COMUNE DI CAMPAGNA LUPIA

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1 ing. Anita Scalco viale Arma di Cavalleria, 18/ Galliera V.ta (PD) tel: COMUNE DI CAMPAGNA LUPIA PROVINCIA DI VENEZIA RISTRUTTURAZIONE CON DEMOLIZIONE E RICOSTRUZIONE CON AMPLIAMENTO PER LA FORMAZIONE DI UNA TRIFAMILIARE RELAZIONE IDRAULICA PER INVARIANZA IDRAULICA Ditta: Polato Filippo, Andrea e Franceschin Mariuccia Campagna Lupia, 9 Agosto 2013

2 PREMESSA L area oggetto della presente compatibilità idraulica è una richiesta di perimetrazione sita in comune di Campagna Lupia (VE), Via Redipuglia , iscritta al N.C.E.U. di Venezia, Comune di Campagna Lupia, Fg. 27, mappali 112, 122, 166, 237, 282, 485, 486, 494, 673, iscritta nel P.R.G. del Comune di Campagna Lupia in zona urbanistica E4/135. La volontà di riqualificare la zona e di demolire gli edifici esistenti di evidente precaria qualità architettonica spinge a presentare la presente richiesta di perimetrazione di un Piano Urbanistico Attuattivo, che attraverso la Legge regionale 13 del 2011 Piano casa, consente di realizzare un contenuto intervento urbanistico costituito da cinque unità residenziali. L area risulta essere assoggettata da vincolo ambientale-paesaggistico ex legge 431/85, in quanto ricadente all interno della fascia dei 150 m dal Taglio Nuovissimo, ricade inoltre, nel comprensorio del Consorzio di Bonifica Bacchiglione Brenta. Il recapito finale delle acque meteoriche raccolte è il canale Cavaizza. LO STATO DEI LUOGHI L area considerata è costituita da tre edifici di evidente precaria qualità architettonica. Lo spazio circostante all edificato è realizzato in superfici drenanti, parte in ghiaino, parte a verde e parte in calcestruzzo lisciato (percorsi e marciapiedi), lo smaltimento delle acque meteoriche è affidato alla superficie permeabile, mentre l acqua in eccesso, per ruscellamento, raccolta dal canale Cavaizza. Dal punto di vista planimetrico, i terreni circostanti hanno una conformazione prevalentemente pianeggiante. IL COEFFICIENTE DI DEFLUSSO Durante una precipitazione parte dell acqua si infiltra nel terreno e va ad alimentare le falde acquifere sotterranee, una parte viene trattenuta dal terreno, una parte scorre superficialmente e viene raccolta dai corsi d acqua, una parte evapora sia durante che dopo la precipitazione ed infine una parte viene trattenuta dalla vegetazione e dagli avvallamenti del terreno. 2

3 La frazione di pioggia raccolta dalla rete di collettori è individuata da un coefficiente di deflusso φ, inteso come il rapporto tra il volume defluito attraverso una determinata sezione in un definito intervallo di tempo e il volume meteorico precipitato nell intervallo stesso. Questi percorsi vengono cambiati radicalmente nel loro aspetto quantitativo nell ipotesi di terreno urbanizzato. Per quanto riguarda il coefficiente di deflusso dovremo prendere il valore della media ponderata rispetto alle diverse superfici del bacino, valore che si calcola secondo i valori riferiti alla tabella di seguito riportata. Detto φ i il coefficiente di deflusso relativo alla superficie S, i il valore medio del coefficiente relativo ad aree caratterizzate da differenti valori di φ si ottiene una media ponderale: ϕ ϕi S med = i S i Ogni tipo di pavimentazione ha il suo coefficiente di deflusso come descritto nella tabella allegata: Tipi di superficie φ Tetti metallici 0,95 Tetti a tegole 0,90 Tetti piani con rivestimento in calcestruzzo 0,70-0,80 Pavimentazioni asfaltate 0,85-0,90 Strade in terra 0,40-0,60 Zone con ghiaia non compressa 0,15-0,25 Boschi 0,10-0,30 Parti centrali di città completamente edificate 0,70-0,90 Quartieri con pochi spazi liberi 0,50-0,70 Quartieri con fabbricati radi 0,25-0,50 Tratti scoperti 0,10-0,30 Giardini 0,05-0,25 Terreni coltivati 0,20-0,60 L area individuata dal PUA è di circa m 2. Calcolo del coefficiente di deflusso medio prima e dopo l intervento in progetto: Tipo di pavimentazione Superficie φ Superficie [m 2 ] impermeabile [m 2 ] Copertura Marciapiedi Ghiaino Superfici asfaltate Verde giardino aiuole ,40 φ SF 0,44 3

