Sistemi di Fognature o Sistemi di Drenaggio Urbano

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1 Sistemi di Fognature o Sistemi di Drenaggio Urbano Insieme integrato di opere idrauliche atte a raccogliere, convogliare e allontanare dalle zone urbanizzate le acque reflue domestiche ed industriali, e le acque meteoriche, per poi reimmetterle nell ambiente dopo gli opportuni trattamenti di depurazione. Un sistema di drenaggio urbano accuratamente progettato deve garantire un efficace controllo ambientale ed idraulico dei deflussi fognari: gli scarichi nei ricettori non devono essere fonte di inaccettabili inquinamenti deve garantire una buona efficienza idraulica ai diversi regimi di funzionamento (regimi di tempo asciutto e piovoso, tempi di ritorno). Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 1 / 33 ) Fattori critici per il buon funzionamento delle fognature Espansione aree urbane e sviluppo di nuove attività: maggior carico idraulico delle reti esistenti aumento degli scarichi di origine non civile Aumento dell inquinamento da deposizione atmosferica e del traffico veicolare ( prime acque di pioggia particolarmente inquinanti) Qualità dell acqua nei corpi idrici o ricettori (l immissione di ulteriori carichi inquinanti può essere critica): D.L. 152/2006. Le portate meteoriche oltre che estremamente variabili possono avere punte volte superiori alle portate di acque luride (problemi per la depurazione e per il funzionamento idraulico della fognatura). Per ragioni igieniche (sviluppo di odori sgradevoli per fenomeni putrefattivi) i reflui dovrebbero essere allontanati con tempi inferiori alle 24 ore. Velocità minime per evitare depositi di sostanze organiche nelle condotte. La rete di fognatura e la rete idrografica naturale devono essere mantenute indipendenti: evitare interconnesioni e progettare i manufatti di scarico in modo che non avvengano rigurgiti (studio dei regimi idraulici dei ricettori) Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 2 / 33 )

2 Classificazione reflui dei sistemi fognari Acque luride o nere originariamente derivate dall acquedotto: scarichi delle utenze domestiche, delle utenze e servizi pubblici, nonchè delle attività commerciali, turistiche, artigianali ed industriali inserite nel tessuto urbano. Per queste ultime può essere necessario un pre-trattamento di depurazione prima della immissione nella fognatura. Acque meteoriche o bianche di origine meteorica che scorrono lungo tutte le superfici impermeabili del bacino urbano (tetti e coperture, strade). Le prime acque di pioggia, dette anche acque bionde, sono particolarmente cariche di inquinanti (pulviscolo atmosferico, dilavamento strade). Acque industriali provenienti da insediamenti industriali ubicati in prossimità del centro urbano. In genere è necessario un pre-trattamento di depurazione prima della immissione nella fognatura. Queste acque, se cariche di sostanze chimiche, soprattutto se acide, possono danneggiare le condotte. Talvolta queste acque non possono essere immesse in fogna. Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 3 / 33 ) Classificazione dei sistemi fognari Unitario: costituito da una sola rete di collettori che raccoglie e trasporta sia i reflui domestici che le acque meteoriche. Sono dotati in genere di uno o più scaricatori di piena (o scolmatori, o sfioratori, o derivatori) che, in occasione di eventi meteorici di una certa importanza, separano una parte delle acque e le convogliano direttamente al ricettore, mentre le acque nere diluite (più cariche di inquinanti) proseguono verso il depuratore. Separato: costituito da due reti separate, una per la raccolta ed il trasporto dei soli reflui domestici al depuratore, l altra per le acque meteoriche che vengono in genere versate direttamente nel ricettore. Misto: ancora costituito da due reti di drenaggio, ma la rete delle acque bianche è dotata di derivatori delle prime acque di pioggia che inviano la parte più inquinata delle acque meteoriche nelle canalizzazioni delle acque nere per essere trattate con esse dal depuratore. Le portate meteoriche non derivate vengono scaricate direttamente nel ricettore. Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 4 / 33 )

3 Sfioratore laterale a soglia bassa Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 5 / 33 ) Derivatore frontale Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 6 / 33 )

