RELAZIONE IDRAULICA Collettore su Via Sant Angelo-via Passilli Ø 800 Collettore su via San leonardo Ø 630: Tronco su Via don Tonino Bello Ø 500

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1 RELAZIONE IDRAULICA La progettazione esecutiva riguarda i seguenti collettori o tronchi di fognatura bianca, progettati in amplamento alla rete pluviale esistente a servizio dell abitato di Spongano: - Collettore su Via Sant Angelo-via Passilli Ø 800: il collettore inizia all incrocio tra via Sant Angelo e e via Montegrappa, e percorrendo via Passilli confluisce mediante un pozzetto di sfocio sul collettore esistente in via Pellico; - Collettore su via San leonardo Ø 630: il tronco di fogna bianca in progetto parte da un pozzetto di testata ubicato su P.zza Vittoria e sfocia su collettore esistente all incrocio con via Basile; - Tronco su Via don Tonino Bello Ø 500: a partire da pozzetto di testata sito dopo circa 20 ml dall incrocio con via Garibaldi fino a sfociare nel Collettore di progetto su Via Estramurale (Circonvallazione); - Collettore su Via Estramurale (Circonvallazione) Ø 800: a partire dall incrocio con Via don Tonino Bello fino ad innestarsi nel collettore emissario esistente che sfocia al recapito finale in località Specchiaturi; I collettori sono previste tubazioni in polietilene ad alta densità per fognature non in pressione, di caratteristiche corrispondenti alle norme UNI EN 12666, SDR 33 rigidità anulare SN 22. Tale scelta è stata dettata dalla necessità di garantire una adeguata resistenza sia all azione abrasiva dell acqua piovana che ai carichi stradali. Altri vantaggi

2 dovuti all utilizzo di tale tipo di tubazione sono quelli relativi ai seguenti aspetti: - ridotta scabrezza delle superfici interne che preserva la formazione di flora batterica scagionando così pericoli di corrosione; - facilità di deflusso delle acque senza dar luogo a ristagni nei periodi non piovosi; - impermeabilità a liquidi; - uniformità strutturale in tutto il suo spessore. La lunghezza complessiva della rete di Fognatura pluviale prevista nel presente progetto è pari a ml ,74 così suddivisa per lunghezza e diametro di tubazione: Per il bacino scolante di pertinenza diretta di ogni singolo collettore è stata operata una suddivisione in sottoaree rappresentative dell'andamento planoaltimetrico e morfologico del territorio e sono stati determinati i contributi di portata necessari ai fini della verifica idraulica degli stessi collettori. Ogni singolo collettore è stato suddiviso in tronchi corrispondenti, con riferimento alla sezione terminale di ciascuno, alle sottoaree di cui sopra. Ciascuna sezione del collettore, poi, è stata verificata sulla base del contributo di portata proveniente da monte e da quello relativo al proprio bacino scolante. Gli interventi per la realizzazione delle nuove opere sono stati studiati nell'ottica di risolvere problematiche che attualmente interessano la zona del centro abitato, al fine di raccogliere adeguatamente le acque e convogliarle nel recapito finale. La progettazione dei collettori prevede l'individuazione delle aree scolanti e dei bacini tributari in base all'andamento planoaltimetrico e morfologico del territorio, la determinazione dei coefficienti di afflusso e dei contributi di portata 2

3 nelle sezioni terminali dei tronchi corrispondenti necessari ai fini della verifica idraulica dei collettori, la determinazione della massima portata pluviale, come riportato nei paragrafi successivi. DETERMINAZIONE DELLE AREE TRIBUTARIE L'andamento planialtimetrico e morfologico del territorio ha consentito di suddividere il bacino imbrifero del comune di Spongano in sottobacini di pertinenza. Coerentemente con le indicazioni in planimetria, i collettori sono stati suddivisi in tronchi corrispondenti, con riferimento alla sezione terminale di ciascuno, alle sottoaree di cui sopra. CARATTERISTICHE E METODI DI CALCOLO Si riportano di seguito dei brevi cenni esplicativi sui metodi di calcolo che è possibile utilizzare per il calcolo della rete. Metodo dell'invaso italiano Il metodo dell'invaso sfrutta per il calcolo delle portate di pioggia le capacità invasanti della rete. Le ipotesi alla base del metodo sono stazionarietà e linearità che comportano la invarianza nel tempo delle trasformazioni che il bacino compie sugli input (afflussi) e la validità del principio di sovrapposizione degli effetti. In fase di calcolo si ipotizza che il riempimento dei canali avvenga in modo sincrono e che nessun canale determini fenomeni di rigurgito in tratti di canale a monte. Il metodo si fonda sulla equazione di continuità. Se si indica con w il volume invasato nel bacino, con q la portata transitante attraverso la sezione di chiusura z e con p la portata netta immessa in rete, per la continuità si ha: 3

4 p(t)dt-q(t)dt = dw considerando costante l intensità di pioggia e individuando un legame funzionale tra w e q, si perviene alla fine ad una relazione in cui si esprime q in funzione del tempo t. In particolare si fa riferimento alla relazione (valida nel caso in cui il moto vario si possa definire come sovrapposizione di moti uniformi): w = K che rappresenta un legame di tipo lineare tra il volume invasato (w) e la sezione idrica (). La successiva integrazione della su indicata equazione di continuità tra gli istanti T 1 = 0 e T 2 = T r (tempo di riempimento del canale, cui corrisponde una portata Q) ci permette di individuare qual è il tempo (tempo di riempimento T r ) necessario perché il canale convogli la massima portata possibile: Tr=W/Q*ln(p/(p-Q)) Se allora l evento meteorico di intensità costante pari ad i ha una durata T p < T r nel canale non si raggiungerà il massimo livello previsto, che invece viene raggiunto per T p = T r. Nel caso in cui, invece, dovesse risultare T p > T r, allora ci sarà un intervallo di tempo pari a (T p -T r ) in cui il canale esonderà non essendo in grado di convogliare la portata in arrivo. Appare ovvio, quindi, che la condizione di corretto proporzionamento dello speco è quella che si realizza nel caso che T p = T r, cioè nel caso in cui il tempo di pioggia eguagli proprio il tempo di riempimento del canale. In questa ottica nasce il metodo dell invaso non come metodo di verifica, ma come strumento di progetto: ed infatti, se si impone l uguaglianza T p = T r e si sostituiscono le espressioni analitiche ai due termini si perviene ad una relazione: (1) 4

