Explaining the use of Trento_p

Trento_P Esempio di applicazione

1

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Adem Esmail B.

Corso di Costruzioni Idrauliche – A.A 2012/2013 22/04/2013

• Prova di utilizzo del software Trento_P;

• Esempio di applicazione: modalità progetto – Fossolo

Preparazione e commento dei file di INPUT;

Interpretazione dei file di OUTPUT;

• Esempio di applicazione: modalità verifica – Mulinu

Preparazione e commento dei file di INPUT;

Interpretazione dei file di OUTPUT;

2

Sommario


2

La seguente presentazione è principalmente rivolta agli studenti del corso di Costruzioni Idrauliche, Laurea Magistrale in Ingegneria Civile, dell’Università degli Studi di Trento – docente Prof Riccardo Rigon.

Vuole essere una breve introduzione all’utilizzo del software Trento_P per l’analisi di una rete di fognatura bianca.

Non è una trattazione esaustiva dei criteri di progettazione di una rete di fognatura.

22/04/2013

Finalità


3

È l’implementazione di un modello per la progettazione di reti di drenaggio urbane ;

Il modello si basa sulla teoria dell’Idrogramma Unitario Istantaneo Geomorfologico (G.I.U.H.), che consente di descrivere con completezza le proprietà cinematiche e di invaso delle reti di drenaggio ;

Con Trento_p possiamo dimensionare e/o verificare una rete di fognatura bianca. Inoltre, possiamo calibrare e validare il modello.

Cos’è Trento_P?


4

Trento_p è uno strumento di calcolo

,

•Fossolo.geo •Trento.init •Trento_p.exe •Trento.INPTS

INPUT

•PROGETTO

Trento_P •Fossolo_035.out

OUTPUT

Come funziona Trento_P?


5

Trento_p è uno strumento di calcolo

,

•Mulinu.geo •Rain.txt •Network.txt •Trento.init •Trento.INPTS

INPUT

• VERIFICA

Trento_P • Q.txt

OUTPUT

Come funziona Trento_p?


6

Consideriamo il bacino Fossolo, per il quale i dati necessari sono contenuti nella cartella “Progetto” allegata ;

Contenuto dell cartella “Progetto”:

Fossolo.geo

Trento.init

Trento_p.exe

Trento.INPTS

In assenza del file “Trento.INPTS” è possibile utilizzare il programma Trento_P immettendo a video i dati necessari .

,

Funzionamento di Trento_P


7

1. Posizionare la cartella contenete i file di progetto ( es. c:\progetto\);

2. Spostare fuori dalla cartella (es. sul desktop) il file “Trento.INPTS”;

3. Avviare l’eseguibile cliccando su “Trento_p.exe”;

4. Digitare a video il percorso della cartella di progetto (es. c:\progetto\);

5. Per lavorare in modalità di progetto immettere come “0” parametro;

6. Fornire i parametri della curva di possibilità pluviometrica di progetto

“a=60.4” in [mm/h^n] e “n=0.61” (attenzione al “.” come separatore)

7. Immettere il valore sforzo tangenziale al fondo “tau=2.5 Pa”

8. Impostare il grado di riempimento di progetto pari a “G=0,8” ;

9. Optare per l’allineamento ideale dei peli liberi “0” (salti di fondo “1”)

10. Immettere nome file di geometria “Fossolo.geo” ;

11. Immettere nome file dei risultati “Fossolo_035.out”

,



8

,



9

Immissione a video dei dati richiesti per la progettazione.

,

Il programma genera il file di output “Fossolo_035.out”, che contiene i risultati della simulazione:



10

In alternativa all’immissione a video, i parametri della simulazione possono essere forniti compilando il file “Trento.INPTS”;

Rimettere nella cartella di progetto il file “Trento.INPTS”, (precedentemente rimosso );

Lanciare il software cliccando sull’eseguibile “Trento_p.exe”;

Digitare il percorso della cartella di progetto (es. c:\progetto\);

Visionare il file di output “Fossolo_035.out”

,



11

In maniera analoga è possibile eseguire una simulazione con Trento_P in modalità di verifica.

