AUTORITA PORTUALE DI ANCONA PORTO DI ANCONA OPERE DI AMMODERNAMENTO E POTENZIAMENTO IN ATTUAZIONE DEL PIANO REGOLATORE PORTUALE 2^ FASE DELLE OPERE A MARE - 1 STRALCIO PROGETTO ESECUTIVO DEI LAVORI DI COMPLETAMENTO E FUNZIONALIZZAZIONE DELLA NUOVA BANCHINA RETTILINEA E DEI PIAZZALI RETROSTANTI 1 STRALCIO FUNZIONALE Importo. 37.000.000,00.= (ATTO DI CONVENZIONE IN DATA 19.06.2008 e ATTI AGGIUNTIVI TRA L AUTORITA PORTUALE DI ANCONA ED IL MINISTERO DELLE INFRASTRUTTURE E DEI TRASPORTI - PROVVEDITORATO INTERREGIONALE OO.PP. EMILIA ROMAGNA E MARCHE SEDE COORDINATA DI ANCONA UFFICIO OPERE MARITTIME DI ANCONA) B5 RELAZIONE IDROLOGICA E IDRAULICA IMPIANTO ACQUE METEORICHE IL PROGETTISTA RESPONSABILE Dott. Ing. Michele Pacciani Dott. Ing. Corrado Maria Cipriani I PROGETTISTI Dott. Ing. Renato Paolo Mastroberti Dott. Ing. Raffaele Moschella Dott. Ing. Roberto Pelliccione Dott. Ing. Francesco Valenza IL RESPONSABILE UNICO DEL PROCEDIMENTO Dott. Ing. Laura Rotoloni PROGETTO Ancona, lì 02 DIC. 2013 n 6249 di prot. ADEGUAMENTO N 3 Ancona, lì n di prot.
AUTORITÀ PORTUALE DI ANCONA PORTO DI ANCONA OPERE DI AMMODERNAMENTO E POTENZIAMENTO IN ATTUAZIONE DEL P.R.P. 2 a FASE DELLE OPERE A MARE 1 STRALCIO LAVORI DI COMPLETAMENTO E FUNZIONALIZZAZIONE DELLA NUOVA BANCHINA RETTILINEA E DEI PIAZZALI RETROSTANTI PROGETTO ESECUTIVO 1 stralcio funzionale RELAZIONE IDROLOGICA ED IDRAULICA 2
INDICE Premessa pag. 1 1 - Riferimenti Normativi pag. 1 2 - Caratterizzazione pag. 2 3 - Vasche di prima pioggia pag. 4 3.1 - Localizzazione pag. 4 3.2 - Principi di funzionamento pag. 5 3.3 - Materiali costruttivi pag. 9 3.4 - Dati pluviometrici pag. 9 3.5 - Calcolo delle portate pag. 10 3.6 - Verifica statica delle tubazioni pag. 14 4 - Verifica al galleggiamento della vasca pag. 20 Tabelle e figure Tab. 2.1 tipologia della superficie dilavata e concentrazione media pag. 2 degli eventi Tab. 2.2 Inquinanti tipici di acque di dilavamento di piazzali produttivi pag. 3 Tab. 2.3 Contaminanti e fonte dei contaminanti pag. 3 Tab. 3.1 Altezza di precipitazione (mm) in funzione della durata δ e del pag. 10 tempo di ritorno Tr (pluviometro di Ancona Torrette) Tab. 3.2 Portate smaltibili (formula di Manning) pag. 13 fig. 1 localizzazione delle vasche di prima pioggia pag. 4 fig. 2 carta della precipitazione media annuale sulle Marche del periodo pag. 9 1950-1989 fig. 3 intensità media di precipitazione per durata δ e tempo di ritorno pag. 10 Tr (pluviometro di Ancona Torrette) fig. 4 sottoaree di influenza dell area A 1 pag. 12 fig. 5 definizione dell angolo θ nel calcolo delle portate pag. 14 1
RELAZIONE Premessa La presente relazione è relativa alle elaborazioni di natura idrologica inerenti alla progettazione esecutiva del primo stralcio dei lavori di completamento e funzionalizzazione della nuova banchina rettilinea e dei piazzali retrostanti nel porto di Ancona. Per piazzali di grande superficie occorrono vasche atte a raccogliere le acque di prima pioggia, cioè quelle acque provenienti dal dilavamento di aree produttive o commerciali, di aree di espansione residenziale e superfici stradali. Le acque di prima pioggia, raccolte dalle superfici scolanti, risultano a rischio di contaminazione per la frequente presenza di sabbie e di oli minerali provenienti dalla sosta o dal transito di veicoli a motore. Le vasche, pertanto, consentono la separazione delle acque di prima pioggia da quelle cadute successivamente; la raccolta dei volumi determinati dalle acque di prima pioggia; il trattamento di separazione di oli e solidi sedimentabili ed il successivo smaltimento separato dei due tipi effluenti. Le vasche devono garantire un'assoluta assenza di perdite ed infiltrazioni nel terreno. 1 - Riferimenti Normativi Il D.Lgs. n.152 del 03/04/2006 all art. 113 stabilisce che, ai fini della prevenzione di rischi idraulici ed ambientali, la disciplina e l'attuazione delle forme di regolamentazione, controllo ed autorizzazione degli scarichi di acque meteoriche di dilavamento e acque di prima pioggia venga affidata alle Regioni, previo parere del Ministero dell'ambiente e della tutela del territorio. All inizio dell evento meteorico, il recapito delle acque di pioggia incidenti sui piazzali di progetto non può essere il mare, in quanto le acque di prima pioggia o di lavaggio di aree esterne devono subire un preventivo accumulo, secondo le prescrizioni del D. Lgs. 152/2006 (Norme in materia ambientale) che rinvia alla normativa regionale per quanto riguarda le modalità operative. 2
