Università degli studi di Firenze. Facoltà di Ingegneria

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1 Università degli studi di Firenze Facoltà di Ingegneria Corso di laurea in Ingegneria Civile Corso di idrologia e costruzioni idrauliche A.A. 2015/2016 RELAZIONE TECNICA Oggetto: Verifica idraulica del fosso dell aiolo Servizio idrico integrato per il centro abitato di Strada Studente: Enrico Grifagni Docente: Prof. Ing. Fabio Catelli

2 INDICE SEZIONE A VERIFICA IDRAULICA DEL FOSSO DELL AIOLO A.1 Inquadramento del bacino e localizzazione geografica A.2 Morfologia del bacino A.2.1 Caratteristiche planimetriche A.2.2 Tempo di corrivazione A.2.3 Curva ipsografica A.2.4 Curva ipsografica adimensionalizzata A.3 Caratteristiche d uso del suolo A.3.1 Carta d uso del suolo A.3.2 Coefficienti di deflusso A.4 Caratteristiche pedologiche A.4.1 Carta pedologica A.4.2 Coefficienti di filtrazione A.5 Analisi climatica A.5.1 Analisi pluviometrica A.5.2 Linea segnalatrice di probabilità pluviometrica A.5.3 Termometria A.5.4 Igrometria A.5.5 Calcolo delle portate di piena A Metodi empirici A Metodi cinematici A.6 Bilancio idrologico A.6.1 Curva di durata delle portate A.7 Simulazione con Hec-Ras 1

3 SEZIONE B SERVIZIO IDRICO INTEGRATO PER LA FRAZIONE DI CHIASSA B.1 Inquadramento dell area e descrizione B.2 Servizio di acquedotto B.2.1 Previsione demografica B.2.2 Stima del fabbisogno idropotabile B.3 Impianto di distribuzione B.3.1 Impostazione della rete di distribuzione B.3.2 Dimensionamento della rete B.3.3 Dimensionamento del serbatoio B.3.4 Dimensionamento delle condotte B.3.5 Apparecchiature installate lungo le tubazioni B.4 Verifica della rete tramite Epanet B.4.1 Portata massima B.4.2 Portata minima B.4.3 Portata nulla B.5 Rete Fognaria B.5.1 Fognatura Bianca B Stima delle portate di progetto B Impostazione della rete B Caratteristiche della rete B Aree contribuenti B Dimensionamento delle condotte B Progetto delle condotte B Opere accessorie B.5.2 Fognatura Nera B Stima delle portate di progetto B Dimensionamento della rete B Verifiche B Opere accessorie 2

4 Sezione A Verifica idraulica del Fosso dell aiolo A.1 Inquadramento del bacino e localizzazione geografica Il bacino del Fosso dell aiolo è situato fra il comune di Poppi e Castel San Niccolò, in provincia di Arezzo e sfocia nell Arno. L area del bacino è identificabile attraverso la tavoletta della Cartografia Tecnica Regionale (CTR) della regione Toscana in scala 1: : Inquadramento del bacino imbrifero-estratto CTR regione Toscana, scala 1:

5 A.2 Morfologia del bacino A.2.1 Caratteristiche plano-altimetriche Dimensioni planimetriche Area bacino [km 2 ] A Perimetro bacino [km] P 7.36 Lunghezza asta principale [km] L 2.28 Dimensioni altimetriche Quota max s.l.m. [m] Z max 740 Quota min s.l.m. [m] Z min 360 Dislivello [m] Δ= Z max-z min 380 Rapporto di circolarità Rapporto di uniformità Fattore di forma Macromorfologia planare R c = 4πA P R u = 1 R c R c = A L Rapporto di allungamento R c = 2 A L π Pendenza media bacino Halvart Horton Pendenza media asta principale Pendenze i i = Δz d i i m = Δz A l i Tab. 2.0: Caratteristiche plano altimetriche. A.2.2 Tempo di corrivazione 4

6 Quota(m) Per la stima del tempo di corrivazione del bacino si considerano le formule empiriche di Pasini, Giandotti, Kirpich e Ventura. Sulla base dei parametri morfologici stimati nelle tabelle precedenti abbiamo ottenuto il valore di T c, attuando la media dei valori forniti dalle formule: Formula di Giandotti [ore] Tempo di corrivazione T c = 4 A + 1.5L 0.8 Z m Formula di Kirpich [ore] T c = L 0.77 i i Formula di Pasini [ore] Formula di Ventura [ore] T c = AL i m T c = A i m Tab.2.1: Tempo di corrivazione. Scartando il valore ottenuto dalla formula di Kirpich, otteniamo T c= A.2.3 Curva ipsografica La curva ipsografica fornisce la distribuzione delle superfici nelle diverse fasce altimetriche. L area racchiusa dalla curva e dagli assi coordinati rappresenta il volume del rilievo. La suddetta area rapportata alla superficie del bacino fornisce il valore dell altitudine media Z m. Curva ipsografica Area(kmq) Curva ipsografica Quota media 5

