3) INTERVENTI DI PROGETTO

Transcript

1

2 INDICE 1) PREMESSA ) STATO ATTUALE ) INTERVENTI DI PROGETTO ) OPERA DI PRESA ) COLLEGAMENTO TRA L OPERA DI PRESA E IL TEMPIO DI DIANA ) VERIFICA TUBAZIONE =800 mm ) VERIFICA N.7 TUBAZIONI =400 mm ) ADDUZIONE AL TEMPIO DI DIANA ) STRAMAZZI CANALE D ERCOLE ) IMMISSIONE NELLA CANALIZZAZIONE ESISTENTE ) CONCLUSIONI

3 1) PREMESSA La presente relazione illustra le scelte idrauliche effettuate al fine di attuare il progetto di completamento del sistema delle acque dei giardini della Venaria Reale. Il progetto prevede essenzialmente la realizzazione degli impianti e delle opere idrauliche necessarie alla modifica dell opera di presa, all allagamento dei resti del tempio di Diana, all ampliamento del Canale d Ercole ed al miglioramento della qualità dell acqua utilizzata dal sistema idrico al fine di prevenire la formazione di alghe e depositi di materiale all interno del sistema e della Peschiera. La relazione affronta le problematiche connesse alle opere idrauliche previste in progetto, assumendo come oggetto di verifica i principali componenti che costituiscono il sistema idraulico del tempio di Diana e dell allea d Ercole. 2

4 2) STATO ATTUALE L alimentazione idrica del tempio di Diana, del canale d Ercole e della Peschiera, avviene, allo stato attuale, tramite l opera di presa posta a nord ovest dei giardini della Reggia della Venaria Reale. L opera di presa preleva la portata dal canale di Druento, che a sua volta attinge dal torrente Ceronda; tutto ciò implica che non si abbia la garanzia della presenza continua e costante dell acqua derivata e che la stessa acqua non sia sempre pulita. Si descrivono gli elementi principali esistenti formanti il sistema idraulico tempio di Dianacanale d Ercole. Dall opera di presa e di sfioro su citata, situata a monte del tempio di Diana vi è un tratto di percorso intubato con una condotta in c.a. di diametro = 800 mm con pendenza media del 0,25%, che sbuca nel tempio di Diana. Il tempio di Diana è parzilamente allagato e successivamente l acqua defluisce in un tratto di canalizzazione (tubazione in c.a. di diametro = 800 mm) che porta l acqua verso l allea d Ercole. Il canale d Ercole attuale presenta una sezione trapezia con base minore pari a 60 cm, base maggiore 220 cm, altezza 60 cm. La sezione è rivestita in ciottoli, con una pendenza media del 0,3%. Sono stati interposti, lungo il profilo del canale, degli stramazzi per rallentare l acqua e creare l effetto di maggiore riempimento del canale stesso. In prossimità della fontana d Ercole il canale diviene una canalizzazione in c.a. di diametro =800 mm con pendenza media del 0,7% che si immette nella Peschiera. Il canale su descritto percorre tutta l area verde interposta tra il tempio di Diana e la fontana d Ercole, per poi immettersi nella Peschiera ed alimentarla. 3

