Il trasporto in pressione

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1 Parte ottava Il trasporto n pressone Premessa Tra le vare fas del cclo dell acqua, la parte d maggore nteresse, qual rsorse drche donee alle loro utlzzazone, è rappresentata da defluss superfcal e sotterrane. Fgura 1. Defluss superfcal e sotterrane Le font d approvvgonamento delle acque superfcal sono costtute dalle sorgent, da cors d'acqua e da lagh. Le acque superfcal necesstano a volte, prma d essere ammesse all'uso, d trattament correttv de caratter natural, n ogn caso necessar per l'uso potable della rsorsa. Tra la superfce del terreno e la superfce d fondo l acqua meteorca attraversa, per percolazone, var strat suddvsbl n due regon: d dspersone, generalmente terreno agrcolo soggetto ad evaporazone ed assorbmento da parte dell apparato radcale de vegetal (trasprazone); d acqua fssa, non soggetta ad azon dsperdent. Acquedott 457

2 La crcolazone dell acqua nel sottosuolo può essere lmtata nel moto orzzontale da alterazon della permeabltà mentre, n senso vertcale, è condzonata dalla presenza d una superfce d fondo mpermeable o dalla progressva rduzone della permeabltà correlata alla porostà del terreno. La grandezza e la denstà de vuot condzonano, ovvamente, la capactà d rtenzone drca e d trasmssbltà del terreno. Fgura. Ammass granular: a) omogene ed mpermeabl ; b) omogene ma permeabl ; c) element mpermeabl d dverse dmenson; d) cementat. Rocce fratturate: e) carbonatche ; f) crstallne la Porostà msura l volume de vuot all nterno d un volume untaro d terreno la Permeabltà rappresenta la caratterstca d un ammasso ad essere percorso dall acqua una rocca è permeable solo se vuot e fessure sono tra loro comuncant e d dmenson tal da far prevalere la gravtà sulle forze d adesone molecolare. Escludendo l caso d elevata porostà (ghae), l moto nel mezzo fltrante è assmlable al moto lneare regolato dalla legge d Darcy : [1] V f J V= veloctà d fltrazone : rapporto tra la portata Q e la sezone trasversale della falda (compresa l area de granul); J = pendenza pezometrca f = coeffcente d fltrazone (f=0, m/s per d=0,06 mm ; f=0,0003 m/s per d=0,4 mm ; f=0,0018 per d= 1 mm) Fgura 3 Con rfermento alla Fgura 4 1 è possble descrvere n manera sntetca alcune stuazon partcolar del sottosuolo (ubcazone della strato mpermeable d sostegno della falda, sovrapposzon d strat mpermeabl a strat permeabl, afforament, ecc.) dalle qual vengono generate scaturgn e rsalenze dell acqua. Fgura 4 1 Fgure 4 9 sono rdsegnate dal Volume: Corso d Costruzon Idraulche 1. Prof.Ing. Flppo Arred.1966 La Golardca Roma 458

3 Quando la falda scorre attraverso uno strato poroso non saturo sostenuto da uno strato mpermeable s ha una falda lbera superfcale o freatca ; quando lo strato permeable è contenuto tra due strat mpermeabl possono verfcars due cas : se la zona permeable non è satura, la falda è lbera e profonda, mentre se la zona permeable è satura e soggetta a pressone tale che lvell pezometrc sano al dsopra della superfce d fondo della falda superore, s ha falda n pressone o falda artesana. Quando le acque d falda raggungono la superfce del suolo danno luogo a scaturgn natural dette sorgent. Queste, rspetto a stuazon topografche e geologche, possono essere classfcate n : sorgent d fondo (Fgura 5) : orgnate dall afforamento dello strato mpermeable che costtusce la superfce d fondo : da detrto : la superfce d fondo, mpermeable, è rcoperta da un ammasso detrtco (cono d deezone, morena, materal d frana) che è sede della falda la quale affora, a valle, al pede del detrto; monoclnale o fluvale : la superfce d fondo che presenta una drezone costante e pendenza unforme (monoclnale), affora su un pendo ; Snclnale o lacuale : lo strato mpermeable presenta una concavtà verso l alto (snclnale) afforante su un pendo; Fgura 5. sorgent d afforamento o emersone (Fgura 6) : l terreno tagla localmente, per ncsone, la superfce della falda generando le sorgent d pendo ovvero per depressone; n questo caso possono presentars due scaturgn su versant oppost con l afforamento d sorgent d valle ; Fgura 6. sorgent d drenaggo (Fgura 7) : sono conseguent all esstenza, all nterno d un ammasso permeable, d fessurazon che costtuscono un sstema d crcolazone dell acqua d tpo vascolare. Sono tpche d mezz fratturat e d zone carsche. Fgura 7. Acquedott 459

4 sorgent d sforamento : (Fgura 8) sono generate dall afforamento d uno strato mpermeable subvertcale, generalmente non d sostegno della falda Fgura 8 sorgent artesane (Fgura 9) :sono almentate da falde n pressone n presenza d fratture dello strato mpermeable o d fagla con rgetto dello stato superfcale. Fgura Opere d presa da sorgent Le acque d sorgente hanno costtuto e costtuscono tuttora, specalmente n Itala, la fonte preferta d almentazone degl acquedott destnat all'uso potable. Le opere d presa delle acque sotterranee sgorgant naturalmente alla superfce del suolo rspondono, pertanto, prevalentemente a crter d progettazone e d realzzazone ntes a conservare le qualtà propre chmche e batterologche delle acque, nonchè loro caratter organolettc ed a preservare le acque stesse da ogn contatto con l'ambente esterno. Le acque devono essere captate nel punto o ne punt ne qual la condzone geologca ne determna lo sgorgo, e non ne detrt ove le acque stesse s nfltrano dopo lo sgorgo n sede geologca. Pertanto questa sede deve essere raggunta rmuovendo, con scav a celo aperto, le formazon d rcoprmento ovvero traversandole con scav n trncea o n gallera realzzando cuncol murar (Fgura 10). Fgura

5 Inoltre devono essere predspost provvedment ntes ad evtare che l'opera d captazone possa, nel tempo, essere aggrata con conseguente perdta parzale o totale dell'acqua da utlzzare ed eventualmente con rscho d compromettere la stabltà delle opere murare della presa. Le opere d captazone sono realzzate secondo schem abbastanza semplc. La molteplctà delle possbl condzon, sa morfologche che geologche, danno luogo a tpologe costruttve alquanto dverse. Tuttava possono ndvduars alcune condzon fondamental nel rspetto delle qual le opere sono state tradzonalmente concepte e realzzate. Queste condzon vengono fssate da una sogla murara, fondata nelle strato mpermeable e spnta a profondtà suffcente per evtare sfonamento dell'opera; dnnanz ad essa s svluppa l'edfco contenente tutt dspostv occorrent per la raccolta delle acque, sedmentazone, sforo de super, ntercettazone, msura, ecc. Pù complesse sono le opere d captazone d sorgent d drenaggo e d afforamento. In entramb cas è usuale rsalre, con trncee o gallere, le drettrc con maggor defluss, penetrando, pù o meno profondamente secondo cas, nella formazone almentante la sorgente. I cuncol d maggor dmenson possono avere un canale d raccolta e convoglamento delle acque, con lvello al d sotto degl sgorgh. Fgura 11- Opere d presa dell acquedotto de La Ferrerra Panta e sezone longtudnale Fgura 1- Sorgent Acquedott 461

6 Il canale d raccolta conflusce n una vasca d raccolta e da questa, per l tramte d uno stramazzo d msura, nella vasca d presa. L opera d presa per l'uso potable vene preclusa, con paret vetrate, al contatto del personale addetto a sorveglanza e manovra, così da mpedre l'nqunamento dell'acqua. Fgura 13- Sezone trasversale a-b Fgura 14- Stramazzo Fgura 13- Sezon trasversal L'edfco d presa assume confgurazon dettate da stuazon specfche e, pertanto, sono possbl numerose soluzon pratche. 46

7 Fgura 14- Sorgent d Capo Sele Acquedotto Puglese Fgura 15- Sorgent d San Govann Pnguente Acquedotto Istrano Acquedott 463

8 . Opere d emungmento da falde Il prelevo dretto da falde, n un campo d profondtà dal pano d campagna molto varo, vene eseguto con pozz. A seconda della falda possono avers pozz freatc e pozz artesan (Fgura 14). Fgura 14. Pozz n falda freatca ed artesana La portata del pozzo freatco è espressa dalla relazone : mentre per l pozzo artesano la portata erogable è h 0 h Q f w r0 ln rw h0 hw Q f b r0 ln rw [] [3] Indcando con h0 h w la dfferenza tra l lvello statco della falda ed l lvello dnamco che s stablsce nel pozzo n fase d emungmento della portata Q la [] una funzone quadratca d mentre la [3] è una funzone lneare. Questo sgnfca che rportando n un dagramma successv valor d correlat a dverse portate Q la [] ha andamento parabolco mentre le [3] è una retta. Fgura 15. Curva caratterstca d un pozzo Secondo la metodologa d scavo pozz possono essere dstnt n : pratcabl tubolar I prm, generalmente d forma crcolare, hanno dametro superore al metro; lo scavo, eseguto orgnaramente esclusvamente a mano, n temp pù recent s effettua con mezz meccanc d rottura e recupero del marno (benne, draghe o escavatrc elcodal) e, a seconda de terren attraversat, deve essere seguto mmedatamente, tratto per tratto, dal rvestmento, ovvero può essere rvestto dopo raggunta la totale profondtà. Salvo realzzazon eccezonal, s spngono fno a profondtà lmtate, coscché attngono prevalentemente alla prma falda freatca, gl altr nvece possono spngers fno a profondtà anche dell'ordne della centnaa d metr, fno a falde artesane profonde. I pozz comun hanno tradzone antchssma ed hanno rappresentato l'unco sstema affdable d approvvgonamento drco. In genere hanno sezone crcolare rvestta n muratura d petrame o 464

9 matton e malta cementza; l dametro della sezone lbera vene fssato da ragon esecutve e n base alle stallazon da fare nel pozzo: vara da un mnmo d 1,0 m a 6-10 m. Fgura 16. Pozzo d Paglare d Fonteccho L Aqula Eccezonale fu la realzzazone del pozzo d San Patrzo n Orveto. In orgne pozzo della Rocca fu fatto costrure da Clemente VII nel 158 su progetto d Antono da Sangallo l Govane. La costruzone è profonda 60 m e larga 13 m. Esternamente alla canna centrale grano sovrapposte due cordonate a choccola d 48 scaln, una per la dscesa e l altra per la salta, utlzzate per gl anmal da soma (Fgure 17). Pozzo d San Patrzo derva dalla tradzone popolare che ndca una caverna sta sull solotto del lago Derg (Irlanda) che mmetteva agl Infer e che Gesù Crsto mostrò a San Patrzo. Chunque v avesse soggornato un ntera gornata, notte compresa, avrebbe ottenuto l perdono de peccat. Acquedott 465

10 Fgura 17. Pozzo d San Patrzo - Vterbo L'estrazone dell'acqua da pozz pratcabl comporta vare modaltà d stallazone de relatv macchnar. Una tpologa orma desueta collocava grupp elettropompe su solao o n nccha realzzat nella canna del pozzo a convenente altezza (Fgura 18). Fgura 18 Rdsegnate da: Appunt d Costruzon Idraulche V.1. Prof.Ing. G Ippolto.1960.Ed.Treves Il gruppo elettropompa, prma dell avvo, doveva essere rempto d acqua nel tratto d condotta d asprazone dalla valvola d non rtorno 1 alla saracnesca d regolazone. Questa operazone detta adescamento della pompa evtava asprazone d ara con conseguente mal funzonamento della macchna. Successvamente l evoluzone de metod d scavo e la realzzazone d macchne draulche d dmenson pù contenute ma, soprattutto, con l accoppamento elettropompa e motore stagno e sommergble (part. Fgura 18) hanno reso è sempre pù dffus pozz tubolar, con dametr mm per arrvare fno a dametr > 1000 mm realzzat per perforazone. Il termne perforazone 3 ndca l complesso d operazon necessare per realzzare pozz d sezone crcolare medante tecnche d scavo che non prevedono l accesso dretto dell uomo. Per perforare un pozzo è necessaro eserctare contemporaneamente le seguent azon: 3 Da Encclopeda degl drocarbur - Volume 1 - Captolo 3.1 Impant e tecnologe d perforazone 466

11 a) vncere la resstenza del materale roccoso, frantumandolo n partcelle mllmetrche; b) rmuovere le partcelle d rocca, contnuando ad agre su materale sempre nuovo; c) mantenere la stabltà delle paret del foro; d) mpedre l ngresso n pozzo de flud contenut nelle formazon attraversate. I pozz tubolar, fno a profondtà d crca 150 m, possono essere realzzat per percussone, utlzzando sonde o cucchae del dametro approprato (max 100 mm), generalmente un pesante clndro cavo d accao; questo vene lascato cadere dall'alto da un treppede o da un mezzo attrezzato (Fgura 19); dopo la caduta ed l relatvo recupero, s realzza lo scavo d alcun centmetr. Fgura 19. Sstema d scavo a percussone Se alla percussone s somma l effetto della rotazone della sonda s ha la perforazone tpo rotary. Il terreno è perforato medante un utensle taglente, detto scalpello, ruotato, con veloctà mnma d gr/1', e contemporaneamente spnto sulla rocca del fondo pozzo utlzzando aste metallche con gunto a cannocchale d dametro decrescente. Durante la perforazone vene mmessa ara compressa sul fondo del foro (DHH - Down Hole Hammer). L'ara dal fondo del foro provoca una veloce rsalta de detrt e nello stesso tempo una perfetta pulza del terreno, evtando così all'utensle l dannoso lavoro d trturazone del materale dsgregato. Le profondtà raggungbl con tale sstema sono elevate, m (Fgura 0). Fgura 0 Acquedott 467

12 Con l sstema a rotazone, ndcato soprattutto per terren roccos, la perforazone vene effettuata con un carotere fornto, n punta, d una corona dentata costtuta da punte metallche ad alta resstenza, generalmente al Vanado. Nella perforazone a rotazone vengono utlzzate mscele lubrfcant d acqua e bentonte pompate fno alla testa rotante secondo due dstnte metodologe. Metodo a rotazone dretta: Vene mpegato fno a profondtà d crca m. E costtuto essenzalmente da una macchna rotary la cu potenza determna l dametro d perforazone e la profondtà. Con questo sstema s arrva a perforare con dametr d mm. fno alla profondtà desderata. Vengono mpegat fangh d perforazone bentontc che oltre ad asscurare la stabltà del foro permettono la fuoruscta del "cuttng" (detrt d perforazone). Una volta raggunta la profondtà prevsta s procede alla posa n opera della camca d rvestmento fnale ed al suo completamento, analogamente al sstema a percussone sopra descrtto. Il sstema consste nell' nettare a pressone l fludo attraverso la testa d adduzone, le aste e gl ugell dello scalpello, con una pompa d opportuna dmensone, mentre tutto l complesso ruota azonato da una tavola rotary e da una testa draulca. I detrt prodott dallo scalpello mst alla mscela vengono spnt verso l alto attraverso lo spazo anulare tra la parete dello scavo e le aste; l fludo ha noltre la funzone d lubrfcare e raffreddare l'utensle. I detrt, portat n superfce, vengono fatt decantare, qund separat dal fludo meccancamente, permettendo cos al fludo stesso d rprendere l cclo senza gross problem. Fgura 1. Perforazone dretta La spnta della colonna d fango e la coesone sostengono la parete dello scavo fno all ntroduzone della tubazone d rvestmento (camca del pozzo). Metodo a rotazone nversa : s utlzza fno a profondtà mede d m con dametr da mm. Vene mpegato generalmente n terren alluvonal con matrce medo fne e necessta d quanttà d acqua elevate per l'esecuzone della perforazone. Il fludo d crcolazone scende tra l perforo e le aste e rsale trascnando, dal basso verso l'alto, detrt prodott dallo scalpello, dentro le aste e fno alla vasca d decantazone per po rdscendere nel foro nzando un nuovo cclo. La veloctà ascensonale all nterno delle aste raggungere valor d crca 1 m/s, suffcente per trasportare detrt anche grossolan. Il sstema a crcolazone nversa consente d effettuare pozz d grande dametro a mede ed alte profondtà senza eccessv problem, con una veloctà d avanzamento abbastanza elevata. Dopo lo 468

