QUANTO SEGUE SONO I LUCIDI PROIETTATI DURANTE LE ORE DI LEZIONE IN AULA E PERTANTO NON RISULTANO ESSERE ESAUSTIVI PER GLI ARGOMENTI TRATTATI.

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1 QUANTO SEGUE SONO I LUCIDI PROIETTATI DURANTE LE ORE DI LEZIONE IN AULA E PERTANTO NON RISULTANO ESSERE ESAUSTIVI PER GLI ARGOMENTI TRATTATI. DEVONO ESSERE UTILIZZATI COME BASE DI RIFERIMENTO PER L APPROFONDIMENTO DEGLI ARGOMENTI SUGLI APPUNTI PRESI DURANTE LE LEZIONI E SUL LIBRO DI TESTO CONSIGLIATO DAL DOCENTE.

2 Le reti di drenaggio urbano Le reti di drenaggio urbano hanno il compito di allontanare dal centro abitato, nel più breve tempo possibile, sia le acque reflue di origine domestica o legate a eventuali insediamenti di attività artigianali o manifatturiere all interno del tessuto urbano (acque nere), sia quelle di origine meteorica (acque bianche). Sono possibili due soluzioni alternative: la realizzazione di due distinte reti di drenaggio per le acque nere e le acque bianche (fognatura separata, da preferire ove possibile grazie alle maggiori garanzie igieniche assicurate dalla sua maggiore regolarità di funzionamento), ovvero di un unica rete di canalizzazioni (fognatura promiscua o mista). Entrambi i tipi di reti andranno realizzati con canalizzazioni interrate, nelle quali il moto dell acqua avviene sotto forma di correnti a pelo libero, con i cieli degli spechi posti a quota inferiore alle generatrici inferiori delle tubazioni della rete di distribuzione idrica.

3 Per quanto riguarda il convogliamento delle acque nere, è d uso effettuare il proporzionamento e la verifica delle sezioni degli spechi costituenti la rete con riferimento a una portata (la portata nera), ottenuta a partire dalla dotazione idrica giornaliera pro capite q, garantita dalla rete di distribuzione idrica, decurtata di un aliquota ε assunta pari al 20%, per tenere conto del fatto che non tutta l acqua utilizzata confluisce nelle canalizzazioni delle acque nere. È necessario pertanto stabilire, in base al tracciato della rete, quali siano le aree servite da ciascun collettore della rete di drenaggio e valutare il numero di abitanti ivi residenti, per poi calcolare la portata nera media con la seguente formula: Q n = ( ε ) 1 Nabq Per ottenere la portata nera defluente nei canali durante le ore di punta, tale portata andrà moltiplicata per un coefficiente di punta orario, Cp, analogo a quello utilizzato per la verifica della rete di distribuzione idrica.

4 La valutazione della portata meteorica (o portata bianca) per il progetto e la verifica della rete di drenaggio delle acque bianche rappresenta un problema più complesso, in quanto essa dipende dalle caratteristiche (durata ed intensità media) dell evento pluviometrico assunto alla base della progettazione (pioggia di progetto), nonché dalle caratteristiche del territorio urbano drenato dalla rete di canalizzazioni. In particolare, una volta tracciata la rete, è possibile stabilire una corrispondenza biunivoca tra una qualunque sezione di un collettore e la corrispondente area colante (o bacino colante), che rappresenta la porzione di territorio a partire dalla quale le acque meteoriche vengono convogliate verso la sezione di quel collettore. Una volta definita la curva di possibilità pluviometrica rappresentativa delle piogge di progetto (caratterizzate, come già detto in precedenza, da un assegnato valore della probabilità di non superamento) è necessario riconoscere, in base alle caratteristiche morfologiche del bacino colante, quale sia la durata dell evento pluviometrico che determini l insorgere del massimo valore della portata all interno del collettore considerato (evento critico). i m ) = = at A m t n 1 p i, intensità di pioggia [mm/h] a [mm/h], n adimensionale. Dove a ed n sono parametri statistici e tp il tempo di pioggia critico [h].

