Capitolo 2 - Progetto acquedotto - M. Leopardi - Costruzioni Idrauliche - Università de L'Aquila

Costruzioni Idrauliche Progetto Acquedotto 25

Capitolo 2

IL TRASPORTO IN PRESSIONE Anticamente il problema di addurre acque pota-

bili a notevoli distanze veniva risolto, secondo

una consuetudine Romana, con l’utilizzo di cana-

lizzazioni a superficie libera, in canali coperti,

anche quando le caratteristiche topografiche del

terreno vincolavano, nel rispetto delle quote pie-

zometriche, la realizzazione di canalizzazioni so-

praelevate o in galleria.

Il trasporto in pressione, svincolando il tracciato

dall’andamento della cadente piezometrica, tro-

va applicazione in un campo amplissimo di por-

tate, da frazioni di l/s fino a svariati m3/s. Acquedotto romano

Può essere attuato con tubazioni costruite con differenti materiali che, nell’arco di centinai d’anni,

hanno subito notevoli modificazioni seguendo il naturale processo tecnologico dei materiale e delle

tecniche di costruzione.

Fabbricazione di una condotta di bambù in Cina Elementi di tubi in pietra

Costruzioni Idrauliche 26

2.1. PORTATA DELL’ACQUEDOTTO

La portata di un acquedotto è esprimibile dalla semplice relazione

∑+⋅

=i i

mn q86400

dPQ [l/s] [a]

con

- Pn : popolazione al termine del periodo di sufficienza

- dm : dotazione pro capite, espressa in [l/(ab giorno)]

- qi : la portata richiesta per lo svolgimento di attività specifiche

La determinazione della popolazione al termine del periodo di sufficienza viene effettuata tenuto

conto sia della dinamica demografica (incremento, stazionarietà, decremento della popolazione)

funzione del tasso di crescita e sia della dinamica sociale (immigrazione-emigrazione).

Ambedue sono di difficile modellizzazione, poiché condizionate da un’elevata molteplicità di fattori.

In via del tutto generale, si rileva che mentre il tasso demografico evolve, in assenza di eventi ec-

cezionali, con gradualità e regolarità, la dinamica sociale è irregolare e di difficile valutazione.

A.Sviluppo demografico

In Italia, per la valutazione delle tendenze evolutive della popolazione si fa, generalmente, riferi-

mento alle risultanze dei censimenti, condotti, salvo eccezioni, con cadenza decennale, a partire dal

1861. Riportati su un diagramma cartesiano i dati rilevati della popolazione nei vari censimenti, Fi-

gura 1, nell’ipotesi di crescita costante, è possibile tracciare una linea di tendenza che consente di

fare una previsione sulla popolazione al termine di un determinato periodo.

anno popolazione

1921 15.732

1931 16.607

1941 17.643

1951 21.188

1961 24.184

1971 27.551

1981 28.287

1991 31.545

……… ………..

2030 41.0000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

Censimenti

popola

zione

*10

3

41.000

Figura 1. Previsione della popolazione futura

Quando i dati si discostano da un andamento lineare è possibile, con un’analogia alla matematica

finanziaria, fare riferimento alla legge dell’interesse composto, oppure ricorrere a metodi basati

sull’analisi regressiva.

Legge di crescita dell’interesse composto: si basa su un criterio analitico usualmente seguito

per le previsioni demografiche quando i dati della popolazione si dispongono secondo una curva con

concavità rivolta verso l’alto, indice di crescita accelerata.

Le variazioni riscontrate nei successivi censimenti consentono la stima degli incrementi della popo-


lazione e del “tasso annuale di accrescimento”. 1

Considerato un intervallo di tempo della durata di n anni, indicando con τ il valore del tasso medio

annuale di accrescimento naturale (eccedenza dei nati sui morti) stimato per un periodo più ampio

possibile, è possibile scrivere una relazione tra Pn e Po , rispettivamente la popolazione alla fine ed

all’inizio di detto periodo:

( )n0n 1PP τ+= [b]

Per la determinazione di τ si fa generalmente riferimento alla serie dei valori di τi desunti dai dati

storici della popolazione, rilevati dai censimenti nei vari periodi di durata ni , secondo

l’espressione: 1P

P n1

1i

ii −⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=τ

− [c]

dove iP e 1iP − rappresentano la popolazione ai valori estremi dell’intervallo ni (Tabella II)

Per τ viene generalmente assunto il valore medio degli τi .

Tabella II

La (3), con le dovute sostituzioni, fornisce la popolazione cercata :

( ) 504.46)01,01(545.311PP 39n0n =+⋅=τ+=

Analisi di regressione: sono basate sulla estrapolazione della curva interpolare dei dati di popo-

lazione ottenuti dai censimenti, dati riportati, in funzione della variabile tempo, su diagramma car-

tesiano ( x=n[anni] ; y=p [popolazione]). La presenza di singolarità e discontinuità nella curva in-

terpolare richiede approfondimenti di indagine mirati alla determinazione delle cause generatrici.

La funzione interpolatrice assume la forma esponenziale nbeap ⋅⋅=

1 L'Istituto Centrale di Statistica elabora e pubblica, per le regioni italiane ed i capoluoghi di provincia, dati sulla popolazione ed i valori dei tassi medi di incremento .

anno popolazione τi

1921 15.7321,055619 10 0,0054

1931 16.6071,062383 20 0,0061

1941 17.6431,20093 30 0,0185

1951 21.1881,141401 40 0,0133

1961 24.1841,139224 50 0,0131

1971 27.5511,026714 60 0,0026

1981 28.2871,115177 70 0,0110

1991 31.5450,0100 τ = tasso medio

2030 46.504 Pn


anno n popolazione

1921 0 15.732

1931 10 16.607

1941 20 17.643

1951 30 21.188

1961 40 24.184

1971 50 27.551

1981 60 28.287

1991 70 31.545

2030 109 48.877

p = 15226 e0,0107n

R = 0,988

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100anni n

popola

zione p

*10

3

2.2. FABBISOGNO E DOTAZIONE IDRICA Intorno agli anni 50 la Cassa per il Mezzogiorno dette avvio al Piano di Normalizzazione Idrica alla

cui base fu posta un’indagine sull’effettiva conoscenza del patrimonio idrico sorgentizio.

In Abruzzo si distribuivano mediamente circa 800 l/s.2

Determinato il fabbisogno pro-capite all’anno 2000, con dotazioni comprese tra gli 80 ÷ 250

l/ab*giorno , la portata da erogare salì a circa 3200 l/s; la differenza era da reperire con nuove

captazioni e distribuire con nuovi acquedotti.

Nel 1963 il Ministero dei LL.PP. ha redatto il Piano Regolatore Generale degli Acquedotti per la pre-

visione e programmazione organica di nuovi interventi acquedottistici con riferimento temporale al

2015 e basato su criteri tecnico – economici riassunti in modo più generale :

2 La disponibilità idrica per usi potabili deriva direttamente dai volumi idrici derivanti dalle precipitazioni. In

Italia piove, mediamente, 300 miliardi di m3 di cui solo 100 miliardi di m3 sono utilizzabili ai fini idropotabili a

fronte di una domanda di circa 50 miliardi di m3


• L’approvvigionamento idrico deve soddisfare tutte le esigenze della moderna vita civile per

una popolazione prevedibile in un cinquantennio;

• Realizzazione di acquedotti a servizio di un vasto territorio con criteri tecnico-economici senza alcuna preclusione riguardante limiti di territorialità tra Regioni, Province e Comuni;

• Nasce il concetto di :

Popolazione residente e popolazione fluttuante giornaliera e stagionale

Dotazione di orientamento pro-capite (Tabella I) quale misura ritenuta sufficiente per le normali necessità dell’uso civile sobriamente soddisfatto, senza porre limiti asso-luti all’uso dell’acqua, che nell’aspetto economico del bene di consumo tende di per sé a dilatarsi nel tempo, sopratutto dove il predetto elemento sia disponibile a basso costo.

Tabella I

Popolazione e centri da servire Dotazioni l/ab*giorno

- (classe 7) case sparse 80

- (classe 6) popolazione inferiore a 5000 abitanti 120

- (classe 5) popolazione da 5000 a 10000 abitanti 150



- (classe 2) popolazione maggiore di 100000 abitanti 300

- (classe 1) grandi città 3 500 ÷ 700

- popolazione fluttuante stagionale 200

- popolazione fluttuante giornaliera 100

Le previsione del PRGA risultarono ben presto superate dall’evolversi delle situazioni locali deri-

vanti da incremento di presenze turistiche, maggiori consumi unitari, dinamiche sociali accanto

all’evoluzione demografica.

Nella Tabella II sono riportati i valori massimi e minimi dei fabbisogni medi annui per usi igienici e

civili stimati in occasione della Conferenza Nazionale delle Acque.