7 A.2.4 Curva ipsografica adimensionalizzata La curva ipsometrica o ipsografica adimensionalizzata permette di dedurre la stabilità del bacino idrografico. Il calcolo dell integrale ipsometrico l p consente di stimare l evoluzione volumetrica del bacino imbrifero ed interpretarne lo stadio (l p > 0.6 corrisponde ad uno stadio giovanile, 0.4 < l p < 0.6 ad uno stadio maturo, l p < 0.4 ad uno stadio senile). Il bacino del fosso dell aiolo si trova nello stadio maturo di evoluzione. Si tratta di una fase caratterizzata da una media attività erosiva, con un equilibrio dinamico tra evoluzione tettonica e dinamico erosiva. 1.2 Curva ipsografica adimensionata Curva ipsografica adimensionata 6

8 A.3 Caratteristiche d uso del suolo A.3.1 Carta d uso del suolo Ai fini dell analisi abbiamo ricavato le informazioni riguardanti il tipo di uso del suolo dalla carta d uso del suolo del progetto Corine 2000, mediante la quale è stimato il coefficiente di deflusso (Φ) per le diverse zone del bacino. Fig. 3.0: Carta d uso del suolo estratto Carta Uso Suolo, progetto Corine

9 A.3.1 Coefficiente di deflusso Osservando la carta si nota che la destinazione d uso principale è quella di boschi di latifoglie, in base a ciò vengono stimati una serie di valori del coefficiente di deflusso, che mediati sulle superfici corrispondenti forniscono il seguente valor medio: Φ m = Code_00 Livello 1 Livello 2 Livello 3 Superficie [Km 2 ] Territori boscati e ambienti seminaturali Territori boscati e ambienti seminaturali Territori boscati e ambienti seminaturali Territori agricoli Zone boscate Boschi di latifoglie Superficie relativa [%] Coefficiente di deflusso (Φ) Zone boscate Boschi di Conifere Zone boscate Seminativi Aree vegetazione boschiva ed arbusti in evoluzione Colture agrarie con presenza di spazi naturali importanti Territori agricoli Seminativi Seminativi in aree irrigue e non irrigue Tab. 3.0: Coefficienti di deflusso. 8

10 A.4 Caratteristiche pedologiche Le informazioni delle caratteristiche dei suoli in cui si trova il bacino sono state ricavate dallo studio della carta pedologica redatta dal Servizio Geologico della Regione Toscana. Tali informazioni sono quindi raccolte all interno del progetto Carta dei suoli della Toscana a scala 1: L analisi della Carta ha consentito la stima del coefficiente di filtrazione K s della zona rilevata che caratterizza il bacino, ricavato mediando i coefficienti di filtrazione delle diverse classi di tessitura che compongono i giacimenti. Fig. 4.0.a: Carta pedologica Carta dei Suoli della Toscana. 9

11 MONTEPIANO_GIUNCHETE_GASPERONE (MNT1_GIU1_GSP1) Litologia principale: Scisti siltosi, marne, argilliti ed arenarie spesso turbiditiche Morfologia: Versanti con vallecole, da fortemente pendenti a molto scoscesi, con pietrosità da scarsa a frequente e rocciosità scarsa, soggetti ad erosione idrica generalmente forte di tipo prevalentemente incanalato. Uso del suolo: cedui di castagno, faggio e latifoglie mesofile. A.4.1 Coefficienti di filtrazione Tessiture e coefficienti di filtrazione dei suoli: Zona Code_Uc250k Tessitura Ks [mm/h] Superficie [Km 2 ] Superficie relativa [%] 1 SPV1_MCE1_LIP1 franco limosa e franco Tab. 4.0: Coefficienti di filtrazione. Si riporta di seguito la tabella utilizzata per ricavare il coefficiente K s (indicato nel testo Idrologia di M. Greppi): Classi di tessitura Porosità Potenziale di suzione del fronte umido [cm] Conducibilità idraulica [cm/h] Sabbia Sabbia franca Franco sabbioso Franco Franco limoso Franco sabbioso argilloso Franco argilloso Franco limoso argilloso Argilla sabbiosa Argilla limosa Argilla

12 A.5 Analisi climatica A.5.1 Analisi pluviometrica Il pluviometro di riferimento per l analisi pluviometrica è Stia [TOS ] - Stia (AR) poiché è il pluviometro posto a distanza minore rispetto al bacino idrografico e con il maggior numero di registrazioni ( ). Nome Stia Coordinate UTM [m] E N Coordinate GB [m] E N Quota s.l.m. [m] 445 Bacino Casentino Tab. 5.0: Dati pluviometrici Mese Altezze acqua [mm] Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Tab. 5.1: Precipitazioni medie mensili 11

