Criteri di progettazione dei dispositivi di invarianza idraulica nell ambito dei sistemi fognari. Esempi pratici.

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1 PATROCINATO DA: PROGETTAZIONE FOGNARIA CON IL PRINCIPIO/SISTEMA DELL INVARIANZA IDRAULICA ING. CLAUDIO GIULIETTI STUDIO SGAI S.R.L Criteri di progettazione dei dispositivi di invarianza idraulica nell ambito dei sistemi fognari. Esempi pratici. ORGANIZZATO DA:

2 PERCHE GARANTIRE L INVARIANZA IDRAULICA ANDAMENTO STORICO DEL CONSUMO DI SUOLO IN ITALIA In Italia sono stati consumati, in media, più di 7 mq al secondo di territorio per oltre 50 anni (ISPRA, 2015)

3 PERCHE GARANTIRE L INVARIANZA IDRAULICA Suolo consumato in in ettari per provincia comune Suolo consumato in percentuale per (2012). Fonte: ISPRA provincia comune (2012). Fonte: ISPRA

4 PERCHE GARANTIRE L INVARIANZA IDRAULICA Suolo consumato in in ettari per provincia comune Suolo consumato in percentuale per (2012). Fonte: ISPRA provincia comune (2012). Fonte: ISPRA

5 EFFETTI IDROLOGICI DELL URBANIZZAZIONE L'impermeabilizzazione del suolo provoca "cambiamenti idrologici" di risposta dei bacini POPOLAZIONE ESPOSTA AD ALLUVIONI Popolazione esposta ad alluvioni. Fonte: ISPRA (2014)

6 EFFETTI IDROLOGICI DELL URBANIZZAZIONE COMUNI CON AREE A RISCHIO IDROGEOLOGICO Comuni con aree a rischio idrogeologico (fonte: elaborazione Centro Documentazione Anci-Ifel su dati Ministero dell Ambiente UPI, 2003 ed Istat, 2012)

7 EFFETTI IDROLOGICI DELL URBANIZZAZIONE Deflusso Intercettazione fogliare Posturbanizzazione Preurbanizzazione Evapo-Traspirazione Evapo-Traspirazione Infiltrazione superficiale Infiltrazione profonda BILANCIO IDROLOGICO Aumento della portata al colmo Qc2>Qc1 Aumento del volume di deflusso (coeff. deflusso) Diminuzione del tempo di corrivazione θc2< θc1 Riduzione della ricarica della falda Aumento della frequenza e dell intensità delle piene fluviali Diminuzione delle portate di magra nei corpi idrici recettori

8 LEGGE 267/98 Legge Sarno CENNI NORMATIVI Prevede che ogni nuovo strumento urbanistico di pianificazione contenga la valutazione di compatibilità idraulica. Inoltre istituisce i Piani di Assetto Idrogeologico (PAI), da adottarsi da parte delle Autorità di Bacino e delle Regioni. Il PAI deve contenere le norme per la regolamentazione idraulica e idrologica degli strumenti urbanistici generali e delle loro varianti. Viene introdotto il concetto di INVARIANZA IDRAULICA nelle trasformazioni del territorio: Per trasformazione del territorio ad invarianza idraulica si intende la trasformazione di un area che non provochi un aggravio della portata di piena del corpo idrico ricevente i deflussi superficiali originati dall area stessa. Regione Marche -L.R. 23 Novembre 2011 n. 22, recante Norme in materia di riqualificazione urbana sostenibile e assetto idrogeologico - Art. 10 comma 4 Criteri, modalità e indicazioni tecnico operative per la redazione della verifica di compatibilità idraulica degli strumenti di pianificazione territoriale e per l invarianza idraulica delle trasformazioni territoriali. - D.G.R. 27 Gennaio 2014 n. 53