5 Modelli di trasformazione afflussi-deflussi La trasformazione afflussi-deflussi Come sarà chiarito più innanzi, la durata dell evento pluviometrico critico dipende dal modo in cui si sceglie di schematizzare i complessi fenomeni che portano, in seguito a un evento di pioggia, alla formazione di un onda di piena all interno dei canali della rete di drenaggio. Dipende cioè dalla scelta del particolare modello di piena. I modelli di piena rappresentano una parte del capitolo dell idrologia tecnica riguardante la modellazione della trasformazione degli afflussi meteorici in deflussi attraverso una rete di drenaggio (artificiale o naturale). Numerosi problemi dell Ingegneria Civile necessitano della modellazione della trasformazione afflussideflussi: oltre al progetto di opere di drenaggio delle acque meteoriche (fognature urbane, reti di bonifica ), si ricordano: il progetto di interventi di sistemazione fluviale; il preannuncio delle piene; la previsione delle portate di magra (per captazioni ad uso civile, industriale, irriguo, idroelettrico ).

6 Modelli di trasformazione afflussi-deflussi Gli effetti delle caratteristiche dell area colante sulla formazione del deflusso sono classicamente compendiati nei due fenomeni del ritardo e dell invaso. Il ritardo deriva essenzialmente dalla estensione del bacino, che comporta che afflussi che pervengono alla superficie del bacino colante in punti distanti dalla sezione di chiusura, impiegano un certo tempo per raggiungerla sotto forma di deflusso. L entità del ritardo e lo sfalsamento con cui deflussi provenienti da aree diverse del bacino pervengono alla sezione di chiusura dipende dalle caratteristiche morfologiche del bacino colante, dalla sua estensione e pendenza, dal grado di impermeabilizzazione, dalla densità della rete di drenaggio. Il fenomeno dell invaso è legato alla attitudine del bacino colante ad immagazzinare acqua e rilasciarla successivamente. Le capacità possono essere invasi superficiali o subsuperficiali, ma anche gli stessi canali della rete, nonché il velo d acqua che si forma lungo le superfici presenti all interno del bacino, contribuiscono in modo sostanziale all invaso totale. Anche l entità dei volumi invasati, nonché le modalità di rilascio della portata in rete da parte delle varie capacità dipendono dalle caratteristiche fisiche del bacino e delle parti che lo costituiscono.

7 La modellazione delle perdite nella trasformazione afflussi-deflussi Coefficiente di Afflusso Rappresenta il rapporto tra la superficie del bacino impermeabile e la superficie totale. Consente di fissare l'area efficace al deflusso. ϕ = Aimp Atot

8 Coefficiente di Afflusso Tra le numerose indicazioni esistenti nella letteratura tecnico-scientifica per la valutazione del coefficiente di afflusso, riportiamo la tabella del Manuale di Ingegneria Civile: Tipo di terreno Coltivato Pascolo Bosco Molto permeabile: sabbia o ghiaia Permeabile: limo Poco permeabile: argilla o substrato roccioso Esistono inoltre valori consigliati nella letteratura tecnica tedesca: dei Tipologia urbanistica φ Costruzioni dense 0.80 Costruzioni Spaziate 0.60 Aree con ampi cortili e giardini 0.50 Zone a villini sparsi Giardini, prati e zone non edificabili né destinate a strade 0.20 Parchi e boschi

9 Il metodo cinematico o della corrivazione Il metodo della corrivazione tiene conto soltanto del fenomeno del ritardo, inteso come il tempo necessario al trasferimento dei volumi di acqua che cadono nei vari punti dell area colante fino alla sezione di chiusura del collettore. Esso si basa sulle seguenti ipotesi: La formazione della piena è dovuta solo al trasferimento di volumi d acqua all interno del bacino; Ogni goccia di pioggia che cade sulla superficie segue un percorso invariabile nel tempo e che dipende solo dal punto in cui essa è caduta; La velocità con cui la goccia si muove lungo la superficie non è influenzata dalla presenza di altre gocce. Le suddette ipotesi equivalgono ad assumere la linearità del modello. Il tempo t c impiegato da una goccia a raggiungere, dal punto in cui cade, la sezione di chiusura viene detto tempo di corrivazione. Si definisce tempo di corrivazione dell area colante T c il massimo tra i tempi di corrivazione di tutti i punti dell area colante.