13 mm Precipitazioni medie mensili Nella seguente tabella sono riportati i valori delle precipitazioni mensili registrate negli anni , gli spazi vuoti sono dovuti ad una mancanza di dati, dai quali è stato possibile ricavarne l istogramma precedentemente esposto: Anno Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre

14

15 gg Media del numero di giorni piovosi nell arco di tempo : Mese Nr. giorni piovosi Gennaio 10 Febbraio 10 Marzo 10 Aprile 10 Maggio 10 Giugno 8 Luglio 5 Agosto 5 Settembre 7 Ottobre 10 Novembre 11 Dicembre 11 Tab. 5.2: Media nr. giorni piovosi. Media giorni piovosi

16 Per i massimi valori delle precipitazioni registrate negli intervalli temporali 1h, 3h, 6h, 12h e 24h si fa sempre riferimento alla stazione pluviometrica Stia [TOS ] - Stia (AR) nel intervallo : Anno 1h 3h 6h 12h 24h

17 Tab. 5.3: Massimi valori delle precipitazioni registrate negli intervalli temporali di 1h, 3h, 6h, 12h, 24h. Il campione di dati a disposizione viene studiato facendo uso della legge di distribuzione di Gumbel, definita: F(w) = P(W wt) =e e w Essa esprime la probabilità di non superamento da parte della variabile W della quantità w. W è la variabile ridotta data dalla relazione: h u W = α In cui α e u, i parametri di Gumbel sono dati dalle relazioni: α = σ 6 [mm] π u = μ α [mm] Le quantità μ [mm] e σ [mm] rappresentano rispettivamente la media e la deviazione standard della serie di dati relativi alle precipitazioni annuali massime. Per il bacino in esame, i parametri della distribuzione di Gumbel sono: Parametri di Gumpert 1h 3h 6h 12h 24h s a m u Tab. 5.4: Parametri della distribuzione di Gumbel. Per calcolare le altezze di pioggia per ogni tempo di ritorno e per ogni durata di pioggia viene impiegata la relazione: ht = u+αwt In cui w t è la variabile ridotta per ogni tempo di ritorno: T r w t = ln (ln ( T r 1 )) 16

18 Tr Wt 1h 3h 6h 12h 24h Tab 5.5: Altezza della pioggia. A.5.2 Linea segnalatrice di probabilità pluviometrica. La linea segnalatrice di probabilità pluviometrica (L.S.P.P.) esprime la dipendenza dell altezza massima di precipitazione (h) dalla durata della pioggia (d) e dal tempo di ritorno (Tr) assegnato attraverso la relazione: h(t, d) = a T d n(t) dove a e n sono i parametri della linea segnalatrice di probabilità, stimati mediante regressione lineare bilogaritmica: Tr n ln(a) a Tab. 5.6: Parametri LSPP. 17

19 h[mm] Linea segnalatrice di probabilità pluviometrica d[h] Fig. 5.0: Linea Segnalatrice di Probabilità Pluviometrica. Facendo uso dei valori stimati dal precedente grafico si può determinare il valore dell altezza di precipitazione in funzione della durata e del tempo di ritorno Tr 1h 3h 6h 12h 24h Tab. 5.7: Altezza della pioggia stimata con la L.S.P.P. 18

20 U[%] A.5.3 Dati termo-igrometrici I dati sull umidità relativa sono stati ricavati attraverso il sito dell aeronautica militare, prendendo in considerazione la stazione meteo più vicina, quella di Arezzo. Le medie mensili sono state ricavate in un periodo compreso tra 61-90: Mese U[%] Gennaio 78 Febbraio 74 Marzo 69 Aprile 69 Maggio 70 Giugno 68 Luglio 67 Agosto 66 Settembre 70 Ottobre 76 Novembre 78 Dicembre 79 Tab. 5.10: Umidità relativa. 80 Umidità relativa

21 C Sono riportati in seguito i valori massimi, minimi medi mensili delle temperature giornaliere, tratti sempre dalla stazione Stia [TOS ] - Stia (AR) nell intervallo anni Sono stati inoltre valutate le temperature medie mensili (T m) e lo sbalzo termico giornaliero medio ΔT: 35 Colonna1 Tmax Tmin T m ΔT Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Tab. 5.11: Dati termometrici. Temperatue medie mensili Tmax Tmin Tmed 20

22 A.5.5 Calcolo delle portate di piena 1) Metodi empirici Il calcolo delle portate di piena con i metodi empirici si riporta a scopo di confronto con i risultati del paragrafo successivo. Le formule utilizzate in seguito si basano esclusivamente sulle caratteristiche morfologiche del bacino idrografico in esame, risultando così spesso imprecise. Considerando che l area del bacino in esame è A = Km 2, si trovano le portate attraverso due formule empiriche: Formula di Scimeni: Q max = A ( ) = A+10 Formula di Forti: Q max = A ( ) = A+125 2) Metodi cinematici Metodo cinematico con coefficiente di filtrazione: Q max (T) = A i (at n 1 c K si ) Parametri: A i: area i-esima del bacino K si: coefficiente di filtrazione dell area i-esima a,n: parametri della L.S.P.P. T c: tempo di corrivazione Per il calcolo della portata massima si è utilizzato il tempo di corrivazione medio T c= ore Poiché nel nostro caso abbiamo verificato che il bacino appartiene a una area pedologica otteniamo la tabella delle portate: Tr Q max[m 3 /s] Tab a: Portate massime calcolate con coefficiente di filtrazione. 21