13 scavo l foro vene rvestto con tubazon d accao saldate o traflate e forate 4, nel tratto pù basso, per consentre l drenaggo dell'acqua ed l conseguente sollevamento. Fgura. Perforazone ndretta Ne pozz per acqua potable, oltre la chusura superore del pozzo, dopo la posa n opera del rvestmento esterno, generalmente n accao, s cala nel pozzo una camca costtuta da tub d PVC, successvamente s satura l ntercapedne con malta cementza. (Part.A Fgura 3). Ne pozz trvellat vengono, orma, sstematcamente stallat grupp elettropompe d costruzone partcolarmente compatta avent ngombro esterno d poco nferore al dametro nterno della colonna d rvestmento. Fgura 3. Pozzo trvellato 4 Le aperture hanno forme ed accorgment dvers per evtare l trascnamento d partcelle solde asportate dal terreno per azone dell'acqua emunta, che potrebbero ntasare l pozzo accumulandos al suo nterno e determnare usura delle pompe se asprate nseme all'acqua. Acquedott 469

14 Tal grupp, ne qual spesso l motore elettrco, perfettamente stagno, è stuato mmedatamente sotto la grante, o la successone d grant n sere costtuent la pompa, restano sospes alla tubazone premente e sono almentat attraverso un cavo elettrco adatto a servzo subacqueo, mentre dspostv d avvamento e controllo elettrco sono stuat n superfce, presso la bocca del pozzo, all nterno d un manufatto d protezone (Fgura 4). Fgura 4 Infne è da prevedere sa una bonfca dell area crcostante l pozzo ed una recnzone d protezone dall accesso d persone ed anmal. La portata d emungmento del pozzo vene determnate con successve prove a regme a dverse portate dette Well Test (Fgura 5). La correlazone tra valor d portata e abbassament della falda consente d defnre la Curva d rendmento del pozzo e determnare l lvello dnamco al quale corrsponde l valore della portata normale d utlzzazone, valor ndspensabl per l dmensonamento dell mpanto d sollevamento. Fgura 5. Well Test 470

15 3. Gl acquedott Antcamente l problema d addurre acque potabl a notevol dstanze venva rsolto, secondo una consuetudne Romana, con l utlzzo d canalzzazon a superfce lbera, n canal copert, anche quando le caratterstche topografche del terreno vncolavano, nel rspetto delle quote pezometrche, la realzzazone d canalzzazon sopraelevate o n gallera. Fgura 1. Il trasporto n pressone, svncolando l traccato dall andamento della cadente pezometrca, trova applcazone n un campo amplssmo d portate, da frazon d l/s fno a svarat m 3 /s. Può essere attuato con tubazon costrute con dfferent materal che, nell arco d centna d ann, hanno subto notevol modfcazon seguendo l naturale processo tecnologco de materale e delle tecnche d costruzone (Fgura ). Fabbrcazone d una condotta n bambù - Cna Element d tub n petra L Aqula Fgura. Acquedott 471

16 Prma d esamnare n dettaglo le problematche connesse alla progettazone e realzzazone d un acquedotto, è norma esegure uno studo prelmnare teso alla valutazone della fattbltà dell opera sotto l punto d vsta tecnco ed economco. Pertanto occorre : 1. Stablre la Durata tecnco-economca dell acquedotto, ntesa quale perodo d: Effcenza: che rsponde penamente alle sue funzon; Suffcenza: che vale a soddsfare l fabbsogno.. Valutare consum e le relatve portate necessare per soddsfare le utenze : Stma della popolazone correlata alla durata tecnco-economca dell opera; Attrbuzone d una dotazone drca pro-capte; Valutazone della portata dell acquedotto. 3. Verfcare la suffcenza della rsorsa drca dsponble ed eventuale repermento d ulteror font d almentazone 4. Dmensonare le opere d prelevo, trasporto, dstrbuzone ed accumulo sotto l punto d vsta della Effcenza Durata tecnco-economca Suffcenza Nella seguente Tabella I vengono ndcate le durate tecnco-economche d alcune opere d trasporto. Tabella I TIPOLOGIA ANNI Canal e gallere Tubazon metallche Tubazon lapdee 0 30 Tubazon plastche 15 5 Grupp elettropompe 15 5 E consuetudne assumere come durata d un acquedotto esterno un perodo d crca 50 ann Portata dell acquedotto La portata d un acquedotto è esprmble dalla semplce relazone : Pn dm Q q [l/s] con - P n : popolazone al termne del perodo d suffcenza - d m : dotazone pro capte, espressa n [l/(ab gorno)] - q : la portata rchesta per lo svolgmento d attvtà specfche La determnazone della popolazone al termne del perodo d suffcenza vene effettuata tenuto conto sa della dnamca demografca (ncremento, stazonaretà, decremento della popolazone) funzone del tasso d crescta e sa della dnamca socale (mmgrazone-emgrazone). Ambedue sono d dffcle modellzzazone, poché condzonate da un elevata molteplctà d fattor. In va del tutto generale, s rleva che mentre l tasso demografco evolve, n assenza d event eccezonal, con gradualtà e regolartà, la dnamca socale è rregolare e d dffcle valutazone. 47

17 Svluppo demografco In Itala, per la valutazone delle tendenze evolutve della popolazone s fa generalmente rfermento alle rsultanze de censment, condott, salvo eccezon, con cadenza decennale, a partre dal Rportat su un dagramma cartesano dat rlevat della popolazone ne var censment, Fgura 3, nell potes d crescta costante, è possble traccare una lnea d tendenza che consente d fare una prevsone sulla popolazone al termne d un determnato perodo ( Es ). A seguto del terremoto del 009 s è regstrata una dmnuzone della popolazone con un mnmo nel 011, crca untà, per po rsalre, nel 014, a crca abtant. Fgura 3. Prevsone della popolazone futura con anals d tendenza- Comune d L'Aqula Quando dat s dscostano da un andamento lneare è necessaro fare rfermento alla legge dell nteresse composto, generalmente pù utlzzata rspetto a metod basat sull anals regressva. Legge d crescta dell nteresse composto: E un metodo analtco basato sulla prevsone demografca che trova applcazone quando dat della popolazone s dspongono secondo una curva con concavtà rvolta verso l alto, ndce d crescta pù o meno accelerata. Le varazon d popolazone rscontrate n successv censment consentono la stma degl ncrement della popolazone e, conseguentemente, del tasso annuale d accrescmento. 5 Consderato un ntervallo d tempo della durata d n ann, ndcando con l valore del tasso medo annuale d accrescmento naturale (eccedenza de nat su mort) stmato per un perodo pù ampo possble, è possble scrvere una relazone tra P n e P o, rspettvamente la popolazone alla fne ed all nzo d detto perodo: P P n 1 0 n Per la determnazone d s fa generalmente rfermento alla sere de valor d desunt da dat storc della popolazone, rlevat da censment ne var perod d durata n, secondo l espressone: 1 P n P 1 dove P 1 e P 1 rappresentano la popolazone a valor estrem dell ntervallo n (Tabella II) Per vene generalmente assunto l valore medo degl. [c] [b] 5 L'Isttuto Centrale d Statstca elabora e pubblca, per le regon talane ed capoluogh d provnca, dat sulla popolazone ed valor de tass med d ncremento. Acquedott 473

18 Tabella II - Tasso medo d accrescmento della popolazone nel Comune d L'Aqula La (3), con le dovute sosttuzon, fornsce la popolazone cercata : P n 456 P 1 0 n (1 0,005) Anals d regressone: sono basate sulla estrapolazone della curva nterpolare de dat d popolazone ottenut da censment, dat rportat, n funzone della varable tempo, su dagramma cartesano ( x=n[ann] ; y=p [popolazone]). La presenza d sngolartà e dscontnutà nella curva nterpolare rchede approfondment d ndagne mrat alla determnazone delle cause generatrc. La funzone nterpolatrce assume la forma esponenzale bn p a e Pn 0,0051 ( ) e Fgura 4. Prevsone della popolazone futura con anals d regressone 474

19 Fabbsogno e Dotazone Idrca Intorno agl ann 50 la Cassa per l Mezzogorno dette avvo al Pano d Normalzzazone Idrca alla cu base fu posta un ndagne sull effettva conoscenza del patrmono drco sorgentzo. In Abruzzo s dstrbuvano medamente crca 800 l/s. 6 Determnato l fabbsogno pro-capte all anno 000, con dotazon comprese tra gl l/ab*gorno, la portata da erogare salì a crca 300 l/s; la dfferenza era da reperre con nuove captazon e dstrbure con nuov acquedott. Nel 1963 l Mnstero de LL.PP. ha redatto l Pano Regolatore Generale degl Acquedott per la prevsone e programmazone organca d nuov ntervent acquedottstc con rfermento temporale al 015 e basato su crter tecnco economc rassunt n modo pù generale : L approvvgonamento drco deve soddsfare tutte le esgenze della moderna vta cvle per una popolazone prevedble n un cnquantenno; Realzzazone d acquedott a servzo d un vasto terrtoro con crter tecnco-economc senza alcuna preclusone rguardante lmt d terrtoraltà tra Regon, Provnce e Comun; Nasce l concetto d : Popolazone resdente e popolazone fluttuante gornalera e stagonale Dotazone d orentamento pro-capte (Tabella III), quale msura rtenuta suffcente per le normal necesstà dell uso cvle sobramente soddsfatto, senza porre lmt assolut all uso dell acqua, che nell aspetto economco del bene d consumo tende d per sé a dlatars nel tempo, sopratutto dove l predetto elemento sa dsponble a basso costo. Tabella III Popolazone e centr da servre Dotazon l/ab*gorno - (classe 7) case sparse 80 - (classe 6) popolazone nferore a 5000 abtant 10 - (classe 5) popolazone da 5000 a abtant (classe 4) popolazone da a abtant 00 - (classe 3) popolazone da a abtant 50 - (classe ) popolazone maggore d abtant (classe 1) grand cttà popolazone fluttuante stagonale 00 - popolazone fluttuante gornalera 100 Le prevson del PRGA rsultarono ben presto superate dall evolvers delle stuazon local dervant da ncremento d presenze turstche, maggor consum untar, dnamche socal, accanto all evoluzone demografca. Nella Tabella IV sono rportat valor massm e mnm de fabbsogn med annu per us genc e cvl stmat n occasone della Conferenza Nazonale delle Acque. 6 La dsponbltà drca per us potabl derva drettamente da volum drc dervant dalle precptazon. In Itala pove, medamente, 300 mlard d m 3 d cu solo 100 mlard d m 3 sono utlzzabl a fn dropotabl a fronte d una domanda d crca 50 mlard d m 3 7 secondo le ndcazon de Provvedtorat Regonal alle OO.PP. Acquedott 475

20 Per la determnazone del fabbsogno totale concorrono, attraverso specfche ndagn, vare tpologe d utenza: us domestc : almentazone, pulza personale, lavagg e pulze, annaffatura; servz pubblc :lavaggo strade, annaffatura parch e gardn, mpant sportv, pscne pubblche, fontane, servz genc, ecc. edfc pubblc, prvat e per la collettvtà : ospedal e clnche, caserme e prgon, scuole ed unverstà, ecc. attvtà artganal ed ndustral; attvtà commercal e turstche : centr commercal, albergh e penson, rstorant, trattore, self-servce, campegg, ecc. Tabella IV Us Fabbsogn med annu l/ab.g Mnm Massm - domestc servz pubblc 6 - edfc pubblc, prvat e per la collettvtà artganal e pccole ndustre commercal e turstche perdte, sprech ed us non specfcat Fabbsogno totale per us cvl Nel 1975 la Cassa per l Mezzogorno modfca le modaltà d ntervento con l sttuzone de Progett Specal. Il PS9 Sstem drc dell Appennno centro merdonale prevedeva l adeguamento : delle strutture acquedottstche present a fronte delle nuove stuazon emergent delle presenze stagonal e aumento delle dotazon drche l/ab*gorno (Tabella V) Tabella V n.abtant Us domestc servz totale < % % % > % Per centr turstc la dotazone per fluttuant è par a quella de resdent con l 100% della dotazone per servz. Per l Abruzzo le prevson del fabbsogno sono passate dagl 800 l/s (per gl ann <1950) a 957 l/s prevst dal PS9 (elaborato nel 1975 con prevsone fno al 016) a fronte de 4841 l/s prevst PRGA ( elaborato nel 1963 con prevsone 015). Il fabbsogno medo annuo subsce sensbl oscllazon, nello arco dell anno, causate da molteplc fattor qual: 1. la varabltà delle condzon clmatche che determnano fort varazon del fabbsogno nelle stagon (maggor consum n corrspondenza de mes estv); 476

21 . la fluttuazone della popolazone (ncrement stagonal d popolazone per fluss turstc estv ed nvernal); 3. l cclo settmanale de gorn lavoratv e festv (calo de consum ne gorn festv, tranne ne centr turstc); 4. l cclo delle attvtà gornalere ;n generale s rscontra un maggor consumo tra le 10 e le 1 e consum mnm durante le ore notturne. Nelle aree metropoltane pcch tendono a smorzars su valor med abbastanza costant. Pertanto stmata la Portata meda annua Q a, dedotta dalla [a] con d m dotazone totale desunta dalla Tabella III, Q assume analoghe determnazon per la dotazone meda del mese de maggor consum, o la dotazone meda del gorno de maggor consum, o la dotazone dell ora de maggor consum: Portata meda del mese d maggor consumo: Portata meda del gorno d maggor consumo: Portata meda dell ora d massmo consumo: Q m Q g Q h k m Q a k g Q a k h Q a Nella seguente Tabella VI sono rportat valor de coeffcent k Tabella VI Popolazone k m K g k h > ,1 1, 1, , 1,5, , Nello stablre la portata d un acquedotto è tradzone n Itala fare rfermento a fabbsogn del gorno de maggor consum ndcat come dotazon pro capte espresse n ltr per abtante per gorno. Acquedott 477

22 Sesto rchamo d draulca applcata Moto permanente nelle condotte n pressone Il moto permanente entro condotte crcolar è rconducble al moto unforme; la perdta d carco totale per untà d lunghezza J = E/L è uguale alla perdta d carco pezometrco J = H/L, detta pendenza motrce ed è correlata alle grandezze caratterstche del moto, della condotta e del fludo dalla formula d Darcy-Wesbach: V J D g (1) V = veloctà meda D = dametro della tubazone coeffcente d attrto o d resstenza, funzone del Numero d Reynolds Re VD e della scabrezza della parete. Fgura 5. Sstema semplce d adduttore uncursale Per valor d Re 000 l moto è lamnare; non dpende da ma è funzone solo della vscostà cnematca e dal Numero Re secondo l'espressone d Poseulle : Per valor d Re > 500 l moto è turbolento ; oltre alle forze vscose, dovute al movmento longtudnale, agsce l'attrto causato dalla scabrezza delle paret della condotta che, ostacolando l flusso, è causa d perdta d energa. Quando la scabrezza assoluta delle paret, par allo spessore medo delle aspertà present sulla parete del tubo, è nferore allo spessore dello strato lamnare l moto non è nfluenzato dalla scabrezza ed è n regme d parete lsca. Al contraro, quando le aspertà, superando lo strato anzdetto, accentuano la turbolenza, con conseguente aumento delle perdte per attrto lungo la condotta, s è n regme d parete scabra (Fgura 6). 64 Re () Fgura 6 478

