NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 1/27 INDICE 1. PREMESSA...2 2. IDROLOGIA DEL TERRITORIO...2 2.1. ELABORAZIONE DEI DATI PLUVIOMETRICI... 3 2.1.1. Idrologia locale degli scrosci... 3 3. RACCOLA ED ALLONTANAMENTO DELLE ACQUE DI PIATTAFORMA 6 3.1. PREMESSA... 6 3.2. METODICA DI RACCOLTA DELL ACQUA... 6 3.3. DETERMINAZIONE DELLE PORTATE DI PROGETTO... 9 3.4. VERIFICHE IDRAULICHE... 10 3.4.1. Distanza tra le caditoie... 10 3.4.2. Dimensionamento degli scolmatori... 11 3.4.3. Dimensionamento delle condotte che collegano le caditoie... 12 4. RACCOLTA ED ACCUMULO ACQUE DI PRIMA PIOGGIA...13 4.1. RIFERIMENTI NORMATIVI E LEGISLATIVI... 13 4.2. DIMENSIONAMENTO COLLETTORI DI RACCOLTA ACQUE DI PRIMA PIOGGIA... 14 4.3. SISTEMA DI TRATTAMENTO ACQUE DI PRIMA PIOGGIA... 16 4.4. CICLO DI TRATTAMENTO: FUNZIONI, CARATTERISTICHE E DIMENSIONAMENTO DEI SINGOLI STADI 20 5. SISTEMA DI DISPERSIONE...23 5.1. DATI BASE... 23 5.2. DIMENSIONAMENTO DEL SISTEMA DI DISPERSIONE... 23 5.2.1. Infiltrazione da trincea disperdente... 24 5.2.2. Infiltrazione da pozzi... 25 5.2.3. Infiltrazione da fossi di guardia... 26 6. OPERE DI SISTEMAZIONE IDRAULICA DELLA RETE DI DRENAGGIO INTERFERENTE...27
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 2/27 1. PREMESSA La nuova S.P. n 91 di Valle Calepio si inserisce tra le opere di primaria importanza nel disegno di riqualificazione e gerarchizzazione funzionale della rete stradale provinciale. E volta a ricostruire una relazione diretta con il settore orientale della provincia e con l area bresciana, che storicamente è stato assolto dalla S.P. n 91 ormai compromessa funzionalmente dagli insediamenti urbani, sia residenziali che produttivi, sorti lungo l intero percorso. La seguente relazione riguarda gli aspetti idraulici e idrologici connessi con la realizzazione della nuova SP n 91 e divergerà sui seguenti aspetti: - idrologia del territorio interessato dall intervento; - risoluzione delle interferenze tra tracciato stradale e rete idraulica locale; - raccolta ed allontanamento delle acque di piattaforma; - trattamento delle acque di prima pioggia; - sistema di dispersione delle acque di seconda pioggia Nella presente relazione non si tratterà la compatibilità idraulica dell attraversamento del tracciato sul Fiume Cherio per la quale si rimanda allo studio specifico effettuato dalla provincia. 2. IDROLOGIA DEL TERRITORIO Si è sviluppata una valutazione dei dati idrologici della zona per determinare l intensità delle piogge di breve durata, i così detti scrosci, che serviranno per il dimensionamento delle opere di raccolta ed allontanamento delle acque di piattaforma. La fonte dei dati idrologici è la Direttiva 2: Piene di progetto da assumere per le progettazioni e le verifiche di compatibilità idraulica dell Autorità di Bacino del Po. Di seguito si riporta la rete di pluviometri presente nella Direttiva 2 dell autorità di Bacino, e dove si mettono in evidenza le stazioni utilizzate per il seguente studio.
