CHIAVICA EMISSARIA DI MONDINE: NUOVA CHIAVICA

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1 CONSORZIO DI BONIFICA DELL EMILIA CENTRALE CORSO GARIBALDI N REGGIO EMILIA DIREZIONE@EMILIACENTRALE.IT TEL FAX CF M - PRG Rev. 1 del PROGETTO: INTERVENTI DI RIPRISTINO DELLA FUNZIONALITA' DEL NODO IDRAULICO DI MONDINE IN COMUNE DI MOGLIA (MN) GRAVEMENTE DANNEGGIATO DAGLI EVENTI SISMICI DEL MAGGIO 2012: CHIAVICA EMISSARIA DI MONDINE: NUOVA CHIAVICA Importo: ,00 Ente finanziatore: Regione Emilia Romagna Commissario Delegato emergenza sisma Tipologia Progetto Riferimento legislativo Comune Fattibilità Preliminare Definitivo Esecutivo Ordinanza n 47 /2014 X intervento opere pubbliche n.257 Moglia (MN) ALLEGATI: Progettazione generale: Ing. Matteo Giovanardi Allegato n : Titolo: Progettazione paesaggistica: Dott. Aronne Ruffini Progettazione idraulica e idrogeologica: Ing. Elena Mocci 22 RELAZIONE IDRAULICA Progettazione impianti elettrici: P.I. Mauro Bigliardi Coordinatore per la sicurezza: Geom. Enrico Gabbi Tavola n : Oggetto: Consulenza architettonica: Arch. Stefano Gorni Silvestrini Consulenza paesaggistica: Arch. Chiara Visentin Consulenza ambientale: Dott. Paolo Vincenzo Filetto Scala: Consulenza geologica per la cava: Dott.ssa Claudia Borelli Consulenza geologica: Dott. Mario Mambrini Consulenza archeologica: Dott.ssa Barbara Sassi Collaboratori: Geom. Riccardo Nicolini Geom. Ennio Montanari Dott. Fabrizio Gozzi P.I. Giuseppe Rossi Il Responsabile del Procedimento: Ing. Paola Zanetti Area progettazione: Codice Progetto: Codice CUP: Codice CIG: G24B Revisione progetto - elaborati Data Rev. Rev. Descrizione Redatto Verificato Data Progetto: Aggiornamento: UNI EN ISO 9001:2008 UNI EN ISO 14001:2004 OHSAS 18001:2007

2 Sommario 1 Premessa Portata di piena Calcolo dei livelli idrici di piena in regime di moto stazionario uniforme Analisi del sistema canale-manufatto-canale Verifica perdite di carico e rigurgito nello stato di fatto Verifica perdite di carico e rigurgito nello stato di progetto Confronto tra le diverse verifiche Calcolo dei livelli idrici di piena in regime di moto permanente Conclusioni Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 1

3 1 Premessa Il nodo idraulico di Mondine gestito dal Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale rappresenta uno dei principali presidi idraulici della rete delle acque alte del comprensorio in quanto dotato, oltre ad una serie di manufatti di regolazione e sbarramento, di un impianto di sollevamento in grado di smaltire una portata massima di 50 m 3 /s. Tra i principali manufatti di regolazione vi la chiavica di presidio sul Fiume Secchia che a causa del sisma del maggio 2012 necessita di un significativo intervento di rifunzionalizzazione che prevede il suo affiancamento con una nuova chiavica con quote più adatte agli attuali argini del fiume. La presente relazione ha la finalità di verificare sul Cavo Lama gli effetti idraulici della nuova chiavica in progetto, che sarà realizzata immediatamente a valle di quella esistente, rispetto all attuale deflusso idrico nelle condizioni più gravose (massima piena). Il manufatto esistente e quello di progetto sono trattabili dal punto di vista idraulico come tombamenti sul corso d acqua aventi quindi delle perdite di carico concentrate di cui occorrerà tenere conto per quantificare le variazioni della capacità di deflusso ante e post opera. Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 2

4 2 Portata di piena Le analisi svolte sono state effettuate considerando il Cavo Lama in condizioni di piena. Si è presa come portata massima di riferimento quella desunta dal coefficiente udometrico pari a 3,5 l/s ha, relativo a un tempo di ritorno di 100 anni, fornito dall Istituto di idraulica dell Università di Pavia per il bacino di scolo del Cavo Lama nello Studio idrologico e idraulico del comprensorio della Bonificazione Parmigiana-Moglia realizzato specificatamente per i canali consortili nei primi anni 80. L area di bacino sottesa alla sezione di interesse, corrispondente alla sezione di chiusura dello stesso prima dello sbocco sul Fiume Secchia e denominata Impianto idrovoro di Mondine nella documentazione storica consortile) è pari a circa ha; quest area fornisce una portata di piena pari a circa 46 mc/s che verrà posta alla base dei calcoli descritti ai paragrafi successivi con un valore arrotondato per eccesso pari a 50mc/s. Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 3

