Relazione Di Calcolo Idraulico

ASA spa AZIENDA SERVIZI AMBIENTALI LIVORNO UFFICIO PROGETTAZIONE

1

PREMESSA........................................................................................................................................2

ANALISI DEL BACINO...................................................................................................................2

CALCOLO IDRAULICO.................................................................................................................3 STIMA DELLE PORTATE NERE............................................................................................................................ 3 PREDIMENSIONAMENTO CONDOTTE DI PROGETTO A GRAVITA......................................................... 4 DIMENSIONAMENTO STAZIONE DI SOLLEVAMENTO ................................................................................ 5 DIMENSIONAMENTO CONDOTTA IN PRESSIONE ......................................................................................... 8 CURVA DI POSSIBILIT PLUVIOMETRICA...................................................................................................... 9 IETOGRAMMI DI PROGETTO............................................................................................................................. 12 DIMENSIONAMENTO SFIORATORE................................................................................................................. 14

PORTATE A MOTO VARIO ........................................................................................................15 APPLICAZIONE MODELLO SWMM (MARTE) ................................................................................................ 15

RISULTATI DEL CALCOLO E CONCLUSIONI.....................................................................16 RISULTATI DELLE SIMULAZIONI-STATO ATTUALE ................................................................................. 16

VERIFICA DELLA RETE DI FOGNATURA IN TEMPO SECCO (PORTATE NERE) ............................ 16 VERIFICA DELLA RETE DI FOGNATURA IN TEMPO DI PIOGGIA (PORTATE MISTE)................. 18

RISULTATI DELLE SIMULAZIONI-STATO DI PROGETTO......................................................................... 20 VERIFICA DELLA RETE DI FOGNATURA IN TEMPO SECCO (PORTATE NERE) ............................ 20 VERIFICA DELLA RETE DI FOGNATURA IN TEMPO DI PIOGGIA (PORTATE MISTE)................. 22

APPENDICE TEORICA.................................................................................................................26 DESCRIZIONE DEL MODELLO........................................................................................................................... 26

BIBLIOGRAFIA..............................................................................................................................34


2

PREMESSA

La presente relazione indica i metodi seguiti per la modellazione della rete di fognatura di Radicandoli (550-900 a.e.) capoluogo. Allo stato attuale inesistente nel paese un depuratore e i reflui, raccolti da una rete di tipo misto

sono poi scaricati in una vetusta vasca di decantazione e poi immessi nel Fosso Lucignano. Inoltre il

lato Nord del paese risulta essere non ancora allacciato: qualche anno fa sono stati eseguiti due rami

di fognature in PVC315 dimensionati per raccogliere tutti gli scarichi puntuali della zona nord,

tuttavia gli allacci non sono mai stati eseguiti e di fatto i due rami sono inutilizzati. Si prevede

dunque di dimensionare il collettamento di questi scarichi alle due condotte esistenti e portare

attraverso un sollevamento lo scarico di queste ad un punto della rete sufficiente a smaltirlo(vedi

Tav.01 e Tav.02).

Oggetto di questo progetto , a seguito della verifica del funzionamento idraulico della rete alle

stato attuale, dimensionare e verificare nel rispetto della direttiva D.P.R. n152/99 e successive, i

nuovi tratti di fognatura e le opere accessorie necessarie a collettare la rete esistente al nuovo

fitodepuratore (oggetto di altro progetto), che sar posizionato in una valle sottostante il paese (vedi

Tav.02-Planimetria Generale dello stato di progetto).

Lo studio idraulico stato realizzato a moto vario, con il modello SWMM (MARTE) ed consistito nel reperimento del materiale esistente, nei sopralluoghi e rilievi diretti a conoscere gli aspetti peculiari del territorio interessato.

ANALISI DEL BACINO

Il bacino della rete di fognatura di Radicondoli ha una superficie di circa 0.26 kmq e si estende in

una zona collinare compresa tra il centro storico del paese e una zona pi a valle dove sar

posizionato il nuovo impianto di fitodepurazione.

La pendenza media del bacino circa il 10%.

Ai fini dello studio idraulico, larea in oggetto stata divisa in diversi sottobacini ognun competente

ad uno specifico collettore (vedi Tav.03-Planimetria Generale dei bacini di afflusso)


3

CALCOLO IDRAULICO

Il calcolo stato eseguito sia per verificare la capacit di deflusso delle tubazioni esistenti sia per dimensionare i nuovi collettori di progetto. Lo studio stato preceduto da sopralluoghi aventi lobbiettivo di espletare un rilievo della zona e conoscere le condizioni dei corsi dacqua e delle superfici sottese.

STIMA DELLE PORTATE NERE

Per stimare la portata nera media giornaliera si sono considerati i dati ISTAT aggiornati al gennaio

2003, incrociandoli con quelli forniti dallufficio anagrafe comunale e quelli utilizzati da ASA

S.p.A. per il dimensionamento del costruendo impianto di trattamento a servizio di Radicondoli.

Utilizzando la formula della portata nera media:

86400NDqnm

= (l/s)

dove:

D dotazione idrica, indicata da ASA S.p.A. pari a 250 l/(abd);

N numero di abitanti equivalenti;

coefficiente di afflusso in rete, pari a 0.8.

