P.E.C. LA ROTONDA Strada Falchetto Nuovo insediamento commerciale/produttivo PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE

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1 Regione Provincia Comune Piemonte Cuneo Bra P.E.C. LA ROTONDA Strada Falchetto Nuovo insediamento commerciale/produttivo PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE VALUTAZIONE DEL RISCHIO IDRAULICO DELL AREA E MISURE DI PREVENZIONE PREVISTE committente ABET Laminati S.p.A. ALLEGATO 7.3 data Luglio 2016 Ing. Sergio Sordo Studio di ingegneria civile Corso Langhe n.10, Alba Tel sordosergio@srstudio.info

2 SOMMARIO 1. PREMESSA REQUISITI PROGETTUALI DELLA RETE DI SMALTIMENTO DELLE ACQUE BIANCHE CARATTERISTICHE IDROLOGICHE DEL BACINO DI INFLUENZA CALCOLO DELLE PORTATE D ACQUA DA SMALTIRE DETERMINAZIONE DEL TEMPO DI CORRIVAZIONE DEL BACINO VALUTAZIONE DELL ALTEZZA DI PIOGGIA TRAMITE LE CURVE DI POSSIBILITA CLIMATICA DETERMINAZIONE DEL COEFFICIENTE MEDIO DI DEFLUSSO PROGETTO DEI COLLETTORI DI SMALTIMENTO DELLE ACQUE METEORICHE COLLETTORE PRINCIPALE DI SMALTIMENTO PROGETTO DELLE SEZIONI DI DEFLUSSO DEL COLLETTORE PRINCIPALE COLLETTORI SECONDARI PROGETTO DELLE SEZIONI DI DEFLUSSO DEI COLLETTORI SECONDARI RAMIFICAZIONI DI ORDINE SUPERIORE RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE A RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE B RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE C RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE D RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE E RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE F RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE G RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE H RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE I RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE L RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE M RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE N RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE O PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 2

3 RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE P LAMINAZIONE DELLA PORTATA METEORICA CALCOLO DELLA PORTATA SMALTIBILE DALLA TUBAZIONE ESISTENTE DI ATTRAVERSAMENTO DELLA TANGENZIALE CALCOLO DEL VOLUME DI LAMINAZIONE VERIFICA DI COMPATIBILITÀ DELLE QUOTE DEI COLLETTORI COLLETTORE PRINCIPALE COLLETTORI SECONDARI RAMIFICAZIONI DI ORDINE SUPERIORE RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE A RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE B RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE C RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE D RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE E RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE F RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE G RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE H RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE I RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE L RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE M RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE N RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE O RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE P PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 3

4 1. PREMESSA E SINTESI DEL PROGETTO IDRAULICO DELL AREA DI PEC La presente relazione viene redatta dallo scrivente su incarico della società ABET Laminati S.p.A. allo scopo di verificare la rete di smaltimento acque bianche del Piano Esecutivo Convenzionato "La Rotonda", da realizzarsi in Comune di Bra (CN), fra la ferrovia Cavallermaggiore-Bra, Strada Falchetto e la tangenziale di Bra. Il presente studio è stato redatto al fine di analizzare, valutare e progettare il sistema di rete fognario e di raccolta delle acque bianche. La sistemazione idraulica dell area del PEC ha essenzialmente due finalità significative: la raccolta efficientemente ed allontanare le acque meteoriche che interessano direttamente l area in esame con il loro ruscellamento; la minimizzazione dell influenza che la sistemazione prevista ha sulla capacità di laminazione dell area medesima. In merito alla prima finalità, ovvero quella di raccogliere efficientemente ed allontanare le acque meteoriche che interessano direttamente l area in esame con il loro ruscellamento si è progettato un sistema di condotte che tramite un numero adeguato caditoie distribuito su tutta l area del PEC intercetta e convoglia verso il punto di scarico all esterno le acque. Il tracciato delle condotte si sviluppa sulle strade di servizio e sui piazzali che sono sistemati in modo che le acque di ruscellamento possono confluire agevolmente nelle condotte di raccolta. Al fine di non creare delle criticità idrauliche nell ambito della rete di fossi e canali pubblica dovute all immissione delle acque di ruscellamento che interessano tutta l area del PEC verrà creata un area di laminazione in un area collocata a nella zona nord ovest del lotto, che a tal fine viene abbassata rispetto al piano campagna originario di circa 50 cm. In quest area verrà temporaneamente invasato i volumi di acque di pioggia derivanti dalle portate eccedenti quella in uscita variabili tra 500 e 1000 l/s di cui la maggiore è ritenuta compatibile con la capacità di deflusso del canale ricettore pubblico. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 4