5 dove: u = coefficiente udometrico della sezione, rappresenta la portata per unità di superficie (Q/A); K = costante che vale 2168 per sezioni ovoidali, 2518 per sezioni rettangolari o trapezie, 2878 per sezioni triangolari. n = esponente della legge di pioggia A = area colante = coefficiente di afflusso Per quanto concerne l utilizzo della (1), assegnata la legge di pioggia e il coefficiente di afflusso, si fissa un valore di primo tentativo di w, indichiamolo w 1. Dalla (1) si può così risalire al valore di u e quindi della portata mediante la conoscenza delle scale di deflusso delle sezioni, e si confronta il volume proprio invasato W così ricavato con quello iniziale di tentativo W o. Se W = W o (a meno di una certa precisione), allora l ipotesi iniziale è corretta ed il problema è risolto; se invece W-W o è maggiore della precisione assegnata è necessario iterare il procedimento. Metodo della Corrivazione Il metodo della corrivazione tiene conto per il calcolo delle portate pluviali del tempo necessario affinché la pioggia, caduta in una certa zona del bacino, raggiunga la sezione terminale di un tratto della rete drenante. Il bacino imbrifero è visto come un dispositivo atto a trasformare gli afflussi (input) in deflussi (output), con modalità dipendenti da ipotesi di linearità e stazionarietà; la portata, transitante attraverso la sezione terminale considerata, si valuta come somma dei contributi delle aree 5

6 elementari gravanti a monte della sezione stessa. Tale metodo non considera quindi la capacità d invaso della rete ma solo la sua capacità di trasferimento. Il tempo di corrivazione t c, cioè il tempo necessario affinché una goccia precipitata nel punto più lontano del bacino raggiunga la sezione di chiusura, è valutato indipendentemente dalla possibile interferenza nel deflusso della goccia con altre particelle d'acqua. I processi di trasferimento sono indipendenti dalla condizione in rete. Nel caso di una rete di fognatura t c = (t r + t p ) dove: t r = tempo di ruscellamento indica il tempo che impiega la particella per raggiungere il collettore. t p = tempo di percorrenza che dipende dalla velocità che si viene ad instaurare nel collettore fognario. In genere a t r si assegna un valore dell ordine della decina di minuti. Il peso di t r sulla valutazione di t c decresce all aumentare del tempo t; è chiaro che quindi un eventuale errore sulla determinazione di t r si risente sui primi tratti e poi va via via attenuandosi. Si ammette che la pioggia critica, per una data sezione di fognatura, abbia una durata pari al t c dell acqua caduta nel punto più lontano del bacino sotteso dalla sezione. Il procedimento è iterativo in quanto il tempo di percorrenza, non disponibile, se non a progettazione avvenuta del collettore, viene ipotizzato a priori, verificandolo e correggendolo iterativamente finché i due valori risultano pressoché uguali. Metodo semplificato di Iannelli Il metodo semplificato di Iannelli[1] si fonda sui presupposti che sono alla base del metodo dell Invaso e consente una valutazione diretta (cioè non iterativa), per quanto approssimata, dei volumi propri invasati. Si 6

7 basa sui risultati ottenuti da G. Cotecchia[2] il quale ha individuato una relazione esistente tra l'area del bacino interessato e i valori del rapporto tra volume di invaso proprio e volumi dei piccoli invasi. Tale metodo prevede l introduzione di un parametro, il Coefficiente di Cotecchia, che in genere assume i seguenti valori: 0.27 per territori a forte pendenza; 0.29 per territori a media pendenza; 0.33 per territori a debole pendenza. Scelta della formula di resistenza Il calcolo delle caratteristiche idrauliche può essere svolto adottando una delle seguenti: formula di Gauckler-Strickler dove: R = raggio idraulico i f = cadente piezometrica K str = coefficiente di scabrezza, compreso tra 10 e 200 formula di Manning-Strickler: V=1/n R 2/3 i f ½ dove: 1/n = coefficiente di scabrezza, compreso tra e 0.1 formula di Chezy-Bazin: dove: 7

8 con parametro di scabrezza, compreso tra 0.01 e 3; formula di Chezy-Kutter: dove: con m parametro di scabrezza, compreso tra 0.01 e 3 Risultati del calcolo Per ogni tratto della rete sono forniti i seguenti dati di pioggia: Area colante totale [ha] È l'area di tutto il bacino imbrifero fino alla sezione di chiusura rappresentata dal picchetto finale del tratto. Coefficiente di afflusso medio Indica l'aliquota impermeabile dell area colante totale che effettivamente contribuisce alla formazione della portata defluente nel tratto. Si ottiene come media pesata dei coefficienti di afflusso dei tratti che precedono il tratto in questione. Volume invasato Wp [m 3 /ha] Rappresenta la somma dei volumi invasati in rete fino al tratto in questione. Parametri della legge di pioggia: a ed n Questi parametri possono variare da tratto a tratto se è stata utilizzata nel calcolo l opzione Effetto Area (Puppini). Coefficiente udometrico [l/sha] Contributo di piena per unità di superficie: Q/A. Tempo di Corrivazione [min] 8

