DIMENSIONAMENTO DELLA STAZIONE DI SOLLEVAMENTO A SERVIZIO DI UN SOTTOPASSO

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Ignazio Lupo
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1 DIMENSIONAMENTO DELLA STAZIONE DI SOLLEVAMENTO A SERVIZIO DI UN SOTTOPASSO Appliazione: Dimensionare l impianto di sollevamento per il sottopasso illustrato alle figure 3.60 e Elaborazione delle preipitazioni Si onsiderino i valori di preipitazione registrati nella stazione idrometereologia di Padova. Considerata la limitata estensione dell area drenata he omporta altrettanto limitati valori del tempo di orrivazione t, si prendono in onsiderazione gli eventi estremi registrati annualmente e aventi durata inferiore all ora (10, 15, 30 e 45 ). Ciasuna delle serie avente diversa durata è stata statistiamente elaborata seondo il metodo di Gumbel allo sopo di riavare per interpolazione i oeffiienti a e n della equazione di n possibilità limatia h at (h in mm, a in mm/ore n, t in ore) riportati per diversi tempi di ritorno 1 T r nella Tab. I (raragrafo 1.2.4). Tab. I: oeffiienti dell equazione di possibilità limatia T r T r (anni) a (mm/ore n ) 58,3 67,3 74,0 n 0,357 0,339 0,329 n h at per diversi tempi di ritorno

Considerata la limitata estensione dell area drenata he omporta altrettanto limitati valori del tempo di orrivazione t, si prendono in onsiderazione gli eventi estremi registrati annualmente e aventi

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4 La stima della portata di piena è fatta on riferimento a un evento meteorio aratterizzato da un tempo di ritorno T r =50 anni (Tab. I); valore, questo, oerente on i dati di letteratura e adeguato all importanza dell opera. Si utilizza il metodo inematio, seondo i quale il valore al olmo della portata di piena Q è ottenibile in funzione della durata dell evento di pioggia t t dalla relazione: p Q S h, (1) t p dove è il oeffiiente di deflusso, S la superfiie del baino ontribuente e h l altezza di preipitazione dedotta dall equazione di possibilità limatia per una durata di pioggia t t p. Come è noto, il massimo fra i valori al olmo si realizza per una durata di pioggia pari al tempo di orrivazione ( t t ). p Il tempo di orrivazione è riavato utilizzando la formula suggerita nel 1971 dal Civil Engineering Deparment dell Università di Maryland: t 0,6 1/ 0,6 0,4n L / Ks 26,3 1 n, (2) 0,4 0,4 0, a i dove t è ottenuto in seondi, assumendo il valori del oeffiiente a dell equazione di possibilità limatia in m/ore n, la lunghezza L del massimo perorso seguito dall aqua nella rampa in m e il oeffiiente di sabrezza K s di Gaukler Strikler in m 1/3 /s; i è la pendenza media lungo lo sviluppo L e n l esponente dell equazione di possibilità limatia. Sostituiti i valori numerii a =0,0673 m/ore n, n =0,339, L=95 m, i=0,07, l appliazione dell Eq. (2) per valori di K s ompresi fra 50 e 35 m 1/3 /s, ondue a una stima dei tempi di orrivazione t = s rispettivamente; si assume t 110 s. E da osservare he il tempo osì alolato è dello stesso ordine di quello he si ottiene fissando una veloità media lungo la rampa di ira 1 m/s. Nell appliazione della (1), il oeffiiente di deflusso è =1 (superfiie impermeabile) e la superfiie del baino S=92,5 8,20 2=1.517 m 2. Ovviamente, avendo assunto =1 non si è onsiderata la variazione del oeffiiente di deflusso nel tempo. Il valore massimo della portata al olmo si ha, ome già detto, per una durata di pioggia pari al tempo di orrivazione t. Si tratta di onde di piena he resono e deresono in tempi estremamente rapidi e he mobilitano da limitati volumi; non si può pertanto trasurare l effetto legato all invaso he si realizza nelle ondotte e nelle analette poste alla quota più bassa del sottopasso. Assunti per le due ondotte il diametro D=500 mm e lo sviluppo di 15 m iasuna, on un grado di riempimento del 60% esse sono in grado d invasare 0,4920 0, =3,69 m 3 ; al quale va aggiunta la quota parte di volume presente nelle analette on griglia; assunte per queste dimensioni interne (larghezza altezza) m 2, sviluppo di 8,20 m iasuna, e grado di riempimento sempre pari al 60%, si ottiene un volume di 0,108 8,20 2=1,77 m 3 ; al volume di invaso profondo omplessivo di 6,39+1,77 = 8,16 m3 va inoltre sommato il volume del velo liquido sulla rampa pari a 1-2 mm: assunta prudenzialmente l altezza del velo liquido di 1 mm si ottiene un volume di 1,52 m 3. Il volume 4

