DIMENSIONAMENTO IDROLOGICO IDRAULICO DEI PRINCIPALI CANALI ED ATTRAVERSAMENTI IN CONDOTTA DI PROGETTO

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2 DIMENSIONAMENTO IDROLOGICO IDRAULICO DEI PRINCIPALI CANALI ED ATTRAVERSAMENTI IN CONDOTTA DI PROGETTO Il rapporto tra l intervento di realizzazione del ciclodromo progettato e l assetto idrografico di smaltimento delle acque meteoriche provenienti dai terreni a meridione, così come definite nella tavola del Reticolo Idrografico stato attuale in scala 1:2.000 allegata, vede la presenza di un sistema di fosse campestri che fanno affluire le acque a canali presenti a settentrione dell area di intervento e quindi comporta la necessità di prevedere attraversamenti con canali e condotte delle aree interessate dalle realizzazioni progettate. In particolare il sistema di collettori che permetteranno il libero deflusso delle acque dai terreni a meridione verso i suddetti ricettori a settentrione, è stato progettato in modo da mantenere inalterate le aree di drenaggio ed i recapiti finali delle acque, mediante la realizzazione di nuove fosse di attestamento di quelle intercettate dall impianto del ciclodromo e la creazione di collettori interrati al di sotto della pista e delle aree rialzate del parcheggio, così come rappresentato nelle tavole di progetto planivolumetrico. In particolare, così come schematicamente rappresentato nella carta dei Comparti idrografici di dimensionamento delle portate dei canali e scatolari in scala 1:2.000 allegata, risulta che il sistema di raccolta delle acque dalle aree di monte è tale da individuare diversi sottocomparti idraulici; in particolare si rileva la esistenza di un areale A di mq di estensione che affluisce al nuovo canale parallelo all area degli spogliatoi e che, attraverso uno scatolare rettangolare che attraversa il parcheggio, riversa nella fossa di via Albinatico, ed un altro areale B di mq di estensione che, mediante la realizzazione di un nuovo canale parallelo ed a monte dell area della rampa delle tribune, defluisce verso il collettore in asse all anello della pista a Nord e che riversa le acque nel fosso parallelo alla via Cantera Nord. Unitamente a questi due comparti principali, il sistema di smaltimento prevede il recapito dell area orientale del ciclodromo e della relativa area di accumulo temporaneo delle acque dotata di bocca tarata di uscita, nel fosso perimetrale la proprietà verso Est, mentre il deflusso delle acque raccolte dall appezzamento di terreno agricolo a meridione il parcheggio, di mq di estensione, verrà ricondotto al canale parallelo alla via Albinatico mediante fossa campestre parallela al lato Sud del suddetto parcheggio pubblico di progetto. Lo studio idrologico idraulico eseguito in queste sede si è articolato nei seguenti punti: 1. stima della massima portata idrologica di piena con riferimento ad eventi di pioggia per un tempo di ritorno pari a 200 anni per i bacini A e B ; 2. verifica, in base alle considerazioni di cui al punto precedente, delle sezioni dei principali canali e degli scatolari di progetto. ANALISI IDROLOGICA Per stabilire i valori delle portate di picco per eventi di pioggia con Tr pari a 200 anni relative ai bacini oggetto di studio è stato utilizzato il metodo del volume d invaso quale modello di deflusso più indicato a schematizzare il comportamento idrologico del sistema. 1