9 Tempo necessario affinché una goccia precipitata nel punto più lontano del bacino raggiunga la sezione di chiusura. È una variabile propria del metodo della Corrivazione. Portata di pioggia [mc/s] Portata, dovuta alla pioggia, defluente nel tratto. Inoltre, sempre per ogni tratto della rete, sono riportati i risultati delle verifiche idrauliche: Tirante minimo [m] Altezza d acqua quando defluisce nel canale la minima portata di pioggia. Tirante massimo [m] Altezza d acqua quando defluiscono nel canale la massima portata di pioggia. Grado di riempimento massimo [%] Percentuale di riempimento della sezione riferita alla sua altezza totale. Velocità massima [m/s] RELAZIONE DI CALCOLO COLLETTORI PLUVIALI CALCOLO COLLETTORE SU VIA ESTRAMURALE (CIRCONVALLAZIONE) Tubo strutturato in polietilene ad alta densità coestruso a doppia parete, liscia internamente di colore bianco e corrugata esternamente di colore nero, φ interno 800 mm con classe di rigidità pari a SN 8 Kn/mq. Legge di probabilità pluviometrica La legge di probabilità pluviometrica che interessa la zona in cui ricade la rete da progettare è la seguente: 9

10 h= x t dove h è l'altezza di pioggia in mm, t è la durata di pioggia, in ore. È stato considerato l'effetto di riduzione dell'area, che tiene conto del fatto che sulle aree circostanti l'area servita da un pluviografo l altezza di pioggia, connessa ad un evento piovoso di durata d, risulta inferiore alla massima altezza che il pluviografo registra quando su di esso passa il centro di pioggia. Il metodo proposto da Puppini prevede la modifica dei coefficienti della legge di pioggia nel modo seguente: a =ax( xa/ xa 2 /100) n =n xa/100 con A espressa in [ha]. Metodo di calcolo Per la verifica idraulica della rete è stato utilizzato il metodo della corrivazione (con precisione ). Tale metodo tiene conto per il calcolo delle portate pluviali del tempo necessario affinchè la pioggia, caduta in una certa zona del bacino, raggiunga la sezione terminale di un tratto della rete drenante. Il bacino imbrifero è visto come un dispositivo atto a trasformare gli afflussi (input) in deflussi (output), con modalità dipendenti da ipotesi di linearità e stazionarietà; la portata, transitante attraverso la sezione terminale considerata, si valuta come somma dei contributi delle aree elementari gravanti a monte della sezione stessa. Tale metodo non considera quindi la capacità d invaso della rete ma solo la sua capacità di trasferimento. Il tempo di corrivazione tc, cioè il tempo necessario affinchè una goccia precipitata nel punto più lontano del bacino raggiunga la sezione di chiusura, è valutato indipendentemente dalla possibile interferenza nel deflusso della goccia con altre particelle d'acqua. 10

11 I processi di trasferimento sono indipendenti dalla condizione in rete. Nel caso di una rete di fognatura tc = tr + tp dove: tr = tempo di ruscellamento indica il tempo che impiega la particella per raggiungere il collettore, tp = tempo di percorrenza. che dipende dalla velocità che si viene ad instaurare nel collettore fognario. In genere a tr si assegna un valore dell ordine della decina di minuti. Il peso di tr sulla valutazione di tc decresce allo aumentare del tempo tp; è chiaro che quindi un eventuale errore sulla determinazione di tr si risente sui primi tratti e poi va via via attenuandosi. Si ammette che la pioggia critica, per una data sezione di fognatura, abbia una durata pari al tc dell acqua caduta nel punto più lontano del bacino sotteso dalla sezione. Il procedimento è iterativo in quanto il tempo di percorrenza, non disponibile, se non a progettazione avvenuta del collettore, viene ipotizzato a priori, verificandolo in un secondo momento a progettazione avvenuta, e correggendolo iterativamente finchè i due valori risultano pressochè uguali. Si riportano di seguito le caratteristiche delle sezioni utilizzate, le tabelle contenenti i dati di progetto, le tabelle dei risultati (tabella pioggia e tabella verifiche). Ogni tabella è corredata di legenda DATI TABELLA SEZIONI CIRCOLARI N. Nome Diametro [m] Formula Scabrezza 1 VIA ESTRAMURALE GS Legenda Formule di resistenza GS = formula di Gauckler-Strickler: V=KsR^(2/3)j^(1/2) CB = formula di Chezy-Bazin: V=KbR^(1/2)j^(1/2), dove Kb=87/(1+gamma/R^(1/2)) 11

12 CK = formula di Chezy-Kutter: V=KkR^(1/2)j^(1/2), dove Kk=100/(1+m/R^(1/2) MS = formula di Manning-Strickler: V=(1/n)R^(2/3)j^(1/2) TABELLA DATI PICCHETTI Nome X Y Z [m] [m] [m] Legenda Tabella Picchetti Nome = nome identificativo del picchetto X,Y = coordinate planimetriche del picchetto Z = quota geodetica del picchetto TABELLA DATI TRATTI Nome Pic1 Pic2 Sez Lungh. Pend Ac Phi Wo Tr VIA ESTRAM URALE Legenda Tabella Tratti [m] [m/m] [ha] [mc/ha] [min] Nome = nome identificativo del tratto inserito lungo il tracciato della rete Pic1 = nome del 1 picchetto del tratto Pic2 = nome del 2 picchetto del tratto Sez = nome della sezione assegnata al tratto L = lunghezza del tratto Pend = pendenza del tratto Ac = area colante che grava sul tratto phi = coefficiente di afflusso; indica l'aliquota impermeabile dell'area gravante che effettivamente contribuisce alla formazione della portata nel tratto Wo = volume dei piccoli invasi; rappresenta la quantità di acqua che resta invasata sul terreno prima che possa cominciare a defluire 12