23 Tra l regme lamnare e turbolento esste una zona d transzone per la quale le caratterstche della corrente dpendono sa dalla vscostà che dalla scabrezza delle paret (Fgura 7). a. Regme d parete lsca : Fgura 7. Dagramma d Moody è funzone solo d Re ed l suo valore è espresso n forma mplcta dall'espressone d Prandtl 1 Re log, 51 (3) 0,5 o dalle espresson esplcte d Blasus 0,3164Re (per Re 10 5 ) (4) e d Nkuradse 0,37 0, 003 0,1 Re (per Re>10 5 ) (5) b. Regme d transzone : l moto lamnare è presente solo nello strato lmte : dpende sa da che da Re ed l suo valore può essere rcavato dalla formula mplcta d Colebrook 1,51 log Re 3,71D (6) In pratca per la determnazone d è convenente far uso del dagramma d Moody dove noto Re, seguendo una curva /D, s rsale al valore cercato. Esempo n.35. Condotte lsce e regme d transzone Stablta la portata n 30 l/mn e lmtata la veloctà a crca 0,3 m/s resta determnato l dametro commercale d una condotta n PEAD DN 50 mm (d =dametro nterno = 40,8 mm) per l convoglamento d acqua potable a crca 15 C. H La cadente pezometrca J, par al rapporto tra la perdta d carco H e la lunghezza L della L Acquedott 479

24 condotta, è correlata alle grandezze caratterstche del moto, della condotta e del fludo dalla formula d Darcy-Wesbach : V J gd V veloctà meda D dametro tubazone coeffcente d attrto o d resstenza, funzone del numero d Reynolds e della scabrezza della parete del condotto. Le tubazon n PEAD s comportamento draulcamente come un tubo estremamente lsco, anche dopo ann d eserczo. Il coeffcente dpende sa dalla scabrezza e sa dal Numero d Reynolds Re secondo l'espressone mplcta d Colebrook 1,51 log Re 3,71D Nella seguente Tabella a sono rportat valor delle perdte d carco determnate sa con la formula d Colebrook che con quella semplfcata d Blasus : 0,5 0 0,3164 Re valda per numer d Reynold Re Per è stato assunto l valore d 0,007 mm, adottato della DVGW (Deutscher Veren von Gas un Wasserfachmannern). I valor d J e H, nell uno e nell altro caso, rsultano pressoché concdent. Tabella a c. Regme d parete scabra o moto assolutamente turbolento : è funzone solo della scabrezza secondo l'espressone d Prandtl-Nkuradse 1 3,71D log (7) Nella Tabella VII sono rportat valor della scabrezza assoluta. Oltre alle formule rportate, l moto unforme n regme turbolento è altresì nterpretato correttamente con formule pratche d orgne emprco-spermentale. La prma e pù nota è quella dovuta a Chézy (1776) : V R J (8) la funzone, coeffcente d resstenza [m 0,5 /s], dpendente sa dalle caratterstche fsche e geometrche della parete a contatto del fludo, rese attraverso l parametro "coeffcente d scabrezza", sa dal raggo draulco R. Nelle applcazon, per vene d regola fatto rfermento alle seguent espresson: Bazn (1897): 87 1 Kutter (1869) : R 100 m 1 R 480

25 Mannng (1890): 1 1 / 6 R n Strckler (193) 1 / 6 k R Le prme due relazon fornscono rsultat nattendbl n presenza d tubazon caratterzzate da scabrezza molto bassa. La relazone d Mannng, analoga per struttura a quella d Gauckler-Strckler (k = 1/n), non ha lmtazon ed ncontra l favore nelle applcazon sa per la semplctà della formulazone (funzone d potenza) sa per la vasta massa d dat spermental che hanno portato alla determnazone de valor numerc del coeffcente d scabrezza n. Nella Tabella VII sono rportat valor consglat da var Autor per var coeffcent d scabrezza per tubazon realzzate con dfferent materal. Nel caso d tubazon crcolar ha un largo mpego la formula d Mannng-Strckler, dedotta dalla formula d Chézy: Qk R con le dovute sosttuzon, rcordando che nelle sezon crcolar l raggo draulco rconduce alla nota espressone della cadente pezometrca per condotte crcolar : /3 J 1/ D R 4 (9), la (9) s 5,33 J 10,936 Q k D (10) Tabella VII Valor de coeffcent d scabrezza per condotte Acquedott 481

26 In un sstema semplce d adduttore uncursale, raffgurato nella Fgura 8, rsultano not, generalmente: la portata Q, la lunghezza L, le quote d sforo de serbato S ed A e, pertanto, l dslvello pezometrco H ed l valore del coeffcente d scabrezza K del materale della condotta n uso corrente o condzone d tubo usato ; resta ncognto l dametro D che, esplctando la [9] n funzone del dametro D s scrve: 10,936 k Q L D H 1 5,33 (10) l quale rsulterà, d norma, teorco, ovvero non rscontrable negl abach o tabelle commercal (ad esempo la Tabella VIII rporta le dmenson standardzzate d tubazon n accao ). Tabella VIII Per la soluzone completa del problema dovranno determnars valor d due dametr D X e D Y, rspettvamente mmedatamente maggore ed mmedatamente mnore del dametro teorco, d lunghezze L X e L Y tal che L X +L Y =L e perdte d carco H X e H Y (Fgura 3), tal da soddsfare le relazon : L=L X +L Y H = H X + H Y 48

27 Esempo 36. Acquedotto uncursale Fgura 8. Sstema semplce d adduttore uncursale Determnare la sere d dametr commercal d una condotta d accao che deve trasferre una portata d 55 l/s da un serbatoo a quota 75 m s.m. ad un altro con quota sforo 5 m s.m. dstant H 75 5 tra loro 5,750 km. La cadente pezometrca teorca rsulta J 0, 0087 L 5750 Stablt dametr commercal e le relatve lunghezze, nella condzone d Tub usat, s determnano le perdte d carco nella condzone d Tub nuov Acquedott 483

28 Pertanto dovrà essere utlzzata una valvola regolatrce d carch per dsspare l carco d 14,54 m. Esempo 37. Acquedotto con tratto con raddoppo d condotta Determnare la dstrbuzone delle portate nel sstema d condotte, n servzo corrente (coeffcente d scabrezza d Strckler k=80) rportato n fgura Dat : H = 17 m D 0 = 31 mm D 1 =09 mm D =160 mm L 1 = 1140 m L = 750 m L 3 = 680 m L 4 = 930 m Q0 Q1 Q La perdta d carco complessva H= H 1 +H +H 3 = 17 m dovrà essere uguale percorrendo l tratto 1- sa monte che d valle pertanto : 484

29 5,33 5,33 10,936Q D k L L 10,936 Q D k L H ,33 5,33 10,936Q D k L 1 L4 10,936 Q D k L3 H 0 0 [a] Con le dovute sosttuzon 10,936 10,936 5,33 5,33 Q 0, ,936 Q 0, ,33 5,33 Q 0, ,936 Q 0, [b] 1.653,9 Q 5.070,71 Q ,9 Q ,75 Q 17 0 Eguaglando 5.070,71 0, ,75 Q1 Q 1,94 Q Q0 Q1 Q,94 Q 5.070,71 sosttuendo nella ^ equazone del sstema [b] 3 Q 0,03 m / s 3 Q1 0,045 m / s 3 Q0 0,068 m / s Q 1 = ,33 5,33 10,936 *,94 Q * 0,31 * 80 * ,936 Q * 0,160 * 80 * ,79 Q ,75 Q 17 nf ne Esempo 38. Acquedotto con condotte n parallelo Determnare la portata addotta da un sstema d condotte n accao n servzo corrente (k=90) costtuto da una tubazone DN 300 [D = 31 mm] lunga 3.00 m seguta da due tubazon, poste n parallelo, DN 150 [D = 160 mm] e lunghe m. Q Al temne delle condotte s dovrà avere un controcarco d 5 m d colonna d acqua. Dall espressone generale della cadente pezometrca Q 1 Q Q 3 V D g L = L 3 D =D 3 rsulta = 3 Q =Q 3. Q 5 D essendo ovvamente: La perdta d carco complessva H = 46,50-5,00 =41,50 m dovrà essere uguale sa al termne della condotta e sa della condotta 3. Pertanto è possble scrvere: Acquedott 485

30 Q Q 1 1 L D D 1 Q1 Q L h 4Q Q L 1 1 L h 5 5 D D 1 Q D 1 h L 1 5 D L rcordato che 10,936 0,33 k D 1 ed operate le opportune sosttuzon s ottene Q Q3 7 l / s Q1 14 l / s 4.Adduttore ramfcato aperto : dmensonamento draulco delle condotte I sstem d condotte d adduzone caratterzzat dalla presenza d una unca fonte d almentazone e da var punt d arrvo sono del tpo ramfcato aperto. Esstono, ma sono sempre pù rar nelle nuove realzzazon, anche adduttor uncursal ne qual è presente un solo punto d presa ed un solo punto d consegna. I sstem ramfcat sono costtut dall nseme d pù tronch ognuno de qual è caratterzzato dalla lunghezza, dalla portata d eserczo, dal dametro e dal tpo d materale delle tubazon, dalle presson d eserczo, dal costo per untà d svluppo. In un sstema ramfcato costtuto da un solo punto d mmssone della portata complessva addotta, n tronch ed m estrem d erogazone l numero de nod del sstema rsulta par a n-m. La perdta d carco nel generco tronco -esmo è funzone (Q, L,D,k ) della Q portata L lunghezza del tronco D dametro k coeffcente d scabrezza della tubazone Problem d verfca : Sono not per ogn tronco Q, L, D ed k che consentono d determnare l correlato valore della perdta d carco. Problem d Progetto: Sono not per ogn tronco Q, L ed k ; noltre sono prestablte le quote pezometrche del punto S e degl m estrem d erogazone rappresentate dalle quote d sforo e, pertanto, rsultano not dslvell pezometrc y tra l punto S e gl estrem del sstema d adduzone. Dett dslvell sono l carco motore dsponble per addurre l'acqua da S agl m punt estrem. Restano ncognt dametr D. Vale la relazone 5,33 10,936 Q k D L [1] con perdte d carco delle sngole condotte realzzant l percorso che porta da S ad un estremo d erogazone. Le unche equazon draulche ndpendent che possono essere scrtte sono y d numero par al numero degl estrem m, cu l'nseme de dametr D, d numero par a n, deve soddsfare. Pertanto, n sono le ncognte ( dametr degl n tronch), m sono le equazon ed (n m) sono le ncognte sovrabbondant. Le sole equazon dell'draulca non sono suffcent per la determnazone unvoca de dametr del sstema adduttore Adduttore ramfcato con due punt d consegna Nella Fgura 1 sono rportat l proflo e la planmetra d un sstema ramfcato elementare, con unco punto d presa, S, e due dstnt punt d consegna, A e B. 486

31 La rete rsulta costtuta da sol tre tronch, SC, CA,CB e da un unco nodo d dramazone C. Fgura 1. Schema adduttore ramfcato con due tronch Indcando con la perdta d carco caratterstca d tronco, s possono scrvere per l sstema solo due equazon draulche ndpendent SA SC CA SB SC CB L'equazone della contnutà draulca nodale, essendo la rete aperta, rsulta a pror soddsfatta: 0 Not pertanto: le portate transtant ne tre tronch le lunghezze de tre tronch materal delle tubazon adottate dslvell Q SA, SB le due equazon draulche ndpendent non rsultano suffcent per la determnazone unvoca de dametr de tre tronch della rete d adduzone. [a] Metodo eurstco 8 Consente la determnazone de tre dametr fssando, arbtraramente, l valore dell ncognta sovrabbondante. Questa può essere ndvduata : assegnando, per uno de tre tronch, un dametro commercale ; assumendo, nel nodo d dramazone, un valore arbtraro Y della quota pezometrca, compreso nell'ntervallo tra la quota del serbatoo che almenta e quello almentato pù alto ; Nell uno o nell altro caso s pervene alla determnazone d un valore Y della quota pezometrca nel nodo C n modo tale che rsult nferore al valore della quota pezometrca n S e superore al valore della quota pezometrca sa n A che n B, 5,33 Defnta la cadente J=Y/L, per ognuno de tre tronch, a mezzo della J 10,936 Q k D s pervene alla determnazone de dametr teorc D (D 1 SC, D CA e D 3 CB), a cascuno de qual verranno sosttut, come detto precedentemente, due dametr commercal DN 1 e DN mmedatamente nferor e superor a D. D 1 10,936 k 1 SC Q 1 L 1 1 5,33 D 10,936 k CA Q L 1 5,33 D 3 10,936 k CB 3 Q 3 L 3 1 5,33 [b] Esempo Acquedotto ramfcato. Soluzone eurstca Determnare, per l sstema rportato n fgura, la dstrbuzone d dametr commercal che soddsfno la condzone d adduzone a gravtà. 8 procedmento atto alla rcerca d nuov rsultat Acquedott 487

32 Le soluzon draulcamente possbl sono tutte quelle rcomprese tra l mnmo e massmo valore della perdta d carco che soddsfno la condzone d adduzone a gravtà. SC a. Defnzone de dametr ammssbl per cascun tronco Prelmnarmente vengono determnat dametr commercal, draulcamente compatbl, fssando a pror le veloctà mnme e massme ammssbl : 0,5 m/s e 3,5 m/s. Tabella I Tronco Portata Vmn Dmax DN max Vmax Dmn DN mn l/s m/s m m/s m SC 150 0,5 0, ,5 0,34 50 CA 50 0,5 0, ,5 0, CB 100 0,5 0, ,5 0, b. Costo delle tubazon Poché l costo dell'ntervento è dpendente n massma parte dalla forntura delle tubazon, s rlevano, da lstn aggornat, prezz a metro lneare de tub d accao saldat : Tabella II 9 DN /m DN /m DN /m 15 6, , , , , , , , , ,00 c. Determnazone de dametr Nelle seguent tabelle III - IV e V sono rportat rsultat d tre elaborazon relatve a tre esemp, ne qual, pur varando le condzon nzal, è stata controllata la condzone che sul nodo d dramazone deve sussstere : q S q C q A. 9 I prezz rportat nella Tabella II sono d esempo per lo svolgmento dell'eserczo, pertanto, nella realtà progettuale dovranno essere acqust prma d ogn elaborazone. 488

33 Il coeffcente d scabrezza assunto k=70 è rferto alla condzone d tubazone usata. c.1. Vene fssata la quota pezometrca n C, par a 915,00 m s.m.. Resta defnto sa l valore della perdta d carco SC =15 m (tra l serbatoo S ed l nodo C) e sa CA =0 m (dal nodo C al serbatoo A), sa CB = 46 m (dal nodo C al nodo B) Tabella III Acquedott 489