Si sono ottenuti i valori riportati in Tabella 1:

ZONA A.E. Qnm (l/s)

centro 830 1.92

Zona nord 70 0.16

TOTALE 900 2.08

Tabella 1: portate nere medie calcolate


4

A tali valori viene poi applicato un coefficiente Cp = 5 (come di seguito descritto per il

dimensionamento degli scaricatori) ottenendo le portate nere di punta riportate in Tabella 2

ZONA POPOLAZIONE Qnm (l/s) 5Qnm (l/s)

cantro 830 1.92 9.6

Zona nord 70 0.16 0.8

TOTALE 900 2.08 10.4

Tabella 2: portate nere di punta calcolate

PREDIMENSIONAMENTO CONDOTTE DI PROGETTO A GRAVITA

Per il dimensionamento dei nuovi collettori si utilizzato il metodo cinematico o della corrivazione che si basa sullipotesi che la massima portata nella sezione terminale di un determinato collettore sia dovuta a una pioggia di intensit l costante e di durata pari al tempo di corrivazione Tc relativo alla sezione suddetta:

TcfhA

TcfhAflAQ 278,0max ===

dove Qmax la portata in mc/sec, f il coefficiente di deflusso medio del bacino, h laltezza di pioggia in mm, A larea del bacino in km2 e Tc il tempo di corrivazione in ore. Per il calcolo dellaltezza di pioggia si utilizzata la curva di possibilit pluviometrica relativa ai dati del pluviometro di Anqua con un tempo di ritorno di 25 anni e pari a:

0,82t8,54h =

dove h laltezza di pioggia in mm, t la durata della pioggia in ore. Per il calcolo del tempo di corrivazione si utilizzata la formula di Kirpich (1940):

385,0

77,0

066,0iLTc =

dove Tc il tempo di corrivazione espresso in ore, L in km ed essendo i la pendenza, pari al rapporto tra laltezza Hmax del punto pi alto del bacino rispetto alla sezione di chiusura e la lunghezza L del percorso idraulico relativo a tale punto. Una volta calcolata la portata massima che ciascun collettore deve far defluire e ipotizzando che il moto sia uniforme, si calcolato il valore


5

della portata specifica i

Q max , e quindi escludendo il funzionamento in pressione e stabilita la

forma della sezione (circolare), si scelto un collettore di dimensioni tali da aver un valore di

iQ

iQp max

> , dove Qp la portata smaltibile dal collettore a sezione piena.

CONDOTTA i

Q max

iQp

D

A-A 0.54 0.88 300 mm

B-B 0.16 0,298 200 mm

E-E 0.328 0.541 250 mm

D-D 0.382 0.541 250 mm

I diametri sopra indicati sono i minimi necessari, i diametri e i materiali utilizzati sono i seguenti:

TRATTO LUNGHEZZA (m) MATERIALE A-A 108.47 PVC DE 315 B-B 164.3 PVC DE 250 E-E 96.04 PVC DE 250 D-D 126.21 PVC DE 250

TOTALE 495.02

DIMENSIONAMENTO STAZIONE DI SOLLEVAMENTO

prevista una stazione di sollevamento di progetto a servizio della rete di fognatura di Radicondoli

posizionata in prossimit dellattuale punto di confluenza dei due rami che scendono sul versante

Nord del paese e che attualmente risultano inutilizzati perch non ancora eseguiti gli allacci.

La stazione sar posizionato a valle dello scaricatore di progetto che sfiorer le acque provenienti da

monte cos che alla centrale di sollevamento arriver in tempo asciutto solo la portata nera e in

tempo di pioggia al massimo la 5Qn.


6

A monte del sollevamento si prevede unopportuno sistema di grigliatura in modo che i liquami

sollevati si possano ritenere grigliati.

La presenza di sistemi di rilancio delle portate ( e inoltre la presenza della griglia) rende necessaria

una periodica e continuativa attivit di manutenzione degli stessi da parte di personale addetto, onde

mantenerne inalterato nel tempo il corretto funzionamento.

Visto che siamo in presenza di una rete di tipo misto vi sar una notevole differenza di portata da

sollevare in caso di periodo di pioggia o in caso di tempo asciutto; inoltre per lesiguo numero di

utenti allacciati (70 a.e. al max) e per lelevato valore della prevalenza ,nella scelta della pompa si

optato per una tipologia che riuscisse a sollevare portate molto basse con elevata prevalenza, di cui

riportiamo qui sotto la curva caratteristica:

Vengono di seguito riportati le grandezze caratteristiche della stazione di sollevamento prevista sia

nel caso in cui non piova ed arrivi alla stazione solo la portata nera media , sia nel caso in cui piova

ed arrivi alla stazione la 5Qn.


7

STAZIONE NON PIOVE

Qnm (mc/s) portate nere 0.00016 Qp (mc/s) portata della pompa 0.001

A (mq) area vasca 4.00 h (m) altezza utile tirante 0.3

V (mc) volume 1.2 T1 (min) tempo di svuotamento T1=V/(Qp-Qi) 23.8

T2 (min) tempo di riempimento T2=V/Qi 125 T (min) intervallo tra due

attacchi T=T1+T2 148.8

Z numero avviamenti/ora 0.4

H prevalenza 64.8

STAZIONE PIOVE

Qnm (mc/s) portate nere 0.0008 Qp (mc/s) portata della pompa 0.001

A (mq) area vasca 4.00 h (m) altezza utile tirante 0.3

V (mc) volume 1.2 T1 (min) tempo di svuotamento T1=V/(Qp-Qi) 100

T2 (min) tempo di riempimento T2=V/Qi 25 T (min) intervallo tra due

attacchi T=T1+T2 125

Z numero avviamenti/ora 0.5

H prevalenza 64.8

Come si nota dai dati di tabella la pompa funzioner una volta ogni due ore, questo vuol dire che la

portata non sar sollevata con molta continuit.