9 Classificazione degli interventi di trasformazione delle superfici ai fini dell invarianza idraulica (D.G.R. 27/01/2014 n.53). Classe di Intervento Definizione Trascurabile impermeabilizzazione potenziale Modesta impermeabilizzazione potenziale CENNI NORMATIVI Definizione Intervento su superfici di estensione inferiore a 0,1 ha Intervento su superfici comprese fra 0,1 e 1 ha Criteri di dimensionamento dei dispositivi di invarianza idraulica w 50 w n n Luce di scarico Ø 200 mm Tirante idrico in vasca 1 m 15I 50 P 15I 50 P Significativa impermeabilizzazione potenziale Marcata impermeabilizzazione potenziale Intervento su superfici comprese fra 1 e 10 ha; Intervento su superfici superiori a 10 ha con Imp>0,3 Luce di scarico e tirante idrico tali che: Qu post-urbanizzazione < Qu-pre urbanizzazione tp 2 ore e Tr = 30 anni Studio idrologico-idraulico di maggiore dettaglio

10 RAPPRESENTAZIONE MATEMATICA DELLA LAMINAZIONE La laminazione è governata da tre equazioni fondamentali: 1) equazione di continuità della vasca: Qe(t) portata entrante nella vasca; Qe Qu (t) portata in uscita dalla vasca; W(t) volume invasato nella vasca all istante t. t Q u t dw t dt 2) equazione che rappresenta il legame, esclusivamente geometrico, esistente tra il volume invasato e il livello idrico nella vasca: W t W h(t) h(t) livello idraulico all istante t; 3) legge d efflusso che governa l uscita dalla vasca: I fattori che influiscono nel processo di laminazione sono tre: Q u t Q t,h(t) u il volume della vasca; la sua geometria; le caratteristiche della bocca di scarico. Incognita Solitamente definite a priori

11 RAPPRESENTAZIONE MATEMATICA DELLA LAMINAZIONE METODI PRATICI DI DIMENSIONAMENTO APPROSSIMATO Si basano su ipotesi semplificative sull andamento di Qe(t) e sulle leggi di efflusso attraverso lo scarico Qu (t). I più utilizzati sono quelli: basati sul metodo dell invaso (Moriggi e Zampaglione (1978); Paoletti e Rege Gianas (1979); Gottardi e Maglionico (2008)); basati sul metodo cinematico (Alfonsi e Orsi (1987); Gottardi e Maglionico (2006)); basati su ietogrammi sintetici (Modica, 1996). È opportuno incrementare il valore ottenuto del %

12 RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DELLE EQUAZIONI DELLA LAMINAZIONE Sbarramento in terra per riserva idrica e laminazione delle piene per il Nuovo Centro Agroalimentare di Roma sezione A-A sezione B-B

13 quota (ms.l.m) RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DELLE EQUAZIONI DELLA LAMINAZIONE portata (m³/s) volume (m³) LAMINAZIONE E DIAGRAMMA AREE-VOLUMI DIAGRAMMA AREE-VOLUMI volume (m³) Volumi (mc) Quota di massimo invaso 36 Q e t Q u t dw t dt Quota di massima regolazione LAMINAZIONE DELLA PIENA MONOSECOLARE Quote (m s.l.m.) CURVA DEI VOLUMI CURVA DELLE AREE W(t) = W (h(t)) 10 Qi Aree (mq) specchio d acqua (m²) 6 Qe(t) (metodo cinematico) Portate (mc/s) Q e t t Vl Qu 2.5 t tempo (min) Tempo (min) W t Q u t Qu(t) = Qu(t, h(t)) Volumi (mc)

14 FASI DI PROGETTAZIONE DI UNA VASCA DI LAMINAZIONE RACCOLTA DATI DI BASE Topografia dell area - Area pianeggiante - Area collinare Individuazione del corpo idrico recettore - Reticolo idrografico superficiale - Pubblica fognatura Norme e regolamenti da rispettare Obbligatorietà della laminazione ed eventuali pretrattamenti Portata massima ammessa allo scarico Qu = 20 l/s x ha (Marche) Qu = 10 l/s x ha (Emilia Romagna)