5 3 Calcolo dei livelli idrici di piena in regime di moto stazionario uniforme Si sono calcolati i livelli idrici sul Canale Lama in condizioni indisturbate con la usuale formula del moto uniforme: = formula di Chezy In cui = / formula di Gauckler -Strickler Si è considerata la sezione tipo del Cavo Lama con le seguenti caratteristiche geometriche e idrauliche: sezione trapezia con base di 15m, altezza argine pari a circa 6,25m e scarpa 2:1 pendenza fondo canale i=0,0001 scabrezza =30 / (sezione in terra regolare la fondo e vegetazione sulle scarpate) Con la portata di piena di 50mc/s si è trovato un tirante idrico di moto uniforme h =3,81m Franco idraulico >2m La corrente è di tipo lento con n di Froude = 0.09 Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 4

6 Per quanto riguarda i manufatti esistente e di progetto presentano le seguenti caratteristiche geometriche e idrauliche. CHIAVICA ESISTENTE costituita da 4 canne in calcestruzzo, di forma rettangolare con dimensioni 2,50 x 5.32 m e una lunghezza di circa 15m. pendenza fondo canale i=0,0001 scabrezza =70 / (cemento armato lisciato in servizio) Si riporta di seguito una rappresentazione delle luci di calcolo in oggetto che nelle condizioni di piena presentano un funzionamento in pressione. CHIAVICA DI PROGETTO costituita da 2 canne in calcestruzzo, di forma rettangolare con dimensioni 4,50 x 5.25 m e una lunghezza di circa 30m. pendenza fondo canale i=0,0001 scabrezza =70 / (cemento armato lisciato in servizio a favore di sicurezza) Si riporta di seguito una rappresentazione delle luci di calcolo in oggetto che nelle condizioni di piena presentano un funzionamento in pressione. Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 5

7 4 Analisi del sistema canale-manufatto-canale Sarà condotta un analisi idraulica del sistema canale-manufatto- canale considerando il funzionamento in pressione sulle chiaviche, come indicato dai calcoli di cui al capitolo precedente. Viste le finalità del presente studio volte più che altro a un confronto tra lo stato di fatto e quello di progetto si tratterà il problema in maniera semplificata considerando le chiaviche come una condotta in pressione tra due serbatoi (in realtà l acqua nel canale a monte e a valle del manufatto non è completamente ferma). L equazione che regge il moto è l equazione dell energia: =!"#$%! da cui ponendo = ' si ha Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 6

8 =!"#$%! Le perdite sono pari alla somma delle perdite distribuite e di quelle concentrate, pertanto esplicitando l equazione si ha: = ( ) *+, - 2/ 0123,- 2/ Risolvendo tale equazione rispetto alla velocità si ha: 2/ ΔH, = 4 ( ) *+ Dove: ξ è il coefficiente delle perdite di carico concentrate λ è l indice di resistenza di Darcy-Weisbach ) *+ il diametro equivalente (in modo da riportare il nostro caso di sezione rettangolare alla sezione circolare) Per la stima del λ si è utilizzata la formula Prandtl Nikuradse valida per moto assolutamente turbolento: ( =2 78/ 9 : 3,71 ) *+ > = In cui ϵ è la scabrezza assoluta del condotto espressa in m. Nella formula della velocità su riportata rimane da definire il termine H che rappresenta il carico (l energia) che rende disponibile il moto lungo il condotto. Nel caso di moto uniforme tale energia, necessaria per contrastare le perdite, verrebbe dalla sola pendenza del fondo, in questo caso però l insufficiente capacità di deflusso delle chiaviche rispetto alla portata in arrivo di 50mc/s creerà un aumento di quota (rigurgito) in corrispondenza dell imbocco di manufatti; questo non è un problema se il rigurgito è compatibile con la situazione morfologica a monte del manufatto (che è quello che si intende verificare con la presente relazione). Dunque nella valutazione della velocità e da essa la portata in grado di defluire nei manufatti, è fatta ponendo la seguente equazione: Δ =$0 1? Con un algoritmo di calcolo si è trovata quindi sia per lo stato di fatto che di progetto la quota di rigurgito R necessaria per far defluire all interno dei tratti tombati la portata di 50mc/s, tenendo conto sia delle perdite distribuite che concentrate all interno del condotto. A questo punto ci si potrebbe chiedere perché, anziché verificare la compatibilità dei rigurgiti con la morfologia del canale a monte, non si è deciso, al tempo della realizzazione della chiavica esistente e nel presente progetto, di adottare luci maggiori. La risposta sta nel fatto che i fattori che concorrono al dimensionamento delle chiaviche sono diversi e tengono conto non solo di esigenze e problematiche Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 7