10 È intuitivo che la portata che transita in un certo istante attraverso la sezione di chiusura del bacino colante è pari al prodotto della intensità di pioggia netta per l area della porzione di bacino da dove provengono i contributi di portata che, in quell istante, hanno raggiunto la sezione di chiusura. Si tratta cioè dell area di quella porzione del bacino colante i cui punti sono caratterizzati da tempi di corrivazione t c minori di t: Q i t m ) = ϕi = at A m t n 1 p Q( t) A t : t c t Pertanto, nel modello della corrivazione, l evento critico andrebbe ricercato come quel particolare tempo di pioggia t p cui corrisponde il massimo valore del prodotto tra i m, assunta come al solito costante nel tempo e nello spazio, e A tp. Per semplicità, di solito si considera che sia critico l evento di pioggia di durata pari al tempo di corrivazione T c dell area colante, che è il più piccolo dei tempi per i quali contribuisce alla formazione della portata l intera area del bacino.

11 Ai fini dell applicazione del modello della corrivazione ai porblemi di progetto e verifica delle reti di drenaggio urbano, di solito il tempo di corrivazione del bacino colante si considera somma di un tempo di ruscellamento T r e di un tempo di percorrenza T p. Quest ultimo rappresenta il tempo impiegato dall acqua a percorrere il collettore in condizioni di moto uniforme. T = T + T = T c r p r + Il tempo di ruscellamento, che dipende dall estensione dell area colante, dalla sua pendenza, dalla densità di opere di drenaggio secondarie (caditoie stradali, fognoli, pluviali ecc..), si assume di solito compreso tra i 5 e i 15 minuti. Una volta calcolato il tempo di corrivazione, si ottiene facilmente la portata: L V Q pp = ϕ*a*i / 360 [m 3 /s] dove: i - l intensità di pioggia in Tc, [mm/h]; A - area del bacino, [ha]; ϕ - coefficiente di afflusso <1.

12 Il calcolo del tempo di percorrenza, però, necessita di conoscere già la portata, per poter calcolare la velocità della corrente in moto uniforme. Anche nel caso del metodo della corrivazione sono pertanto necessarie delle iterazioni per pervenire al calcolo della portata di pioggia. Nel caso di un problema di verifica, sono noti k s, i, B (o D) e si devono determinare la portata massima (quella conseguente all evento di pioggia di durata critica) ed i corrispondenti valori del tirante idrico e della velocità: 1.Si assegna un valore di primo tentativo della portata Q 1 ; 2.Si calcola il corrispondente valore della velocità di moto uniforme; 3.Si calcola il corrispondente tempo di corrivazione; 4.Si determina un nuovo valore della portata Q 2 e lo si confronta con Q 1 ; 5.Se Q 1 e Q 2 sono molto diverse, si ripete il procedimento a partire dal punto 1 con il nuovo valore di Q. k s,i,b,q 1 formula di Strickler V 1 tempo di corrivazione T c evento critico Q 2 = ϕat n 1 c A

13 Verifica di reti di drenaggio urbano La verifica delle reti di drenaggio urbano consiste in: Verificare che la velocità di moto uniforme della portata media nera sia ovunque superiore a 0.5m/s, al fine di evitare il deposito di sedimenti putrescibili sul fondo delle canalizzazioni (Circolare n del del Ministero dei Lavori Pubblici); Verificare che il deflusso avvenga, in condizioni di moto uniforme, con un tirante idrico tale da lasciare sempre un franco libero al fine di evitare che accidentalmente la fogna possa andare in pressione anche in presenza di materiale flottante; assicurare adeguata circolazione d aria che scongiuri fenomeni di digestione anaerobica; Verificare che la velocità di moto uniforme della portata di pioggia sia ovunque inferiore ai 3 5 m/s, al fine di evitare che l azione abrasiva del materiale solido in sospensione determini un troppo rapido deterioramento dei rivestimenti interni delle tubazioni (Circolare n del del Ministero dei Lavori Pubblici).