Per la determinazione del fabbisogno totale concorrono, attraverso specifiche indagini, varie tipolo-

gie di utenza:

• usi domestici : alimentazione, pulizia personale, lavaggi e pulizie, annaffiatura

• servizi pubblici :lavaggio strade, annaffiatura parchi e giardini, impianti sportivi, piscine pubbli-

che, fontane, servizi igienici, ecc.

• edifici pubblici, privati e per la collettività : ospedali e cliniche, caserme e prigioni, scuole ed u-

niversità, ecc.

• attività artigianali ed industriali .

• attività commerciali e turistiche : centri commerciali, alberghi e pensioni, ristoranti, trattorie,

self-service , campeggi, ecc.

3 secondo le indicazioni dei Provveditorati Regionali alle OO.PP.


Tabella II

USI FABBISOGNI MEDI ANNUI l/ab.g

Minimi Massimi

- domestici 111 160

- servizi pubblici 6 22

- edifici pubblici, privati e per la collettività 6 38

- artigianali e piccole industrie 6 55

- commerciali e turistiche 5 70

- perdite, sprechi ed usi non specificati 16 105

FABBISOGNO TOTALE PER USI CIVILI 150 450

Nel 1975 la Cassa per il Mezzogiorno modifica le modalità di intervento con l’istituzione dei Progetti

Speciali.

Il PS29 “ Sistemi idrici dell’Appennino centro meridionale” prevedeva :

• Adeguamento delle strutture acquedottistiche presenti a fronte delle nuove situazioni e-

mergenti

• Adeguamento delle presenze stagionali e aumento delle dotazioni idriche l/ab*giorno (Tabella III)

Tabella III

Per i centri turistici la dotazione per i fluttuanti è pari a quella dei residenti con il 100% della dota-

zione per i servizi.

Per l’Abruzzo le previsioni del fabbisogno sono passate dagli 800 l/s (per gli anni <1950) ai 9572

l/s previsti dal PS29 (elaborato nel 1975 con previsione fino al 2016) a fronte dei 4841 l/s previ-

sti PRGA ( elaborato nel 1963 con previsione 2015).

Il fabbisogno medio annuo subisce sensibili oscillazioni, nello arco dell’anno, causate da molteplici

fattori quali:

1. la variabilità delle condizioni climatiche che determinano forti variazioni del fabbisogno nelle

stagioni (maggiori consumi in corrispondenza dei mesi estivi);

2. la fluttuazione della popolazione (incrementi stagionali di popolazione per flussi turistici estivi

ed invernali);

3. il ciclo settimanale dei giorni lavorativi e festivi (calo dei consumi nei giorni festivi, tranne nei

centri turistici);

4. il ciclo delle attività giornaliere ;in generale si riscontra un maggior consumo tra le 10 e le 12 e

consumi minimi durante le ore notturne. Nelle aree metropolitane i picchi tendono a smorzarsi

su valori medi abbastanza costanti.

Pertanto stimata la Portata media annua aQ , dedotta dalla [a] con dm dotazione totale desunta

dalla Tabella III, Q assume analoghe determinazioni per la dotazione media del mese dei maggiori

n.abitanti Usi domestici servizi totale

<5000 250 10% 25 275

5000÷10000 300 30% 90 390

10000÷50000 300 60% 180 480

>50000 300 100% 300 600


consumi, o la dotazione media del giorno dei maggiori consumi, o la dotazione dell’ora dei maggiori

consumi:

Portata media del mese di maggior consumo: amm QkQ ⋅=

Portata media del giorno di maggior consumo: agg QkQ ⋅=

Portata media dell’ora di massimo consumo: ahh QkQ ⋅=

Nella seguente Tabella IV sono riportati i valori dei coefficienti ki

Tabella IV

Popolazione km Kg kh

>1.000.000 1,1 1,2 1,3

200.000÷500.000 1,2 1,5 2,5

50.000÷200.000 1,3 2÷3 4÷6

Nello stabilire la portata di un acquedotto è tradizione in Italia fare riferimento ai fabbi-

sogni del giorno dei maggiori consumi indicati come dotazioni pro capite espresse in litri

per abitante per giorno.


2.3. MOTO PERMANENTE NELLE CONDOTTE IN PRESSIONE

Il moto permanente entro condotte circolari è riconducibile al moto uniforme; la perdita di carico totale per unità di lunghezza J = ∆E/L è uguale alla perdita di carico piezometrico J = ∆H/L det-

ta pendenza motrice ed è correlata alle grandezze caratteristiche del moto, della condotta e del

fluido dalla formula di Darcy-Weisbach

g2V

DJ

2λ= (1)

V = velocità media D = diametro della tubazione

λ coefficiente di attrito o di resistenza, funzione del Numero di Reynolds ν

=VD

Re e della sca-

brezza ε della parete.

Figura 1. Sistema semplice di adduttore unicursale

Per valori di Re ≤ 2000 il moto è laminare; λ non dipende da ε ma è funzione solo della viscosità

cinematica ν e dal Numero Re secondo l'espressione di Poiseuille :

Re

64=λ (2)

Per valori di Re > 2500 il moto è turbolento ; oltre alle forze viscose, dovute al movimento longi-tudinale, agisce l'attrito causato dalla scabrezza ε delle pareti della condotta che, ostacolando il

flusso, è causa di perdita di energia. Quando la scabrezza assoluta ε delle pareti, pari allo spesso-

re medio delle asperità presenti sulla parete del tubo, è inferiore allo spessore dello strato laminare

il moto non è influenzato dalla scabrezza ed è in regime di parete liscia. Al contrario quando le

asperità, superando lo strato anzidetto, accentuano la turbolenza, con conseguente aumento delle

perdite per attrito lungo la condotta, si è in regime di parete scabra. Tra il regime laminare e

turbolento esiste una zona di transizione per la quale le caratteristiche della corrente dipendono

sia dalla viscosità che dalla scabrezza delle pareti (Figura 2).

2.4 PERDITE DI CARICO RIPARTITE

a. Regime di parete liscia :

λ è funzione solo di Re ed il suo valore è espresso in forma implicita dall'espressione di Prandtl

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ λ=

λ 51,2Re

log21

(3)


o dalle espressioni esplicite di Blasius 25,0Re3164,0 −=λ (per Re ≤105 ) (4)

e di Nikuradse 237,0Re221,00032,0 −+=λ (per Re>105 ) (5)

b. Regime di transizione :

il moto laminare è presente solo nello strato limite : λ dipende sia da ε che da Re ed il suo valore

può essere ricavato dalla formula implicita di Colebrook

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ ε+

λ−=

λ D71,3Re

51,2log2

1 (6)

In pratica per la determinazione di λ è conveniente far uso del diagramma di Moody dove noto Re,

seguendo una curva ε/D , si risale al valore cercato.

c. Regime di parete scabra o moto assolutamente turbolento :

λ è funzione solo della scabrezza ε secondo l'espressione di Prandtl-Nikuradse

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ε

=λ

D71,3log2

1 (7)

Nella Tabella I sono riportati i valori della scabrezza assoluta ε .

Figura 2 - Diagramma di Moody


ESEMPIO n.1

Stabilita la portata in 30 l/min e limitata la velocità a circa 0,3 m/s resta determinato il diametro commerciale di una condotta in PEAD DN 50 mm (di =diametro interno = 40,8 mm) per il convo-

gliamento di acqua potabile a circa 15 °C .

La cadente piezometrica LH

J∆

= , pari al rapporto tra la perdita di carico ∆H e la lunghezza L della

condotta, è correlata alle grandezze caratteristiche del moto, della condotta e del fluido dalla for-

mula di Darcy-Weisbach : Dg2

VJ

2λ=

• V velocità media

• D diametro tubazione • λ coefficiente di attrito o di resistenza, funzione del numero di Reynolds e della scabrezza ε

della parete del condotto.

Le tubazioni in PEAD si comportamento idraulicamente come un tubo estremamente liscio, anche dopo anni di esercizio. Il coefficiente λ dipende sia dalla scabrezza ε e sia dal Numero di Reynolds

Re secondo l'espressione implicita di Colebrook

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ ε+

λ−=

λ D71,3Re

51,2log2

1

Nella seguente Tabella sono riportati i valori delle perdite di carico determinate sia con la formula

di Colebrook che con quella semplificata di Blasius : 25,00 Re3164,0 −=λ

valida per numeri di Reynold Re ≅105 . Per ε è stato assunto il valore di 0,007 mm, adottato della DVGW (Deutscher Verein von Gas un

Wasserfachmannern). I valori di J e ∆H , nell’uno e nell’altro caso, risultano pressoché coincidenti.

Tabella

Portata 30 litri/min t=15°CL (m) 590Q (l/s) 0,50PEAD DN50

di (mm) 40,8V (m/s) 0,38

Colebrook Blasius

ν 1,14E-06Re 13687 Re 13687

ε 0,007

λ 0,0288 λ0 0,0292J 0,00526 J 0,00534

∆H (m) 3,10 ∆H (m) 3,15


Oltre alle formule riportate, il moto uniforme in regime turbolento è altresì interpretato corretta-

mente con formule pratiche di origine empirico-sperimentale. La prima e più nota è quella dovuta

a Chézy (1776)

JRV χ= (8)

la funzione χ , coefficiente di resistenza [m0,5/s], dipendente sia dalle caratteristiche fisiche e ge-

ometriche della parete a contatto del fluido, rese attraverso il parametro "coefficiente di scabrez-

za", sia dal raggio idraulico R.