23 Metodo cinematico con coefficiente di deflusso: Q max (T) n 1 = Aφa T t c Parametri: A: area del bacino φ: coefficiente di deflusso a, n: parametri della L.S.P.P. T c: tempo di corrivazione T c= ore Il coefficiente di deflusso utilizzato è quello medio, φ=0.17. Viene seguito il procedimento precedente per determinare le portate massime per i vari tempi di ritorno: Tr Q max[m 3 /s] Tab b: Portate massime calcolate con coefficiente di deflusso. 22

24 A.6 Bilancio Idrologico Sulla base di uno schema concettuale a due serbatoi (V e W) sono determinati i valori medi mensili delle principali componenti del bilancio idrologico ipotizzando il fosso di Montegiovi un sistema chiuso sotto l aspetto idrogeologico in modo da trascurare eventuali scambi di acqua di falda con altri bacini. Fig. 6.0: Schema bilancio idrologico. Evapotraspirazione potenziale (Serra): E pot = 0.9(100 U i )(1 T 1000 )e0.0644t m Evapotraspirazione: E= { P (R H + R D + Q I + J) se W = 0 E pot se W > 0 Deflusso superficiale (Horton): R H = Pe f pks P Controllo saturazione del suolo e calcolo del deflusso superficiale (Dunne): R D = { 0 se W < W max P (E + R H + Q I + J) se W = W max Deflusso ipodermico: Q i = βw 23

25 Percolazione: J = ϒW Deflusso di base: Q B,i = V i 1 1 e α T T Aggiornamento stato delle falde: V i = V i 1 + (J i Q B,i S i ) T Aggiornamento stato del suolo: W i = W i 1 [P i (E pot,i +R H,i +Q I,i +J i )] T Portata totale: Q TOT,i = R H,i + R D,i + Q I,i + Q B,i Gli altri parametri utilizzati nello schema sono stati stimati come segue: Coefficiente medio di permeabilità: K s 7200 mm/mese Capacità massima idrica del suolo: W max = 520 mm Ritardo del deflusso di base: α = mese Ritardo del deflusso ipodermico: β = 0.72 Ritardo della percolazione: ϒ =1.44 ΔT [mesi] = 1 mese 1 mese 1 mese Scambio con altri bacini: S = 0, considerando il bacino isolato Frequenza istantanea di pioggia (rapporto tra numero di giorni piovosi mensili e numero di giorni mensili): f p Numero di giorni piovosi mensili: N p Precipitazioni medie mensili: P Temperature medie mensili: T m [ C] Differenza tra temperature massime e minime mensili: Δt [ C] Umidità relative medie mensili: U [%] Abbiamo inoltre assunto i seguenti valori: z w = 5 m, profondità della falda L v = 10 m, lunghezza del versante Con tali valori dei parametri e dei dati climatici mensili medi, imponendo la condizione della periodicità per i volumi idrici nel suolo e nella falda, sono ottenuti i risultati seguenti: 24

26 Mese P [mm/mese] Np Tmin [ C] Tmax [ C] Tmedia [ C] U% Epot [mm/mese] Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Mese fp RH [mm/mese] Qi [mm/mese] J [mm/mese] W1 [mm] RD [mm/mese] Gennaio E Febbraio E Marzo E Aprile E Maggio E Giugno E Luglio E Agosto E Settembre E Ottobre E Novembre E Dicembre E Mese W2 [mm] E [mm/mese] W [mm] Qb [mm/mese] V [mm] Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre

27 Sono determinate le seguenti portate: Mese Qtot[mm/mese] Q[m3/s] Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre A.6.1 Curva di durata delle portate In assenza di dati di portata, è stata ricostruita la curva di durata delle portate per via indiretta. Per quanto riguarda le portate minori, sono utilizzate le 6 più basse portate media mensili ottenute dal bilancio idrologico. Per valori di portata sensibilmente superiori (portate di piena) è assunto come trascurabile il contributo dei deflussi sub-superficiali e si fa riferimento al seguente modello esponenziale per la stima della probabilità di superamento della generica portata Q: P[Q q] = β q e [ d α q Dove: α q ( q s +K s)] β q = H p = mm, con Hp= altezza della pioggia media annua 365 α q = H p = mm, con G p = numero medio di giorni piovosi in un anno G p d = durata media della pioggia in un giorno piovoso, assunta d = 6h per il clima mediterraneo K s = 0.42 mm/giorno, coefficiente di conducibilità idraulica. Si costruisce la curva di durata delle portate in base ai seguenti dati: Qtot[m 3 /s] D[gg]