,

•Mulinu.geo •Rain.txt •Network.txt •Trento.init •Trento.INPTS

INPUT

• VERIFICA

Trento_P

• Q.txt

OUTPUT



12

All’apparente semplicità dell’utilizzo del programma, corrisponde però una maggiore complessità nella fase di preparazione dei file di INPUT e successivamente quella di interpretazione dei risultati in OUTPUT;

Trento_P è solo uno strumento di calcolo, per di più “privo” di un’interfaccia grafica;

L’inquadramento del problema e le scelte progettuali conseguenti sono compito dell’ingegnere;

Vediamo nel seguito un esempio applicativo.

NB: Non è una trattazione esaustiva dei criteri di progettazione di una rete fognaria. È solo un tentativo di contestualizzare l’esempio in questione e nell’intento di facilitare l’illustrazione delle varie fasi di costruzione dei file di INPUT per Trento:P.

Per un’illustrazione più chiara ed esaustiva si rimanda ai libri di testo

,

Trento_P è così semplice?


13

Un’area di nuova urbanizzazione da servire con una nuova rete di fognatura bianca;

Carta tecnica che riporta la lottizzazione dell’area (tipologia di superficie);

Curve di livello che rappresentano l’andamento altimetrico dell’area da servire,

Rete di fognatura esistente alla quale collegare la nuova rete

,

DATI DEL PROBLEMA

Trento_P: Esempio applicativo


14

Andamento planimetrico • segue il reticolo stradale (per

evitare problemi di esproprio e facilitare la gestione della rete) ,

• a seconda della larghezza della strada, condotte poste in mezzeria o ai lati,

• rete posta, se possibile, al lato opposto della strada rispetto all’acquedotto.

Andamento altimetrico • segue l’orografia del sito,

• Posta ad almeno 30 cm rispetto all’acquedotto

,

SCELTE PROGETTUALI



15

I. Alla chiusura della rete, con un emissario, posso recapitare la portata uscente alla rete esistente?

II. Serve un impianto di sollevamento?

III. Devo verificare il funzionamento della rete esistente in seguito all’aggiunta di un nuovo settore?

IV. Posso recapitare direttamente ad un altro ricevitore finale?

,

SCELTE PROGETTUALI



16

Posizione dei pozzetti (ogni 50 – 80 m)

Disposizione delle caditoie (25- 50 m)

Scelta del tipo di tubazione (Ks)

Ecc..

Tutte le nostre scelte progettuali sono non univoche. Sono frutto di un’attenta valutazione di tutte le componenti del problema

,

SCELTE PROGETTUALI



17

Determinazione della lunghezza delle condotte,

Individuazione e calcolo delle aree di competenza di ciascuna condotta,

Numerazione delle condotte e delle rispettive aree di competenza, a partire a “1” (non vi è un criterio specifico per la numerazione).

,

Preparazione dei file di INPUT


18

,

Determinazione della lunghezza delle condotte,

Individuazione e calcolo delle aree di competenza di ciascuna condotta,

Numerazione delle condotte e delle rispettive aree di competenza,

Abbiamo già determinato la “3°” e “4°” colonna della matrice di INPUT del file “Fossolo.geo”



19

,

• In funzione delle scelte progettuali, ricostruire tutti i possibili percorsi che l’acqua compie per raggiungere la sezione di chiusura del bacino;



20

,

• Procedere con la compilazione del file “Fossolo.geo”

Caratteristiche delle rete:

• 1° Numero stato;

• 2° Numero stato in cui drena;

• 3° Area di competenza in [ha];

• 4° Lunghezza condotta [m];

• 5° Quota terreno a inizio condotta in [m.slm];

• 6° Quota terreno a fine condotta in [m.slm];

• 10° Pendenza minima per le condotte;

• 12° Pendenza media dell’area scolante.