5 3) INTERVENTI DI PROGETTO Il progetto prevede la sistemazione ed allagamento del tempio di Diana e l allargamento del canale d Ercole a 8,00m. La risorsa idrica utilizzata per alimentare il sistema è prelevata dal Canale di Druento, pertanto si prevedono anche le opere necessarie all utilizzo di detta portata, al fine di renderla compatibile con il sistema. Le opere idrauliche previste da monte verso valle sono: miglioramento dell opera di presa mediante il raddoppio della vasca di sedimentazione e costruzione di un bacino per l alloggiamento di cannetti al fine di ottenere un acqua libera quanto più possibile da particelle in sospensione e da sostanze disciolte; nuova tubazione di collegamento dell opera di presa al tempio di Diana così da potere inserire i manufatti su citati e diminuire la pendenza dell adduzione attuale al tempio di Diana, tale così da inondare per la quasi totalità le fondazioni del tempio; creazione di una serie di stramazzi aventi la funzione di bloccare il deflusso diretto della corrente idrica verso la Peschiera, creando un effetto di gradoni d acqua con una leggera caduta di acqua stessa da un gradone all altro e rallentandone la velocità di deflusso; realizzazione di un pozzetto di captazione delle acque provenienti dal canale d Ercole e collegamento con la tubazione esistente che alimenta la Peschiera. Si esaminano nel dettaglio i vari componenti del sistema idraulico. 3.1) OPERA DI PRESA L opera di presa è incrementata mediante la costruzione di una nuova vasca di sedimentazione in c.a. di dimensioni interne pari a 10,0 x 8,0 m e l inserimento di n.4 paratoie in acciaio ad altezza variabile, per ogni vasca. La portata idrica in arrivo dall opera di presa, regolata in quantità tramite le paratoie esistenti, attraversa la prima vasca (esistente) e tracima attraverso le quattro paratoie, sedimentando già una buona parte di materiale posto in sospensione. 4

6 Successivamente incontra la seconda vasca in c.a. e le altre quattro paratoie sedimentando ulteriormente il materiale sospeso. Dalla vasca in progetto parte la nuova tubazione in c.a. resinato =800 mm che si collega con il tempio di Diana e una tubazione in PVC =400mm che collega la vasca con lo scarico dell opera di presa. La tubazione in PVC =400mm sarà utilizzata occasionalmente per consentire la pulizia delle vasche di sedimentazione, per cui sarà occlusa, in condizioni normali, da una paratoia in acciaio. 3.2) COLLEGAMENTO TRA L OPERA DI PRESA E IL TEMPIO DI DIANA Il collegamento tra l opera di presa, vale a dire la seconda vasca di sedimentazione ed il tempio di Diana, avviene, partendo da monte verso valle, mediante la posa di una tubazione in c.a. resinato = 800 mm, pendenza = 0,1%, fino ad intercettare il manufatto a sezione rettangolare in c.a. esistente e proseguire fino al pozzetto P2. Dal pozzetto P2 si diramano n.7 tubazioni in PVC SN8 PVC = 400 mm, pendenza = 0,1% che si immettono nel bacino di alloggiamento dei canneti, tramite l interposizione di n.7 pozzetti drenanti da cui dipartono n.14 tubazioni in PEAD corrugato = 200 mm drenanti. La portata idrica attraversa il bacino dei canneti avente la funzione di purificare l acqua dalle sostanze presenti in essa; al termine di bacino è intercettata da n.14 tubazioni in PEAD corrugato = 200 mm drenanti confluenti in n.7 pozzetti drenanti da cui partono n.7 tubazioni in PVC SN8 PVC = 400 mm, pendenza = 0,1% che si immettono nel pozzetto P3. Dal pozzetto P3 si prosegue con una tubazione in c.a. resinato = 800 mm, pendenza = 0,1% fino ad arrivare al pozzetto P8. Il pozzetto P8 presenta un salto di fondo; da esso verso il tempio di Diana in sistema idraulico funziona un più a pelo libero ma in pressione. Si verificano le varie tubazioni in progetto appartenenti al sistema su descritto, al transitare della portata di progetto pari a Qo=12 l/s, valore che crea 1 cm d acqua al di sopra degli stramazzi; e della portata massima prevista pari a Qmax=500 l/s, valore che allo stato attuale è in grado di transitare attraverso le tubazioni esistenti e che fu individuato come quantitativo massimo di portata nei progetti passati. La doppia verifica è eseguita al fine di garantire comunque il passaggio dello stesso quantitativo d acqua attuale anche a seguito della realizzazione delle opere in progetto. 5