13 Tr = tempo di ruscellamento; rappresenta il tempo che una goccia d'acqua caduta nel punto più sfavorito del bacino impiega per arrivare alla rete TABELLA PIOGGIA Nome Sez Actot Phim a n Wp u tc Qp 23-1 VIA ESTRAM URALE [ha] [mc] [l/sha] [min] [mc/s] Legenda Tabella Pioggia Nome = nome identificativo del tratto Sez = nome della sezione assegnata al tratto Actot = area colante totale, intesa come somma delle aree dei bacini che gravano, con i loro afflussi, sul tratto in esame; Phim = coefficiente di afflusso medio delle aree gravanti sul tratto; indica l'aliquota impermeabile media delle aree gravanti sul tratto che effettivamente contribuisce alla formazione della portata a = coefficiente della legge di pioggia n = esponente della legge di pioggia Wp = volume proprio totale invasato dalla rete; è la sommatoria dei volumi propri invasati in tutti i tratti a monte fino al tratto in esame incluso u = coefficiente udometrico; rappresenta il contributo di piena per unità di superficie Q/A tc = tempo di corrivazione; rappresenta il tempo necessario affinchè una goccia precipitata nel punto più lontano del bacino raggiunga la sezione di chiusura Qp = portata di pioggia che defluisce lungo il tratto in esame 1 a TABELLA VERIFICHE Nome Sez L i Qp 23-1 VIA ESTRAMURALE [ha] [m/m] [mc/s] Legenda 1 Tabella Verifiche Nome = nome identificativo del tratto Sez = nome della sezione assegnata al tratto 13

14 L = lunghezza del tratto Pend = pendenza del tratto Qp = portata di pioggia totale che affluisce al tratto in esame 2 a TABELLA VERIFICHE Nome Sez Qt hmin hmax Grmax Vmax [mc/s] [m] [m] [%] [m/s] 23-1 VIA ESTRAMU RALE Legenda 2 Tabella Verifiche Nome = nome identificativo del tratto Sez = nome della sezione assegnata al tratto Qt = portata totale hmin = tirante minimo inteso come valore dell'altezza idrica con cui la portata nera defluisce lungo il tratto in esame hmax = tirante massimo inteso come valore dell'altezza idrica con cui la portata totale defluisce lungo il tratto in esame Grmax = grado di riempimento massimo Vmax = velocità massima Calcolo Tronco su Via don Tonino Bello DATI TABELLA SEZIONI CIRCOLARI N. Nome Diametro [m] Formula Scabrezza 1 Via don Tonino Bello GS Legenda Formule di resistenza GS = formula di Gauckler-Strickler: V=KsR^(2/3)j^(1/2) CB = formula di Chezy-Bazin: V=KbR^(1/2)j^(1/2), dove Kb=87/(1+gamma/R^(1/2)) CK = formula di Chezy-Kutter: V=KkR^(1/2)j^(1/2), dove Kk=100/(1+m/R^(1/2) MS = formula di Manning-Strickler: V=(1/n)R^(2/3)j^(1/2) 14

15 TABELLA DATI PICCHETTI Nome X Y Z [m] [m] [m] Legenda Tabella Picchetti Nome = nome identificativo del picchetto X,Y = coordinate planimetriche del picchetto Z = quota geodetica del picchetto TABELLA DATI TRATTI Nome Pic1 Pic2 Sez Lungh. Pend Ac Phi Wo Tr Via don Tonino Bello Legenda Tabella Tratti [m] [m/m] [ha] [mc/ha] [min] Nome = nome identificativo del tratto inserito lungo il tracciato della rete Pic1 = nome del 1 picchetto del tratto Pic2 = nome del 2 picchetto del tratto Sez = nome della sezione assegnata al tratto L = lunghezza del tratto Pend = pendenza del tratto Ac = area colante che grava sul tratto phi = coefficiente di afflusso; indica l'aliquota impermeabile dell'area gravante che effettivamente contribuisce alla formazione della portata nel tratto Wo = volume dei piccoli invasi; rappresenta la quantità di acqua che resta invasata sul terreno prima che possa cominciare a defluire Tr = tempo di ruscellamento; rappresenta il tempo che una goccia d'acqua caduta nel punto più sfavorito del bacino impiega per arrivare alla rete TABELLA PIOGGIA 15

16 Nome Sez Actot Phim a n Wp u tc Qp 25-1 Via don Tonino Bello [ha] [mc] [l/sha] [min] [mc/s] Legenda Tabella Pioggia Nome = nome identificativo del tratto Sez = nome della sezione assegnata al tratto Actot = area colante totale, intesa come somma delle aree dei bacini che gravano, con i loro afflussi, sul tratto in esame; Phim = coefficiente di afflusso medio delle aree gravanti sul tratto; indica l'aliquota impermeabile media delle aree gravanti sul tratto che effettivamente contribuisce alla formazione della portata a = coefficiente della legge di pioggia n = esponente della legge di pioggia Wp = volume proprio totale invasato dalla rete; è la sommatoria dei volumi propri invasati in tutti i tratti a monte fino al tratto in esame incluso u = coefficiente udometrico; rappresenta il contributo di piena per unità di superficie Q/A tc = tempo di corrivazione; rappresenta il tempo necessario affinchè una goccia precipitata nel punto più lontano del bacino raggiunga la sezione di chiusura Qp = portata di pioggia che defluisce lungo il tratto in esame 1 a TABELLA VERIFICHE Nome Sez L i Qp 25-1 Via don Tonino Bello Legenda 1 Tabella Verifiche Nome = nome identificativo del tratto Sez = nome della sezione assegnata al tratto L = lunghezza del tratto Pend = pendenza del tratto Qp = portata di pioggia totale che affluisce al tratto in esame [ha] [m/m] [mc/s]