Nelle applicazioni, per χ viene di regola fatto riferimento alle seguenti espressioni:

Bazin (1897):

R1

87γ

+=χ

Kutter (1869) :

R

m1

100

+=χ

Manning (1890): 6/1Rn1

=χ Strickler (1923) 6/1Rk=χ

Le prime due relazioni forniscono risultati inattendibili in presenza di tubazioni caratterizzate da

scabrezza molto bassa. La relazione di Manning, analoga per struttura a quella di Gauckler-Strickler

(k = 1/n), non ha limitazioni ed incontra il favore nelle applicazioni sia per la semplicità della for-

mulazione (funzione di potenza) sia per la vasta massa di dati sperimentali che hanno portato alla

determinazione dei valori numerici del coefficiente di scabrezza n.

Nella Tabella V sono riportati i valori consigliati da vari Autori per i vari coefficienti di scabrezza per

tubazioni realizzate con differenti materiali.

Nel caso di tubazioni circolari ha un largo impiego la formula di Manning-Strickler, dedotta dalla

formula di Chézy:

2/13/2 JRkQ ω= (9)

con le dovute sostituzione, ricordando che nelle sezioni circolari il raggio idraulico 4D

R = la (9) si

riconduce alla nota espressione della cadente piezometrica per condotte circolari :

33,522 DkQ2936,10J −−= (10)


Tabella V – Valori dei coefficienti di scabrezza per condotte

In un sistema semplice di adduttore unicursale, raffigurato nella Figura 1, risultano noti, general-

mente: la portata Q, la lunghezza L, le quote di sfioro dei serbatoi S ed A e, pertanto, il dislivello piezometrico ∆H ed il valore del coefficiente di scabrezza K del materiale della condotta “in uso cor-

rente” o condizione di “tubo usato”; resta incognito il diametro D che , esplicitando la [9] in fun-

zione del diametro D si scrive:

33,51

22

HLQk2936,10

D ⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

∆=

− (10)

il quale risulterà , di norma, teorico, ovvero non riscontrabile negli abachi o tabelle commerciali (ad

esempio la Tabella VI riporta le dimensioni standardizzate di tubazioni in acciaio ) .

Per la soluzione completa del problema dovranno determinarsi i valori di due diametri DX e DY, ri-

spettivamente immediatamente maggiore ed immediatamente minore del diametro teorico, di lun-


Tabella II

ghezze LX e LY tali che LX+LY=L e perdite di carico ∆HX e ∆HY (Figura 3), tali da soddisfare le

relazioni : L=LX+LY ∆H = ∆HX + ∆HY

Figura 3. Sistema semplice di adduttore unicursale


ESEMPIO n.2

Determinare la serie di diametri commerciali di una condotta di acciaio che deve trasferire una

portata di 55 l/s da un serbatoio a quota 275 m s.m. ad un altro con quota sfioro 225 m s.m. di-

stanti tra loro 5,750 km . La cadente piezometrica teorica risulta 0087,05750

225275LH

J =−

=∆

=

∆H = 50,00 m L= 5750,00 m Q= 0,055 m3/s ω [cm

2] V [m/s]

k= 80DN[250] 0,262 [X] 538 1,0223

J= 0,00870 Dt= 0,245DN[200] 0,209 [Y] 343 1,6035

J[X]= 0,00613 X= 4720,43 m 28,94 m

J[Y ]= 0,02045 Y= 1029,57 m 21,06 m

L= 5750,00 m ∆H= 50,00 m

Stabiliti i diametri commer-

ciali e le relative lunghezze,

nella condizione di “Tubi usa-

ti”, si determinano le perdite

di carico nella condizione di

“Tubi nuovi”

∆H = 50,00 m L= 5750,00 m Q= 0,055 m3/s ω [cm

2] V [m/s]

k= 95DN[250] 0,262 538 1,0223

DN[200] 0,209 343 1,6035

J[250]= 0,00435 X= 4720,43 m 20,52 m

J[200]= 0,01450 Y= 1029,57 m 14,93 m

L= 5750,00 m ∆H'= 35,46 m ∆h= 14,54

Pertanto dovrà essere utilizzata una valvola regolatrice di carichi per dissipare il carico di 14,54 m.


ESEMPIO n.3

Determinare la distribuzione delle portate nel sistema di condotte, in servizio corrente (coefficiente

di scabrezza di Strickler k=80) riportato in figura

Dati : ∆H = 17 m L1 = 1140 m

D0= 312 mm L2 = 750 m

D1 =209 mm L3 = 680 m

D2 =160 mm L4 = 930 m

210 QQQ +=

La perdita di carico complessiva ∆H= ∆H1+∆H2+∆H3 = 17 m dovrà essere uguale percorrendo il

tratto 1-2 sia monte che di valle pertanto :

( )( )⎪⎩

⎪⎨⎧

∆=⋅⋅⋅++⋅⋅⋅

∆=⋅⋅⋅++⋅⋅⋅

−−−−

−−−−

HLkDQ2936,10LLkDQ2936,10

HLkDQ2936,10LLkDQ2936,10

3233,5

22241

233,50

20

2233,5

12141

233,50

20 [a]

Con le dovute sostituzioni

⎪⎩

⎪⎨⎧

=⋅⋅⋅+⋅⋅⋅

=⋅⋅⋅+⋅⋅⋅

−−−−

−−−−

1768080160,0Q2936,10207080312,0Q2936,10

1775080209,0Q2936,10207080312,0Q2936,10

233,522

233,520

233,521

233,520 [b]

⎪⎩

⎪⎨⎧

=+

=+

17Q75,095.19Q92,653.1

17Q71,070.5Q92,653.1

22

20

21

20 Eguagliando 5.070,71 2

1Q =19.095 22Q

221022

5,0

1 Q94,2QQQQ94,1Q71,070.575,095.19

Q =+=⇒=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

sostituendo nella 2^ equazione del sistema [b]

s/m068,0Qs/m045,0Qs/m023,0Q

ineinf

17Q75,095.19Q79,295.14

17680*80*160,0*Q2936,102070*80*312,0*Q94,2*2936,10

30

31

32

22

22

233,522

233,522

2

===

=+

=+ −−−−


ESEMPIO n.4

Determinare la portata addotta da un sistema di condotte in acciaio in servizio corrente (k=90) co-stituito da una tubazione DN 300 [Di = 312 mm] lunga 3.200 m seguita da due tubazioni, poste in

parallelo, DN 150 [Di = 160 mm] e lunghe 37.600 m .

Al temine delle condotte si dovrà avere un controcarico di 5 m di colonna d’acqua.

Dall’espressione generale della cadente piezometrica5

22

D

Q

g2

V

Di β=

λ= essendo ovviamente:

321 QQQ += L2 = L3 D2=D3 risulta β2=β3 ⇒ Q2=Q3 .

La perdita di carico complessiva ∆H = 46,50-5,00 =41,50 m dovrà essere uguale sia al termine

della condotta 2 e sia della condotta 3 . Pertanto è possibile scrivere:

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

=

∆=⋅β+⋅β

21

252

22

2151

21

1

Q2Q

hLD

QL

D

Q

⇒ hLD

QL

D

Q425

2

22

2151

22

1 ∆=⋅β+⋅β

252

215

1

12

LD

LD

4

hQ

⋅β

+⋅β

∆= ricordato che

33,0i

21

iDk

2936,10=β

ed operate le opportune sostituzioni si ottiene s/l14Qs/l7QQ 132 ===

2.5 IL PROGETTO

Il progetto, la costruzione ed il collaudo delle tubazioni per acquedotto sono regolamentati dal De-

creto del Ministero dei Lavori Pubblici del 12/12/1985, riportato integralmente in Appendice e di

cui nel seguito si evidenziano alcuni tratti.

0.1 Definizione Ai fini della presente normativa è definito con il termine "tubazioni" il complesso dei tubi, dei giunti e dei pezzi speciali costituenti l'opera di adduzione e/o di distribuzione di acqua ad uso potabile, agricolo, industriale e ad usi multipli, ovvero I'opera di fognatura per la raccolta delle acque reflue ed il convogliamento all'impianto di trattamento e al recapito finale.