15 FASI DI PROGETTAZIONE DI UNA VASCA DI LAMINAZIONE Curve segnalatrici di possibilità pluviometrica IDROLOGIA Per diversi tempi di ritorno Per diversi tempi di pioggia tp 1 ora per il dimensionamento della rete con intensità di pioggia che massimizzano le portate Tr = 5 25 anni per rete fognaria Tr = anni per laminazione (DGR 53/2014 Tr = 30 anni) h (mm) tempo (h)

16 FASI DI PROGETTAZIONE DI UNA VASCA DI LAMINAZIONE Curve segnalatrici di possibilità pluviometrica IDROLOGIA Per diversi tempi di ritorno Per diversi tempi di pioggia tp 1 ora per il dimensionamento della rete con intensità di pioggia che massimizzano le portate tp 1 ora per il dimensionamento del volume di laminazione con intensità di pioggia che massimizzano i volumi Tr = 5 25 anni per rete fognaria Tr = anni per laminazione (DGR 53/2014 Tr = 30 anni) h (mm) tempo tempo (h) (h) 24

17 FASI DI PROGETTAZIONE DI UNA VASCA DI LAMINAZIONE SCELTA DELLA TIPOLOGIA DI DISPOSITIVO DI INVARIANZA IDRAULICA in funzione degli spazi disponibili; inserimento paesaggistico-ambientale; in funzione della posizione del recettore e della quota di scarico (possibilmente adottare dispositivi a gravità). Principali tipologie utilizzate: depressione in area verde o in piazzale posta a monte del punto di scarico sovradimensionamento delle fognature interne al lotto (in genere 1 m³ di tubo o canale = 0,8 m³ di invaso) vasca interrate in c.a. o altro materiale rigido posta a monte del punto di scarico, sia aperta sia coperta (in serie o in parallelo) mantenimento di aree allagabili (es. verde, piazzali) con strozzatura adeguata degli scarichi dimensionamento con strozzature delle grondaie e tetti piatti con opportuno bordo di invaso in modo da consentire un invaso sulle coperture (solo per la quota di impermeabilizzazione imputabile alle coperture)

18 FASI DI PROGETTAZIONE DI UNA VASCA DI LAMINAZIONE COEFFICIENTE DI DEFLUSSO TIPOLOGIA DI SUPERFICIE Verde su suolo profondo, prati, orti, superfici agricole Terreno incolto, sterrato non compatto superfici in ghiaia scioltaparcheggi drenanti φ pavimentazioni in macadam superfici sterrate compatte coperture tetti pavimentazioni in asfalto o cls "Percentuale di pioggia che raggiunge il corpo ricettore Vdefluito i V m affluito S i S i i CSDU Paoletti, 1996 La scelta di φi incide molto sui risultati di calcolo!

19 Portata (l/s) Volumi laminati (m³) FASI DI PROGETTAZIONE DI UNA VASCA DI LAMINAZIONE CALCOLO PORTATA AFFLUENTE E VOLUME DELLA VASCA DI LAMINAZIONE Mediante l utilizzo di modelli di trasformazione afflussi-deflussi (nell ambito delle reti di drenaggio tra i più usati in Italia il metodo cinematico e il metodo dell invaso). Il dimensionamento dei collettori della rete di deflusso si basa sulle portate massime e quindi sono molto importanti le intensità di pioggia Il dimensionamento delle vasche di laminazione si basa sui volumi massimi e quindi sono molto importanti i volumi di pioggia di un evento meteorico LAMINAZIONE PIENA TRENTENNALE PER UN AREA DI 1 ha CON =0.7 A PESARO i 124mm h t c Q e t i 44mm h m Tempo (min) 90 W t Q u t 350