7 3.2.1) VERIFICA TUBAZIONE =800 mm La tubazione oggetto di verifica è compresa tra la vasca di sedimentazione in progetto e il pozzetto P2, tra i pozzetti P2 e P8. Si determinano le caratteristiche idrauliche che si instaurano nella sezione al transitare della portata di progetto Q o = 12 l/s e successivamente si verifica che la portata massima Q max = 500 l/s possa transitare nella tubazione in progetto. Le caratteristiche idrauliche che si instaurano nella condotta nel caso di portata pari a Qo=12 l/s risultano essere: - altezza d acqua pari al diametro della tubazione: y = 0,08 m; - sezione bagnata: A = 0,03 mq; - contorno bagnato: C = 0,53 m; A 0,03 - raggio idraulico: R = = = 0, 05m C 0,53 - pendenza: i = 0,1 % - velocità: V = χ * R * i dove: γ = 0,11 coefficiente di Bazin per tubazioni in c.a. resinate; χ = = = 59,53 coefficiente di scabrezza; γ 0,11 R 0,05 per cui : V = 59,53* 0,05*0,001 = 0, 43 m s La portata risultante è pertanto la seguente: 3 m l Q = V * A = 0,43* 0,03 = 0,012 = 12 s s Si determinano ora i parametri che si instaurano nella condizione di tubazione piena: - altezza d acqua pari al diametro della tubazione: y = 0,80 m; - sezione bagnata: A = 0,50 mq; - contorno bagnato: C = 2,51 m; A 0,50 - raggio idraulico: R = = = 0, 20m C 2,53 6

8 - pendenza: i = 0,1 % - velocità: V = χ * R * i dove: γ = 0,11 coefficiente di Bazin per tubazioni in c.a. resinate; χ = = = 70,33 coefficiente di scabrezza; γ 0,11 R 0,20 per cui : V = 70,33* 0,20*0,001 = 0, 99 m s La portata risultante è pertanto la seguente: 3 m l Q = V * A = 0,99*0,50 = 0,500 = 500 s s La portata di progetto transita nella tubazione con un riempimento del 10%, mentre la portata massima può transitare in condizione di tubo pieno. La tubazione risulta pertanto verificata. Si riporta la scala di deflusso relativa alla sezione su esaminata al fine di valutare la portata e la velocità che si instaurano nella sezione in condizioni di riempimento di tubazione parziale. Coefficiente di adeguamento in caso di riempimenti parziali 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 Vp/V 0,30 Qp/Q 0,20 0,10 0,00 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 h/d 7

9 3.2.2) VERIFICA N.7 TUBAZIONI =400 mm Le tubazioni oggetto di verifica sono i collegamenti posti tra i pozzetti P2 e P3 e il bacino per l alloggiamento dei canneti. Si effettuano le verifiche relativamente ad una tubazione per cui le portate di riferimento sono divise per sette (numero di tubazioni presenti in parallelo). Si determinano le caratteristiche idrauliche che si instaurano nella sezione al transitare della portata di progetto Qo7=(12/7)=1,7 l/s e successivamente si verifica che la portata massima Qmax7=(500/7)=71 l/s possa transitare nella tubazione in progetto. Le caratteristiche idrauliche che si instaurano nella condotta nel caso di portata pari a Qo7=1,7 l/s risultano essere: - altezza d acqua pari al diametro della tubazione: y = 0,04 m; - sezione bagnata: A = 0,01 mq; - contorno bagnato: C = 0,25 m; A 0,01 - raggio idraulico: R = = = 0, 03m C 0,25 - pendenza: i = 0,1 % - velocità: V = χ * R * i dove: γ = 0,11 coefficiente di Bazin per tubazioni in c.a. resinate; χ = = = 51,59 coefficiente di scabrezza; γ 0,11 R 0,03 per cui : V = 51,59* 0,03* 0,001 = 0, 26 m s La portata risultante è pertanto la seguente: 3 m l Q = V * A = 0,26*0,01 = 0,0017 = 1, 7 s s Si determinano ora i parametri che si instaurano nella condizione di tubazione piena: - altezza d acqua pari al diametro della tubazione: y = 0,38 m; - sezione bagnata: A = 0,11 mq; 8