Tuttavia visto che al nuovo fitodepuratore arriva direttamente il liquame della zona centro del

capoluogo (830 a.e.) e che il sollevamento recapita in un punto della rete esistente, questo fatto non

crea problemi di continuit di carico al fitodepuratore comunque sempre alimentato da unaltra


8

linea. Inoltre essendoci un attacco ogni due ore non si creano neanche problemi di maleodori dovuti

a tempi di detenzione del liquame troppo lunghi nella vasca delle pompe.

DIMENSIONAMENTO CONDOTTA IN PRESSIONE

La condotta di mandata avr una lunghezza complessiva di 250 m circa e sar in PEAD PN10 .

Visto che si va a sollevare liquame si dovr garantire una velocit in condotta superiore a 0,7 m/sec

sia nel caso in cui si abbia il funzionamento di una sola pompa quando non piove sia quando si

solleva una portata superiore quando piove.

Si prevedono dunque i seguenti diametri:

TRATTO LUNGHEZZA (m) MATERIALE 1 275 PEAD PN10 DE 50

TOTALE 275

Analisi del colpo dariete

Ogni manovra, volontaria o involontaria, che perturba il regime di moto in una corrente in pressione

determina una situazione di moto vario.

I fenomeni transitori che si verificano sono riconducibili a due tipologie: oscillazioni elastiche e

oscillazioni di massa.

Il tipo di transitorio che interessa gli impianti di pompaggio normalmente quello legato a

oscillazioni elastiche e si manifesta con la propagazione nella condotta premente di onde di

pressione che si muovono con elevata velocit.

Le variazioni conseguenti della pressione, rispetto a quella che regna in regime permanente,

possono essere di forte entit.

Sia le variazioni positive di pressione che quelle negative sono temibili, poich la loro entit pu

essere tale da compromettere la stabilit della condotta o per ragioni di resistenza alla pressione

interna o per ragioni di resistenza ai carichi esterni o anche per ragioni di instabilit elastica.


9

L'entit delle sovrappressioni e delle depressioni dipende dalle caratteristiche elastiche del sistema,

dalla geometria dell'impianto e dall'inerzia dei gruppi di sollevamento (vedi paragrafo 6.7-

Relazione Tecnica-).

Tempo di chiusura sec

Q= 0.001 m/sec Portata mc/sec D= 0.048 m Diametro interno m De=50 C= 1 Coefficiente sperimentale K= 1.87 V= 0.8 m/sec Velocit in condotta m/sec

L= 260 m Lunghezza condotta

H= 64.8 m

Tc= 1.611872 sec

Celerit m/sec

= 2*10^9 N/mq Modulo di comprimibilit cubica del liquido N/mq E= 8.8*10^8 N/mq Modulo di elasticit del PEAD N/mq s= 0.001 m spessore della condotta m

a= 993.8 m/sec

2*L/a= 0.523244 sec

Tc>2*L/a Manovra Lenta

NON CI SONO PROBLEMI DI COLPO D'ARIETE

CURVA DI POSSIBILIT PLUVIOMETRICA La curva di possibilit pluviometrica adottata nella modellazione e progettazione della rete stata ricavata dalla elaborazione dei dati di pioggia di durata minore ed uguale ad 1h. Tale procedimento scaturito da unanalisi del tempo di corrivazione del bacino, valutato in circa 15 minuti. Sono state analizzate le max piogge annuali di forte intensit e breve durata delle stazioni di Cotorniano (Fattoria) [2740] e di Anqua [2080] distanti entrambe circa 8 Km da Radicondoli: i dati della stazione di Radicandoli [2090] sono pochi, risalenti agli anni 30 e dunque non significativi.

gHVLKCTc +=

EsD

a

+

=

1

1425


10

Da unanalisi morfologica del territorio si pu, tuttavia, notare che essendo Radicondoli e Cotorniano separate da un promontorio di circa 600 m di altitudine, ed essendo invece Radicondoli ed Anqua pi o meno alla stessa quota e senza rilievi intermedi, le condizioni di precipitazione pi simili a quelle di progetto saranno quelle rilevate dal pluviometro di Anqua. Queste poi risultano essere anche pi gravose e dunque nella verifica della rete si va a favore di sicurezza. Dunque sono state prese in esame le max piogge annuali di forte intensit e breve durata della stazione Anqua [2080] dellUfficio Idrografico di Pisa, riportate nella parte I degli Annali Idrologici (tabella V) e le massime altezze di pioggia di durata unora.

Anqua [2080]

Sono state cos elaborate statisticamente con il metodo di Gumbel le massime altezze orarie:


11

MEDIA 27.3

Valore medio delle altezze orarie di pioggia

N.DATI 20

Numero dati storici delle altezze orarie di pioggia

S,Q,M, 13.48

Scarto quadratico medio delle altezze orarie di pioggia

N = M - 0,45 SQM

N = 21.221 21.234

1/ = 0,7797 SQM

1/ = 10.507 10.51036

h(Tr)=21.22+10.5*Y

Altezza di pioggia oraria con un certo tempo di ritorno

Dalle altezze di pioggia di durata inferiore ad unora stata determinata la curva critica con il metodo dellinterpolazione, utilizzando le precipitazioni massime rispettivamente di ciascun intervallo temporale (5-10-15-20-30-1h).