28 Giorni/anno Curva di durata delle portate Q[m3/s] Tab. e Fig. 6.1: Curva di durata delle portate. 27

29 A.7 Simulazione con Hec-Ras La conclusione della verifica consiste in una simulazione che ha come scopo quello di individuare eventuali situazioni di rischio a seguito di eventi di piena. La zona oggetto di interesse è il tratto del fosso dell Aiolo, comprendente anche la parte finale precedentemente esclusa dallo studio in quanto già arginata. La lunghezza totale dell asta in questo caso è di 2.96 Km, l elaborazione dei dati è stata possibile grazie ad una serie di rilevamenti effettuati in sito. Il numero totale di sezioni trasversali lungo il fosso è 12. Nella planimetria seguente sono riportate le sezioni numerate in base alla distanza dalla sezione di chiusura. Le portate di piena considerate sono quelle precedentemente determinate con il metodo cinematico con i coefficienti di deflusso (Tab a e Tab 5.12.b). 28

30 DI seguito una documentazione fotografica sul fosso: Sz.0 Sz.200 Sz.ponte Sz

31 Sz.924 Sz.1159 Sz.1721 Sz

32 I risultati della simulazione in forma grafica e numerica sono di seguito riportati. Profilo Longitudinale 31

33 Fig. 7.1: Profilo longitudinale Fosso dell Aiolo. Sezione trasversale ponte: Fig. 7.2a 32

34 Profilo ponte: Profili: Fig. 7.2b Fig. 7.2c Sezione

35 Fig. 7.2d Sezione 924 Fig. 7.2e Sezione

36 Fig. 7.2f Sezione 1596 Fig. 7.2g Sezione

37 Reach River Station Profile Q Total Min Ch El Analisi dei risultati W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl (m 3 /s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m 2 ) (m) Poppi 2002 Tr Poppi 2002 Tr Poppi 2002 Tr Poppi 2002 Tr Poppi 2002 Tr Poppi 2002 Tr Poppi 2002 Tr Poppi 1721 Tr Poppi 1721 Tr Poppi 1721 Tr Poppi 1721 Tr Poppi 1721 Tr Poppi 1721 Tr Poppi 1721 Tr Poppi 1596 Tr Poppi 1596 Tr Poppi 1596 Tr Poppi 1596 Tr Poppi 1596 Tr Poppi 1596 Tr Poppi 1596 Tr Poppi 1396 Tr

38 Poppi 1396 Tr Poppi 1396 Tr Poppi 1396 Tr Poppi 1396 Tr Poppi 1396 Tr Poppi 1396 Tr Poppi 1159 Tr Poppi 1159 Tr Poppi 1159 Tr Poppi 1159 Tr Poppi 1159 Tr Poppi 1159 Tr Poppi 1159 Tr Poppi 924 Tr Poppi 924 Tr Poppi 924 Tr Poppi 924 Tr Poppi 924 Tr Poppi 924 Tr Poppi 924 Tr Poppi 456 Tr Poppi 456 Tr Poppi 456 Tr Poppi 456 Tr Poppi 456 Tr

39 Poppi 456 Tr Poppi 456 Tr Poppi 406 Tr Poppi 406 Tr Poppi 406 Tr Poppi 406 Tr Poppi 406 Tr Poppi 406 Tr Poppi 406 Tr Poppi 403 Bridge Poppi 400 Tr Poppi 400 Tr Poppi 400 Tr Poppi 400 Tr Poppi 400 Tr Poppi 400 Tr Poppi 400 Tr Poppi 350 Tr Poppi 350 Tr Poppi 350 Tr Poppi 350 Tr Poppi 350 Tr Poppi 350 Tr Poppi 350 Tr

40 Poppi 200 Tr Poppi 200 Tr Poppi 200 Tr Poppi 200 Tr Poppi 200 Tr Poppi 200 Tr Poppi 200 Tr Poppi 0 Tr Poppi 0 Tr Poppi 0 Tr Poppi 0 Tr Poppi 0 Tr Poppi 0 Tr Poppi 0 Tr

41 SEZIONE B. SERVIZIO IDRICO INTEGRATO PER IL CENTRO ABITATO DI STRADA Realizzazione di un servizio di acquedotto per il centro abitato di Strada. La progettazione dell impianto di distribuzione si articola nelle fasi di: - Inquadramento dell area di intervento - Previsione demografica nell orizzonte temporale del progetto - Stima dei fabbisogni - Dimensionamento del serbatoio di testata - Dimensionamento della rete di distribuzione - Dimensionamento delle condotte - Apparecchiature installate lungo le condotte B.1 Inquadramento dell area Il centro abitato oggetto della progettazione è il centro abitato della località Strada, frazione e capoluogo del comune di Castel San Niccolò. Il centro abitato si sviluppa principalmente lungo la Strada Provinciale 70. Fig. 1: Immagine satellitare di Strada. 40