La Regione Marche, con il Piano di Tutela delle Acque, all art. 42, comma 7, in relazione alle acque di prima pioggia da trattenere, nonché da pretrattare o da avviare a depurazione, definisce quali acque di prima pioggia, quelle corrispondenti ad un altezza di pioggia di 5 mm, uniformemente distribuiti sull intera superficie scolante, afferente alla sezione di chiusura del bacino idrografico elementare interessato. 2 - Caratterizzazione Una caratterizzazione completa ed esauriente ai fini della corretta progettazione delle vasche di prima pioggia, presuppone la conoscenza della destinazione d uso dei piazzali in questione. È infatti chiaro che le sostanze suscettibili di inquinamento sono estremamente variabili proprio in funzione dei materiali eventualmente prodotti o comunque stoccati e trasportati nell ambito delle aree di progetto. A titolo di esempio può essere utile la consultazione della tabella sotto riportata che mostra le acque di dilavamento di aree diverse relative ad un bacino urbano del Michigan [Steuer et al., 1997]. Tali acque presentano la maggiore concentrazione di idrocarburi, mentre quelle che dilavano i tetti presentano la maggiore concentrazione di zinco; del tutto analoghe fra loro risultano invece le concentrazioni delle acque di dilavamento delle varie aree per quanto riguarda gli inquinanti convenzionali (BOD5 e nutrienti). Tipologia dilavata Tab. 2.1 - tipologia della superficie dilavata e concentrazione media degli eventi superficie HC tot (μg/l) Zn solubile (μg/l) Concentrazione media di tutti gli eventi Cu solubile (μg/l) Fosforo (mg/l) Azoto (mg/l) BOD 5 ( 1 ) (mg/l) Parcheggio zona commerciale 75,6 64 10,7 0,2 1,94 10,5 Strada ad alto traffico 15,2 73 11,2 0,31 2,95 14,9 Strada a medio traffico 11,4 44 7,3 0,23 1,62 11,6 Strada a basso traffico 1,72 24 7,5 0,14 1,17 5,8 Tetti zona commerciale 2,1 263 17,8 0,09 2,09 17,5 Tetti zona residenziale 0,6 188 6,6 0,06 1,46 9 Viali di accesso a zone residenziali 1,8 27 11,8 0,35 2,1 13 Prati di zone residenziali 2,33 9,7 22,6 Fonte: manuale UNICHIM, n. 198 (febbraio 2004) ( 1 ) - (Domanda di ossigeno biochimico (mg/l di O 2 ) (Biochemical Oxygen Demand) assunto come misura indiretta del carico organico inquinante. Indica quanto O 2 è richiesto dai batteri per biodegradare il carico organico in 5 giorni) 1
Di particolare importanza appare la consultazione della tabella seguente che riporta i dati relativi agli inquinanti riscontrati in tre tipologie di attività analizzate. Tab. 2.2 - Inquinanti tipici di acque di dilavamento di piazzali produttivi Inquinanti tipici trovati in acque di dilavamento di piazzali produttivi non depurate (acque di prima pioggia) (valori in mg/l) Parametro Piazzali rifiuti recuperabili (carta, plastica, legno, ferro) Piazzale solo transito di automezzi Limiti del D. Lgs. 152/2006 colore grigio giallo pallido non percettibile odore sulfureo assente non deve essere causa di molestie ph 6,70 7,03 5,5-9,5 solidi sospesi totali 44450 173 < 80 COD 4604 16,9 < 160 idrocarburi totali 1,4 assenti < 5 Ferro 19,11 0,13 < 2 Piombo assente assente < 0,2 Zinco 0,05 0,16 < 0,5 Le sostanze contaminanti e le relative fonti possono essere classificate come riportato nella tabella sottostante: Tab. 2.3 - Contaminanti e fonte dei contaminanti Contaminanti Sedimenti e materiali galleggianti Pesticidi ed erbicidi Materiali organici Metalli Oli e grassi/idrocarburi Batteri e virus Azoto e fosforo Fonte dei contaminanti strade, prati, viali, attività costruttive, deposizioni atmosferiche, erosione di canali di drenaggio Giardini e prati residenziali, aree sportive (campi di golf, ecc.), parchi pubblici Giardini e prati residenziali, marciapiedi, rifiuti animali Autoveicoli (freni, gomme, ecc), ponti, deposizioni atmosferiche, aree industriali, erosione dei suoli, corrosione delle superfici metalliche, processi di combustione Strade, parcheggi, aree di servizio, scarico illegale negli sfioratori di piena Prati, strade, perdite da tubazioni fognarie, sistemi settici Fertilizzanti, deposizioni atmosferiche, scarichi degli autoveicoli, erosione dei suoli, rifiuti animali, detergenti 3
È pertanto chiaro che la gestione delle vasche di prima pioggia dovrà avvenire con le necessarie cautele e le particolari disposizioni di carattere tecnico-normativo che nasceranno al momento del definitivo uso dei piazzali in questione. 3 - VASCHE DI PRIMA PIOGGIA 3.1 - Localizzazione Il piazzale in oggetto è stato suddiviso in quattro aree di influenza di dimensioni quanto più simili possibili, tenendo conto, al contempo, di riferimenti fissi in relazione ai cassoni per la effettiva realizzazione delle pendenze. Le aree così individuate sono le seguenti: A 1 = 9.754 m 2 ; A 2 = 9.473 m 2 ; A 3 = 9.608 m 2 ; A 4 = 8.743 m 2 (fig. 1). Tali aree prendono in considerazione anche le superfici che saranno rese praticabili successivamente alla realizzazione dei lavori di primo stralcio. Si tratta di superfici di piccola entità, evidenziate nella figura sottostante, oltre che nella relativa tavola grafica. Ogni area è di poco inferiore all ettaro e quindi, l altezza d acqua di 5 mm per ognuna di tale area darà un volume complessivo di poco inferiore a 50 m 3, volume delle vasche di prima pioggia di seguito riportate. fig. 1 - localizzazione delle vasche di prima pioggia La previsione è quella di accumulare i primi 50 m 3 /ha di acqua meteorica e di escludere le stesse vasche a riempimento avvenuto. 4
Nei lavori di primo stralcio saranno realizzate quattro vasche di prima pioggia dotate di relativi impianti di sollevamento. Il drenaggio del piazzale, che globalmente, nel progetto di primo stralcio, presenta una superficie di 37.700 m 2, è assicurato da pozzetti con griglia superiore, distribuiti uniformemente secondo una maglia di 20 m x 30,60 m, in modo da far raccogliere da ognuno di essi le acque incidenti su una superficie di circa 630 m 2. I pozzetti saranno tra loro collegati mediante una rete di tubi in pvc. I pozzetti numero 7 e 8 di ogni area raccoglieranno le acque di tutti gli altri pozzetti dell area stessa e le convoglieranno nelle vasche. Da ognuna di tali vasche, mediante opportuno pozzetto, partirà una tubazione di diametro 500 mm per lo scarico a mare. 3.2 Principi di funzionamento L'impianto è dimensionato per il trattamento di acque meteoriche di superfici scolanti inquinate essenzialmente da fanghiglia e tracce d'olio aventi un'area complessiva non superiore a 10.000 m 2. L'impianto opera tramite il seguente schema di trattamento: - separazione e accumulo delle acque di prima pioggia, così come definite dalle vigenti norme in materia; - scarico tal quale delle acque meteoriche risultanti dalle successive precipitazioni (acque di seconda pioggia); - trattamento di sfangamento e disoleazione delle acque di prima pioggia e scarico dell'acqua trattata. L'impianto è costituito da una vasca di prima pioggia abbinata ad un disoleatore. Ambedue i componenti sono di tipo prefabbricato in cemento armato vibrato e devono essere certificati in conformità con le disposizioni delle vigenti norme in materia. Operando secondo lo schema di trattamento sopra elencato, l'impianto riduce significativamente il carico inquinante delle acque meteoriche di dilavamento gravante sul corpo recettore. Infatti le acque di seconda pioggia, scaricate tal quali nel corpo recettore, sono per loro stessa natura esenti da contaminanti in quanto defluenti su di una superficie già dilavata dalla pioggia precedente. Inoltre, le acque di prima pioggia vengono scaricate nel corpo recettore a valle di un trattamento di sfangamento e disoleazione operato da un disoleatore. Le acque di prima pioggia vengono raccolte nelle vasche. Quando nei bacini di raccolta viene raggiunto il livello massimo, pari al volume scaricato di acque inquinate di "prima 5
pioggia", un particolare dispositivo, costituito da una valvola di intercettazione comandata da un galleggiante, blocca l'immissione delle acque nella vasca di trattamento, separandole dalle successive acque diluite (definite di seconda pioggia). Nella vasca di trattamento, che si trova in situazione di quiete, avviene la completa separazione dei solidi sedimentabili e degli oli. La separazione ulteriore delle sostanze oleose avverrà attraverso apposito filtro a coalescenza posizionato a valle della vasca. Dal pozzetto di rilancio le acque vengono inviate allo scarico mediante pompa di sollevamento a portata controllata. Il trasferimento delle acque trattate dal comparto di raccolta e trattamento al successivo pozzetto di scarico, avviene mediante un particolare dispositivo costituito da una tubazione di ripresa collegata ad un sistema di galleggiamento. Il funzionamento dell'impianto è completamente automatizzato tramite un sistema di programmazione dei cicli di lavoro e delle fasi depurative. I liquami (o morchie) che si accumulano ad ogni ciclo di separazione, vengono periodicamente estratti ed allontanati per il successivo smaltimento. La vasca è raffigurata nell'allegato elaborato grafico, a cui si rimanda per ogni dettaglio costruttivo. L intero impianto, fornito e posto in opera, è costituito, salvo più precise indicazioni ricavabili dalla relativa voce di computo metrico, da due pozzetti scolmatori automatici monoblocco prefabbricati in CAV di dimensioni esterne circa cm 128x128x187,5 cm completo di armatura rinforzata idonea all interramento, lastra di copertura carrabile per autocarri h=20 cm con un foro per chiusino, di apertura netta d=60 cm; due vasche monoblocco prefabbricati in CAV per l accumulo di acque di prima pioggia di dimensioni esterne 330 x 630 x 350 cm, comunque sufficienti alla raccolta di un volume di acqua complessivo pari a 50 m 3, completo di armatura rinforzata idonea all interramento, di foro e tubazione di entrata d=400 mm con valvola clapet d=400 mm di chiusura, con galleggiante, in acciaio inox AISI 304, armatura rinforzata idonea all interramento, trave e pilastri di rinforzo in c.a.v. da cm 15x15, lastra di copertura carrabile per autocarri h=20cm con fori con prolunghe per chiusini di ispezione apertura netta d=60cm e collegamento al pozzetto di raccordo prima dell ingresso nel disoleatore; un pozzetto di raccordo monoblocco prefabbricato in CAV di dimensioni esterne circa cm 76x76x56 completo di armatura rinforzata idonea all interramento, lastra di copertura carrabile per autocarri h=20cm con foro per chiusino di apertura netta d=60cm; un pozzetto disoleatore statico per oli non emulsionati; due pozzetti di raccordo monoblocco prefabbricati; un kit di prima pioggia completo di quadro elettrico con rapporto prova individuale, sensori di pioggia (start/arresto pompe e temporizzatori) per partenza ritardata, una valvola clapet 6
d=400/500mm di chiusura, con galleggiante, in acciaio inox AISI 304 per l uscita a mare, da applicarsi all'estremità della condotta di sbocco a mare. Nella posa in opera, la vasca viene completamente interrata e viene ricoperta con un solaio carrabile prefabbricato in cemento armato, spessore 20 cm, recante quattro aperture di ispezione 60 x 60 cm su cui sono posizionati altrettanti torrini di rialzo al piano di campagna, altezza 50 cm, muniti di chiusini a misura in ghisa sferoidale classe D 600. Il sistema di svuotamento automatico del bacino di accumulo e rilancio delle acque di prima pioggia è composto da una sonda segnalatrice di pioggia, una pompa di svuotamento con relativo interruttore di livello ed un quadro elettrico di controllo e comando della pompa. La sonda segnalatrice di pioggia è costituita da un sensore ad elettrodi installato sul fondo della condotta di drenaggio delle acque meteoriche di dilavamento in corrispondenza dell'imbocco nel pozzetto separatore. Il segnale del sensore è elaborato da un quadro elettrico programmato che attiva automaticamente la pompa di svuotamento dopo 48 ore di tempo asciutto. Il quadro deve essere altresì fornito di un allarme acustico che segnala eventuali anomalie del sistema di svuotamento. La pompa di svuotamento è installata sul fondo del bacino a valle di una soglia alta 20 cm, che la tiene al riparo dalla fanghiglia e dai corpi solidi che si depositano sul fondo della vasca. La pompa è del tipo sommergibile centrifuga con girante a vortice liquido, specifica per la movimentazione di acque cariche di corpi solidi e filamentosi, munita di interruttore di livello e dispositivo di calaggio e sollevamento. La linea di rilancio è realizzata con tubi e raccordi in acciaio zincato. Il disoleatore è un separatore coalescente, secondo la definizione della tabella 1 della UNI EN 858-1) costituito da una vasca monoblocco prefabbricata in cemento armato vibrato. Il sedimentatore è attrezzato con l'innesto alla succitata tubazione di mandata della pompa e comunica per troppo pieno con il separatore attraverso una tubazione in acciaio inossidabile. Nel disoleatore sono altresì installati un contenitore per la raccolta e l'accumulo dell'olio separato per galleggiamento ed un filtro a coalescenza. Conformato e dimensionato come descritto, il disoleatore opera nel seguente modo. Le acqua di prima pioggia rilanciata dalla pompa di svuotamento del bacino di accumulo si immettono nel sedimentatore dove i solidi sedimentabili (fango, limo, sabbia, ecc.) si depositano sul fondo mentre l'acqua decantata e le sospensioni oleose (oli, idrocarburi, 7
ecc.) defluiscono nel separatore attraverso la tubazione di collegamento. Qui tali sospensioni risalgono in superficie mentre la sottostante acqua chiarificata attraversa il filtro a coalescenza e si immette nella condotta di scarico. Nell'attraversamento del filtro, le microparticelle oleose sfuggite al galleggiamento e trascinate dall'acqua coalescono formando sospensioni più consistenti che si separano risalendo in superficie. Se lo strato di olio galleggiante supera il limite di 30 1, la valvola a galleggiante chiude la tubazione di collegamento fra il sedimentatore ed il separatore. Prima che si verifichi tale evento, è necessario provvedere al travaso dello strato di olio galleggiante nello specifico contenitore di accumulo qualora questa operazione non sia automatica. Quando il contenitore è pieno occorre provvedere alla estrazione e all'allontanamento dell'olio ivi contenuto tramite autospurgo. Periodicamente è altresì necessario effettuare il controlavaggio del filtro a coalescenza in modo da evitare che l'eccessivo intasamento del mezzo filtrante provochi un innalzamento del livello dell'acqua nel separatore. Nel presente paragrafo sono descritte le modalità operative dell'impianto con la precisazione che, non essendo note a priori la natura e l'entità delle sostanze inquinanti che si depositano sulla superficie scolante, la tempistica degli interventi periodici di manutenzione dell'impianto deve essere stabilita dall'operatore sulla base dell'esperienza acquisita durante il funzionamento iniziale dell'impianto. Operazioni periodiche di manutenzione della vasca di prima pioggia e del disoleatore La gran parte dei solidi sedimentabili trascinati dalle acque di prima pioggia si depositano sul fondo del bacino di accumulo, a monte della soglia di riparo della pompa di svuotamento, dove permane uno strato di 20 cm di acqua che gradualmente si riempie di fanghiglia. Prima che quest'ultima trasbordi nel vano di pescaggio della pompa, è necessario spurgare la vasca ripulendola eventualmente con getto d'acqua. Dopo eventi meteorici molto prolungati, è opportuno ispezionare la sonda rivelatrice di pioggia e, ove il caso, provvedere a ripulirla con getto d'acqua. La gestione del disoleatore richiede operazioni periodiche, quali il controlavaggio del filtro a coalescenza con aria pressurizzata tramite l'apposito circuito ogni qualvolta l'eccessivo intasamento del mezzo filtrante provoca un innalzamento del livello nel separatore; travaso delle sospensioni galleggianti nell'apposito contenitore di raccolta e accumulo tramite azionamento del rubinetto ogni qualvolta lo strato di olio galleggiante si approssima al valore limite consentito; estrazione dei solidi sedimentati dal sedimentatore 8
tramite autospurgo quando lo strato di fango depositato diventa eccessivo provocando il trascinamento di solidi nel comparto di disoleazione. 3.3 - Materiali costruttivi Le vasche devono essere realizzate con calcestruzzo confezionato con cemento portland tipo I 52,5 R conforme alla norma UNI 197-1 avente alta resistenza ai solfati (ARS) conforme alla norma UNI 9156, fibro-rinforzato con fibre sintetiche antifessurazione conformi norma UNI 14889-2, avente resistenza a compressione C40/50 (Rck 500 Kg/cm 2 ), classi di esposizione XC4, XS2/XD2, XF3, XA2 conformi alla norma UNI 206-1, dotate di armature interne d acciaio ad aderenza migliorata tipo B450C controllate in stabilimento, il tutto conforme al D.M. 14.01.2008. Le parti in acciaio inox delle vasche devono essere di acciaio austenitico tipo AISI 316L (contraddistinto da un più basso tenore di carbonio, inferiore allo 0,035%). L acciaio per le parti in cls, secondo quanto stabilito dal D.M. 14/01/2008 dovrà essere di tipo B 450 C. Le coperture carrabili devono essere dotate di un chiusino d'ispezione in ghisa classe D400 avente passaggio libero di 60x60 cm. 3.4 - Dati pluviometrici fig. 2 - carta della precipitazione media annuale sulle Marche del periodo 1950-1989 9
Tab. 3.1 - altezza di precipitazione (mm) in funzione della durata δ e del tempo di ritorno Tr (pluviometro di Ancona Torrette) La figura 3 riporta le curve di possibilità pluviometrica e l intensità media di precipitazione ricavate dal servizio regionale su citato. fig. 3 - intensità media di precipitazione per durata δ e tempo di ritorno Tr (pluviometro di Ancona Torrette) 3.5 - Calcolo delle portate I dati pluviometrici forniti dalla Regione Marche, Dipartimento per le Politiche Integrate di Sicurezza e per la Protezione Civile, forniscono un intensità media di 1
precipitazione - per il pluviometro di Ancona Torrette - di 56,79 mm/h, ammettendo un periodo di ritorno di 50 anni. Il calcolo della portata smaltibile da una sezione a pelo libero viene condotto verificando che la portata massima della tubazione più caricata sia superiore alla portata massima da smaltire da detta tubazione. I pozzetti Ai7 e Ai8 sono quelli dove confluiscono le tubazioni maggiormente caricate, avendo questi, un area di influenza pari alla metà circa delle aree Ai e quindi pari a circa 5.000 m 2. Pertanto le tubazioni più caricate risultano essere quelle del tratto Ai7-vasca i e Ai8-vasca i. Per quanto riguarda i tempi in cui si verificano le piogge, occorre fare qualche breve considerazione. L intensità di pioggia decresce al crescere del tempo. Pertanto, prendendo in considerazione tempi inferiori all ora, l intensità di pioggia e dunque l altezza di pioggia, sarà maggiore. Curve di possibilità pluviometrica per durate inferiori all ora non sono disponibili che in rari casi. In effetti, i procedimenti utilizzati per ricavare le altezze di pioggia a partire dai dati di 1, 3, 6, 12, 24 ore sono idonei per gli eventi lunghi (t>60 min), ma non per gli eventi brevi (t<60 min), poiché questi eventi seguono dinamiche meteorologiche molto diverse e che difficilmente possono essere schematizzate mediante modelli matematici, anche perché fortemente influenzate da parametri climatici microregionali. Pertanto le curve di possibilità pluoviometrica ottenute elaborando dati di piogge con durata maggiore di un'ora non danno valori affidabili per piogge di durata inferiore ai 60 min. Si è verificato che i valori ottenuti risultano sovrastimati rispetto a quelli che effettivamente si possono verificare. Bell ha elaborato una formula valida per piogge di durata inferiore ai 60 minuti: h t,t /h 60,T = 0,54*t 0,25-0,50 questa formula consente di calcolare l'altezza di pioggia di durata inferiore ai 60 minuti e tempo di ritorno T a partire dal valore h 60,T ottenuto dalla curva di possibilità climatica relativa allo stesso tempo di ritorno T. Pertanto, utilizzando il valore h 60,T pari a 56,79 mm/h, si ha: h 15 = 56,79*(0,54*15^0,25-0,50) = 31,95 mm. Dunque, prendendo in considerazione il valore calcolato con la formula di Bell, pari ad un altezza d acqua di 31,95 mm in 15 minuti, rapportato all ora, tale valore è pari a: 31,95 mm/h 4 = 127,8 mm/h. Le tre aree, A 2, A 3, A 4 sono sostanzialmente uguali dal punto di vista della superficie geometrica che, per comodità di calcolo, viene considerata pari a 10.000 m 2. La disposizione dei pozzetti e delle tubazioni, per le tre aree è identica, per cui, ai pedici 1,2,3, 11
si può sostituire il pedice generico i. Ognuna di esse, inoltre è suddivisa in due semiaree, simmetriche rispetto alla posizione dei pozzetti e delle vasche, e di superficie, naturalmente, pari a 5.000 m 2. Ciò premesso, per le tubazioni Ai7-vasca-i e Ai8-vasca-i, la portata d acqua da smaltire è pari a: 127,8 mm/h 10.000m 2 /2 = 639 m 3 /h, (avendo approssimato, per semplicità di calcolo e a vantaggio di sicurezza, come sopra già specificato, l area di influenza a 10.000 m 2 ). Per le tubazioni 3i (Ai-5/Ai-7 Ai-6/Ai-8), la portata da smaltire è pari ai 3/6 della portata calcolata per i tratti Ai7-vasca-i e Ai8-vasca-i: 639 m 3 /h 3/6 = 319,5 m 3 /h. Per le tubazioni 2i (Ai-3/Ai-5 Ai-4/Ai-6), la portata da smaltire è pari ai 2/6 della portata calcolata per i tratti Ai7-vasca-i e Ai8-vasca-i: 639 m 3 /h 2/6 = 213,0 m 3 /h. Per le tubazioni 1i (Ai-1/Ai-3 Ai-2/Ai-4), la portata da smaltire è pari a 1/6 della portata calcolata per i tratti Ai7-vasca-i e Ai8-vasca-i: 639 m 3 /h 1/6 = 106,5 m 3 /h. Per le tubazioni di sbocco a mare la portata da smaltire è pari a 639 m 3 /h 2 =1278 m 3 /h (ovvero uguale a 127,8 mm/h 10.000m 2 = 1278 mm/h). L area A 1 è suddivisa in due semiaree, di cui, quella a sud, interessata dai pozzetti 1,4,7,10,12,13 è identica, a meno dell ultimo pozzetto nella parte inferiore, alla semiarea sud della generica area A 1 sopra definita, per cui non si effettuerà alcun calcolo specifico. La parte nord dell area A 1 è stata suddivisa in tre sottoaree di influenza, A 1-1, A 1-2, A 1-3, rispettivamente di 3.298 m 2, 3.675 m 2, 1.770 m 2. Tali aree risultano proporzionali all area totale secondo i seguenti coefficienti: A 1-1 = 0,38 A 1 ; A 1-2 = 0,42 A 1 ; A 1-3 = 0,20 A 1. fig. 4 sottoaree di influenza dell area A 1 1
Trasferendo le proporzioni alle portate di acqua, si ha: P 1-1 = 127,8 mm/h 8.743 m 2 = 1.117,3 m 3 /h 0,38 = 424 m 3 /h P 1-2 = 127,8 mm/h 8.743 m 2 = 1.117,3 m 3 /h 0,42 = 469 m 3 /h P 1-3 = 127,8 mm/h 8.743 m 2 = 1.117,3 m 3 /h 0,20 = 223 m 3 /h La portata massima oraria smaltibile da una tubazione in cui scorra acqua a pelo libero è funzione di vari parametri, essendo Q = V A, dove V = velocità dell acqua, in m/s, nella sezione e A = area della sezione di flusso in m 2. La velocità V è pari a C R i, dove: R = raggio idraulico espresso in m (rapporto fra l area bagnata A e il perimetro bagnato P); i = pendenza del canale; C = coefficiente di scabrezza, che, dalla formula di Gauckler, risulta pari a (R 1/6 )/n, dove il coefficiente n è detto indice di scabrezza e, dalle tabelle di Ganguillet-Kutter, per materie plastiche risulta pari a 0,01 (le tabelle riportano tre valori del coefficiente, validi per le tubazioni in plastica: a vantaggio di sicurezza è stato utilizzato quello massimo che fornisce una portata minima per la tubazione). Il calcolo del diametro delle tubazioni viene effettuato con la formula di Manning, utilizzando un foglio di calcolo che mette in relazione tutti i parametri sopra definiti. Lo stesso calcolo viene effettuato con la formula di Chezy, con coefficiente di scabrezza k di Gauckler-Strickler pari a 100, valido per tubazioni usate. In tale caso la formula che regola la velocità dell acqua è: v = k R 2/3 i 1/2. I valori delle portate smaltibili che si ottengono con tale formula sono identici a quelli calcolati con la formula di Manning. Risulta così la seguente tabella, dalla quale si evincono le portate da smaltire per ogni tratto di tubazione e il conseguente diametro (nominale esterno a cui corrisponde un determinato diametro interno utilizzato per il calcolo) con le relative portate smaltibili. Le portate sotto definite sono quelle reali, calcolate utilizzando un coefficiente di afflusso φ = 0,95, valore caratteristico medio per le pavimentazioni tipo quella in progetto. Tab. 3.2 - Portate smaltibili (formula di Manning o Chezy) tratto portata da smaltire diametro utilizzato [mm] portata smaltibile Aree A 2, A 3, A 4 1i (Ai-1/Ai-3 Ai-2/Ai-4) 101 m 3 /h Ø 400 311 m 3 /h 2i (Ai-3/Ai-5 Ai-4/Ai-6), 202 m 3 /h Ø 400 311 m 3 /h 3i (Ai-5/Ai-7 Ai-6/Ai-8) 304 m 3 /h Ø 400 311 m 3 /h 7i (Ai7-vasca-i e Ai8-vasca-i) 607 m 3 /h Ø 500 789 m 3 /h 13
tubazioni di sbocco a mare 1214 m 3 /h Ø 630 1228 m 3 /h Area A 1 5-v 403 m 3 /h Ø 400 501 m 3 /h 8-v 212 m 3 /h Ø 400 441 m 3 /h 10-v 446 m 3 /h Ø 500 789 m 3 /h tubazioni di sbocco a mare 1214 m 3 /h Ø 630 1228 m 3 /h Dalla tabella sopra riportata appare come alcune tubazioni siano leggermente sovradimensionate. Dal punto di vista costruttivo e dell organizzazione del cantiere non appare giustificato introdurre un altro diametro che andrebbe ad interessare solo qualche metro di tubazione, ma che creerebbe problemi di simmetria e uniformità. Si adotteranno tubazioni a norma UNI EN 1401-1 tipo SN16 con i diametri riportati nella tabella soprastante. fig. 5 definizione dell angolo θ nel calcolo delle portate La pendenza delle tubazioni è variabile, come risulta dagli elaborati grafici, da un minimo del 2 ad un massimo del 5,2. 3.6 - Verifica statica delle tubazioni La verifica statica delle tubazioni viene condotta con il programma PROCOID che tiene in considerazione la profondità di interramento, la larghezza dello scavo, i carichi stradali, il grado di costipazione e il peso specifico del terreno (sono stati presi in considerazione i carichi pesanti HT 60, massa del convoglio 60 t e tre assi, secondo la L. 313/76), nonché, naturalmente, il diametro della tubazione, lo spessore, il materiale (PP). 1
Per la tubazione Φ 400 mm, si ha: 15
Per la tubazione Φ 500 mm, si ha: 1
Per la tubazione Φ 630 mm, si ha: 17
I tubi ed i raccordi, in PP per fognature e scarichi interrati non in pressione, dovranno avere i requisiti previsti dalla normativa vigente e, in particolare, rispettare la norma UNI 10968 : 2005 Sistemi di tubazioni di materia plastica per fognature e scarichi interrati non in pressione. I tubi ed i raccordi dovranno essere certificati da I.I.P. - Istituto Italiano dei Plastici con Marchi o da altro organismo di certificazione di prodotto equivalente accreditato in conformità alla norma EN 45011. Quando osservate senza ingrandimento, le superfici interne e esterne dei tubi e dei raccordi dovranno essere lisce, pulite e prive di cavità, bolle, impurezze e qualsiasi altra irregolarità superficiale che possa influire sulla conformità alla norma. Le estremità dei tubi dovranno essere tagliate in modo netto e perpendicolarmente all asse del tubo. Tutti i tubi dovranno essere permanentemente marcati in maniera leggibile lungo la loro lunghezza riportando, con frequenza non minore di due metri, almeno le seguenti informazioni: identificazione del fabbricante; marchio di conformità IIP-UNI o Piip o equivalente; riferimento alla norma codice d area di applicazione indicazione del tipo UNI materiale dimensione nominale DN spessore minimo o serie S rigidità anulare nominale SN data di produzione Tutti i raccordi dovranno essere permanentemente marcati in maniera leggibile riportando, oltre alle informazioni su citate per i tubi, anche l angolo nominale. Durante la movimentazione ed il trasporto delle tubazioni dovranno essere prese tutte le necessarie precauzione per evitarne il danneggiamento; i tubi non dovranno venire in contatto con oggetti taglienti e, quando scaricati, non dovranno essere gettati o lasciati cadere o trascinati a terra. I tubi dovranno essere stoccati su superfici piane e pulite ed in cataste ordinate e di altezza tale da evitare deformazioni e danneggiamenti con particolare attenzione agli eventuali bicchieri dei tubi. 1
Il materiale di riempimento per il letto di posa e per la trincea delle installazioni interrate dovrà essere sabbia priva di ciottoli, sassi taglienti, pietre, agglomerati d argilla, creta, sostanze organiche o eventuale terreno gelato. Giunzioni ad anello elastomerico I tubi dovranno essere forniti con idonei anelli elastomerici al fine di assicurare la tenuta delle giunzioni. Se gli anelli elastomerici non sono già posiziona nel tubo, al momento dell installazione della tubazione e prima del loro posizionamento, si dovrà procedere alla pulizia della loro sede ed eventualmente alla lubrificazione in conformità alle istruzioni del fornitore. La saldatura ad elementi termici per contatto dovrà essere effettuata da personale in possesso di certificazione (patentino) in conformità alla norma UNI 9737 rilasciata da un organismo di certificazione del personale accreditato ed eseguita in conformità alle norme UNI 10520 e UNI 10967 come applicabile ed alla norma UNI 11024. Dovranno essere utilizzate apparecchiature conformi alla norma UNI 10565. Prima di procedere alla saldatura si dovrà verificare che le superfici delle tubazioni da saldare di testa siano tagliate perpendicolarmente all asse, prive di difetti e pulite. Le caratteristiche minime di resistenza meccanica dovranno essere le seguenti: Proprietà Unità Metodo ASTM Valore Durezza Rockwell scala D795 R60-70 Resistenza a trazione kg/cm² D638 300-390 Allungamento alla rottura % D638 200-700 Modulo elastico a trazione kg/cm² D638 10000-15500 Resistenza alla flessione kg/cm² D790 420-560 Modulo elastico a flessione kg/cm² D790 12000-18000 Resistenza alla compressione kg/cm² D695 390-560 Modulo elastico a compressione kg/cm² D695 10500-21000 Resistenza all'urto IZOD con intaglio a 23 C kgcm/cm² D256 2.5-11 Per quanto riguarda il tipo di trincea, sarà effettuato uno scavo di larghezza 0,8 m per le tubazioni Φ 315 mm e Φ 400 mm e di 1,00 m per le tubazioni Φ 630 mm. La profondità sarà dettata dalle relative tavole grafiche dei profili. I calcoli di verifica sono stati fatti per le due altezze di terreno di ricoprimento, in testa e in coda ad ogni tubazione (come riportato nella tabella precedente), ma per semplicità di esposizione, sono stati riportati gli output del calcolo effettuato con una media dell altezza di interramento. 19
4 - VERIFICA AL GALLEGGIAMENTO DELLA VASCA DI PRIMA PIOGGIA La verifica al galleggiamento della vasca viene effettuata considerando le forze stabilizzanti e la sottospinta idraulica e verificando che quest ultimo valore sia inferiore alle forze stabilizzanti. P = [BLH (B-2s 1 ) (L-2s 1 ) (H-s 2 )] γ c + + B L h a γ t +B L h b (γ t -γ a )+2 [(B+2 S) s 4 +L S s 4 ] γ c, F = B L H γ a 2
dove i simboli hanno il seguente significato: P = Peso dell intera struttura, compreso il rinterro superiore F = sottospinta idraulica, pari al volume di acqua spostato dalla vasca B = lunghezza esterna della vasca L = larghezza esterna della vasca H = altezza esterna della vasca s1= spessore delle pareti della vasca s2 = spessore della base della vasca s3 = spessore delle ali della soletta della vasca s4 = spessore della copertura della vasca S = larghezza delle ali della soletta di base allargata della vasca ha = altezza del terreno di ricoprimento in assenza di acqua hb = altezza del terreno di ricoprimento in presenza di acqua γa = peso specifico dell acqua γc = peso specifico del cls γt = peso specifico del terreno di ricoprimento Un foglio di calcolo permette di calcolare le forze in azione. Si distinguono tre pesi che concorrono al peso totale zavorrato della vasca: Pcos, peso di costruzione, con la sola vasca, Pcop, peso della vasca con la soletta di copertura superiore e Pcls, peso del calcestruzzo di riempimento intorno alla vasca. Tali tre pesi forniscono il peso totale della vasca a regime che va confrontato con la sottospinta idraulica F. 21
Tali pesi risultano: Pcos = 399 kn Pcop = 104 kn Pcls = 1642 kn P tot = 2041 kn Ptot = 2685 kn Si è supposto un ricoprimento di terreno pari a due metri, suddividendolo in due strati. Quello superiore contribuisce per intero alle forze stabilizzanti, quello inferiore, supponendo un innalzamento dell acqua tale da imbibire completamente tale strato, è stato considerato come contribuente solo in parte alle forze stabilizzanti, per un fattore pari alla differenza fra il peso specifico del terreno (γt = 1800 kg/m 3 ) e il peso specifico dell acqua (γa = 1000 kg/m 3 ). Ptot risulta ampiamente superiore alla sottospinta idraulica F = 827 kn. Inoltre, Pcos è stato suddiviso in due fasi temporali differenti, P cos in assenza di terreno di ricoprimento e P cos con il terreno di ricoprimento. In fase di costruzione, si ha dunque che il peso della struttura da confrontare con la sottospinta idraulica è pari a P tot = P cos + Pcls = 399 kn + 1642 kn = 2041 kn, valore superiore alla sottospinta idraulica. Pertanto, in fase di costruzione, il getto di calcestruzzo dovrà porsi in opera contemporaneamente alla posa della vasca. A vantaggio di sicurezza, è stato considerato uno spessore di calcestruzzo di zavorra attorno alla vasca pari solo allo spessore delle ali della soletta inferiore della vasca per l altezza totale della vasca stessa. 2