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 3/27 Si riportano nei paragrafi successivi le due elaborazioni eseguite. 2.1. Elaborazione dei dati pluviometrici 2.1.1. Idrologia locale degli scrosci Non avendo a disposizione i dati relativi alle piogge di breve durata, cioè quelle inferiori all ora, si sono utilizzati i dati relativi ad eventi di pioggia di durata superiore all ora, delle stazioni pluviometriche più vicine all intervento. Si riportano di seguito. Stazione Codice Tr 20 Tr 100 Tr 200 Tr 500 a n a n a n a n Borgonato 807 45.7 0.25 58.1 0.24 63.5 0.20 70.2 0.20 Chiari 816 51.1 0.25 64.2 0.26 69.8 0.30 77.2 0.30 Gorno 1016 62.0 0.34 78.9 0.33 86.2 0.30 95.7 0.30 Progetto 52.9 0.28 67.1 0.28 73.2 0.27 81.0 0.27
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 4/27 La progettazione della rete di drenaggio della piattaforma stradale richiede l adozione di piogge di durata inferiori ad un ora. Non disponendo di tali dati di precipitazione si è fatto riferimento ad una procedura riportata sul Manuale di progettazione redatto dal Centro Studi Deflussi Urbani 1. In esso si segnala che i rapporti r δ tra le altezze di durata δ molto breve e l altezza oraria sono relativamente poco dipendenti dalla località. Sembrerebbe che, per brevi durate (meno di due ore), i rapporti siano più stabili che per durate maggiori [Bell, 1969]. Al pluviografo di Milano Monviso, su un campione di 17 anni [Piga e altri, 1990] sono stati calcolati i seguenti rapporti dei valori medi delle massime altezze di pioggia annue di diversa durata h δ rispetto al valore medio della massima altezza annua oraria h 1 ed i corrispondenti rapporti dei valori massimi: δ [minuti] 1 2 3 4 5 10 15 30 45 r δ =h δ /h 1 0.130 0.180 0.229 0.272 0.322 89 0.601 0.811 0.913 Facendo riferimento al caso specifico del progetto, l altezza di pioggia oraria con tempo di ritorno pari a 20 anni, espressa in mm, corrisponde proprio al valore di 52,9 mm. La scelta di un tempo di ritorno pari a 20 anni per la valutazione e il dimensionamento della rete di raccolta delle acque meteoriche è più che cautelativo in quanto il criterio indicato all interno del P.R.R.A., prevede l utilizzo di eventi con Tr pari a 10 anni. Si è scelto di utilizzare un tempo di ritorno di progetto più elevato, a seguito di un colloquio con il consorzio di bonifica che gestisce la zona, il quale ha prescritto che l acqua di piattaforma non può essere convogliata nella loro rete di scolo, in quanto tale rete non è in grado di ricevere afflussi superiori a quelli che già riceve. Applicando all altezza di pioggia oraria i rapporti riportati in tabella, sono state ricavate le altezze di pioggia per durate inferiori all ora: δ 1 2 3 4 5 10 15 30 45 60 [minuti] h δ [mm] 6.88 9.52 12.11 14.39 17.03 25.87 31.79 42.90 48.30 52.9 1 Centro Studi Deflussi Urbani (1997) Sistemi di fognatura; Manuale di progettazione - HOEPLI
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 5/27 Questi valori non corrispondono ad una curva di possibilità pluviometrica precisa, pertanto non sono riconducibili a nessuna formulazione del tipo h = a x t n. Per poter comunque far riferimento ad un espressione in tale forma, è stata operata una regressione sui valori h δ in funzione della durata. L espressione della regressione così ottenuta, che rappresenta a tutti gli effetti una curva di possibilità pluviometrica, ha condotto ovviamente a valori diversi delle altezze di pioggia rispetto a quelli ricavati dall applicazione dei rapporti r δ suddetti, e gli scostamenti percentuali rispecchiano una sottostima, comunque molto contenuta, per gli eventi di durata 10, 15 e 30 minuti ed una sovrastima per gli eventi di 5 e 45 minuti. Complessivamente, si nota tuttavia un ottima aderenza dei valori deducibili dalla regressione con quelli ottenuti dai rapporti specificati in tabella, testimoniato anche da un valore del coefficiente di determinazione R 2 = 0,99. Si riporta di seguito un grafico dove si mettono in evidenzia i risultati ottenuti dalla regressione. CURVA DI POSSIBILITA' CLIMATICA 70.00 y = 7.08x 0.52 60.00 50.00 h [mm] 40.00 30.00 campioni C.P.C. 20.00 10.00 0.00 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 DURATA [min] I parametri della curva di regressione così valutati, sono stati utilizzati nella determinazione della pioggia di progetto. In definitiva, quindi, la pluviometria assunta alla base del progetto della rete di drenaggio è riassunta dalle seguenti equazioni:
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NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 7/27 Si è pertanto cercato di evitare di interrompere la circolazione idrica superficiale e provocare punti di ristagno, garantendo ed integrando con opportune opere di canalizzazione ed attraversamento la continuità di fossi e canali esistenti. Il territorio interessato dall arteria in progetto è pianeggiante e solcato da una numerosa rete di canalette irrigue e di scolo. Il sistema di drenaggio delle acque di piattaforma è vincolato dall esigenza di prevedere la raccolta e la successiva separazione delle acque di prima pioggia che dovranno essere convogliate a trattamento. Le acque defluenti dalla sede stradale verranno raccolte con l utilizzo di una serie di caditoie posate all esterno della banchina sul ciglio erboso, rigorosamente al di là della tripla onda della barriera di sicurezza. Per l individuazione della frazione meteorica corrispondente alla prima pioggia si è fatto riferimento si è fatto riferimento all art. 20, comma 2, della legge regionale Lombardia del 27 maggio 1985, n. 62 e al più recente Regolamento Regionale n. 4 del 23/04/2006. Ad interassi variabili, riscontrabili sulle planimetrie di progetto, è stato previsto l utilizzo di piccoli scolmatori che raccolgono i contribuiti di gruppi di 3 o 6 caditoie stradali. Le caditoie sono realizzate con un pozzetto in CA con una griglia in ghisa con classe di resistenza C250. Sono poste ad interasse variabile (tra 10 e 30 m), tali interassi sono riscontrabili sulle planimetrie di progetto. Le caditoie sono posate ai margini della sede stradale e sono collegate tra loro tramite tubazioni in PVC di diametro variabile. Gli scolmatori hanno un triplice fine: - fare la separazione delle acque di prima pioggia da quelle di seconda pioggia; - evitare fenomeni di concentrazione delle portate delle seconde piogge i pochi punti lunghi il tracciato e perciò evitare fenomeni di dissesti idrologici; - raccogliere gran parte dei sedimenti trasportati dalle acque piovane durante la loro azione di dilavamento della superficie stradale, essendo tali elementi ai bordi della sede stradale sono anche di facile accesso per le operazioni di manutenzione. Una volta separate le acque di prima pioggia da quelle di seconda pioggia, le seconde sono raccolte e convogliate in tubazioni in PVC a diametro variabile e
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NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 10/27 3.4. Verifiche idrauliche La verifica idrauliche sono state effettuate con la classica formula del moto uniforme utilizzando il coefficiente di scabrezza di Gauckler-Strickler. 3 / 2 Q = A Ks R i 1/ 2 dove: Q = portata di progetto [m 3 /s]; A = sezione idraulica bagnata [m 2 ]; Ks = coefficiente di scabrezza di Gauckler-Strickler [m/s -1/3 ]; R = raggio idraulico [m]; i = pendenza di fondo [m/m]. 3.4.1. Distanza tra le caditoie Il dimensionamento della distanza tra le caditoie si basa sul processo di deflusso dalla sede stradale al margine della stessa e deve tenere conto dei problemi di sicurezza dei veicoli legati alla formazione del velo liquido. Il velo liquido sulla sede stradale deve infatti essere contenuto entro prefissati valori per non condizionare l aderenza dei pneumatici. L altezza del velo liquido dipende principalmente dalla pendenza trasversale e da quella longitudinale della strada. La massima portata che defluisce sulla piattaforma stradale è calcolata utilizzando il metodo cinematico per una precipitazione di durata pari al tempo di corrivazione del sistema. La portata di picco è data dalla relazione: Q = Φ a t n 1 S dove S è la superficie del tratto di piattaforma stradale considerato t = τ c è il tempo di corrivazione del sistema, necessario affinchè l acqua raggiunga il recapito, partendo dal punto idraulicamente più lontano; il tempo di corrvazione è dato dall equazione:
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NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 12/27 4 ' 0.002 h μ 0 = ( 0.310 + ) (1 + ) 2 2 h L H La seconda è di tipo rettangolare e serve per lo sfioro le acque di seconda pioggia. Il dimensionamento è stato effettuato con la formula dello stramazzo rettangolare in parete sottile: ' 2 q = μ h 2 g h 0 ' μ = (05 + 0 0.0027 ) h (1 + 0.55 h H ) Nella tabella che segue si riportano le principali caratteristiche degli scolmatori che andranno inserite nelle diverse zone omogenee. 3.4.3. Dimensionamento delle condotte che collegano le caditoie La verifica delle tubazioni è stata effettuata con la classica formula del moto uniforme utilizzando il coefficiente di scabrezza di Gauckler-Strickler, ed è consistita nel controllo di queste condizioni: - Arid / Ac < 0,70 il grado di riempimento delle condotte deve essere tale che il rapporto tra la sezione bagnata e la sezione piena della condotta sia minore di 0,70; si è considerato un valore così basso in quanto tali condotte con il tempo e durante gli eventi di minore intensità possono essere soggette a fenomeni di depositi di inerti.