14 Vincoli sulle velocità minime in fognatura La velocità della corrente nelle canalizzazioni fognarie deve essere tale da evitare la formazione di depositi persistenti di materiali sedimentabili. La Circolare n del del Ministero dei Lavori Pubblici indica per le portate nere medie un limite minimo di velocità pari a 0.5 m/s. Tale indicazione può essere derogata dal progettista in considerazione di condizioni particolari e delle caratteristiche dei materiali utilizzati per le canalizzazioni. In particolare le velocità connesse al transito delle portate nere di punta possono assicurare la rimozione del materiale sedimentato se superiori a: m/s nelle fognature nere m/s nelle fognature miste È importante rilevare che, anche se il proporzionamento delle canalizzazioni viene opportunamente effettuato con riferimento alle previsioni di sviluppo della popolazione servita nell ambito della durata tecnica dell opera, la rimozione del materiale sedimentato deve essere assicurata fin dall inizio dell esercizio della fognatura. Le suddette verifiche vanno pertanto condotte con riferimento alla popolazione servita all atto dell entrata in servizio dell opera.

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20 N.tratto N.tratto confl. Abitanti tratto confl. dot media punta tratto totali l/ab.g m 3 /s m 3 /s I II I C p ε Portata N.tratto N.tratto Aree (ha) tratto confl. tratto ϕ totali ϕ confl. m I II I

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37 N. tratto/collettore T. corrivazione Area effettiva [A] ϕ Area ridotta [ϕa] Lunghezza Pendenza T. ruscellamento Area effettiva [A] ϕ m Area ridotta [ϕa] T. percorrenza T. corrivazione Int. pioggia Portata pluviale Portata nera Portata totale Tipo speco comm. Tirante Velocità Riempimento Tratti confluenti Elementi del tratto Elementi progressivi Risultati dell'iterazione Moto Uniforme s m 2 m 2 m m/m s m 2 m 2 s s mm/h m 3 /s m 3 /s m 3 /s m m/s N. del collettore N. del tratto

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39 Tubazioni ed elementi complementari Diametro nominale DN [mm] Norma UNI EN 295 Classe UNI EN 295 [kn/m 2 ] Carico di rottura FN [kn/m] Sistema di giunzione UNI EN 295 Tubi Tubi con finestra per pozzetti Raccordi ed innesti per pozzetti Produzione Quarti Curve 45 e 90 Giunti Sifoni semplici ed orizzontali a squadra Firenze F F F C F/C 200* C C C C C C C C C C C C C 700 L 60 C 800 L 60 C Sistema di giunzione: C con doppio anello in poliuretano - F con anello in gomma a labbro. Tubazioni secondo norme UNI-EN 295 m1 L d8 d4 d3 d1 d7 10 Diametro nominale DN [mm] Diametro minimo d 1 [mm] Classe UNI EN 295 [kn/m 2 ] Carico di rottura FN [kn/m] Peso [kg/m] Sistema di giunzione UNI EN 295 d 3 [mm] Lunghezza nominale L [mm] d 4 ±0,5 [mm] m 1 [mm] d 8 max** [mm] F 130 ± F 159 ± F 186 ± C 191 ± , F/C 242 ± , * C 242 ± , C 255 ± , C 300 ± , C 324 ± , C 353 ± , C 380 ± , C 412 ± , C 464 ± , C 480 ± , C 585 ± , C 697 ± , L C 799 ± , L C 900 ± , * Produzione speciale a richiesta. ** Dimensione soggetta a variazione. d 7 ±0,5 [mm] ,5 263,0-278,6 320,7 346,2 375,2 401,8 436,3 487,0 511, C 494 ± , ,3 608, C 610 ± , ,0 724,0 829,5 935,9