3 Curva di possibilità climatica Per valutare la curva di possibilità climatica (CPC) di riferimento per il bacino in esame è stato fatto riferimento allo studio condotto da S. Pagliara - C. Viti riportato nel Giornale Del Genio Civile da Luglio a Settembre 1990 in cui si determinano per la Toscana le curve isoparametriche per le piogge orarie. Seguendo tale studio, l altezza di pioggia con tempo di ritorno T r per una durata di pioggia t si determina mediante l espressione: dove i simboli hanno il seguente significato: h = a t n T r m a, n, m = coefficienti sperimentali determinati da Pagliara e Viti pubblicati sull estratto dal giornale del Genio Civile fascicoli del t = tempo di pioggia T r = tempo di ritorno - assunto in questo caso pari a 200 anni La curva presa a riferimento è quella relativa al pluviometro di Montecatini Terme i cui valori sono: a = n = m= I valori di detta curva di possibilità climatica risultano in linea con quelli riportati nello studio idraulico di supporto al R.U. approvato e, riferendosi alle tabelle di caratterizzazione idrologica contenute nel Progetto di Area Vasta, sono più cautelativi rispetto a quelli relativi ai pluviometri di Monsummano Terme e Castelmartini, anch'essi vicini all'area di studio. Nello studio citato, gli Ingg. S. Pagliara e C. Viti hanno raccolto i dati pluviometrici relativi alle stazioni toscane e da questi determinato le curve di possibilità climatica con una correlazione pari al 95%. In detto studio si trova una tabella in cui sono riassunti i valori dei parametri sopra richiamati determinati in accordo alla distribuzione di probabilità di Gumbel. Trasformazione afflussi-deflussi I parametri da stabilire per individuare, mediante il metodo dell invaso, il valore della portata di picco sono tre: - il coefficiente di afflusso ϕ; - la durata di pioggia critica D; - il volume invasabile V nella rete di scolo e nei cosiddetti piccoli invasi. Coefficiente di afflusso ϕ Il coefficiente di afflusso è il parametro necessario per valutare il quantitativo di pioggia caduta che va ad originare il deflusso superficiale. Considerata la tipologia dei terreni presenti e la destinazione di uso del suolo delle aree che costituiscono i bacini in esame sono stati assunti i seguenti coefficiente di afflusso: - aree a verde e/o agricole: 0.4; - aree urbanizzate:

4 Durata di pioggia critica D La durata critica utilizzata per il calcolo dello ietogramma di pioggia è stata assunta pari al tempo critico t cr. Per calcolare t cr si è adottato la seguente espressione: t cr =(2.6+n o ) (v o /(ϕ a*) ) 1/n0 dove n 0 = 4/3 n a*(dove a*= a T m r ) e n sono parametri della CPC (a* in m/ore) Svolgendo i calcoli risultano le seguenti durate di pioggia critica per Tr = 200 anni e altezze di pioggia cumulata: Bacino A: 1.17 h mm (vedi tabella 1); Bacino B: 1.04 h mm (vedi tabella 2). Volume invasato V Il volume V (m 3 ) che il bacino è capace di invasare è definito come: V = v 0 A dove: A: area del bacino; v 0 : l invaso specifico. L invaso specifico v 0 (mc/mq) è dato dalla somma del cosiddetto volume dei piccoli invasi v 1, che dipende dalla tipologia del sottobacino tributario, con l invaso proprio della rete v r. v 0 = v 1 + v r Il volume dei piccoli invasi v 1 è stato calcolato come media pesata sulle aree dei seguenti volumi specifici (valori di riferimento indicati dalla letteratura in materia): v 1 = 0.01 mc per mq di bacino con suolo agricolo e/o a verde; v 1 = mc per mq di bacino con suolo urbanizzato. Riferendosi al bacino A, la superficie totale di mq (1,85 ha) è del tutto agricola. Riferendosi al bacino B, questo è costituito per una superficie di mq (6.82 ha) da terreni agricoli e per mq (0,9 ha) da aree edificate, resedi e piazzali. L invaso proprio della rete v r è stato stimato con la seguente formula di Iannelli corretta con un coefficiente C che tiene conto dell aumento di v r al crescere dei volumi d acqua caduti sul bacino e quindi del tempo di ritorno. v r = C(v A ) = (1/n-n) (v A ) dove: A: area del bacino; n: esponente della curva di possibilità climatica. 3

5 La portata massima Q (mc/s), trattandosi del metodo del volume d invaso, è stata ricavata in funzione del coefficiente udometrico u (l/(s ha)) secondo la relazione: Q = (u A)/1000 dove, secondo la formula del Puppini: u = (26α + 66) n (ϕ a*) 1/n -(1/n-1) v 0 con: α = 3/2; m a*: coefficiente della curva di possibilità climatica in m/d (varia al variare del tempo di ritorno) - a*= a T r Dai calcoli svolti (vedi tabelle 1 e 2) con la metodologia sopra indicata risultano i seguenti valori di portata di picco per eventi di pioggia con tempo di ritorno pari a 200 anni: Bacino A: 0.10 mc/s; Bacino B: 0.57 mc/s. Tabella 1. Foglio di calcolo per la portata con il metodo del volume d invaso - Bacino A 4