0.2 Oggetto della normativa

Con le presenti norme si stabiliscono i criteri da osservare nel progetto, nella costruzione e nel collaudo delle tubazioni, come definito nel precedente punto 0.1. e degli elementi che le costituiscono (tubi, giunti, pezzi specia-li). Sono esclusi dall'oggetto della presente normativa i procedimenti di progettazione, costruzione e controllo di produzione dei tubi, dei giunti e dei pezzi speciali in quanto singoli manufatti, prodotti in serie, con processi in-dustriali ovvero, su ordinazione, fuori o in cantiere, con sistemi di prefabbricazione. 1.1 Progetto

Il progetto deve comprendere i seguenti elementi essenziali: a) la caratterizzazione fisica, chimica, sanitaria dei fluidi da trasportare, documentata mediante rilievi e prove; b) la caratterizzazione geologica e geotecnica dei terreni interessati dal tracciato delle tubazioni, documentata dai risultati di indagini da condursi nel rispetto della vigente normativa riguardante le indagini sui terreni e sulle rocce ed i criteri generali e le prescrizioni per la progettazione l'esecuzione ed il collaudo delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione. c) I'esame dei diversi possibili schemi idraulici di funzionamento delle opere e loro modificazioni prevedibili nel tempo, documentati ai fini della scelta del proporzionamento idraulico e statico delle tubazioni. d) I'analisi delle situazioni ambientali, in quanto elementi vincolanti nello studio del tracciato e del profilo delle tubazioni. Sulla base dei suindicati elementi deve essere espressa in forma circostanziata la scelta dei tipi di tubazioni e delle corrispondenti caratteristiche concernenti diametri interni, spessori, classi di impiego, giunti pezzi speciali ed appoggi. Il progetto deve comprendere, inoltre, lo studio dei seguenti aspetti: funzionalità e razionalità di costruzione e di esercizio delle nuove opere nel contesto esistenti e/o in quello previsto in tempi di prossimo futuro; compati-bilità con la presenza attuale e/o prevista e/o prevedibile di altre infrastrutture di servizio, con particolare rife-rimento alla esigenza di sicurezza e di esercizio; rispetto delle esigenze urbanistiche, ambientali e/o archeolo-giche, in rapporto anche a fondata previsione di modificazioni future e, per le reti fognanti, rapporto agli obiet-tivi di qualità da conseguire e da tutelare del corpo ricettore. Il progetto deve dimostrare l'affidabilità di com-portamento delle tubazioni nelle diverse fasi della costruzione dell'opera e nel previsto periodo dell'esercizio. L'affidabilità dell'opera progettata, che riguarda il grado di sicurezza statica, di resistenza alla corrosione, di conservazione delle caratteristiche idrauliche, di integrità nella tenuta e di continuità nel servizio, deve risulta-re nella forma documentata adeguata, in particolare esplicitando le debite considerazioni a riguardo dei con-trolli sui materiali e sui tubi che vengono effettuati nello stabilimento e nel cantiere di prefabbricazione, secon-do metodologie note e/o specifiche tecniche e dei controlli in sito lungo i tracciati prescelti……….

In realtà la progettazione di qualsiasi opera pubblica si articola in tre livelli

• Preliminare

• Definitivo

• Esecutivo

La Legge Quadro sui Lavori Pubblici vigente, la cosiddetta MERLONI Ter, regola l’attività di proget-

tazione all'Art.16:

Articolo 16 : Attività di progettazione 1. La progettazione si articola, nel rispetto dei vincoli esistenti, preventivamente accertati, e dei limiti di spesa prestabiliti, secondo tre livelli di successivi approfondimenti tecnici, in preliminare, definitiva ed esecutiva, in modo da assicurare: a) la qualità dell’opera e la rispondenza alle finalità relative; b) la conformità alle norme ambientali e urbanistiche; c) il soddisfacimento dei requisiti essenziali, definiti dal quadro normativo nazionale e comunitario. 2. Le prescrizioni relative agli elaborati descrittivi e grafici contenute nei commi 3, 4 e 5 sono di norma neces-sarie per ritenere i progetti adeguatamente sviluppati. Il responsabile del procedimento nella fase di progetta-zione qualora, in rapporto alla specifica tipologia ed alla dimensione dei lavori da progettare, ritenga le pre-scrizioni di cui ai commi 3, 4 e 5 insufficienti o eccessive, provvede a integrarle ovvero a modificarle.

3. II progetto preliminare definisce le caratteristiche qualitative e funzionali dei lavori, il quadro delle esigenze da soddisfare e delle specifiche prestazioni da fornire e consiste in una relazione illustrativa delle ragioni della


scelta della soluzione prospettata in base alla valutazione delle eventuali soluzioni possibili, anche con riferi-mento ai profili ambientali e all’utilizzo dei materiali provenienti dalle attività di riuso e riciclaggio, della sua fattibilità amministrativa e tecnica, accertata attraverso le indispensabili indagini di prima approssimazione, dei costi, da determinare in relazione ai benefici previsti, nonché in schemi grafici per l’individuazione delle carat-teristiche dimensionali, volumetriche, tipologiche, funzionali e tecnologiche dei lavori da realizzare; il progetto preliminare dovrà inoltre consentire l’avvio della procedura espropriativa.

4. Il progetto definitivo individua compiutamente i lavori da realizzare, nel rispetto delle esigenze, dei criteri, dei vincoli, degli indirizzi e delle indicazioni stabiliti nel progetto preliminare e contiene tutti gli elementi neces-sari ai fini del rilascio delle prescritte autorizzazioni ed approvazioni. Esso consiste in una relazione descrittiva dei criteri utilizzati per le scelte progettuali, nonché delle caratteristiche dei materiali prescelti e dell’inserimento delle opere sul territorio; nello studio di impatto ambientale ove previsto; in disegni generali nelle opportune scale descrittivi delle principali caratteristiche delle opere, delle superfici e dei volumi da rea-lizzare, compresi quelli per l’individuazione del tipo di fondazione; negli studi ed indagini preliminari occorren-ti con riguardo alla natura ed alle caratteristiche dell’opera; nei calcoli preliminari delle strutture e degli im-pianti; in un disciplinare descrittivo degli elementi prestazioni, tecnici ed economici previsti in progetto nonché in un computo metrico estimativo. Gli studi e le indagini occorrenti, quali quelli di tipo geognostico, idrologico, sismico, agronomico, biologico, chimico, i rilievi e i sondaggi, sono condotti fino ad un livello tale da consentire i calcoli preliminari delle strutture e degli impianti e lo sviluppo del computo, metrico estimativo.

5. Il progetto esecutivo, redatto in conformità al progetto definitivo, determina in ogni dettaglio i lavori da rea-lizzare ed il relativo costo previsto e deve essere sviluppato ad un livello di definizione tale da consentire che ogni elemento sia identificabile in forma, tipologia, qualità, dimensione e prezzo. In particolare il progetto è co-stituito dall’insieme delle relazioni, dei calcoli esecutivi delle strutture e degli impianti e degli elaborati grafici nelle scale adeguate, compresi gli eventuali particolari costruttivi, dal capitolato speciale di appalto, prestazio-nale o descrittivo, dal computo metrico estimativo e dall’elenco dei prezzi unitari. Esso è redatto sulla base degli studi e delle indagini compiuti nelle fasi precedenti e degli eventuali ulteriori studi ed indagini, di dettaglio o di verifica delle ipotesi progettuali, che risultino necessaire e sulla base di rilievi planoaltimetrici, di misurazioni e picchettazioni, di rilievi della rete dei servizi del sottosuolo. Il progetto esecutivo deve essere altresì corredato da apposito piano di manutenzione dell’opera e delle sue parti da redigersi nei termini, con le modalità, i conte-nuti, i tempi e la gradualità stabiliti dal regolamento di cui all’articolo 3.

2.5.A. Progetto Preliminare e Definitivo Lo studio del tracciato è molto complesso non essendo codificati criteri di validità oggettivi per o-

perare una scelta, tra le varie possibili, che realizzi nel contempo funzionalità, efficienza, economi-

cità, gestione e la durata dell'opera.

Sono generalmente noti la posizione e la quota della presa e la posizione e le quote dei punti di

consegna dell'acqua, coincidenti questi ultimi con i serbatoi di compenso o con le torri piezometri-

che di disconnessione. Ulteriori elementi a supporto della scelta sono la minimizzazione dello svi-

luppo del tracciato e contemporaneamente del numero degli attraversamenti di strade, ferrovie e

corsi d'acqua. Altro elemento, costituente vincolo per assicurare la durata dell'acquedotto, è la ri-

cerca di tracciati su terreni sicuramente stabili o, nella necessità di dover attraversare zone sogget-

te a movimenti franosi, la individuazione di sedi di maggiore affidabilità, quali linee di cresta e di

massima pendenza dei versanti. Nella scelta del tracciato notevole importanza riveste la vicinanza

di vie di comunicazione. Questa situazione, oltre a facilitare le fasi di realizzazione dell'opera age-

volando il trasporto dei materiali, facilita le operazioni di manutenzione e controllo durante l'eserci-

zio dello acquedotto.

Utilizzando quale supporto progettuale le tavolette IGMI 1:25.000 (Figura 3) verranno riportate,

sulla carta, dal punto di partenza e di arrivo, più tracciati e realizzati i corrispondenti profili resi in

scala 1:2500 per le ordinate ed 1:25000 per le ascisse (Figura 4).


