2015

/2016

Appunti di

Costruzioni Idrauliche

Riassunti delle lezioni ed integrazione dalle seguenti fonti :

Slides Prof. Pianese

Acquedotti – Guida alla progettazione Valerio Milano

Appunti di Costruzioni Idrauliche – G. Ippolito

Sistemi di fognatura – Manuale di progettazione

Idraulica – Citrini Noseda

Relazioni dei progetti

La presente dispensa vuole riassumere i concetti fondamentali appresidalle fonti sopra citate, allo scopo di avere uno schema concettualeordinato ed evitare di dover passare continuamente da un libroall'altro durante la preparazione dell'esame; ovviamente, tali fontifungono da riferimento in caso di eventuali errori materiali presenti inquesta dispensa o qualora ci fosse la necessità di approfondiredeterminati argomenti.

N.B: In molti punti, si farà riferimento ai progetti realizzati da ungruppo di ragazzi per un particolare Centro Urbano. Ovviamentequalsiasi altro progetto avrà le proprie peculiarità, per cui i varipassaggi numerici presenti non hanno validità assoluta; essirappresentano soltanto una base da cui partire per la realizzazione deiprogetti ma ciascuna fase progettuale dovrà, in ogni caso, essereconcordata con il Prof. o i suoi assistenti.

2015

/2016

Programma dettagliato 2015/2016

1. Argomenti affrontati nell’ambito delle lezioni del corso:

1.1 Ciclo integrato delle acque - Schematizzazione concettuale del sistema costituito, nell’ordine: dalle fonti di alimentazione e dalle relative opere di captazione; dal sistema di adduzione; dalle vasche ubicate in prossimità dell’utilizzazione; dei Centri di utenza; del sistema di distribuzione delle acque; del sistema di raccolta delle acque reflue e di origine meteorica, del sistema depurativo, con scarico nel corpo idrico ricettore costituente, a sua volta, una nuova possibile fonte di alimentazione;

1.2 Fonti di alimentazione – Loro distinzione in “superficiali” e “profonde”. Tipologie e loro caratterizzazione in relazione sia ai quantitativi d’acqua prelevabili e alla loro variabilità intra-annuale e inter-annuale, sia alle loro caratteristiche di qualità e alla variabilità intra-annuale e inter-annuale di queste ultime;

1.3 Opere di captazione: loro tipologie costruttive in relazione alle possibili fonti di alimentazione e relativi criteri di progettazione

1.4 Sbarramenti artificiali: Indicazioni sulle normative in vigore; tipologie funzionali e costruttive: cenni sulle Dighe e sulle traverse fluviali;

1.5 Sistemi di adduzione: Criteri di scelta tra sistemi a pelo libero o in pressione; Tipologie costruttive – Tubazioni in commercio e relativi criteri di scelta; Analisi dei fabbisogni idrici per utenze civili, irrigue, industriali ed idroelettriche, e loro analisi comparativa. Dotazioni idriche e loro variabilità – Indicazioni fornite dal PRGA sulle fonti di alimentazione da utilizzare in relazione ai fabbisogni individuati per uso civile; validità del PRGA anche in relazione alla sua emanazione; aggiornamenti del PRGA – Fabbisogni attuali e futuri e loro modalità di valutazione anche in relazione ai dati acquisibili presso gli Uffici comunali e agli strumenti urbanistici vigenti o in itinere; criteri di dimensionamento delle opere di adduzione – scelta dei tracciati – interferenza dei tracciati con il reticolo idrografico, con altre opere antropiche a rete (ferrovie, strade, autostrade, metanodotti e gasdotti, reti fognarie, altri acquedotti), con aree classificate, dalle Autorità di Bacino competenti per territorio, come “a pericolosità” e “a rischio” (per frane e/o alluvioni), con aree interessate da terreni aggressivi o con presenza di falda, con aree denudate esposte a forti variazioni termiche, etc. – Principali opere d’arte: scarichi, sfiati, saracinesche di sezionamento, valvole di regolazione del flusso e/o della pressione – valvole motorizzate e non – Misuratori di portata- misuratori di pressione