42 Variazione [%] B.2 Servizio di acquedotto B.2.1 Previsione demografica Sulla base dei dati forniti dal comune di Castel San Niccolò, la popolazione dell abitato di Strada conta circa 1605 residenti. Per il corretto dimensionamento dell acquedotto è necessario fare riferimento ad un numero di abitanti diverso da quello attuale, realizzando una previsione sulla possibile variazione di popolazione nell orizzonte temporale di progetto, sulla base dei dati di crescita ottenibili dallo studio dei dati di popolazione degli anni precedenti. Di seguito sono riportati i dati sul numero di abitanti ed il tasso di crescita Residenti Castel San Niccolò Fig. 2.1a: Evoluzione della popolazione di C.S.Niccolò(1861/2011). Tasso di crescita Anno Variazione Tasso crescita decennale medio Fig.2.1b: Tasso di crescita C.S.Niccolò (1871/2011). 41

43 Il tasso di crescita decennale medio è di circa -4.3% nel periodo compreso tra Ipotizzando che il tasso di crescita si mantenga costante su questo valore medio stimato ed essendo questo un valore negativo possiamo considerare il numero di abitanti nell orizzonte progettuale di 30 anni come quello attuale N=1605. Per effettuare un corretto dimensionamento della rete occorre considerare il numero di abitanti che usufruiranno dei vari servizi pubblici. Nella località di Strada sono attualmente presenti due chiese, tre ristoranti, una scuola, un impianto sportivo, un cimitero e varie strutture di produzione industriale. Stimando una dotazione idrica media giornaliera per abitante di 160 l/(giorno.abitante) (dato fornito dal piano regolatore generale degli acquedotti D.M. 1673/1967, considerando la categoria case sparse) è possibile convertire i consumi degli edifici pubblici in numero di abitanti equivalenti Tipologia consumo giornaliero abitanti equivalenti Chiese (2) Edifici industriali (3) Ristoranti (3) Cimitero Scuola Campo sportivo Ricavando un totale di 270 abitanti equivalenti. Il numero di abitanti definitivo per il dimensionamento della rete è ottenuto come somma della stima del numero di abitanti nell arco dell orizzonte di progetto e il numero di abitanti equivalenti. Il valore ottenuto è: N=1875. Con la stima del numero di abitanti e della dotazione idrica media annua è possibile procedere al calcolo di determinati valori di portata: Volume totale annuo [m 3 ] V=365Nq/ Portata media annua [l/s] Q=Nq/ Portata media mensile nel mese di massimo consumo [l/s] (k M=1.30) Portata media giornaliere nel mese di massimo consumo [l/s] (k G=1.25) Q M=k MQ 4.5 Q G=k GQ M 5.6 Portata di picco [l/s] (k H=1.60) Q H=k HQ G 8.9 Fig.2.3: Stima dei fabbisogni idropotabili. 42

44 B.3 Impianto di distribuzione B.3.1 Impostazione della rete di distribuzione In base alle caratteristiche morfologiche della zona e alla distribuzione urbanistica dell abitato di Strada si prevede la realizzazione di una rete di tipo aperto, dotata di un serbatoio di testata alimentato da un opera di presa ad acqua fluente. Fig.3.1: Impostazione della rete di distribuzione per il servizio di acquedotto 43

45 B.3.2 Dimensionamento del serbatoio di testata Il serbatoio di testata costituisce l interfaccia tra l adduttrice principale e la rete di distribuzione. Esso deve soddisfare le seguenti funzioni: - Riserva per interruzione di adduzione - Riserva per servizio antincendio - Compenso delle fluttuazioni orarie dei consumi Per valutare l entità dei volumi necessari a tali funzioni occorre prima calcolare il volume richiesto nel giorno di massimo consumo; i volumi di riserva per interruzione di adduzione e di compenso delle fluttuazioni orarie dei consumi sono calcolati come quota parte di quest ultimo. Per il centro abitato di Chiassa si prevede di dotare la rete di distribuzione di 3 idranti per servizio antincendio con portata di 5 l/s, da mantenere in funzione per 3 ore. Il volume minimo del serbatoio è dato dalla somma dei singoli volumi calcolati: Volume richiesto nel giorno di massimo consumo [m 3 ] Volume di riserva per interruzione adduzione [m 3 ] Volume di riserva per servizio antincendio [m 3 ] Volume di compenso delle fluttuazioni orarie dei consumi [m 3 ] Volume totale del serbatoio [m 3 ] V G,max=24Q G3.6 V R=0.3V G,max V I = 3 idranti da 5 l/s per 3 ore V C=0.4V G,max V T=V R+V I+V C Si provvede quindi al dimensionamento di un serbatoio semi-interrato a pianta rettangolare di capacità pari a 500 m 3 ad una quota di 432 m s.l.m. con un franco del pelo libero rispetto alla quota del terreno di 1m. Il carico totale risulterà pari a 433 m s.l.m. Volume [m 3 ] 500 Superficie del fondo [m 2 ] 100 Altezza del pelo libero [m] 5 Quota del fondo [m] s.l.m. 428 Quota del pelo libero [m] s.l.m. 433 Il serbatoio sarà dotato d impianti di adduzione, presa, scarico di fondo, presa per antincendio e scarico di troppo pieno. Tutti questi impianti saranno forniti di valvole a saracinesca tranne lo scarico di troppo pieno. 44