Dati relativi al 1caso critico logaritmo in base dieci tempi in minuti 5 10 15 20 30 60 tempi in ORE 0.083 0.167 0.25 0.34 0.5 1 altezze di pioggia 12.6 16.6 25 30.6 41.2 75 logaritmo di h 1.100371 1.220108 1.39794 1.485721 1.614897 1.8750613 logaritmo di t -1.08092 -0.77728 -0.60206 -0.46852 -0.30103 0

y = 0.8249x + 1.8733

0

0.5

1

1.5

2

-1 -0.5 0

Serie1Lineare (Serie1)

Curva di possibilit pluviometrica relativa al 1 caso critico y=0,825x+1,8733 h=74.7t^0,82

74.7=21,22+10.5Y Tr=1/(1-e(-e(-y))) Tr= 162.89038 anni


12

Volendo determinare le curve di possibilit pluviometrica aventi tempi di ritorno rispettivamente di 25 e 10 anni, stato assunto per la costante a il valore che si ricava dalla (1) per i suddetti valori e per n il valore relativo al 1 caso critico. Curva di possibilit pluviometrica relativa al 1 caso critico avente tempo di ritorno di 10 anni h(t=1h,Tr)=21.22+10.5*Y Tr= 10 Y= 2.250367 h= 44.8 mm

h=44.8t^0,82

Curva di possibilit pluviometrica relativa al 1 caso critico avente tempo di ritorno di 25 anni h(t=1h,Tr)=21.22+10.5*Y Tr= 25 Y= 3.198534 h= 54.80461

h=54.8t^0,82

Lipotesi su cui si basa il metodo quella che in scala logaritmica le rette rappresentative delle curve di possibilit pluviometrica aventi tempi di ritorno diversi siano parallele tra loro.

IETOGRAMMI DI PROGETTO

Dalle curve di possibilit pluviometrica elaborate, sono stati ricavati quattro ietogrammi di progetto del tipo Chicago con picco in posizione centrale. I primi aventi un tempo di ritorno di 25 anni per una durata di pioggia di 30 min e 90 min, i secondi con tempo di ritorno di 10 anni sempre per durate di 30 min e 90 min. In sintesi gli ietogrammi simulati sono i seguenti:

Ietogramma Chicago Tr=25anni t=30min

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28


13


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87


0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28


14


0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88

DIMENSIONAMENTO SFIORATORE

La rete di progetto della fognatura di Radicandoli prevede due scaricatore di piena uno nella zona nord del paese e laltro lungo lattuale collettore di recapito dellintera fognatura del centro abitato. Obbiettivo dei manufatti quello di sfiorare nel corpo ricettore le portate con grado di diluizione superiore a cinque volte la portata nera.

Lo scaricatore di piena sar del tipo frontale e dovr garantire in tempo secco larrivo dellintera portata nera allimpianto di trattamento reflui (almeno 5 Qn in tempo di pioggia). Le altezze delle soglie della soglia sfiorante stata dimensionata con la formula della foronomia della luce a battente: SFIORO A

h g 2A =Q dove Q 5Qn = 0,0008 mc/sec = 0,5 coefficiente di deflusso A = 0,031 mq, sezione della tubazione che v al depuratore (PVC200) h = 0,0013 m tirante idraulico rispetto al baricentro della tubazione h* = 0,10m tirante idraulico rispetto al fondo della tubazione (h+D/2) t = 0,15 m dislivello di sicurezza H = h* + t = 0,25 m altezza della soglia rispetto al fondo del pozzetto


15

SFIORO B

h g 2A =Q dove Q 5Qn = 0,01 mc/sec = 0,5 coefficiente di deflusso A = 0,031 mq, sezione della tubazione che v al depuratore (PVC200) h = 0,02 m tirante idraulico rispetto al baricentro della tubazione h* = 0,12m tirante idraulico rispetto al fondo della tubazione (h+D/2) t = 0,15 m dislivello di sicurezza H = h* + t = 0,27 m altezza della soglia rispetto al fondo del pozzetto

Il termine di sicurezza serve per cautelarsi su eventuali scarichi accidentali nel ricettore, dovuti allinterrimento del pozzetto, a causa del deposito di sedimenti. Tale innalzamento comporter, almeno nei primi anni, il convogliamento al depuratore di portate superiori a cinque volte la portata nera, ma con un grado di diluizione elevato. Sar necessario eseguire un ulteriore pozzetto di scarico, dotato di paratia meccanica, allinizio del depuratore per regolare il flusso allinterno del processo di trattamento, cio le portate superiori a 5Qn.

PORTATE A MOTO VARIO

Come gi menzionato lo studio stato eseguito con unapplicazione a moto vario, per verificare il deflusso sia nelle condotte esistenti sia in quelle di progetto e valutare eventuali fenomeni di rigurgito.

Si sono eseguite due diverse tipologie di simulazioni una relativa allo stato attuale della rete, laltra

relativa allo stato di progetto.

Allinterno della rete di progetto si prevede, come gi stato menzionato, di inserire due sfioratori

che convogliano allimpianto sia le portate di tempo asciutto sia cinque volte la portata nera in

tempo di pioggia..