4 Sezioni di scavo tipo per i diversi sistemi SISTEMA UNITARIO SISTEMA SEPARATO e SISTEMA MISTO ACQUE BIANCHE + ACQUE NERE (*) ACQUE BIANCHE ACQUE NERE (*) Per piccole portate si utilizzano collettori circolari, per grandi portate collettori ovoidali Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 7 / 33 ) Configurazione planimetrica delle reti di fognatura Dipende dal tipo e ubicazione del/dei ricettori Dipende dal livello di trattamento necessario per i reflui Dipende dalla possibilità di adattamento/integrazione della rete esistente (riabilitazione) Dipende dalla altimetria e morfologia del centro urbano (la rete di fognatura è disposta sotto la pavimentazione stradale) Non deve interferire con gli altri sottoservizi (acquedotto, rete elettrica, telefonica, distribuzione gas etc.) La rete di drenaggio è in genere a ramificazione inversa. Ove sia possibile, si preferisce il funzionamento a gravità. Il moto è di regola a pelo libero (eccetto nei tratti in sollevamento). Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 8 / 33 )

5 Configurazione di tipo perpendicolare Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 9 / 33 ) Configurazione di tipo a ventaglio Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 10 / 33 )

6 Configurazione di tipo radiale Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 11 / 33 ) Configurazione a terrazza e scarico su lago Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 12 / 33 )

7 Sistema unitario: Vantaggi 1 La canalizzazione unica costa meno (a parità di lunghezza) ed è meno ingombrante della canalizzazione doppia. La scelta del sistema unitario talvolta è obbligata nei centri con strade strette. 2 Minore costo per gli allacci delle utenze. 3 Permette delle economie rispetto ad una rete separata o mista quando il ricettore è distante dal centro urbano. Infatti queste ultime richiederebbero due lunghi collettori emissari, non essendo possibile disporre gli scaricatori di piena nelle immediate vicinanze del centro urbano. 4 Tutte le canalizzazioni (tranne al più i collettori minori a cui le utenze sono allacciate) sono visitabili internamente in tempo di magra. 5 Il rischio di intasamento è praticamente nullo anche in presenza di deboli pendenze (gli eventuali depositi che si dovessero accumulare vengono rimossi in occasione degli eventi meteorici). Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 13 / 33 ) Sistema unitario: Svantaggi 1 Occorre sempre curare la impermeabilizzazione anche per le grandi cana-lizzazioni 2 In assenza di forti pendenze può risultare difficile garantire, in tempo di magra, le velocità minime per evitare gli accumuli di materie pesanti e detriti (accumuli che difficilmente, comunque, portano ad intasamenti, ma possono originare fenomeni di putrefazione). 3 Gli sfioratori di piena possono scaricare nei ricettori delle acque che, sebbene diluite, contengono ancora carichi di inquinanti organici. (ma le acque di prima pioggia vengono comunque convogliate al depuratore) 4 La variabilità delle portate in ingresso al depuratore rende la gestione dello stesso più delicata. Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 14 / 33 )

8 Sistema separato e sistema misto: Vantaggi 1 Modesta variabilità nelle portate di acque nere, che possono essere determinate con una certa accuratezza in base ai consumi acquedottistici: i condotti della rete delle acque nere possono facilmente essere dimensionati per assicurare velocità minime e ridurre il rischio di depositi; funzionamento regolare e più semplice gestione del depuratore che riceve le sole acque nere, ed al più le acque bionde. 2 L impermeabilizzazione accurata è richiesta per la sola rete di acque nere. 3 Può risultare addirittura conveniente quando il ricettore attraversa il centro urbano o si trova in prossimità di esso (nel caso di sistema misto, inoltre, lo scarico di gran parte delle acque meteoriche non comporta danni per l ambiente). Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 15 / 33 ) Sistema separato e sistema misto: svantaggi 1 Il principale limite di tali sistemi è dovuto al fatto che sovente le utenze private scaricano le acque luride nei collettori per le acque meteoriche e/o viceversa, snaturando la funzione stessa di questi sistemi. 2 La doppia canalizzazione comporta un grave onere, soprattutto quando il ricettore è distante dal centro urbano. 3 Anche se di rado, si possono verificare intasamenti della rete nera 4 La manutenzione e la pulizia della rete nera sono onerosi (condotti di sezione ridotta non visitabili). 5 Se le acque meteoriche risultano molto inquinate (es. dilavamento piazzali industriali) richiedono anch esse trattamento prima di essere scaricate nel ricettore. Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 16 / 33 )