21

,


impperimpper SSSS 9.02.0• 7° Coefficiente di deflusso Ф dell’area i-esima,

k S

b s k

t

ek

tf

1

• 8° Coefficiente α da adottare nella formula per il calcolo del tempo di accesso medio alla rete



22

,

• Procedere la compilazione del file “Fossolo.geo”:

• Ks può essere desunto dalle specifiche tecniche fornite dal costruttore;

iRKQ Hs 32

coefficiente di Gauckler-Strickler

della tubazione



23

,


tipologia di sezione della tubazione



24

,

• Il file di INPUT “Fossolo.geo” pronto

Numero di Gruppo di dati /** commento

*/

File di input “.geo”


25

Il file di “Trento_p.init” contiene due gruppi di dati:

Il primo gruppo è una matrice contenente i diametri commerciali delle tubazioni esistenti e lo spessore dei medesimi tubi ;

Visitare il sito internet: www.oppo.it: per vedere degli esempi;

Il programma Trento_P approssima il valore del diametro derivante dai calcoli con il diametro commerciale immediatamente superiore;

Se non trova un diametro commerciale superiore a quello progettato usa il valore effettivo. Questo, tuttavia, potrebbe creare problemi in alcuni punti del programma.

,

File di input “Trento.init”


26

http://www.oppo.it/

http://www.oppo.it/

http://www.oppo.it/

http://www.oppo.it/

http://www.oppo.it/

Il secondo gruppo di dati contiene dei parametri usati da Trento_P:

SCAVOMINIMO è la profondità minima di scavo misurata in metri;

MAXJUNCTIONS è il numero massimo di giunzioni ammesso in un nodo;

JMAX è il numero massimo di bisezioni che vengono usate dal metodo di Eulero per ottenere la radice di alcune equazioni trascedenti risolte all’interno del programma e volte a determinare il diametro degli specchi;

ACCURACY è la precisione con la quale la radice cercata dal metodo di bisezione viene trovata;

DTP è il passo temporale con cui viene valutata la portata, nella ricerca di quella massima al variare di t e tp;

TPMIN è il tempo di pioggia minimo da considerare nella determinazione della portata massima;

TPMAX è il tempo di pioggia massimo da considerare nella determinazione della portata massima;

EPSILON è la precisione con cui si ricerca la portata massima;

MING è il valore minimo del riempimento nei canali;

MINDISCHARGE è il valore minimo di portata ammesso nelle condotte in [l/s];

MAXTHETA è il massimo grado di riempimento consentito; Ovviamente è inferiore a 2p radianti;

CELERITYFACTOR è il fattore per cui la velocità dell’acqua viene moltiplicata per ottenere la celerità dell’onda di piena. Esso è posto pari ad 1.5 in base agli studi sperimentali di Becciu et al., 1997;

EXPONENT è l’esponente b nella formula per il calcolo del tempo medio di accesso alla rete. Esso è posto pari a 0.3 in seguito alla calibrazione e successiva validazione del modello stesso (Perger M., 2004).

TOLERANCE è la tolleranza nella determinazione, con un metodo iterativo, del diametro delle tubazioni;

TMAX è il tempo massimo in [min] da considerare nella valutazione delle portate col modulo di verifica;

c è il rapporto base-altezza nelle sezioni rettangolari o trapezoidali (vedi Figura 9). Può assumere ragionevolmente valori compresi tra 0.5 e 2;

GAMMA è l’esponente g nella formula (7) per il calcolo del tempo di accesso medio alla rete per unita di area. Esso viene posto pari a 0.25, ma può variare tra 0.2 e 0.5;

esp_1 è l’esponente b nella formula (7) per la valutazione del tempo di residenza medio. Assume ragionevolmente valori compresi tra 0.3 e 0.5, (Pegher M., 2004).

