COMUNE DI GIUSSANO - Gestore unico servizio idrico della ... · rispetto al tradizionale calcolo...

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progetto:

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tavola n.

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COMUNE DI GIUSSANO

Provincia di Monza e della Brianza

31/01/2014

-

RELAZIONE TECNICA

Rev00 276 – Brianzacque – Interventi di estensione della rete fognaria comunale nelle vie Fratelli Rosselli, delle Grigne e Gran Paradiso nel Comune di Giussano – Stralcio I via Fratelli Rosselli Relazione tecnica

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INDICE

1 - Premesse .............................................................................................................2

2 - Opere previste in progetto.....................................................................................2

3 - Calcoli idraulici......................................................................................................3

3.1 - Descrizione del modello idraulico utilizzato .......................................................3

3.2 - Scabrezza delle tubazioni ................................................................................5

3.3 - Curva di possibilità pluviometrica .....................................................................5

3.4 - Ietogramma di progetto..................................................................................6

3.5 - Generazione delle portate di piena...................................................................8

3.6 - Bacini scolanti ed aree omogenee..................................................................10

3.7 - Stima delle perdite idrologiche.......................................................................11

Determinazione delle portate nere ..............................................................................12

3.8 - Verifica idraulica delle opere in progetto.........................................................14


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RELAZIONE TECNICA

1 - Premesse

La presente relazione tecnica ha lo scopo di illustrare le soluzioni tecnico-idrauliche della

estensioni di reti di fognatura al servizio del comune di Giussano nella via Fratelli Rosselli,

facente parte del progetto definitivo – esecutivo Stralcio I.

2 - Opere previste in progetto

In generale i condotti in progetto sono stati dimensionati, in accordo con i tecnici di

Brianzacque, per drenare:

- le acque nere civili e industriali di tutte le utenze pubbliche e private

- le sole acque meteoriche ricadenti sulle strade, piazzali e parcheggi pubblici.

Concordemente con il Programma di tutela e uso delle acque (PTUA) della Regione Lombardia,

le acque meteoriche ricadenti su aree private dovranno essere smaltite in loco.

Considerato che:

- non sono presenti nelle vicinanze recapiti superficiali;

- la realizzazione di sistemi di dispersione al di sotto di strade è sconsigliabile a causa

degli assestamenti che il moto di filtrazione può generare nel terreno, senza

considerare i costi di realizzazione e manutenzione di tale tipo di opere;

Visto altresì che:


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- la rete fognaria esistente in cui confluiranno i condotti in progetto è di tipo misto;

- le aree stradali drenate sono esigue e pertanto le portate meteoriche generate

trascurabili;

In conclusione la scelta fatta è quella di una rete mista.

Le opere previste in progetto vengono qui di seguito riassunte:

- demolizione del condotto esistente Ø40 dalla cameretta 1439 alla cameretta 1438 per una

lunghezza complessiva di 15.6 m in via F.lli Rosselli;

- rifacimento della cameretta n. 1439 per adeguarla alla profondità del nuovo condotto in

progetto;

- condotti a gravità in grès ceramico di lunghezza totale pari a 160.6 m di diametro pari a

Ø30 cm intervallati da n.6 camerette di ispezione di cui n.1 esistente (1439), in via F.lli

Rosselli confluenti in direzione Nord-Sud all’esistente cameretta n. 1438 in via F. Corridoni;

- realizzazione nuove caditoie a allacci;

- ripristini stradali.

3 - Calcoli idraulici

Il dimensionamento delle opere in progetto è stata effettuata tramite l’ausilio di un software di

modellazione idraulica denominato Infoworks ICM, che permette di ricostruire virtualmente una

rete idraulica e simularne il funzionamento.

3.1 - Descrizione del modello idraulico utilizzato

Come accennato in precedenza, i calcoli idraulici sono stati effettuati con l’ausilio di un software

di modellazione matematico – idraulica denominato Infoworks ICM della società inglese H. R.

Wallingford.

Tale software permette di creare modelli matematici fisicamente basati delle reti di fognatura

riproducendo virtualmente la reale configurazione geometrica di tubazioni, pozzetti e manufatti

particolari (quali ad esempio gli scolmatori di piena) rilevati sul campo.

