Sistemi di drenaggio urbano. Prof. Antonino Cancelliere. I sistemi di drenaggio urbano

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1 Corso di Proezione Idraulica del Terriorio Sisemi di drenaggio urbano Prof. Anonino Cancelliere Diparimeno di Ingegneria Civile e Ambienale Universià di Caania acance@dica.unic.i I sisemi di drenaggio urbano Tradizionalmene, con il ermine fognaure si inende il sisema di impiani desinao all allonanameno delle acque reflue e meeoriche dal cenro abiao Oggi ale ermine viene sosiuio dalla denominazione sisema di drenaggio urbano, soindendendo un insieme di impiani desinai sia all allonanameno delle acque, sia al conrollo dell inquinameno sull ambiene 1

2 I sisemi di drenaggio urbano Gli elemeni di un sisema di drenaggio urbano sono: Opere di raccola delle acque meeoriche (cadioie e pluviali) e reflue (scarichi privai) Rei di colleori sradali Opere per il conrollo idraulico ed ambienale (vasche di prima pioggia, scaricaori di piena, vasche volano, impiani di sollevameno) Impiani per il raameno e lo scarico nel corpo riceore dei reflui Un sisema di drenaggio urbano deve quindi garanire da un lao una efficace difesa idraulica del cenro abiao, dall alro un conrollo sulla qualià degli scarichi dei reflui nei corpo idrici Caraerisiche delle acque da allonanare dal cenro abiao Le acque che vengono convogliae in un sisema di drenaggio urbano sono di due ipologie principali: Acque nere, cosiuie dai reflui civili e/o indusriali. Basse porae, poca variabilià Caraerisiche qualiaive paricolarmene nocive per l ambiene Acque meeoriche (bianche) Porae elevae con elevaa variabilià nel empo e nello spazio (per sisemi molo esesi) Qualià variabile: scarsa durane la prima fase dell eveno meeorico (dilavameno srade), che migliora con il empo 2

3 Tipologia dei sisemi I sisemi di drenaggio urbano possono essere classificai in: Sisemi uniari Sisemi separai Nei sisemi uniari i colleori convogliano sia le acque reflue (civili e/o indusriali), sia le acque meeoriche durane le precipiazioni Nei sisemi separai le acque reflue sono convogliae in colleori disini da quelli desinai alle acque meeoriche Sisemi uniari Nei sisemi uniari i colleori convogliano sia le acque reflue (civili e/o indusriali), sia le acque meeoriche durane le precipiazioni Più diffusi Più economici dal puno di visa della realizzazione e della gesione Dimensionai rispeo alle porae meeoriche Possono avere problemi idraulici durane i periodi asciui Possono dare problemi nel recapio agli impiani di depurazione Necessià di inserire manufai di conrollo (scaricaori di piena) 3

4 Sisemi separai Nei sisemi separai le acque reflue sono convogliae in colleori disini da quelli desinai alle acque meeoriche Meno diffusi Elevai cosi di cosruzione e gesione Difficolà gesionali (difficile impedire immissioni di reflui non conrollae) Migliore funzionameno dal puno di visa idraulico Pochi problemi nel recapio agli impiani di depurazione Configurazione planimerica delle rei La scela della ipologia di ree dipende da diversi faori: Alimeria e morfologia del cenro abiao Tipologia e ubicazione del corpo/i idrico/i riceore/i Tipologia dell inerveno (nuova ree o inerveno riabiliaivo) In generale occorre disinguere ra colleori principali e colleori secondari I colleori principali possono essere disposi: Perpendicolari A venaglio Radialmene A errazze A configurazione misa I colleori secondari possono essere disposi: A peine A doppio peine A configurazione orogonale A configurazione dendriica 4

5 Configurazione planimerica delle rei 5

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7 Canali e condoe per fognaure 7

8 Maeriali per le canalizzazioni Le ubazioni fognarie possono essere realizzae: In calcesruzzo semplice o armao geao in opera Prefabbricae (oggi più diffuse) A seconda del maeriale: Lapidee (gres, fibrocemeno, calcesruzzo semplice o armao) Mealliche (ghisa, acciaio) Plasiche (PVC, PEaD, PRFV) Tubazioni in gres porcellanao Tubi realizzai in argilla sooposa a coura di verificazione Bassi valori di scabrezza Resiseni agli ageni chimici, abrasione Le giunzioni sono generalmene realizzae a bicchiere con anello elasico in gomma o poliureano 8

9 Fibrocemeno Alre ubazioni in maeriali lapidei Tubi cosiuii da una miscela di cemeno, fibre e acqua Un vola veniva usao l amiano, oggi si uilizzano fibre in polimeri e cellulosa Calcesruzzo semplice o armao Tubazioni mealliche Ghisa sferoidale Largamene uilizzaa in passao per le rei di scarico all inerno degli edifici e per i rai in pressione Oggi vengono prodoi anche ubi con rivesimeno cemenizio Acciaio Uilizzao prevalenemene per rai in pressione 9

10 Tubazioni in maeriali plasici PVC-Policloruro di vinile PEaD-Polieilene ad ala densià PRFV - Veroresina Cadioie sradali 10

