QUANTO SEGUE SONO I LUCIDI PROIETTATI DURANTE LE ORE DI LEZIONE IN AULA E PERTANTO NON RISULTANO ESSERE ESAUSTIVI PER GLI ARGOMENTI TRATTATI.

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1 QUANTO SEGUE SONO I LUCIDI PROIETTATI DURANTE LE ORE DI LEZIONE IN AULA E PERTANTO NON RISULTANO ESSERE ESAUSTIVI PER GLI ARGOMENTI TRATTATI. DEVONO ESSERE UTILIZZATI COME BASE DI RIFERIMENTO PER L APPROFONDIMENTO DEGLI ARGOMENTI SUGLI APPUNTI PRESI DURANTE LE LEZIONI E SUL LIBRO DI TESTO CONSIGLIATO DAL DOCENTE.

2 Funzioni del serbatoio Il serbatoio di accumulo assolve alle seguenti funzioni: disconnessione idraulica tra condotta esterna e rete di distribuzione interna; piano del carico per la rete di distribuzione interna; riserva; compenso (o regolazione).

3 Funzione di riserva Il serbatoio di accumulo deve contenere una riserva idrica W r, sufficiente a garantire la prosecuzione del servizio di erogazione alle utenze anche durante operazioni di riparazione o di manutenzione dell acquedotto esterno. Il servizio può eventualmente essere assicurato in modo limitato (il gestore può decidere di regolare la pressione gravante sulla rete di distribuzione in modo da contenere le erogazioni massime consentite alle utenze). Tipicamente, al fine di evitare che le vasche del serbatoio assumano dimensioni eccessive, si considera una capacità di riserva pari al volume che si accumula in ore. Detto W g il volume giornaliero che transita nella condotta esterna, risulta: W r = 1 2W g

4 Funzione di disconnessione idraulica L andamento delle portate e delle pressioni nella rete di distribuzione interna risultano variabili nel tempo, in funzione delle mutevoli richieste delle utenze servite. Al contrario, l acquedotto esterno viene progettato per convogliare una portata costante nel tempo (la portata media di progetto, Q m ). Ciò non sarebbe possibile se la condotta esterna risentisse delle oscillazioni di carico della rete di distribuzione interna: si rende pertanto necessario realizzare la disconnessione della condotta esterna dalla rete interna. È opportuno notare che la condotta esterna risentirà comunque delle oscillazioni dei livelli idrici della vasca di carico dell opera di presa e in quella del serbatoio di accumulo: al fine di assicurare comunque il deflusso della portata di progetto, è opportuno svolgere il calcolo della condotta esterna con riferimento ai livelli cui corrisponde il minimo carico disponibile.

5 Funzione di compenso Come si è già più volte osservato, la portata erogata isantaneamente dal serbatoio di accumul è variabile nel tempo, in quanto è la somma delle mutevoli richieste delle utenze servite. La variabilità della portata è sia pluriennale (per cause aleatorie), che stagionale (tipicamente la richiesta di acqua cresce nei mesi estivi), che giornaliera. La condotta esterna alimenta invece il serbatoio con una portata costante: nei periodi di consumo elevato, il serbatoio dovrà essere in grado di erogare una portata superiore alla portata media di progetto, attingendo da una opportunamente dimensionata capacità di compenso, W c ; allo stesso modo, durante i periodi di basso consumo, il serbatoio dovrà essere in grado di accumulare nella medesima capacità il volume d acqua in eccesso proveniente dalla condotta di adduzione. Il compenso pluriennale e stagionale comporterebbe l accumulo di volumi eccessivi all interno del serbatoio, al quale si affida pertanto la sola funzione di compenso giornaliero.