Una volta costruito il modello della rete fognaria il programma è in grado di sollecitarlo con

ietogrammi di pioggia reali (misurati quindi da pluviografi sul campo) o di progetto (ad es.

ietogrammi Chicago generati a partire da curve di pioggia reali) simulando tutti i processi che


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sono alla base della formazione e traslazione degli idrogrammi di piena in un bacino fognario

durante un evento meteorico, ed in particolare:

a) depurazione delle piogge dalle perdite idrologiche:

la trasformazione da piogge lorde a piogge nette può essere effettuata con diversi modelli

(dal classico metodo percentuale al metodo SCS-CN o al modello di Horton), a seconda

della tipologia del bacino e del grado di conoscenza dei parametri che influenzano tale

fenomeno.

b) trasformazione della pioggia netta in deflusso di rete:

la trasformazione afflussi (pioggia netta) – deflussi (portata di rete) viene schematizzata

tramite un modello con “due serbatoi lineari in cascata”

c) propagazione delle portate in rete:

Le equazioni utilizzate sono le equazioni differenziali di De Saint Venant relative alla

conservazione della massa e del momento, mentre il calcolo delle predite di carico

distribuite può essere determinato sia con l’espressione di Colebrook-White sia di Strickler.

Il moto in pressione, infine, viene calcolato con le stesse equazioni, mediante l’utilizzo dello

“Slot di Preissman”, che consente la valutazione del moto riutilizzando le equazioni di moto

a pelo libero.

Essendo un programma di simulazione dinamica è possibile, in qualsiasi istante dell’evento

simulato, ottenere tutti i parametri idraulici per ogni elemento del sistema (altezze d’acqua,

portate e velocità nei condotti, livelli idrici e volumi invasati nei pozzetti etc.) e tracciare profili

longitudinali delle tubazioni.

L’utilizzo di uno strumento di calcolo così potente e sofisticato permette indubbi vantaggi

rispetto al tradizionale calcolo effettuato con metodi analitici quali il metodo della corrivazione o

dell’invaso che permettono di determinare unicamente una portata di picco di piena che poi

viene considerata come costante nei calcoli di dimensionamento e verifica.

Innanzitutto il modello permette di evidenziale eventuali effetti di rigurgito provenienti dalla rete

di valle, inoltre il tracciamento dei profili di moto vario garantisce la massima aderenza del

fenomeno simulato alla realtà.


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3.2 - Scabrezza delle tubazioni

Per quanto concerne i coefficienti di scabrezza di Strickler utilizzati, a seconda del materiale

della tubazione si sono assunti i seguenti valori:

Materiale Strickles [m/s1/3]

CEMENTO (CLS) 70

GRES 80

PEAD 80

PVC 80

3.3 - Curva di possibilità pluviometrica

Per determinare le curve di possibilità climatica esprimenti la relazione che intercorre tra

l'altezza di pioggia e la corrispondente durata, si è fatto riferimento ai dati del pluviografo di

Carate Brianza basati sui valori massimi annuali di pioggia per assegnata durata misurati nel

periodo 1951 – 1985.

Si è quindi ipotizzato che i massimi annuali delle altezze di pioggia relative ad una prefissata

durata fossero distribuiti secondo leggi probabilistiche del tipo di quella di Gumbel:

)( ))(( uhaeeP−−−=

dove P rappresenta la probabilità di non superamento della variabile h (altezza di pioggia) ed

"a" ed "u" sono parametri i cui valori devono essere stimati dalle osservazioni pluviometriche.

Si è inoltre ipotizzato che tali massimi annuali abbiano scarti quadratici medi proporzionali alle

loro medie.

I risultati dei calcoli e delle elaborazioni statistiche che portano alla definizione delle curve

segnalatrici di possibilità corrispondenti a diversi valori del tempo di ritorno T sono stati riassunti

nella seguente tabella:

TEMPI DI RITORNO

T '48≤t '48>t

(anni)

5 612,027.42)( thu ⋅= 309,094.41)( thu ⋅=

10 610,098,50)( thu ⋅= 309,086.48)( thu ⋅=

20 608,032.59)( thu ⋅= 310,05.55)( thu ⋅=


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50 607,012,70)( thu ⋅= 310,008.64)( thu ⋅=

100 606,021,78)( thu ⋅= 310,051,70)( thu ⋅=

I calcoli idraulici sono stati effettuati considerando un tempo di ritorno pari a T = 10 anni così

come consigliato dalla letteratura tecnica per reti di fognatura.

Di seguito la curva di possibilità pluviometrica utilizzata.

CPP Carate Brianza T=10 anni

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 50 100 150 200 250 300 350

Durata [min]

Alt

ezza

di p

iog

gia

[m

m]

3.4 - Ietogramma di progetto

La generazione dell’idrogramma di piena su cui effettuare i dimensionamenti delle nuove opere

presuppone, nota la curva di possibilità pluviometrica e fissato un tempo di ritorno di progetto,

la ricostruzione di uno ietogramma di progetto dalla cui convoluzione con l’idrogramma unitario

di piena relativo al bacino scolante in oggetto, di ottiene l’onda di piena col desiderato tempo di

ritorno.