5 La regolazione della portata avverrà tramite una bocca tarata collocata sul condotto di scarico. In merito alla seconda finalità indicata, ovvero quella di minimizzare l influenza che la sistemazione prevista ha sulla capacità di laminazione dell area medesima è doveroso fare alcune considerazioni sui criteri ispiratori degli interventi previsti. In relazione alla classe di rischio in cui è classificata la vasta area in esame si ritiene fondamentale che il progetto di PEC si ponga come un operazione urbanistica che non alteri significativamente sia la dinamica di inondazione zona sia la capacità di laminazione che attualmente l area può svolgere in caso di allagamento. A tal fine si prevede di creare 3 aree di laminazione sull area PEC per le acque di ruscellamento provenienti da aree esterne in modo da mantenere sostanzialmente il funzionamento idraulico attuale dell area. Nelle aree di laminazione delle acque esterne si prevede di abbassare il fondo di circa 0.50 m ad eccezione di quella degli orti urbani che rimane inalterata. In considerazione a quanto previsto in progetto si osserva che lo scavo sull aree di laminazione è di circa m 3 mentre l incremento del volume sull area per effetto dei lavori previsti dal PEC è di circa m 3 e pertanto l incremento di volumetria risultante sull area risulta essere circa 5000 m 3, ovvero un valore relativamente modesto nei confronti della laminazione che l area svolge oggi nel contesto urbano globale e pertanto si ritiene che quanto previsto in progetto che sia sostanzialmente compatibile con l attuale assetto idrogeologico dell area nei confronti della laminazione. Come ulteriore intervento di sistemazione dell area di PEC si prevede di spostare di fianco della pista ciclabile il tracciato il canale in ingresso dal lato ferrovia fino allo uscita in sinistra in maniera che venga mantenuta la sua funzione idraulica di deflusso a cielo aperto con scarico dell area di laminazione verde Orti Urbani e contestualmente possa essere anche utilizzato per irrigare gli orti previsti. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 5

6 2. REQUISITI PROGETTUALI DELLA RETE DI SMALTIMENTO DELLE ACQUE BIANCHE. La rete di smaltimento delle acque bianche ha come requisito progettuale lo smaltimento delle acque bianche che interessano sia direttamente l area del P.E.C. La Rotonda, sia indirettamente dalle aree adiacenti. Le acque provenienti da est sono intercettate dal canale Naviglio di Bra. Quelle provenienti da sud sono convogliate in un attraversamento al di sotto della ferrovia che poi prosegue in un fossato irriguo che attraversa l area in oggetto di studio e poi smaltita a valle della tangenziale con un tubo in calcestruzzo di diametro 100 cm. Da ovest e da nord le acque scolanti verso il lotto sono quelle rispettivamente della tangenziale e della strada del Falchetto e rispettive scarpate. Il sistema di regimazione delle acque bianche consiste in: - Spostamento del fossato irriguo proveniente da sud al margine dell area di intervento; - Raccolta tramite rete di tubazioni in PVC delle acque meteoriche di tetti, piazzali e strade e smaltimento negli attraversamenti esistenti al di sotto della tangenziale; - Realizzazione di aree depresse di circa 50 cm rispetto al piano campagna attuale aventi funzione di vasche di laminazione. In base a quanto previsto si ritiene venga minimizzata l influenza del progetto in esame nei confronti delle acque di ruscellamento che possono interessare in vari modi l area. 3. CARATTERISTICHE IDROLOGICHE DEL BACINO DI INFLUENZA Le caratteristiche idrologiche del bacino oggetto di studio che vengono adottate nei calcoli delle portate massime al colmo Qcmax con gli assegnati tempi di ritorno sono riferite alle superfici interessate dal Piano Esecutivo Convenzionato "La Rotonda" e dalla rete viabile connessa. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 6

7 sezione chiusura (m s.l.m.) Superficie bacino Tabella 3.1: Caratteristiche idrologiche dell area L area oggetto di studio risulta essere pianeggiante con pendenza media pari allo 0.2%. 4. CALCOLO DELLE PORTATE D ACQUA DA SMALTIRE Si compie il calcolo idrologico delle portate di piena con tempo di ritorno di 10 anni nei vari tronchi di fognatura bianca. Tale tempo di ritorno è quello che di norma si assume per le fognature bianche. La valutazione dell altezza di pioggia viene effettuata con il metodo cinematico che è un metodo idrologico di tipo indiretto. Questa metodologia si basa sull utilizzo di curve di possibilità climatica per un dato tempo di ritorno, relative a stazioni pluviometriche collocate sul territorio in cui si va ad analizzare la portata. Occorre precisare che il calcolo del tempo di corrivazione di bacini di dimensioni ridotte come quelli in esame comporta una valutazione delle portate defluenti necessariamente approssimata, perché al limite di ogni trattazione teorica. Si ritiene comunque che i risultati che si ottengono siano approssimati a favore di sicurezza, e quindi accettabili nel contesto in esame. Sempre per la modesta estensione dei bacini che si considerano, per la determinazione della portata massima, si suppone ragionevolmente che le altezze di pioggia sui medesimi siano costanti. In base al metodo cinematico l'espressione analitica della portata defluente è la seguente: PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 7