34 c.. Vene assegnato l dametro DN 50, unco per la tratta CA. Calcolata la perdta d carco CA, restano defnte sa la quota pezometrca sul Nodo C, la perdta CB e la perdta SC. Infne s determnano dametr commercal e le rspettve lunghezze tal da realzzare le perdte d carco precedentemente rcavate. 490

35 Tabella IV c.3. S dmensona la tratta CB con una condotta ad unco dametro DN 350. In modo analogo a quanto descrtto al precedente punto c.. s rsale alla dstrbuzone d dametr commercal ed agl svlupp delle condotte che realzzano le perdta d carco conseguent. Acquedott 491

36 Tabella V Dalla comparazone de cost delle tre soluzon proposte, tutte draulcamente soddsfatte, s evnce che la soluzone d mnore costo tra quelle esamnate è la prma ma, non lo è n assoluto. Soluzone d Mnmo Costo In presenza d sstem ramfcat, l applcazone a tutt nod del crtero ndcato nel paragrafo precedente, ben dffclmente, anche n presenza d progettst espert, può portare a soluzon che rvestono 49

37 carattere d economctà massma. Il dmensonamento draulco d una rete ad ncognte sovrabbondant può essere conseguto consderando, untamente alle equazon d carattere draulco y, equazon d carattere economco, donee al consegumento della soluzone d mnmo costo. Va comunque tenuto presente che nel caso d sstem ramfcat lmtatamente compless, le soluzon alle qual s pervene adottando crter d massma economa comporta rsparm che raramente superano l 5% 10% rspetto a soluzon consegute con metod meramente eurstc. Con rfermento alla Fgura s fss l attenzone sul nodo d dramazone C nteso come punto d ngresso e d uscta non pù d portate ma d fluss economc dpendent da cost d costruzone C d cascun tronco. L ulterore equazone da assocare alle due equazon draulche ndpendent SA SB SC SC CA CB [a] derverà da un blancamento de cost mnm C, entrant ed uscent da nod d dramazone, n modo tale che sa soddsfatta la relazone : ' C SC ' C CA ' C CB [b] Fgura. Blancamento de cost mnm Nel costo untaro d cascun tronco concorrono var element, qual la forntura delle tubazon, gl scav per la realzzazone della posa, l montaggo e la posa n opera delle condotte, l costo d opere complementar (ancoragg, attraversament, pozzett, ecc.) Alcun d quest element sono ndpendent dalle dmenson della tubazone, altr nvece dpendono n modo proporzonale al peso, funzone dello spessore e del dametro della condotta. Pertanto la funzone costo totale C della rete è esprmble dalla somma de cost d cascun tronco C realzzato con una condotta d dametro DN C C (DN ) [c] Rcordato che, per un assegnata portata Q, ad un dametro DN corrsponde, a partà d coeffcente d scabrezza k e lunghezza della condotta L, un unco valore della perdta d carco 5,33 J L 10,936 Q DN k L [d] Il legame unvoco espresso dalla [d] porta a rscrvere la [c] come : C C (DN ) C ( ) [e] con sosttuzone della varable DN con la varable (corrspondente perdta d carco ). Qualora s procedesse alla rcerca della massma economa al sstema costtuto dalle tre relazon: Acquedott 493

38 C1 1 1 C C consegurebbero la soluzone 1 = = 3 =0, ossa, D 1 =D =D 3 =0 La soluzone vene conseguta rcorrendo alla procedura detta del mnmo condzonato o d Lagrange, che fa rfermento all equazone d costo n cu compaono moltplcator ndetermnat A e B d somme tutte par a zero. C ( ) C ( ) C ( ) + ) ( ) [f] SC SC CA CA CB CB A ( SC CA SA B SC CB SB Il costo assumerà l mnmo valore n corrspondenza dell annullamento della dervata prma della funzone rspetto alle 3 varabl SC CA CB C C C ' SC ' IA ' CB ( ( ( SC CA CB ) ) A ) A B 0 0 B 0 [g] Elmnando le varabl s ottene n defntva: ' ' ' C SC ( SC ) C CA ( CA ) C CB ( CB ) [h] Per la determnazone della funzone C ( ) dovranno essere svolte, tronco per tronco, anals d costo relatve ad un gruppo d dametr dstrbut nel presumble campo d utlzzazone. Un crtero da segure è quello d defnre, per un assegnata portata Q, valor mnm e massm d veloctà; restano pertanto defnt gl estrem del campo d varazone delle probabl tubazon commercal da utlzzare. A queste corrsponderanno, oltre l costo per metro, perdte d carco per assegnat valor della portata, della scabrezza k e lunghezza L d ogn tronco. A ttolo d esempo nella seguente Tabella I per la portata d 50 l/s, ammessa una veloctà n condotta compresa tra 1 3,5 m/s, sono rportat, rspettvamente, dametr commercal DN, dametr ntern, le sezon bagnate, valor delle veloctà, le perdte d carco d un tronco untaro d condotta( n uso corrente - scabrezza k=90) ed nfne l costo per metro Tabella I Rportando n un sstema d ass coordnat cost perdte valor determnat e rassunt nella precedente Tabella I, rsultano nterpolabl con un equazone polnomale ntera del secondo ordne : c r s t [] 494

39 Fgura 3. Andamento della funzone c ( ) costo/metro perdte La dervata prma della [], che ne esprme l mnmo, rsulta: ' c r s 507,8 1331,7 [l] questa sosttuta nella precedente [] fornsce una nuova forma della equazone economca: r SC SC +s SC = r CA CA +s CA + r CB CB + s CB Pertanto assocando alle due equazon draulche [a] l equazone economca [m] s realzza un sstema d tre equazon nelle tre ncognte. [m] SA SB SC SC CA CB [n] r SC SC +s SC = r CA CA +s CA + r CB CB + s CB Non resta che rcercare l modo per esplctare la funzone r + s. Caso delle Condotte metallche In presenza d condotte metallche (accao e ghsa) la dpendenza del peso per untà d svluppo del tronco -esmo w [kg/m] con l dametro D vene espresso con la relazone nterpolare : w a D [o] con a e, parametr faclmente determnabl una volta note le caratterstche d peso delle tubazon, desumbl da bollettn commercal de produttor. (Tabella VIII Pag.49) Rportat valor del peso w (kg/m) n funzone de correlat dametr commercal D(m), rconoscuta per l espressone [o] la funzone nterpolatrce d potenza, per la determnazone de coeffcent a e, è possble o segure l procedmento analtco o grafco rconducendo la [o] su un pano blogartmco. Per ogn retta nterpolatrce d una sere d valor è possble defnre una relazone del tpo: log w log a log D l valore del coeffcente a verrà letto n corrspondenza del prolungamento della retta nterpolatrce sulla vertcale per DN=1 m. Il coeffcente, par alla pendenza della retta, è rcavable o grafcamente dalla fgura o scrvendo per gl estrem d questa log w1 loga log D1 log w loga log D Acquedott 495

40 496 ed eseguendone la dfferenza: 1 1 D D log w w log Fssato l costo per untà d peso del materale [ /kg], l costo per untà d lunghezza del tronco - esmo rsulta : ad w c [p] Il costo del tronco -esmo lungo L rsulta: L D a L w L C [q] La perdta d carco è data da: L Q D L J [r] dalla quale s esplcta l dametro D 1 L Q D con = 10,936 k - k, coeffcente d scabrezza d Strckler =5,33 =J L Pertanto l costo della tubazone del tronco -esmo rsulta 5,33 5,33 5,33 J Q L a L L L Q L a L Q L a C [s] La dervata della funzone costo rspetto alla perdta d carco rsulta 5,33 J 1 J Q a 5,33 J L c L C rcavato J dall espressone [r] e sosttuendo nella precedente 5,33 5,33 5,33 D Q 1 D Q Q a 5,33 C con le dovute sosttuzon e vsta la [l]: 33 5, ' D Q 5,33 a C r s [t] Operatvamente, fssata una sere d dametr D possbl per l tronco -esmo, con la relazone [t] 5,33 ' D Q 5,33 a C s calcolano corrspondent valor della funzone dervata ' C e con la relazone [r] L Q D L J s calcolano le correlate perdte d carco. Assocando valor, n tal modo determnat, vengono nterpolat con legge lneare pervenendo alla defnzone della costante s e del coeffcente angolare r caratterstc d cascun tronco. A questo punto è rsolvble l sstema [n] nelle tre ncognte D Per la soluzone completa del problema dovranno determnars le dstrbuzon de dametr commercal, tal da soddsfare, per ogn tronco, le relazon : L=L 1 +L Y= 1 + Esempo 39.. Acquedotto ramfcato. Soluzone d mnmo costo

41 Determnare, per l sstema rprodotto n fgura, la dstrbuzone d dametr commercal che soddsfno la condzone d mnmo costo. Per la sere de dametr precedentemente ndvduat (Esempo 1) e con l auslo della Tabella rprodotta nella Fgura A è possble determnare grafcamente coeffcent a e della funzone : w a D. Rportat su un cartogramma blogartmco, Fgura A, valor del peso w (kg/m) n funzone de correlat dametr commercal D(m) s evdenzano tre rette nterpolatrc per class d dametr varabl tra DN DN DN Fgura A. w(dn). Peso w [kg] per untà d lunghezza delle condotte d accao n funzone del dametro nomnale DN [m] Per ogn retta nterpolatrce è possble defnre una relazone del tpo: log w log a log D Acquedott 497

42 l valore del coeffcente a verrà letto n corrspondenza del prolungamento della retta nterpolatrce sulla vertcale per DN=1 m. Il coeffcente par alla pendenza della retta è rcavable o grafcamente dalla fgura o scrvendo per gl estrem d questa log w 1 log a logd 1 log w log a logd ed eseguendone la dfferenza w 1 log w D 1 log D Nella Fgura B sono rportat, per class d dametr nomnal DN, valor de suddett parametr, determnat analtcamente. DN a ,3 1, ,34 1, ,45 1,838 Fgura B. Determnazone analtca de coeffcent a e Determnazone delle legg C '=r + s 498

43 Rcordato che: le perdte d carco sono espresse dalla : D Q L ' a 5,33 la condzone d mnmo costo è rappresentato dalla: C D r s 5,33 Q per cascun tronco: 1. not valor d Q, k. assunta una successone d dametr compatbl DN (almeno tre) 3. rlevat grafcamente (Fgura B) o analtcamente (Tabella I) corrspondent valor d a e 4. s determnano coppe d valor correlat (nel caso d condotte omogenee [ /kg] rsulta costante al par d = 10,936 k - ). ' C 5. La costante s ed l coeffcente r possono essere determnat analtcamente utlzzando un qualsas programma d regressone lneare (nel caso n oggetto è stato utlzzato Excel x Wndows). C SC = r SC SC +s SC 6. Oppure seguendo un procedmento grafco; rportat n un dagramma ( (X); ' C (Y)) valor determnat, s nterpolano punt con una retta d equazone del tpo X= A + BY ovvero C '=r +s essendo A = s l valore dell'ntercetta sull'asse delle C ' [Y] e B=r valore della pendenza della retta ottenuto dal rapporto C /. In manera analoga per gl altr due tronch C CA =r CA CA +s CA Acquedott 499

44 C CB = +r CB B +s CB Qund, not tutt gl element, è possble rsolvere l sstema costtuto dalle due equazon draulche e dall equazone d mnmo costo: 500

45 SC SC CA CB SA SB r SC SC +s SC = r CA CA +s CA + r CB CB + s CB SC CA 35 SC CB ,49 SC 63911,9 546,83 CA -1619,77 10,98 CB 38615,08 SC CA 35 SC CB ,49 SC - 546,83 CA - 10,98 CB 9076,44 Operando per sosttuzone s ottengono valor fnal delle perdte d carco per cascun tronco SC = 18 m CA = 17 m CB = 43 m Infne s determnano dametr commercal ed loro relatv svlupp (Tabella VIII). Tabella VIII In sntes: Soluzone A ,39 Soluzone B ,88 Soluzone C ,75 Soluzone Max.Economa ,66 Acquedott 501

46 4.. Adduttore ramfcato con pu' punt d consegna Anche nel caso d ret complesse, costtute da un numero elevato d tronch, con l estensone a tutt nod del crtero ndcato al punto precedente, s pervene alla soluzone della determnazone de dametr D consderando, untamente alle equazon a carattere draulco, equazon economche donee alla ndvduazone della soluzone ottma. Nella Fgura 5 è rportato lo schema d un adduttore con un unco punto d presa S e tre dstnt punt d consegna : A, B e C. Fgura 5. Adduttore con pù dramazon La rete è caratterzzata da due nod d dramazone (I e II), tre punt d consegna (SA, SB ed SC) e cnque tratte (S I, I II, I A, II B e II C). Rsultano not: la dfferenze d carco tra serbato estrem, le portata, le lunghezze e le scabrezze delle condotte, restano da determnare dametr ed carch pezometrc corrspondent a nod I e II. Per cascun percorso che collega S a serbato è possble scrvere l equazon delle perdte d carco come dfferenza tra carch estrem (quote note de serbato): SA SB SC S I S I S I I A I II I II Le tre precedent equazon draulche non sono suffcent per la determnazone unvoca de dametr de cnque tratt costtuent la rete d adduzone. II B Per consegure la determnazone del sstema è possble segure: IIC [a] Metod eurstc fssando valor delle ncognte sovrabbondant (le quote pezometrche su nod d dramazone o dametr o le veloctà n un numero d tratt par al numero delle ncognte sovrabbondant) 10 Soluzon d tpo economco che conducano ad un blancamento de cost mnm C entrant ed uscent da nod d dramazone ' ' ' C SI C IA CI II [b] ' ' ' CI II C IIB C IIC 10 Al crescere del numero de nod le soluzon conseguent tendono a dscostars sempre pù dalla soluzone d mnmo costo. 50

47 Per quanto detto nel precedente paragrafo le [b] sono rconducbl ad equazon del tpo r SI SI +s SI = r IA IA +s IA +r I-II I-II +s I-II [C] r I-II I-II +s I-II =-r II B II B +s II B +r II C II C +s II C queste assocate alle [a] consentono d rsolvere l sstema. 5. Perdte d carco sngolar o localzzate L'ntroduzone lungo una condotta d pezz specal, dspostv d controllo e msura, apparecchature d regolazone ecc. produce delle perturbazon local della corrente con dmnuzone o aumento della veloctà (correlata all'aumento o dmnuzone d pressone ). L'espressone generale delle perdte d carco dovute a punt sngolar s scrve: V H k g, con V veloctà meda e k un coeffcente tabellato, funzone del tpo d dscontnutà nserto nella condotta. Fgura 6. Alcun tp d dspostv con relatv valor del coeffcente k Esempo 40 Due serbato sono collegat da una condotta d accao, costtuta da due tronch DN 100 e DN 00 lungh rspettvamente 110 m e 35 m. Causa l ntersezone con un grosso collettore fognaro la condotta subsce un approfondmento realzzato con quattro gomt con devazone angolare d 45 ; l passaggo dal DN 100 al DN 00 è realzzato con un dvergente con angolo d apertura =0. Determnare la quota del serbatoo d monte tenuto conto che l lvello del serbatoo d valle è mantenuto a quota fssa +10 m sul fondo e la portata transtante è par a 4 l/s. Acquedott 503