9 Principali manufatti e opere idrauliche nei sistemi di fognatura Caditoie stradali, allacciamenti, collettori (o canalizzazioni) e manufatti di scarico Pozzetti di salto, cacciata (lavaggio), ispezione, curva e confluenza Scaricatori di piena (o scolmatori, o sfioratori, o derivatori) Vasche volano o di laminazione (ed eventualmente impianti di controllo e regolazione in tempo reale) Vasche di accumulo delle prime acque di pioggia Stazioni di sollevamento Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 17 / 33 ) Cunette e linee di ruscellamento Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 18 / 33 )

10 Caditoie stradali Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 19 / 33 ) Ventilazione delle fogne Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 20 / 33 )

11 Allaccio di un discendente pluviale Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 21 / 33 ) Allaccio alla fogna nera Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 22 / 33 )

12 Pozzetto di salto con condotto interno al pozzetto Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 23 / 33 ) C.1 - I sistemi di fognatura ( 24 / 33 ) Pozzetto di salto con setto Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda

13 Pozzetto di cacciata di tipo Milano Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 25 / 33 ) Pozzetto di ispezione per collettore circolare Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 26 / 33 )

14 Pozzetto di ispezione per collettore ovoidale Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 27 / 33 ) Pozzetto di ispezione con tappi Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 28 / 33 )

15 Pozzetto di confluenza Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 29 / 33 ) Vasche volano (o di laminazione) Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 30 / 33 )

16 Esempio di vasche volano (o di laminazione) Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 31 / 33 ) C.1 - I sistemi di fognatura ( 32 / 33 ) Sistemi di sollevamento Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda

17 Verifiche su tiranti e velocità Massimi tiranti idrici h max e franco di sicurezza Condotti circolari di diametro inferiore a 400 mm: h max = 0.5D Condotti circolari di diametro superiore a 400 mm: h max = 0.7D e un franco di sicurezza di almeno 20 cm Vincoli sulle velocità Circolare Ministero LL.PP. n del 07/01/1974: Velocità minima (per portate medie di acque nere) 0.5 m/s Velocità massima (per le portate nere di punta) 4 m/s Velocità massima (per portate al colmo di piena) 5 m/s Indicazioni e suggerimenti: Nelle fognature nere separate V min m/s dovrebbe essere sufficiente a rimuovere i depositi; nelle fognature nere miste V min m/s per la presenza di materiale sabbioso Portate nere di punta: V max 2.5 m/s e solo per canalizzazioni molto resistenti all abrasione V max 4 m/s Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.1 - I sistemi di fognatura ( 33 / 33 )

18 Portate di tempo asciutto / acque luride o nere Le portate di tempo asciutto sono quelle che provengono: dagli scarichi delle utenze servite dall acquedotto civile (domestiche, pubbliche, commerciali, turistiche, industriali, artigianali) dagli scarichi di utenze non servite dall acquedotto civile (es. industrie) da eventuale drenaggio della falda urbana (giunti non perfettamente impermeabilizzati o sfilati, lesioni e rotture dei collettori). Le dispersioni in falda della rete fognaria vengono in genere trascurate. Si fa riferimento alle portate massime nei diversi collettori riferite al termine della vita utile del sistema di fognatura (circa 40 anni). Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.2 - Fognature nere ( 1 / 10 ) Portate di tempo asciutto: coefficiente udometrico (I) Per il dimensionamento e la verifica dei condotti fognari è frequente l introduzione del coefficiente udometrico u (portata per unità di superficie del bacino drenante), di norma espresso in l s 1 ha 1 (1 ha = m 2 ). Il coefficiente udometrico può essere definito sia per le acque nere, che per le acque bianche. Determinato il coefficiente udometrico u per tutto il centro urbano (o per delle aree omogenee), la portata Q (in l/s) in una sezione qualsiasi della rete viene determinata moltiplicando u per la superficie drenante A (in ha) a monte della sezione stessa. Il coefficiente udometrico relativo alle portate di tempo asciutto si determina considerando tre contributi: u = u a + u na + u f [l s 1 ha 1 ] u a = portate provenienti da scarichi di utenze servite dall acquedotto u na = portate provenienti da scarichi di utenze non servite dall acquedotto u f = portate drenate dalla falda Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.2 - Fognature nere ( 2 / 10 )