17 2 a TABELLA VERIFICHE Nome Sez Qt hmin hmax Grmax Vmax 25-1 Via don Tonino Bello Legenda 2 Tabella Verifiche Nome = nome identificativo del tratto Sez = nome della sezione assegnata al tratto Qt = portata totale [mc/s] [m] [m] [%] [m/s] hmin = tirante minimo inteso come valore dell'altezza idrica con cui la portata nera defluisce lungo il tratto in esame hmax = tirante massimo inteso come valore dell'altezza idrica con cui la portata totale defluisce lungo il tratto in esame Grmax = grado di riempimento massimo Vmax = velocità massima 17

18 DETERMINAZIONE ED ADEGUAMENTO DEL RECAPITO FINALE ACQUE DI PRIMA PIOGGIA La normativa vigente in materia di tutela delle acque prevede l obbligo di trattamento delle acque meteoriche per le quali vi sia il rischio di dilavamento da superfici impermeabili scoperte di sostanze pericolose o di sostanze che creano pregiudizio per il raggiungimento degli obiettivi di qualità dei corpi idrici. La Regione Puglia, con Deliberazione di Giunta del 19 giugno 2007, n. 883, ha adottato, ai sensi dell art. 121 del D. Lgs. n. 152/2006, uno specifico progetto di Piano di tutela delle Acque. Gli aspetti più rilevanti di tale piano sono legati alla riformulazione delle definizioni che la Regione Puglia introduce con la volontà di voler chiarire e meglio puntualizzare gli aspetti sia del vecchio PIANO Direttore, approvato con Decreto n. 191/CD/A del 13 giugno 2002, che quelle introdotte col Decreto n. 282/CD/A del 21 novembre Di seguito si riportano alcune delle definizioni riformulate con il suddetto PTA: Acque di prima pioggia: le prime acque meteoriche di dilavamento relative ad ogni evento meteorico preceduto da almeno 48 ore di tempo asciutto, per un altezza di precipitazione uniformemente distribuita: di 5 mm per superfici scolanti aventi estensione, valutata al netto delle aree a verde e delle coperture non carrabili, inferiore a ,00 mq; compresa tra 2,5 mm e 5,0 mm per superfici di estensione maggiore di ,00 mq, valutate al netto delle aree a verde e delle coperture non carrabili, in funzione dell estensione dello stesso bacino correlata ai tempi di accesso alla vasca di raccolta. le acque di prima pioggia e di convogliarle verso il canale scolmatore a sfioro che funge da vasca di calma, all interno della quale l acqua rallenta il suo moto. 18

19 In tal modo è possibile il trattamento di dissabbiatura previsto dal punto 4 dell Appendice A di suddetto Piano Direttore 1. Volume di prima pioggia Come si è detto, il bacino scolante presenta le seguenti caratteristiche: Area (ha) Area ridotta (m 2 ) 439 0, Avendo il bacino una superficie superiore a mq, il volume corrispondente ad una precipitazione di 2.5 mm sullo stesso bacino è pari a: V = A h = x = m Il tempo di corrivazione 2, definito come la somma del tempo di ruscellamento e del tempo di percorrenza della rete, è il tempo che impiega la particella d acqua più lontana a raggiungere l opera terminale, ovvero la sezione di chiusura della rete. Il tempo di corrivazione per il recapito finale è pari a: t c = 1,42 ore = 85,20 min = sec Portata di prima pioggia Il valore della portata di prima pioggia è pari a: Q prima pioggia = V / t c = 3292/5112 = 0,64 m 3 /s In via cautelativa, nel calcolo della portata di prima pioggia non si è tenuto conto del coefficiente di contemporaneità (Cc), ovvero del tempo che intercorre tra 1 Il punto 4 (Disciplina e trattamento degli scarichi di acque meteoriche di dilavamento provenienti da reti fognarie separate) comma 1 prevede che le acque di prima pioggia derivanti dagli scarichi di acque meteoriche di dilavamento provenienti da reti fognarie separate devono essere sottoposti, prima del loro smaltimento, ad un trattamento di grigliatura e dissabbiatura. 2 Il tempo di ruscellamento è valutato come il tempo che impiegano le particelle d acqua a raggiungere la rete di drenaggio urbano. Esso è inversamente proporzionale alla pendenza del bacino e alla copertura della rete di drenaggio. In letteratura tecnica sono consigliati valori compresi tra i 10 e 50 minuti. 19

20 l inizio della pioggia e la formazione del colmo dell onda di piena nella sezione fognaria considerata e quindi indirettamente dei fenomeni di invaso che si verificano all interno della rete fognaria. Dimensionamento della vasca di dissabbiatura e grigliatura Il principio di funzionamento del pozzetto si basa sul processo di sedimentazione che sfrutta la forza di gravità per separare le particelle solide sedimentabili, caratterizzate da peso specifico maggiore di quello dell acqua, e che sono in grado di depositarsi sul fondo della vasca in tempi sufficienti. Affinché le particelle solide possano sedimentare efficacemente sul fondo della vasca occorre pertanto: assicurare un sufficiente tempo di detenzione; verificare che il carico idraulico superficiale, inteso come rapporto tra la portata Q e la superficie della vasca S, non sia superiore alla velocità di precipitazione delle particelle che si vuole far sedimentare. Per stimare la velocità v s di precipitazione delle sabbie si fa riferimento alla nota legge di Stokes, per la quale vale la relazione: v s = g 18 ( s 2 D a ) dove: g = accelerazione di gravità; s = peso specifico delle particelle; a = peso specifico dell acqua; D = diametro delle particelle; µ = viscosità cinematica dell acqua (pari a 1,139 x 10-2 cm 2 /s a temperatura di 15 C) 20