48 Oltre le perdte d carco rpartte lungo la condotta, sono present apparecchature e valvolsm causa d perdte concentrate k : H per le qual è valda l espressone 1. Valvola d fondo (Sugheruola) k=1,5. Saracnesca k=0, Gomto a 45 k=0,35 5. Gunzone a T d uguale DN k=0,50 8. Dvergente per =0 k=0,40 9. Valvola undrezonale k=0, Sbocco nel serbatoo k=1,00 V H k g con seguent valor d Perdte d carco dstrbute : k = 80 tronco -8 tronco 8-9 5, ,9360,04 0, ,16 m 5, ,9360,04 0, ,14m Perdte d carco concentrate : Determnazone delle veloctà ne tronch -8 e 8-9 V8 Q 0,04 0,107,67 m/s 4 V89 Q 0,04 0,09 0,70 m/s 4 1. Cpolla d presa (Sugheruola) k=1,5 V,67 H1 k 1 1,5 0,55m g 19,6. Saracnesca k=0,5 V,67 H k 0,5 0,09m g 19, Gomto a 45 k=0,35 V,67 H3 k 3 0,35 0,13m g 19,6 504

49 5. Gunzone a T d uguale DN k=0,50 V,67 H5 k 5 0,50 0,18m g 19,6 8. Dvergente per =0 k=0,40 9. Valvola undrezonale k=0, Sbocco nel serbatoo k=1,00 ( V V ) 1 (,67 0,7) H 8 k 8 0, 40 0,08 m g 19,6 V 0,7 H 9 k 9 0,30 0, 007m g 19,6 V 0,7 H10 k ,05 m g 19,6 H 0,55 0,09 4*0,13 0,18 0,08 0,007 0,05 1,45 m H H 15,16 0,141, ,75m Pertanto la quota del serbatoo d monte dovrà essere +16,75 m rspetto la quota d superfce lbera del serbatoo d valle. 6. Il Progetto d un acquedotto Il progetto, la costruzone ed l collaudo delle tubazon per acquedotto sono regolamentat dal Decreto del Mnstero de Lavor Pubblc del 1/1/1985, d cu nel seguto s evdenzano alcun tratt. 0.1 Defnzone A fn della presente normatva è defnto con l termne "tubazon" l complesso de tub, de gunt e de pezz specal costtuent l'opera d adduzone e/o d dstrbuzone d acqua ad uso potable, agrcolo, ndustrale e ad us multpl, ovvero I'opera d fognatura per la raccolta delle acque reflue ed l convoglamento all'mpanto d trattamento e al recapto fnale. 0. Oggetto della normatva Con le present norme s stablscono crter da osservare nel progetto, nella costruzone e nel collaudo delle tubazon, come defnto nel precedente punto 0.1. e degl element che le costtuscono (tub, gunt, pezz specal). Sono esclus dall'oggetto della presente normatva procedment d progettazone, costruzone e controllo d produzone de tub, de gunt e de pezz specal n quanto sngol manufatt, prodott n sere, con process ndustral ovvero, su ordnazone, fuor o n cantere, con sstem d prefabbrcazone. 1.1 Progetto Il progetto deve comprendere seguent element essenzal: a) la caratterzzazone fsca, chmca, santara de flud da trasportare, documentata medante rlev e prove; b) la caratterzzazone geologca e geotecnca de terren nteressat dal traccato delle tubazon, documentata da rsultat d ndagn da condurs nel rspetto della vgente normatva rguardante le ndagn su terren e sulle Acquedott 505

50 rocce ed crter general e le prescrzon per la progettazone l'esecuzone ed l collaudo delle opere d sostegno delle terre e delle opere d fondazone. c) I'esame de dvers possbl schem draulc d funzonamento delle opere e loro modfcazon prevedbl nel tempo, documentat a fn della scelta del proporzonamento draulco e statco delle tubazon. d) I'anals delle stuazon ambental, n quanto element vncolant nello studo del traccato e del proflo delle tubazon. Sulla base de sundcat element deve essere espressa n forma crcostanzata la scelta de tp d tubazon e delle corrspondent caratterstche concernent dametr ntern, spessor, class d mpego, gunt pezz specal ed appogg. Il progetto deve comprendere, noltre, lo studo de seguent aspett: funzonaltà e razonaltà d costruzone e d eserczo delle nuove opere nel contesto esstent e/o n quello prevsto n temp d prossmo futuro; compatbltà con la presenza attuale e/o prevsta e/o prevedble d altre nfrastrutture d servzo, con partcolare rfermento alla esgenza d scurezza e d eserczo; rspetto delle esgenze urbanstche, ambental e/o archeologche, n rapporto anche a fondata prevsone d modfcazon future e, per le ret fognant, rapporto agl obettv d qualtà da consegure e da tutelare del corpo rcettore. Il progetto deve dmostrare l'affdabltà d comportamento delle tubazon nelle dverse fas della costruzone dell'opera e nel prevsto perodo dell'eserczo. L'affdabltà dell'opera progettata, che rguarda l grado d scurezza statca, d resstenza alla corrosone, d conservazone delle caratterstche draulche, d ntegrtà nella tenuta e d contnutà nel servzo, deve rsultare nella forma documentata adeguata, n partcolare esplctando le debte consderazon a rguardo de controll su materal e su tub che vengono effettuat nello stablmento e nel cantere d prefabbrcazone, secondo metodologe note e/o specfche tecnche e de controll n sto lungo traccat prescelt. In realtà la progettazone d qualsas opera pubblca s artcola n tre lvell Prelmnare Defntvo Esecutvo La Legge Quadro su Lavor Pubblc vgente, la cosddetta MERLONI Ter, regola l attvtà d progettazone all'art.16: Artcolo 16 : Attvtà d progettazone 1. La progettazone s artcola, nel rspetto de vncol esstent, preventvamente accertat, e de lmt d spesa prestablt, secondo tre lvell d successv approfondment tecnc, n prelmnare, defntva ed esecutva, n modo da asscurare: a) la qualtà dell opera e la rspondenza alle fnaltà relatve; b) la conformtà alle norme ambental e urbanstche; c) l soddsfacmento de requst essenzal, defnt dal quadro normatvo nazonale e comuntaro.. Le prescrzon relatve agl elaborat descrttv e grafc contenute ne comm 3, 4 e 5 sono d norma necessare per rtenere progett adeguatamente svluppat. Il responsable del procedmento nella fase d progettazone qualora, n rapporto alla specfca tpologa ed alla dmensone de lavor da progettare, rtenga le prescrzon d cu a comm 3, 4 e 5 nsuffcent o eccessve, provvede a ntegrarle ovvero a modfcarle. 3. II progetto prelmnare defnsce le caratterstche qualtatve e funzonal de lavor, l quadro delle esgenze da soddsfare e delle specfche prestazon da fornre e consste n una relazone llustratva delle ragon della scelta della soluzone prospettata n base alla valutazone delle eventual soluzon possbl, anche con rfermento a profl ambental e all utlzzo de materal provenent dalle attvtà d ruso e rcclaggo, della sua fattbltà ammnstratva e tecnca, accertata attraverso le ndspensabl ndagn d prma approssmazone, de cost, da 506

51 determnare n relazone a benefc prevst, nonché n schem grafc per l ndvduazone delle caratterstche dmensonal, volumetrche, tpologche, funzonal e tecnologche de lavor da realzzare; l progetto prelmnare dovrà noltre consentre l avvo della procedura espropratva. 4. Il progetto defntvo ndvdua computamente lavor da realzzare, nel rspetto delle esgenze, de crter, de vncol, degl ndrzz e delle ndcazon stablt nel progetto prelmnare e contene tutt gl element necessar a fn del rlasco delle prescrtte autorzzazon ed approvazon. Esso consste n una relazone descrttva de crter utlzzat per le scelte progettual, nonché delle caratterstche de materal prescelt e dell nsermento delle opere sul terrtoro; nello studo d mpatto ambentale ove prevsto; n dsegn general nelle opportune scale descrttv delle prncpal caratterstche delle opere, delle superfc e de volum da realzzare, compres quell per l ndvduazone del tpo d fondazone; negl stud ed ndagn prelmnar occorrent con rguardo alla natura ed alle caratterstche dell opera; ne calcol prelmnar delle strutture e degl mpant; n un dscplnare descrttvo degl element prestazon, tecnc ed economc prevst n progetto nonché n un computo metrco estmatvo. Gl stud e le ndagn occorrent, qual quell d tpo geognostco, drologco, ssmco, agronomco, bologco, chmco, rlev e sondagg, sono condott fno ad un lvello tale da consentre calcol prelmnar delle strutture e degl mpant e lo svluppo del computo, metrco estmatvo. 5. Il progetto esecutvo, redatto n conformtà al progetto defntvo, determna n ogn dettaglo lavor da realzzare ed l relatvo costo prevsto e deve essere svluppato ad un lvello d defnzone tale da consentre che ogn elemento sa dentfcable n forma, tpologa, qualtà, dmensone e prezzo. In partcolare l progetto è costtuto dall nseme delle relazon, de calcol esecutv delle strutture e degl mpant e degl elaborat grafc nelle scale adeguate, compres gl eventual partcolar costruttv, dal captolato specale d appalto, prestazonale o descrttvo, dal computo metrco estmatvo e dall elenco de prezz untar. Esso è redatto sulla base degl stud e delle ndagn comput nelle fas precedent e degl eventual ulteror stud ed ndagn, d dettaglo o d verfca delle potes progettual, che rsultno necessare e sulla base d rlev planoaltmetrc, d msurazon e pcchettazon, d rlev della rete de servz del sottosuolo. Il progetto esecutvo deve essere altresì corredato da apposto pano d manutenzone dell opera e delle sue part da redgers ne termn, con le modaltà, contenut, temp e la gradualtà stablt dal regolamento d cu all artcolo Progetto Prelmnare e Defntvo Lo studo del traccato è molto complesso, non essendo codfcat crter d valdtà oggettv per operare una scelta, tra le vare possbl, che realzz nel contempo funzonaltà, effcenza, economctà, gestone e la durata dell'opera. Sono generalmente not la poszone e la quota della presa e la poszone e le quote de punt d consegna dell'acqua, concdent quest ultm con serbato d compenso o con le torr pezometrche d dsconnessone. Ulteror element a supporto della scelta sono la mnmzzazone dello svluppo del traccato e contemporaneamente del numero degl attraversament d strade, ferrove e cors d'acqua. Altro elemento, costtuente vncolo per asscurare la durata dell'acquedotto, è la rcerca d traccat su terren scuramente stabl o, nella necesstà d dover attraversare zone soggette a movment franos, la ndvduazone d sed d maggore affdabltà, qual lnee d cresta e d massma pendenza de versant. Nella scelta del traccato notevole mportanza rveste la vcnanza d ve d comuncazone. Questa stuazone, oltre a facltare le fas d realzzazone dell'opera agevolando l trasporto de materal, faclta le operazon d manutenzone e controllo durante l'eserczo dello acquedotto. Utlzzando quale supporto progettuale le tavolette IGMI 1:5.000 (Fgura 9) verranno rportate, sulla carta, dal punto d partenza e d arrvo, pù traccat e realzzat corrspondent profl res n scala 1:500 per le ordnate ed 1:5000 per le ascsse (Fgura 10). Acquedott 507

52 Fgura 9. Planmetra su cartografa IGMI 1:5.000 (rduzone 50%) Sulla base de valor delle portate da addurre, not traccat, s procederà ad un dmensonamento spedtvo de dametr delle condotte ed al successvo traccamento delle lnee pezometrche, nella doppa condzone d tubazon nuove od usate 11. La collocazone d queste rspetto al proflo del terreno consentrà d verfcare che n nessun punto del traccato la pressone n condotta scenda al d sotto d m d colonna d'acqua. Fgura 10. Proflo longtudnale L=1:5.000 h= 1:500 (rduzone 50%) 11 Questo qualora l materale o l rvestmento delle tubazon s deteror con l passare del tempo 508

53 Contemporaneamente s verfcherà che la pressone massma n condotta rsult compatble con l tpo d tubazone e d gunto prescelt per la realzzazone dell'acquedotto. Poché con l'aumentare del valore della pressone aumentano percol d perdte, aumentano cost delle apparecchature e delle saracnesche. D seguto verranno poszonat: sfat e scarch, rspettvamente n corrspondenza de punt d massmo e mnmo relatv; valvole d rduzone e/o regolazone de carch Infne concorrono alla stesura del Progetto Defntvo: 1. Relazone e calcol. Corografa n scala 1: Dsegn de profl res n scala 1:500 per le ordnate ed 1:5000 per le ascsse. 4. Dsegn delle opere d arte 5. Preventvo sommaro d costo delle opere comprensvo d : 5.1 Forntura e posa n opera delle tubazon, compreso scavo, rporto ed eventual rfacment delle pavmentazon: 5.. Costo delle opere d arte 5.3 Costo d eventual apparecchature 5.4 Costo d eventual mpant d sollevamento 5.5 Indennzz per espropr ed eventual servtù 5.6 Preventvo de cost d gestone d eventual mpant d sollevamento. B. Progetto Esecutvo Una volta approvato l progetto defntvo, su una cartografa a scala ampa (qual gl aereofotogrammetrc n scala 1:000 1:5000) vene verfcato e precsato l traccato con opportun rlev topografc, estes su un ampa fasca a cavallo d questo (Fgura 11), assocat ad annotazon fotografche (Fgura 1). Rlevate ed apportate tutte le varant del caso è consglable, prma della stesura del proflo, verfcare, sulla cartografa catastale (Fgura 13), che l traccato segua, quanto pù possble, confn delle partcelle, n modo da lmtare la frammentazone della propretà fondara, con conseguent ncrement d costo per le operazon d espropro. Fgura 11. Aereofotogrammetrco: scala 1:4000 (rduzone 75%) Acquedott 509

54 Fgura 1. Annotazon fotografche su punt caratterstc del traccato Fgura 13. Stralco Planmetra Catastale : scala 1:4000 (rduzone 75%) Infne verrà eseguto l proflo longtudnale (con tutte le ndcazon contenute nella Fgura 14), reso n scala uguale alla planmetra per le ascsse mentre per le ordnate è, generalmente, dec volte maggore. 510

55 Fgura 14. Proflo Longtudnale scala L=1:4000 h=1:400 Generalmente l acquedotto non segue rgdamente l proflo del terreno ma, se ne dscosta ogn qual volta che, per partcolar condzon, rsult convenente approfondre lo scavo n modo da mantenere una lvelletta costante o per rdurre al mnmo punt d mnmo e massmo relatv, con conseguente rsparmo per la realzzazone d scarch e sfat. Andranno defnt con precsone le poszon planmetrche ed altmetrche delle opere d arte, attraversament (fum, strade, ferrove, ecc.) serbato e torrn pezometrc, l ubcazone ed l dmensonamento d eventual blocch d ancoraggo. Anche nella stesura del Progetto Esecutvo occorrerà redgere 1. Relazone e calcol. Corografa n scala 1: Planmetra quotata n scala 1: Dsegn de profl res n scala 1: per le ascsse e 10x per le ordnate 5. Dsegn delle opere d arte 6. Computo metrco estmatvo e preventvo delle spese d gestone 7. Captolato Specale d Appalto e relatvo Elenco Prezz Untar 8. Dscplnar per la rchesta d offerte per eventual macchnar ed apparecchature 9. Pano Partcellare d Espropro 6.. Posa n opera delle tubazon Dal Decreto del Mnstero de Lavor Pubblc del 1/1/1985 s rleva: 3. Il carco, l trasporto e lo scarco de tub Il carco, l trasporto, lo scarco e tutte le manovre n genere, dovranno essere esegut con la maggore cura Acquedott 511