APPLICAZIONE MODELLO SWMM (MARTE) La verifica stata eseguita adottando il blocco Run-Off ed Extran del modello SWMM (Marte

come software di interfaccia).


16

A ciascun sottobacino stato assegnato un grado di infiltrazione in funzione dei coefficienti della

formula di Horton:

fo (mm/h) fc (mm/h) k (1/h)

Zone urbanizzate 76 2,5 2

Zone non urbanizzate 200 12,7 2

Per quanto riguarda il grado di permeabilit, ad ogni sottobacino stata assegnata una percentuale

impermeabile (0 100 %) ed un volume di accumulo superficiale pari a 4mm per le aree permeabili

e 2mm per le aree impermeabili.

La scabrezza del terreno stata posta pari a 0.2 per le superfici permeabili e 0.01 per le superfici

impermeabili. Ricordo che il coefficiente di scabrezza relativo alla formula di Manning.

Al deflusso in condotta dovuto alle precipitazioni, si somma anche la portata in tempo secco, cio la

portata nera dei reflui urbani, calcolata nel paragrafo precedente.

I calcoli sono stati eseguiti con la tecnica risolutiva della soluzione esplicita con passo temporale di

calcolo di 2 secondi.

RISULTATI DEL CALCOLO E CONCLUSIONI

Dalle simulazioni eseguite si nota che la precipitazione estrema quella con tempo di ritorno di 25

anni e durata 90, riprodotta con ietogramma Chicago.

Dalla elaborazione numerica sono stati dimensionati i collettori di progetto e verificati quelli

esistenti.

RISULTATI DELLE SIMULAZIONI-STATO ATTUALE

VERIFICA DELLA RETE DI FOGNATURA IN TEMPO SECCO (PORTATE NERE)

Vengono di seguito riportati i grafici relativi alle simulazioni in tempo secco delle portate e dei

livelli in corrispondenza degli attuali scarichi della rete oggetto di studio.


17

Tempo secco scarico 1

0

0,000005

0,00001

0,000015

0,00002

0,000025

0,00003

0,000035

0,00004

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Ramo 109:Portata

Tempo secco scarico 2

0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

0,0012

0,0014

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Ramo 69:Portata


18

VERIFICA DELLA RETE DI FOGNATURA IN TEMPO DI PIOGGIA (PORTATE MISTE)

Si riportano di seguito gli idrogrammi in corrispondenza degli attuali scarichi per lo ietogramma

Chicago TR = 10 anni:

Chicago Tr=10anni scarico 1

0

0,005

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,035

0,04

0,045

0,05

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Ramo 109:Portata

ChicagoTr=10 anni scarico 2

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Ramo 69:Portata


19

Si riportano di seguito gli idrogrammi in corrispondenza degli attuali scarichi per lo ietogramma


Chicago Tr=25anni scarico 1

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Ramo 109:Portata

ChicagoTr=25 anni scarico 2

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Ramo 69:Portata


20

RISULTATI DELLE SIMULAZIONI-STATO DI PROGETTO

VERIFICA DELLA RETE DI FOGNATURA IN TEMPO SECCO (PORTATE NERE)

Sulla base delle considerazioni di cui ai paragrafi precedente, in merito al calcolo delle portate nere

ed al dimensionamento delle soglie sfioranti, si provveduto ad esaminare che non si verifichi, in

condizioni di tempo secco in corrispondenza degli scaricatori, lo scarico di portate nere verso il

corpo ricettore. I risultati della simulazione vengono riportati in modo completo negli allegati.

Si anticipa fin dora come si registri un corretto funzionamento da parte di tutti gli scaricatori, senza

registrare alcuno scarico di portate nere nei botri. Per quanto riguarda le condizioni di deflusso in

tempo secco nelle tavole allegate vengono riportati i valori di velocit nella rete di progetto. Si

segnala come nel tratto A-A E-E D-D a causa di un valore estremamente basso di portata nera e di

una pendenza vincolata dalla necessit di recapitare in un collettore esistente, il deflusso avvenga

con velocit l inferiore a 0.5 m/s: tuttavia visto che nei periodi di pioggia in tali collettori si avr una

portata superiore alla portata nera, in queste occasioni la velocit aumenter e si potr garantire il

lavaggio della condotta.

Inoltre si consiglia al proposito di ovviare ai possibili fenomeni di deposito intensificando la

frequenza delle operazioni di manutenzione e pulizia dei pozzetti.

Vengono di seguito riportati i grafici relativi alle simulazioni in tempo secco delle portate e dei

livelli in corrispondenza degli scaricatori di progetto a servizio della rete oggetto di studio.


21

Tempo secco scaricatore 1

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360Tempo (min)

Port

ata

(mc/

sec) Ramo 103vs scarico:portata

Ramo 108 vs soll:portata

Ramo 57 vsscaricatore:portataScaricatore livello

Tempo secco scaricatore 2

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0,014

0,016

0,018

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Tempo (min)

Port

ata

(mc/

sec) Ramo 109vs scarico:portata

Ramo 110 vs dep:portata

Ramo 69 vsscaricatore:portataScaricatore livello


22

VERIFICA DELLA RETE DI FOGNATURA IN TEMPO DI PIOGGIA (PORTATE MISTE)

Lo sviluppo complessivo della rete esistente risultato di circa 4,3 km su di unarea totale di circa

0,26 Kmq, dei quali il 90% circa caratterizzato da superfici urbane.

