PROGETTO ESECUTIVO OPERE DI REGIMAZIONE IDRAULICA

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1 COMUNE DI PIOMBINO PROVINCIA DI LIVORNO 4 VARIANTE ALLE OPERE DI CHIUSURA DELLA DISCARICA DI ISCHIA DI CROCIANO - PIOMBINO (LI) PROGETTO ESECUTIVO OPERE DI REGIMAZIONE IDRAULICA 1 STRALCIO LOC. ISCHIA DI CROCIANO Nel mondo "usa e getta" Risparmio, Efficenza, Rinnovabilità dei Flussi di Materia Ing. Fernando Muccetti firmato con firma digitale ai sensi dell'art. 21 c.2 D.Lgs 82/ /04/2017 Prima stesura PP MB EN Rev. Data Descrizione Redattore Verifica Convalida File: VAR4ES_ID1_DOC03_r0.doc Piazzale Premuda 2F PIOMBINO (LI) Tel Fax cmp@infol.it - info@cmprogettazioni.it Commessa 41ASU15 Cliente: Oggetto: RIMATERIA S.p.a. RELAZIONE TECNICA-IDRAULICA DOC. N 3 Disegno di proprietà di CMP Studio Ass. Riproduzione vietata senza autorizzazione - This drawing is the property of CMP Studio Ass. Reproducion is forbidden without authorization. SCALA: - FORMATO : A4

2 Metodo di dimensionamento Il metodo del volume di invaso, molto usato per il dimensionamento di una rete di collettori appartenenti ad una fognatura bianca, valuta la portata massima defluente in un generico tronco della rete sulla base della considerazione che, durante un qualsiasi istante di tempo, il volume liquido che attraversa la sezione finale di un collettore è pari alla differenza tra volume affluito durante la pioggia e volume invasato a monte. Pertanto il deflusso nei collettori e funzione del loro grado di riempimento durante il periodo di pioggia ed i valori massimi delle portate sono connessi con la capacità di accumulo dei vari elementi della rete. Il metodo è fondato sopra numerose semplificazioni tra le quali l ammissione di una relazione lineare (o quasi lineare) tra volume invasato e portata defluente, l ipotesi che i singoli collettori abbiano un funzionamento autonomo (ogni tronco ha un funzionamento che non è influenzato né rigurgitato dagli altri tronchi) e sincrono (il riempimento dei singoli tratti della rete avviene in modo simultaneo) e la supposizione di un deflusso con caratteristiche di moto uniforme all interno dei tronchi della rete. Gli sviluppi ed i numerosi affinamenti del metodo hanno perfezionato la sua utilizzazione in sede di proporzionamento; comunque il procedimento di calcolo rimane di tipo iterativo, per cui spesso si presenta lungo e laborioso. Prendendo infatti in esame la metodologia di calcolo, così detta diretta, si ottiene una espressione della portata massima per unità di area scolante (pari al coefficiente udometrico u=q/a) espresso in funzione dei dati idrologici, del coefficiente di assorbimento del bacino scolante servito e dell invaso specifico di monte. Si deve osservare comunque che all interno di tale espressione del coefficiente (u) compare il volume invasato nel tronco da dimensionare, il quale in realtà non è conosciuto nelle sue dimensioni trasversali; di qui la necessità di procedere per successive iterazioni. 1 di 14