11 Pozzei di ispezione Pozzei di ispezione 11

12 Pozzei di ispezione Confluenze 12

13 Pozzei di salo Allacci privai 13

14 Verifiche idrauliche delle condoe Formula di Chezy Gaucler Sricler: Q = car c è abellao in funzione del maeriale uilizzao 2 3 i 1 2 c Verifiche idrauliche dei condoi Al fine di faciliare le verifiche, sono sae propose diverse soluzioni adimensionali per le scale di deflusso 14

15 Meodo della corrivazione o cinemaico-lineare Il meodo ipoizza che il empo che impiega una paricella cadua in puno del bacino a raggiungere la sezione di chiusura è invariane e dipende solo dal puno di cadua Ne consegue che il empo di corrivazione (o concenrazione) del bacino è invariane La duraa di precipiazione che massimizza la poraa al colmo è pari al empo di corrivazione del bacino Meodo della corrivazione A B C D Con riferimeno alla sezione B, il empo di corrivazione sarà pari alla somma del empo di accesso e del empo di ree c = a + r Il empo di accesso è di incera deerminazione e dell ordine dei 5-15 minui Il empo di ree dipende dalle velocià nei rai ed è somma dei empi di percorrenza nei rai a mone seguendo il percorso più lungo della ree fognaria r = i Li V Le velocià sono quelle di moo uniforme considerando l effeivo grado di riempimeno, funzione della poraa (al momeno incognia) Inizialmene si fissa un empo di ree di primo enaivo i 15

16 Meodo della corrivazione A B D Applicando la formula di Turazza la poraa del rao A-B nella sezione B sarà quindi: ϕsh( c ) Q = c Noa la poraa si dimensiona (o si verifica) lo speco e si calcola la velocià Sulla base della velocià si ricalcola il empo di ree e quello di corrivazione. Se è sosanzialmene diverso da quello ipoizzao inizialmene si ripee il calcolo, ierando finchè il empo di corrivazione converge C In casi eccezionali può succedere che il massimo empo di corrivazione dei rai a mone sia minore del empo di accesso del rao considerao. Si considera quindi come empo di corrivazione quello di accesso più quello di percorrenza Meodo della corrivazione Il empo di accesso può essere calcolao come: dove: ai 3600 = s.375 i n S ( aϕ ).30 i.25 i S i superficie in eari s i pendenza media a [mm/ora], n parameri della curva di probabilià pluviomerica Anche il calcolo del empo di ree può essere affinao considerando velocià superiori a quelle del moo uniforme: Li r = i 1.5V ui 4 n+ 3 16

17 Coefficieni di deflusso Meodo dell invaso lineare Il meodo si basa sull ipoesi che il bacino si compori come un serbaoio lineare: poraa in uscia Q() è funzione lineare del volume invasao 1 Q ( ) = w( ) Equazione di coninuià del serbaoio ( ) Q( ) equazione diff. lineare e coeff. cosani moliplicando per e / P ( ) e = Q( ) e dq + d ( ) e e inegrando Q( ) e τ = P( τ ) e dτ + c 0 P = ( ) = Q( ) P + dw( ) d dq( ) d d d ( e ) che equivale a P ( ) e = Q( ) 17

18 Condizioni iniziali: per =0 ; Q() =0 c=0 Q( ) = P( τ ) 0 1 e ( τ ) Equivale alla risposa di un sisema lineare con risposa impulsiva (IUH): dτ h ( ) e = 1 Se P() = cos, l inegrazione porge: per < p ( ) = P( ) Q 1 e K ( ) = P( ) ( 1 e ) Q ( ) = P( ) Q ( p ) K K [ e e ] per = p poraa al colmo p Q = ( ) p P 1 e ( p ) per > p poraa al colmo Q( ) = Q pe ramo discendene dell idrogramma p Meodo dell invaso Assumendo una precipiazione di duraa p, la sua alezza sarà P=a p n La poraa al colmo divena: n Q p a p 1 e p = Poso r= p /, la poraa al colmo è massima quando: Da cui si ha: Qp e n = 1 r 1 e ϕ r r n 1 n 1 = as r 1 r ( e ) 18

19 Meodo dell invaso La cosane di invaso può essere calcolaa come (Desbordes): 4.19S =.45 Im.3 ( 100s) ovvero (Ciaponi e Papiri): S =.5 Im.351 d s r Meodo dell invaso In sinesi il meodo si basa sui segueni passi: Si sima il coefficiene di deflusso Si sima la cosane di invaso In funzione di n si calcola r= p / La poraa al colmo è : n 1 n 1 Qp = ϕas r 1 e r ( ) 19

20 A B C D Esempio numerico Con riferimeno alla sezione B, il empo di corrivazione sarà pari alla somma del empo di accesso e del empo di ree c = a + r Il empo di accesso è di incera deerminazione e dell ordine dei 5-15 minui Il empo di ree dipende dalle velocià nei rai ed è somma dei empi di percorrenza nei rai a mone seguendo il percorso più lungo della ree fognaria r = i Li V Le velocià sono quelle di moo uniforme considerando l effeivo grado di riempimeno, funzione della poraa (al momeno incognia) Inizialmene si fissa un empo di ree di primo enaivo i 20