8 i Q Tc S 3.6 ove i simboli hanno i seguenti significati: Q = portata di massima piena espressa in m 3 /s htc itc intensità di pioggia media per il tempo di corrivazione espressa Tc in mm/ora h Tc = altezza di pioggia in mm per un tempo pari al tempo di corrivazione S = superficie del bacino espressa in km 2 = coefficiente di deflusso medio A riguardo del tempo di pioggia che si adotta, si precisa che per ottenere l'evento critico più gravoso, l'intensità di pioggia da utilizzare per i calcoli è quella relativa ad un evento meteorico di durata pari al tempo di corrivazione del bacino che si sta esaminando. 4.1 DETERMINAZIONE DEL TEMPO DI CORRIVAZIONE DEL BACINO In Idrologia si dimostra che la durata di pioggia critica per un bacino idrografico da considerare nei calcoli idrologici è quella corrispondente al suo tempo di corrivazione, ovvero il tempo necessario perché tutta la superficie sottesa dalla prefissata sezioni contribuisca al deflusso. In relazione della modesta estensione del bacino considerato non si rientra nel campo di applicazione delle formule proposte nella letteratura idrologica e si assume ragionevolmente un tempo di corrivazione pari a 30 minuti VALUTAZIONE DELL ALTEZZA DI PIOGGIA TRAMITE LE CURVE DI POSSIBILITA CLIMATICA Le caratteristiche idrologiche dell area in questione si possono desumere dalla pluviometria della zona associata all analisi morfologica del luogo. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 8

9 Si va quindi ad esaminare il reticolo idrografico superficiale dell area e di quelle limitrofe. A tal fine si effettua la valutazione dell altezza di pioggia relativa al tempo di corrivazione del bacino, per il tempo di ritorno considerato; questa viene calcolata facendo alla curva di possibilità pluviometrica di Bra indicate nella pubblicazione Curve di possibilità climatica di tipo probabilistico per piogge di durata inferiore al giorno, relativamente al Piemonte e alla Valle d Aosta di Butera e Sordo presentata al XXI convegno di idraulica e costruzioni idrauliche. I coefficienti a ed n di detta curva relativi ai tempi di ritorno tecnici desunta da tale pubblicazione per la città di Bra sono: Tempo di ritorno [anni] a [mm/h] n Dalla formula della curva di possibilità pluviometrica h(t) = a t n Si ricavano, per il tempo di ritorno in anni considerato, le altezze d acqua corrispondenti all evento di pioggia di 30 min pari al tempo di corrivazione preso in considerazione: Tempo di ritorno [anni] Tempo di pioggia [min] h di pioggia [mm] DETERMINAZIONE DEL COEFFICIENTE MEDIO DI DEFLUSSO La valutazione del coefficiente medio di deflusso viene effettuata mediante l analisi morfologica del territorio, della coltre vegetale e dell antropizzazione. Il coefficiente medio di deflusso che viene assunto per i calcoli sulla base delle caratteristiche morfologiche del bacino è: PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 9

10 tetti = 1 piazzali = PROGETTO DEI COLLETTORI DI SMALTIMENTO DELLE ACQUE METEORICHE 5.1 COLLETTORE PRINCIPALE DI SMALTIMENTO L insediamento commerciale/produttivo sarà attraversato nella zona centrale da un collettore principale che raccoglierà le acque provenienti dalle zone laterali. Nel seguito si procede al dimensionamento di tale collettore principale. Nota l intensità di precipitazione, per una assegnata superficie scolante S caratterizzata da un coefficiente di deflusso, la portata defluente è data dall espressione: Q S j con: Q = portata meteorica defluente = coefficiente di deflusso S = superficie esposta alla pioggia j = intensità pluviometrica Le portate pluviometriche sono determinate considerando il tempo di pioggia pari al tempo di corrivazione del bacino in esame e supponendo ragionevolmente che l intensità sia costante durante tale breve periodo. Si determinano quindi le portate pluviometriche da smaltire relative al tempo di ritorno tecnico per le fognature pari a 10 anni supponendo ragionevolmente che l intensità sia costante durante tale breve periodo. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 10