Figura 3. Planimetria su cartografia IGMI 1:25.000 (riduzione ≈ 50%)

Sulla base dei valori delle portate da addurre, noti i tracciati, si procederà ad un dimensionamento

speditivo dei diametri delle condotte ed al successivo tracciamento delle linee piezometriche, nella

doppia condizione di tubazioni nuove od usate 4. La collocazione di queste rispetto al profilo del ter-

reno consentirà di verificare che in nessun punto del tracciato la pressione in condotta scenda al di

sotto di 10 ÷ 15 m di colonna d'acqua.

Figura 4. Profilo longitudinale L=1:25.000 h= 1:2500 (riduzione ≈ 50%)

4 Questo qualora il materiale o il rivestimento delle tubazioni si deteriori con il passare del tempo


Contemporaneamente si verificherà che la pressione massima in condotta risulti compatibile con il

tipo di tubazione e di giunto prescelti per la realizzazione dell'acquedotto. Poiché con l'aumentare

del valore della pressione aumentano i pericoli di perdite, aumentano i costi delle apparecchiature e

delle saracinesche .

Di seguito verranno posizionati:

• sfiati e scarichi rispettivamente in corrispondenza dei punti di massimo e minimo relativi;

• valvole di riduzione e/o regolazione dei carichi

Infine concorrono alla stesura del Progetto Definitivo:

1. Relazione e calcoli 2. Corografia in scala 1:25.000 3. Disegni dei profili resi in scala 1:2500 per le ordinate ed 1:25000 per le ascisse. 4. Disegni delle opere d’arte 5. Preventivo sommario di costo delle opere comprensivo di : 5.1 Fornitura e posa in opera delle tubazioni, compreso scavo, riporto ed eventuali rifacimenti delle

pavimentazioni: 5.2. Costo delle opere d’arte 5.3 Costo di eventuali apparecchiature 5.4 Costo di eventuali impianti di sollevamento 5.5 Indennizzi per espropri ed eventuali servitù 5.6 Preventivo dei costi di gestione di eventuali impianti di sollevamento.

B. Progetto Esecutivo

Una volta approvato il progetto definitivo, su una cartografia a scala ampia (quali gli aereofoto-

grammetrici in scala 1:2000 ÷ 1:5000) viene verificato e precisato il tracciato con opportuni ri-

lievi topografici, estesi su un’ampia fascia a cavallo di questo (Figura 5), associati ad “annotazioni

fotografiche” (Figura 6). Rilevate ed apportate tutte le varianti del caso è consigliabile, prima della

stesura del profilo, verificare, sulla cartografia catastale (Figura 7), che il tracciato segua, quanto

più possibile, i confini delle particelle in modo da limitare la frammentazione della proprietà fondia-

ria con conseguenti incrementi di costo per le operazioni di esproprio.

Figura 5. Aereofotogrammetrico: scala 1:4000 (riduzione ≈ 75%)


Figura 6. Annotazioni fotografiche su punti caratteristici del tracciato

Figura 7. Stralcio Planimetria Catastale : scala 1:4000 (riduzione ≈ 75%)

Infine verrà eseguito il profilo longitudinale (con tutte le indicazioni contenute nella Figura 8) reso

in scala uguale alla planimetria per le ascisse mentre per le ordinate è, generalmente , dieci volte

maggiore.


Figura 8. Profilo Longitudinale – scala L=1:4000 h=1:400

Generalmente l’acquedotto non segue rigidamente il profilo del terreno ma, se ne discosta ogni

qual volta che, per particolari condizioni, risulti conveniente approfondire lo scavo in modo da man-

tenere una livelletta costante o per ridurre al minimo punti di minimo e massimo relativi, con con-

seguente risparmio per la realizzazione di scarichi e sfiati. Andranno definiti con precisione le posi-

zioni planimetriche ed altimetriche delle opere d’arte, attraversamenti (fiumi, strade, ferrovie, ecc.)

serbatoi e torrini piezometrici, l’ubicazione ed il dimensionamento di eventuali blocchi di ancorag-

gio.

Anche nella stesura del Progetto Esecutivo occorrerà redigere

1. Relazione e calcoli 2. Corografia in scala 1:25.000÷10.000 3. Planimetria quotata in scala 1:2.000÷5.000 4. Disegni dei profili resi in scala 1:2000÷ 5000 per le ascisse e 10x per le ordinate 5. Disegni delle opere d’arte 6. Computo metrico estimativo e preventivo delle spese di gestione 7. Capitolato Speciale d’Appalto e relativo Elenco Prezzi Unitari 8. Disciplinari per la richiesta di offerte per eventuali macchinari ed apparecchiature 9. Piano Particellare di Esproprio


2.6. LA POSA IN OPERA DELLE TUBAZIONI

Dal Decreto del Ministero dei Lavori Pubblici del 12/12/1985 si rileva: 3.2 Il carico, il trasporto e lo scarico dei tubi Il carico, il trasporto, lo scarico e tutte le manovre in genere, dovranno essere eseguiti con la maggiore cura possibile adoperando mezzi idonei a seconda del tipo e del diametro dei tubi ed adottando tutti gli accorgimenti necessari al fine di evitare rotture, crinature, lesioni o danneggiamenti in genere ai materiali costituenti le tuba-zioni stesse ed al loro eventuale rivestimento. Pertanto si dovranno evitare urti, inflessioni e sporgenze eccessi-ve, strisciamenti, contatti con corpi che possano comunque provocare deterioramento o deformazione dei tubi. Nei cantieri dovrà predisporsi quanto occorra (mezzi idonei e piani di appoggio) per ricevere i tubi, i pezzi spe-ciali e gli accessori da installare.

3.3 L'accatastamento dei tubi L'accatastamento dovrà essere effettuato disponendo i tubi su un'area piana e stabile, protetta al fine di evitare pericoli di incendio, riparata dai raggi solari nel caso di tubi soggetti a deformazioni o deterioramenti determi-nati da sensibili variazioni termiche. La base delle cataste dovrà poggiare su tavole opportunamente distanziate o su predisposto letto in appoggio. L'altezza sarà contenuta entro i limiti adeguati ai materiali ed ai diametri, per evitare deformazioni nelle tubazioni di base e per consentire un agevole prelievo. I tubi accatastali dovranno essere bloccati con cunei onde evitare improvvisi rotolamenti; provvedimenti di protezione dovranno, in ogni caso, essere adottati per evitare che le testate dei tubi possano subire danneggiamenti di sorta. Per tubi deformabili le estremità saranno rinforzate con crociere provvisionali.

3.4 Il deposito dei giunti, delle guarnizioni e degli accessori I giunti, le guarnizioni, le bullonerie ed i materiali in genere, se deteriorabili, dovranno essere depositati, fino al momento del loro impiego, in spazi chiusi, entro contenitori protetti dai raggi solari o da sor-genti di calore, dal contatto con olii o grassi e non sottoposti a carichi.

3.5 Lo sfilamento dei tubi I tubi dovranno essere sfilati lungo il tracciato seguendo i criteri analoghi a quelli indicati per lo scarico ed il trasporto evitando pertanto qualsiasi manovra di strisciamento . Nel depositare i tubi sul ciglio dello scavo è necessario curare che gli stessi siano in equilibrio stabile per tutto il periodo di permanenza costruttiva.

3.6 La posa in opera Prima della posa in opera i tubi, i giunti ed i pezzi speciali dovranno essere accuratamente controllati; quelli che dovessero risultare danneggiati in modo tale da compromettere la qualità o la funzionalità dell'opera do-vranno essere scartati e sostituiti. Nel caso in cui il danneggiamento abbia interessato soltanto l'eventuale rive-stimento si dovrà procedere al suo rispristino. Per il sollevamento e la posa dei tubi in scavo, in rilevato o su appoggi, si dovranno adottare gli stessi criteri usati per le operazioni precedenti, con l'impiego di mezzi adatti a seconda del tipo e del diametro, onde evitare il deterioramento dei tubi ed in particolare delle testate e degli eventuali rivestimenti protettivi. Nell'operazione di posa dovrà evitarsi che nell'interno delle condotte penetrino detriti o corpi estranei di qua-lunque natura e che venga comunque danneggiata la loro superficie interna. La posa in opera dei tubi sarà ef-fettuata sul fondo del cavo spianato e livellato, eliminando ogni asperità che possa danneggiare tubi e rivesti-menti. Ove si renda necessario costituire il letto di posa o impiegare per il primo rinterro materiali diversi da quelli provenienti dallo scavo, dovrà accertarsi la possibile insorgenza di fenomeni corrosivi adottando appropriate contromisure. In nessun caso si dovrà regolarizzare la posizione dei tubi nella trincea utilizzando pietre o mat-toni od altri appoggi discontinui. Il piano di posa dovrà garantire una assoluta continuità di appoggio e, nei tratti in cui si temano assestamenti, si dovranno adottare particolari provvedimenti quali: I'impiego di giunti adeguati, trattamenti speciali del fondo della trincea o, se occorre, appoggi discontinui stabili, quali selle o mensole. In quest'ultimo caso la continuità di contatto tra tubo e selle sarà assicurata dalI'interposizione di materiale idoneo. Nel caso specifico di tubazioni metalliche dovranno essere inserite, ai fini della protezione catodica, in corri-spondenza dei punti d'appoggio, membrane isolanti. Per i tubi costituiti da materiali plastici dovrà prestarsi particolare cura ed attenzione quando le manovre di cui ai punti 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, dovessero effettuarsi a temperature inferiori a 0°C, per evitare danneggiamenti. I tubi che nell'operazione di posa avessero subito danneggiamenti dovranno essere riparati così da ripristinarne la completa integrità, ovvero saranno definitivamente scartati e sostituiti, secondo quanto precisato nel primo capoverso.