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NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 14/27 deposizioni secche, prima della restituzione delle acque di pioggia all ambiente naturale. La stessa progettazione delle infrastrutture stradali è stata quindi condizionata dai vincoli imposti dai sistemi di raccolta e trattamento delle acque di prima pioggia, in particolare per quanto riguarda l estensione delle aree imposte e l altimetria delle opere interferenti (attraversamenti stradali ed idraulici). Entrando nel merito del presente progetto, il primo problema che si è posto è stato quello legato all individuazione delle soglie di intervento del sistema, in altre parole la quantificazione delle acque di prima pioggia. Come già esposto in precedenza, la legislazione vigente in materia è estremamente vaga ed incompleta. L unico riferimento normativo esistente, che offre un approccio sistematico e razionale al problema legato alla definizione di acque di prima pioggia, è rappresentato dalla L.R. della Lombardia n. 62/85, dalla successiva Del. del C.R. della Lombardia n. IV/1946 del 21.03.1990 e del recente Regolamento Regionale n. 4 del 23/04/2006. E stata pertanto adottata, nel dimensionamento sia delle condotte di raccolta che delle vasche di trattamento, la definizione: sono considerate acque di prima pioggia quelle corrispondenti, per ogni evento meteorico, ad una precipitazione di 5 mm uniformemente distribuita sull intera superficie scolante servita dalla rete di drenaggio. Ai fini del calcolo delle portate si stabilisce che tale valore si verifichi in 15 minuti, il tutto come riportato nella citata L.R. 62/85 della Regione Lombardia. 4.2. Dimensionamento collettori di raccolta acque di prima pioggia Criteri generali di calcolo Analizzando la definizione di acque di prima pioggia così come riportata nella L.R. 62/85 della Regione Lombardia, appare evidente come il significato stesso sia slegato, almeno in parte, dall effettiva piovosità dell area interessata dagli interventi di progetto. La determinazione delle portate defluenti nelle tubazioni, che corrono parallelamente all impalcato, utilizzate per la raccolta delle acque di prima pioggia, è stata effettuata mediante il metodo razionale descritto in precedenza.
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 15/27 Calcolato il valore della portata di progetto secondo le considerazioni precedentemente esposte (5 mm di pioggia per una durata di 5 minuti) ed assegnando valori opportuni del diametro e della pendenza di fondo delle condotte, si è reso così possibile determinare il grado di riempimento (y/ ) delle condotte stesse e l effettivo valore del raggio idraulico RH. Dimensionamento collettori Il dimensionamento dei collettori di raccolta delle acque di prima pioggia, condotto sulla base dei criteri generali precedentemente esposti, ha consentito di individuare i diametri da assegnare ai singoli tratti di collettore. Il dimensionamento, come già esposto dettagliatamente in precedenza, è stato effettuato assegnando alle condotte stesse dimensioni tali da consentire di convogliare verso gli impianti le acque di prima pioggia e le parte delle acque bianche che non si è potuta sfiorare prima calcolata sulla base di un evento meteorico di brevissima durata e forte intensità (scroscio) con tempo di ritorno di 10 anni, Per quanto riguarda la scelta del materiale, considerato la natura dei fluidi veicolati, si sono adottate tubazioni in PVC per fognatura, con classe di rigidezza SN 4, in considerazione del fatto che la posa delle stesse è prevista al di fuori delle superfici interessate dal traffico veicolare. La posa dei collettori è prevista lungo il margine esterno del corpo stradale, con valori di ricopertura minimi di 0,80 m e rinfianco in sabbia o ghiaino lavato, per ricoprimenti minori si è previsto di eseguire un rinfianco della condotta con del cls; la pendenza di fondo adottata varia da un minimo del 2,00 ad un massimo che è dettato dal profilo altimetrico della morfologia del terreno. Per il dettaglio dei diametri, delle pendenze di fondo e degli sviluppi dei collettori si rimanda alle specifiche tavole grafiche allegate. La verifica delle tubazioni è stata effettuata con la classica formula del moto uniforme utilizzando il coefficiente di scabrezza di Gauckler-Strickler, ed è consistita nel controllo di queste condizioni: - Arid / Ac < 0,70 il grado di riempimento delle condotte deve essere tale che il rapporto tra la sezione bagnata e la sezione