56 possble adoperando mezz done a seconda del tpo e del dametro de tub ed adottando tutt gl accorgment necessar al fne d evtare rotture, crnature, leson o danneggament n genere a materal costtuent le tubazon stesse ed al loro eventuale rvestmento. Pertanto s dovranno evtare urt, nflesson e sporgenze eccessve, strscament, contatt con corp che possano comunque provocare deteroramento o deformazone de tub. Ne canter dovrà predspors quanto occorra (mezz done e pan d appoggo) per rcevere tub, pezz specal e gl accessor da nstallare. 3.3 L'accatastamento de tub L'accatastamento dovrà essere effettuato dsponendo tub su un'area pana e stable, protetta al fne d evtare percol d ncendo, rparata da ragg solar nel caso d tub soggett a deformazon o deterorament determnat da sensbl varazon termche. La base delle cataste dovrà poggare su tavole opportunamente dstanzate o su predsposto letto n appoggo. L'altezza sarà contenuta entro lmt adeguat a materal ed a dametr, per evtare deformazon nelle tubazon d base e per consentre un agevole prelevo. I tub accatastal dovranno essere bloccat con cune onde evtare mprovvs rotolament; provvedment d protezone dovranno, n ogn caso, essere adottat per evtare che le testate de tub possano subre danneggament d sorta. Per tub deformabl le estremtà saranno rnforzate con crocere provvsonal. 3.4 Il deposto de gunt, delle guarnzon e degl accessor I gunt, le guarnzon, le bullonere ed materal n genere, se deterorabl, dovranno essere depostat, fno al momento del loro mpego, n spaz chus, entro contentor protett da ragg solar o da sorgent d calore, dal contatto con ol o grass e non sottopost a carch. 3.5 Lo sflamento de tub I tub dovranno essere sflat lungo l traccato seguendo crter analogh a quell ndcat per lo scarco ed l trasporto evtando pertanto qualsas manovra d strscamento. Nel depostare tub sul cglo dello scavo è necessaro curare che gl stess sano n equlbro stable per tutto l perodo d permanenza costruttva. 3.6 La posa n opera Prma della posa n opera tub, gunt ed pezz specal dovranno essere accuratamente controllat; quell che dovessero rsultare danneggat n modo tale da compromettere la qualtà o la funzonaltà dell'opera dovranno essere scartat e sosttut. Nel caso n cu l danneggamento abba nteressato soltanto l'eventuale rvestmento s dovrà procedere al suo rsprstno. Per l sollevamento e la posa de tub n scavo, n rlevato o su appogg, s dovranno adottare gl stess crter usat per le operazon precedent, con l'mpego d mezz adatt a seconda del tpo e del dametro, onde evtare l deteroramento de tub ed n partcolare delle testate e degl eventual rvestment protettv. Nell'operazone d posa dovrà evtars che nell'nterno delle condotte penetrno detrt o corp estrane d qualunque natura e che venga comunque danneggata la loro superfce nterna. La posa n opera de tub sarà effettuata sul fondo del cavo spanato e lvellato, elmnando ogn aspertà che possa danneggare tub e rvestment. Ove s renda necessaro costture l letto d posa o mpegare per l prmo rnterro materal dvers da quell provenent dallo scavo, dovrà accertars la possble nsorgenza d fenomen corrosv adottando approprate contromsure. In nessun caso s dovrà regolarzzare la poszone de tub nella trncea utlzzando petre o matton od altr appogg dscontnu. Il pano d posa dovrà garantre una assoluta contnutà d appoggo e, ne tratt n cu s temano assestament, s dovranno adottare partcolar provvedment qual: I'mpego d gunt adeguat, trattament specal del fondo della trncea o, se occorre, appogg dscontnu stabl, qual selle o mensole. In quest'ultmo caso la contnutà d contatto tra tubo e selle sarà asscurata dali'nterposzone d materale doneo. 51

57 Nel caso specfco d tubazon metallche dovranno essere nserte, a fn della protezone catodca, n corrspondenza de punt d'appoggo, membrane solant. Per tub costtut da materal plastc dovrà prestars partcolare cura ed attenzone quando le manovre d cu a punt 3., 3.3, 3.4, 3.5, dovessero effettuars a temperature nferor a 0 C, per evtare danneggament. I tub che nell'operazone d posa avessero subto danneggament dovranno essere rparat così da rprstnarne la completa ntegrtà, ovvero saranno defntvamente scartat e sosttut, secondo quanto precsato nel prmo capoverso. Dunque le tubazon vengono d norma posate all nterno d trncee, appostamente scavate, con una larghezza alla base B par la dametro nomnale DN della condotta con un margne, per cascun lato d 0 30 cm. Nel caso d due tubazon affancate la somma delle larghezze B 1 e B delle sngole tubazon vene generalmente rdotto mantenendo una dstanza mnma tra le due tubazon d 0 30 cm (Fgura 15). Acquedott 513

58 Fgura 15. Sezon d scavo n terreno naturale L nclnazone delle paret dpende, ovvamente, dalle caratterstche geotecnche del terreno, dalla profondtà dello scavo e dal tempo n cu lo scavo resta aperto. Tutt quest fattor ncdono sulla scurezza e pertanto quando è necessaro asscurare la stabltà delle paret s procederà o amplando lo scavo, nclnando le paret, o sostenendo le paret con armature provvsore n legno o metallo (sbadacch- Fgura 16). Fgura 16. scavo sostenuto da sbadacch metallc Per quanto attene l altezza dello scavo, qualora non sussstano motv partcolar, non deve essere, generalmente, nferore ad un metro n modo da mantenere termcamente solata, dall ambente esterno, la condotta. La massma altezza è condzonata, oltre che da motv d sostegno delle paret e d quanto crconda lo scavo, dal peso del materale d rnterro che potrebbe determnare uno stato tensonale tale da superare le tenson ammssbl del materale della tubazone. I calcol statc delle tubazon dovranno essere effettuat seguendo le ndcazon contenute nelle Norme tecnche per le tubazon oggetto del Decreto del Mnstero de LL.PP. del 1/1/

59 Fgura 17. Sequenza d scavo con blndaggo a cassone Acquedott 515

60 6.3. Le Apparecchature specal delle condotte n pressone Scarch Gl scarch consentono, n caso d nterruzone del flusso, la vuotatura delle condotte e, nel caso d avvo o rprstno della funzonaltà dell'adduttore, gl ntervent d lavaggo. Quando per elevat dslvell altmetrc s è n presenza d scarch profond (carco draulco sullo scarco d notevole enttà) s realzzano scarch d alleggermento o a mezza costa, da azonare prma dell'apertura dello scarco d fondo, procedendo, n tal modo, alla vuotatura del sfone per fas successve. Fgura 18. Pozzetto d scarco Gl scarch sono realzzat con un pezzo specale a T con dervazone tangenzale a flanga. Sull'elemento dervato è nstallata la saracnesca d ntercettazone. Caratterstca salente degl scarch d fondo è la dmensone della saracnesca e del dametro della dervazone. Questo deve essere tale da ngenerare, durante lo scarco, veloctà dell'acqua ne due ram d condotta convergent nel punto d 516

61 scarco suffcente all'asportazone d eventual depost non ncrostant e tale da non ngenerare fenomen d nstabltà alle condotte. Il dspostvo d scarco deve essere nstallato entro apposto pozzetto, realzzato generalmente n muratura con sovrastante soletta d copertura n cls armato, forata n corrspondenza della botola d ngresso, protetta da chusno d ghsa. A seconda della poszone del pozzetto, l chusno sarà a flo strada ovvero sopraelevato dal pano d campagna; negl acquedott d montagna l raccordo tra chusno e soletta può arrvare anche da elevate altezze per rlevare l pozzetto n presenza d manto nevoso. Un opportuno sstema d evacuazone della portata scarcata garantsce l solamento tra l nterno del pozzetto e l ambente esterno. La tubazone vene sorretta da blocch reggspnta localzzat n corrspondenza della saracnesca Sfat Gl sfat sono caratterzzat da un doppo funzonamento: 1. durante le fas transtore d rempmento o vuotatura del sstema assolvono l compto dell'evacuazone o all'ngresso dell'ara n condotta;. durante l eserczo dell acquedotto devono consentre lo smaltmento d ara, n quanttà sensblmente mnore che nel prmo caso, lberata naturalmente dall'acqua nel moto d avanzamento n condotta a seguto d aumento d temperatura e d varazone della pressone. In presenza d adduttor caratterzzat da profl molto patt, per asscurare l degasaggo delle tubazon durante l eserczo, s nstallano sfat d lnea, post ad nterasse d qualche centnao d metr, ndpendentemente dalla presenza d punt d massmo relatvo (Fgura 18). Fgura 19. Proflo a dent d sega In caso d valco quando la quota pezometrca rsulta d poco superore alla quota del terreno (8 10 m), è possble realzzare lo sfato d tpo lbero. Acquedott 517

62 Fgura 0. Sfato lbero Questo è realzzato nserendo nella condotta un pezzo specale a T flangato, con tronco d dramazone ortogonale all asse della condotta e dametro nferore a quello dell adduttore dretto verso l'alto ed elevato fno a superare la quota pezometrca. Il dspostvo, contenuto entro una struttura murara con funzone d sostegno e d protezone, preserva la condotta da mprevste sopraelevazon d pressone dovute ad ostruzon dell adduttore o a chusure accdental d saracnesche d lnea 1 ; n tal caso s avrà uscta d acqua dallo sfato lbero, recuperata dalla canna dscendente collegata allo scarco. Quando, ne punt d valco o a massme quote relatve, la quota pezometrca rsulta superore d 10 m rspetto alla quota del terreno, è necessaro realzzare sfat n pressone. L evacuazone o l ngresso d ara è asscurata da apparecch a funzonamento automatco collegat, tramte nterposzone d saracnesca d ntercettazone azonata nel caso d smontaggo o manutenzone dell'appareccho, alla condotta con un pezzo specale a T flangato, con tronco d dramazone ortogonale all asse della condotta e dametro nferore a quello dell adduttore prncpale. Fgura 1. Pozzetto d sfato. Quest sono costtut da una cassa metallca al cu nterno è alloggato un galleggante sferco realzzato n accao rvestto d elastomero o n accao Inox (Fgura ). 1 generalmente da evtare. 518

63 Fgura. Sfato n pressone Il funzonamento del dspostvo è legato all'equlbro d tre forze : 1. la forza peso G del galleggante, nvarante, vertcale ed orentata verso l basso; 1. la spnta sul galleggante, nvarante, correlata alla pressone p agente entro la cassa, con rsultante, nella drezone vertcale, orentata verso l'alto, d ntenstà par a p A, con A area della luce del foro d uscta dell'ara dalla cassa; 3. la spnta d galleggamento, n quanto corpo parzalmente mmerso n acqua, con rsultante nella drezone vertcale, orentata verso l'alto, d ntenstà par a V con, peso specfco dell'acqua e V volume mmerso. Nella condzone d sfato chuso s ha: pa V G Al progressvo accumulo d ara nella cassa corrsponde un progressvo abbassamento del lvello drco nella stessa e correlata rduzone del valore del volume mmerso V. Raggunta la condzone pa V G s è n ncpente apertura dello sfato. L'arrvo d ulteror quanttatv d ara causa l dsequlbro del sstema, con conseguente abbassamento del galleggante, apertura della luce d comuncazone con l esterno ed mmedata fuoruscta d ara. Il galleggante, soggetto a nuova ncrementata spnta d galleggamento, s porta ad occludere la luce, evtando la fuoruscta d acqua e dando nzo ad una successva fase d accumulo d ara. Nel funzonamento n eserczo, per asscurare sensbltà al galleggante, spece n presenza d elevate presson, è rchesta una dmensone molto pccola della luce d comuncazone con l esterno. Detta condzone contrasta con la necesstà d asscurare una ampa luce per l passaggo d ara nelle fas d rempmento e vuotatura della condotta. La combnata funzone rchesta allo sfato vene conseguta rcorrendo all'adozone d apparecchature con doppa luce, una ampa ed una pccola, e doppo galleggante. La luce ampa, untamente alla luce pccola, è attva uncamente nelle fas 1 e 3, rspettvamente d rempmento e vuotatura delle condotte, mentre, durante l eserczo ordnaro, allo smaltmento dell ara, untamente a quanttà lmtatssme d acqua, provvede lo spllo collocato nella parte superore della cassa. Acquedott 519

64 6.3.3.Valvole regolatrc de carch Fgura 3. Sfato n pressone a doppo galleggante. Il valore massmo delle perdte d carco s ha n corrspondenza del vettoramento della portata d progetto o a tub usat. Per stat d transzone, Q < Q progetto o nella condzone d tubazon nuove, la rduzone delle perdte genera tratt d moto "a canaletta" con rsalto draulco ntubato, depresson n condotta, trascnamento d ara, nsorgere d mot pulsant Fgura 4. Poszonamento delle valvole regolatrc d carco Nella Fgura 4 sono rportat alcun tp d valvole rduttrc d pressone: Tpo a stella: a funzonamento meccanco è stata ampamente mpegata nel campo acquedottstco. Il dspostvo d dsspazone è realzzato con due dsch sovrappost ed ortogonal al flusso, entramb forat, l uno fsso e l altro moble, rotante ntorno all asse comune. Al varare della poszone relatva del dsco moble rspetto a quello fsso, vara l area delle luc lbera al flusso, con aumento o dmnuzone delle perdte localzzate. La valvola a stella dsspa al massmo 40 m d carco. Tp ad auto-azone: l dspostvo d regolazone può essere realzzato con sstem d molle esterne che agscono su un otturatore a doppa sede o con otturator a forma d fuso l cu movmento è controllato da gude e regolato con molle tarate. 50

65 Ogg sono molto dffuse valvole con attuatore a doppa camera. L apertura dell otturatore può essere regolata o con una molla d contrasto con rgdezza varable. I valor de carch dsspabl sono rlevat dalle caratterstche tecnche d cascun tpo. La tradzone acquedottstca ndca le seguent regole per la corretta localzzazone, lungo l proflo d un acquedotto, delle valvole d regolazone de carch: la lnea pezometrca a tub nuov, o corrspondente alla portata mnma, condzonata dalla presenza delle valvole regolatrc, deve ncontrare la lnea pezometrca a tub usat, o d regme per la massma portata: a) ne punt estrem della condotta b) sulle vertcal passant per punt d sfato lbero c) sulle vertcal passant per nod d dramazone In tutte queste sezon la quota pezometrca deve essere mantenuta nvarata durante tutta la vta tecnca dell'acquedotto; verso monte de punt e delle sezon predett, la lnea pezometrca d mnma pendenza deve prosegure senza dscontnutà fno ad ncontrare l'asse della condotta o, meglo, la lnea parallela all'asse e dstante da questo almeno 5 m. In corrspondenza dell'ntersezone va stallata la valvola regolatrce de carch; verso valle de punt e delle sezon predett, la lnea pezometrca d mnma pendenza deve prosegure senza dscontnutà fno ad ncontrare la vertcale passante per una valvola regolatrce poszonata secondo l crtero ndcato. In presenza d tubazon che denuncano progressvo ncremento della scabrezza, qund, è necessaro provvedere, d tempo n tempo, attraverso osservazon manometrche, all'aumento del grado d apertura delle valvole regolatrc n modo da compensare l'aumento delle perdte d carco rpartte. In presenza d tubazon non soggette ad nvecchamento, la manovra sulle valvole regolatrc va effettuata solo a seguto d varazone della portata vettorata. Per la regolazone de carch non devono essere utlzzate saracnesche del tpo a ghglottna funzonant parzalmente aperte. Tale tpo d funzonamento dà luogo ad nconvenent qual cavtazone, Acquedott 51