Dunque le tubazioni vengono di norma posate all’interno di trincee, appositamente scavate, con

una larghezza alla base B pari la diametro nominale DN della condotta con un margine, per ciascun

lato di 20÷30 cm. Nel caso di due tubazioni affiancate la somma delle larghezze B1 e B2 delle sin-

gole tubazioni viene generalmente ridotto mantenendo una distanza minima tra le due tubazioni di

20÷30 cm (Figura 9).

Figura 9. Sezioni di scavo in terreno naturale

L’inclinazione delle pareti dipende, ovviamente, dalle caratteristiche geotecniche del terreno, dalla

profondità dello scavo ed il tempo in cui lo scavo resta aperto. Tutti questi fattori incidono sulla si-

curezza e pertanto quando è necessario assicurare la stabilità delle pareti si procederà o ampliando

lo scavo, inclinando le pareti, o sostenendo le pareti con armature provvisorie in legno o metallo

(sbadacchi- Figura 10).


Figura 10. scavo sostenuto da sbadacchi metallici

Per quanto attiene l’altezza dello scavo , qualora non sussistano motivi particolari, non deve esse-

re, generalmente, inferiore ad un metro in modo da mantenere termicamente isolata, dall’ambiente

esterno, la condotta. La massima altezza è condizionata, oltre che da motivi di sostegno delle pa-

reti e di quanto circonda lo scavo, dal peso del materiale di rinterro che potrebbe determinare uno

stato tensionale tale da superare le tensioni ammissibili del materiale della tubazione. I calcoli

statici delle tubazioni dovranno essere effettuati seguendo le indicazioni contenute nelle “Norme

tecniche per le tubazioni” oggetto del Decreto del Ministero dei LL.PP. del 12/12/1985 . 2.7. LE APPARECCHIATURE SPECIALI DELLE CONDOTTE IN PRESSIONE

Scarichi

Gli scarichi consentono, in caso di interruzione del flusso, la vuotatura delle condotte e, nel caso di

avvio o ripristino della funzionalità dell'adduttore, gli interventi di lavaggio. Quando per elevati di-

slivelli altimetrici si è in presenza di scarichi profondi (carico idraulico sullo scarico di notevole enti-

tà) si realizzano scarichi di alleggerimento o a mezza costa, da azionare prima dell'apertura dello

scarico di fondo, procedendo, in tal modo, alla vuotatura del sifone per fasi successive.

Gli scarichi sono realizzati con un pezzo speciale a T con derivazione tangenziale a flangia. Sull'e-

lemento derivato è installata la saracinesca di intercettazione. Caratteristica saliente degli scarichi

di fondo è la dimensione della saracinesca e del diametro della derivazione. Questo deve essere ta-

le da ingenerare, durante lo scarico, velocità dell'acqua nei due rami di condotta convergenti nel

punto di scarico sufficiente all'asportazione di eventuali depositi non incrostanti e tale da non inge-

nerare fenomeni di instabilità alle condotte.

Il dispositivo di scarico deve essere installato entro apposito pozzetto realizzato, generalmente, in

muratura con sovrastante soletta di copertura, in cls armato, forata in corrispondenza della botola

di ingresso protetta da chiusino di ghisa. A seconda della posizione del pozzetto il chiusino sarà a

filo strada ovvero sopraelevato dal piano di campagna; negli acquedotti di montagna il raccordo tra

chiusino e soletta può arrivare anche da elevate altezze per rilevare il pozzetto in presenza di man-

to nevoso. Un opportuno sistema di evacuazione della portata scaricata garantisce l’isolamento tra

l’interno del pozzetto e l’ambiente esterno. La tubazione viene sorretta da blocchi reggispinta loca-

lizzati in corrispondenza della saracinesca (Figura 11).


Figura 11. Pozzetto di scarico

Sfiati

Gli sfiati sono caratterizzati da un doppio funzionamento:

1. durante le fasi transitorie di riempimento o vuotatura del sistema assolvono il compito dell'e-

vacuazione o all'ingresso dell'aria in condotta;

2. durante l’esercizio dell’acquedotto devono consentire lo smaltimento di aria, in quantità sensi-

bilmente minore che nel primo caso, liberata naturalmente dall'acqua nel moto di avanzamen-

to in condotta a seguito di aumento di temperatura e di variazione della pressione.

In presenza di adduttori caratterizzati da profili molto piatti, per assicurare il degasaggio delle tu-

bazioni durante l’esercizio, si installano sfiati di linea, posti ad interasse di qualche centinaio di

metri, indipendentemente dalla presenza di punti di massimo relativo (Figura 12).

Figura 12. Profilo a denti di sega

In caso di valico quando la quota piezometrica risulta di poco superiore alla quota del terreno

(8÷10 m), è possibile realizzare lo sfiato di tipo libero; questo è realizzato inserendo nella condotta

un pezzo speciale a T flangiato, con tronco di diramazione ortogonale all’asse della condotta e dia-

metro inferiore a quello dell’adduttore diretto verso l'alto ed elevato fino a superare la quota pie-

zometrica. Il dispositivo, contenuto entro una struttura muraria con funzione di sostegno e di pro-

tezione, preserva la condotta da impreviste sopraelevazioni di pressione dovute ad ostruzioni


dell’adduttore o a chiusure accidentali di saracinesche di linea 5; in tal caso si avrà uscita di acqua

dallo sfiato libero , recuperata dalla canna discendente collegata allo scarico. (Figura 13).

Figura 13. Sfiato libero

Quando , nei punti di valico o a massime quote relative, la quota piezometrica risulta superiore di

10 m rispetto alla quota del terreno, è necessario realizzare sfiati in pressione. L’evacuazione o

l’ingresso di aria è assicurata da apparecchi a funzionamento automatico collegati, tramite interpo-

sizione di saracinesca di intercettazione azionata nel caso di smontaggio o manutenzione dell'appa-

recchio, alla condotta con un pezzo speciale a T flangiato, con tronco di diramazione ortogonale

all’asse della condotta e diametro inferiore a quello dell’adduttore principale (Figura 14).

Figura 14. Pozzetto di sfiato.

Questi sono costituiti da una cassa metallica al cui interno è alloggiato un galleggiante sferico rea-

lizzato in acciaio rivestito di elastomero o in acciaio Inox (Figura 15) .

5 generalmente da evitare.


Figura 15. Sfiato in pressione semplice

Il funzionamento del dispositivo è legato all'equilibrio di tre forze :

1. la forza peso G del galleggiante, invariante, verticale ed orientata verso il basso;

1. la spinta sul galleggiante, invariante, correlata alla pressione p agente entro la cassa, con

risultante, nella direzione verticale, orientata verso l'alto, di intensità pari a p A con A area

della luce del foro di uscita dell'aria dalla cassa;

3. la spinta di galleggiamento, in quanto corpo parzialmente immerso in acqua, con risultante

nella direzione verticale, orientata verso l'alto, di intensità pari a γ V con γ, peso specifico

dell'acqua e V volume immerso.

Nella condizione di sfiato chiuso si ha p A V G+ >γ

Al progressivo accumulo di aria nella cassa corrisponde progressivo abbassamento del livello idrico

nella stessa e correlata riduzione del valore del volume immerso V.

Raggiunta la condizione GVAp =γ+ si è in incipiente apertura dello sfiato.

L'arrivo di ulteriori quantitativi di aria causa il disequilibrio del sistema con conseguente abbassa-

mento del galleggiante, apertura della luce di comunicazione con l’esterno ed immediata fuoriuscita

di aria. Il galleggiante, soggetto a nuova incrementata spinta di galleggiamento, si porta ad occlu-

dere la luce, evitando la fuoriuscita di acqua e dando inizio ad una successiva fase di accumulo di

aria.

Nel funzionamento in esercizio, per assicurare sensibilità al galleggiante, specie in presenza di ele-

vate pressioni, è richiesta una dimensione molto piccola alla luce di comunicazione con l’esterno.

Detta condizione contrasta con la necessità di assicurare una ampia luce per il passaggio di aria

nelle fasi di riempimento e vuotatura della condotta. La combinata funzione richiesta allo sfiato vie-

ne conseguita ricorrendo all'adozione di apparecchiature con doppia luce, una ampia ed una picco-

la, e doppio galleggiante.