1.6 Impianti di sollevamento per acquedotti: Finalità degli impianti di sollevamento - Schema funzionale,principali parti che li costituiscono e loro funzione - Criteri di progettazione degli impianti di sollevamentosecondo criteri di minimizzazione del costo e di riduzione dei fenomeni di moto vari. - Pompe: tipologie eloro modalità di funzionamento Campi di impiego delle diverse tipologie di pompe - Sistemi costituiti da pompe semplici, da pompe in serie e da pompe in parallelo - Curve caratteristiche delle pompe : curva Prevalenza-portata; curva rendimento-portata (o potenza-portata), curva NPSH-portata; NPSH di unapompa e sua utilizzazione ai fini della determinazione della posizione della pompa rispetto al pelo liberonella vasca di aspirazione - Concetto di diametro di minimo costo e sua pratica utilizzazione - Fenomeni di moto vario - riferimenti normativi relativi - Organi di attenutazione dei fenomeni di moto vario e loroprincipi di dimensionamento e verifica: Pozzi e tubi piezometrici; Volani - Casse d'aria - Campi diapplicazione dei diversi organi di attenuazione dei fenomeni di moto vario negli impianti di sollevamento

1.7 Serbatoi per acquedotto: Funzioni dei serbatoi: di riserva, di compenso e antincendio, di carico (minimo e massimo) e di sconnessione. Valutazione delle volumetrie da assegnare ai serbatoi cittadini in relazione alle loro funzioni; forme planimetriche e relativi criteri di scelta; Posizionamento plano-altimetrico del serbatoio anche in relazione a problemi gelogici, geotecnici, costrittivi, manutentivi, paesaggistici ed ambientali. Modalità di funzionamento dei serbatoi – Funzione di eventuali pozzetti “di shuntaggio”- Camere di manovra e loro progettazione.

1.8 Reti di distribuzione idrica interne ai centri urbani: Finalità. Tipologie (magliate/ramificate/miste); Criteri di progettazione. Percorsi. Tipologie di tubazioni utilizzabili e relativi criteri di scelta; Criteri di

2015

/2016

dimensionamento dei vari tratti; Necessità delle verifiche idrauliche e loro finalità. Metodi di verifica delle reti idriche in pressione con riferimento a condizioni stazionarie: Metodo di Cornish, e sua implementazione sia con riferimento a portate richieste fissate a priori (approccio “demand driven”) che con riferimento a portate aloro vilta variabili in funzione delle pressioni esistenti in rete (approccio “pressure driven”); Necessità di dover eseguire diverse “famiglie” di verifiche, con riferimento a condizioni di funzionamento “ordinarie” (alla punta), “extra-ordinarie” (con uno o componenti elettromeccanici temporaneamente esclusi dal servizio) o “straordinarie” (all’incendio). Principali organi e opere d’arte presenti in rete.

1.9 Sistemi per la raccolta e il successivo smaltimento delle acque reflue e delle acque di origine meteorica - Sistemi “statici” e “dinamici”: tipologie e relativi criteri di scelta. Sistemi “statici”: Pozzetti di raccolta e impianti di depurazione a servizio di piccole comunità – Sistemi dinamici: fognature a sistema “separato” (per la raccolta, rispettivamente, delle acque reflue e di quelle di origine meteorica) e “unitarie” (cosiddette “miste”), per la raccolta e il successivo convogliamento sia delle acque reflue che di quelle di origine meteorica: Vantaggi e svantaggi delle due tipologie, e relativi criteri di scelta. Dimensionamento delle reti fognarie a sistema separato e misto. Metodo della corrivazione (semplificato secondo la Scuola Tedesca)– Metodo dell’invaso (non lineare). Dati di input per il dimensionamento/verifica dei condotti. Curve di probabilità pluviometrica: loro significato e possibilità di ottenimento. Vasche per la raccolta delle acque di prima pioggia: vantaggi, svantaggi, modalità costruttive e problemi gestionali; scaricatori di piena: descrizione delle tipologie principali e dei loro campi di impiego. Princiapli opere d’arte presenti nelle fognature urbane

2. Laboratorio esercitativo

2.1 Esercitazioni esplicate, a livello di gruppo, con riferimento a:

- progettazione (a livello di Studio di fattibilità) di un acquedotto a servizio di uno o più comuni;

- progettazione (a livello di progettazione preliminare) di una rete urbana di distribuzione idrica;

- progettazione (a livello di studio di fattibilità/progetto preliminare) di una rete fognaria a servizio di uncomune

2015

/2016

1

ACQUEDOTTO

Col termine acquedotto si intende quel complesso di opere necessarie per la captazione, il trasporto,

l’accumulo e la distribuzione dell’acqua per usi civili, industriali, rurali e idroelettrici.

A seconda della natura delle acque utilizzate e della fonte di approvigionamento verrà effettuata una

captazione di diverso tipo ; A valle della captazione viene realizzata un’opera di convogliamento (opera di

adduzione)che può essere in pressione o molto raramente a pelo libero con sezione chiusa, il cui compito è

quello di trasportare l’acqua in prossimità del centro d’utenza, e più precisamente in un opera di accumulo,

ossia un serbatoio, in grado di contenerla in attesa che venga prelevata dalle utenze.