9 idrauliche ma anche dell entità delle opere murarie, più o meno impegnative, e soprattutto dei dispositivi di intercettazione meccanica (paratoie e portoni) le cui strutture sono proporzionali al quadrato della luce e agli oneri di manutenzione. Si mostra a titolo di esempio una rappresentazione delle luci che sarebbero state necessarie sulla chiavica esistente per far defluire la portata di piena di 50mc/s indisturbata, senza rigurgiti. Si procede ai paragrafi successivi con la valutazione delle perdite di carico sui manufatti esistente e di progetto e quindi la valutazione dell altezza di rigurgito necessaria per contrastare assieme alla pendenza del fondo tali perdite. 4.1 Verifica perdite di carico e rigurgito nello stato di fatto E stata applicata allo stato di fatto l equazione del moto: 2/ =A 4 ( ) *+ Trattandosi di 4 canne si è fatta la verifica su una canna considerando una portata pari a ¼ della portata massima in arrivo. A favore di sicurezza si è considerata la luce della canna con un latezza netta ridotta a 4m (a fronte dei 5.32 effettivi) e la base di 2,50m come indicato ai capitoli precedenti. La lunghezza della canna è posta pari a 15m. La scabrezza assoluta necessaria per la stima dell indice di resistenza del λ è stata posta pari a 1,4mm equivalenti a circa 70 / della scabrezza di Strickler utilizzata nei calcoli di moto uniforme. Per quanto riguarda le perdite, sia concentrate che distribuite, possono essere espresse in questa forma generale: G!"#$%! =23,- 2/ E si sono posti i seguenti coefficienti ξ:!"#$%! #$%"$HI$%! 3 = ( ) *+ 0 =0.08 Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 8

10 G!"#$%! M8NM!N%"O%! O77 $H8MM8 3 =0.5 G!"#$%! M8NM!N%"O%! O778 H8MM8 3 =1 Di seguito l estratto dell algoritmo di calcolo con il quale si è trovato che il rigurgito R necessario per far defluire sulle 4 canne la portata di piena pari a 50mc/s (quindi 12,5mc/s cada) una è pari a 12,5cm. Al capitolo successivo si calcolerà il profilo di moto permanente determinato da tale rigurgito il quale si propagherà a monte della chiavica fino a riportarsi all altezza indisturbata di moto uniforme. Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 9

11 PORTATA DI UN TOMBOTTO CON SEZIONE SCATOLARE cavo: MONDINE CON FUNZIONAMENTO IN PRESSIONE tratto: MANUFATTO a fiume UNA CANNA, portata 12,5 mc/s Questo algoritmo calcola prima la velocità e poi la portata di una tubazione scatolare mediante la formula di Darcy noti: la base, l'altezza, la lunghezza, la scabrezza assoluta, le perdite di altezza cinetica all'imbocco, allo sbocco, e nei pozzetti, la pendenza del fondo. Tiene conto anche di un eventuale sovraccarico a monte dell'imbocco (rigurgito) reso possibile da franchi arginali, il cui valore può essere inserito in Input. Il tutto nell'ipotesi di funzionamento in pressione (sbocco rigurgitato) da valle. Il programma calcola anche il coefficiente di strikler equivalente alla scabrezza fissata DATI IN INPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO AZZURRO DATI IN AUTPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO ROSSO INTERESSANTI PARZIALI SU CELLE BORDATE IN SFONDO GIALLO aumento rigurgito di uno step fisso pari a centimetri R 2.5 cm aumento lunghezza di uno step fisso pari a metri L 0 m BASE ALTEZZA m AREA mq PERIMETRO m RAGGIO IDRAULICO m DIAMETRO EQUIVALENTE m SCABREZZA ASSOLUTA mm strikler equivalente COEFF.RESIST.LAMBDA LUNGHEZZA L m perdite distribuite perdita imbocco perdita sbocco perdita pozzetti PERDITA TOTALE RIGURGITO R cm PENDENZA FONDO m/m CARICO IDRAULICO DISPON velocità media m/s portata m 3 /s Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 10