10 - contorno bagnato: C = 1,19 m; A 0,11 - raggio idraulico: R = = = 0, 10m C 1,19 - pendenza: i = 0,1 % - velocità: V = χ * R * i dove: γ = 0,11 coefficiente di Bazin per tubazioni in c.a. resinate; χ = = = 64,12 coefficiente di scabrezza; γ 0,11 R 0,10 per cui : V = 64,12* 0,10*0,001 = 0, 62 m s La portata risultante è pertanto la seguente: 3 m l Q = V * A = 0,62*0,11 = 0,071 = 71 s s La portata di progetto transita nelle tubazioni con un riempimento del 11%, mentre la portata massima può transitare in condizione di tubi pieni. Le tubazioni risultano pertanto verificate. Si riporta la scala di deflusso relativa alla sezione su esaminata al fine di valutare la portata e la velocità che si instaurano nella sezione in condizioni di riempimento di tubazione parziale. 9

11 Coefficiente di adeguamento in caso di riempimenti parziali 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 Vp/V Qp/Q 0,10 0,00 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 h/d 3.3) ADDUZIONE AL TEMPIO DI DIANA L adduzione al tempio di Diana avviene mediante un sistema funzionante in pressione, in quanto le tubazioni che immettono la portata idrica all interno del tempio devono essere sommerse. Il pozzetto P8 presenta un salto di fondo tale da fare si che a monte del pozzetto il sistema funzioni in condizioni di pelo libero, mentre a valle del P8 il sistema funzioni in pressione. Si determina qual è il carico idraulico che si deve avere in P8 affinché il pelo libero dell acqua all interno del tempio di Diana raggiunga il valore stabilito (+0,50m) al transito della portata di progetto Qo=12 l/s e della portata massima Qmax=500 l/s. Il sistema è schematizzabile tramite due serbatoi posti a quote diverse, collegati da tre condotte in progetto in PVC SN8 a tenuta =400 mm. La portata prestabilita deve transitare dal pozzetto P8 attraverso le tre condotte in pressione, al tempio di Diana; in questo passaggio vi sono delle perdite di carico, che devono però coincidere per tutte e tre le tubazioni. Si verificano le tre condotte =400 mm al passaggio della portata di progetto Qo=12l/s. 10

12 Occorre che le condotte abbiano la massima capacità di veicolare l acqua al loro interno limitando al minimo le perdite di carico, dovute al materiale costituente le condotte, alla geometria del tracciato, alle condizioni al contorno. In particolare le perdite di carico legate alla scabrezza dei materiali costituenti la condotta vengono ad incidere in modo sistematico e costante lungo tutta la sua lunghezza determinandone quindi l inclinazione della piezometrica rispetto all orizzontale. Le perdite di carico dovute alla geometria della condotta vengono ad influenzare l andamento della piezometrica in modo puntuale determinandone delle discontinuità limitatamente al punto in cui le interferenze sono localizzate. Dal punto di vista matematico l andamento della linea dei carichi piezometrici può essere rappresentato con la relazione : H = i L + Σ ξ u2 2g Dove: H: perdita di carico (differenza di quota tra il punto di partenza e quello considerato, carico necessario a fare transitare la portata di progetto) i L : perdita di carico distribuite; L : lunghezza condotta pari a L1=51,8m, L2=39m, L3=41,75m; 2 Q i = β * 5 * L φ β: funzione del coefficiente di scabrezza che può essere individuato con una tra le formule di Bazin (γ), Kutter (m), Gauckler Strickler, Manning (n). Per quanto riguarda il caso in questione è stata utilizzata la formula di Manning adottando un coefficiente n=0,012 riferito ad una tubazione di buone caratteristiche; = 380mm; 2 u ξ * : perdite di carico concentrate 2 * g ξ: coefficiente di perdita concentrata funzione del tipo di vincolo geometrico : curve, variazioni di sezione, imbocchi o sbocchi in serbatoi, presenza di valvole o saracinesche. E assunto pari a ξ=0,5+0,5=1 per l imbocco e lo sbocco dai serbatoi; u: velocità della corrente; g: accelerazione di gravità (9,81 m/s2). 11