6 Q [l/s] Compenso giornaliero L entità delle variazioni di portata rispetto alla media è strettamente legata alle dimensioni dell agglomerato da servire: i grandi acquedotti manifestano minori oscillazioni relative di portata rispetto a quelli piccoli. L esempio riporta i grafici dell andamento delle portate e dei volumi erogati dal serbatoio di Bari (Q m =320 l/s) dell Acquedotto Pugliese in due giorni, uno estivo e uno invernale. V [l] /02/ /08/ t [ore] Volume erogato 18/02/1937 Volume affluito 18/02/1937 Volume erogato 14/08/1938 Volume affluito 14/08/ t [ore]

7 Compenso giornaliero La curva integrale dei deflussi consente la valutazione del volume di compenso giornaliero (pari al massimo tra i due volumi indicati in figura). Di solito risulta sufficiente un volume pari a: W = c W g Massimo svuotamento Massimo riempimento

8 Dimensioni del serbatoio Giacché è sempre ipotizzabile che il serbatoio debba svolgere la propria funzione di compenso giornaliero a valle di un completo svuotamento della capacità di riserva, è opportuno, ai fini della determinazione del volume totale del serbatoio W s, considerare per intero i due volumi innanzi definiti: W = W + W Nella quasi totalità dei casi (salvo piccolissimi serbatoi) è suddividere il volume in almeno due vasche indipendenti. Il massimo tirante idrico all interno del serbatoio è serbatoi, può arrivare a 6 7m per i grandi serbatoi. s r c obbligatorio di 3 4m per i piccoli Nel caso dei serbatoi sopraelevati, di solito si dispone in cima al traliccio la sola capacità di compenso (a volte meno, con un massimo di circa 1000 m 3 ), molto spesso in un unica vasca, mentre la capacità di riserva è accumulata in un serbatoio interrato in prossimità della base del traliccio. Il riempimento della vasca pensile è affidato ad un impianto di sollevamento proporzionato almeno per la portata di punta oraria.

9 Ubicazione del serbatoio di accumulo Il serbatoio di accumulo si dispone in prossimità del centro abitato da servire. Serbatoio di testata Serbatoio di estremità La condotta che connette il serbatoio di accumulo alla rete di distribuzione, attraverso la quale passa l intera portata erogata alle utenze, prende il nome di condotta di avvicinamento.

10 Condotta di avvicinamento La condotta di avvicinamento, attraverso la quale defluisce tutta la portata che alimenta la rete di distribuzione, può assumere dimensioni rilevanti e rappresenta un punto debole del sistema. È pertanto opportuno contenerne il più possibile la lunghezza e, ove possibile, realizzarla attraverso due condotte in parallelo, onde scongiurare la completa interruzione del servizio in caso di guasto.

11 Schema funzionale di un serbatoio Ciascuna vasca deve essere dotata di: tubazione di adduzione; tubazione di presa; scarico di fondo; scarico di superficie; misuratori di portata in ingresso e in uscita; saracinesche per l apertura o la chiusura dei vari tratti di tubazione. Inoltre, molto spesso, oltre alle vasche si realizza un pozzetto di Shuntaggio

12 Camera di manovra Le varie apparecchiature e tubazioni sono tutte alloggiate all interno della camera di manovra. Spesso è realizzata su due livelli: quello inferiore, che contiene le apparecchiature e gli scarichi, è posto a quota inferiore al fondo delle vasche; quello superiore ospita gli organi di manovra e di controllo ed è normalmente accessibile gli operai.

13 Camera di manovra piano inferiore Le varie tubazioni di scarico sono tutte convogliate a un unico corsetto di scarico che recapita in una vicina fognatura o impluvio naturale. Lo scarico deve essere protetto da una chiusura idraulica. Le saracinesche di intercettazione sono presenti lungo tutte le tubazioni, ad eccezione degli scarichi di superficie, che devono essere sempre attivi. Gli organi di misura delle portate entranti e uscenti dalle vasche (venturimetri, diaframmi, misuratori elettromagnetici) devono essere montati con particolare cura perché le misure siano attendibili.

14 Il pozzetto di shuntaggio assolve a molteplici funzioni: stabilisce il carico sugli organi di regolazione e misura all interno della camera di manovra (il pelo libero al suo interno si trova alcune decine di cm al di sopra di quello delle vasche); in caso di manutenzione delle vasche assicura la disconnessione idraulica tra la condotta esterna e la rete di distribuzione interna; può essere utilizzato per la disinfezione dell acqua ( clorazione) se provvisto di apposita apparecchiatura automatica.