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 16/27 piena della condotta sia minore di 0,70; si è considerato un valore così basso in quanto tali condotte con il tempo e durante gli eventi di minore intensità possono essere soggette a fenomeni di depositi di inerti. - 0,00 < veff < 5,00 m/s relazione valida per le fognature bianche e miste. Il dimensionamento ha determinato la necessità di utilizzare tubazioni in PVC di diametro variabile. Nell Allegato B alla presente relazione si riportano i calcoli idraulici per le verifiche dei collettori che convogliano le acque di prima pioggia agli impianti di trattamento. 4.3. Sistema di trattamento acque di prima pioggia Caratteristiche delle acque da trattare Le acque di prima pioggia sono costituite dalle acque di scorrimento superficiale di eventi pluviometrici e sono caratterizzate da elevate concentrazioni di inquinanti, spesso superiori addirittura a quelle che caratterizzano reflui ordinari civili e/o industriali. In conseguenza dell evento pluviometrico, infatti, le acque meteoriche operano il dilavamento delle deposizioni secche dalle superfici urbane e stradali, causando il trasporto in fognatura di sostanze inquinanti, quali solidi sedimentabili (organici ed inorganici), sostanze nutritive, batteri, idrocarburi, oli minerali, grassi, metalli pesanti ecc. Tale fenomeno si presenta con particolare intensità nelle prime fasi dell evento pluviometrico stesso ed è noto con il termine di first flush. Le caratteristiche delle acque di prima pioggia, per la natura stessa dei processi idrologici che originano il dilavamento delle sostanze inquinanti dalle superfici urbane e stradali, risultano estremamente variabili e dipendenti dalla specificità del sito in esame ed in particolare dal regime pluviometrico, oltre che dalle caratteristiche climatiche e morfologiche dell area drenata. I valori del carico inquinante veicolato in fognatura variano in funzione, oltre che della natura dell area esaminata (aree urbane, superfici stradali con intensità di traffico variabile ecc.), anche dell intervallo
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 17/27 di tempo intercorso dall ultimo evento piovoso significativo che ha dato origine ad un fenomeno di dilavamento significativo e possono essere compresi tra 5 e 15 kg/ha/giorno. Ciò premesso e facendo riferimento a dati medi riportati nella letteratura tecnica, le concentrazioni minime, medie e massime dei principali composti inquinanti che caratterizzano le acque di prima pioggia si possono così riassumere: Tabella 1 - Valori minimi, massimi e medi delle concentrazioni dei nutrienti eutrofizzanti nel 2001 Parametro Con. min. Con. max. Con. media D.Lgs 152/99 [mg/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l] SS 200 435 320 80 COD 80 680 380 160 TKN 2 88 24 Cu 0,10 0,19 0,15 0,10 Pb 0,01 0,19 0,10 0,20 Zn 0,33 0,87 0,87 0,50 In linea generale si può affermare che il fenomeno del first flush si manifesta principalmente con i parametri SS, COD, Azoto e metalli pesanti (in particolare Cu, Zn e Pb), con un entità tanto più pronunciata quanto maggiore è il periodo di tempo secco antecedente e quanto maggiore è l intensità di precipitazione negli istanti iniziali dell evento. Linee guida di approccio alla progettazione Il recapito finale del collettore di trasferimento è costituito dall impianto di trattamento, costituito da un primo stadio meccanico di separazione e da una successiva fase di fitodepurazione. In particolare, la fase di trattamento primaria e secondaria
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 18/27 meccanica è costituita da un sistema di vasche di sedimentazione in cui avviene la separazione delle sabbie, degli oli e delle altre sostanze flottanti. Gli impianti sono di tipo a flusso discontinuo, ciò significa che avviene un accumulo con successiva evacuazione dei volumi di acqua di prima pioggia che avverrà, secondo le normative, in una tempo minimo previsto tra un evento e l altro di circa 48 ore. L inizio della precipitazione e il conseguente riempimento del bacino, viene rilevato da una apposita apparecchiatura che, dopo un certo tempo programmabile, mette in funzione la pompa di sollevamento a portata controllata. In questo intervallo nelle vasche di accumulo avviene la sedimentazione delle sabbie contenute nei liquami in ingresso. Quando nel bacino viene raggiunto il livello massimo, pari al volume scaricato di acque inquinate di prima pioggia, un particolare dispositivo blocca l immissione nella vasca deviando così le successive acque diluite direttamente alle batterie di pozzi perdenti. I liquami stoccati vengono evacuati tramite un pompa di sollevamento a portata costante controllata elettronicamente. Prima dell immissione nel bacino di fitodepurazione i liquami sono pretrattati con trattamento di disoleazione con filtro a coalescenza. La manutenzione di queste vasche sarà fatta manualmente ogni circa 6 mesi; la manutenzione comporta l asportazione degli oli, delle sostanze flottanti e delle sabbie depositate, nonché la pulizia e la raschiatura delle pareti e del fondo delle vasche. Il comparto dei trattamenti primari e secondari si sviluppa su una unica. Il trattamento di fitodepurazione avviene in un bacino a flusso sul superficiale a canneto ; in questo caso sono previsti dei ripartitori di portata in testa alle linee di distribuzione del refluo, questo permette il funzionamento il parallelo e garantisce che le operazioni di manutenzioni del bacino possano avvenire senza che vi sia l interruzione del trattamento. Nel bacino a flusso sub-superficiale di tipo verticale a canneto si attua la degradazione delle sostanze inquinanti disciolte nelle acque di dilavamento da parte dell apparato radicale delle piante. La conformazione del bacino e la sua estensione consentono di smaltire buona parte dell acqua in ingresso per evapo-traspirazione.