12 4.2 Verifica perdite di carico e rigurgito nello stato di progetto Si è effettuata la verifica dell altezza di rigurgito provocata dal manufatto chiavica esistente + chiavica di progetto considerando diverse geometrie e perdite di carico e poi si sono messia confronto i risultati. Si elencano e descrivono brevemente le verifiche effettuate considerando un altezza del tirante idrico sempre pari a 4,00m ( a favore della sicurezza in quanto in realtà le altezze dei manufatti sono più alte, quindi essi saranno in grado di convogliare portate maggiori e provocheranno rigurgiti minori di quelli calcolati): Verifica A) E quella vista al paragrafo precedente, rappresenta la situazione attuale con 4 canne di larghezza 2,50 e lunghezza complessiva pari a 15m. sono state considerate le perdite concentrate di imbocco con 3 =0.5 e allo sbocco con 3 =1; Verifica B) Rappresenta la stessa situazione geometrica della chiavica attuale, quindi come la verifica A, considerando una lunghezza complessiva del manufatto pari a 45m (cioè come la lunghezza complessiva della situazione di progetto) e la presenza di paratoie di sicurezza e portoni vinciani allo sbocco. Si sono considerate le perdite all imbocco con 3 =0.5, allo sbocco con 3 =1, alle paratoie con 3 =0.3 e ai portoni 3 =0.5 Verifica C) Rappresenta la situazione geometrica di progetto, 2 canne con larghezza 4,50, considerate per tutta la lunghezza complessiva di 45m e con paratoie di sicurezza e portoni vinciani allo sbocco. Si sono considerate le perdite all imbocco con 3 =0.5, allo sbocco con 3 =1, alle paratoie con 3 =0.3 e ai portoni 3 =0.5. Verifica D) Come la verifica C) ma con 2 canne di larghezza pari a 5,00m. Verifica E) Come la verifica C) ma con 2 canne li larghezza pari a6,00m. Verifica F) E la verifica della condizione di progetto scelta che andrà a verificare le perdite che occorrerà sommare alle perdite della chiavica esistente. La verifica è fatta considerando 2 canne da 4,50m con paratoie e portoni allo sbocco e considerando le seguenti perdite che andranno a sommarsi a quelle della verifica A): perdite di collegamento tra il nuovo e il vecchio manufatto stimate con 3 =0.5, perdite nelle paratoie stimate con 3 =0.3 e ai portoni vinciani con 3 =0.5 (le perdite all imbocco con pari a 3 =0.5 e allo sbocco con 3 =1 sono già considerate nella verifica A) ). Verifica G) Come la verifica F) ma con 2 canne da 5,00m. Verifica H) Come la verifica F) ma con 2 canne da 6,00m. Si riportano alle pagine successive gli estratti dell algoritmo di calcolo con il quale si sono trovati i rigurgito R necessario per far defluire sulle chiaviche attuale e di progetto la portata di 50mc/s (quindi 12,5mc/s in ciascuna canna in presenza di 4 canne totali, oppure 25mc/s in ciascuna canna in presenza di 2 canne totali) Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 11

13 VERIFICA B) PORTATA DI UN TOMBOTTO CON SEZIONE SCATOLARE cavo: MONDINE CON FUNZIONAMENTO IN PRESSIONE tratto: MANUFATTO a fiume UNA CANNA, portata 12,5 mc/s Questo algoritmo calcola prima la velocità e poi la portata di una tubazione scatolare mediante la formula di Darcy noti: la base, l'altezza, la lunghezza, la scabrezza assoluta, le perdite di altezza cinetica all'imbocco, allo sbocco, e nei pozzetti, la pendenza del fondo. Tiene conto anche di un eventuale sovraccarico a monte dell'imbocco (rigurgito) reso possibile da franchi arginali, il cui valore può essere inserito in Input. Il tutto nell'ipotesi di funzionamento in pressione (sbocco rigurgitato) da valle. Il programma calcola anche il coefficiente di strikler equivalente alla scabrezza fissata DATI IN INPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO AZZURRO DATI IN AUTPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO ROSSO INTERESSANTI PARZIALI SU CELLE BORDATE IN SFONDO GIALLO aumento rigurgito di uno step fisso pari a centimetri R 1 cm aumento lunghezza di uno step fisso pari a metri L 0 m BASE ALTEZZA m AREA mq PERIMETRO m RAGGIO IDRAULICO m DIAMETRO EQUIVALENTE m SCABREZZA ASSOLUTA mm strikler equivalente COEFF.RESIST.LAMBDA LUNGHEZZA L m perdite distribuite perdita imbocco perdita sbocco (con porte vinciane) perdita collegamento e paratoie PERDITA TOTALE RIGURGITO R cm PENDENZA FONDO m/m CARICO IDRAULICO DISPON velocità media m/s portata m 3 /s Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 12