La distribuzione viene realizzata mediante condotte in pressione alle quali si allacciano le varie utenze.

Esistono diversi tipi di utenza, questi differiscono tra di loro sia per la quantità che per la qualità dell’acqua

di cui necessitano. Distinguiamo utenze

CIVILI (Private e pubbliche);

INDUSTRIALI;

RURALI;

IDROELETTRICHE.

Generalmente al termine acquedotto viene associato il concetto di potabilità dell’acqua; in effetti per scopi

pubblici, industriali, rurali ecc. potrebbe anche essere utilizzata acqua non potabile ma dal punto di vista

economico sarebbe sconveniente realizzare due distinte reti di alimentazione, per cui generalmente tutti i

fabbisogni vengono soddisfatti con acqua potabile. Quando invece occorre servire degli insediamenti

industriali o agricoli ben separati dal tessuto urbano, allora è possibile realizzare degli acquedotti appositi

che trasportino acqua non potabile.

L’acqua necessaria per le utenze domestiche dipende soprattutto dal grado di civiltà degli abitanti; a rigore,

per uso di bevanda e per uso di cucina basterebbero pochi litri al giorno a persona, mentre per la pulizia la

quantità d’acqua varia in modo notevole in base all’uso del bagno (infatti per una doccia ci vogliono 40-50

litri e per un bagno in vasca 200 litri circa). Mediamente possiamo ritenere che per tutti gli usi domestici

(quindi anche la pulizia dell’abitazione, il lavaggio della biancheria ecc ecc) non si va al di sotto di 150-180

litri per abitante per giorno. A questi fabbisogni vanno aggiunti quelli per usi pubblici: scuole, caserme,

ospedali, lavaggio strade ecc. Quindi nel complesso, una dotazione di circa 200 litri per abitante per giorno

è appena sufficiente (Napoli ha un consumo di 300 litri per abitante per giorno).

E’ possibile diagrammare la portata richiesta QR durante la giornata. Essa risulta variabile nel corso delle 24

ore a causa delle diverse richieste da parte della popolazione, per cui non conviene assumere 𝑄𝑅(t) come

portata di progetto in quanto la variazione di 𝑄𝑅 provocherebbe oscillazioni della piezometrica e quindi

variazioni di pressione che potrebbero ledere la corretta tenuta dei giunti con conseguenti perdite d’acqua.

Pertanto, per ovviare a tale problema si inserisce, tra l’opera di adduzione e la rete interna, una vasca che

abbia principalmente funzione di accumulo ma che funga da sconnessione idraulica in maniera che la

condotta d’adduzione non risenta degli effetti della richiesta di valle. Si definisce quindi la portata media

quella particolare portata tale che il volume sotteso sia proprio uguale al volume che calcolerei integrando

la funzione 𝑄𝑅(𝑡). Sappiamo che 24 ore sono pari a 86400 secondi, quindi :

𝑸𝒎 =∫ 𝑸𝑹(𝒕)𝒅𝒕

𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎

𝟎

𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎=

𝑽𝒈

𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎= 𝒇 =

𝒅 ∙ 𝑵

𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎

Per cui il primo passo è sicuramente quello di definire la dotazione idrica giornaliera “d”, attraverso la

quale arriveremo a definire il fabbisogno idrico “f” (ossia la portata media). Fino a qualche decennio fa,

2015

/2016

2

ogni centro abitato provvedeva in modo indipendente alla ricerca di acqua potabile e lo Stato forniva i

mezzi per la costruzione di opere a servizio delle singole comunità. Il criterio con cui veniva scelta una fonte

di alimentazione era sostanzialmente la vicinanza al centro abitato (in modo che le opere di trasporto

fossero le più economiche) e le caratteristiche organolettiche (limpidezza, colore, odore ecc.) prescindendo

talvolta dalla sicurezza igienica. Quindi piuttosto che definire prima i fabbisogni e successivamente cercare

una fonte di alimentazione adeguata, spesso si trovava prima la fonte di alimentazione e ci si accontentava

di portare all’abitato la massima portata che poteva fornire. In questo modo alcuni comuni garantivano

dotazioni nettamente superiori di quanto fosse necessario e di quanto fosse consentito a comuni che ne

avevano maggior bisogno e viceversa. Nel corso degli anni si è fatta avanti prima l’idea di acquedotti

consortili a servizio di più comuni fino poi ad arrivare alla soluzione dei grandi acquedotti a servizio di un

gran numero di centri abitati. Infatti nel secondo dopoguerra si ha la trasformazione da una società agricola

a società industriale, per cui i quantitativi d’acqua necessari iniziano ad aumentare. Ad opera della Cassa