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NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 21/27 Il manufatti sono previsti in calcestruzzo armato, realizzato in opera, a sezione rettangolare. Le sabbie sedimentate sul fondo della vasca vengono estratte manualmente ogni 6 mesi. La rimozione degli olii e delle sostanze galleggiante (disoleatura) avviene in una vasca interrata separata della vasca di sedimentazione. Al suo interno è previsto l inserimento di un filtro a coalescenza che facilita il fenomeno di aggregazione delle particelle delle sostanze oleose. Le sostanze rimosse verranno trasportate in impianti centralizzati in grado di attuare un adeguato trattamento (smaltimento controllato). Bacino di sub-infiltrazione a flusso verticale Il bacino di fitodepurazione (bacino a sub-infiltrazione verticale canneto ) viene circondata da un arginello in argilla compattata. Il fondo del bacino a flusso sub-superficiale è leggermente degradante verso l estremità dove sono presenti i pozzetti di raccolta dell effluente tra 0,90 m e 1,40 m (per gli impianti con estensione maggiore) dalla sommità dal piano di campagna. Sull intera superficie è steso uno strato di ghiaia lavata omogenea di 10 che serve per una migliore distribuzione dell acqua sulla superficie del bacino, sottesa da uno strato di 30 cm di ghiaietto (eventualmente recuperato in situ in seguito all esecuzione degli scavi) dove avviene l attecchimento dell apparato radicale del canneto (piante acquatiche phragmites), al di sotto del quale si ripete uno strato di ghiaia per uno spessore variabile. Il fondo dei bacini dovrà essere perfettamente impermeabilizzato con dei teli di polietilene. La ghiaia nello stadio a sub-infiltrazione a scorrimento verticale viene conservata costantemente sommersa per favorire lo sviluppo e il mantenimento del canneto, infatti lo scarico avviene con un tubo flessibile che funziona come troppo pieno e regola il livello all interno del bacino.
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 22/27 Per il dimensionamento delle vasche di fitodepurazione si è considerato una porosità media del mezzo poroso saturo (ghiaia mista) del 42 % ca. ed una conducibilità idraulica di 20 m/giorno, nota le dimensioni in pianta del bacino, è stato possibile calcolare il gradiente idraulico medio attraverso la relazione: S = Q ( K AT ) dove: Q = portata trattata; AT = area attraversata dal flusso idraulico; K = conducibilità idraulica. Il tempo di ritenzione idraulico medio (H.R.T.), tenuto conto della porosità del mezzo poroso saturo e quindi del volume utile, risulta compreso tra un minimo di 12,1 giorni (impianto 2) ed un massimo di 15,5 giorni (impianto 3). Si riportano di seguito le principali caratteristiche dei bacini di fitodepurazione. Impianto Q Asup Ks prof. media HTR [l/s] [mq] [mc/mq d] [m] [d] 1 53 268 2 1.1 12.4 2 113 560 2 1.1 12.1 3 55 350 2 1.1 15.5 Per quanto riguarda la stima dell abbattimento delle sostanze inquinanti in soluzione e che quindi non sono state rimosse per sedimentazione o adsorbimento, si è fatto riferimento ai dati di letteratura di seguito riportati. Apporto minimo di ossigeno = 4,5 9,0 02 / mq x d (Brix, 1994) Azoto ammoniacale nitrificabile = 0,5-1,9 g N/d (Tanner 1994) Apporto di C organico da parte delle radici = 0,7-1,5 g/mq x d (Radtke, 1 985) Denitrificazione = variabile (diminuisce drasticamente a T < 5 C ); il solo apporto di C organico da parte delle radici consente di abbattere circa 0,3-0,7 gr N/mq x d (Radtke 19950.