20 Carico idrico (m) FASI DI PROGETTAZIONE DI UNA VASCA DI LAMINAZIONE Strozzatura fissa: dovrà essere opportunamente dimensionata la bocca di scarico installata sul fondo del pozzetto di controllo (quota fondo vasca). Evitare luci di diametro < mm per evitare rischi di intasamento DIMENSIONAMENTO DEL DISPOSITIVO DI CONTROLLO DI FLUSSO Scala di deflusso strozzatura fissa Ø mm Luce sotto battente Q A 2 g h Portata scaricata (l/s) dove: Q portata uscente; coefficiente di efflusso (0,60); A area della bocca di efflusso; h carico idraulico sulla bocca di efflusso. Schema pozzetto di controllo per piccole strozzature h max strozzaturaø Ø

21 FASI DI PROGETTAZIONE DI UNA VASCA DI LAMINAZIONE DIMENSIONAMENTO DEL DISPOSITIVO DI CONTROLLO DI FLUSSO Regolatore di portata: fornire al costruttore la portata massima scaricabile ed il tirante idrico massimo (la sagoma geometrica del dispositivo è studiata dai costruttori in modo da ottimizzare il funzionamento in fase di parzializzazione). Bocche a battente a luce variabile con paratoia regolata da galleggiante a braccio laterale o frontale Bocche a vortice (hydrobrake) a due vie: a ciclone, a centrifuga orizzontale, a centrifuga verticale. L organo di scarico degli invasi è uno degli elementi più importanti del sistema di invarianza idraulica!

22 Carico idrico (m) FASI DI PROGETTAZIONE DI UNA VASCA DI LAMINAZIONE DIMENSIONAMENTO DEL TROPPO PIENO (ove ammesso) Il troppo pieno può essere realizzato mediante un dispositivo di sfioro dimensionato con le usuali formule dello stramazzo Scala di deflusso di uno stramazzo rettangolare Portata sfiorata (l/s) L (m) Luce a superficie libera Q h L dove : Q s L h portata uscente; 2 g h coefficiente di stramazzo ( ); lunghezza della soglia di sfioro; carico idraulico a monte dello stramazzo

23 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN C.A. APERTA PARCHEGGIO CASELLO A14 - RICCIONE INQUADRAMENTO DELL AREA DI PROGETTO S=2.35 ha

24 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN C.A. APERTA PARCHEGGIO CASELLO A14 - RICCIONE COEFFICENTE DI DEFLUSSO (φi) AREA VERDE: 0.15 (Aiuole pianeggianti) AREA PERMEABILE: 0.30 (Parcheggio auto) AREA IMPERMEABILE: 0.80 (Corsie asfaltate e parcheggio bus) PLANIMETRIA DI PROGETTO CON RETE FOGNE BIANCHE

25 Portate (l/s) Volumi laminati (m³) ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN C.A. APERTA PARCHEGGIO CASELLO A14 - RICCIONE DATI DI PROGETTO - RISULTATI S 2.35 ha Sup. tot scolante ϕm 0.56 Coeff. affl medio pesato RISULTATI LAMINAZIONE DELLA PIENA VENTICINQUENNALE τc 7 min Tempo di corrivazione Qc 337 l/s Portata max al colmo (Tr=25 anni) tv 60 min Durata pioggia critica vasca Q e t W t Qv 209 l/s Portata in ingresso d=tv Qu 47 l/s Portata max ammessa uscita (u=20 l/s per ha) Q u t Vl 567 m³ Volume di laminazione (assunto=630 m³) Ts 4.5 ore Tempo svuotamento vasca τc 2 τc Tempo (min) qmax 68 l/s Portata max scaricata fine pioggia

26 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN C.A. APERTA PARCHEGGIO CASELLO A14 - RICCIONE RISULTATI DEL MODELLO IDRAULICO EPA SWIMM