del Mezzogiorno (Ente pubblico che finanziava iniziative industriali nel meridione che fu soppresso negli

anni 80 quando iniziano a subentrare le Regioni) vengono realizzati grossi acquedotti regionali (ad esempio

l’acquedotto Campano). Nel 1967 viene pubblicato su gazzetta ufficiale il PRGA (Piano regolatore generale

degli acquedotti), il quale inquadra ogni comune nello schema di un grande acquedotto stabilendo il

fabbisogno idrico necessario (ossia la portata media) con previsioni fino all’anno 2015. (Ci sono stati anche

dei Progetti speciali PS3 con lo scopo di diminuire l’inquinamento nel golfo di Napoli e PS29 che riguardava

la necessità di realizzare un certo numero di acquedotti per la regione Campania).

Oggi non possiamo avvalerci delle previsioni del PRGA che come già abbiamo detto arrivavano fino all’anno

2015, per cui dobbiamo innanzitutto prevedere la popolazione futura dopo un periodo di almeno 40-50

anni e successivamente definire la dotazione idrica. La previsione della popolazione può essere effettuata

attraverso lo studio dell’andamento della popolazione negli ultimi 10 anni (censimenti ISTAT, ufficio

anagrafe del comune ecc.) ed estrapolare un possibile numero di abitanti presenti al 50esimo anno

attraverso una regressione lineare. Fatto questo si valuta la dotazione idrica d la quale è somma di 2

aliquote : 𝒅 = 𝒅′ + 𝒅′′ in cui

d’ è la quantità di acqua necessaria al singolo individuo per giorno per uso personale e domestico (120-

130 l/g ab);

d’’ si è visto essere funzione del numero di abitanti perché dipende dai servizi offerti ed è la quantità

necessaria per abitante per giorno per usi non domestici.

E più precisamente :

𝒅′ =𝑽𝒈′

𝑷= [

𝒍/𝒈

𝒂𝒃] 𝒅′′ =

𝑽𝒈′′

𝑷= [

𝒍/𝒈

𝒂𝒃]

Dove Vg’ è il volume giornaliero necessario per gli usi domestici mentre Vg” è legato ai servizi offerti agli

abitanti e varia appunto in funzione degli abitanti con andamento più che lineare (sistema autorganizzante

e autolimitante) ed ovviamente 𝑉𝑔 = 𝑉𝑔′ + 𝑉𝑔′′.

Si calcola la popolazione attuale e la popolazione futura, da cui risaliamo alla dotazione attuale e futura e si

progetta il sistema nella condizione più critica (Se prevedo che la popolazione va diminuendo prendo come

dotazione più critica quella attuale).

2015

/2016

3

Calcolo Vg moltiplicando la dotazione per il numero di abitanti :

𝑽𝒈 = 𝒅 ∙ 𝑵

Definita la dotazione (ad esempio 200 litri per abitante e per giorno), calcolata la popolazione dopo 50 anni,

calcolato quindi Vg, posso calcolare il fabbisogno f (cioè la portata media) :

𝒇 = 𝑸𝒎 =𝑽𝒈

𝟖𝟔𝟒𝟎𝟎

A questo punto conosco la portata (costante) che circolerà nell’opera di adduzione. Bisogna dimensionare

l’opera di adduzione. Per tale dimensionamento si individuano un diametro minimo (imponendo una

velocità massima di 2 m/s in modo da evitare vibrazioni eccessive) e un diametro massimo (imponendo una

velocità minima di 0,5 m/s in modo da evitare che l’acqua permanga per troppo tempo nella

tubazione, cosa che potrebbe far variare le caratteristiche organolettiche tipo la temperatura e quindi la

freschezza).

Più precisamente sappiamo che :

𝑸 = 𝒗 ∙ 𝝈 = 𝒗 ∙ 𝝅 ∙𝑫𝟐

𝟒

Da cui ricavo che :

𝑫𝒎𝒂𝒙 = √𝑸

𝝅∙𝒗𝒎𝒊𝒏𝑫𝒎𝒊𝒏 = √

𝑸

𝝅∙𝒗𝒎𝒂𝒙

A questo punto, una volta calcolati i diametri TEORICI non mi resta che scegliere i diametri COMMERCIALI

che avranno un certo Diametro Nominale e determinati diametri interni (che sono quelli che entrano nei

calcoli). Una volta scelti i diametri commerciali, bisogna verificare il corretto funzionamento a tubi usati,

quindi scelgo un coefficiente di invecchiamento pari ad esempio a Ci = 1,5 e calcolo le perdite di carico, che

avvengono nella condotta di adduzione, attraverso una formula di resistenza ad esempio potrei usare Darcy