21 All interno della vasca di calma, pertanto, tutte le particelle di tipo granuloso che hanno velocità di sedimentazione superiore al carico idraulico superficiale vengono trattenute e raccolte sul fondo. Nel presente caso, imponendo un tempo di detenzione minimo nella vasca non inferiore a 5 minuti, si ricava il volume necessario V diss = Q prima pioggia x t = 0,64 x 300 = 192 m 3 Si dimensiona un canale che funge da vasca di calma, dissabbiatura e grigliatura avente la lunghezza di ml e sezione 2.70xh3.85 per una volumetria utile superiore quindi a 192 m 3. La superficie S del canale è 120 m 2, per cui il carico idraulico superficiale risulta: Cis = Q prima pioggia N / S = (0.64/120)x cm/s Sostituendo i valori del carico idraulico superficiale ottenuti nella equazione di Stokes, imponendo v s = Cis, si ricava il diametro minimo delle particelle di tipo granuloso che sedimentano sul fondo della vasca, pari a D = 0.22 mm, che si può ritenere sufficiente al fine di ottenere una sedimentazione efficace. Si precisa che il posizionamento della griglia che mette in comunicazione l acqua di prima pioggia, ormai calmata nella vasca, con l opera terminale di accumulo e di drenaggio, è sottoposto rispetto alla luce stramazzante. In tal modo è sempre garantito un franco che consente all acqua di stramazzare. Le dimensioni della griglia superiori rispetto a quelle della luce consentono l emissione della portata accumulata senza che si creino rigurgiti a monte. Il principio di funzionamento del dissabbiatore si basa sul processo di sedimentazione che sfrutta la forza di gravità per separare le particelle solide sedimentabili, caratterizzate da un peso specifico maggiore di quello dell acqua, e che sono in grado di depositarsi sul fondo della vasca in tempi sufficienti. Affinché le particelle solide possano sedimentare efficacemente sul fondo della vasca occorre assicurare un sufficiente tempo di ritenzione e verificare che il carico idraulico superficiale,inteso come rapporto tra la portata Q e la superficie della vasca S, non sia superiore alla velocità di precipitazione delle particelle che si vuole far sedimentare. Per stimare la velocità Vs di precipitazione delle sabbie si fa riferimento alla nota legge di 21

22 Stokes, per la quale vale la relazione: Vs = g*(ρ1 ρ2)*d2/(18* µ). In cui: - Vs è la velocità di sedimentazione delle particelle solide; - ρ1 è la massa specifica del solido che si intende far sedimentare pari a kg/mc; - ρ2 è la massa specifica dell acqua; - g è l accelerazione di gravità; - D è il diametro delle particelle solide che si intende far sedimentare; - µ è la viscosità dinamica dell acqua (pari a 1.109x103 kg/(m*s) a temperatura di 16 C). All interno della vasca di calma, pertanto, tutte le particelle di tipo granuloso che hanno velocità di sedimentazione superiore al carico idraulico superficiale vengono trattenute e raccolte sul fondo. Nella vasca A verranno trattate le acque convogliate dal collettore in c.a. a sezione rettangolare, raccolte in parte del bacino A e quelle rivenienti dalla immissione della condotta di via Potenza di nuova realizzazione, prima del loro scarico nel canale Lamia in prossimità del sottopasso ferroviario. La superficie della vasca, allargata in tale proposta tecnica migliorativa ed avente le dimensioni, come si evince dagli elaborati grafici, pari a S = 20 x 6 = 120 mq, per cui il carico idraulico superficiale risulta essere: Cis = Qmax/90 = m/s. Sostituendo il valore del carico idraulico superficiale ottenuto, nella equazione di Stokes ed imponendo che Vs sia uguale a Cis, si ricava il diametro minimo delle particelle di tipo granuloso che sedimentano sul fondo della vasca dissabbiatrice: D = 0,28 mm. CARATTERISTICHE PRESTAZIONALI E MATERIALI PRESCELTI PER LA RETE FOGNANTE Le fogne andranno poste in opera, preferibilmente, in asse stradale per quelle strade prive dei servizi di acquedotto, fognatura nera e gas metano, mentre saranno posate nello spazio disponibile per quelle strade provviste dei servizi anzidetti, provvedendo all'eventuale rimozione e opportuno ricollocamento dei sottoservizi esistenti lungo il tracciato di interesse. Completano le opere anzidette pozzetti di ispezione, di incrocio, di confluenza e caditoie del tipo a griglia. Per quanto attiene i materiali da utilizzare, le tecniche di lavorazione e le modalità di posa in opera degli stessi si è ritenuto opportuno fare riferimento alle 22

23 tecnologie ed ai materiali già utilizzati per la costruzione dei collettori esistenti, anche per evitare difformità di comportamento e funzionamento dell intera opera una volta completata. In particolare i materiali da utilizzare saranno i seguenti: Tubazioni La scelta delle tubazioni, dei manufatti d'ispezione e delle caditoie pluviali è stata effettuata in conformità a quanto dettato: - dai "Criteri, metodologie e norme tecniche generali di cui all'art. 2 lettere B), D) ed E) della legge 10 maggio 1976 n. 319, recante norme sulla tutela delle acque dall'inquinamento"; - dal Decreto del Ministero dei LL.PP del recante "Norme tecniche relative alle tubazioni". Per i tronchi in progetto, che interessano le strade del centro abitato, a causa della presenza di numerosi sottoservizi, per facilitare le operazioni di posa e per ridurre la larghezza degli scavi sono state impiegate tubazioni in polietilene ad alta densità per fognature non in pressione, di caratteristiche corrispondenti alle norme UNI EN 12666, SDR 33 rigidità anulare SN 22, con marchio di conformità di prodotto rilasciato secondo UNI CEI EN da Istituto o Ente riconosciuto e accreditato Sincert, con giunzioni eseguite mediante saldatura di testa (polifusione) o manicotti elettrosaldabili sino al diametro 315 a mezzo di apposita attrezzatura. Tale scelta è stata dettata dalla necessità di garantire una adeguata resistenza sia all azione abrasiva dell acqua piovana che ai carichi stradali. Altri vantaggi dovuti all utilizzo di tale tipo di tubazione sono quelli relativi ai seguenti aspetti: 23