14 VERIFICA C) PORTATA DI UN TOMBOTTO CON SEZIONE SCATOLARE cavo: MONDINE CON FUNZIONAMENTO IN PRESSIONE tratto: MANUFATTO a fiume UNA CANNA, portata 25 mc/s Questo algoritmo calcola prima la velocità e poi la portata di una tubazione scatolare mediante la formula di Darcy noti: la base, l'altezza, la lunghezza, la scabrezza assoluta, le perdite di altezza cinetica all'imbocco, allo sbocco, e nei pozzetti, la pendenza del fondo. Tiene conto anche di un eventuale sovraccarico a monte dell'imbocco (rigurgito) reso possibile da franchi arginali, il cui valore può essere inserito in Input. Il tutto nell'ipotesi di funzionamento in pressione (sbocco rigurgitato) da valle. Il programma calcola anche il coefficiente di strikler equivalente alla scabrezza fissata DATI IN INPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO AZZURRO DATI IN AUTPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO ROSSO INTERESSANTI PARZIALI SU CELLE BORDATE IN SFONDO GIALLO aumento rigurgito di uno step fisso pari a centimetri R 1 cm aumento lunghezza di uno step fisso pari a metri L 0 m BASE ALTEZZA m AREA mq PERIMETRO m RAGGIO IDRAULICO m DIAMETRO EQUIVALENTE m SCABREZZA ASSOLUTA mm strikler equivalente COEFF.RESIST.LAMBDA LUNGHEZZA L m perdite distribuite perdita imbocco perdita sbocco (con porte vinciane) perdita collegamento e paratoie PERDITA TOTALE RIGURGITO R cm PENDENZA FONDO m/m CARICO IDRAULICO DISPON velocità media m/s portata m 3 /s Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 13

15 VERIFICA D) PORTATA DI UN TOMBOTTO CON SEZIONE SCATOLARE cavo: MONDINE CON FUNZIONAMENTO IN PRESSIONE tratto: MANUFATTO a fiume UNA CANNA, portata 25 mc/s Questo algoritmo calcola prima la velocità e poi la portata di una tubazione scatolare mediante la formula di Darcy noti: la base, l'altezza, la lunghezza, la scabrezza assoluta, le perdite di altezza cinetica all'imbocco, allo sbocco, e nei pozzetti, la pendenza del fondo. Tiene conto anche di un eventuale sovraccarico a monte dell'imbocco (rigurgito) reso possibile da franchi arginali, il cui valore può essere inserito in Input. Il tutto nell'ipotesi di funzionamento in pressione (sbocco rigurgitato) da valle. Il programma calcola anche il coefficiente di strikler equivalente alla scabrezza fissata DATI IN INPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO AZZURRO DATI IN AUTPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO ROSSO INTERESSANTI PARZIALI SU CELLE BORDATE IN SFONDO GIALLO aumento rigurgito di uno step fisso pari a centimetri R 1 cm aumento lunghezza di uno step fisso pari a metri L 0 m BASE ALTEZZA m AREA mq PERIMETRO m RAGGIO IDRAULICO m DIAMETRO EQUIVALENTE m SCABREZZA ASSOLUTA mm strikler equivalente COEFF.RESIST.LAMBDA LUNGHEZZA L m perdite distribuite perdita imbocco perdita sbocco (con porte vinciane) perdita collegamento e paratoie PERDITA TOTALE RIGURGITO R cm PENDENZA FONDO m/m CARICO IDRAULICO DISPON velocità media m/s portata m 3 /s Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 14

16 VERIFICA E) PORTATA DI UN TOMBOTTO CON SEZIONE SCATOLARE cavo: MONDINE CON FUNZIONAMENTO IN PRESSIONE tratto: MANUFATTO a fiume UNA CANNA, portata 25 mc/s Questo algoritmo calcola prima la velocità e poi la portata di una tubazione scatolare mediante la formula di Darcy noti: la base, l'altezza, la lunghezza, la scabrezza assoluta, le perdite di altezza cinetica all'imbocco, allo sbocco, e nei pozzetti, la pendenza del fondo. Tiene conto anche di un eventuale sovraccarico a monte dell'imbocco (rigurgito) reso possibile da franchi arginali, il cui valore può essere inserito in Input. Il tutto nell'ipotesi di funzionamento in pressione (sbocco rigurgitato) da valle. Il programma calcola anche il coefficiente di strikler equivalente alla scabrezza fissata DATI IN INPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO AZZURRO DATI IN AUTPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO ROSSO INTERESSANTI PARZIALI SU CELLE BORDATE IN SFONDO GIALLO aumento rigurgito di uno step fisso pari a centimetri R 1 cm aumento lunghezza di uno step fisso pari a metri L 0 m BASE ALTEZZA m AREA mq PERIMETRO m RAGGIO IDRAULICO m DIAMETRO EQUIVALENTE m SCABREZZA ASSOLUTA mm strikler equivalente COEFF.RESIST.LAMBDA LUNGHEZZA L m perdite distribuite perdita imbocco perdita sbocco (con porte vinciane) perdita collegamento e paratoie PERDITA TOTALE RIGURGITO R cm PENDENZA FONDO m/m CARICO IDRAULICO DISPON velocità media m/s portata m 3 /s Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 15