3 La classica espressione del coefficiente udometrico è la seguente: / n ( a (1) u = 2168*n 0 w no ) 1 0 1/ 1 dove: u [l/s/ha] = coefficiente udometrico, = coefficiente di assorbimento, w [m] = invaso specifico (per unità d area), a [mh -n ] = costante della curva segnalatrice di pioggia, n 0 = f(n) n = esponente della curva segnalatrice di pioggia. Per tenere conto della variabilità nel tempo dell afflusso alla rete la funzione f(n) risulta data dalla seguente relazione: 4 (2') n 0 = n 3 La portata massima in corrispondenza della sezione terminale del collettore da dimensionare risulterà pari a: u * A (3') Q = 1000 dove: Q [mc/s] = portata massima A [ha] = area scolante a monte della sezione di progetto Per il calcolo di (u) si deve valutare l invaso specifico (w), il quale, come è noto, risulta una funzione crescente dell area scolante A; per l analisi successiva risulta opportuno considerare tale invaso specifico dovuto a tre distinti fattori. Il primo, pari a w 1 = V 1 /A, corrisponde all invaso V 1 relativo ai collettori che si trovano a monte di quello che è oggetto di indagine; poiché un buon dimensionamento prevede uno stato di riempimento prossimo al valore massimo si può assumere per V 1 il volume proprio dei (j) collettori, ognuno di sezione massima pari a, che si trovano a monte del collettore da dimensionare (pertanto V 1 = j j j dove j indica la lunghezza dei singoli collettori). 2 di 14

4 Il secondo fattore che influenza l invaso specifico (w), pari a w 2 = V 2 /A, corrisponde all invaso V 2 relativo ai piccoli invasi superficiali (grondaie, cunette, caditoie stradali, pozzetti, fognoli privati, allacciamenti) ed al velo idrico superficiale che scorre sopra l area interessata dalla fognatura. I vari autori suggeriscono per tale quantità w 2 valori in media pari a mc/ha a seconda della pendenza dell area scolante (i valori maggiori sono relativi alle pendenze minori); si deve peraltro notare che vi è un elevato grado di incertezza nello stabilire tale parametro w 2. Infine il terzo fattore che influenza (w), pari a w 3 = V 3 /A, corrisponde al volume di invaso V 3 proprio del collettore da dimensionare (in pratica V 3 è pari al prodotto della lunghezza L del collettore per l area della sezione corrispondente della massima portata defluente). Quindi in definitiva si avrà: (2') w = V = 10000* A V1 V2 V * A = w 1 +w 2 +w 3 Nello precedente espressione non è noto il termine V 3 e quindi l invaso specifico w 3 ; tale quantità può essere valutata una volta dimensionato, attraverso l uso della (1), il collettore che si deve progettare. Per la utilizzazione della (1) è opportuno suddividere l invaso specifico w nelle sue parti di cui una nota e l altra incognita: (3') w n = w 1 + w 2 = V 1 V * A (5 ) w i = w 3 = Pertanto si ottiene: V 10000* A 3 = L 10000* A w i (6) w = w n + w i = w n (1+ ) wn Sostituendo la (6) nella (1) si ha: 1/ n0 ( a) (7 ) u = 2168*n 0 1/ n0 1 w i wn (1 ) wn cioè: u (7 ) u = 0 t dove: 3 di 14

5 1/ n0 ( a) (8 ) u 0 = 2168*n 0 1/ n0 1 w n w i (8 ) t = (1+ ) 1/n L -1 0 = (1+ ) 1/n -1 0 wn V 1 V 2 La (8 ) indica il valore di (u) per un invaso specifico proprio del collettore da dimensionare nullo; la (8 ) rappresenta un termine, maggiore dell unità, che abbassa il valore del coefficiente udometrico in funzione dell invaso proprio del collettore da esaminare. D altra parte, in base all ipotesi di moto uniforme, la portata Q, utilizzando la formula di Chezy, risulta pari a: (9) Q = * RJ dove: = coefficiente di scabrezza del collettore, R= / C = raggio medio del collettore, C = contorno bagnato del collettore, = area bagnata massima del collettore. Per valutare il coefficiente di scabrezza di Chezy si può fare uso della formula di Bazin: (10) = 87 1 R dove: = indice di scabrezza (in genere per le fognature = 0.23) In via del tutto generale sia la sezione che il contorno bagnato C risultano esprimibili in funzione di una dimensione lineare trasversale (X) del collettore: (11 ) = f 1 (X) (11 ) C = f 2 (X) Pertanto, tenendo presenti le due espressioni funzionali (11) ed uguagliando la (3) alla (9) si ottiene in definitiva una equazione implicita in (x): u0 (12) (X ) = 1/ n 1 1 f1( X )* L V 1 V2 0 A f1( X ) f ( X ) 2 f 1 (X) f1( X ) f ( X ) 2 j = 0 4 di 14