27 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN C.A. APERTA PARCHEGGIO CASELLO A14 - RICCIONE 1.VASCA DI LAMINAZIONE a cielo aperto in c.a in opera con volume utile di 630 mc 2.POZZETTO DI ISPEZIONE 1.00x1.00 m 3.POZZETTO REGOLATORE DI PORTATA 1.40x2.00 m 4.POZZETTO CON SENSORE DI LIVELLO PER COMANDO PARATOIA DI FONDO 1.40x POZZETTO DI ISPEZIONE 1.50x1.50 m 6.POZZETTO SFIORATORE CON PARATOIA MOTORIZZATA SUL TROPPO PIENO 1.15x1.5 7.PARATOIA MOTORIZZATA SU SCARICO DI FONDO comandata dai sensori di livello posti nella vasca 1,nel pozzetto 4 e sul fosso 8 8.MISURATORE DILIVELLO A ULTRASUONI PER COMANDO PARATOIE 9.SCARICO SUL FOSSO CONSORZIALE RAIBANO con valvola di ritegno a clapet PLANIMETRIA GENERALE DELLE OPERE DI LAMINAZIONE E REGOLAZIONE

28 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN C.A. APERTA PARCHEGGIO CASELLO A14 - RICCIONE massi naturali p= kg intasati con pietrischetto mm misuratore di livello a ultrasuoni per comando paratoie PLANIMETRIA DELLA RETE IDRAULICA pali in tondame di castagno d=25 cm L=4.00 m n.3 pali/m valvola di ritegno a clapet in ghisa DN 600 scarico di fondo scarico al ricettore sensore di livello piezometrico con comando paratoia scarico di fondo regolatore di portata tipo hydroslide paratoia motorizzata su scarico di fondo collettore terminale rete acque bianche carico vasca paratoia motorizzata su troppo pieno

29 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN C.A. APERTA PARCHEGGIO CASELLO A14 - RICCIONE sezione A-A SEZIONI Troppo pieno della vasca Al ricettore finale valvola di ritegno a clapet Regolatore di portata Scarico di fondo della vasca sezione B-B sezione C-C Scarico troppo pieno A Tubo di carico vasca Scarico di fondo 3.15 m B C A B C

30 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN C.A. APERTA PARCHEGGIO CASELLO A14 - RICCIONE Particolare regolatore PARTICOLARI COSTRUTTIVI Particolare valvola clapet

31 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN C.A. APERTA PARCHEGGIO CASELLO A14 - RICCIONE PARTICOLARI COSTRUTTIVI sezione C-C Troppo pieno C C A Sensore di livello sezione A-A

32 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN C.A. APERTA PARCHEGGIO CASELLO A14 - RICCIONE sezione D-D PARTICOLARI COSTRUTTIVI 3.15 m Scarico di fondo con paratoia D Tubo di carico Troppo pieno D Sensore livello vasca Scarico di fondo con paratoia

33 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA PARCO OLTREMARE- RICCIONE INQUADRAMENTO DELL AREA DI PROGETTO S=11.45 ha

34 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA PARCO OLTREMARE- RICCIONE INQUADRAMENTO DELL AREA DI PROGETTO S=11.45 ha

35 Portate (l/s) Volumi laminati (m³) ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA PARCO OLTREMARE- RICCIONE DATI DI PROGETTO - RISULTATI S ha Sup. tot scolante ϕm 0.26 Coeff. affl medio pesato τc 16 min Tempo di corrivazione Qc 633 l/s Portata max al colmo (Tr=25 anni) tv 60 min Durata pioggia critica vasca Qv 468 l/s Portata in ingresso d=tv Qu 229 l/s Portata max ammessa uscita (u=20 l/s per ha) Vl 750 m³ Volume di laminazione DATI DI PROGETTO E RISULTATI LAMINAZIONE DELLA PIENA VENTICINQUENNALE τc 16 Q e t 2 τc Tempo (min) 60 W t Q u t 750

36 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA PARCO OLTREMARE- RICCIONE sezione A-A SEZIONI 2.70 m sezione B-B