(generalizzata); tale formula di resistenza quindi risulta una formula di verifica e non di progetto vero e

proprio in quanto il progetto viene effettuato valutando il range di diametri necessari a garantire certi

valori della velocità. Quindi :

∆𝑯 = 𝑪𝒊 ∙ 𝜷 ∙𝑸𝒎

𝑫𝒏∙ 𝑳

Più precisamente nel mio progetto, avendo utilizzato tubazione in acciaio ho utilizzato la formula di

Scimemi – Veronese in cui ,m ed n hanno determinati valori assegnati. In tale formula Q è nota, D è nota, 𝜷

è nota una volta scelto il diametro e il materiale, Ci lo sceglie il progettista (ad esempio pari a 1,5), L lo devo

valutare tracciando il percorso della condotta d’adduzione e ∆𝐇 è l’incognita. Bisogna calcolare questo ∆𝐻

e confrontarlo con quello effettivamente disponibile; alla fine la verifica sarà soddisfatta se :

∆𝑯 = 𝑪𝒊 ∙ 𝜷 ∙𝑸𝒎

𝑫𝒏∙ 𝑳 ≤ ∆𝑯 𝒅𝒊𝒔𝒑𝒐𝒏𝒊𝒃𝒊𝒍𝒆

Quindi prima di tutto devo valutare quanto vale il ∆𝑯 𝒅𝒊𝒔𝒑𝒐𝒏𝒊𝒃𝒊𝒍𝒆, in particolare tale dislivello è quello

che si verifica tra l’inizio della condotta di adduzione e il serbatoio supponendo il serbatoio al massimo

livello (più precisamente ci si mette alla sezione di sbocco, ossia 0,80-1,00 metri al di sopra del livello di

massimo invaso).

2015

/2016

4

Quindi per poter effettuare la verifica bisogna :

1) Fissare il serbatoio ;

2) Tracciare il percorso della condotta di adduzione per poter conoscere L .

SERBATOIO

Prima di tutto valutiamo la quota minima (serbatoio vuoto) e la quota massima(serbatoio pieno) del

serbatoio.

La quota minima del serbatoio è quella in grado di garantire 15 metri circa di colonna d’acqua circa rispetto

al punto più elevato del centro abitato, in questo modo se pure il serbatoio dovesse essere vuoto ci

sarebbe un dislivello a sufficienza tale da vincere le seguenti perdite di carico :

Lungo condotta di avvicinamento a valle del serbatoio (2 – 5 m);

Nella rete di distribuzione interna (15 – 20 m);

Nei contatori (Contatore classico 3 – 5 m, Contatore ad ultrasuoni 0,20 m);

Lungo le montanti;

Oltre a tener conto dell’altezza media del fabbricato (valutabile con le norme urbanistiche in vigore) e un

sufficiente carico residuo per rubinetti e sciacquoni dell’ultimo piano (servono 5 metri circa). Quindi la

quota minima sarà pari alla quota massima geodetica del centro abitato + 15 metri circa.

𝐘𝐬 𝐦𝐢𝐧 = 𝐙𝐦𝐚𝐱 + 𝑷𝐚𝐯𝐯𝐢𝐜𝐢𝐧𝐚𝐦𝐞𝐧𝐭𝐨 + 𝑷𝒓𝒆𝒕𝒆 + 𝑷𝒄𝒐𝒏𝒕𝒂𝒕𝒐𝒓𝒊 + 𝑷𝒎𝒐𝒏𝒕𝒂𝒏𝒕𝒊 + 𝑯𝒆𝒅𝒊𝒇𝒊𝒄𝒊𝒐 + 𝒉𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒐

𝒀𝒔 𝒎𝒊𝒏 = 𝒁𝒎𝒂𝒙 + 𝟏𝟓 𝒎 (nel progetto ho utilizzato 15 metri ma in realtà servirebbero almeno 20 – 30 m)

Di contro, la quota massima (quando il serbatoio è pieno) non deve superare i 100 metri di colonna d’acqua

rispetto al punto più depresso del centro urbano in maniera da non avere pressioni eccessive perché 100 m

è la pressione di taratura degli erogatori (cerco di mantenermi comunque al di sotto di tale dislivello) :

𝒀𝒔 𝒎𝒂𝒙 = 𝒁𝒎𝒊𝒏 + 𝟏𝟎𝟎 𝒎𝒆𝒕𝒓𝒊

Quindi : 𝒁𝒎𝒂𝒙 + 𝟏𝟓 < 𝒀𝒔 < 𝒁𝒎𝒊𝒏 + 𝟏𝟎𝟎

Valutato il range di quote a cui posizionare il serbatoio, bisogna definirne il volume in modo che, una volta

stabilita la forma e le dimensioni della pianta siamo in grado di calcolare il tirante idrico definitivo che avrà

il serbatoio e di conseguenza il ∆𝐻 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑖𝑙𝑒 di cui abbiamo bisogno nella verifica, ossia quello tra il

serbatoio (più precisamente in corrispondenza dello sbocco che si trova a circa 0,80-1,00 metro al di sopra

del livello di massimo invaso)e l’inizio della condotta di adduzione.