15 Camera di manovra piano superiore I volantini delle saracinesche devono riportare chiaramente l indicazione della loro funzione. L accesso alle vasche avviene attraverso delle porte, che aprono verso l esterno, poste a livello superiore a quello di massimo invaso e delle scale che possono essere a pioli di acciaio inossidabile infissi nel muro o in cemento armato. Deve essere presente un indicatore del livello di riempimento delle vasche (piezometro).

16 Requisiti funzionali delle vasche L immissione e la presa devono avvenire in punti distanti della vasca, al fine di garantire la circolazione dell acqua ed impedirne il ristagno. Spesso viene realizzato un percorso obbligato mediante opportuni setti. L immissione avviene di solito dall alto, a sbocco libero per evitare che la condotta esterna sia influenzata dal livello della vasca. La presa, protetta da sugheruola, avviene qualche decina di centimetri al di sopra del punto più depresso per evitare di drenare eventuali sedimenti.

17 Requisiti funzionali delle vasche Nel punto più depresso, spesso in un pozzetto, è posta la presa dello scarico di fondo. Per agevolare lo svuotamento delle vasche in occasione di interventi manutentivi, il fondo è dotato di una pendenza di 1 2% in direzione dello scarico. Lo scarico di superficie è realizzato mediante una soglia stramazzante (nelle piccole vasche è un semplice imbuto). Per evitare depressioni e sovrapressioni in conseguenza delle variazioni di livello, sono previste delle prese d aria protette da una rete finissima. Le vasche sono protette dalla luce, onde evitare lo sviluppo di vegetazione algale.

18 Salvaguardia della qualità dell acqua nelle vasche Il serbatoio deve essere protetto da ogni possibile inquinamento: è pertanto necessaria, per i serbatoi interrati, una zona di rispetto. Il serbatoio è protetto superiormente da una cappa impermeabilizzante in materiale bituminoso, ricoperta da uno strato di argilla ben compattata. È bene disporre anche perimetralmente uno strato di argilla, sul quale viene prolungata la cappa. Un vespaio di drenaggio convoglia eventuali infiltrazioni ad una canaletta di scarico. Nei grossi impianti può esservi un intercapedine praticabile lungo il perimetro delle vasche. Per isolare termicamente il serbatoio, si realizza un ricoprimento in terreno vegetale, dello spessore di cm, seminato ad erba. Nel caso delle vasche sopraelevate l isolamento è assicurato da opportune intercapedini.

19 Impermeabilizzazione delle vasche La tenuta delle vasche deve essere perfetta (è tollerabile una perdita fisiologica solo nella fase iniziale di maturazione del calcestruzzo): ciò viene assicurato dall intonaco cementizio a doppio strato, eventualmente additivato per impermeabilizzarlo e da una particolare cura nelle verifiche a fessurazione. Il controllo della tenuta viene fatto, oltre che a partire dal bilancio delle portate in ingresso e in uscita, grazie ad una rete di drenaggio all interno delle pareti e della soletta di fondo delle vasche, di solito realizzata con tubi annegati nel getto con i giunti semplicemente accostati. Tutti i drenaggi, sia interni che esterni, devono confluire in un unica canaletta ispezionabile a vista.

20 Caratteristiche strutturali delle vasche dei serbatoi interrati La copertura è di solito costituita da una soletta continua in calcestruzzo armato, eventualmente provvista di nervature di irrigidimento. Raramente la copertura è realizzata a volta. Per la verifica della copertura occorre considerare i carichi permanenti (peso proprio, peso del terreno di ricoprimento, ecc.) e i carichi accidentali (neve, automezzi per la manutenzione, ecc.). La soletta poggia sulla muratura perimetrale, anch essa di solito in calcestruzzo armato e, per vasche di notevoli dimensioni, su pilastri o setti intermedi, le cui sezioni devono pertanto resistere ai carichi verticali. Le murature perimetrali devono essere inoltre verificate considerando la sola spinta attiva del terreno (vasca vuota) e la sola spinta dell acqua. I setti di separazione tra le vasche vanno verificati rispetto all ipotesi che una sola delle vasche sia piena. La fondazione è di solito costituita da una platea in calcestruzzo armato, eventualmente nervata, di rigidezza tale da non deformarsi per effetto di eventuali cedimenti differenziali del terreno