4 Tipo di pavimentazione Superficie φ Superficie [m 2 ] impermeabile [m 2 ] Copertura Percorsi interni pedonali Ghiaino Park in asfalto Superficie drenante tipo cotto Verde a prato φ SP 0,56 La media ponderata delle varie superfici evidenzia un coefficiente di deflusso medio dello stato di fatto è di ϕ SF = 0,51, mentre il nuovo coefficiente di progetto è pari a ϕ SP = 0,78. Dovremmo considerare anche una diminuzione del tempo di corrivazione caratteristico dell area, dovuto all incremento della impermeabilizzazione. PARAMETRI IDRAULICI E VALUTAZIONE DELLE PORTATE Per lo studio ed il dimensionamento delle opere, supportati dall utilizzo degli strumenti di simulazione matematica si sono utilizzati gli studi predisposti dal Commissario Delegato per l Emergenza concernente gli eventi meteorologici che hanno colpito parte del territorio della Regione Veneto nel Settembre 2007 (OPCM n del ). Facendo riferimento ad esse ed assumendo per il dimensionamento delle opere di mitigazione un tempo di ritorno di 50 anni, gli studi propongono la seguente curva di possibilità pluviometrica: a h = t (con t in minuti) c ( t + b) Tale equazione fornisce l altezza di precipitazione che può essere uguagliata o superata per precipitazioni di durata t mediamente una volta ogni Tr (tempo di ritorno) anni. Per quanto riguarda le piogge assumeremo Tr=50 anni e i seguenti parametri della curva segnalatrice a tre parametri della Zona Costiera e Lagunare di cui fa parte il comune di Campagna Lupia: 4

5 Di seguito si riportano le curve segnalatrici a due parametri identificate unicamente per l utilizzo delle formule esplicite del metodo dell invaso per il calcolo del coefficiente udometrico, che richiedono i coefficienti a e n dell espressione tradizionale a due parametri. I dati ottenuti dall analisi probabilistica infatti, non possono essere interpolati adeguatamente da una curva a due parametri per l intero range di durate da 5 minuti a 24 ore. E opportuno invece considerare intervalli più ristretti di durate, entro i quali la formula bene approssimi i valori ottenuti con la regolarizzazione regionale. Di seguito i parametri delle curve segnalatrici tarate su intervalli di cinque dati, per i vari tempi di ritorno. Il parametro indica l errore medio relativo dell approssimazione. I tempi t devono essere espressi in minuti. Il risultato è in millimetri. La tabella sopra riportata fornisce quindi i valori di a ed n, che per un tempo di ritorno di 50 anni e per poter essere usati nella formula canonica curva di possibilità pluviometrica dovranno assumere i seguenti valori (con i tempi t espressi in ore, il risultato è espresso in mm): Tr (anni) tp 15 minuti tp 30 minuti tp 45 min tp 1 ora DA 5 MIN A 45 MIN DA 10 MIN A 1 ORE DA 15 MIN A 3 ORE DA 30 MIN A 6 ORE a n % a n % a n % a n % L equazione di possibilità pluviometrica assume i seguenti valori (considerando che l area abbia un tempo critico di circa mezz ora): h = a t n = 76,50 t 0,520 Ora dobbiamo verificare che le modifiche e le opere idrauliche di progetto garantiscano il principio di invarianza idraulica, ovvero che la proposta di ricostruzione non incida sul sistema idraulico dell area. Essendo il bacino in questione di piccole dimensioni verrà dimensionato con il metodo cinematico, la rete sarà realizzata con una tubazione in calcestruzzo con innesti a bicchiere φ 80 cm di lunghezza pari a circa 120 m 5

6 e pendenza media dell 1 (vedi planimetria rete acque bianche allegata al progetto). Se in un bacino di superficie S cade, per una durata t, una precipitazione di altezza h, solo una frazione φ del volume meteorico (S h) risulta efficace agli effetti del deflusso. Il valore della portata massima Q max, essendo τ il ritardo di corrivazione, e t la durata della pioggia, è: Q max ϕsh = = ϕ S aτ τ n 1 Calcoleremo la portata generata dal bacino prima e dopo l intervento di progetto. Calcoliamo quindi le portate in corrispondenza della sezione di chiusura del bacino per un tempo di corrivazione pari a 20 minuti nell attuale situazione mentre consideriamo diminuito a 15 minuti nella situazione di progetto. Applicando al bacino in esame, il metodo esposto, il risultato, per deflusso libero dell acqua, nella sezione di chiusura, è il seguente: Q max prec ϕsh n = = ϕ S aτ τ ,50 60 = 0, ovvero: 182 m 3 /ora = 50 l/s = Q max SF 0,520 1 = 182 m 3 /ora Q max post ϕsh n = = ϕ S aτ τ ,50 60 = 0, ,520 1 = 266 m 3 /ora ovvero: 266 m 3 /ora = 74 l/s = Q max SF L incremento della portata generata dalla nuova urbanizzazione è di 24 l/s. MODELLO PER LA VERIFICA E LA SIMULAZIONE Scopo del modello è la verifica, mediante simulazione in moto permanente ed uniforme, dei collettori primari delle fognature che, funzionanti a pelo libero, devono provvedere all allontanamento delle acque meteoriche. Verifichiamo che il tratto finale della rete sia in grado di smaltire la portata di progetto. La portata, nell ipotesi di moto a pelo libero è determinato con la relazione di Gauckler-Strickler che in funzione del grado di riempimento è: Q = A K s R 2/3 H i 1/2 dove: Q = portata massima da convogliare; 6

7 A = 1 2 π 1 2Y 2Y Y Y D sin = 4 2 D D D D = area della sezione liquida in funzione del grado di riempimento (Y/D); Y = altezza liquida o tirante d acqua; D = diametro tubazione; K s = coeff. di scabrezza di Gauckler-Strickler funzione del materiale della tubazione; R H = raggio idraulico della sezione bagnata funzione del grado di riempimento = A/P; P = 2 perimetro bagnato in funzione (Y/D) = cos 1 Y D π 1 ; D i = pendenza da dare alla tubazione. Nota la portata viene determinata la velocità mediante l applicazione dell equazione di continuità che, nell ipotesi di moto uniforme, è la seguente: Q = V A dove V = velocità fluido alla portata massima Diametro condotta a monte pozzetto D (m) = 0,8 Pendenza condotta i (m/m) = 0,001 Coeff. scabrezza Gauckler-Strickler Ks (m^1/3 s^-1) = 70 Grado riemp. Altez.liquida Area liquida Raggio idra. Portata Velocità Tau al fondo Y/D Y (m) A (m^2) Rh Q (l/s) V (m/s) T (kg/m^2) 0,05 0,04 0,009 0,026 1,827 0,194 0,026 0,1 0,08 0,026 0,051 7,945 0,304 0,051 0,15 0,12 0,047 0,074 18,497 0,391 0,074 0,2 0,16 0,072 0,096 33,323 0,466 0,096 0,25 0,2 0,098 0,117 52,126 0,530 0,117 0,3 0,24 0,127 0,137 74,519 0,588 0,137 0,35 0,28 0,157 0, ,056 0,638 0,155 0,4 0,32 0,188 0, ,234 0,683 0,171 0,45 0,36 0,219 0, ,502 0,722 0,186 0,5 0,4 0,251 0, ,265 0,757 0,200 0,55 0,44 0,283 0, ,880 0,787 0,212 0,6 0,48 0,315 0, ,655 0,812 0,222 0,65 0,52 0,346 0, ,835 0,832 0,231 0,7 0,56 0,376 0, ,593 0,848 0,237 0,75 0,6 0,404 0, ,996 0,858 0,241 0,8 0,64 0,431 0, ,955 0,863 0,243 0,85 0,68 0,455 0, ,113 0,861 0,243 0,9 0,72 0,476 0, ,567 0,851 0,238 0,95 0,76 0,493 0, ,884 0,829 0, ,8 0,503 0, ,529 0,757 0,200 7

8 DIMENSIONAMENTO DEL VOLUME DI LAMINAZIONE Si vuole dimensionare il volume di laminazione secondo il metodo dell invaso. Dobbiamo calcolare il volume di invaso necessario per mantenere costante la portata in uscita prima e dopo l intervento. Come dispositivo regolatore di portata si utilizza una condotta di scarico di piccolo diametro funzionante come una luce sotto battente. Il sistema adottato funzionerà da modulatore di efflusso e dimensionato per una riduzione della portata in uscita con valori prossimi alla portata massima attuale. Il calcolo con il metodo dell invaso mette in evidenza l effetto esercitato dalla geometria della rete e dagli invasi distribuiti nel bacino nella formazione della portata di piena, in particolare la loro funzione regolatrice e limitatrice dei deflussi. Alla base del metodo la considerazione che, al verificarsi di una pioggia, contemporaneamente al deflusso da una generica sezione della rete, vi è il riempimento della rete sottesa dalla sezione stessa. Questo concetto esprime il principio di continuità (conservazione della massa) per le reti idrauliche, ovvero, nessun deflusso potrebbe verificarsi da una sezione se nella rete a monte non si immagazzinasse un adeguato volume d acqua responsabile del carico idraulico necessario per il moto. In altri termini, in ogni istante deve essere verificato il bilancio dei volumi nella rete sottesa da una generica sezione, per cui il volume d acqua che, in un generico intervallo di tempo, affluisce dal suolo alla rete è pari al volume che, nello stesso intervallo di tempo, defluisce dalla sezione e all incremento del volume invasato, nello stesso tempo, nella rete a monte della sezione considerata. Riassumendo ciò equivale a porre, secondo l equazione di continuità: P dt = Q dt + dv dove: P(t) è la portata affluente alla rete all istante t: P = ϕ j S essendo: ϕ il coefficiente di afflusso, j l intensità di pioggia e S la superficie scolante; Q(t) è la portata defluente attraverso la sezione di chiusura del bacino S e dipende dal volume invasato V(t); dv è la variazione del volume invasato (o svasato) a monte della sezione nell intervallo temporale dt. Assieme all equazione di continuità, l altro cardine teorico su cui si basa il metodo dell invaso è rappresentato dall equazione del moto (De Saint Venant): y + s v g v 1 + s g v i t f + k 2 S v 2 R 4 / 3 H = 0 dove: 8

9 y tirante d acqua s ascissa v velocità media K s coefficiente di scabrezza Gauckler-Strickler R H raggio idraulico i f pendenza del fondo g accelerazione di gravità Si suppone inoltre che il fenomeno sia a lenta evoluzione rispetto al tempo e allo spazio, così da poter essere approssimato da una successione di stati di moto uniforme e quindi l equazione del moto diventa: v = K S R 2 / 3 H i f oppure: Q = v A = A K S R 2 / 3 H i f = a K S ( A / P) 2 / 3 i f = c α A In cui α è l esponente della scala delle portate (pari a 1,5 per sezioni aperte e pari a 1 per sezioni chiuse). Riassumendo, il metodo dell invaso semplifica l equazione del moto, che a rigore dovrebbe essere trattato come vario, riducendola a quella del moto uniforme, mentre l equazione di continuità è espressa tramite l equazione dei serbatoi. Il metodo dell invaso fornisce l espressione della portata di picco che defluisce attraverso ogni arbitraria sezione di chiusura. Si tratta quindi di integrare l equazione dei serbatoi, completata dall equazione del moto semplificata e l acqua affluita, ipotizzando che l afflusso alla rete cominci all inizio della pioggia e termini nell istante esatto in cui ha fine la precipitazione. Assumendo inoltre che il volume V sia linearmente legato all area A e quindi alla portata Q, dopo alcuni passaggi matematici, si ottiene un espressione implicita che permette di calcolare il coefficiente udometrico u (di conseguenza la portata), assegnate le caratteristiche pluviometriche dell area (coefficienti a, b e c) e le caratteristiche idrologiche e geometriche del bacino e della sua rete (ϕ e v 0 ). u c 1 = [ v z z + b u c 1 a z 1 c 0 ξ ( ) ] [ ϕ ] Resta unicamente da definire il valore di z rapporto istantaneo tra la portata Q e la pioggia netta Q z = p p = ϕ j S : La soluzione va ricercata, in modo iterativo essendo l espressione implicita, scegliendo il valore z che rende massimo il coefficiente udometrico u. Per determinare il valore di z (dipendente dall intensità di pioggia j) che rende 9

10 massimo il coefficiente udometrico si procede calcolando la derivata dell espressione in funzione di z e ponendola pari a 0. Per stimare i volumi da reperire per assicurare l invarianza idraulica (in termini di portata massima scaricata) di un qualsiasi intervento sul territorio si utilizzerà il metodo esposto secondo uno schema logico inverso: è nota a priori la portata massima che si vuole scaricare mentre il volume di invaso è l incognita da determinare. Il volume di invaso specifico sarà quindi, esplicitando l espressione sopra, pari a: v 0 u = c 1 c ( a ϕ z) c ( b u) z ( z) ξ α 1 Assegnati i parametri della curva di possibilità pluviometrica a, b e c, il grado di impermeabilizzazione del terreno ϕ, l espressione consente di stimare il volume di invaso specifico necessario perché il sistema scarichi al massimo la portata corrispondente alla portata generata dall area prima dell intervento urbanistico (Q max SF = 50 l/s corrispondente ad un coefficiente udometrico di circa u SF = 150 l/s ha). Calcolo del volume di invaso richiesto per l invarianza idraulica con il metodo dell invaso per la trasformazione urbana richiesta nel comune di Campagna Lupia e per i parametri di progetto scelti: Il volume minimo di laminazione da realizzare risulta, per l evento critico che lo massimizza, pari a circa 46 m 3, corrispondente ad un volume di invaso specifico di circa 143 m 3 /ha. 10

11 Calcoliamo ora il volume di invaso che garantisce che le precipitazioni di carattere eccezionale vengano trattenute e smaltite in tempi differiti. Gli invasi a disposizione dell area, ovvero, la capacità di trattenere il più a lungo possibile l acqua delle precipitazioni. Calcoleremo innanzi gli invasi a disposizione in progetto. La capacità di invaso della rete di progetto è data: dal volume profondo della rete sovradimensionata, dalle opere accessorie (derivazioni, pozzetti di ispezione, pozzetti di raccolta) determinato in via approssimativa pari al 10% di quello della condotta principale. CAPACITÀ DI INVASO DELLA RETE Invaso profondo disponibile 120 m x 0,5024 m 2 = 60 m 3 Invaso opere accessorie 60 x 0,10 = 6 m 3 TOTALE VOLUME >> VOLUME MINIMO DI INVASO RICHIESTO 66 m 3 Corrispondente a circa 207 m 3 /ha di volume di invaso specifico. DIMENSIONAMENTO DELLO SCARICO A VALLE Come dispositivo regolatore di portata si utilizza una condotta di scarico di piccolo diametro (φ = 160 mm) funzionante come una luce sottobattente. La portata effluente pertanto è funzione del battente d acqua presente a monte dello scarico. Questo modulatore di efflusso sarà dimensionato per una riduzione della portata in uscita con valori prossimi alla portata massima attuale quindi circa 50 l/s partendo dai seguenti parametri: H MAXmonte =0,80 m. Calcolo della portata massima effluente dal collettore di scarico: Massimo battente d acqua a monte (corrispondente alla quota di sfioro h max =0,80 m) Diametro D = 0,16 m Sezione A = 0, m 2 Velocità v = 2gh v = 3,962 m/s Coefficiente di portata C q = 0,65 Portata effluente Q = C q Av Q 50 l/s Abbiamo quindi una portata in uscita pari a circa 50 l/s. Lo sfioratore è un manufatto che permette di sfruttare al massimo la capacità di invaso delle condotte opportunamente dimensionate e dell intero sistema di acque bianche senza pregiudicare la sicurezza idraulica dell area servita e tale da permettere l invaso prescritto sotto la quota della soglia stramazzante. 11

12 CONCLUSIONI L analisi delle condizioni al contorno e le elaborazioni eseguite hanno permesso di concludere, in sintesi, quanto segue: il progetto riguarda la demolizione di edificati esistenti e la realizzazione di 5 unità residenziali in comune di Campagna Lupia (VE). La superficie relativa al progetto in oggetto, in totale è di circa m 2 ; per lo studio e la verifica del dimensionamento delle opere idrauliche, si sono utilizzati gli studi predisposti dal Commissario Delegato per l Emergenza concernente gli eventi meteorologici che hanno colpito parte del territorio della Regione Veneto nel Settembre 2007 (OPCM n del ); considerando un tempo di ritorno di 50 anni ; lo spazio circostante all edificato è realizzato in superfici drenanti, parte in ghiaino, parte a verde e parte in calcestruzzo lisciato (percorsi e marciapiedi), lo smaltimento delle acque meteoriche è affidato alla superficie permeabile, mentre l acqua in eccesso, per ruscellamento, raccolta dal canale Cavaizza; la rete di raccolta delle acque meteoriche del piazzale completamente asfaltato sarà realizzata con una tubazione in CLS φ = 80 cm con pendenza minima (1 ) verso il manufatto regolatore di portata; calcolando la media ponderata delle varie superfici, il coefficiente di deflusso medio dello stato di fatto è di ϕ medsf = 0,44, mentre il nuovo coefficiente di deflusso medio è pari a ϕ medsp = 0,56; la portata generata dall area nella situazione esistente è di circa Q max SF = 50 l/s, mentre, nella situazione di progetto la portata massima è calcolata pari a circa Q max SP = 74 l/s; il volume minimo di laminazione da realizzare, per l evento critico che lo massimizza, è pari a 46 m 3, mentre complessivamente il volume di invaso ricavato è di 66 m 3 > 46 m 3, ottenendo così circa 207 m 3 /ha di volume di invaso specifico. La soluzione proposta e i provvedimenti descritti, sono idonei a conservare l equilibrio esistente prima dell intervento. Deve essere posta particolare attenzione al corretto funzionamento della rete e quindi sarà necessario procedere alla pulizia periodica delle tubazioni (canaljet) in particolar modo prima dell inizio delle piogge autunnali. Particolare attenzione va dedicata alle strutture autoportanti interrate, essendo questa tipologia di manufatto facilmente soggetta ad intasamento. La verifica ed eventuale pulizia devono essere effettuate dopo ogni evento significativo. Si può ritenere quindi che la struttura sia dimensionata correttamente e che consenta di assorbire eventi meteorologici con i tempi di ritorno 12

13 richiesti dalla normativa vigente. Il progetto di trasformazione descritto quindi diviene idraulicamente compatibile con il territorio. Campagna Lupia, 9 Agosto 2013 Il tecnico 13