46 Fig. Pianta e sezione serbatoio 45

47 B.3.3 Dimensionamento della rete di distribuzione In base all impostazione della rete si definiscono le caratteristiche plano-altimetriche degli elementi che la compongono: Nodo Quota [m] Condotta Lunghezza [m] Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Junc Pipe R Resvr S1 450 Pipe R Pipe R Pipe R Tab. 3.3: Caratteristiche plano-altimetriche degli elementi della rete. 46

48 B.3.4 Dimensionamento delle condotte Sono state scelte tubazioni in Polietilene ad alta densità (PEAD) con pressione nominale di 10 bar, economiche e facilmente raccordabili con giunti a bicchiere. Ipotizzando che l utenza prelevi acqua dai nodi e non lungo le condotte, con le seguenti formule sono calcolate le portate da assegnare ad ogni singolo nodo: Portata massima: Portata minima: Q max = Q H Ab nodo Ab tot Q min = 0.2Q max Il numero di utenti serviti da ogni nodo è stimato moltiplicando la densità abitativa di Chiassa per l area pertinente il nodo. Nei nodi 4, 10 e 16 sono allacciati i 3 idranti da 5 l/s che vengono considerati solo nella verifica con portata massima. Nodo Utenti Consumo [l/giorno] Q max [l/s] Q min [l/s] Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc

49 Junc Junc Junc Tab. 3.4 a: Portate richieste nei nodi. Dopo aver analizzato i dati di portata dei nodi si procede con il dimensionamento delle condotte secondo criteri economici e costruttivi. I diametri scelti sono poi verificati ed eventualmente corretti tramite una simulazione del funzionamento dalla rete in condizioni di portata massima, portata minima e portata nulla con il software Epanet 2.0. Condotta Lunghezza [m] Diametro interno [mm] Diametro esterno [mm] Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R

50 Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R B.3.5: Apparecchiature: Per il buon funzionamento delle condotte adduttrici dell'acquedotto risulta necessario prevedere l'installazione di una serie di apparecchiature speciali all'interno di appositi manufatti costituiti da semplici pozzetti in muratura interrati muniti di chiusino di accesso. Sfiati e scarichi: Lo sfiato ha la funzione di espellere l'aria presente nelle tubazioni, ed è stato posto in corrispondenza del nodo 10 (nodo a quota maggiore). Lo scarico ha la funzione di permettere lo svuotamento della condotta adduttrice, ed è stato posto in corrispondenza del nodo 4 (nodo a quota minore). Valvole riduttrici o regolatrici di pressione: Le condotte adduttrici vengono calcolate considerando la condizione di funzionamento estremo di massima portata e massima rugosità della tubazione, che si verifica solo per brevi periodi dell'anno dopo un lungo tempo di servizio, mentre normalmente, per portate inferiori a quella di progetto e tubazioni nuove, le perdite di carico sono inferiori e possono dare luogo lungo la condotta sia a depressione che a funzionamento a canaletta, cioè con sezione non piena e pressione pari a quella atmosferica. Al fine di evitare questi inconvenienti si posizionano delle valvole riduttrici di pressione lungo le tubazioni in determinate posizioni. Valvole di intercettazione e di regolazione: Lungo le tubazioni devono essere previste delle valvole a saracinesca che permettono sia l'interruzione completa del flusso che la regolazione della portata. Tali organi di intercettazione sono stati previsti in corrispondenza delle cabine di manovra, delle diramazioni, del serbatoio e delle altre apparecchiature in modo da poter effettuare operazioni di manutenzione, riparazione, smontaggio. Misuratori di portata e contatori: Per ogni tronco di tubazione in cui la portata assuma valore diverso viene installato un misuratore di portata, integrato con un contatore, la cui funzione è di determinare il volume d'acqua defluito in un dato lasso di tempo. 49

51 B.4 Verifica della rete con software Epanet 2.0 I dati di input forniti al programma sono: Quota dei nodi Portata uscente da ogni nodo Lunghezza delle condotte Diametro interno delle condotte Quota del serbatoio I parametri principali che devono essere verificati, al fine di valutare il corretto funzionamento dell opera, sono la pressione dell acqua in corrispondenza dei nodi e la velocità dell acqua all interno delle condotte. La verifica è fatta su tre diverse condizioni di utilizzo della rete: 1. Consumo massimo orario: Qmax 2. Consumo minimo orario: Qmin 3. Consumo nullo (condizione statica): Q0 B.4.1 Portata massima: 50