La luce ampia, unitamente alla luce piccola, è attiva unicamente nelle fasi 1 e 3 rispettivamente di

riempimento e vuotatura delle condotte mentre, durante l’esercizio ordinario, allo smaltimento

dell’aria unitamente a quantità limitatissime di acqua provvede lo “spillo” collocato nella parte su-

periore della cassa (Figura 16).


Figura 16 . Sfiato in pressione a doppio galleggiante.

Valvole regolatrici dei carichi

Il valore massimo delle perdite di carico si ha in corrispondenza del vettoriamento della portata di

progetto o a tubi usati. Per stati di transizione, Q < Qprogetto o nella condizione di tubazioni nuo-

ve, la riduzione delle perdite genera tratti di moto "a canaletta" con risalto idraulico intubato, de-

pressioni in condotta, trascinamento di aria, insorgere di moti pulsanti

Figura 17 . Posizionamento delle valvole regolatrici di carico

Nella Figura 18 sono riportati alcuni tipi di valvole riduttrici di pressione:

Tipo a stella: ampiamente impiegata nel campo acquedottistico. Il dispositivo di dissipazione è

realizzato con due dischi sovrapposti ed ortogonali al flusso, entrambi forati, l’uno fisso e l’altro

mobile, rotante intorno all’asse comune. Al variare della posizione relativa del disco mobile rispetto

a quello fisso, varia l’area delle luci libera al flusso, con aumento o diminuzione delle perdite loca-

lizzate. La valvola a stella dissipa al massimo 40 m di carico.


Tipi ad auto-azione: il dispositivo di regolazione può essere realizzato con un sistema di leve e

contrappeso o con sistemi di molle esterne che agiscono su un otturatore a doppia sede o con ottu-

ratori a forma di fuso il cui movimento è controllato da guide e regolato con molle tarate. I valori

dei carichi dissipabili sono rilevati dalle caratteristiche tecniche di ciascun tipo.

Figura 18. Valvole regolatrici dei carichi

La tradizione acquedottistica indica le seguenti regole per la corretta localizzazione, lungo il profilo

di un acquedotto, delle valvole di regolazione dei carichi:

la linea piezometrica a tubi nuovi, o corrispondente alla portata minima, condizionata dalla

presenza delle valvole regolatrici, deve incontrare la linea piezometrica a tubi usati, o di regime

per la massima portata

a) nei punti estremi della condotta

b) sulle verticali passanti per i punti di sfiato libero

c) sulle verticali passanti per i nodi di diramazione

In tutte queste sezioni la quota piezometrica deve essere mantenuta invariata durante tutta la vita

tecnica dell'acquedotto;

verso monte dei punti e delle sezioni predetti, la linea piezometrica di minima pendenza deve

proseguire senza discontinuità fino ad incontrare l'asse della condotta o, meglio, la linea paralle-

la all'asse e distante da questo almeno 5 m. In corrispondenza dell'intersezione va istallata la

valvola regolatrice dei carichi;

verso valle dei punti e delle sezioni predetti, la linea piezometrica di minima pendenza deve

proseguire senza discontinuità fino ad incontrare la verticale passante per una valvola regolatri-

ce posizionata secondo il criterio indicato.

In presenza di tubazioni che denunciano progressivo incremento della scabrezza, quindi, è necessa-

rio provvedere, di tempo in tempo, attraverso osservazioni manometriche, all'aumento del grado

di apertura delle valvole regolatrici in modo da compensare l'aumento delle perdite di carico riparti-

te. In presenza di tubazioni non soggette ad invecchiamento, la manovra sulle valvole regolatrici

va effettuata solo a seguito di variazione della portata vettoriata.

Per la regolazione dei carichi non devono essere utilizzate saracinesche del tipo a ghigliottina fun-

zionanti parzialmente aperte. Tale tipo di funzionamento dà luogo ad inconvenienti quali cavitazio-

ne, perdita di tenuta dei giunti, che portano come conseguenza una rapida usura delle saracine-

sche stesse.

Partitori a superficie libera ed in pressione

Nei nodi di diramazione si realizza la ripartizione della portata in più parti. Quando, in corrispon-

denza della diramazione, la quota piezometrica è prossima alla quota del piano campagna, sussi-

stono le condizioni per realizzare partitori del tipo a superficie libera (Figura 19).

La misura delle portate ripartite è effettuata con stramazzi a superficie libera. Le vasche di carico

poste a valle degli stramazzi sono dotate di dispositivi di scarico, di sfioro e di presa analoghi a


quelli descritti per i manufatti di captazione da sorgenti. Il dispositivo assicura la regolarità della

ripartizione della portata ed è poco sensibile a manomissioni.

Figura 19. Partitore a superficie libera

Nei nodi di diramazione in presenza di carico piezometrico più o meno elevato i valvolismi neces-

sari per la realizzazione della ripartizione delle portate vengono raccolti in un unico pozzetto inter-

rato; in luogo degli sfiati liberi vengono posti in opera sfiati in pressione, se i rami derivati proce-

dono con tracciato declive, o scarichi, se i rami derivati procedono con tracciato acclive.

Nella Figura 20 le tipologie riprodotte danno un’indicazione di come possa essere variabile la com-

posizione dei vari elementi a seconda sia della posizione delle diramazione rispetto all’adduttore

principale e sia se è necessario introdurre valvole regolatrici dei carichi.

Figura 20 . Partitori in pressione


Nella seguente Figure 21 sono illustrate l’area picchettata, lo scavo ed il magrone di fondazione,

le armature ed i casseri, le asole di passaggio delle tubazioni mentre nella Figura 22 sono ripro-

dotti i disegni esecutivi delle armature del partitore N1 ( vedi planimetria Figura 5) .

Figura 21. Partitore in pressione in fase di realizzazione

Figura 22. Armature di pareti e soletta di copertura di un partitore in pressione


Saracinesche e valvolismi di intercettazione

Nei pozzetti di scarico e sfiato e nei nodi di diramazione sono presenti apparecchiature, dette sara-

cinesche, che consentono di intercettare le portate. I dispositivi di più frequente impiego in ac-

quedottistica sono ad apertura totale , l’otturatore viene richiamato nella parte superiore del corpo

della saracinesca liberando totalmente la luce corrispondente alla sezione della condotta corrente.

Una saracinesca è composta da un corpo cavo, realizzato con tre elementi amovibili, entro il quale

trova sede l'elemento di tenuta o otturatore, a forma di cuneo o ghigliottina , movimentato da ac-

coppiamento boccola-vite senza fine. L'ingombro delle saracinesche è sempre notevole. Risultano

alte, infatti, mediamente tre volte il diametro della tubazione sulla quale vanno inserite.

Tutti i valvolismi con giunzione a flangia vanno assemblati alle tubazioni con interposto giunto di

smontaggio che può correggere sia il non perfetto allineamento tra tubo e la saracinesca e sia la

tolleranza tra le flange di accoppiamento. La posa in opera deve essere realizzata entro appositi

pozzetti o camere di ispezione in quanto la posa interrata non garantisce efficienza nel tempo al

giunto realizzato con bulloni serrati.

Il corpo delle saracinesche viene realizzato in ghisa o acciaio con getto entro forme fisse. Le carat-

teristiche di forma del corpo (piatto, ovale, cilindrico), gli spessori ed il peso delle saracinesche di-

pendono dalle pressioni di esercizio caratteristiche della condotta nella quale è previsto l'inserimen-

to. Nella Figura 23 sono raffigurate le sezioni di saracinesche di intercettazione del tipo a lente o

ghigliottina.

Figura 23. Saracinesche a corpo piatto, ovale, cilindrico

La protezione alla corrosione del corpo della saracinesca, affidata ad emulsioni bituminose e verni-

ci al minio, spesso si rileva insufficiente per l’ambiente particolarmente aggressivo che viene ad

instaurarsi all’interno dei pozzetti causa le inevitabili perdite (Figura 24).

Figura 24. Particolari saracinesche di regolazione e tubazioni all’interno di pozzetti


Una protezione ottimale contro la corrosione è realizzato

con rivestimento sia interno che esterno con vernici a base

di polveri epossidiche con spessore minimo di 150 micron

mentre la lente interna è realizzata in ghisa sferoidale ri-

vestita con elastomero (Figura 25).

Figura 25 . Saracinesca tipo EURO 20

Nelle Figure 26 e 27 sono riportate la vista e la sezione di

valvole di intercettazione a farfalla rispettivamente del tipo flangiato e del tipo a wafer, utilizzate

su condotte di medio e grande diametro. Queste valvole, caratterizzate da limitato ingombro, sono

realizzate da un elemento di intercettazione, diaframma, la cui rotazione determina l'apertura e la

chiusura della valvola. L'asse di rotazione può essere posizionato ortogonale-verticale od ortogona-

le-orizzontale rispetto all'asse del tubo.

Figura 26. Valvola a farfalla del tipo flangiata

Figura 27. Valvola a farfalla tipo Wafer

Le manovre di apertura e di chiusura sono semplici e richiedono un limitato impegno di potenza.