17 VERIFICA F) PORTATA DI UN TOMBOTTO CON SEZIONE SCATOLARE cavo: MONDINE CON FUNZIONAMENTO IN PRESSIONE tratto: MANUFATTO a fiume UNA CANNA, portata 25 mc/s Questo algoritmo calcola prima la velocità e poi la portata di una tubazione scatolare mediante la formula di Darcy noti: la base, l'altezza, la lunghezza, la scabrezza assoluta, le perdite di altezza cinetica all'imbocco, allo sbocco, e nei pozzetti, la pendenza del fondo. Tiene conto anche di un eventuale sovraccarico a monte dell'imbocco (rigurgito) reso possibile da franchi arginali, il cui valore può essere inserito in Input. Il tutto nell'ipotesi di funzionamento in pressione (sbocco rigurgitato) da valle. Il programma calcola anche il coefficiente di strikler equivalente alla scabrezza fissata DATI IN INPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO AZZURRO DATI IN AUTPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO ROSSO INTERESSANTI PARZIALI SU CELLE BORDATE IN SFONDO GIALLO aumento rigurgito di uno step fisso pari a centimetri R 1 cm aumento lunghezza di uno step fisso pari a metri L 0 m BASE ALTEZZA m AREA mq PERIMETRO m RAGGIO IDRAULICO m DIAMETRO EQUIVALENTE m SCABREZZA ASSOLUTA mm strikler equivalente COEFF.RESIST.LAMBDA LUNGHEZZA L m perdite distribuite perdita imbocco perdita sbocco (con porte vinciane) perdita collegamento e paratoie PERDITA TOTALE RIGURGITO R cm PENDENZA FONDO m/m CARICO IDRAULICO DISPON velocità media m/s portata m 3 /s Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 16

18 VERIFICA G) PORTATA DI UN TOMBOTTO CON SEZIONE SCATOLARE cavo: MONDINE CON FUNZIONAMENTO IN PRESSIONE tratto: MANUFATTO a fiume UNA CANNA, portata 25 mc/s Questo algoritmo calcola prima la velocità e poi la portata di una tubazione scatolare mediante la formula di Darcy noti: la base, l'altezza, la lunghezza, la scabrezza assoluta, le perdite di altezza cinetica all'imbocco, allo sbocco, e nei pozzetti, la pendenza del fondo. Tiene conto anche di un eventuale sovraccarico a monte dell'imbocco (rigurgito) reso possibile da franchi arginali, il cui valore può essere inserito in Input. Il tutto nell'ipotesi di funzionamento in pressione (sbocco rigurgitato) da valle. Il programma calcola anche il coefficiente di strikler equivalente alla scabrezza fissata DATI IN INPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO AZZURRO DATI IN AUTPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO ROSSO INTERESSANTI PARZIALI SU CELLE BORDATE IN SFONDO GIALLO aumento rigurgito di uno step fisso pari a centimetri R 1 cm aumento lunghezza di uno step fisso pari a metri L 0 m BASE ALTEZZA m AREA mq PERIMETRO m RAGGIO IDRAULICO m DIAMETRO EQUIVALENTE m SCABREZZA ASSOLUTA mm strikler equivalente COEFF.RESIST.LAMBDA LUNGHEZZA L m perdite distribuite perdita imbocco perdita sbocco (con porte vinciane) perdita collegamento e paratoie PERDITA TOTALE RIGURGITO R cm PENDENZA FONDO m/m CARICO IDRAULICO DISPON velocità media m/s portata m 3 /s Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 17