Si utilizza il metodo inematio, seondo i quale il valore al olmo della portata di piena Q è ottenibile in funzione della durata dell evento di pioggia t t dalla relazione: p Q S h, (1) t p dove è il

5 di invaso totale disponibile per la laminazione risulta quindi: V=6,98 m 3. Ponendo in onto tale volume si ridue onsiderevolmente il valore della portata: essa passa dal valore al olmo Q al valore laminato Q l, he è la massima in ingresso alla stazione di sollevamento. Nella Tab. II sono riportati i risultati del alolo delle portate al olmo e laminate, mantenendo fisso il valore della apaità di invaso V=6,98 m 3 e variando i tempo di pioggia fra 110 e 330 s. Tab.I: valori massimi delle portate al olmo eventi pluviometrii. Q e laminate Q l per differanti durate degli t p (s) h (mm) Q (l/s) Q l (l/s) , , , , E il aso di osservare he la portata di 284 l/s orrisponde a una portata speifia di 187 m3/s.km2; per l effetto della laminazione essa si ridue in misura onsiderevole, trattandosi, ome s è detto, di onde on resita e deresita molto ripida. Gli andamenti delle onde di piena per le diverse durate onsiderate sono riportati nella Fig. 1. Fig. 1: andamento delle onde di piena he interessano il sottopasso per diverse durate degli eventi pluviometrii. In ordinata, per iasuna delle durate onsiderate, sono riportati i valori massimi della portata al olmo Q e laminata Q. l 5

Nella Tab. II sono riportati i risultati del alolo delle portate al olmo e laminate, mantenendo fisso il valore della apaità di invaso V=6,98 m 3 e variando i tempo di pioggia fra 110 e 330 s. Tab.I: valori massimi delle portate al olmo eventi pluviometrii.

6 I risultati dell elaborazione indiano he il massimo valore della portata he dovrà essere smaltita dalla stazione di sollevamento è di 150 l/s. Sono da prevedersi due pompe da 75 l/s più una uguale di riserva; on prevalenza da alolarsi in funzione dalla posizione del reapito e della geometria dell impianto. Per lo shema di funzionamento delle pompe è da adottarsi la sequenza 2, he prevede per le pompe differenti quote di attao e la stessa quota di stao (Fig. (8.31). Fig. (8.31) La quota di attao- stao delle pompe deve assiurare alla prima pompa un volume di V=TQ/4 (paragrafo 3.7.2). Assunto un tempo di ilo di 400 s, si ha (Fig. 3) un volume V= 100.Q = 7,5 m3 per la prima pompa e 2,94 m3 per la seonda pompa, ossia un volume omplessivo di 10,44 m3. Poihé il volume ontenuto nelle ondotte affluenti alla vasa è, ome visto, 3,69+1,77 = 5,46 m3, la stazione di sollevamento deve assiurare il volume utile di 10,44-5,46 = 4,98 m3. L opportunità di mantenere le ondotte in arrivo, in tempo asiutto, sempre vuote, onsiglia tuttavia di riservare il volume per la prima pompa tutto entro la vasa, fino a raggiungere al massimo la quota del fondo delle ondotte in arrivo. Essendo l area della vasa della stazione di sollevamento di 6 m2, il volume di 7,5 m3 rihiede un esursione di 1,25 m. Il volume di 2,94 m3 è ampiamente assiurato dal volume ontenuto nelle ondotte in arrivo riempite per 30 m. E da osservare he se si fosse adottato la sequenza 1, he prevede quote di attao e stao distinte per le due pompe il volume neessario sarebbe stato di 15 m3 (Fig. 3). FIG:8.32 Assunta, per esempio l affidabilità di una singola pompa pari a 0,8, il sistema on due pompe uguali, entrambe neessarie, ha affidabilità 0,64; l aggiunta di una terza pompa, oltre alle due neessarie, aumenta l affidabilità a 0,8960 (Fig. 8.36). (Fig. 8.36) Generalmente i sottopassi sono ostruiti, in parte almeno, sotto la quota massima raggiunta dalla falda. La loro ostruzione rihiede pertanto la realizzazione di un impianto well-point provvisionale. I oni a sezione rettangolare dello satolare e i oni a U delle rampe devono garantire l impermeabilità e devono avere un peso tale da resistere alla sottopressione on la massima quota della falda prevista on tempo di ritorno plurientenario. Generalmente, e prudenzialmente, si assume la quota della falda oinidente on la quota del terreno irostante. Nelle verifihe di stabilità al sollevamento, l attrito laterale delle terre e il peso dell eventuale terreno sopra lo satolare non viene di solito posto in onto: om è giusto perhé esso potrebbe essere tolto per manutenzioni straordinarie. 6

Per lo shema di funzionamento delle pompe è da adottarsi la sequenza 2, he prevede per le pompe differenti quote di attao e la stessa quota di stao (Fig. (8.

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