11 Le aree relative ad ogni singola sezione e le portate da smaltire sono le seguenti: I coefficienti di deflusso da adottare per i tipi di superficie in oggetto sono: tetti e strade bitumate, ovvero = 1 superfici pavimentate, ovvero = 0.8 Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Tabella 5.1.1: Calcolo delle aree e delle portate 5.2 PROGETTO DELLE SEZIONI DI DEFLUSSO DEL COLLETTORE PRINCIPALE Il progetto del collettore principale viene eseguito attraverso la realizzazione di un modello idraulico-numerico di moto permanente in quanto questo tipo di moto rappresenta una buona approssimazione del moto che si manifesta nei canali artificiali. Tale collettore, infatti, sarà realizzato tramite scatolari chiusi in calcestruzzo pertanto il deflusso sarà assimilabile a quanto avviene in un canale artificiale di sezione rettangolare. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 11

12 La metodologia di calcolo in moto permanente permette una rappresentazione dei livelli di piena nelle sezioni del canale più raffinata di quanto non lo permetta la schematizzazione del moto uniforme nelle singole sezioni, in quanto con esso è possibile calcolare i livelli tenendo in conto anche le altre sezioni di verifica e le singolarità idrauliche che ci possono essere nel tratto considerato. Venendo a descrivere la metodologia utilizzata si osserva che il problema del tracciamento del profilo di superficie libera di un corso d'acqua artificiale in moto permanente con una data portata Q si risolve con procedimenti di calcolo numerico. Il canale artificiale viene suddiviso in tronchi di lunghezza s, tali da poter confondere i valori medi della sezione e della velocità in ciascun tronco con i valori ad un estremo. Anche la natura dell'alveo deve conservarsi, entro certi limiti, in ciascun tronco. Eseguita la suddivisione, è necessaria la definizione delle caratteristiche geometriche di tutte le sezioni di separazione dei vari tratti. Siano (i) e (i+1) due sezioni consecutive, distanti x in asse, nella prima delle quali siano note tutte le grandezze idrauliche. La variazione di carico idraulico H tra le due sezioni si può calcolare mediante la seguente relazione alle differenze finite: H = - j i x Si può ottenere così il carico Hi+1 della sezione i+1 e conseguentemente il carico piezometrico hi+1, che rappresenta la quota del pelo libero rispetto ad un piano di orizzontale, risolvendo l equazione: H h i 1 i 1 2 Q 2g E' possibile in questo modo ricavare il carico piezometrico della corrente nelle sezioni di rilievo e da questo calcolare le caratteristiche idrauliche che il canale ha nel tratto in esame. E stato utilizzato per il calcolo dei livelli e delle principali caratteristiche del moto il software HEC-RAS del U.S. Army Corps of Engineers nella versione i 1 PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 12

13 Venendo nel dettaglio del modello idraulico si è compiuta la modellazione del moto permanente del canale lungo un tratto di asta di lunghezza pari a circa 460 m. Complessivamente sono state considerate 12 sezioni del canale, riportate sulle tavole in allegato. Le scabrezze adottate hanno un significato globale all interno della schematizzazione nel canale e sono state dedotte dalla Direttiva Criteri per la valutazione della compatibilità idraulica delle infrastrutture pubbliche e di interesse pubblico all interno delle fasce A e B dell Autorità di bacino del Fiume Po per i canali in calcestruzzo e cioè: C = 70 m 1/3 /s secondo Gauckler Strickler n = 1/C = secondo Manning L'elaborazione è stata compiuta in regime di corrente lenta; infatti il canale in analisi, date le pendenze modeste presenta tratti di corrente in regime lento. A proposito delle condizioni al contorno del modello, e cioè del livello dell'acqua nella sezione di valle, si è imposto che tale livello fosse pari a quello che si verificherà nella zona a monte del punto di allontanamento delle acque meteoriche e ove sarà prevista una zona di laminazione di tali acque. I valori numerici delle varie grandezze specificate in legenda relativi alle portate di verifica sono riportati nelle seguenti tabelle. Anche i livelli del pelo libero per le portate considerate sono riportati nelle sezioni schematiche e nel profilo longitudinale allegati nelle pagine seguenti. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 13

14 LEGENDA River sta. = sezione di calcolo Q total = portata in m 3 /s Min Ch El = quota del fondo alveo in m W.S. Elev. = livello del pelo libero dell acqua in m Crit W.S. = livello di moto critico dell acqua in m E.G. Elev = livello energetico globale in m E.G. Slope = pendenza motrice Vel Chnl = velocità nell alveo in m/s Flow Area = area liquida in m 2 Top Width = larghezza sezione liquida in sommità in m Froude # Chl = numero di Froude della corrente in alveo Le portate utilizzate nel modello sono quelle riportate in precedenza in tabella PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 14

15 HEC-RAS Plan: Plan 02 Profile: PF 1 Reach River Sta Profile Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) PF PF PF PF PF PF PF PF PF PF PF PF