Conosciamo il volume giornaliero (𝑉𝑔 = 𝑑 ∙ 𝑁); A questo punto bisogna tener conto di 3 aliquote di volume

fondamentali che vanno calcolate e garantite nel serbatoio :

I Serbatoi hanno diverse funzioni :

1) FUNZIONE DI COMPENSO GIORNALIERO tra le portate di massimo consumo e quelle di minimo

consumo: Il serbatoio deve accumulare l’acqua che arriva dall’acquedotto esterno con portata pari alla

media giornaliera nelle ore di minor consumo (la notte) e restituirle durante le ore di consumo superiore

alla media. Generalmente il volume di compenso viene assegnato con un metodo empirico, cioè in sede

di progetto basta assegnare per la funzione di compenso un volume pari al 15-20% del volume

giornaliero se l’acquedotto è a gravita mentre il volume di compenso sarà il 30-50% del volume

giornaliero se c’è sollevamento meccanico.

2015

/2016

5

𝑽𝒄 = 𝜶 ∙ 𝑽𝒈

α è compreso quindi tra 0 ed 1 e in particolare diminuisce all’aumentare della popolazione. Se ci fosse

un solo abitante varrebbe circa 0,6 . (Nel progetto ho utilizzato α = 0,20)

2) FUNZIONE DI RISERVA che assicura una risorsa idrica in caso di interruzione del servizio della condotta

di adduzione causa manutenzione. Questa capacità a differenza del volume di compenso non può essere

stabilita con criteri empirici; essa deve far fronte alle interruzioni della condotta adduttrice per

manutenzione ordinaria (che posso programmare) ma soprattutto manutenzione straordinaria (che non

posso programmare). La capacità di riserva va quindi fissata in base alla probabilità di verificarsi delle

rotture e delle conseguenti interruzioni del servizio della condotta di adduzione. Se l’acquedotto esterno

è molto lungo e attraversa zone a rischio frana che non si sono potute evitare o quando c’è un

sollevamento meccanico occorre avere una capacità di riserva più ampia poiché la probabilità delle

interruzioni aumenta al crescere della lunghezza dell’adduttrice, delle pressioni di esercizio, del grado di

stabilità e aggressività dei terreni e dipende dal materiale nonché dalla tipologia di realizzazione del

giunto.

Solitamente il tempo medio per l’intervento di ripristino di un danno è di 36 (cioè 1,5 giorni) per cui

teoricamente avrei bisogno di un volume pari a 1,5 volte quello giornaliero per garantire il servizio ma

tramite manovre di strozzamento e propagazione di informazioni ai cittadini è possibile ridurre il

consumo giornaliero d’acqua; per cui è consigliabile assegnare un volume minimo di riserva :

𝑽𝒓 = ( 𝟏

𝟑÷

𝟏

𝟐 ) 𝑽𝒈

(Nel progetto ho utilizzato un coefficiente pari a 0,80)

3) FUNZIONE ANTINCENDIO, in mancanza di normativa in materia, in Italia vengono adottati criteri

empirici per stabilire la capacità antincendio. Il volume antincendio è dato dal prodotto tra la portata

antincendio e il tempo di spegnimento.

𝑽𝒂 = 𝑸𝒂𝒏𝒕𝒊𝒏𝒄𝒆𝒏𝒅𝒊𝒐 ∙ 𝑻 𝒔𝒑𝒆𝒈𝒏𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐

La portata antincendio la ricavo scegliendo il massimo tra la formula del conti e 15 l/s.

𝑸𝒂𝒏𝒕𝒊𝒏𝒄𝒆𝒏𝒅𝒊𝒐 = 𝐦𝐚𝐱 {𝟔 ∙ √𝑵

𝟏𝟎𝟎𝟎 ; 𝟏𝟓 𝒍/𝒔}

Mentre il tempo di spegnimento mediamente si attesta intorno ad 1,5 – 2 ore (espresse in secondi per

poterle moltiplicare per la portata) e cresce al crescere dell’importanza del centro abitato.

Le funzioni 1+2+3 rappresentano la cosiddetta FUNZIONE DI ACCUMULO DEL SERBATOIO.