6 Per la soluzione della (12) si può fare ricorso al metodo numerico di Newton-Raphson per la ricerca delle radici di una equazione algebrica non lineare, dopo che sono state definite, in funzione del tipo di sezione che si desidera adottare, la (11) e la (11 ). Osservando che un buon proporziona mento dei singoli collettori di una rete di fognatura presuppone che lo stato del loro riempimento sia prossimo al massimo, si può porre: sezione circolare = f 1 (X) = R 2 C = f 2 (X) = 2 R sezione circolare = f 1 (X) = 4,59 R 2 C = f 2 (X) = 7,93 R Pertanto la (12) diventa rispettivamente: a sezione circolare u0 A (13) 1/ n R L V1 V2 b sezione ovoidale * 1 R R 5/2 J = 0 u0 (13 ) 1/ n ,59R L 1 V1 V2 A * 1 R R 5/2 J = 0 Criteri di dimensionamento esecutivo Per la applicazione di tale metodo è necessario quindi fissare la curva di possibilità climatica del relativo tempo di ritorno, secondo l espressione ormai consolidata: Dove: h = a t n h t a,n altezza di pioggia in mm durata della pioggia in ore Coefficienti determinati sperimentalmente Si rammenta altresì il riferimento normativo da adottare nei criteri di dimensionamento 5 di 14

7 Decreto legislativo 13 gennaio 2003, n. 36 Attuazione della direttiva 1999/31/CE relativa alle discariche di rifiuti(g.u. n. 59 del 12 marzo 2003) ALLEGATO 1 (articolo 3, comma 3) - (articolo 9, comma 1) CRITERI COSTRUTTIVI E GESTIONALI DEGLI IMPIANTI DI DISCARICA 2.3. CONTROLLO DELLE ACQUE E GESTIONE DEL PERCOLATO Omissis Per quanto consentito dalla tecnologia, tali acque meteoriche devono essere allontanate dal perimetro dell'impianto per gravità, anche a mezzo di idonee canalizzazioni dimensionate sulla base delle piogge più intense con tempo di ritorno di 10 anni. SI è reso a questo punto necessario un aggiornamento dei valori di calcolo a seguito della pubblicazione da parte della Regione Toscana delle nuove Linee Segnalatrici di Possibilità Pluviometrica Aggiornamento. Nell'ambito dell'accordo di collaborazione tra Regione Toscana e Università di Firenze di cui alla DGRT 1133/2012, al fine di procedere ad un'implementazione e un aggiornamento del quadro conoscitivo idrologico del territorio toscano, si è provveduto ad effettuare un aggiornamento dell'analisi di frequenza regionale delle precipitazioni estreme fino all'anno 2012 compreso (Referente: Prof. Enrica Caporali, Dipartimento di Ingegneria civile e Ambientale UNI FI). Per la scelta delle curve di piovosità si è proceduto infine alla individuazione dei valori definitivi di calcolo estraendoli dal sito consultabile in rete della Regione, nel punto più aderente all area di progetto, come da allegata figura. 6 di 14

