UNIVERSITA’ DI L’AQUILA FACOLTA’ DI INGEGNERIA Dipartimento di Ingegneria delle Strutture, delle Acque e del Terreno

COSTRUZIONI IDRAULICHE Corsi di Laurea : Ingegneria Civile N.O.

Ingegneria per l’Ambiente e Territorio N.O.

Impianti Idraulici : Acquedotti e Fognature Maurizio Leopardi

A.A. 2004 - 2005

Premessa

PREMESSA

Nella dizione Costruzioni Idrauliche si intende generalmente comprendere tutte quelle o-

pere che vanno a costituire i complessi, spesso indicati genericamente con la denominazione di

impianti, attraverso i quali si conseguono varie possibili utilizzazioni delle acque naturali; tali

sono gli acquedotti e le fognature urbani, rurali ed industriali, gli impianti idroelettrici, gli

impianti di irrigazione. A questi si aggiungono anche gli impianti intesi a difendere l'ambiente ed

il territorio da danni che possono essere provocati dalle acque naturali, quali le bonifiche e ope-

re di difesa delle piene.

Pertanto nelle Costruzioni Idrauliche possono essere ricomprese tutte quelle opere, dell’Ingegneria

Civile, in stretta connessione con l’acqua. Volendo sintetizzare e schematizzare per settori di inter-

vento è possibile suddividere tali opere in insiemi di impianti realizzati in funzione delle finalità per

cui sono stati progettati:

Smaltimento e regolazione delle acque

meteoriche

Drenaggio urbano

Bonifiche

Sistemazioni di bacini montani

Approvvigionamento e trasporto di ac-

qua per usi civili, industriali ed agricoli

Acquedotti e reti di distribuzione urbane

Acquedotti e reti di distribuzione industriali

Reti di irrigazione

Serbatoi di regolazione e compenso

Allontanamento e depurazione delle ac-

que di rifiuto civili e industriali

Fognature ed Impianti di depurazione

Produzione di energia elettrica dalla

trasformazione di energia potenziale

Serbatoi artificiali

Impianti idroelettrici

Navigazione

Canali e fiumi navigabili

Opere portuali

Difesa delle coste e delle spiagge

Premessa

Malgrado la varietà delle utilizzazioni e le conseguenti

differenti metodologie progettuali tra le suddette o-

pere esistono elementi comuni dette Opere Elemen-

tari :

di captazione:

Sorgenti

Opere di presa da fiumi e laghi

Traverse fluviali

Pozzi

Impianti di sollevamento

di trasporto:

Canali

Tubazioni

Spechi

di stoccaggio:

Serbatoi

Invasi

Elevatore di acqua da un pozzo azionato da ruota calcatoria

Premessa

L'Acqua

è un liquido incolore ed insapore, la cui molecola è composta

da due atomi di idrogeno ed uno di ossigeno; indispensabile

per molti processi chimici sia nel mondo organico e sia in quello

minerale

PROPRIETÀ FISICHE

Peso specifico γ [ kg/m3] rapporto tra il peso di una sostanza e quello di uguale volume di acqua distillata a 4°C

Densità gγ

=ρ [ kg s2 /m4] massa dell’unità di volume = rapporto tra peso ed accelerazione di gravità

Viscosità η [kg s/m2] Sforzo tangenziale tra due lastre piane parallele di area unitaria poste a di- stanza unitaria equivalente alla velocità relativa della lastra più veloce rispet- to alla più lenta

Viscosità cinematica ρη

=ν [m2/s]

Nell’Idraulica pratica è necessario considerare alcune caratteristiche fisiche dell'acqua, ipotizzata

dolce e priva di particelle solide, tutte variabili con la temperatura. Nella Tabella sono riportati i

valori assunti dalle varie grandezza nel campo di temperature 0 ÷20 C°.

CICLO TERRESTRE DELL’ACQUA

La sede naturale dell’acqua allo stato di vapore è l’atmosfera mentre per lo stato liquido è la super-

ficie ed il sottosuolo della Terra ; lo stato solido (neve e ghiaccio) è presente anch’esso sulla su-

perficie terrestre.

I passaggi di stato provocano scambi di acqua tra le varie condizioni secondo due fasi:

• Ascendente [ Terra ⇒ Atmosfera ] si sviluppa ininterrottamente nel cambiamento di stato

dell’acqua naturale nel passaggio dalla Terra all’Atmosfera per

Evaporazione : trasformazione dallo stato liquido in vapore .

Sublimazione : trasformazione dallo stato solido, neve e ghiaccio, in vapore .

• Discendente (Atmosfera ⇒ Terra) si svolge in maniera saltuaria sotto forma di

Condensazione

Precipitazione.

Si viene a realizzare un ciclo naturale e perenne di passaggio dell’acqua dall’atmosfera alla terra

ed un suo ritorno all’atmosfera secondo lo schema semplificato riprodotto nella Figura1.

T° γ ρ η ν

C° kg/m3 kg s2 /m4 kg s/m2 m2/s

0 999,87 101,96 0,000183 1,79*10-6

4 1000,00 101,97 0,000155 1,52*10-6

10 999,73 101,94 0,000133 1,30*10-6

20 998,23 101,79 0,000102 1,18*10-6

Premessa

Figura 1. Ciclo terrestre dell’acqua. Le percentuali danno un’indicazione significativa di come i processi di trasformazione siano fortemente localizza-ti sulle grandi superfici oceaniche mentre, sulle terre emerse, del 21% rappresentato dalle precipitazioni (pari a circa 119.000.000.000.000 m3 ⇒ 119.000 km3) solo il 7,8% , ruscellando sul terreno , chiude il ciclo sversan-do a mare.

Lo schema di Figura 2 evidenzia gli scambi diretti caratterizzati da cambiamenti di stato reversibili

tra atmosfera e ghiacciai, nevai, laghi, corsi d’acqua, terreno e vegetazione; mostra infine la circo-

lazione dell’acqua sulla terra alimentata direttamente dalle precipitazioni, dalla fusione delle nevi

e dall’ablazione glaciale.

Premessa

Figura 2. Circolazione dell’acqua naturale

In Italia piove, mediamente, 300 miliardi di m3 corrispondente ad un valore normale1 delle altezze

di precipitazioni annue di circa 1000 mm

Milano 1010 mm

Genova 1300 mm

Roma 830 mm

L’Aquila 700 mm

Napoli 850 mm

Palermo 660 mm

Figura 3 . Carta delle piogge

1 Un valore normale è pari al valore medio di un numero di osservazioni abbastanza elevato da soddisfare alla condizione che questo non vari sensibilmente includendo o escludendo dal conteggio un numero limitato di an-ni.