L'azione di trascinamento sul diaframma da parte della corrente nelle fasi di manovra va energica-

mente contrastata al fine di escludere variazioni brusche del grado di apertura, con conseguenti

sensibili aumenti della portata e sollecitazioni dinamiche nelle condotte correlate a transitori di mo-


to vario elastico. Il diaframma della valvola, nella posizione di completa apertura, viene ad ostruire

la sezione libera della tubazione, ingenerando perdite di carico concentrate, peraltro di intensità

molto contenuta, nel caso di profilatura idraulica (lente piatta).

2.8. ATTRAVERSAMENTI

Il tracciato di un acquedotto nel suo sviluppo interferisce con organismi idrologici naturali, costituiti

dai corsi d’acqua (canali artificiali, torrenti, fiumi), strade, metanodotti e linee ferroviarie. Per l'at-

traversamento di corsi d'acqua minori è sufficiente incassare la tubazione in briglie di muratura o

cls (Figura 29).

Figura 29. Attraversamento di piccoli corsi d’acqua

Per corsi d’acqua o luci maggiori si ricorre, quando possibile, all'uso dei ponti viari esistenti, modifi-

cando a tal fine il tracciato degli acquedotti. In tale economica soluzione i tubi vengono posti in o-

pera o sotto i marciapiedi o all'esterno della struttura viaria su appositi sostegni a sbalzo (Figura

30).

Figura 30


Nell’impossibilità di usufruire di strutture esistenti vengono realizzate strutture portanti in calce-

struzzo armato (Figura 31) o strutture metalliche reticolari (Figura 32) o utilizzando il tubo come

trave continua appoggiata (Figura 33 e 34) o come arco auto-portante (Figura 35) realizzando

strutture tubo-ponte ed infine attraversamenti del tipo a ponte strallato (Figura 36) e sospeso (Fi-

gura 37)

Figura 31. Attraversamento di un corso d’acqua con trave cava in c.a., con all’interno due condotte.

Figura32. Attraversamento di un corso d’acqua con struttura metallica reticolare

Figura 33 . Tubo ponte del tipo trave continua appoggiata


Figura 34. Tubo ponte appoggiato su puntoni inclinati

Figura 35. Tubi-ponte ad arco

Figura 36 . Passerella strallata


Figura 37 . Ponte sospeso

Gli attraversamenti stradali assumono importanza in relazione alla tipologia della strada e conse-

guentemente del traffico che essa sostiene. Pertanto lo scavo in trincea è utilizzato quando è possi-

bile interrompere il traffico per tutto il tempo necessario per eseguire l’operazione di taglio della

pavimentazione stradale, che dovrà essere realizzato con adeguati macchinari in modo da garantire

l’uniformità del taglio ed evitare il danneggiamento della restante pavimentazione, scavare la trin-

cea, disporre il letto di posa, effettuare la posa in opera della condotta, effettuare le prove di tenu-

ta idraulica, rinterrare lo scavo e ripristinare la massicciata stradale (Figura 38) .

Figura 38. Successione delle varie lavorazione per un attraversamento in trincea

Alcune Amministrazioni prescrivono la posa in opera di controtubi, generalmente di PVC rinforzati

con rinfianco di calcestruzzo a 2,5 q. li di cemento, al cui interno verrà infilata la condotta oppor-

tunamente isolata con collari, in materiale plastico, posti ad interasse non inferiore ad 1,5 m.

Lo scavo generalmente è riempito con magrone di calcestruzzo cementizio a q.li 0.70 di cemento

per mc di inerte tranne gli ultimi 10 cm di pavimentazione che saranno ripristinati con conglomera-

to bituminoso. (7 cm di bynder + 3 cm di tappetino di usura).

Figura 35. Particolare costruttivo di attraversamento stradale in trincea


Figura 36. Montaggio dei collari distanziatori

Prima del rinterro verrà sigillata la condotta al controtubo con una guaina termorestringente.

Nel caso di particolari pavimentazioni, ad esempio selciati in porfido o in pietra, queste verranno

ripristinate secondo la primitiva configurazione .

Quando la interruzione del traffico è improponibile, ad esempio superstrade ed autostrade, si ri-

corre a sistemi Trenchless (letteralmente senza scavo).

Per posare tubazioni flessibili per diametri fino a 500 mm e per tratte variabili fino ad 1000 m si

può ricorrere al Directional Drilling (Figura 37), altrimenti conosciuto con il nome di Trivellazione

Orizzontale Teleguidata (T.O.T.). Questo metodo ha la caratteristica di offrire la possibilità di gui-

dare ed eventualmente correggere l’andamento della trivellazione permettendo così di oltrepassare

la strada.

Figura 37. Tecnica del Directional Drilling: Le fasi operative dal foro pilota all’alesatura.

Il Sistema è composto da: Uno strumento di misura (sonda). Uno strumento di ricezione ed elaborazione dei dati. Una batteria di perforazione (aste di perforazione). Un utensile fondo foro. Un alesatore.

La sonda, alloggiata in un involucro di protezione è in

grado di fornire, istante dopo istante, tramite la trasmis-

sione di segnali radio (o elettromagnetici), l’esatta posi-

zione dell’utensile fondo foro durante le fasi della perfora-

zione.

Tali segnali vengono raccolti in superficie dallo strumento

di ricezione formato a sua volta da due sezioni, una mobi-

le per poter seguire l’esatta posizione della sonda sulla

sua verticale, l’altra solidale alla consolle della perforatri-

ce.

Figura 38. Strumento mobile di ricezione


Nella Fase Preliminare viene individuato, con sopralluogo,il tracciato di perforazione attraverso

l’indagine cartografica e l’andamento plano-altimetrico della posa da eseguire. Quindi si posiziona

l’unità di perforazione (Figura 39) spingendo nel terreno la sonda di localizzazione combinata

all’utensile fondo foro ed alle aste di perforazione (Figura 40).

Figura39 . Unità di perforazione Figura 40. Sonda di localizzazione

Queste ultime realizzano un foro pilota di diametro sensibilmente inferiore a quello finale.

L’avanzamento nel terreno secondo una traiettoria rettilinea è garantito dall’azione combinata della

spinta con la rotazione delle aste mentre per effettuare curve o deviazioni è sufficiente la sola spin-

ta, data l’asimmetria dell’utensile di perforazione (fondo foro).

Durante la trivellazione, viene iniettato nell’area di scavo un fluido di perforazione che ha, tra le

sue principali funzioni, quelle di ridurre l’attrito causato dall’adesione aste-terreno, di stabilizzare

quest’ultimo, nonchè di raffreddare la testa di perforazione. La perforazione pilota termina quando

la testa di perforazione giunge nella buca di uscita.

Figura 41. Fase di ritorno

Infine la fase di ritorno (Back Reaming) sostituendo la testa di perforazione con un alesatore (Figu-

ra 41) si provvede all’allargamento del foro pilota con recupero delle aste di perforazione e conse-

guente posa della tubazione agganciata sul retro dell’alesatore

Per sensibili dimensioni della condotta o per l’importanza della sede viaria da attraversare possono

essere realizzati attraversamenti con spingitubo-guaina o con cunicoli praticabili. Il primo metodo

consiste nello spingere, sotto il piano stradale e perpendicolare all’asse, con martinetti idraulici

tronchi di tubo di acciaio svuotati, con una trivella, della terra di scavo (Figura 42).


Figura 42. Attraversamento con spingitubo

Una volta realizzato il cunicolo viene infilata la

condotta (di diametro inferiore) con l’accortezza

di non farla aderire al tubo guaina utilizzano dei

collari in plastica (Figura 43).

Figura 43


Gli attraversamenti in cunicoli praticabili vengono generalmente costruiti contestualmente alla

strada; infatti al disotto del rilevato stradale viene realizzata una struttura scatolare in cls. armato

al cui interno viene posta, su un lato, la condotta appoggiata su selle lasciando libero un passaggio

per ispezioni e manutenzioni (Figura 44). Dato l’elevato costo di questa tipologia di attraversamen-

to, spesso, nel cunicolo, vengono raccolte più reti tecnologiche ( fognature, gasdotto, linee telefoni-

che e telematiche).

Figura 44. Attraversamento con cunicolo

Nel caso di attraversamenti ferroviari (Figura 42) sono previste norme di realizzazione contenute

nel Decreto Ministeriale 23 febbraio 1971 “Norme tecniche per gli attraversamenti e per i

parallelismi di condotte e canali convoglianti liquidi e gas con ferrovie ed altre linee di trasporto”

(G.U. 26-5-1971, n.132, supplemento).

Anche nel caso in cui la condotta interessi una linea di gasdotto (Figura 45) sono da osservare di-

sposizioni tecniche emanate dall’Ente Gestore che in maniera restrittiva obbliga anche lo scavo a

mano in prossimità della condotta del gas.

Figura 45. Attraversamento ferroviario

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Capitolo 2 - Progetto acquedotto - M. Leopardi - Costruzioni Idrauliche - Università de L'Aquila