16 -0.8 Plan 02 11/07/2016 Collettore principale scatolare 1 scatolare 2 scatolare 3 Legend WS PF 1 Ground Elevation (m) Main Channel Distance (m)

17 Plan 02 11/07/2016 RS = 120 Collettore principale Plan 02 11/07/2016 RS = 110 Collettore principale Legend Legend Elevation (m) WS PF 1 Ground Bank Sta Elevation (m) WS PF 1 Ground Bank Sta Station (m) Station (m) Plan 02 11/07/2016 RS = 100 Collettore principale Plan 02 11/07/2016 RS = 90 Collettore principale Legend Legend Elevation (m) WS PF 1 Ground Bank Sta Elevation (m) WS PF 1 Ground Bank Sta Station (m) Station (m)

18 Plan 02 11/07/2016 RS = 80 Collettore principale Plan 02 11/07/2016 RS = 70 Collettore principale Legend Legend -0.6 WS PF WS PF 1 Elevation (m) Ground Bank Sta Elevation (m) Ground Bank Sta Station (m) Station (m) Plan 02 11/07/2016 RS = 60 Collettore principale Plan 02 11/07/2016 RS = 50 Collettore principale Legend Legend -0.6 WS PF WS PF 1 Elevation (m) Ground Bank Sta Elevation (m) Ground Bank Sta Station (m) Station (m)

19 Plan 02 11/07/2016 RS = 40 Collettore principale Plan 02 11/07/2016 RS = 30 Collettore principale Legend Legend -0.6 WS PF WS PF Ground -0.8 Ground Elevation (m) Bank Sta Elevation (m) Bank Sta Station (m) Station (m) Plan 02 11/07/2016 RS = 20 Collettore principale Plan 02 11/07/2016 RS = 10 Collettore principale Legend Legend -0.6 WS PF WS PF Ground -0.8 Ground Elevation (m) Bank Sta Elevation (m) Bank Sta Station (m) Station (m)

20 Dalle simulazioni appena eseguite si ricava il tirante idrico nella varie sezioni analizzate. Noto il tirante idrico è possibile ricavare le dimensioni degli elementi scatolari, a sezione rettangolare, utilizzati per la realizzazione del collettore principale. Q totale (l/s) Base scatolare [mm] Altezza scatolare [mm] Tirante medio [mm] COLLETTORI SECONDARI Nel canale principale centrale si immetteranno alcuni collettori secondari che si innesteranno perpendicolarmente al canale principale. Tali collettori secondari saranno costituiti da tubazioni circolari che si innesteranno negli scatolari che costituiscono il collettore principale. Come per il collettore principale, si procede al calcolo delle portate afferenti ad ogni ramo secondario, con la stessa procedura utilizzata per il ramo principale. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 15

21 Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) A B C D E F G H I L M N O P Tabella 5.3.1: Calcolo delle aree e delle portate per i collettori secondari 5.4 PROGETTO DELLE SEZIONI DI DEFLUSSO DEI COLLETTORI SECONDARI Per il calcolo della portata smaltibile dalle condotte si utilizza la formula di Prandtl - Colebrook, che calcola la portata in tubazioni a riempimento completo. L utilizzo di tale formula permette di studiare il moto dell acqua nelle condotte anche quando il regime del moto non è assolutamente turbolento ma semplicemente turbolento. Infatti in Idraulica le due denominazioni descrivono regimi fluidi diversi; le formule pratiche comunemente usate presuppongono che il moto sia assolutamente turbolento e quindi che le variazioni di velocità e di viscosità dell acqua non influenzino il coefficiente d attrito. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 16

22 E ben noto tuttavia che nelle tubazioni di uso comune, per velocità minori al metro al secondo, il regime non è assolutamente turbolento ma, per valori normali di viscosità dell acqua, semplicemente turbolento. L espressione della formula di Prandtl - Colebrook è la seguente: V log D 2 g J D e 3.71D 2 g J D 2 D Q V 4 con: V = velocità di scorrimento D = diametro interno del tubo J = pendenza motrice Q = portata defluente = viscosità cinematica del liquido e = scabrezza di esercizio g = accelerazione di gravità Il valore di esercizio assume il significato di scabrezza equivalente, che tiene in conto non solamente il valore relativo al materiale costituente la condotta, ma anche le perdite localizzate relative ai giunti, alle curve ed ai pozzetti. Con le condotte realizzate in PVC si assume normalmente come condizioni di esercizio: esercizio = 0.1 mm. Nel caso in esame, si utilizzano condotte fabbricate in PVC per le tubazioni con diametro compreso tra 200 e 600 mm. Utilizzando tale formula, note le pendenze di progetto poste pari all 1, è possibile dimensionare le condotte calcolando dapprima il valore della portata smaltibile con la in progetto a riempimento completo. Il valore a sezione completamente riempita non rappresenta quello massimo smaltibile dalla condotta in quanto la massima portata si ha con un altezza d acqua nella pari al 93% del diametro come risulta dalla fig. 5.1 riportata di seguito. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 17

23 Fig : Condotto circolare con indicazione dei valori adimensionali h/d, v/v e q/q relativi al riempimento parziale con la formula di Prandtl Colebrook Nella tabella seguente si riportano per ciascun diametro utilizzato la portata massima smaltibile e le caratteristiche idrauliche della sezione con tale portata. Si Precisa che tutte le tubazioni secondarie saranno realizzate in PVC, pertanto il diametro massimo sarà pari a 600 mm- Per i rami in cui la portata da smaltire sarà superiore alla portata massima smaltibile dalla di diametro massimo, cioè 600 mm, saranno utilizzate due tubazioni in parallelo. La scelta di utilizzare un diametro massimo pari a 600 mm deriva anche dalla necessità di innestare tale tubazioni secondarie nei collettori principali ad una quota tale da mantenere il pelo libero del collettore secondario al di sopra della quota del pelo libero all interno dello scatolare, mantenendo inoltre una pendenza dei collettori secondari compatibile con le quote dei piazzali dell area in oggetto. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 18

24 DN in progetto (mm) Q max smaltibile al 93 % (l/s) Velocità media (m/s) Tabella 5.4.1: Caratteristiche idrauliche delle tubazioni in progetto Le caratteristiche idrauliche delle tubazioni sono state valutate considerando una pendenza pari all 1. Le tubazioni in progetto sono quelle riportate nella tabella seguente. Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) A B C D E F 617 SCATOLARE G H I 470 SCATOLARE L M N O P Tabella 5.2: Caratteristiche idrauliche delle tubazioni in progetto PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 19

25 Essendo i rapporti di riempimento inferiori a quello corrispondente alla massima portata smaltibile, ovvero 0.93 % per le tubazioni circolari, le tubazioni risultano verificate. Si specifica che per i rami F ed I che intercettano delle portate molto elevate rispetto agli altri collettori, che non possono essere trasportate con una singola di diametro massimo pari a 600 mm, saranno utilizzati degli scatolari come previsto per il ramo principale. Gli scatolari saranno utilizzati nel tratto di valle di tali collettori secondari, mentre nel tratto di monte, ove la portata è inferiore in quanto solo parte dell area di influenza contribuisce al deflusso, saranno utilizzate delle tubazioni in PE. Per i tratti in scatolare è stato predisposto un modello idraulico di moto permanente come già visto per il collettore principale. I risultati delle simulazioni sono riportati nel seguito. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 20

26 HEC-RAS Plan: Plan 02 River: scatolare F Reach: 5 Profile: PF 1 Reach River Sta Profile Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) PF PF PF

27 -0.8 Plan 02 11/07/2016 Scatolare F scatolare F 5 Legend WS PF 1 Ground Elevation (m) Main Channel Distance (m)

28 Plan 02 11/07/2016 RS = 503 Scatolare F Plan 02 11/07/2016 RS = 502 Scatolare F Legend Legend -0.6 WS PF WS PF 1 Elevation (m) Ground Bank Sta Elevation (m) Ground Bank Sta Station (m) Station (m) Plan 02 11/07/2016 RS = 501 Scatolare F Legend -0.6 WS PF Ground Elevation (m) Station (m) Bank Sta

29 HEC-RAS Plan: Plan 02 River: scatolare I Reach: 6 Profile: PF 1 Reach River Sta Profile Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) PF PF PF

30 Plan 02 11/07/2016 Scatolare i scatolare I 6 Legend WS PF Ground Elevation (m) Main Channel Distance (m)

31 Plan 02 11/07/2016 RS = 803 Scatolare i Plan 02 11/07/2016 RS = 802 Scatolare i Legend Legend Elevation (m) WS PF 1 Ground Bank Sta Elevation (m) WS PF 1 Ground Bank Sta Station (m) Station (m) Plan 02 11/07/2016 RS = 801 Scatolare i Legend -0.6 WS PF 1 Elevation (m) Ground Bank Sta Station (m)

32 Dalle simulazioni appena eseguite si ricava il tirante idrico nella varie sezioni analizzate. Noto il tirante idrico è possibile ricavare le dimensioni degli elementi scatolari, a sezione rettangolare, utilizzati per la realizzazione dei due collettori secondari F ed I nel tratto di valle. Q totale (l/s) Base scatolare [mm] Altezza scatolare [mm] Tirante medio [mm] Scatolare F Scatolare I Per quanto riguarda il tratto di monte dei due collettori secondari, si progettano due tubazioni in PE con la metodologia già vista in precedenza. La portata defluente in tali tratti di monte è pari alla portata massima che può defluire con una in PE di diametro pari a 600 mm, con pendenza del fondo pari all 1. Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) F tratto di monte 265 SCATOLARE 265 I tratto di monte 265 SCATOLARE RAMIFICAZIONI DI ORDINE SUPERIORE Si procede ora al dimensionamento delle ramificazioni di ordine superiore, ossia ai collettori che raggiungono in maniera capillare ogni zona dell area in oggetto e si innestano nei collettori secondari dimensionati nei paragrafi precedenti. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 21

33 Il calcolo delle portate afferenti ai singoli rami e il dimensionamento degli stessi avviene con le stesse modalità già viste per le tubazioni secondarie RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE A Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) A A A RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE B Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) B B B B RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE C Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) C C C C C C C C PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 22

34 C RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE D Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) D D D D D D D D D D D D D D RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE E Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) E E E E E E E E E PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 23

35 5.5.6 RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE F Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F F PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 24

36 5.5.7 RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE G Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) G G G G G G G G G G RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE H Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) H H H H H H H H H H H H H PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 25

37 5.5.9 RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE I Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 26

38 I RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE L Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) L L L L L L L L L L L RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE M Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) M M M M M M M PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 27

39 RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE N Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) N N N N N N RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE O Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) O O O O O O O O O O O O O O O O PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 28

40 RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE P Area tetti Area piazzali Area totale Q totale (l/s) Diametro in progetto (mm) Portata massima smaltibile (l/s) P P P LAMINAZIONE DELLA PORTATA METEORICA 6.1 CALCOLO DELLA PORTATA SMALTIBILE DALLA TUBAZIONE ESISTENTE DI ATTRAVERSAMENTO DELLA TANGENZIALE Si valuta la portata smaltibile dalla esistente (in calcestruzzo diametro 1000 mm) di attraversamento della tangenziale che scarica in un fossato che a sua volta va a scaricare nel Rio Prasassi. Per evitare di mettere in crisi il reticolo di valle scaricando una portata troppo elevata viene applicata alla, all imbocco, una lamiera posta a 60 cm dal fondo della stessa che ne chiude la parte superiore. La portata smaltibile viene quindi valutata con il 55% di riempimento della. La pendenza di tale è pari al 3, mentre la scabrezza omogenea per tubazioni in calcestruzzo viene posta pari a 1 mm. Secondo la formula di Prandtl Colebrook già vista in precedenza si determina che la portata massima defluente in tale, con rapporto di riempimento pari al 55% è pari a 790 l/s. Tale portata sarà, pertanto, la massima portata recapitata dall area in esame all interno del fosso scaricatore nel Rio Prasassi. La portata eccedente sarà, quindi, stoccata in apposite aree id laminazione, come illustrato al paragrafo successivo. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 29

41 6.2 CALCOLO DEL VOLUME DI LAMINAZIONE Si dimensiona il volume di laminazione necessario per di ridurre da 2529 l/s a 790 l/s la portata al colmo proveniente dall area di PEC. Per la valutazione dei volumi di invaso si utilizza il metodo cinematico sviluppato da Alfonsi e Orsi nel Le ipotesi semplificative adottate sono le seguenti: - istogrammi netti di pioggia ad intensità costante; - curva aree-tempi lineare; - svuotamento della cassa a portata costante pari Qmax (laminazione ottimale). Utilizzando tali ipotesi si può scrivere l espressione del volume W invasato nella vasca in funzione della durata della pioggia, del tempo di corrivazione del bacino Tc, della portata uscente dalla vasca Qmax, del coefficiente di afflusso, dell'area del bacino A e dei parametri a ed n della curva di possibilità pluviometrica (Fig ): W n A a T Q c 2 u 1 n Q A a u Q u T c Fig : determinazione dell evento critico per l area di laminazione con il metodo cinematico PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 30

42 Nel grafico si riporta il valore del volume da invasare in funzione della durata dell evento di pioggia con tempo di ritorno dieci anni considerando le caratteristiche del bacino sotteso all area di laminazione che sono riportate nella tabella seguente ed una portata in uscita di 790 l/s. SUPERFICIE BACINO SOTTESO [m 2 ] COEFFICIENTE DI DEFLUSSO TEMPO DI CORRIVAZIONE STIMATO [ore] Tab : caratteristiche del bacino afferente l area di laminazione Fig : volume W da invasare in funzione della durata per eventi con tempo di ritorno pari a 10 anni. Il punto di massimo del grafico corrisponde al volume da assegnare all area di laminazione, calcolato con le ipotesi semplificative sopra PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 31