Il progetto prevede lintercettamento della rete esistente lungo il collettore che attualmente recapita

la totalit del liquame in una vasca settica pi a sud, e il collettamento degli scarichi del versante

nord del paese(cfr. TAV 02). A tal proposito si prevedono:

due scolmatori di piena (cfr. TAV 02 );

una stazione di sollevamento (cfr. TAV 02 ).

Per quanto riguarda la portata di progetto da convogliare al depuratore, essa stata indicata dai

tecnici incaricati pari a 5Qnm = 10,4 l/s.

La lunghezza totale della rete di progetto di circa 1.5 km: vengono riportate in Tabella le

caratteristiche dei principali tratti dellintervento

TRATTO LUNGHEZZA (m) MATERIALE A-A 108.47 PVC DE 315 B-B 164.3 PVC DE 250 E-E 96.04 PVC DE 250 D-D 126.21 PVC DE 250 B-C 275 PEAD PN10 DE50

TOTALE 770.02

La tubazione di progetto posata secondo i criteri evidenziati nelle tavole allegate.

Dai risultati relativi alla situazione attuale si nota che la rete ha un buon funzionamento nei periodi

di pioggia risultando verificata sia per la pioggia decennale che per quella venticinquennale: vi

solo un nodo della rete in cui si ha un problema grave di esondazione e sar necessario in futuro

analizzare la possibilit di realizzare in quel punto un pozzetto di calma o di sostituire il collettore.


23

Le velocit massime nelle nuove condotte a gravit risultano essere comunque tutte al di sotto del

limite di normativa dei 5 m/sec che nel tratto terminale del tratto B-B dove si raggiunge un picco di

6,2: tuttavia vista la morfologia particolarmente acclive della zona e visto che il tratto risulta essere

breve, questo risulta essere accettabile.

Per delucidazioni a riguardo, vedere le tavole allegate e gli output di ciascuna simulazione.

Si riportano di seguito gli idrogrammi in corrispondenza degli scaricatori per lo ietogramma


ChicagoTr=10 anni scaricatore 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

Tempo (min)

Port

ata

(mc/

sec)

Ramo 103vs scarico:portata


Ramo 57 vsscaricatore:portata


24

Chicago Tr=10 scaricatore 2

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360Tempo (min)

Port

ata

(mc/

sec)




Cos come si pu evincere anche dagli idrogrammi relativamente al funzionamento degli

scaricatori, dopo il transitorio in cui si esauriscono gli effetti relativi allevento di precipitazione il

comportamento registrato del tutto analogo a quello che si registra in condizioni di tempo secco.

Si riportano di seguito gli idrogrammi in corrispondenza degli scaricatori per lo ietogramma



25

ChicagoTr=25 anni scaricatore 1

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360Tempo (min)

Port

ata

(mc/

sec)




Chicago Tr=25 scaricatore 2

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360Tempo (min)

Port

ata

(mc/

sec)




Anche in tal caso valgono i commenti descritti al punto precedente relativamente agli idrogrammi

per ietogramma TR = 10 anni.


26

APPENDICE TEORICA

DESCRIZIONE DEL MODELLO

Le informazioni di ingresso utilizzate per la costruzione del modello consistono in una serie di dati

in formato MDB (Microsoft Data Base), contenenti le informazioni topologiche, planimetriche ed

altimetriche della rete.

Sulla base della cartografia georeferenziata di riferimento stata inserita la rete, rappresentata dai

tronchi, dai pezzi speciali e da tutti gli elementi dellinfrastruttura tecnologica. A ciascun elemento

grafico, caratterizzato da uno specifico codice che ne indica la tipologia, viene associato un

identificativo univoco che permette la connessione con le tabelle di data base nelle quali vengono

immagazzinati i dati che descrivono le caratteristiche tecniche e funzionali di tutti gli elementi

costituenti la rete.

La geometria delle reti definita dai seguenti elementi:

elementi puntuali: nodi, pozzetti, pezzi speciali, etc;

elementi lineari: tronchi;

elementi areali: impianti, etc.

Topologicamente la rete organizzata in una struttura reticolare rappresentata mediante la

schematizzazione in nodi e rami.

I nodi rappresentano i pozzetti, i rami, invece, rappresentano i tratti di condotto che uniscono due

nodi successivi. Leventuale presenza di impianti di sollevamento evidenziata da appositi simboli.

Le informazioni digitalizzate relative alla topologia della rete consistono nella collocazione

planimetrica dei pozzetti e dei condotti, nellinserimento del dato relativo alla quota del terreno in

corrispondenza dei pozzetti e della quota fondo pozzetti. Sono state inoltre raccolte informazioni

relative alle vie dove i condotti sono ubicati.


27

Sulla base delle informazioni disponibili nel data base e mediante l'utilizzo della carta

georeferenziata possibile analizzare gli aspetti relativi alle condizioni idrauliche delle reti. Il

modello idraulico, progettato per consentire la massima compatibilit e facilit di integrazione con i

sistemi informativi, pu essere applicato a reti fognarie miste e separate, reti fognarie complesse e

strutture idrauliche ausiliarie, con restituzione dei risultati in forma tabellare e grafica, con tempi di

calcolo ridotto.