4) FUNZIONE DI CARICO, ossia deve stabilire il piano di carico iniziale;

5) FUNZIONE DI SCONNESSIONE IDRAULICA tra la condotta di adduzione a monte e la rete interna posta a

valle in modo da evitare che nella condotta di adduzione si propaghino le continue oscillazioni di carico

dovute ai consumi nella rete.

𝜶

𝑃

2015

/2016

6

A questo punto, sono noti : Vcompenso, Vriserva, Vantincendio;

Assegno al serbatoio un volume complessivo pari a :

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑠𝑒𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜𝑖𝑜 = 𝑚𝑎𝑥{𝑉𝑟 + 𝑉𝑐 ; 𝑉𝑟 + 𝑉𝑎} escludendo l’ipotesi remota che possano verificarsi

rottura, incendio e compenso tutti e 3 contemporaneamente.

(Quest’anno invece il Prof. Ha fatto usare 𝑽𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒔𝒆𝒓𝒃𝒂𝒕𝒐𝒊𝒐 = 𝒎𝒂𝒙{𝑽𝒓 ; 𝑽𝒂 + 𝑽𝒄}

I serbatoi, in funzione della loro ubicazione rispetto al centro urbano possono essere classificati in :

1) SERBATOIO DI TESTATA quando è situato tra la condotta di adduzione e il centro urbano;

2) SERBATOIO DI ESTREMITA’ quando la condotta di adduzione si prolunga nella condotta maestra che

attraversa l’abitato e a cui si appoggia la rete e sbocca poi nel serbatoio situato dall’altra parte del

centro urbano.

3) SERBATOI INTERMEDI che sono frequenti in quelle reti in cui tutta o parte dell’acqua viene

direttamente presa dal sottosuolo cittadino (ad esempio a Milano), in tal caso ogni serbatoio domina

una determinata zona pur essendo la rete tutta quanta interconnessa. Essi sono necessari quando la

rete è divisa in più servizi a quote diverse.

In funzione della posizione rispetto al piano di campagna i serbatoi possono essere classificati in :

1) SERBATOIO INTERRATO;

2) SERBATOIO SEMINTERRATO;

3) SERBATOIO SOPRAELEVATO.

Un serbatoio interrato è la scelta preferibile quando sia possibile. Esso a sua volta può essere un

serbatoio in galleria se le vasche sono scavate come gallerie nelle rocce oppure serbatoi interrati veri e

propri.

I serbatoi interrati (e anche i seminterrati perché alla fine verranno ricoperti da uno stato di terreno e

diventeranno sostanzialmente interrati) non devono mai avere meno di 2 vasche in maniera da

assicurare il servizio qualora una delle due venisse svuotata per manutenzione.

La dimensione delle vasche a cui prestiamo particolare attenzione è sicuramente l’altezza, questa non

deve essere troppo piccola al fine di assicurare la freschezza dell’acqua e non aumentare le dimensioni

planimetriche dell’opera; ma non può essere nemmeno troppo grande perché essendo il livello del

serbatoio variabile ci sarebbero troppe variazioni del carico iniziale e quindi variazione di pressioni in

ogni punto della rete, inoltre all’aumentare dell’altezza aumenta anche la spinta sulla parete. Per cui

generalmente la profondità va dai 3.50 metri ai 6-7 metri massimi (Anche per questioni legate alla

difficoltà di uno scavo troppo profondo). Fissata l’altezza d’acqua e il numero delle vasche, calcolato il

volume che deve avere il serbatoio, risulta immediata la superficie da assegnare a ciascuna vasca

dividendo il volume per l’altezza.

Le vasche generalmente hanno forma rettangolare, fatta eccezione per i casi in cui realizziamo un

serbatoio circolare che giace su un terreno in cui temiamo che ci siano dei cedimenti differenziali, in

questo caso piuttosto che realizzare una fondazione a platea piana, si realizza una cupola ribassata.

La copertura del serbatoio può essere realizzata a volta o con un solaio in cemento armato ( e posso

sfruttare il muro in comune tra le due vasche e i setti interni alle vasche come appoggi intermedi).

Il rapporto in pianta più conveniente è 𝐿𝐴𝑅𝐺𝐻𝐸𝑍𝑍𝐴

𝐿𝑈𝑁𝐺𝐻𝐸𝑍𝑍𝐴 =

2

3 ÷

3

4

Secondo una tesi sperimentale eseguita da uno studente della “Federico II” il rapporto ottimale è pari a

1,3 (Massimo volume con le minor dimensioni dei lati).