66 perdta d tenuta de gunt, che portano come conseguenza una rapda usura delle saracnesche stesse Parttor a superfce lbera ed n pressone Ne nod d dramazone s realzza la rpartzone della portata n pù part. Quando, n corrspondenza della dramazone, la quota pezometrca è prossma alla quota del pano campagna, sussstono le condzon per realzzare parttor del tpo a superfce lbera (Fgura 5). La msura delle portate rpartte è effettuata con stramazz a superfce lbera. Le vasche d carco poste a valle degl stramazz sono dotate d dspostv d scarco, d sforo e d presa analogh a quell descrtt per manufatt d captazone da sorgent. Il dspostvo asscura la regolartà della rpartzone della portata ed è poco sensble a manomsson. Fgura 5. Parttore a superfce lbera Ne nod d dramazone n presenza d carco pezometrco pù o meno elevato valvolsm necessar per la realzzazone della rpartzone delle portate vengono raccolt n un unco pozzetto nterrato; n luogo degl sfat lber vengono post n opera sfat n pressone, se ram dervat procedono con traccato declve, o scarch, se ram dervat procedono con traccato acclve. Nella Fgura 6 le tpologe rprodotte danno un ndcazone d come possa essere varable la composzone de var element a seconda sa della poszone delle dramazone rspetto all adduttore prncpale e sa della necesstà d ntrodurre valvole regolatrc de carch. 5

67 Fgura 6. Parttor n pressone Nella seguente Fgura 7 sono llustrate l area pcchettata, lo scavo ed l magrone d fondazone, le armature ed casser, le asole d passaggo delle tubazon, mentre nella Fgura 8 sono rprodott dsegn esecutv delle armature del parttore N1 (ved planmetra Fgura 13). Fgura 7. Parttore n pressone n fase d realzzazone Acquedott 53

68 Fgura 8. Armature d paret e soletta d copertura d un parttore n pressone Saracnesche e valvolsm d ntercettazone Ne pozzett d scarco e sfato e ne nod d dramazone sono present apparecchature, dette saracnesche, che consentono d ntercettare le portate. I dspostv d pù frequente mpego n acquedottstca sono ad apertura totale: l otturatore vene rchamato nella parte superore del corpo della saracnesca lberando totalmente la luce corrspondente alla sezone della condotta corrente. Una saracnesca è composta da un corpo cavo, realzzato con tre element amovbl, entro l quale trova sede l'elemento d tenuta o otturatore, a forma d cuneo o ghglottna, movmentato da accoppamento boccola-vte senza fne. L'ngombro delle saracnesche è sempre notevole. Rsultano alte, nfatt, medamente tre volte l dametro della tubazone sulla quale vanno nserte. Tutt valvolsm con gunzone a flanga vanno assemblat alle tubazon con nterposto gunto d smontaggo che può correggere sa l non perfetto allneamento tra tubo e la saracnesca e sa la tolleranza tra le flange d accoppamento. La posa n opera deve essere realzzata entro appost pozzett o camere d spezone n quanto la posa nterrata non garantsce effcenza nel tempo al gunto realzzato con bullon serrat. Il corpo delle saracnesche vene realzzato n ghsa o accao con getto entro forme fsse. Le caratterstche d forma del corpo (patto, ovale, clndrco), gl spessor ed l peso delle saracnesche dpendono dalle presson d eserczo caratterstche della condotta nella quale è prevsto l'nsermento. Nella Fgura 9 sono raffgurate le sezon d saracnesche d ntercettazone del tpo a lente o ghglottna. 54

69 Fgura 9. Saracnesche a corpo patto, ovale, clndrco La protezone alla corrosone del corpo della saracnesca, affdata ad emulson btumnose e vernc al mno, spesso s rleva nsuffcente per l ambente partcolarmente aggressvo che vene ad nstaurars all nterno de pozzett causa le nevtabl perdte (Fgura 30). Fgura 30. Partcolar saracnesche d regolazone e tubazon all nterno d pozzett Una protezone ottmale contro la corrosone è realzzata con rvestmento sa nterno che esterno con vernc a base d polver epossdche con spessore mnmo d 150 mcron, mentre la lente nterna è realzzata n ghsa sferodale rvestta con elastomero (Fgura 31). Fgura 31. Saracnesca tpo EURO 0 Nelle Fgure 3 e 33 sono rportate la vsta e la sezone d valvole d ntercettazone a farfalla rspettvamente del tpo flangato e del tpo a wafer, utlzzate su condotte d medo e grande dametro. Queste valvole, caratterzzate da lmtato ngombro, sono realzzate da un elemento d ntercettazone, daframma, la cu rotazone determna l'apertura e la chusura della valvola. L'asse d rotazone può essere poszonato ortogonale-vertcale od ortogonale-orzzontale rspetto all'asse del tubo. Acquedott 55

70 Fgura 3. Valvola a farfalla del tpo flangata Fgura 33. Valvola a farfalla tpo Wafer Le manovre d apertura e d chusura sono semplc e rchedono un lmtato mpegno d potenza. L'azone d trascnamento sul daframma da parte della corrente nelle fas d manovra va energcamente contrastata, al fne d escludere varazon brusche del grado d apertura, con conseguent sensbl aument della portata e sollectazon dnamche nelle condotte, correlate a transtor d moto varo elastco. Il daframma della valvola, nella poszone d completa apertura, vene ad ostrure la sezone lbera della tubazone, ngenerando perdte d carco concentrate, peraltro d ntenstà molto contenuta, nel caso d proflatura draulca (lente patta) Attraversament d cors d acqua Il traccato d un acquedotto nel suo svluppo nterfersce con organsm drologc natural, costtut da cors d acqua (canal artfcal, torrent, fum), strade, metanodott e lnee ferrovare. Per l'attraversamento d cors d'acqua mnor è suffcente ncassare la tubazone n brgle d muratura o cls (Fgura 34). Fgura 34. Attraversamento d pccol cors d acqua Per cors d acqua o luc maggor s rcorre, quando possble, all'uso de pont var esstent, modfcando a tal fne l traccato degl acquedott. In tale economca soluzone tub vengono post n opera o sotto marcaped o all'esterno della struttura vara su appost sostegn a sbalzo (Fgura 35). 56

71 Fgura 35 Qualora non essta la possbltà d usufrure d strutture esstent, vengono realzzate: strutture portant n calcestruzzo armato strutture metallche retcolar Fgura 36. Trave cava n c.a. con all nterno due condotte. Fgura37. Strutture con tubo - trave contnua su appogg vertcal Acquedott 57

72 Fgura 38. Tubo ponte del tpo trave contnua appoggata Strutture con tubo - trave contnua su punton nclnat Strutture ad arco Fgura 39. Tubo ponte su punton nclnat Dga del Vajont Strutture strallate Fgura 40. Tub-ponte ad arco 58

73 Fgura 41. Passerella strallata Fgura 41. Ponte porta tubo della Maglana strutture sospese Acquedott 59

74 Fgura 4. Ponte sospeso Acquedotto del Charno 6.5. Attraversament d cors d acqua Gl attraversament stradal assumono mportanza n relazone alla tpologa della strada e conseguentemente del traffco che essa sostene. Pertanto lo scavo n trncea è utlzzato quando è possble nterrompere l traffco per tutto l tempo necessaro per esegure l operazone d taglo della pavmentazone stradale, che dovrà essere realzzato con adeguat macchnar n modo da garantre l unformtà del taglo ed evtare l danneggamento della restante pavmentazone, scavare la trncea, dsporre l letto d posa, effettuare la posa n opera della condotta, effettuare le prove d tenuta draulca, rnterrare lo scavo e rprstnare la massccata stradale (Fgura 43). Fgura 43. Successone delle vare lavorazone per un attraversamento n trncea Alcune Ammnstrazon prescrvono la posa n opera d controtub, generalmente d PVC rnforzat con rnfanco d calcestruzzo a,5 q.l d cemento, al cu nterno verrà nflata la condotta opportunamente solata con collar, n materale plastco, post ad nterasse non nferore ad 1,5 m. Lo scavo generalmente è rempto con magrone d calcestruzzo cementzo a q.l 0.70 d cemento per mc d nerte, tranne gl ultm 10 cm d pavmentazone che saranno rprstnat con conglomerato btumnoso. (7 cm d bynder + 3 cm d tappetno d usura). 530

75 Fgura 44. Partcolare costruttvo d attraversamento stradale n trncea Fgura 45. Montaggo de collar dstanzator Prma del rnterro verrà sgllata la condotta al controtubo con una guana termorestrngente. Nel caso d partcolar pavmentazon, ad esempo selcat n porfdo o n petra, queste verranno rprstnate secondo la prmtva confgurazone. Quando la nterruzone del traffco è mproponble, ad esempo superstrade ed autostrade, s rcorre a sstem Trenchless (letteralmente: senza scavo ). Trvellazone Orzzontale Telegudata (T.O.T.), ha la caratterstca d offrre la possbltà d gudare ed eventualmente correggere l andamento della trvellazone permettendo così d aggrare ostacol con qual non è possble nterferre come altr sottoservz nterrat. Fgura 46. Sstema drectonal_drllng La DD permette d posare tubazon d varo dametro (n genere s arrva fno a 1000 mm e per tratte varabl fno ad 1000 m). Il sstema prevede una fase nzale d perforazone con una trvellazone plota gudata n superfce. L esatta poszone della testa d perforazone vene controllata, stante dopo stante, da segnal rado (o elettromagnetc). Tal segnal vengono raccolt n superfce dallo strumento d rcezone composto da due sezon, una moble per poter segure l esatta poszone della sonda sulla sua vertcale, l altra soldale alla consolle della perforatrce che guda l avanzamento lneare con rotazone contnua Acquedott 531

76 dell asta d perforazone e gett d acqua ad alta pressone. Il terreno grossolano vene spostato mentre eventual ostacol vengono devat nterrompendo la rotazone ed eserctando una sollectazone sulla testa d perforazone ; l nclnazone della fetta d salame della punta della sonda orenta la drezone d scavo. Fgura 47. Sstema drectonal_drllng- Controllo e correzone della poszone della sonda Durante la trvellazone, vene nettato attorno allo scavo un fludo d perforazone con lo scopo d: consoldare l terreno rdurre l attrto tra aste e terreno; raffreddare la testa d perforazone. La scelta del mglor tpo d fludo è ovvamente n funzone delle caratterstche meccanche e chmche del terreno. In prevalenza s usa una mscela formata da acqua e bentonte che ha l prego d unre ad una azone lubrfcante, una stablzzante graze al suo rgonfamento. La perforazone plota termna quando la testa d perforazone gunge nella buca d uscta. Pratcato l foro plota lo s rpercorre a rtroso tranando un alesatore. L alesatura (Back Reamng) consste nell allargamento del foro plota e dal rtorno della battera d aste dal pozzetto d uscta verso quello d entrata. Fgura 48. Sstema drectonal_drllng- Back Reamng Per sensbl dmenson della condotta o per l mportanza della sede vara da attraversare, possono essere realzzat attraversament con spngtubo-guana o con cuncol pratcabl. Il prmo metodo consste nello spngere, sotto l pano stradale e perpendcolare all asse, con martnett draulc tronch d tubo d accao svuotat, con una trvella, della terra d scavo (Fgura 49). 53

77 Fgura 49. Attraversamento con spngtubo ùuna volta realzzato l cuncolo, vene nflata la condotta (d dametro nferore) con l accortezza d non farla aderre al tubo guana, utlzzando de collar n plastca (Fgura 50). Fgura 50 Gl attraversament n cuncol pratcabl vengono generalmente costrut contestualmente alla strada; nfatt, al dsotto del rlevato stradale vene realzzata una struttura scatolare n cls. armato, al cu nterno vene posta, su un lato, la condotta appoggata su selle, lascando lbero un passaggo per spezon e manutenzon. Dato l elevato costo d questa tpologa d attraversamento, spesso, nel cuncolo, vengono raccolte pù ret tecnologche ( fognature, gasdotto, lnee telefonche e telematche). (Fgura 51). Acquedott 533

78 Fgura 51. Attraversamento con cuncolo Nel caso d attraversament ferrovar sono prevste norme d realzzazone contenute nel Decreto Mnsterale 3 febbrao 1971 Norme tecnche per gl attraversament e per parallelsm d condotte e canal convoglant lqud e gas con ferrove ed altre lnee d trasporto (G.U , n.13, supplemento). Anche nel caso n cu la condotta nteress una lnea d gasdotto sono da osservare dsposzon tecnche emanate dall Ente Gestore che n manera restrttva obblga anche lo scavo a mano n prossmtà della condotta del gas. 7. Acquedotto con sollevamento meccanco 534

79 Antcamente le macchne destnate al sollevamento dell acqua erano classfcate come macchne d trasporto; la prma macchna d trasporto fu l uomo, l quale resce a sollevare, per altezze non superor ad un metro, crca 6 m 3 /ora. In seguto, sosttuto l uomo con anmal lavoro, le macchne hanno assunto dmenson maggor con conseguente aumento delle portate sollevate Macchne Idraulche L mmagne mostra l evoluzone de dspostv per sollevare le acque. A snstra la macchna draulca è composta da uomn che con paranch sollevano k=3 secche d capactà q [ltr]. Nell operazone d passaggo tra una seccha e l altra la capactà q s rduce d una percentuale defnble come rendmento volumetrco, rapporto, par al %, tra la portata effettvamente versata e la capactà teorca q d un sngolo elemento. Un ora d lavoro avranno prodotto n sollevament par ad una portata complessva Q q k n 60 [l/s] [1] Nel quattrocento su sprazone d modell classc (Archmede 87-1 a.c. - Vtruvo ; 3 a.c.) furono realzzate macchne draulche dette ruote necessare per creare salt d acqua. Nella Fgura 1 sono raffgurate ruote : a cassett, b a secch o tazze, c tmpan, d a schaffo La portata d queste macchne può essere espressa dalla espressone [1] con : = rendmento volumetrco, rapporto tra la portata versata e la capactà teorca q d un sngolo elemento (cassetto, seccho, ecc. ) q = capactà teorca [l] k = numero degl element n = numero d gr d ruota n un mnuto Queste macchne, tuttora n uso (Fgura 1) generalmente superano un dslvello d crca 4-5 m. Acquedott 535

80 Fgura 1. L evoluzone della ruota a tazze, descrtta da Vtruvo nel de Archtectura è stata la nora (Fgura ): recpent sono fssat ad una catena sostenuta da due pulegge d cu la superore è la motrce. Nel caso n cu gl ass delle pulegge sono contenut nello stesso pano vertcale s ha la nora vertcale. La formula che fornsce l valore della portata è dentca al caso precedente, salvo l valore del rendmento volumetrco che è sensblmente maggore = %. Dal punto d vsta costruttvo la lmtazone alle dmenson delle nore è dpendente dallo svluppo della catena, pertanto possono arrvare fno a crca 1 metr. Ogg le nore sono ancora usate soprattutto nelle draghe scavatrc o nel trasporto d materal scolt all'nterno d port, offcne, slos, ecc. Fgura. Nore Infne le pompe a catena (Fgura 3) rappresentano un'evoluzone delle nore, dove, al posto de recpent, sono nsert de dsch che scorrono a tenuta all'nterno d un clndro vertcale pescante sul fondo del canale. L'acqua vene trascnata dal basso verso l'alto all'nterno dello spazo compreso tra due dsch e la parete del condotto ed nfne versato nel recpente superore. La portata è espressa da Q con = rendmento par al 60-70% d = dametro del dsco [m] d v [m 3 /s] 4 v = veloctà d traslazone de dsch [m/s]. Questo tpo d pompa trova applcazone per l'estrazone d lqud molto torbd o vscos e possono spngers fno a profondtà d crca m. Fgura 3. Pompa a catena 536