19 Portate di tempo asciutto: coefficiente udometrico (II) La determinazione del contributo degli scarichi delle utenze servite dall acque-dotto civile u a alle portate di tempo asciutto (riferite al termine della vita utile del sistema di fognatura) è affetta dallo stesso tipo di incertezze che si riscontrano nella stima dei futuri consumi acquedottistici: previsione della popolazione e dello sviluppo urbanistico futuri previsione delle dotazioni pro-capite future Altro elemento di incertezza è la determinazione delle perdite della distributrice e degli usi senza recapito in fogna (consumi assoluti). Si assume in genere una dispersione pari al 20 30% delle portate erogate dall acquedotto. Inoltre per effetto della laminazione il picco di portata in fogna è smorzato e ritardato rispetto al picco di consumo dell acquedotto. = Q(t) ACQUEDOTTO FOGNATURA t Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.2 - Fognature nere ( 3 / 10 ) Portate di tempo asciutto: coefficiente udometrico (III) u = αβp nf g } 86 {{ 400A} Q na + u a + }{{} A u na ξl }{{} A [l s 1 ha 1 ] (1) u f α = coeff. di riduzione o dispersione (usi senza recapito in fogna) β = coefficiente di punta (rapporto fra la portata massima in fogna e la portata media nel giorno di massimo consumo) f g = dotazione idrica pro-capite nel giorno di massimo consumo [l ab 1 d 1 ] P n = popolazione futura [ab] A = superficie del bacino urbano drenante [ha] Q na = portate non derivate dall acquedotto civile [l s 1 ] ξ = 1 2 l s 1 km 1 - portate drenata dalla falda per unità di lunghezza rete L = lunghezza della rete di fognatura [km] ORDINE DI GRANDEZZA: u 1 2 [l s 1 ha 1 ] Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.2 - Fognature nere ( 4 / 10 )

20 Dimensionamento e verifica collettori delle acque nere Sistema separato: per ciascuna tratta della rete la massima portata Q di tempo asciutto si calcola moltiplicando il coefficiente udometrico u della (1) per l area A drenata a monte della sezione da dimensionare o verificare: Q = ua Sistema misto: si applica lo stesso procedimento, ma il coefficiente udometrico u deve includere il contributo della prime acque di pioggia (bionde), oltre a quelli relativi alle portate di tempo asciutto: u = αβp nf g } 86 {{ 400A} Q na + u a + }{{} A u na ξl }{{} A + u m [l s 1 ha 1 ] (2) u f u m 3.3 l s 1 ha 1 - coefficiente udometrico relativo alle prime acque di pioggia (corrisponde a intensità di 2 mm/h, coefficiente di afflusso 0.6) Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.2 - Fognature nere ( 5 / 10 ) Formule di resistenza nei canali e nelle condotte Formula di Chézy per il moto uniforme assolutamente turbolento nei canali: U = χ Ri Q = σχ Ri Fissati il diametro e la geometria della sezione, il raggio idraulico R è funzione del tirante idrico h: R(h) = σ(h)/c(h), dove σ(h) è l area bagnata e C(h) è il contorno bagnato. NOTA: la relazione R = D/4 fra raggio idraulico e diametro D delle condotte circolari vale solo per il moto a bocca piena oppure con tirante pari a D/2. Alcune espressioni utilizzate per il coefficiente di resistenza dimensionale χ: χ = γ R (Bazin) χ = m R (Kutter) χ = k s R 1/6 (Gauckler-Strickler) χ = 1 n R1/6 (Manning) Valori di γ, m, k s, n in tabelle: unità di tutte le grandezze in metri e secondi. Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.2 - Fognature nere ( 6 / 10 )