52 Nodo Quota [m] Portata [l/s] Carico [m] Pressione [m] Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Resvr Verifica nodo 10: La differenza tra il carico e la quota del nodo deve essere maggiore di almeno 10 m dell altezza dell edificio più alto: H 1 z 1 > Y edif m m 405 m > 15 m + 10 m m > 25 m 51

53 Condotta Lunghezza [m] Diametro [mm] Portata [l/s] Velocità [m/s] Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Tab. 4.1: Condizione nodi e condotte per Q max. Verifica condotta 6: La velocità dell acqua deve essere minore della velocità massima (U max = 1.5 m/s): U 6 < U max 0.93 m/s < 1.5 m/s 52

54 B.4.2 Portata minima: Nodo Quota [m] Portata [l/s] Carico [m] Pressione [m] Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc

55 Junc Junc Junc Junc Junc Junc Resvr Condotta Lunghezza [m] Diametro [mm] Portata [l/s] Velocità [m/s] Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R

56 Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Tab. 4.2: Condizione nodi e condotte per Q min. Verifica condotta 23: La velocità dell acqua deve essere maggiore della velocità minima (U min = m/s): U 23 > U min 0.01 m/s > m/s 55

57 B.4.3 Portata nulla: Nodo Quota [m] Portata [l/s] Carico [m] Pressione [m] Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Junc Resvr Verifica nodo 18: La differenza tra il carico e la quota del nodo deve essere minore dell altezza rappresentatrice della pressione nominale della tubazione (10 bar): H 4 z 4 < p max γ H2O 450 m 373 m < 77 m < m 56

58 Condotta Lunghezza [m] Diametro [mm] Portata [l/s] Velocità [m/s] Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R Pipe R

59 B.5 RETE FOGNARIA La soluzione adottata per il progetto è quella a fognatura separata. La rete fognaria è formata da due diversi tipi di condotte: la fognatura bianca, destinata alla canalizzazione delle acque meteoriche, e la fognatura nera, destinata alla canalizzazione delle acque reflue civili. I due problemi progettuali sono stati trattati separatamente. B.5.1 Fognatura bianca o B Stima delle portate di progetto La portata da impiegare per il dimensionamento è stata valutata per ogni condotta mediante il metodo dell invaso lineare: Q = NAφaK n 1 Considerando nel calcolo l area drenata di ciascun ramo. In merito all analisi pluviometrica si fa riferimento ai pluviometri della stazione Stia [TOS ] - Stia (AR), con dati riportati al paragrafo A.5.1. In base a tali dati e in merito alla progettazione, si considera un tempo di ritorno di 20 anni a cui corrispondono i seguenti valori dei parametri della L.S.P.P.: a = [ mm ore n]= [m s n] n =

60 o B Impostazione della rete L impostazione della rete è fatta tenendo conto dell andamento planimetrico e delle pendenze delle strade presenti lungo il centro abitato. Nei tratti caratterizzati da pendenze superiori al 5% si è reso necessario l utilizzo di salti di fondo. Lo schema planimetrico della rete consiste in una serie di condotte che confluiscono in un collettore il quale scarica le acque meteoriche nel torrente Solano. Tale scelta è giustificata dalla necessità di favorire il naturale deflusso delle acque, evitando di utilizzare impianti di sollevamento, ed ha come fine quello di ottimizzare il servizio per le nuove costruzioni previste nell orizzonte progettuale. In figura è riportato l andamento planimetrico della rete fognaria: Fig : Planimetria Rete Fognaria - estratto CTR scala 1:

61 o B Caratteristiche della rete Sono riportate di seguito le lunghezze delle condotte e le relative pendenze calcolate tenendo conto della velocità dell acqua all interno dei rami ed in base ai dati forniti dall andamento planimetrico. Il centro abitativo servito dalla rete fognaria è caratterizzato da rilevanti pendenze del terreno. Per poter adattare la rete fognaria a queste particolari condizioni è stato necessario l inserimento di salti di fondo pari ad 1 metro e mezzo. Nella progettazione di questi elementi si è cercato di realizzare un compromesso coerente tra il numero di salti di fondo e le entità dei dislivelli. Ramo Lunghezza [m] Pendenza [%] Salti di fondo i [%] collettore Tab : Dimensioni generali della rete. o B Aree contribuenti L area servita dalla rete è divisa in 8 sotto-aree contribuenti, divisione necessaria ai fini dell utilizzo del metodo dell invaso lineare, ciascuna delle quali concerne un determinato ramo della rete: Ramo Confluenze Area drenata direttamente [m 2 ] Area totale drenata [m 2 ] ,3,

62 ,5, Collettore 12,6, Tab : Aree contribuenti. Fig : Aree contribuenti Rete Fognaria - estratto CTR scala 1: