DIMENSIONAMENTO E VERIFICA IDRAULICA DELLE CONDOTTE

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2 1 DIMENSIONAMENTO E VERIFICA IDRAULICA DELLE CONDOTTE Il dimensionamento dello speco, consiste nel determinare le dimensioni da assegnare al diametro della condotta tali che la portata di progetto Q p possa transitare con un tirante idrico h in grado di assicurare un prefissato franco minimo di sicurezza e quindi un grado di riempimento quanto più prossimo al massimo ammissibile. Il calcolo avviene per tentativi mediante procedimenti di verifica idraulica, avvalendosi delle scale di deflusso specifiche Il calcolo di dimensionamento e presuppone una preliminare definizione della forma e della pendenza i da assegnare alla canalizzazione, nonché la scelta dei materiali con i quali la fognatura sarà realizzata. Pertanto si è proceduto a verificare che, in corrispondenza del deflusso della massima portata, i valori del grado di riempimento e della velocità massima fossero inferiori ai limiti indicati nella Circolare del Ministero dei LL.PP. n /74 che risultano: La velocità relativa alle portate medie saranno di norma inferiori ai 50 centimetri secondo. La velocità relativa alle portate di punta non sarà di norma essere superiore ai 4 metri secondo. Le verifiche sono state effettuate applicando la nota relazione di Gaukler-Strikler: Q = k σ R3/2 i1/2 dove: - Q = portata in m3/s; - σ = sezione idrica (mq); R = σ/p = raggio idraulico (m); P = perimetro bagnato; i = pendenza del collettore; k = coefficiente di scabrezza In tale relazione, fissato il diametro interno della tubazione Φ (corrispondente ad una misura commerciale), nota la portata Q, indicata la scabrezza k (in funzione del materiale) e la pendenza i,ed essendo la sezione idrica σ ed il raggio idraulico R funzioni del tirante idrica h e del diametro interno si ricava per tentativi il valori di h e, conseguentemente quelli di σ e di V = Q/σ. Per quanto concerne il coefficiente di scabrezza, in funzione della scelta del materiale in PEAD, si è assunto il valore di 80, inferiore a quello normalmente garantito dai costruttori Nella tabella 2 sono riportati, per ciascuno dei tratti di progetto, i valori del grado di riempim ento (h/d) e delle velocità calcolati per la condizione di deflusso ritenuta ottimale. Nel seguito si riportano i risultati dei calcoli eseguiti con il software HydroSez ver. 1.0 per le sezioni idrauliche a pelo libero in regime di moto uniforme. I dati necessari per l elaborazione sono: la portata di progetto assegnata, la resistenza per unità di superficie della parete, il valore in percentuale della pendenza del canale e la geometrie della sezione da calcolare. 1

3 Verifica della tubazione Φ 1000 in PEAD - tratto A1-A4 2

4 Verifica della tubazione Φ 1200 in PEAD - tratto A4-A9 3

5 Verifica della tubazione Φ 1200 in PEAD - tratto A9-P3 4

6 Verifica della tubazione F1200 in PEAD - tratto P3-P8 5

7 2 VERIFICA DEL RECAPITO FINALE Il recapito del nuovo sistema fognario dell area è costituito dal collettore posto su Via Bologna nei pressi dell ingresso dell'ospedale di Crotone. Dalle verifiche eseguite risulta che la sezione di immissione è costituita da uno speco rettangolare con dimensioni di circa 2,00 m x 2,00 m con pendenza del tratto esaminato p=0,0041, per una portata pluviale massima pari a 6,4 mc/s che transita con un tirante di circa 1,20 cm ad una velocità di 3,2 m/s. 6

8 3 VERIFICHE STATICHE DELLE CONDOTTE Lo scopo del calcolo statico applicato alle tubazioni interrate oggetto della presente relazione, è quello di determinare la deformazione diametrale a breve e medio termine, di un tubo flessibile interrato soggetto a carichi esterni quali il peso del terreno, i carichi mobili derivanti da traffico e la presenza di falda. L esperienza fissa i valori ammessi per le deformazioni che devono essere a breve termine inferiori al 2,5% e, a lungo termine inferiori al 5%. CALCOLO DEL CARICO ESTERNO 2) è dato dalla somma dei Il carico esterno q per unità di superficie (espresso in kg/m contributi: 1. qt carico del terreno 2. qm carichi mobili (traffico) 3. qf carico di falda Il carico esterno Q per unità di lunghezza (espresso in kg/m) è dato q*de dove De è il diametro esterno nominale della tubazione espresso in m. Per la trincea sono definiti i parametri: B = larghezza della trincea in metri ovvero distanza delle pareti della trincea in corrispondenza della generatrice superiore del tubo; H = profondità dell interro ovvero la distanza fra la generatrice superiore del tubo e il piano di calpestio. Carico del terreno 1. Trincea stretta dove si verifica B 3De B H/2 il carico del terreno qt1 è dato dalla formula: qt1 = C * γ * B con (a) C= (1 - e 2 * K tg θ * H/B) / 2 * K tg θ K = tg2(π/4 - φ/2) dove: γ = peso specifico del terreno [kg/m3] θ = angolo di attrito tra materiale di riempimento e pareti della trincea φ = angolo di attrito interno del materiale di riempimento Si assumono i valori: Tipo di terreno di riempimento Terreni asciutti e ghiaia Terreno bagnato, argille limose Terreno sabbioso, sabbia argillosa Peso specifico [kg/m3]

9 φ ( ) k θ ( ) tg θ Trincea infinita o terrapieno B 10De B H/2 Il carico è dato dall espressione (a) dove C assume il valore costante di 1. Carico mobile Per la determinazione del contributo del carico da traffico è usata l espressione: qm = 3/2π * P * ϕ / (H+ De/2)2 dove : De = diametro esterno nominale della tubazione [m] H = altezza del riempimento misurato dalla generatrice superiore del tubo [m]; ϕ = coefficiente correttivo pari a 1+ 0,3/H per i soli mezzi stradali, 1 + 0,3/H per i soli mezzi ferroviari nel caso il tubo non sia incamiciato da un tubo di acciaio così come previsto dalle normative di legge vigenti. P = 3000 kg per Tipo traffico Agricolo (autovetture e autocarri di cantiere), 6000 kg per Tipo traffico Medio (autovetture e autocarri leggeri), kg per Tipo traffico Pesante (autovetture e autotreni pesanti). Carico di falda Per la determinazione del carico di falda (eventuale), è usata l espressione: qf = γh2o * ( H-H1 + De/2) dove: γh2o = peso specifico dell acqua di falda [kg/m 3] che per semplicità si assume uguale a 1; H = altezza del riempimento misurato dalla generatrice superiore del tubo [m]; H1 = altezza del riempimento misurato a partire dal livello dell acqua di falda [m]; De = diametro nominale esterno della tubazione [m]. 8

10 CALCOLO DELLE INTERAZIONE TUBO / TERRENO Il metodo adottato per la determinazione delle interazioni tubo terreno è quello di Spangler. Si assume per semplicità che il carico sovrastante sia distribuito sull intera semisezione, siamo nel caso di tubi lisci e al tempo t=0 la formula di Sapngler applicata è: x = y = (0.125 * Q ) / (E * (s/de) * E1) dove : x = y = deformazione diametrale, differenza tra il diametro del tubo a riposo e il diametro dopo la deformazione; Q = carico complessivo [kg/m] derivante dai contributi peso del terreno, traffico ed eventuale falda; E = modulo di elasticità del tubo (PE o PVC-U) [kg/m2]; s = spessore della tubazione, nel caso di pareti struttura è lo spessore equivalente [m]; De = diametro esterno della tubazione [m]; E1 = modulo di elasticità del terreno [kg/m2]. Il modulo di elasticità del terreno cui è proporzionata la controspinta del terreno stesso sulle pareti laterali della tubazione è dato dalla espressione: E1 = (9*104) * (H + 4) / α dove: α = fattore numerico che dipende dalla compattazione (vedi tab. seguente) H = altezza del riempimento a partire dalla generatrice superiore del tubo [m]. Per la determinazione della deformazione diamtrale a lungo termine si utilizza la stessa formula introducendo un fattore correttivo T: x = y = (0.125 *T* Q ) / ((E/T) * (s/de) * E1) dove : T = 2 (valore raccomandato) Compattazione Proctor % α

11 Per il calcolo della deformazione percentuale è applicata la formula: Def% = ( x / De) * 100 Di seguito si riportano i calcoli statici relativi alle tubazioni del sistema fognario, che si riferiscono alla verifica delle deformazioni delle tubazioni con il software Progetto GDW. Tubazione Φ1000 Condotta: Materiale PE spiralato Diametro SN Trincea: Riempimento Larghezza [m] Terreno sabbioso, sabbia argillosa Posa: Falda: Compattazione Traffico: Altezza [m] Peso specifico [kg/m³] Carico Tipo Medio Stradale 90% Proctor-Sabbia o ghiaia (>=10cm), reinterro compattato sino gen, Tubo Risultati Def,% breve periodo: Risultati Def,% lungo periodo: 1,25 1,18 2,78 2,64 Tubazione Φ1200 Condotta: Materiale PE spiralato Diametro SN Trincea: Riempimento Larghezza [m] Terreno sabbioso, sabbia argillosa Posa: Falda: Compattazione Altezza [m] Peso specifico [kg/m³] Carico Tipo Medio Stradale 90% Proctor-Sabbia o ghiaia (>=10cm), reinterro compattato sino gen, Tubo Risultati Def,% breve periodo: 1,63 1,63 Traffico: Risultati Def,% lungo periodo: 3,71 3,71 10