21 Alcune formule per sezioni a geometria semplice Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.2 - Fognature nere ( 7 / 10 ) Scale delle portate e delle velocità adimensionali (I) Scelta del materiale dei collettori: scabrezza da tabella La portata Q alla sezione è stata calcolata Ipotesi di pendenza i per il collettore (primo tentativo i = pendenza terreno) Ipotesi di un diametro commerciale 1 Calcolo la portata Q r e la velocità media V r per funzionamento a bocca piena, e calcolo il rapporto adimensionale Q/Q r. 2 Dal grafico adimensionale (o da tabella) leggo il valore h/r che corrisponde a Q/Q r : eseguo la verifica sul franco. Se il tirante idrico h è troppo grande o troppo piccolo si aumenta o diminuisce il diametro e si riprende al punto 1. 3 Entrando nel grafico con il valore h/r appena ricavato si ottiene il valore del rapporto V /V r, che moltiplicato per V r (calcolato al punto 1) fornisce la velocità V. 4 Si verifica che la velocità sia ammissibile. Se la velocità è troppo bassa si aumenta la pendenza, se troppo elevata si diminuisce la pendenza: si riprende dal punto 1. Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.2 - Fognature nere ( 8 / 10 )

22 Scale delle portate e delle velocita adimensionali (II) 2r σ(h) B(h) r C(h) f (franco) h (tirante) Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.2 - Fognature nere ( 9 / 10 ) Scale delle portate e delle velocita adimensionali (III) 3r r B(h) r σ(h) C(h) f (franco) h (tirante) Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.2 - Fognature nere ( 10 / 10 )

23 Criteri di dimensionamento delle Fognature Nere Le fognature nere vengono dimensionate per le massime portate di tempo asciutto che si prevede e si stima si verificheranno negli N anni di funzionamento della fognatura. Fatte salve le incertezze insite nella determinazione delle massime portate di tempo asciutto, per le fognature nere è nullo il rischio di insufficienza (probabilità che durante la vita utile delle opere si possano verificare portate maggiori di quelle di progetto). Nelle fognature nere perciò il moto dovrebbe avvenire sempre a pelo libero e i franchi idraulici di progetto dovrebbero sempre essere garantiti per l intero periodo di esercizio delle opere progettate. NOTA: in queste assunzioni progettuali non è ovviamente contemplato l insorgere di altre cause di malfunzionamento delle fognature, non strettamente connesse al dimensionamento, ad esempio le ostruzioni. Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.3 - Fognature pluviali: le piogge di progetto ( 1 / 24 ) Criteri di dimensionamento delle Fognature pluviali (I) Per ragioni tecnico-economiche, le fognature pluviali vengono dimensionate accettando a priori un rischio di insufficienza non nullo, ovvero accettando che durante gli N anni di esercizio della fognatura si possano verificare portate di origine meteorica di entità superiore rispetto alle portate di progetto (per le quali si dimensiona la fognatura prevedendo il moto a pelo libero, e garantendo gli opportuni franchi idraulici). Quando e se accadranno eventi meteorici particolarmente critici da dare origine a portate maggiori di quelle assunte in fase di progetto, si potranno verificare, durante l esercizio della fognatura, le seguenti condizioni: funzionamento di tratti di fognatura in pressione anzichè a pelo libero la fognatura può non essere in grado di far defluire l intera portata pluviale allagamenti della sede stradale, dei sottopassaggi, di locali e garages interrati, seminterrati e talvolta a piano terra. Queste situazioni vengono definite di insufficienza o crisi della fognatura. Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.3 - Fognature pluviali: le piogge di progetto ( 2 / 24 )

