costante k in funzione del tempo di corrivazione come: k = 0. 7 Tc (3) 18

20 3.3.7 Valutazione delle portate Fatte le premesse teoriche, si riportano i valori di portata ottenuti coi due diversi metodi. Di seguito vengono riassunti i valori delle portate al colmo per il tempo di ritorno pari a 200 anni: Tipo Formula Modelli Lineari Denominazione Metodo Nash Iet. Chicago Metodo Invaso Iet. Chicago PORTATA T = 200 anni [u.m.] 3.63 [m 3 /s] 3.52 [m 3 /s] Figura 6 - IUH e Idrogramma di piena - Metodo di Nash 19

21 Figura 7 - IUH e Idrogramma di piena - Metodo dell'invaso In definitiva, si può stimare una portata per il tempo di ritorno bicentenario, a favore di sicurezza, pari a 3.60 m 3 /s. A tale valore si farà riferimento nella successiva fase di verifica del franco idraulico della quota di scarico rispetto alla piena di progetto appena calcolata. 20

22 4 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA DEL SISTEMA DI DRENAGGIO Si provvede, con la formula di resistenza idraulica tipo Gauckler-Strickler, a verificare la quota della tubazione di scarico prevista nella sezione del reticolo considerata, in corrispondenza della piena bicentenaria. La formula di Gauckler- Strickler figura come segue: Q = k s A R 2 3 i dove: Q è la portata; ks è il coefficiente che descrive la scabrezza della superficie interna del condotto, che dipende dal materiale costruttivo; A è l'area bagnata, ossia la porzione della luce del condotto occupata dall'acqua; R è il raggio idraulico, dato dal rapporto fra area bagnata e contorno bagnato; i è la pendenza di fondo. Il tratto di reticolo entro cui si va a convogliare l acqua meteorica è costituito sostanzialmente da una canalizzazione con fondo in terra erboso parzialmente invasa da arbusti. L alveo è rettilineo. Da una consultazione di dati tabulati presenti in letteratura, il coefficiente ks si attesta a 30 m 1/3 /s. Secondo quanto si deduce dal rilievo topografico fornito, il tratto di alveo considerato ha una pendenza di fondo i di circa 1.4% mentre, in sezione, figura come segue: 21

23 Figura 8 - Sezione del tratto di reticolo in prossimità del punto di scarico previsto Tenendo conto della portata di progetto ottenuta in precedenza e delle condizioni geometriche dell alveo appena descritte, si ottiene un altezza di moto in corrispondenza di piena bicentenaria pari a 0.75 m rispetto al fondo dell alveo. Figura 9 - Altezza del pelo libero di piena rispetto al fondo dell'alveo 22

24 5 CONCLUSIONI Considerando che la quota assoluta di fondo alveo è pari a m s.l.m., l altezza di piena raggiunge i m s.l.m. Prevedendo di inserire lo scarico sulla sponda in sinistra orografica per ottenere un franco di sicurezza di 0.20 m rispetto alla piena bicentennale, la quota minima da osservare corrisponde a m s.l.m. La portata scaricata, pari a 8.3 l/s, può ragionevolmente considerarsi ininfluente sul regime delle acque del reticolo entro cui viene convogliata. Infatti, a fronte di una piena bicentennale di 3.60 m 3 /s (ovvero 3600 l/s), tale immissione costituirebbe un incremento di portata del solo 0.2%. 23