Per il dimensionamento delle sezioni dei condotti si è scelto di utilizzare uno ietogramma di tipo

“Chicago”.

I parametri che lo contraddistinguono sono il tempo di base θ, ossia la durata complessiva


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dell’evento, ed il tempo tra cui si ha il picco di massima intensità .

Questo ietogramma ha la caratteristica, per il modo in cui è costruito, di contenere le piogge

critiche per tutte le durate di pioggia inferiori alla tempo di base, perciò lo stesso ietogramma

può essere utilizzato, nel dimensionamento di una rete di fognatura, per determinale la

massima portata relativa ad ogni sottobacino a patto che si scelga un tempo di base superiore

al tempo di corrivazione stimato del bacino.

Inoltre lo ietogramma Chicago risulta essere poco sensibile alla variazione del tempo di base,

infatti la parte centrale dello ietogramma rimane costante, mentre al crescere della durata di

pioggia complessiva si aggiungono due “ali” all’inizio ed alla fine dell’evento.

Il tempo di corrivazione dei bacini in oggetto è stimabile di pochi minuti, pertanto il tempo di

base dello ietogramma Chicago adottato per i calcoli idraulici è stato scelto pari a 30 min.

Per quel che riguarda il tempo di picco tr, non avendo indicazioni più precise sulla distribuzione

delle intensità di pioggia di brevissima durata, è stato scelto pari a 12 min imponendo, come

consigliato dalla letteratura tecnica, tr/θ = 0.4.

Di seguito è riportato l’istogramma rappresentativo dello ietogramma Chicago adottato con

intervallo di integrazione pari a 1 minuto. A tal proposito va rilevato che per evitare intensità di

pioggia irragionevoli, si è imposto che l’intensità di picco sia pari a quella di una pioggia di

durata pari a 5 minuti, ritenendo non fisicamente basate piogge di durata inferiore.


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Ietogramma Chicago - T = 10 anni

0

20

40

60

80

100

120

140

160

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 29 30

t [min]

i [m

m/

hr]

3.5 - Generazione delle portate di piena

Per il calcolo degli idrogrammi di pioggia si è utilizzato il metodo di “Wallingford”, che utilizza un

modello con “due serbatoi lineari in cascata” per schematizzare la trasformazione in portata di

deflusso in rete della pioggia netta depurata delle perdite idrologiche.

La pioggia cade sul bacino scolante e riempie un serbatoio immaginario, in ogni istante parte

della pioggia si invasa nel serbatoio e parte esce dal serbatoio per andare nel serbatoio

successivo o da questo in rete.

La relazione che lega la pioggia in ingresso e la portata in uscita da ogni singolo serbatoio è la


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seguente:

kqS =

dove:

− S è il volume di pioggia ricadente sulla superficie del bacino

− q il volume che esce dal serbatoio immaginario

− k una costante che si calcola tramite la relazione:

( )[ ] 39.0

1015.0 −+= iCk

C è un parametro legato alle caratteristiche del bacino scolante e si calcola secondo la

relazione:

24.013.0117.0 AsC −=

con s pendenza media del bacino e A superficie del bacino scolante in m2.

Il parametro i10 è l’intensità media di pioggia nei 10 minuti precedenti di precipitazioni.

La combinazione delle due relazioni dei due serbatoi con l’equazione di continuità dà come

risultato un’equazione differenziale di secondo grado proposta per la prima volta da Sarginson e

Nussey del tipo:

niqdt

dqk

dt

qdk =+

+

2

2

22

Tale relazione proposta inizialmente per bacini urbani inglesi è stata adattata successivamente

ai bacini francesi e tedeschi e risulta pienamente valida anche per quelli italiani.


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3.6 - Bacini scolanti ed aree omogenee

Di seguito si riportano i bacini afferenti ai nuovi tratti di rete fognaria di via Fratelli Rosselli:

- in colore verde i bacini esclusivamente di bianca;

- in colore marrone i bacini esclusivamente di nera.

All’interno dei bacini così determinati, sono state individuate poi le aree idrologicamente

omogenee in esso presenti (strade asfaltate, tetti e aree verdi) che contribuiscono alla

generazione delle portate di piena in tempo pioggia. Nelle figure seguente sono riportati:

- in blu i tetti residenziali;

- in magenta in tetti industriali/terziario;

- in grigio le strade pubbliche.