21 Caratteristiche strutturali delle vasche dei serbatoi sopraelevati L elemento verticale di sostegno è realizzato mediante un traliccio di travi in acciaio, in calcestruzzo armato o, più spesso, in calcestruzzo armato precompresso. In alcuni casi si tratta di una struttura cilindrica cava, realizzata assemblando elementi anulari in calcestruzzo armato precompresso. La vasca è quasi sempre realizzata in calcestruzzo armato o precompresso, frequentemente mediante assemblaggio di elementi prefabbricati. Trattandosi di strutture snelle, hanno particolare importanza nelle verifiche strutturali i fenomeni di instabilità locale o globale, nonché le azioni sismiche e del vento. Molto spesso il traliccio è racchiuso da una tompagnatura che realizza uno spazio chiuso che può ospitare la camera di manovra, la stazione di sollevamento, depositi, ecc.

22 Serbatoi sopraelevati

23 Tipologia delle reti di distribuzione interna Per raggiungere tutte le utenze di slocate sul territorio, la rete ha un articolazione assai complessa e ramificata. Al fine di garantire efficienza nella distribuzione idrica rispetto a richieste assai mutevoli nel tempo e nello spazio, è molto importante la disposizione dei serbatoi e degli eventuali torrini di carico. Rete con serbatoio di testata Rete con serbatoio di estremità

24 Topologia delle reti di distribuzione La massima flessibilità ed efficienza nei confronti dell interruzione di un tratto è garantita dalle reti a maglie chiuse. Tuttavia vengono talvolta realizzate reti aperte o reti miste, nelle quali solo alcune utenze sono raggiunte da tronchi ad antenna. Rete a maglie chiuse Rete aperta Rete mista

25 Reti a maglie chiuse È preferibile realizzare, per quanto possibile, reti di distribuzione a maglie chiuse, nelle quali si individuano di solito: - Una condotta di adduzione, che collega il serbatoio alla rete (spesso si realizzano due condotte in parallelo); - Uno o più anelli principali, le cui condotte possono raggiungere diametri ragguardevoli (fino a mm); - Uno o più ordini di anelli secondari (diametri dai 100 ai 300 mm); - Condotte minori per l allacciamento alle utenze. Escludendo eventuali rami ad antenna, detti M il numero di maglie, N il numero di nodi, L il numero di lati, vale la seguente relazione: N = L M +1

26 Erogazione delle portate La distribuzione dell acqua alle utenze viene realizzata con delle diramazioni private, la cui parte verticale è detta comunemente montante, che collegano le tubazioni principali e secondarie della rete ai contatori volumetrici installati presso tutte le utenze servite. Tali diramazioni possono essere condominiali oppure servire singole utenze. Soprattutto nei centri urbani esse sono talmente numerose che spesso, per il calcolo idraulico dei lati della rete, si ricorre allo schema di condotta con erogazione uniformemente distribuita lungo il percorso. In aggiunta alle erogazioni distribuite, sono di solito presenti erogazioni concentrate in corrispondenza di nodi della rete (ad esempio i nodi dai quali si dipartono i rami ad antenna).

27 Requisiti di una rete di distribuzione Per il buon funzionamento della rete bisogna garantire: Nelle ore di punta e di minimo livello nel serbatoio, almeno 5m di carico sulla copertura degli edifici; Nelle ore di minimo consumo (ore notturne), un carico gravante sulle tubazioni della rete ovunque inferiore a 70 80m; Il contenimento dell oscillazione del carico durante l esercizio entro il limite di 20 30m; In caso di incendio, un carico sul piano stradale non inferiore 15m e l erogazione almeno della portata media giornaliera; In caso di interruzione di uno o più tronchi della rete, l erogazione della portata media giornaliera. a

28 Condizioni di funzionamento di una rete di distribuzione Se il centro abitato è di dimensioni rilevanti, può accadere che l andamento del terreno non consenta il rispetto di tutte le condizioni. Si può ricorrere al frazionamento della rete in più reti del tutto indipendenti, oppure provviste di valvole riduttrici di pressione in corrispondenza dei punti di interconnessione.