I risultati della analisi condotte permettono di determinare in quali condizioni ciascun tratto di

fognatura raggiunge la sua capacit idraulica ed inizia ad andare in pressione, nonch le prestazioni

idrauliche di elementi quali sfioratori, scolmatori, stazioni di sollevamento, etc.

Le potenzialit insite nelladozione del modello idraulico messo a punto sono numerose,

consentendo il raggiungimento di un elevato livello di conoscenza delle reali condizioni delle reti.

Una possibile applicazione consiste nella rappresentazione matriciale dei rischi, mezzo di estrema

sintesi e chiarezza formale. possibile, per esempio, stabilire per ogni elemento della rete un grado

di efficienza idraulica a cui associare un livello di rischio idraulico.

Per i tratti sottoposti a verifica risulta molto utile la registrazione delle condizioni di deterioramento

che implicano differenti livelli di rischio per il collasso strutturale, stabiliti tenendo in

considerazione le informazioni raccolte, relative al tipo di suolo, la frequenza delle esondazioni, le

modalit e l'epoca di realizzazione. In base a tali dati possibile stabilire, per ogni tratto della rete,

un grado di efficienza strutturale, acquisibile all'interno del data base e soggetto ad aggiornamento

ogni qual volta intervengano delle modifiche sui parametri influenti (interventi di ripristino,

disfunzioni, etc). Tale valore, associato al grado di efficienza idraulica, permette di valutare il

rischio globale di criticit del tratto sottoposto ad analisi.

Confrontando i risultati ottenuti in termini di portata con la capacit idraulica dei singoli tratti di

rete, ed analizzando i risultati ottenuti per la rete nel suo insieme, si pu valutare se il problema


28

riscontrato sul singolo tratto causato da capacit idraulica insufficiente del tratto stesso, o se

dovuto ad altre cause, individuando il rischio effettivo del tratto considerato.

Il procedimento descritto permette l'identificazione dei tratti di rete che necessitano di interventi di

adeguamento e lassegnazione di priorit, valutate relativamente alla severit del problema

riscontrato e al fatto che il problema identificato esista o sia atteso.

In alcuni casi, infatti, un problema pu essere previsto dal modello di simulazione anche se non si

ancora verificato nella realt. Questa situazione si verifica ad esempio nel caso in cui siano previsti

nuovi sviluppi urbani con conseguenti incrementi delle acque nere e bianche, progressivo

deterioramento della rete, etc. In questi casi la modellazione rappresenta un valido strumento per

valutare se risulta pi conveniente adottare una strategia preventiva o intervenire una volta che il

problema si verifichi.

Nel caso di problemi idraulici possibile valutare tramite il modello di simulazione se gli interventi

di sostituzione e/o ristrutturazione consentono di ottenere le prestazioni idrauliche richieste e

risolvere i problemi di sovraccarico idrico e allagamento. Questa fase comporta lo sviluppo di un

processo iterativo nel quale:

vengono introdotte delle modifiche nella rete;

vengono effettuate le analisi di simulazione per valutare se le modifiche apportate

consentono di risolvere il problema riscontrato (e se emergono nuovi problemi a

seguito delle modifiche previste);

ritorno al punto 1 nel caso in cui le modifiche non siano sufficienti a risolvere il

problema.

Il modello idraulico della rete fognaria pu essere sviluppato con livelli di approfondimento

differenziato, permettendo di raggiungere elevati livelli di dettaglio in funzione del grado di criticit

dei singoli tratti di rete. Il grado di criticit pu essere stabilito sulla base delle informazioni

acquisite e seguendo la metodologia standard utilizzata in ambito internazionale.


29

I risultati della analisi consentono di determinare:

in quali condizioni ciascun tratto di fognatura raggiunge la sua capacit idraulica ed inizia ad andare in pressione;

le prestazioni idrauliche degli elementi di rete quali sfioratori, scolmatori, stazioni di sollevamento, etc.

Rete di fognatura di Radicondoli stata verificata mediante lutilizzo del modulo DEFLUX del

pacchetto applicativo MARTE R3 , sviluppato e commercializzato da DEK S.r.l. Bologna.

Il codice di calcolo implementato nel modulo DEFLUX quello noto software SWMM (Storm

Water Management) messo a punto dallUS EPA.

Il software strutturato in blocchi, ognuno dei quali svolge una particolare funzione, la figura

sottostante descrive per sommi capi larchitettura dellinsieme dei moduli di cui costituito

SWMM:

SWMMModuli di servizio(Data Management)

Moduli idrologici/Idraulici(Simulatori di Processo)

Rain Module(Modulo Pioggia)

Temperature Module(Modulo Temperatura)

Combine Module(Modulo Combinatore)

Runoff Module(Modulo Deflusso Superficiale)

Transport Module(Modulo propagazione in rete

Onda cinematica)

Extran Module(Propagazione in rete

Moto Vario)

Statistics Module(Modulo Statistico)

Storage Module(Modulo Trattamento

Depurazione)

SWMMModuli di servizio(Data Management)

Moduli idrologici/Idraulici(Simulatori di Processo)

Rain Module(Modulo Pioggia)

Temperature Module(Modulo Temperatura)

Combine Module(Modulo Combinatore)

Runoff Module(Modulo Deflusso Superficiale)

Transport Module(Modulo propagazione in rete

Onda cinematica)

Extran Module(Propagazione in rete

Moto Vario)

Statistics Module(Modulo Statistico)

Storage Module(Modulo Trattamento

Depurazione)


30

Come si pu osservare sono presenti moduli di servizio per il trattamento dei dati di pioggia, di

temperatura, statistici, e moduli idrologici ed idraulici che rappresentano i simulatori di

processo.