43 riportate e che risulta pari a 2320 m 3 corrispondente ad un evento di durata 0.50 ore per il quale si ottiene una riduzione del colmo di piena da 2529 l/s a 790 l/s. Per tener conto delle imprecisioni introdotte dalle ipotesi semplificative si considera un volume aumentato del 30% pari quindi a 3000 m 3. Per ottenere il volume utile di laminazione viene scavata una porzione destinata ad aree verdi dell area di PEC con superficie pari a m 2 (fig ). Dai rilievi messi a disposizione dalla committenza di deduce che il fondo della di scarico si trova alla quota assoluta di m s.l.m. ovvero, ovvero ad una quota pari a 2.12 m al di sotto della quota 0 del PEC. Per ottenere, all interno dell area di laminazione, un volume di invaso pari a quello calcolato in precedenza (3000 m 3 ) il pelo libero all interno di tale area dovrà raggiungere una quota pari a 1.19 m al di sotto della quota 0 del PEC. Tale quota rappresenta la condizione al contorno di valle per quanto riguarda il modello di moto permanente HEC-Ras illustrato in precedenza per il dimensionamento del collettore principale e dei due rami laterali indicati con le lettere F ed I. Tale quota sarà presa come per la successiva verifica della compatibilità delle quote dei condotti con le quote dei piazzali del PEC. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 32

44 Fig : planimetria dell area destina a verde che sarà utilizzata come area di laminazione. PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 33

45 7. VERIFICA DI COMPATIBILITÀ DELLE QUOTE DEI COLLETTORI Si procede alla verifica di compatibilità delle quote dei collettori in progetto con le quote dei piazzali dell area in oggetto. Come anticipato nel precedente capitolo, la quota di per il calcolo delle quote di scorrimento di tutti i collettori in progetto è la quota del pelo libero all interno dell area di laminazione durante un evento meteorico con tempo di ritorno pari a 10 anni. Tale quota è pari a 1.19 m al di sotto della quota 0 presa come nei rilievi topografici del PEC. Tali rilevi mostrano, altresì, che i piazzali e la viabilità interna del PEC si trovano a quote pari a 0.50 m al di sotto dello zero oppure 0.30 m al di sotto di tale zero. Si procede, pertanto alla verifica di compatibilità di tali quote con le quote di scorrimento e di sommità dei collettori in progetto. 7.1 COLLETTORE PRINCIPALE Punto di di scorrimento pelo libero sommità scatolare di valle sommità scatolare di monte piano campagna PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 34

46 7.2 COLLETTORI SECONDARI Collettore pelo libero fondo sommità piano campagna A A A B B B C C C D D D E E E F Fa F1 valle Fa F1 monte F F G G G H H H I Ia I1 monte Ia I1 valle I I L L L PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 35

47 M M M N N N O O O P P P RAMIFICAZIONI DI ORDINE SUPERIORE RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE A Collettore pelo libero fondo sommità piano campagna A1 A1a A1 A A2 A2a A2 A A3 A1a A3 A RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE B Collettore pelo libero fondo sommità piano campagna B1 B B1 B PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 36

48 B2 B2a B2 B B3 B3a B3 B B4 B3a B4 B RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE C Collettore pelo libero fondo sommità piano campagna C1 C C1 C C2 C2a C2 C C3 C3a C3 C C4 C4a C4 C C5 C4a C5 C C6 C4a C6 C C7 C4a C7 C C8 C4a C8 C PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 37

49 C9 C4a C9 C RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE D Collettore pelo libero fondo sommità piano campagna D1 D D1 D D2 D D2 D D3 D3a D3 D D4 D D4 D D5 D D5 D D6 D D6 D D7 D D7 D D8 D8a D8 D D9 D9a D9 D D10 D9a D10 D PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 38

50 D11 D9a D11 D D12 D12a D12 D D13 D13a D13 D D14 D13a D14 D RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE E Collettore pelo libero fondo sommità piano campagna E1 E E1 E E2 E2a E2 E E3 E3a E3 E E4 E4a E4 E E5 E5a E5 E E6 E5a E6 E E7 E5a E7 E PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 39

51 E8 E5a E8 E E9 E5a E9 E RAMI AFFERENTI ALLA TUBAZIONE F Collettore pelo libero fondo sommità piano campagna F1 Fa F1 F F2 F2a F2 F F3 F3a F3 F F4 F4a F4 F F5 F5a F5 F F6 F F6 F F7 F F7 F F8 F F8 F F9 F F9 F PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 40

52 F10 F2a F10 F F11 F F11 F F12 F F12 F F13 F13a F13 F F14 Fa F14 F F15 Fa F15 F F16 F F16 F F17 F17a F17 F F18 F18a F18 F F19 F19a F19 F F20 F19a F20 F F21 F F21 F F22 F F22 F PROGETTO DI RETE FOGNARIA ACQUE BIANCHE 41