,

File di input “Trento.init”


27

,

Diametro interno e spessore dei tubi

Parametri interni di Trento_P (si consiglia di non modificare)

Il file di “Trento_p.init” contiene due gruppi di dati:



28

Oltre ai file “Trento_p.init” e “Fossolo.geo”, i dati richiesti da Trento_p sono di due tipi:

nomi di file;

parametri da indicare al programma

Questi dati possono essere forniti direttamente a video, oppure con un file “Trento_p.INPTS”, come quello in figura.

,

Nomi file

Parametri progetto

File di input “Trento.inpts”


29

leggo i dati pluviometrici e globali (a,n, tau, G,… )

leggo i dati planimetrici della rete da progettare: A = {#; ##; S, L; hi , hf; Ф, α, Ks, ms, ###, si }

numero dello stato,

numero dello strato in cui # drena,

superficie dell'area,

lunghezza in piano del tratto da progettare,

quota terreno m s.m.m. del punto iniziale,

quota terreno m s.m.m. del punto finale,

coefficiente di afflusso dell’area,

costante per la valutazione dei tempi di residenza medi,

coefficiente di Gauckler-Strickler,

pendenza minima da adottare per il tratto in esame,

tipologia di sezione,

pendenza media dell’area scolante

,

Trento_P: Pseudo codice


30

Calcolo la magnitudine dello stato, ovvero il numero di stati che drenano in esso.

Ordino gli stati per magnitudine crescente

,



31

Ordino gli stati per magnitudine crescente

,



32

Dimensionamento dei tratti di testa (magnitudine =1)

,

a. calcolo le portate con la formula semplificata,

b. se la pendenza risultante è minore della pendenza della superficie, allora ricalcolo le grandezze ottenute mantenendo le tubazioni a profondità costante

c. stampo B { A, Qmax, u, tau, v, s, tp , Gi , ei, ef, ti e , tf }, (i dati iniziali nel vettore A, la portata massima, il coefficiente udometrico, lo sforzo tangenziale al fondo, la velocità, la n del pelo libero, la quota iniziale del fondo tubo, la quota finale del fondo tubo).



33

Per ogni ordine n > 1

Per ogni tratto di ordine n a.leggo il file dei rami di magnitudine minore di n che drenano nel ramo ni

che risultano in numero n ;

b.alloco una matrice di dimensione ( n +1)*dim(B) contenente tutti i dati (B). ogni riga conterrà i dati necessari per il calcolo dell'onda di piena cinematica.

c. per ogni t compreso tra tp(min) e tp(max) (con intervallo dtp ) calcolo Q(t);

d.conservo il massimo Q(t ) (che porterà al coefficiente udometrico) e il t corrispondente;

e. calcolo il suo diametro assumendo il moto approssimato dalla relazione di Gauckler-Strickler e assunto un sforzo tangenziale al fondo superiore a 2.5 N/mq determino pendenze, velocità, grado di riempimento;

f. calcolo la profondità di scavo allineando i peli liberi del tratto in esame con il pelo libero del tubo di monte;

g. stampo i risultati

Ripeto per tutti i tratti di ordine n;

,



34

Per ogni ordine n > 1

,



35

Trento_P: Diagramma di flusso


36

,

• Il file “Fossolo_035.out” contiene una matrice con un numero di righe pari alla matrice in INPUT e “14”colonne,

Corso di Costruzioni Idrauliche I - A.A. 2011-2012 – ing Blal Adem 37

File di OUTPUT “.out”


37

,

• I risultati forniti in forma matriciale risultano di difficile lettura;

• Occorre riorganizzarli, per esempio secondo lo schema dell’andamento plano-altimetrico della rete.

Riorganizzazione dei risultati


38

,



39

• I risultati forniti in forma matriciale risultano di difficile lettura;

• Occorre riorganizzarli, per esempio secondo lo schema dell’andamento plano-altimetrico della rete.

,

• I risultati possono essere riorganizzati secondo i rami che costituiscono la rete; • Excel può essere utilizzato anche per una rappresentazione grafica dei risultati.



40

,

• Diametro dei tubi lungo il tronco “A”...