24 Criteri di dimensionamento delle Fognature pluviali (II) La scelta delle portate di progetto dovrebbe essere il risultato di una analisi costi benefici (intesi sia come benefici sociali e ambientali, che come danni economici evitati). Ovviamente, aumentando la portata di progetto: diminuisce il rischio di insufficienza e crisi della fognatura diminuisce la frequenza delle situazioni di crisi della fognatura diminuiscono i danni economici ed ambientali provocati dalle esondazioni diminuiscono i disagi sociali per la popolazione aumentano le dimensioni ed i costi di costruzione delle opere aumentano le interferenze con le strutture viarie ed il territorio urbanizzato La frequenza delle insufficienze o crisi della fognatura viene caratterizzata attraverso il tempo di ritorno T associato alla portata di progetto, ovvero il numero di anni che in media trascorre fra eventi che danno origine a portate pluviali maggiori della portata di progetto. Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.3 - Fognature pluviali: le piogge di progetto ( 3 / 24 ) Tempi di ritorno nei sistemi di drenaggio urbano Tempi di ritorno Condotti fognari e vie d acqua superficiali T [anni] Condotti fognari la cui insufficienza determini scorrimenti 1 5 idrici superficiali non pericolosi e con possibilità di smaltimento alternativo agevole verso recapiti esterni (aree verdi e/o corpi idrici ricettori) Condotti fognari la cui insufficienza determini scorrimenti 5 10 idrici superficiali e/o allagamenti aventi carattere di entità e pericolosità non altrimenti eliminabile Condotti fognari situati in siti pianeggianti di naturale confuenza delle acque meteoriche, privi di possibilità di smaltimento alternativo delle stesse e la cui insufficienza determini situazioni pericolose Vie superficiali di convogliamento delle acque meteoriche eccedenti la capacità idraulica delle fognature, in siti urbanizzati in cui l allagamento provochi danni inaccettabili agli insediamenti Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.3 - Fognature pluviali: le piogge di progetto ( 4 / 24 )

25 Criteri di dimensionamento delle Fognature pluviali (III) P(Q) = probabilità di non superamento: probabilità che il massimo annuo di portata pluviale sia minore o uguale alla portata di progetto Q 1 P(Q) = probabilità di superamento (probabilità di insufficienza): probabilità che il massimo annuo di portata pluviale sia maggiore della portata di progetto Q T = tempo di ritorno medio di un insufficienza: T = 1 1 P(Q) P(Q) = 1 1 T R N = rischio di insufficienza negli N anni di esercizio della fognatura, ovvero la probabilità che si verifichi almeno una insufficienza durante la vita tecnica dell opera: R N = 1 P N = 1 ( 1 1 ) N T Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.3 - Fognature pluviali: le piogge di progetto ( 5 / 24 ) Il rischio di insufficienza Alcuni valori del rischio di insufficienza R N = 1 ( 1 1 T ) N (in %) in funzione della durata N dell opera e del tempo di ritorno T (in anni). Tempi di ritorno Durata dell opera N [anni] T [anni] Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.3 - Fognature pluviali: le piogge di progetto ( 6 / 24 )

26 Portate di progetto dei collettori pluviali Si stabilisce il tempo di ritorno T. Per la stima della/delle portate di progetto Q (caratterizzate dal tempo di ritorno T scelto) occorrerebbe conoscere la funzione di ripartizione delle massime portate (annue) su ogni tratta della rete di drenaggio. P(Q) Q Q 1 Q 2 Q 3... Q i... Q N 1 1/T 1 1/T Q 1 Q 2 Q 3 Q Q P(Q) 1 N+1 ; 2 N+1 ; 3 N+1... i N+1... N N+1 Q N Q Q i = massimo annuo i-esimo di portata nella tratta considerata P(Q i ) = probabilità di non superamento della portata Q i Ovviamente, non avendo informazione (misure) sulla distribuzione delle portate pluviali che potranno defluire sui collettori fognari in progetto, si deve ricorrere all informazione pluviometrica. Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.3 - Fognature pluviali: le piogge di progetto ( 7 / 24 ) Informazioni pluviometriche = stima portate meteoriche L informazione pluviometrica è in genere più facilmente reperibile e disponibile: in forma di dati grezzi (serie storiche dei pluviometri situati in prossimità del centro urbano), ma più spesso in forma già elaborata statisticamente (curve segnalatrici di possibilità pluviometrica o climatica) Si utilizzano modelli che rappresentano la trasformazione degli afflussi meteorici sul bacino urbano in deflussi su ogni tratta della rete di fognatura. Si possono quindi determinare le portate di progetto, da utilizzare per il dimensionamento, con due modalità (in genere si preferisce la seconda): Utilizzo di serie storiche (continue) di precipitazione misurate da pluviometri ad alta risoluzione temporale ubicati in prossimità del centro urbano: gli idrogrammi (continui) ottenuti con una trasformazione afflussi-deflussi potrebbero essere quindi utilizzati per il dimensionamento delle tratte con assegnato tempo di ritorno T. Utilizzo di singoli ietogrami sintetici (detti anche ietogrammi di progetto) ottenuti dalle curve di possibilità pluviometrica e caratterizzati dallo stesso tempo di ritorno T richiesto per le portate Q di progetto (dimensionamento) della rete. Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.3 - Fognature pluviali: le piogge di progetto ( 8 / 24 )