29 Determinazione delle erogazioni nella rete La rete interna ha il compito di di stribuire l acqua alle utenze ed è pertanto soggetta a erogazioni di portata variabili nel tempo in funzione delle mutevoli richieste delle utenze. Di solito nel progetto e nella verifica delle reti interne si tiene conto della sola variabilità giornaliera rispetto alla portata media. Si definisce a tal fine il coefficiente di punta orario, che consente di valutare le portate erogate durante l ora di massimo consumo: α h = Q h max Q Convenzionalmente si assume che durante l ora di punta tutte le erogazioni si incrementino del fattore α h rispetto alla media.

30 Determinazione delle erogazioni nella rete Per valutare le erogazioni medie giornaliere si procede, in via approssimata, individuando nel PRG del centro abitato zone urbanisticamente omogenee e valutandone la densità abitativa. CENTRO STORICO densità abitativa d1 ZONE DI ESPANSIONE densità abitativa d2 SERBATOIO LIMITE COMUNALE AREE AGRICOLE densità abitativa d3

31 Determinazione erogazioni A B C In base alla geometria della rete si attribuiranno ai lati dei soli anelli principali delle aree di influenza e, di conseguenza, la popolazione servita. SERBATOIO D A 1 A 2 G A 9 A 3 A 4 A 6 A 8 A 7 E H A 5 F I LIMITE COMUNALE Le aree di influenza si possono individuare in modo semplificato, oppure considerando l effettivo andamento delle tubazioni secondarie. SERBATOIO A D G H B E C I F LIMITE COMUNALE CONDOTTA DI ADDUZIONE RETE PRINCIPALE RETE SECONDARIA DIRAMAZIONI AD ANTENNA

32 Determinazione delle erogazioni nella rete In base alla dotazione idrica sarà possibile calcolare le portate erogate da ciascun lato della rete. Qualora esistano aree servite da rami ad antenna, l erogazione complessiva andrà disposta nel nodo della rete a maglie dal quale si diparte il tratto ad antenna. Le erogazioni nelle ore di punta si determinano moltiplicando le erogazioni medie per il coefficiente di punta orario.

33 Calcolo delle reti di distribuzione Il calcolo di una rete consiste nel determinare, per un assegnato insieme di erogazioni, le portate defluenti lungo i lati e le quote piezometriche nei nodi. Nel caso in cui la rete sia alimentata da un unico serbatoio di testata, è immediato riconoscere che è nota la quota piezometrica nel punto in cui la condotta di avvicinamento si immette nella rete. È inoltre possibile riconoscere che, poiché la somma delle portate erogate deve eguagliare la portata immessa in rete, una delle portate defluenti lungo i lati è di automatica determinazione. Sono pertanto incognite N-1 quote piezometriche e L-1 portate o portate equivalenti.

34 Calcolo e verifica delle reti di distribuzione Le equazioni a disposizione sono di due tipi: equazioni di continuitàai nodi; principio di continuità dei carichi nelle maglie. Le equazioni di continuità stabiliscono che la somma delle Li portate Qj entranti e uscenti dal generico nodo i, comprese le eventuali erogazioni E o immissioni I concentrate, deve essere nulla: Il principio di continuità dei carichi applicato ad ognuna delle M maglie si traduce nell avere ( hi m ) 0 Dove il segno positivo o negativo è funzione del senso di percorrenza di maglia fissata positiva. La risoluzione delle equazioni di continuità di portata e carico risulta di difficile determinazione algebrica e si risolve con un procedimento iterativo denominato metodo di Hardy Cross.