Questi ultimi sono costituiti da un modulo per la modellazione del deflusso superficiale

(RunOff), un modulo per la propagazione in rete con la schematizzazione dellonda cinematica

(Transport), un modulo dinamico (Extran) basato sulla risoluzione completa delle equazioni di

De Saint Venant che governano il fenomeno idraulico di propagazione allinterno della rete

(nello specifico viene utilizzato il metodo Dynamic Wave Simulation [Rosner, L.A. et alii

1988]), infine c un modulo che descrive i processi allinterno di un impianto di trattamento

reflui (Storage).

Nel caso specifico del modello idraulico della rete di fognatura del Comune di Castelnuovo di

Val di Cecina stato utilizzato il codice dinamico EXTRAN.

opportuno approfondire un po meglio le caratteristiche di tale codice. Le equazioni che gestisce sono le classiche equazioni differenziali alle derivate parziali di De

Saint Venant, composte da:

0=

+

x

Qt

A (1)

( ) 02 =+

+

+

fgASx

HgASt

AQt

Q (2)

dove:

-A area bagnata del flusso;

-Q portata;

-x distanza lungo lasse del condotto;

-t tempo;

-g costante gravitazionale;


31

-H carico idraulico totale dato da z+h;

-z quota dello scorrimento;

-h livello idrico;

-Sf cadente piezometrica.

La (1) lequazione di continuit, la (2) lequazione del momento della quantit di moto,

questultima pu essere scritta in pi forme, dipende dalla scelta delle variabili dipendenti.

Combinando, opportunamente, lequazione del momento della quantit di moto e lequazione di

continuit, si ottiene un equazione che deve essere risolta per ogni condotto ad ogni passo di

calcolo:

02 2 =

+

+

x

HgAx

AVt

AVgASt

Qf

(3)

dove:

-Q portata lungo il condotto;

-V velocit media nel condotto;

-A area trasversale bagnata del condotto;

-H carico idraulico;

-Sf cadente piezometrica.

La formula adottata per descrivere la perdita di carico (cadente piezometrica) definita mediante

lequazione di Manning:


32

VQgAR

kS f 34= (4)

dove:

-k parametro dato da gn2;

-n coefficiente di scabrezza di Manning;

-g costante gravitazionale;

-Q portata;

-V velocit media;

-R raggio idraulico.

Queste equazioni di base possono essere manipolate ulteriormente in modo da poter essere

risolte mediante diverse tecniche risolutive.

Senza entrare troppo in dettagli matematici, che esulano dallo scopo della presente relazione, si dir

che SWMM prevede la possibilit di adoperare tre tecniche risolutive, alle differenze finite,

dellequazione (3).

Nei casi in cui si verifichi un andamento in pressione della rete, a supporto del calcolo, subentrano

altre formule che tengono conto di questa particolare situazione di funzionamento della rete.

Poter sapere in ogni istante di tempo il valore di portata in ogni punto della rete permette di gestire

situazioni particolari caratterizzate dalla presenza di scaricatori di piena o impianti di sollevamento,

possibile studiare anche fenomeni di rigurgito, flusso a pelo libero o in pressione, inversioni di

flusso.

La gestione degli elementi grafici, direttamente collegati con i dati inseriti nel Data Base, avviene in

ambiente AutoCAD, questo rende altamente efficiente la gestione di tutta la rete, sia dal punto di


33

vista del calcolo, che dal punto di vista amministrativo, di quello che un vero e proprio SIT

(Sistema Informativo Territoriale).

Una volta acquisiti i risultati di una simulazione effettuata con MARTE R3 questi vengono

archiviati nel Data Base associato alla rete.

Tali dati possono essere richiamati in qualsiasi momento dallutente ed utilizzati per creare delle

carte esplicative dei risultati ottenuti dal calcolo.

Il programma come dati in uscita presenta i valori di portata, velocit e livello massimi, di tutti

condotti (i livelli sono ricavati a partire dal carico piezometrico calcolato nei nodi), inoltre per tutti

gli elementi selezionati per la grafica si possono ottenere i grafici dellandamento nel tempo di varie

grandezze idrauliche come portata, velocit e livelli.

Modellando un impianto di sollevamento, di questo si potranno visualizzare i cicli di attacco e

stacco delle pompe e, in fase di progetto, ci pu servire a dimensionare agevolmente il giusto

volume della vasca e scegliere la corretta pompa da asservire allimpianto.

Modellando uno scaricatore si potr controllare dinamicamente ci che viene scaricato in un corpo

ricettore oppure in unaltra porzione di rete.

Il programma per le sua caratteristiche consente di dimensionare rapidamente anche vasche di

prima pioggia e vasche volano.

L'implementazione del modello di simulazione idraulica stata condotta una rigorosa verifica del

suo funzionamento, per assicurarsi che non esistano fenomeni di instabilit numerica e mancato

bilanciamento dei volumi.


34

BIBLIOGRAFIA

Costruzioni idrauliche vol 1/4 Prof. Valerio Milano, edit SEU;

Manuale di Progettazione Sistemi di Fognatura Centro Studi Deflussi Urbani, edit Hoepli;

Manuale Deflux Marte Dek Bologna.

Documents

Relazione Di Calcolo Idraulico