81 La Coclea o vte d'archmede (Fgura 4) rappresenta un tpo d macchna essenzalmente costtuta da un clndro rotante ad asse nclnato nel cu nterno, soldale ad esso e un'elca clndrca coassale detta verme. Secondo la descrzone d Vtruvo l'asse della coclea aveva un'nclnazone d crca 37 mentre quella del verme d 45 rspetto all'asse d rotazone. La portata può essere espressa dalla formula: con Fgura 4. Coclea e vte d Archemede Q q z n 60 [l/s] q volume d lqudo compreso all'nterno dell'nvolucro tra due flett n ltr z numero d flett n numero d gr al mnuto Anche questa macchna vene attualmente utlzzata per l'estrazone e trasporto d lqud molto torbd qual acque reflue e fangh resdual da mpant d depurazone trattamento (Fgura 5). Fgura 5 Acquedott 537

82 7.. Pompe ed mpant d sollevamento Il vapore prma e l energa elettrca dopo hanno reso possble la realzzazone d macchne draulche operatrc ; queste rcevono energa meccanca che trasferscono n parte (rendmento ) al lqudo che le attraversa. Nella Fgura 6 sono llustrate tre tpologe classche d mpanto: A. Impanto d sollevamento dretto tra due serbato ; B. Impanto nserto lungo un tratto uncursale dove la quota pezometrca relatva tende ad annullars; C. Impanto costtuto da una pompa sommersa nserta n un pozzo; la pompa solleva la portata Q dalla quota del lvello dnamco (par all abbassamento del lvello statco d falda a seguto dell emungmento del pozzo) al serbatoo n quota. Fgura 6. Sstem d condotte soggette a sollevamento meccanco In ognuno de cas gl element caratterstc d un mpanto e della condotta soggetta a sollevamento meccanco sono: La portata Q, espressa n [l/s] o [m 3 /ora], generalmente nota; La prevalenza o altezza monometrca H m, espressa n metr d colonna d acqua [m], rappresenta l aumento d carco tra l ngresso e l uscta della pompa, par alla somma della prevalenza geodetca H g (dslvello topografco tra la quota del bacno d presa e quello d scarco e pertanto ndpendente dalla portata) e delle perdte d carco rpartte h (funzone della portata Q del dametro DN, della scabrezza k e dello svluppo L della condotta) e delle perdte concentrate h lungo la condotta d mandata: H m = H g+h(q,dn,k,l)+ h 538

83 Per cascun tpo d pompa, la funzone Hm Hm Q luogo ad una curva, detta curva caratterstca della pompa. può essere rappresentata grafcamente dando La potenza teorca P t per sollevare la portata Q alla quota H m sarà par a: rcordando che, peso specfco dell'acqua = 1000 kg/m 3 1kW=10 kgm/s 1CV = 75 kgm/s P t = Q H m = 1000 QH m [kgm/s] P t P t Q H 10 Q H 75 = 9,81 QH [kw] =13,33 QH La potenza effettva P e sarà dunque P e = P t con rendmento propro della pompa defnto precedentemente. P - Potenza da nstallare : [CV] 9,81 Q Hm P [kw] [1] L energa nel perodo d funzonamento t [ore]: E P * t ore [kw h ] [] Nel campo acquedottstco, ne cas A e B, trovano largo mpego le elettropompe centrfughe ad asse orzzontale (Fgura 7), mentre n stuazon analoghe al caso C s rcorre all uso d elettropompe sommergbl (Fgura 8). Fgura 7. elettropompa centrfuga ad asse orzzontale Fgura 8. elettropompa sommergble Nella progettazone d un mpanto d sollevamento rsultano generalmente not: la portata Q lo svluppo L della condotta l altezza geodetca H g tra l punto d prelevo e d resttuzone restano da defnre le perdte d carco per attrto lungo la condotta elevatora h=(q,dn,k,l) e le eventual perdte concentrateh dell mpanto, ambedue funzon del dametro DN della condotta, ncognto. Rcordato che: le perdte d carco lungo la condotta vengono determnate con l espressone d Mannng 5,33 h 10,936 Q k DN L ; 9,81 Q Hg h h la potenza da nstallare P è funzone delle perdte d carco; Acquedott 539

84 per una sere d dametr draulcamente compatbl, desumbl dalle condzon d massma e mnma veloctà, s avrà un aumento del costo d costruzone C dell mpanto va va crescente con l aumentare del dametro, mentre, a partà d portata, dmnuendo la veloctà n condotta e conseguentemente le perdte d carco h, dmnurà la potenza e l energa necessara per l sollevamento e qund cost d eserczo C e Dmensonamento economco del dametro della condotta elevatora Il problema dell ottmo economco s rsolve nel rcercare l valore del dametro commercale DN che renda mnma la somma d: costo C d mpanto, rappresentato generalmente dal solo costo delle tubazon, n quanto sa lavor per la posa n opera della condotta (scav, letto d posa e rnterro) che le opere cvl connesse con la realzzazone della stazone d sollevamento sono poco varabl con l dametro costo captalzzato dell energa CeC spesa per l funzonamento dell mpanto per tutto l perodo d effcenza (5 ann). Nella seguente Fgura 9 sono raffgurat rspettvamente l andamento qualtatvo della funzone costo C (DN) e C e (DN). Una volta captalzzat cost d eserczo con la formula dell nteresse composto bancaro n 1 r 1 CeC Ce r 1 r n con r =tasso d nteresse ed n = durata economca dell mpanto sarà possble sovrapporre le due funzon e rcavare dalla loro somma l valore mnmo al quale corrsponde l DN d massma economa. Fgura 9. Andamento qualtatvo della funzone costo d mpanto C costo d eserczo captalzzato CeC 540

85 L esempo seguente oltre a charre l concetto espresso, dmostrerà noltre che l calcolo economco è ndpendente dalla prevalenza geodetca e può essere rferto ad un metro d condotta. Esempo 41. Dmensonamento economco condotta elevatora Un mpanto d sollevamento deve approvvgonare un serbatoo con una portata costante d 35 l/s per una durata d 8 ore al gorno (par a 8*365=.90 ore /anno). La condotta, n accao con coeffcente d scabrezza Strckler 90, ha uno svluppo d m ed un salto geodetco d H g=3 75 m. Determnare l dametro commercale che ottmzza l mpanto. Defnt: 9,81 Q H m P [kw] la potenza da nstallare E t ore P [kwh] energa spesa nel perodo d funzonamento ck= 0,15 /kwh prezzo dell energa v = 0,5 [m/s] veloctà mnma n condotta V = 3,0 [m/s] veloctà massma n condotta r = 5 % tasso d nteresse n = 5 durata economca dell mpanto = 0,75 rendmento Nel campo compreso tra le suddette veloctà rsultano compatbl dametr commercal dal DN 100 al DN 300. Q V D DN 0,035 0,5 0,070 0, ,035 1,0 0,035 0, ,035 1,5 0,03 0, ,035,0 0,018 0, ,035,5 0,014 0, ,035 3,0 0,01 0, S rlevano sul mercato cost, per m, delle tubazon, comprensv d trasporto ed IVA, rportat nella seguente tabella DN D Costo DN D Costo mm /m mm /m , , , , , ,60 Per ogn sngolo dametro s determna : 5,33 h10,936q k D L perdte d carco lungo la condotta H m = H g + h altezza manometrca C = * L costo dell mpanto P potenza nstallata E energa spesa Ce = ck * E Acquedott 541

86 n 1 r 1 CeC Ce r 1 r n = 14,0954 Ce valore captalzzato del costo d eserczo al tasso d nteresse r= 5% per n=5 ann Tutt valor defnt n precedenza sono rportat nella seguente Tabella I. Tabella I Il grafco mostra come all aumentare del dametro DN aumentno cost d mpanto C mentre l Costo captalzzato dell energa CEC ha andamento opposto. La somma delle due curve consente d traccarne una terza, C + CEc, che presenta un mnmo n corrspondenza del quale s ndvdua l dametro commercale DN 00 che ottmzza l mpanto. Ad analogo rsultato s pervene svolgendo calcol senza tener conto della prevalenza geodetca e rferendo cost d mpanto e d eserczo ad un metro d condotta, come rportato nella Tabella II e relatvo grafco. 54

87 Tabella II Per l dametro DN 00 e per la portata assegnata d 0,035 m 3 /s corrsponde una veloctà n condotta d 1 m/s; questo rappresenta l valore assunto comunemente per la determnazone, spedtva, del dametro da assegnare alla condotta elevatora, prescndendo dal calcolo economco Crter d scelta delle pompe centrfughe I dat necessar per la scelta della pompa, coè la portata Q e la prevalenza H m del punto d funzonamento desderato, sono not e con quest dat è possble rcavare dal campo caratterstco d mpego l tpo d elettropompa necessaro. 13 Ad esempo per una coppa d valor Q=45 l/s ed H m = 16 m d colonna d acqua dal Campo caratterstco d mpego d elettropompe centrfughe ad asse orzzontale tratto dal catalogo della KSB, s ndvdua l tpo k (Fgura 10). Oltre le grandezze geometrche della pompa così scelta (Fgura 11) vene evdenzata la curva caratterstca Q=(H) tpche del modello (Fgura 1). In prmo luogo s verfca che al punto d funzonamento corrsponda un rendmento soddsfacente ; n questo caso rsulta crca l 75% valore accettable per questo tpo d macchne. Nel caso n cu l rendmento s dscost da valor accettabl s dovrà sceglere un altra pompa. 13 Quest dagramm a mosaco sono fornt dalle case costruttrc Acquedott 543

88 Fgura 10. Campo caratterstco d elettropompe centrfughe ad asse orzzontale KSB sere k Fgura 11. Fgura 1. Curve caratterstche tpche della pompa KSB modello /k Per verfcare la sogla oltre la quale nza l fenomeno della cavtazone 14 s utlzza la curva NPSH Net Postve Sucton Head (carco assoluto netto all asprazone). Per l corretto funzonamento dell mpanto dovrà essere che : NPSH dsponble NPSH rchesto 14 asprazone d ara e creazone d vuoto nel tubo d asprazone e nel collettore con conseguente caduta del rendmento, rumore e portata rregolare 544

89 Sollevando acqua fredda n condzon d pressone atmosferca NPSH dsponble=10 +Z+Y [m] Z= dslvello tra superfce lbera nella vasca d asprazone ed l barcentro della grante ; per Z>0 l dslvello è postvo e s chama battente; per Z<0 l dslvello è negatvo ed l suo valore assoluto s chama altezza d asprazone. Y= perdte d carco, contnue e localzzate, nella condotta d asprazone. La grante G, munta d pale generalmente fsse è racchusa da un nvolucro C, detto collettore. La grante, collegata con un albero A ad un motore elettrco, aspra acqua dal tubo d asprazone T a e, tramte l collettore C, spnge l fludo nella tubazone premente T p. Fgura 13. NPSH- Q - Pompa KSB modello /k Per la dsposzone sotto battente è evdente che NPSH dsponble è sempre > NPSH rchesto Infne può essere stablta con suffcente precsone la potenza assorbta allo spunto P [kw] Fgura 14. Elettropompa centrfuga mono-stado Quando una sngola pompa non è n grado d erogare tutta la portata necessara, oppure s desdera per esgenze d servzo frazonare la portata complessva, s rcorre all nstallazone d due o pù pompe n parallelo, n questo caso le sngole portate s sommano e la curva caratterstca s costrusce sommando le curve delle sngole pompe 15 n corrspondenza d punt alla stessa prevalenza (Fgura 15). 15 se le pompe sono ugual la portata totale è data dalla moltplcazone delle portate della sngola pompa per l numero delle macchne n parallelo. Acquedott 545

90 Fgura 15. Schema d elettropompe n parallelo Qualora una sngola pompa non sa n grado d fornre tutta la prevalenza necessara, oppure s desder per esgenze d servzo frazonare tale prevalenza, s può rcorrere a var sstem. Il prmo consste nel realzzare stazon ntermede d sollevamento provvste d serbato d dsconnessone e d prelevo per l rlanco successvo (Fgura 16). Fgura 14. Impanto d sollevamento con rlanc parzal Ogn sngolo tratto vene consderato autonomamente come vsto precedentemente. Una seconda soluzone prevede d dsporre le pompe n sere: tutta la portata delle prma pompa vene nvata n sequenza nello stado della seconda e ad eventual stad successv. La curva caratterstca d pù pompe n sere s costrusce sommando per l valore della portata Q la prevalenza d cascuna pompa (Fgura 16). Fgura 16. Schema d elettropompe n sere 546

91 Infne runendo n successone gl stad d ogn sngola pompa posta n sere n un unco albero ed unco motore s realzza una pompa centrfuga mult-stado ad asse orzzontale (Fgura 17). Fgura 17. Elettropompa centrfuga mult-stado La scelta d questo partcolare tpo d macchna, note la portata Q e la prevalenza H m del punto d funzonamento desderato, vene effettuata prelmnarmente esamnando dagramm del campo caratterstco d mpego d elettropompe mult-stado. Ad esempo per una coppa d valor Q=45 l/s (.700 l/mn 16 m 3 /h) ed H m = 60 m d colonna d acqua dal Campo caratterstco d mpego d elettropompe centrfughe mult stado ad asse orzzontale tratto dal catalogo della Ercole Marell s ndvdua l tpo PGM 150/8 grant (Fgura 18). Fgura 18. Campo caratterstco d elettropompe centrfughe multstado ad asse orzzontale In prmo luogo s verfca dalla curva caratterstca Q=Q(H) tpca del modello PGM 150 (Fgura 19) che l punto d funzonamento abba un rendmento soddsfacente; n questo caso rsulta crca l 70% valore al lmte della convenenza; s potrebbe mglorare cercando su catalogh d altre Dtte. Acquedott 547

92 Fgura 19. curve caratterstche tpche della pompa MARELLI modello PGM Curva caratterstca dell mpanto e punto d funzonamento Scelta la pompa, resta defnta, come detto, la curva caratterstca rappresentatva della condzone espressa dalla Q=Q(H m ), determnando condzon d funzonamento varabl: aumentando progressvamente la portata dmnusce l altezza manometrca o vceversa. Per contro la prevalenza H m è altresì funzone delle perdte h caratterstche d un solo tpo d mpanto elevatoro; questa condzone è rappresentata da una parabola con vertce n H sulla retta delle ordnate e vene defnta Curva caratterstca dell mpanto. Questa derva dalla somma della componente statca rappresentata dalla altezza geodetca H g, ndpendente dalla portata, e dalla componente dnamca par all altezza pezometrca nella sezone d nzo della premente. La sovrapposzone della curva caratterstca dell mpanto sulla curva caratterstca della pompa determna l Punto d Funzonamento ottmale d quell mpanto con quella pompa d caratterstca Q=Q(H m ) (Fgura 0). Fgura 0. Punto d funzonamento ottmale 548

93 Eventual modfche apportate all mpanto determneranno nuove condzon d funzonamento ( Fgura 1) che potranno essere soddsfatte cambando macchna (P 1 <> P ), varando, se possble, la veloctà d rotazone del motore (n 1 <> n ) o cambando la grante (D 1 <> D ). Fgura 1. Spostamento del punto d funzonamento sulla curva caratterstca dell mpanto Nel caso n cu s abba a dsposzone una pompa d assegnata caratterstca Q=Q(H m ) s potrà determnare l dametro della condotta costtuente l mpanto n modo da avvcnars al Punto d Funzonamento ottmale (Fgura Esempo n.35). Fgura. Spostamento del punto d funzonamento sulla curva caratterstca della pompa Acquedott 549