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3.7 - Stima delle perdite idrologiche

Non tutta la pioggia caduta affluisce alla rete di drenaggio; esistono infatti delle perdite dovute

a evapotraspirazione, infiltrazioni ed immagazzinamento dell’acqua nei naturali avvallamenti del

terreno.

Per il caso in esame, si è deciso di utilizzare il classico metodo percentuale che determina la

pioggia netta da quella lorda applicando un coefficiente di perdita ϕ costante assunto pari a

0,05 per le aree a verde 0,80 per i tetti di abitazioni civili e per le coperture industriali e 0,70

per strade ed i parcheggi, così come consigliato in letteratura.


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Determinazione delle portate nere

Il calcolo delle portate nere di progetto è stato effettuato sulla base della dotazione idrica

prevista dal piano regolatore generale degli acquedotti, tenendo conto delle attività secondarie

e terziarie che notoriamente richiedono maggiori disponibilità idriche per abitante.

Le perdite di afflusso in fognatura sono state valutate pari al 20%, il coefficiente di punta orario

Cp è stato assunto pari a 2.5 e l’ulteriore coefficiente maggiorativo per il giorno di massimo

consumo Cg pari a 1.5.

In base a tali criteri, indicando con P la popolazione allacciata ad ogni punto di recapito e in 250

l/abitante * giorno la dotazione idrica D, le espressioni che conducono alla portata nera media e

a quella di punta scaricate in rete sono:

400.868,0

PDQnm ××= (lt/sec.)

nmpgnp QCCQ ××= (lt/sec.)

dove P è il numero di A.E. allacciati ad ogni punto di scarico ed è stato determinato come

segue:

∑ ∑ ⋅+⋅= iiii dindAinddcivAcivP

in cui:

• Acivi = superficie dei tetti civili contenuti dell’i-esimo bacino afferente al condotto

terminale,

• dcivi = densità abitativa civile intesa come numero di residenti per ha di superficie di

tetti drenata;

• Aindi = superficie dei tetti industriali/artigianali o di terziario in genere contenuti dell’i-

esimo bacino afferente al condotto terminale,

• dindi = numero di A.E. per ha di superficie di copertura industriale drenata;

La stima della densità della popolazione civile dcivi e dindi è stata effettuata “spalmando” l’intera

popolazione residente nel Comune sulla sommatoria delle superfici dei tetti residenziali e

industriali dell’intero Comune (determinate grazie all’aerofotogrammetrico comunale), i valori

ottenuti sono pari a 191 ab per ha di superficie di tetto per il residenziale e 140.5 A.E./ha di

superficie di copertura per l’industriale.


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Il valore dell’intera popolazione residente futura su cui si è basato il calcolo della popolazione

allacciata alle opere in progetto è stata valutata in base ai dati di popolazione statistici. E’ stato

ottenuto il grafico sotto riportato, da cui si evince che si è in presenza di uno sviluppo di

popolazione rallentato che tenderebbe ad un limite superiore di saturazione (S).

Si è pertanto deciso di utilizzare una legge di crescita logistica della forma:

( )tbea

StN ⋅−⋅+

=1

dove a e b sono due costanti da determinare mentre S rappresenta il valore di saturazione.

Per la stima dei parametri si è passati a alle coordinate logaritmiche:

( ) tbaN

S ⋅−=

− ln1ln

e fissando S, attraverso il metodo dei minimi quadrati si sono determinati a ed b; il processo è

stato reiterato variando S con un metodo numerico fino a trovare la miglior curva logistica.

I risultati sono sintetizzati nel grafico di seguito riportato.

Andamento Popolazione Giussano

20000

21000

22000

23000

24000

25000

26000

27000

28000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

[Anno]

[Ab

itan

ti]

Dati demografici

Linea di tendenza


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La popolazione attuale risulta di 25’077 ab con lieve tendenza alla crescita, per cui il numero di

abitanti di progetto (nel 2020) ammonta a: 27’946 ab.

3.8 - Verifica idraulica delle opere in progetto

La seguente tabella riporta le caratteristiche dei condotti in progetto a gravità ed un confronto

tra le portate massime convogliabile a gravità Qmax e le massime portate di pioggia calcolate

Qmax pioggia . nella sezione più significativa.

VERIFICA DEL DIMENSIONAMENTO DELLE SEZIONI DI PROGETTO

Intervento Diametro Scabrezza Pendenza Qr Qmax Qmax pioggia vmax

[cm] [m1/3/s] [l/s] [l/s] [l/s] [l/s]

VIA FRATELLI ROSSELLI

1439-1438 30 80 0.003 55.08 59.25 28.10 0.964

Il progettista

(ing. Enzo Calcaterra)

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