37 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA PARCO OLTREMARE- RICCIONE 1.VASCA DI LAMINAZIONE in terra con volume utile di 750 mc 2.POZZETTO CON REGOLATORE DI PORTATA 2.00x3.80xH 4.60 m 3.MANUFATTO DI SFIORO in c.a. con soglia larga 5.00 m 4.POZZETTO DI ISPEZIONE PER SCARICO 1.20x POZZETTO DI ISPEZIONE PER COLLETTORE 1.20x1.20 m 6.POZZETTO DISALTO PER SCARICO DI FONDO 1.20x1.20 m 7.METERASSINO ANTIEROSIVO TIPO RENO sp. 30 cm 8.TRINCEA DRENANTE 60xH50 cm con tubo microfessurato Ø200 mm rivestito con geotessile 9.REGOLATORE DI PORTATA in acciao inox Qmax= 229 l/s Hmax=3,60 m PLANIMETRIA DELLE OPERE DI LAMINAZIONE E REGOLAZIONE

38 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA PARCO OLTREMARE- RICCIONE sezione A-A 2.70 m carico/scarico vasca SEZIONI dalla fognatura acque bianche protezione con materassino tipo reno sezione B-B scarico troppo pieno scarico drenaggio vasca C B regolatore di portata tipo hydroslide A dallo scarico di fondo della vasca particolare dello sfioratore sfioratore troppo pieno A B

39 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA PARCO OLTREMARE- RICCIONE sezione C-C collettore rete pubblica scarico troppo pieno SEZIONI collettore finale rete bianca carico/scarico vasca di laminazione particolare scarico delle acque pluviali nel F. Raibano C B A sezione E-E A B

40 ESEMPI PRATICI: VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA PARCO OLTREMARE- RICCIONE IMMAGINI Fotografia 1 Fotografia 2 Fotografia 3

41 ESEMPI PRATICI: FOSSO/VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA RIVIERA HORSES S.GIOVANNI IN MARIGNANO INQUADRAMENTO DELL AREA DI PROGETTO S= ha

42 ESEMPI PRATICI: FOSSO/VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA RIVIERA HORSES S.GIOVANNI IN MARIGNANO INQUADRAMENTO DELL AREA DI PROGETTO Vu=2480 m³ pozzetto di controllo con strozzatura fissa Ø 200 fognatura comunale Ø 500 collettore Ø 1000 strozzatura fissa Ø 200 Ø 800

43 Portate (l/s) ESEMPI PRATICI: FOSSO/VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA RIVIERA HORSES S.GIOVANNI IN MARIGNANO DATI DI PROGETTO - RISULTATI S ha Sup. tot scolante ϕm Coeff. affl medio pesato τc 12 min Tempo di corrivazione Qc 1163 l/s Portata max al colmo (Tr=25 anni) tv 60 min Durata pioggia critica vasca Qv 815 l/s Portata in ingresso d=tv Qu 107 l/s Portata max ammessa uscita (u=10 l/s per ha) Vl 2480 m³ Volume di laminazione Portate (l/s) Qi LAMINAZIONE DELLA PIENA VENTICINQUENNALE Q e DATI DI PROGETTO E RISULTATI LAMINAZIONE DELLA PIENA VENTICINQUENNALE t Q u t t c 2 t c (min) τc 2 τc Tempo (min) Qu

44 ESEMPI PRATICI: FOSSO/VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA RIVIERA HORSES S.GIOVANNI IN MARIGNANO sezione B-B carico/scarico vasca SEZIONI sezione fosso di laminazione drenaggio vasca 1.10 m 0.70 m sezione A-A trincea drenante carico/scarico vasca Ø 1000 B A B scarico drenaggio vasca A

45 ESEMPI PRATICI: FOSSO/VASCA DI LAMINAZIONE IN TERRA RIVIERA HORSES S.GIOVANNI IN MARIGNANO IMMAGINI Pozzetto ingresso in vasca e scarico drenaggio con valvola di ritegno Tubazione carico/scarico del fosso di laminazione

46 GRAZIE! «Non può piovere per tutta la vita» Gabriel García Márquez ma anche se fosse impariamo a vivere sotto la pioggia...