19 VERIFICA H) PORTATA DI UN TOMBOTTO CON SEZIONE SCATOLARE cavo: MONDINE CON FUNZIONAMENTO IN PRESSIONE tratto: MANUFATTO a fiume UNA CANNA, portata 25 mc/s Questo algoritmo calcola prima la velocità e poi la portata di una tubazione scatolare mediante la formula di Darcy noti: la base, l'altezza, la lunghezza, la scabrezza assoluta, le perdite di altezza cinetica all'imbocco, allo sbocco, e nei pozzetti, la pendenza del fondo. Tiene conto anche di un eventuale sovraccarico a monte dell'imbocco (rigurgito) reso possibile da franchi arginali, il cui valore può essere inserito in Input. Il tutto nell'ipotesi di funzionamento in pressione (sbocco rigurgitato) da valle. Il programma calcola anche il coefficiente di strikler equivalente alla scabrezza fissata DATI IN INPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO AZZURRO DATI IN AUTPUT SU CELLE BORDATE IN SFONDO ROSSO INTERESSANTI PARZIALI SU CELLE BORDATE IN SFONDO GIALLO aumento rigurgito di uno step fisso pari a centimetri R 1 cm aumento lunghezza di uno step fisso pari a metri L 0 m BASE ALTEZZA m AREA mq PERIMETRO m RAGGIO IDRAULICO m DIAMETRO EQUIVALENTE m SCABREZZA ASSOLUTA mm strikler equivalente COEFF.RESIST.LAMBDA LUNGHEZZA L m perdite distribuite perdita imbocco perdita sbocco (con porte vinciane) perdita collegamento e paratoie PERDITA TOTALE RIGURGITO R cm PENDENZA FONDO m/m CARICO IDRAULICO DISPON velocità media m/s portata m 3 /s Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 18

20 4.2.1 Confronto tra le diverse verifiche TABELLA RIASSUNTIVA DELLE VERIFICHE IDRAULICHE SUGLI EFFETTI INDOTTI DAL PROLUNGAMENTO DELLA CHIAVICA A FIUME DATI GEOMETRICI MANUFATTO COEFFICIENTI ξ PERDITE CONCENTRATE PERDITE TOTALI DELTA tirante canne largh lungh imbocco colleg paratoie sbocco portoni TOT m n m m cm cm cm a) attuale 4x2, b) post identico c) post tutto 2x 4, d) post tutto 2x5, e) post tutto 2x6, f) solo aggiunta 2x4, g) solo aggiunta 2x5, h) solo aggiunta 2x6, Nell'ultima colonna si nota l'incremento con portata di mc/s 50 (cento anni di tempo di ritorno) rispetto l'esistente nelle varie ipotesi: a) manufato esistente, senza portoni e senza paratoie di sicurezza (SITUAZIONE ESISTENTE) b) manufatto di sviluppo come da progetto, ma stesse canne esistenti, con paratoie di sicurezza e portoni allo sbocco (IPOTESI LIMITE) c) manufatto di sviluppo come da progetto, ma con 2 canne da cm 450, con paratoie di sicurezza e portoni allo sbocco (IPOTESI LIMITE) d) manufatto di sviluppo come da progetto, ma con 2 canne da cm 500, con paratoie di sicurezza e portoni allo sbocco (IPOTESI LIMITE) e) manufatto di sviluppo come da progetto, ma con 2 canne da cm 600, con paratoie di sicurezza e portoni allo sbocco (IPOTESI LIMITE) f) manufatto esistente con aggiunta di nuovo come da progetto con 2 canne da cm 450, con paratoie e portoni allo sbocco g) manufatto esistente con aggiunta di nuovo come da progetto con 2 canne da cm 500, con paratoie e portoni allo sbocco h) manufatto esistente con aggiunta di nuovo come da progetto con 2 canne da cm 600, con paratoie e portoni allo sbocco Nella penultima colonna si può apprezzare l'incremento di quota indotto dalla chiavica rispetto il pelo libero del canale, nelle varie ipotesi NB: i calcoli sono condotti con un algoritmo che considera il funzionamento in pressione delle canne; con il tirante considerato pari a 4,00 m equivalente ad una quota nel cavo lama di m 19,50 slm questa ipotesi non si verifica, a favore di sicurezza. SOLUZIONE ADOTTATA, 2 CANNE CON LARGHEZZA m 4,50 Si ricorda, come già accennato, che la soluzione dimensionale scelta è legata anche e soprattutto a questioni di fattibilità tecnica ed economica di opere murarie, paratoie, portoni e alla manutenzione dell'opera Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 19