8 Il presente progetto rappresenta un primo stralcio esecutivo delle opere idrauliche del progetto definitivo di Variante 4 alle opere di chiusura della discarica di Ischia di Crociano, autorizzato dalla Regione Toscana con Del.761/16. D altra parte la canaletta perimetrale oggetto del presente stralcio esecutivo sarà in una prima fase utilizzata in una configurazione temporanea di regimazione idraulica, a servizio di una parziale impermeabilizzazione della discarica cui Rimateria deve da subito provvedere in risposta ad una prescrizione della Regione Toscana registrata in sede di autorizzazione del progetto 4 a Variante. Per maggiori dettagli circa la suddetta configurazione temporanea, si rimanda alla relativa documentazione tecnica (Opere di regimazione idraulica temporanea). Il dimensionamento delle canalizzazioni riportato di seguito è quindi condotto sulle portate definitive corrispondenti all assetto finale della discarica come previsto nella Variante 4 approvata. Come nella progettazione definitiva si è condotto poi un dimensionamento tecnico delle canalizzazioni per Tr=20 (aumentando cautelativamente il tempo di ritorno rispetto al minimo di 10 anni richiesto per norma), procedendo ad una verifica sulla portata minima di calcolo (10 anni) e massima (200 anni), valutando in ogni configurazione gli effetti di laminazione dei notevoli volumi di invaso disponibili, grazie alle dimensioni generose delle canalizzazioni ed alla realizzazione di appositi dispositivi in linea che favoriscono il loro coinvolgimento (dispositivi di rigurgito). Tali dispositivi, anch essi per completezza dimensionati nella presente relazione, non saranno comunque da installarsi con la realizzazione del presente primo stralcio esecutivo, ma dovranno essere realizzati contestualmente allo stralcio esecutivo di realizzazione dello scarico definitivo secondo progetto di Variante 4. Le nuove e definitive curve di piovosità scelte, con riferimento al punto più vicino al bacino di interesse saranno quindi: h (10) = x (t) h (20) = x (t) h (200) = x (t) \ 7 di 14

9 Considerazioni e calcolo delle portate massime in arrivo Fissate le curve di pioggia, si descrivono di seguito le scelte finali degli atri parametri necessari al dimensionamento. Nella scelta del coefficiente di deflusso, si è fatto riferimento alle Linee guida ISPRA 78.3/2012, riferendosi ai valori riportati nella seguente tabelle estratte dalla pubblicazione: Si sceglie di adottare un coefficiente cautelativo pari a 0,5 (valore massimo tra quelli tabellati) a fronte di valori massimi consigliati di 0,.35 per un prato fruibile come sarà effettivamente la copertura a verde finale. Altro parametro utilizzato nel calcolo risulta essere il volume di invaso specifico (espresso in mc/ha, offerto da tutti gli elementi in grado di invasare acqua posti a monte delle canalizzazioni), in questo caso il valore è stato stimato analiticamente, secondo i dati riportati nella figura e nelle tabelle allegate ed ammontante complessivamente a circa 967,41 mc pari ad un invaso specifico di 967,14/14 = 69 mc/ha. Tale valore sarà impiegato nei calcoli successivi. 8 di 14

10 COMPUTO DEI VOLUMI DI INVASO DELLA RETE DI DRENAGGIO Anelli orizzontali Q.ta Lunghezza parziale (mt) Lunghezza totale (mt) Dimensioni canalette trapezie Volume invaso 1 Anello sommità x120 h (*) 2 Anello x120 h (*) 3 Anello x120 h (*) Anello basso a dx x90 h Anello basso (Lungo rampa) x120 h Anello basso a sx x120 h Anello basso (Lucchini) x Totale anelli (*) volumi ulteriormente ridotti al 50% perché ralizzati in materiale inerte drenante Discese Q.ta Lunghezza parziale (mt) Lunghezza totale (mt) tratti tratti tratti tratti tratti tratti tratti a v tratti a v tratti a v discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese alte discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse discese basse Totale discese Totale volume di invaso canalette trapezie orizzontali Totale volume invaso discese (embrici 40x50x20) x 0,08 x50% = T O T A L E mc mc mc 9 di 14

11 Ampliamento Variante 5 Assumendo gli ulteriori i dati fissi di: Indice di scabrezza (Bazin) Area scolante (ha) =.23 (condotte in cemento) = variabile tratto per tratto (vedi figura) Volume piccoli invasi (mc/ha) ~ 69 (valore calcolato analiticamente) Pendenza collettori ~.0015 (1,5 per mille) ed assegnando in maniera ricorsiva i valori dei volumi di invaso a monte di ogni collettore,, si determinano i valori di portata tratto per tratto, riportati in tabella: 10 di 14