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 23/27 Tenendo conto di tutte le fonti di carbonio organico, il dato più probabile per l'abbattimento di azoto ossidato può essere assunto cautelativamente pari a 2,23 mg N/l (Piatzer 1996). La letteratura scientifica non è invece ancora in grado di dare indicazioni attendibili cui fare riferimento per prevedere l'abbattimento di fosforo. Si può comunque far conto sul fosforo rimosso dalle canne per sintesi biologica, cui si aggiunge quello rimosso per adsorbimento e cattura da parte dei "medium". 5. SISTEMA DI DISPERSIONE 5.1. Dati base Il progetto della sistema idraulica prevede la raccolta della acque meteoriche nelle seguenti zone: strade di progetto; marciapiedi; scarpate-aree verdi, banchine. Per ciascuna di queste tre zone è stato assegnato un coefficiente di deflusso pari a: - strade di progetto Φ=0,9 - marciapiedi Φ=0,9 - banchine Φ=0,9 - scarpate-aree verdi Φ=0,2 La rete di raccolta e dispersione, delle acque che non dovranno subire il trattamento, è stata calcolata per funzionare esclusivamente a gravità con un'unica tipologia di recapito e cioè mediante pozzi e/o trincee disperdenti. Il tipo di terreni che si trovano nella zona di progetto sembrano particolarmente adatti alla realizzazione dei pozzi, sia per la presenza di tratti sabbiosi limosi a tratti ghiaiosi e per la presenza di falda profonda rispetto al piano campagna (circa 30 m). 5.2. Dimensionamento del sistema di dispersione
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 24/27 In base allo studio geologico redatto dalla provincia si diviso il tracciato in 5 zone con caratteristiche di permeabilità omogenea, si riporta di seguito una tabella che le identifica. Come detto in precedenza il sistema di dispersione sarà composto dai seguenti elementi: - trincee disperdenti posate ad una profondità maggiore del metro rispetto al piano di campagna di larghezza e altezza pari a 1 m, composte da uno strato di ghiaia avvolto in un geotessuto con al loro interno una tubazione in PVC finestra; - pozzi perdenti di raggio interno pari a 0,75 m e altezza pari a 4,00 m; - fossi di guardia in terra, il quale contributo risulterà minimo per la scarsa permeabilità dei primi 50-80 cm di terreno. 5.2.1. Infiltrazione da trincea disperdente Il calcolo della portata dispersa da una trincea in un mezzo permeabile si effettuerà nell ipotesi che la falda sia ad una profondità indefinita, tale ipotesi è confermata anche dai livelli di falda misurati nelle prove effettuate nello studio geologico.
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 25/27 La portata filtrata si ricava con la formula del moto filtrante che utilizza uno schema del tipo riportato nell immagine: b Q = + 2 H K H 5.2.2. Infiltrazione da pozzi Il calcolo della portata dispersa da un pozzo in un mezzo permeabile non è del tutto agevole. Tuttavia alcune ragionevoli e ammesse ipotesi consentono la trattazione in modo relativamente semplice. Nel nostro caso la falda si trova ad una profondità variabile da zona e zona, ma comunque tale da non influenzare il moto di filtrazione dal pozzo. Per il calcolo della portata dispersa si possono fare le seguenti ipotesi: - falda a profondità illimitata - H = 4.00 m altezza d acqua all interno del pozzo - r o = 0.75 m raggio del pozzo la formula adottata è la seguente:
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. dove: K H r 0 RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 26/27 2 π K Ql = ln 2 ( H ) ( R r ) coefficiente di filtrazione altezza dell acqua all interno del pozzo raggio del pozzo 0 La formula fa riferimento allo schema di moto filtrante riportato nella figura in alto ed a essa si deve aggiungere la portata dispersa dal fondo del pozzo. Qf = π Κ 2 r o 5.2.3. Infiltrazione da fossi di guardia Oltre alla dispersione che si ottiene nei pozzi e nelle trincee si è previsto di realizzare dei fossi di guardia in erba e capaci di disperdere nel sottosuolo parte (in realtà un piccolo contributo) dell acqua caduta sulla piattaforma stradale. Si ipotizza che la falda sia a profondità indefinita. Lo schema di moto filtrante adottato in questo caso è riportato nell immagine che segue: q = / ( b H + C) K H I fossi di guardia avranno le seguenti caratteristiche: bo = 0.50m H = 0 m altezza utile f = 0.10 m franco Ht = f + H = 0.50 m altezza totale n = 3/2 pendenza delle scarpate k = variabile coefficiente di filtrazione