21 5 Calcolo dei livelli idrici di piena in regime di moto permanente Si è visto al capitolo 3 il Cavo Lama è un canale a debole pendenza, pertanto per tracciare il profilo di moto permanente provocato dalle altezze di rigurgito calcolate al capitolo precedente occorrerà partire dalla quota del pelo libero a valle della chiavica. Come già visto si è considerato un tirante idrico di 4,00m, questo corrisponde a una quota assoluta sul cavo Lama a valle dei manufatti pari a 19,50 m s.l.m.; da questa quota, aggiungendo i rigurgiti relativi allo stato di fatto e di progetto, si trova l altezza di partenza per il profilo di moto permanente che si propagherà sul Cavo Lama nei tratti a monte d elle chiaviche in oggetto. Si precisa che ad ogni modo, le altezze di rigurgito trovate per lo stato di fatto (12,5 cm) e per lo stato di progetto (26cm) sono del tutto compatibili con la morfologia del Cavo Lama che presenta dei franchi di sicurezza rispetto alla quota di moto uniforme superiori al metro. Di seguito uno schema che rappresenta in maniera semplice come sono state trovate le quote di partenza da inserire nell algoritmo di calcolo del profilo di rigurgito di moto permanente nello stato di fatto e di progetto. Con tale calcolo si troverà la distanza, dalla chiavica verso monte, alla quale i livelli idrici si riattestano alla quota di moto uniforme; infatti come è noto le correnti a pelo libero hanno la tendenza alla conservazione dell energia, quindi anche il moto permanente non uniforme tenderà al moto uniforme. SCHEMA STATO DI FATTO La quota di partenza del profilo di moto permanente è pari alla quota di valle più l altezza di rigurgito provocata dal manufatto per consentire il passaggio della portata di piena, quindi: 19,50 +0,125=19,625 m s.l.m. h di partenza del profilo di rigurgito è pari quindi a =4,075m Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 20

22 Il metodo utilizzato per la determinazione del profilo di moto permanente è quello per passi che prevede la suddivisione del canale in tronchi e l esecuzione dei calcoli effettuati passo per passo da valle verso monte, usando l equazione dell energia: ΔR ΔS =T T U Dove R =h1,- =!N!"/$O!M$V$MO 2/ T =!N#!NWO #!7 V8N#8 MONO7! T U =X Y Z [=!N#!NWO#!77O 7$N!O #!77 \!N!"/$O(M8N V8"I7O! $"$MO #$]8NN$N/)? - Dal calcolo si trova che # è apri a circa 54km. Poiché il Cavo Lama ha una lunghezza di circa 40km appare evidente che in queste condizioni di massima piena il canale risulta completamente rigurgitato. Si è già detto che, comunque, le quote di rigurgito sono del tutto compatibile con le quote arginali del Cavo Lama. Finalità del calcolo era però quella di un confronto tra lo stato di fatto e lo stato di progetto; si prenderà quindi come elemento di raffronto il Δ tra la quota del profilo di moto permanente e la quota di moto uniforme alla distanza di 17km dalla chiavica, sezione alla quale il rigurgito proveniente da valle incontra l impianto di sollevamento in località Pratazzole. Alla distanza di 17km a monte della chiavica si ha: h^_`^`_ab =3.86 h =3.81 =5M SCHEMA STATO DI PROGETTO La quota di partenza del profilo di moto permanente è pari alla quota di valle più l altezza di rigurgito provocata DAI DUE MANUFATTI per consentire il passaggio della portata di piena, quindi: 19,50 +0,135=19,635 m s.l.m. 19,635+0,125=19,76 Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 21

23 h di partenza del profilo di rigurgito è pari quindi a =4,21m Come si è già visto, il canale a monte è completamente rigurgitato ma le quote di rigurgito sono abbondantemente compatibili con i suoi argini. Alla distanza di 17km a monte della chiavica si ha: h^_`^`_ab =3.89 h =3.81 =8M Dunque alla sezione a 17 km a monte della chiavica, assunta come riferimento per il confronto, la presenza della nuova chiavica provocherà un altezza di rigurgito di soli 3cm più alta rispetto a quella che si determina allo stato attuale. Si riportano di seguito i profili di moto permanente scaturiti dall algoritmo di calcolo. Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 22

24 Nuova chiavica emissaria sul Fiume Secchia Comune di Moglia (MN) Relazione idraulica Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 23

25 Nuova chiavica emissaria sul Fiume Secchia Comune di Moglia (MN) Relazione idraulica Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 24

26 6 Conclusioni I calcoli di cui ai capitoli precedenti hanno evidenziato come la situazione di progetto non determina variazioni significative delle attuali condizioni di deflusso nelle condizioni di massima piena, quindi a maggior ragione in tutti gli altri casi di ordinario esercizio. I profili di rigurgito di moto permanente indotti dai manufatti sono abbondantemente al di sotto degli argini del Cavo Lama e le differenze tra lo stato di fatto e di progetto dei livelli idrici è non significativa. Consorzio di Bonifica dell Emilia Centrale 25