35 Proporzionamento delle reti di distribuzione interna Il proporzionamento di una rete di distribuzione a maglie chiuse rappresenta un problema complesso e con un elevato grado indeterminazione algebrica. In fase di proporzionamento, infatti, sono da ritenersi note soltanto le scabrezze delle tubazioni (di solito realizzate in ghisa), le lunghezze dei lati della rete e l entità delle erogazioni di portata, distribuite lungo i lati e concentrate nei nodi, con riferimento alla condizione di funzionamento considerata (di solito si considerano le portate di punta). Sono altresì incogniti i diametri delle tubazioni, nonché le quote piezometriche nei nodi e le portate (o portate equivalenti) defluenti lungo i lati. di

36 Proporzionamento delle reti di distribuzione interna Si praticano delle sconnessioni fittizie per rendere aperta la rete (in numero pari al numero di maglie da disconnettere): A B C A B B' C C' D E F D E' E F' F G H I G H I

37 Proporzionamento delle reti di distribuzione interna Si vengono così ad individuare dei percorsi che congiungono una sconnessione con un nodo a quota piezometrica nota. Lungo ciascun percorso è agevole determinare, applicando le equazioni di continuità ai nodi a partire da ciascuna sconnessione, le portate di estremità e, quindi, le portate equivalenti. Sulla base delle quote piezometriche minime in ogni nodo: Hmin = Q.terreno + Hpalazzi + 5 m con la relazione H L D Q si determinano i diametri delle tubazioni. La portata Q assume significato diverso a seconda dei casi. 2

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39 Bilanciamento della rete Una volta dimensionata nella configurazione ad albero, nodi comuni hanno quote piezometriche diverse. La rete è pertanto non bilanciata ma solo congruente. Per bilanciare la rete si utilizza il metodo del Cross

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41 Verifica delle reti di distribuzione interna Una volta proporzionati i diametri delle tubazioni della rete, è necessario svolgere le verifiche imposte dalla normativa vigente. Tali verifiche prevedono la schematizzazione di tre condizioni di funzionamento convenzionali della rete: verifica in condizioni di punta; verifica antincendio; verifica a rottura di uno più tratti della rete. Le verifiche consistono nella determinazione delle portate defluenti lungo i lati e delle quote piezometriche nei nodi. Queste ultime dovranno soddisfare i requisiti che garantiscano la regolare erogazione delle portate richieste.

42 Verifica alla punta La verifica del funzionamento de lla rete in condizioni di punta consiste nel considerare tutte le erogazioni medie giornaliere moltiplicate per il coefficiente di punta orario. Una volta svolto il calcolo della rete in tali condizioni, si deve verificare che in tutti i nodi della rete il carico deve superare di almeno 5m la copertura degli edifici. Qualora la verifica non risultasse soddisfatta, bisogna modificare opportunamente i diametri delle condotte e ripetere il calcolo finché non risulti verificato.

43 Verifica antincendio La verifica antincendio consiste nel garantire, durante lo spegnimento di un incendio, la regolare erogazione di una portata pari alla media giornaliera. La portata antincendio si determina considerando che essa sarà erogata con le manichette delle autopompe dei vigili del fuoco, ciascuna delle quali eroga 15l/s. Il numero di idranti n idr da considerare attivi in contemporanea e la portata totale Q ai possono essere determinati attraverso le seguenti relazioni: 6 N 1000 nidr = int + 1 Qai = nidr15 l/s 15 È buona norma che gli idranti stradali siano posti nella rete ad una distanza non superiore a m l uno dall altro.

44 Verifica antincendio Ai fini dello svolgimento della verifica antincendio, la portata Q ai andrà posizionata nel punto della rete nel quale l erogazione di una ingente portata concentrata comporti i maggiori problemi per il funzionamento complessivo della rete (se l individuazione del punto più critico non è univoca, la verifica deve essere ripetuta più di una volta). Una volta svolto il calcolo della rete, bisogna verificare che la quota piezometrica sia ovunque superiore di 5m alla copertura degli edifici e che, dove è erogata la portata antincendio, sia superiore di 15m al piano stradale (condizione questa per il corretto funzionamento degli apparecchi erogatori delle autopompe dei vigili del fuoco).

45 Verifica a rottura La verifica del funzionamento della rete in occasione della rottura di un lato viene svolta ipotizzando che la rottura abbia luogo nel punto più critico (di solito uno dei tratti adiacenti al nodo in cui la condotta di avvicinamento si immette nella rete). La verifica consiste nel controllare che l interruzione del tratto consenta la regolare erogazione della portata media giornaliera, con una quota piezometrica ovunque superiore di 5m alla copertura degli edifici.