Ovviamente l’opera verrà sempre ricoperta con uno strato di 70-80 cm di terreno (provvedendo a

seminare erbe con radici poco profonde) allo scopo di ripararlo dall’azione termica esterna;

2015

/2016

7

eventualmente possono anche essere utilizzati materiali coibenti tipo ad esempio polistirolo espanso in

maniera da ridurre il ricoprimento in terra e quindi il peso. Importantissimo è evitare qualsiasi

infiltrazione di acqua esterna nel serbatoio : a tale scopo, le coperture a volta e i solai saranno ricoperti

con una cappa impermeabile (battuto in cemento ricoperto di strato di asfalto o cartone catramato o

guaina impermeabile) e l’estradosso della copertura sarà realizzato con delle pendenze verso la

periferia. Per assicurare le pareti contro la permeazione possiamo realizzare uno scavo maggiore delle

effettive dimensioni del serbatoio e riempire lo scavo in eccesso con argilla ben battuta, oppure per

opere più importanti si può addirittura costruire un’intercapedine transitabile che permetta anche

l’ispezione.

Altrimenti si possono costruire dei drenaggi. L’impermeabilità delle vasche è assicurata da un intonaco

di cemento a più strati (il cemento è un legante idraulico), si possono usare delle sostanze

impermeabilizzanti o si applicano vernici sintetiche. Sul terreno di fondazione invece viene gettato uno

strato di calcestruzzo magro. Sempre a difesa da eventuali inquinamenti si disporrà intorno al serbatoio

una zona di protezione generalmente cintata da un muro. Prima di metterlo in esercizio, il serbatoio

viene sottoposto alla prova di tenuta che si effettua riempendolo fino al livello dello sfioro e misurando

dopo 15-30 giorni (in modo da escludere che le murature possano ancora richiedere acqua di primo

imbibimento) l’eventuale diminuzione di livello. La prova viene ritenuta positiva se le perdite non

superano un limite prefissato in funzione del materiale della struttura (ad esempio 2-3 litri al giorno per

metro quadro di superficie bagnata per serbatoio in cls). Dopo 6 mesi di normale esercizio del serbatoio,

viene di norma effettuata una seconda prova di tenuta identica alla prima per accertare la perfetta

tenuta delle vasche.

Le vasche devono essere all’oscuro per evitare la formazione di alghe e le uniche prese d’aria sono

realizzabili sulle porte di accesso alle vasche (quindi le aperture affacciano sempre nel manufatto che

accoglie il serbatoio) perché altrimenti potrebbero permettere ingresso di animali ecc. Tali porte, apribili

verso l’esterno e poste al di sopra del livello di massimo invaso, consentono l’accesso alle vasche. Ci

saranno delle scale ad arpioni o direttamente in cls che permettono l’accesso alla vasca.

Dal punto di vista strutturale i muri delle vasche generalmente è preferibile realizzarli in calcestruzzo

armato.

Il muro divisorio delle vasche deve essere calcolato e verificato nell’ipotesi che una vasca sia vuota e

l’altra piena.

I muri perimetrali invece vanno calcolati e verificati nell’ipotesi che la vasca sia piena e ci sia quindi la

spinta dell’acqua e nell’ipotesi che la vasca sia vuota e ci sia la spinta del terreno.

Un serbatoio sopraelevato invece, solitamente è costituito da un’unica vasca. Generalmente si costruiscono

in calcestruzzo armato ma ci sono casi di serbatoi sopraelevati in acciaio per impianti industriali per i quali

non ci interessa la protezione termica dell’acqua. Altrimenti ai giorni nostri possono anche essere impiegati

calcestruzzo armato precompresso o addirittura elementi prefabbricati. Il cemento armato precompresso

risulta economicamente conveniente per capacità superiori a 600-700 m3 e se abbiamo un serbatoio di

qualche migliaio di metri cubi il cls precompresso è indispensabile. I serbatoi in cls armato constano di una

serie di pilastri inclinati verso l’esterno opportunamente collegati tra di loro per renderli solidali attraverso

una trave superiore anulare a sezione rettangolare (generalmente si cerca di non superare 15-20 metri di

altezza per i pilastri). Ma non mancano casi in cui la vasca è sostenuta da una torre cilindrica dello stesso

diametro della vasca (serbatoi a torre) che sono più costosi. Sull’anello di collegamento della sommità dei

pilastri si imposta il fondo della vasca che generalmente ha una forma tronco conica o a cupola con

concavità verso l’alto. La vasca è quasi sempre a pianta circolare con pareti e copertura doppi in modo da

avere una camera d’aria per proteggere l’acqua dalla temperatura esterna e dai raggi diretti del sole.

Eventualmente si può realizzare una tamponatura esterna tra i pilastri in modo che la tubazione che sale sia