6 Tabella 2. Foglio di calcolo per la portata con il metodo del volume d invaso - Bacino B DIMENSIONAMENTO DEI CANALI DI RACCOLTA E DEGLI SCATOLARI DI ATTRAVERSAMENTO Con riferimento a quanto indicato nel capitolo precedente le fosse di raccolta e gli scatolari previsti per il convogliamento delle acque dalle aree di monte alle fosse poste a valle l area di intervento, dovranno essere dimensionati per far transitare portate di 0,10 e 0,57 mc/sec rispettivamente per il comparto A e B. La stima della portata defluibile, è stata calcolata facendo riferimento alla seguente relazione analitica: Qamm = v A dove: Qamm = portata ammessa in deflusso v = velocità della corrente espressa in m/s, A = area bagnata della sezione; La stima della velocità media dell acqua in deflusso (v) è stata ottenuta mediante la relazione di Chèzy: v = χ R i nella quale, i = pendenza media del tratto considerato espressa in percentuale; R = raggio idraulico della sezione, corrispondente al rapporto fra la superficie di deflusso ed il perimetro bagnato; 5

7 χ = coefficiente di resistenza al deflusso, funzione delle condizioni di manutenzione e delle caratteristiche tipologico-strutturali della sezione. Quest ultimo parametro viene determinato mediante la formula di Manning: χ = 1/n R 1/6 dove: n = coefficiente di scabrezza delle pareti assunto pari a 0,015 per condotte scatolari prefabbricate in cls lisciato e 0,030 per sponde in terra dei canali a cielo aperto; R = raggio idraulico delle sezioni. Il calcolo di dimensionamento idraulico dei principali nuovi interventi fa riferimento alla carta di Planimetria delle opere idrauliche di compensazione contenuta nella Relazione Geologica cui si rimanda e della quale si riporta uno stralcio per riferimento dei seguenti calcoli Per quanto attiene ai principali canali in terra a forma trapezia, si ottengono i seguenti risultati: Considerando che la fossa (6) di recapito delle acque riferita al comparto A ha le seguenti caratteristiche: pendenza del fondo 0,19 % 6

8 base della sezione trapezia 1,0 m altezza della sezione trapezia 0,65 m sponde di pendenza 1/1 si ottiene che il deflusso della portata duecentennali attesa (0,1 mc/sec) determina una altezza di livello di scorrimento di 20 cm e quindi in sicurezza. Considerando che la fossa di recapito delle acque riferita al comparto B (fossa 5) ha le seguenti caratteristiche: pendenza del fondo 0,17 % base della sezione trapezia 1,0 m altezza della sezione trapezia 0,6 m sponde di pendenza 1/1 ed è costituita da due tratte di cui la principale (lato est) drena 2/3 dell area e dunque della portata attesa complessivamente dal comparto (pari a 2/3 di 0,57 mc/sec = 0,38 mc/sec), si ottiene che al suo interno si verrà a determinare una altezza di livello di scorrimento di 45 cm e quindi in sicurezza. Per quanto attiene agli attraversamenti con scatolari rettangolari in cls prefabbricato, si ottengono i seguenti risultati: Sottopasso comparto A costituito dallo scatolare (8) di forma rettangolare delle seguenti dimensioni: Larghezza 1,0 m Altezza 0,6 m Pendenza 0,27 % si ottiene che il deflusso della portata duecentennale attesa (0,1 mc/sec) determina una altezza di livello di scorrimento di 15 cm e quindi in sicurezza e con il rispetto del franco imposto pari ad 1/5 della altezza della lama di acqua defluente. Sottopasso comparto B costituito da due scatolari rettangolari paralleli (denominati canale nord A) delle seguenti dimensioni ciascuno: Larghezza 1,0 m Altezza 0,5 m Pendenza 0,21 % 7

9 si ottiene che il deflusso della portata duecentennale attesa di 0,57 mc/sec (che diviene pari a 0,285 mc/sec per ciascuno dei due scatolari paralleli), determina una altezza di livello di scorrimento di 30 cm e quindi in sicurezza e con il rispetto del franco imposto pari ad 1/5 della altezza della lama di acqua defluente. TAVOLE ALLEGATE - Sistema idrografico scala 1: Comparti idrografici di dimensionamento portate canali e scatolari 8

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