NUOVA STRADA PROVINCIALE N.91 DI VALLE CALEPIO 2 LOTTO DA COSTA DI MEZZATE A CHIUDUNO PROGETTO DEFINITIVO PROGETTO DOCUMENTO PROG./EDIT. 00818D 818D012-2A.doc AB/Ab REV. DATA PAG. RELAZIONE IDROLOGICA - IDRAULICA 00 04/2007 27/27 I fossi sono dimensionati sia per il trasporto di portate, verso i pozzi disperdenti, che per funzionare come sistemi di dispersione, riuscendo ad accumulare un primo volume di pioggia, che penetra nel sottosuolo. Nell Allegato C alla presente relazione si riportano i calcoli idraulici per le verifiche del sistema di dispersione delle acque meteoriche. 6. OPERE DI SISTEMAZIONE IDRAULICA DELLA RETE DI DRENAGGIO INTERFERENTE La rete idrografica minuta di un territorio si caratterizza, in genere, per la presenza di numerosi corsi d acqua: naturali taluni, artificiali (bonifica) tali altri; ai quali è necessario assicurare la continuità di deflusso. A tale scopo sono state rispettate in fase progettuale, le prescrizioni del Consorzio di Bonifica della Media Bergamasca, emerse durante un incontro avvenuto, presso la sede del consorzio, nella giornata del 03-11-2003. Da questo incontro l aspetto emerso e il più importante, è che i canali del consorzio non riescono a recepire le acque di seconda pioggia proveniente dallo scolo delle acque di piattaforma, nemmeno con opportuni sistemi di laminazione a monte. Per ottemperare a questa prescrizione la strada sarà servita da un proprio sistema di allontanamento delle acque formato da fossi e pozzi disperdenti, già descritto in precedenza. Il secondo aspetto fondamentale sollevato dal consorzio è mantenere la continuità fisica e di servizio delle loro roggie che intersecano il nuovo tracciato in progetto della SP 91. A tale scopo sono state previsti molti manufatti, che sono stati tutti evidenziati nelle planimetrie di progetto alle quali si rimanda per maggiori dettagli. Oltre alla rete consortile l intervento interseca altre scoline di minore importanze ed anche per queste si è garantita la continuità idraulica o tramite deviazioni o con l ausilio di manufatti idraulici quali tombini o scatolari (anche per questi casi si rimanda alla planimetrie di progetto). Di seguito si riportano due planimetrie con la sovrapposizione della rete di bonifica del consorzio e del progetto stradale.
ALLEGATO A Dimensionamenti idraulici per determinare l interasse delle caditoie, il tipo di scolmatore da utilizzare e le verifiche delle condotte che collegano le caditoie nei diversi tratti stradali omogenei per pendenze longitudinali e trasversali
METODO RAZIONALE Parametri della curva di possibilità climatica n = 0.52 (h) a = 58.93 mm 0.05893 m Geometria della sede stradale test: Il tratto è in rettifilo? 1 [0=no,1=sì] lc = 3.75 m larghezza corsia Φc = 0.90 coeff. di deflusso corsia lb = 1.50 m larghezza banchina Φb = 0.90 coeff. di deflusso banchina Determinazione del tempo di corrivazione al variare dell'interrasse delle caditoie d = 10 m distanza tra le caditoie Ks = 70 m^1/3 s -1 coeff. di resistenza per pavimentazioni in asfalto j = 0.060 m/m pendenza trasversale w = 0.000 m/m pendenza longitudinale i = 0.060 m/m pendenza media superficie scolante t c = 5.00 min tempo di corrivazione τ c = 3600 26.3 ( 1 n ) L k s a 1000 0.6 i 0.3 1 ( 0.6 + n ) Determinazione del livello idrico in cunetta Qc = 0.003 m 3 /s = 2.55 l/s j = 0.060 m/m pendenza trasversale i = 0.000 m/m pendenza longitudinale Ks = 70 m^1/3 s-1 coeff. di resistenza per pavimentazioni in asfalto b = 1.10 m larghezza pelo libero su banchina y = 0.067 m livello in cunetta A = 0.037 mq area sezione bagnata Q(y) = 0.003 mc/s 2.55 l/s P = 1.17 m perimero bagnato Delta Q = 0.000 l/s Rh = 0.03 m raggio idraulico Dimensionamento delle caditoie b = 1.10 m larghezza pelo libero v = 0.07 m/s velocità della corrente l = 0.50 m larghezza della grata vo = 0.87 m/s velocità limite Eo = 80% efficienza della caditoia R1 = 100% rendimento della grata L = 0.50 m lunghezza della grata Q'2 = 0.508 l/s portata fluente all'esterno della grata R2 = 95% rendimento laterale della grata E = 99% Efficienza totale della grata Q2 = 0.027 l/s portata non catturata dalla caditoia