24 ridotta scabrezza delle superfici interne che preserva la formazione di flora batterica scagionando così pericoli di corrosione; facilità di deflusso delle acque senza dar luogo a ristagni nei periodi non piovosi; impermeabilità a liquidi; uniformità strutturale in tutto il suo spessore. Lungo i tronchi è stato previsto l utilizzo di tubi pozzetto di linea in calcestruzzo vibrocompresso, modificati in superficie per consentire l'innesto dei pozzetti. Pozzetti di ispezione e incrocio Lungo i tronchi di progetto, in corrispondenza delle sezioni particolari (cambi di direzione o livelletta, innesto, confluenza) saranno realizzati dei pozzetti di ispezione in modo tale da favorire le operazioni di pulizia, sorveglianza e manutenzione dei tronchi; analoga previsione anche lungo i tratti rettilinei ad intervalli variabili (max 36 m). Detti pozzetti saranno del tipo prefabbricalo in calcestruzzo armato di forma quadrata con dimensioni nette interne di cm. 120x120 per le confluenze delle fogne aventi diametro di 500 e 600 mm mentre per le confluenze delle fogne aventi diametro di mm. 1000, con dimensioni interne di cm. 150x150. La soletta di copertura sarà di tipo carrabile dello spessore non inferiore a 20 cm. con passo d uomo per ispezione e foro per alloggiamento chiusino di ispezione per carreggiata stradale in ghisa sferoidale, per acquedotto a fognatura, costruito secondo le norme UNI EN 124/1995, classe di resistenza D

25 (traffico normale) con alta resistenza alla rottura, con bloccaggio a mezzo di barra elastica, passo d'uomo mm 600. I pozzetti saranno corredati di scaletta alla marinara con gradini in acciaio al fine di consentirne l'ispezione. I gradini dovranno essere inseriti lungo le pareti del pozzetto ogni 25 cm. e per tutta l'altezza dello stesso. I chiusini dei pozzetti di ispezione e le caditoie a griglia saranno in ghisa sferoidale a grafite sferoidale secondo le norme UNI 4544 e rispondente alle indicazioni delle norme UNI EN 124. I chiusini saranno classe D400 (carico di rottura >40 t.) con luce netta di 600 mm., telaio quadrato munito di guarnizione antirumore in polietilene e coperchio antisdrucciolo di chiusura con dispositivo di blocco. Le caditoie saranno classe D 250 (carico di rottura >25 t.) con telaio quadrato concavo, delle dimensioni esterne di 57 x 57, e griglia concava con superficie antisdrucciolo. Caditoie Nel presente progetto è prevista la realizzazione di opere di sbarramento e intercettazione della portata costituite da caditoie a griglia. Tali manufatti, da collocarsi nelle posizioni riportate nelle planimetrie di posa e comunque lungo le strade principali maggiormente soggette al flusso dell'acqua piovana allo scopo di convogliare la stessa all'interno dei collettori, saranno costituiti da elementi gettati in opera in calcestruzzo, muniti di soprastante griglia di raccolta in ghisa sferoidale e tubazioni in PEAD del diametro interno 315 mm e relativi pezzi speciali, da allacciarsi alla condotta fognante. 25

26 RELAZIONE IDROLOGICA ANALISI DATI PLUVIOMETRICI Le precipitazioni di massima entità, quindi le conseguenti portate di piena, rappresentano nell ambito di diversi bacini situazioni eccezionali. La stima delle precipitazioni massime può essere condotta mediante l impiego di formule empiriche o ricorrendo a procedimenti statistici come nel nostro caso. Lo studio statistico è stato affrontato partendo dall ipotesi che le precipoitazioni pluviometriche di massima entità siano fenomeni del tutto casuali e senza alcuna relazione fra loro. Prescindendo, pertanto, da qualsiasi parametro legato alla morfologia e/o alle dimensioni dei bacini, ci si è limitati ad un analisi statistica delle altezze di pioggia rilevate nella stazione pluviometrica di riferimento più vicina che è quella di Collepasso. Tale analisi è stata effettuata sui dati pluviometrici forniti dalla medesima stazione relativi a 20 anni di osservazione, dal 1973 al 2000, con l elaborazione statistica delle precipitazioni intense, secondo la legge di Gumbel. Le indagini sulle piogge intense sono dirette alla determinazione del legame che incorre tra l altezza della precipitazione verificatasi in una data stazione pluviometrica, la sua durata e la frequenza probabile con cui tale altezza può verificarsi. 26

27 Dalle registrazioni pluviografiche vengono selezionati i valori massimi di precipitazione per ogni anno del record a disposizione, agli intervalli di 1, 3, 6, 12 e 24 ore. Tali dati vengono poi ordinati in senso crescente. L ordine rappresenta il numero delle volte che nel periodo di osservazione, si è verificata, per la durata considerata, una pioggia di intensità uguale o superiore. Supposto che le superfici da cui si pensano estratti i campioni siano distribuite secondo la legge asintotica del massimo valore (legge di Gumbel), i valori di frequenza con cui un evento può essere uguagliato, vengono plottati su di una carta probabilistica appositamente realizzata. La frequenza è ricavata dall espressione F = n/n+1 (n rappresenta il numero di dati a disposizione). Si ricavano, così, delle distribuzioni di punti per ogni singola durata del campione analizzato. Le rette di distribuzione si ottengono direttamente dalla legge di probabilistica di Gumbel dipendente da due parametri (intensità di funzione) e u (estremo atteso), i quali sono legati alla media della popolazione (µ h) ed allo scarto quadratico medio (σ h ) della variabile casuale, dalle relazioni: α= 1,283 / σ h u = µ h - 0,450 x σ h 27