27 Dimensionamento con ietogrammi sintetici o di progetto Ipotesi: le portate con tempo di ritorno T siano originate da eventi meteorici caratterizzati dallo stesso tempo di ritorno T Si stabilisce il tempo di ritorno T Si costruisce uno ietogramma sintetico (o di progetto) con tempo di ritorno T, in genere utilizzando le curve di possibilità pluviometrica si sceglie un modello di trasformazione afflussi-deflussi per le ipotesi fatte, le portate fornite dal modello sono caratterizzate anch esse dal tempo di ritorno T si possono dimensionare i collettori di ogni tratta per tali portate Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.3 - Fognature pluviali: le piogge di progetto ( 9 / 24 ) Ietogrammi sintetici o ietogrammi di progetto Gli eventi meteorici reali manifestano una variabilità della intensità di precipitazione nello spazio e nel tempo: i(x, y, t). Le piogge di progetto descrivono in genere molto approssimatamente tale variabilità: le più semplici rappresentano una pioggia costante nel tempo e nello spazio. Le fasi di costruzione di un evento sintetico di pioggia (netta) sono le seguenti: scelta del tempo di ritorno T identificazione della curva di possibilità climatica valida per l area in esame scelta del tipo di ietogramma sintetico (che descrive la variabilità della pioggia puntuale nel tempo) ragguaglio della pioggia puntuale all area (si mette in conto la variabilità spaziale) depurazione delle perdite e determinazione della pioggia netta In genere, uno ietogramma di progetto riesce a riprodurre, con il tempo di ritorno assegnato, solo alcune o solo una delle caratteristiche di un idrogramma osservato (intensità del picco, volume totale, etc.) Spesso sono dedotti per una corretta valutazione delle portate al colmo. Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.3 - Fognature pluviali: le piogge di progetto ( 10 / 24 )

28 Curve segnalatrici di possibilità pluviometrica (o climatica) h (τ) T 3 i(τ) T1 < T 2 < T 3 T 2 T 1 T 3 T 1 < T 2 < T 3 T 2 T 1 τ durate durate h T (τ) = a(t )τ n(t ) i T (τ) = a(t )τ n(t ) 1 a = a(t ) e n = n(t ) sono parametri che dipendono dalle caratteristiche climatiche del luogo e dal tempo di ritorno T τ è una durata di evento pluviometrico (in genere espresso in ore) h T (τ) è l altezza cumulata con tempo di ritorno T degli eventi pluviometrici di durata τ (in genere espressa in mm) i T (τ) è l intensità media con tempo di ritorno T degli eventi pluviometrici di durata τ (in genere espressa in mm/h) T è il tempo di ritorno: in genere tenuto costante, cosichè le curve diventano h(τ), i(τ) Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.3 - Fognature pluviali: le piogge di progetto ( 11 / 24 ) τ Curve di possibilità pluviometrica: analisi locali e regionali Le curve segnalatrici di possibilità pluviometrica sono in genere ottenute con l analisi statistica dei massimi annui di precipitazione cumulata a diverse durate (es.: 15,30, 45, 1h, 3h, 6h, 12h, 24h) registrati dai pluviografi. Analisi statistiche locali: le serie storiche vengono elaborate singolarmente e il risultato di ciascuna analisi si può considerare valido nell intorno del pluviometro. Analisi statistiche regionali: vengono eseguite utilizzando le osservazioni di più stazioni che mostrino caratteristiche pluviometriche e climatiche omogenee. Questa analisi garantisce una stima più robusta dei parametri, e permette in genere di estendere i risultati ad intere aree omogenee, anche se non coperte in ogni punto dalla rete pluviografica. In Sardegna sono state svolte diverse analisi statistiche di tipo regionale, che hanno portato ad identificare: 4 zone omogenee (gruppi di stazioni) con la legge di probabilità lognormale 3 zone omogenee utilizzando la legge di probabilità TCEV Acquedotti e Fognature - A.A R. Deidda C.3 - Fognature pluviali: le piogge di progetto ( 12 / 24 )