12 Punto di calcolo Superfici e scolante (ha) Lunghezza (m) Tipo canala max disponibile Portata calcolata (mc/sec) Tr = 10 anni collettore realizzato totale collettori a monte Portata calcolata (mc/sec) Tr = 20 anni collettore realizzato totale collettori a monte Portata calcolata (mc/sec) Tr = 200 anni collettore realizzato totale collettori a monte B / C / D / E sinistra / E destra / Punto di calcolo Superfici e scolante Lunghezza Tipo canala max disponibile Portata calcolata (mc/sec) Tr = 10 anni Tr = 20 anni Tr = 200 anni totale Portata totale Portata collettore collettore collettore collettori a calcolata collettori calcolata realizzato realizzato realizzato monte (mc/sec) a monte (mc/sec) totale collettori a monte Collettore x Sbocco xɸ Dalle tabelle si desume come la portata finale allo sbocco nel Fosso ex Cornia Vecchia con Tr=10 anni, corrispondente al tempo di ritorno richiesto dalla norma, comporta una portata specifica di: 0.545/14 x1000 = 38 lt/sec/ha inferiore a 40 lt/sec/ha, che, sempre relativamente al Tr=10 anni, viene preso a riferimento in letteratura (ed in alcune norme regionali tra cui la Lombardia), quale valore limite da rispettare per le nuove urbanizzazioni, al fine di non aggravare le condizioni di drenaggio preesistenti. La laminazione avviene in questo caso per la presenza di generosi volumi di invaso, grazie ad opportuni dispositivi di rigurgito in linea nelle canale, sia nel collettore finale in scatolare che viene rigurgitato dal tratto finale in doppio tubo DN 800, conseguendo benefiche riduzioni dei valori di portata anche per tempi di ritorno superiori. Il tutto, già verificato in termini generali di invarianza idraulica, nella progettazione definitiva, è stato infine simulato, per una visione di insieme, su un modello completo, tramite il noto codice di calcolo ormai standard internazionale HEC-RAS, di cui si riportano i profili rispettivamente con e senza dispositivi in linea per la laminazione. Di ogni dispositivo di rigurgito, costituito da elementi di sbarramento in lamiera di grande spessore, con luce al fondo ed installati nei principali pozzetti, si riportano infine le caratteristiche geometriche, estratte dal modello di calcolo. 11 di 14

13 6 5 canala senza Plan: Plan 01 07/04/2017 canala canala Legend WS Q 10 WS Q 20 WS Q 200 Lat Struct Ground LOB ROB 4 3 Elevation (m) Profilo idraulico senza dispositivi in linea a a Main Channel Distance (m) 6 5 canala Plan: Pla n 01 07/04/2017 canala canala Legend WS Q 10 WS Q 20 WS Q 200 Lat Struct Ground LOB ROB 4 3 Elevation (m) Profilo idraulico con dispositivi in linea a a Main Channel Distance (m) 12 di 14

14 ɸ300 Dispositivo on linea su tratto di canala tipo 1-142/70 ɸ300 Dispositivo on linea su tratto di canala tipo 1-180/ di 14

15 ɸ400 Dispositivo on linea su tratto di canala tipo 1-283/200 Si rammenta che tali dispositivi non saranno comunque da installarsi con la realizzazione del presente primo stralcio esecutivo, ma dovranno essere realizzati contestualmente allo stralcio esecutivo di realizzazione dello scarico definitivo secondo progetto di Variante 4. Considerazioni conclusive Con il presente progetto esecutivo, relativo ad un primo stralcio delle opere di regimazione idraulica del progetto definitivo di Variante 4, si confermano i criteri di dimensionamento del progetto definitivo approvato, procedendo alla scelta ponderata dei parametri definitivi ed alla simulazione su modello numerico completo. Si dimensionano infine i dispositivi di laminazione in linea, costituiti da sbarramenti con luce tarata al fondo, in grado di coinvolgere i generosi volumi di invaso delle canale, ai fini della laminazione (e quindi limitazione) delle portate da convogliare allo scarico, ma che dovranno essere realizzati solo con la soluzione definitiva. Piombino Il tecnico Ing. Fernando Muccetti Firmato con firma digitale ai sensi dell art. 21 c.2 D.Lgs 82/ di 14