28 In corrispondenza di un prefissato tempo di ritorno T, le rette probabilistiche forniscono i valori delle altezze h corrispondenti alle diverse durate. A questo punto si riportano su di un piano (h, t) i punti rappresentativi di tali altezze, dai quali è possibile per interpolazione ricavare la curva di possibilità climatica connessa all assegnato tempo di ritorno. Con il tempo di ritorno T viene indicato il lasso di tempo che deve intercorrere affinché un dato valore della grandezza idrogeologica venga superato. Tali curve vengono espresse analiticamente con un espressione monomia del tipo h = a t n dove h = altezza della pioggia in mm t = durata corrispondente in ore a, n = parametri caratteristici della curva, dipendenti dalle caratteristiche pluviometriche della zona in cui la stazione di misura è ubicata. I valori di h ed a possono venire più facilmente calcolati se l espressione viene trasformata in forma logaritmica log h = log a + n log t in cui le curve diventano delle rette, in cui a rappresenta l intercetta ricavata sull asse delle precipitazioni ed n il coefficiente angolare di tale retta. Si può notare come il parametro a sia uguale ad h per t =1h (perché il log 1= 0). A questo punto n viene facilmente ricavato dalla funzione 28

29 n = log h0 - log a / log t0 in funzione delle coordinate (h0, t0) di un punto qualsiasi della retta. Risultati dell analisi dei dati pluviometrici (curva di possibilità pluviometrica) Dopo aver descritto il metodo che si è applicato vengono presentate le elaborazioni realizzate per il caso in esame. I dati utilizzati come già detto sono quelli riguardanti le precipitazioni brevi e intense, perciò quelle riferite alle quantità di pioggia caduta ad intervalli prefissati di 1, 3, 6, 12, 24 ore. Tali osservazioni sono reperibili negli Annali idrologici pubblicati dal S.I.I., dove vengono riportate anno per anno le registrazioni effettuate tramite pluviografo, relative alla stazione di misura. Si ribadisce che i dati utilizzati comprendono un periodo che va dal 1973 al 2000 e sono riassunti nella tabella allegata. Le rette ricavate sono state ottenute congiungendo gli estremi da 1 a 24 ore. Come si può ben notare tali rette sono parallele anche se alcuni punti non giacciono perfettamente sulla retta. Si tratta comunque di scegliere l interpolazione che permette di cautelarsi fornendo valori magari più alti del reale, ma che consentono di lavorare con un certo margine di sicurezza. Questo tipo di analisi è finalizzata alla determinazioni del tempo di ritorno con cui eventi di determinata grandezza possano verificarsi. 29

30 Dall analisi della retta probabilistica è stata calcolata l altezza massima di pioggia per i vari tempi di ritorno vedi tab. 1. Tempi ritorno di Hmax (mm) T= T= T= T= T= Tabella 1 Altezze massime di pioggia relative ad un ora Le rette individuate secondo i tempi di ritorno sono le seguenti: log h=log log t (T=10 anni) log h=log log t (T=20 anni) log h=log log t (T=30 anni) log h=log log t (T=50 anni) log h=log log t (T=100 anni) e quindi in forma esponenziale si avrà rispettivamente con t espresso in ore e h in mm. cioè h= t h= t h= t h= t h= t a = mm a = mm a = n = n = n =

31 mm 7 a = mm a = mm n = n = DETERMINAZIONE DELLE PORTATE Per la valutazioni delle portate massime di acqua meteorica che potrebbero affluire in seguito ad eventi piovosi particolarmente eccezionali, è stata presa in considerazione l altezza massima di pioggia di durata oraria, desunta dalla curva climatica elaborata con il metodo di Gumbel, già ampiamente descritta precedentemente. Di norma il tempo di ritorno viene scelto in base alla tipologia dell opera da costruire; in questo caso si è considerato quello per la Fognatura, si è scelto dunque un tempo di ritorno di 10 anni, così come prevede il Piano Direttore della Regione Puglia del 13/06/2000. Sono qui riportati degli esempi di tempi di ritorno adottati per diverse opere in fase di progetto: Fognatura urbana (5-10 anni); Tombinatura di una strada rurale (5-15 anni); Strada provinciale ( anni); Strada statale, autostrada ( anni); Ferrovia ( anni); 31

32 Diga ( anni) Si riportano in allegato i dati di pioggia relativi alla stazione pluviometrica di Collepasso (vedi tabella e grafico allegati) e le elaborazioni grafiche relative alle cinque condizioni esaminate, ovvero le curve di possibilità climatica relative ai suddetti tempi di ritorno (10, 20, 30, 50 e 100 anni). IPOTESI DI FUNZIONAMENTO DELLA RETE I collettori in esame sono caratterizzati fisicamente attraverso l individuazione dei nodi idraulici che rappresentano non solo gli estremi di ciascun ramo (tubazione) ma anche le sezioni cui afferiscono le portate relative ai bacini elementari di scolo idraulico, e ancora i punti di immissione di portata, le sezioni di cambio di diametro e/o di pendenza dei collettori. Il valore di portata relativo a ciascun nodo viene stimato attraverso l assegnazione dei seguenti parametri: - precipitazione; - percentuale di area impermeabile sottesa dal nodo; - coefficiente di deflusso; - volume di invaso superficiale al tempo zero; - tempo di corrivazione del bacino elementare; - tempo di risposta del bacino variabile con la forma geometrica dello stesso. Le ipotesi poste alla base del calcolo consistono nell assunzione che la portata sia uniformemente distribuita, che il deflusso superficiale possa avere inizio solo 32

33 allorquando siano ultimati gli invasi superficiali e che il deflusso scaturisca dal solo contributo dell area impermeabile. Il dimensionamento del collettore e le ipotesi di calcolo sono riportate dettagliatamente nella relazione idraulica. 33

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