13 Per il caso studiato l equilibrio si raggiunge quanto il carico presente nel pozzetto P8 è superiore di H = 0,0002 m rispetto la quota del livello idrico presente nel tempio di Diana, quindi è quasi nullo il carico idrico necessario a far defluire la portata di progetto. Si determina inoltre il carico idrico massimo necessario a fare transitare la portata massima nel tempio di Diana. Per un valore di Qmax=500 l/s occorre un dislivello idraulico di H = 0,329m, compatibile con la geometria del sistema, pertanto le condotte risultano essere verificate. 3.4) STRAMAZZI CANALE D ERCOLE Dal tempio di Diana la portata idrica defluisce nel canale d Ercole, tramite un canale a sezione rettangolare in c.a. con materiale vegetale posto sul fondo, di base 8,0 m e altezza variabile da un minimo di 0,95m a un massimo di 1,60m circa. Lungo il canale sono posti degli stramazzi aventi la funzione di rallentare la velocità dell acqua e creare un effetto di riempimento del canale stesso con dei gradoni da cui scende l acqua. Si verificano detti stramazzi determinando l altezza d acqua che si instaura sugli stessi al defluire della portata di progetto Qo=12 l/s. La suddetta portata per potere transitare sullo stramazzo deve innalzare il livello idrico al di sopra lo stesso di H = 1 cm cosichè la portata è: 2 Q = 0,42*( L H )* H * 2* g * H 10 calcolata con la formula delle bocche a stramazzo ad efflusso libero con contrazione laterale dove: L = 6,68 m larghezza dello stramazzo; H = 0,01 m altezza d acqua al di sopra dello stramazzo; g = 9.81 m/s2 accelerazione di gravità. Di conseguenza: 2 Q = 0,42*( L H ) * H * 2* g * H = 0, l s 12

14 L altezza d acqua che si instaura al di sopra dello stramazzo al transitare della portata massima Q max = 500 l/s è di H = 0,12 m. Si riporta la scala di deflusso relativa agli stramazzi su esaminati al fine di valutare l altezza d acqua che si crea al di sopra degli stramazzi al transitare di una portata compresa tra i valori su citati. SCALA DI DEFLUSSO 0,14 0,12 ALTEZZA D'ACQUA (m) 0,1 0,08 0,06 0,04 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 PORTATA (mc/s) 13

15 3.5) IMMISSIONE NELLA CANALIZZAZIONE ESISTENTE Al termine del canale d Ercole la portata idrica si immette come in una bocca di richiamo appartenente ad un pozzetto in c.a. realizzato in opera contenente un ultimo stramazzo. Il flusso dal pozzetto defluisce in una tubazione = 800 mm pendenza = 0,1% avente le stesse caratteristiche della tubazione principale in progetto, quindi anch essa verificata. La tubazione si collega al pozzetto esistente posto di fronte alla fontana d Ercole, dove è presente una tubazione che prosegue lungo il viale per giungere ed alimentare la Peschiera. 4) CONCLUSIONI I principali elementi coinvolti dal progetto esecutivo risultano essere verificati al transitare della portata di progetto Qo=12 l/s, più precisamente: - tubazione principale = 800 mm in c.a. resinato verificata per la portata di progetto con un riempimento del 10%; - tubazioni di collegamento al bacino dei canneti = 400 mm in PVC SN8 verificate per la portata di progetto con un riempimento del 11%; - tubazioni di immissione nel tempio di Diana = 400 mm in PVC SN8 verificate per la portata di progetto con un carico idraulico a monte di 0,0002 m; - stramazzi posti lungo il canale d Ercole verificati per la portata di progetto con H=1 cm, altezza d acqua che si instaura sugli stramazzi. Inoltre dall esame dei risultati di calcolo dei livelli idraulici si evince che le tubazioni e i sistemi idraulici utilizzati per la realizzazione del progetto risultano essere verificati anche in presenza della massima portata prevista pari a Q max = 500 l/s. 14