Rappresentazione grafica dei risultati


41

,

• Portata massima nei tubi lungo il tronco “A”…



42

,

• Velocità,

• grado di riempimento,

• pendenza nei tubi lungo il tronco “A”…



43

,

• Quota del fondo di scavo

• Quota del pelo libero “ideale” nei tubi lungo il tronco “A”…



44

•Mulinu.geo •Network.txt •Rain.txt •Trento.init •Trento_p.exe •Trento.INPTS

INPUT

• VERIFICA

Trento_P •Q.txt

OUTPUT

,

Trento_P – Modalità di verifica


45

Il bacino sperimentale di Mulinu Becciu si trova in Sardegna, in prossimità della città di Cagliari.

Estensione totale pari a 13.34 ha,

55.5% costituita da superfici impermeabili connesse alla rete di drenaggio

44.5% caratterizzata da suolo permeabile.

Pendenza media dell’area è dell’1% in direzione est-ovest.

L’intera superficie è stata suddivisa in 16 sottobacini, le cui caratteristiche sono riportate in seguito.

Descrizione bacino urbano Mulinu


46

,

• Compilare il file di input “Mulinu.geo”,


Preparazione del file di geometria “.geo”


47

,

• Compilare il file “Network.txt” che descrive la rete, specificando tratto per tratto il diametro interno (cm) e la pendenza (%),

Tp (min)

J (mm/min)

• Creare un file “Rain.txt” che descrive la pioggia considerata ai fini della verifica o calibrazione del modello,

Corso di Costruzioni Idrauliche I - A.A. 2011-2012 – ing Blal Adem

Pendenza (%)

Diametro (cm)

48

Preparazione dei file di rete e di pioggia


48

,

• Posizionare la cartella “verifica” nel percorso “c:\verifica\” • Spostare fuori dalla cartella il file di input “Trento.INPTS” ; • Lanciare l’eseguibile cliccando su “Trento_p-exe” , • Immettere i valori dei parametri e nomi di file riportati nella figura sotto:

Trento_P: Esempio applicativo


49

,

• Rimettere il file “Trento.INPTS” nella cartella “verifica”:

• Lanciare l’eseguibile “Trento_p-exe” ,

• Fornire il solo percorso della cartella “es. c:\verifica\” :


Preparazione del file “Trento.inpts”


50

,

•File “Q_out.txt” contiene una matrice 120 x n tratti;

•nella prima colonna compaiono gli istanti temporali di calcolo della portata,

“discretizzati” secondo l’intervallo dt;

•nelle colonne successive compaiono le portate all’uscita dei vari tratti. L’ultima

colonna rappresenta, quindi, le portate in uscita dell’intera rete di fognatura.

Portata alla chiusura del bacino

Istanti temporali

File di OUTPUT “Q_out.txt”


51

,

• Plottando su un grafico la prima colonna (tempi) in ascissa e la i-esima colonna (portate) in ordinata, si ottiene l’idrogramma all’uscita del tratto (i-1)-esimo.



52

,

• Plottando su un grafico la prima colonna (tempi) in ascissa e l’ultima

colonna (portate) in ordinata, si ottiene l’idrogramma all’uscita del bacino.



53

,

• Su un foglio Excel riportare i dati della rete (#, diametro, pendenza, Ks);

• Per ciascun tratto individuare il valore della portata di picco Qmax,

Network

Qmax

Verifica di una rete


54

• Per una tubazione a sezione circolare possiamo plottare l’andamento del perimetro bagnato (P), dell’area bagnata (A), del raggio idraulico (RH) e del grado di riempimento (G), tutti in funzione dell’angolo ϴ.

•Con la formula di Gaukler-Strikler possiamo determinare l’andamento della portata Q in funzione dell’angolo ϴ

AiRKAQ

DYG

DPAR

DP

DA

Hs

H

32

2

2sin1

21

sin14

2

2sin

4



55

Strikler-Gaukler di tecoefficien :Kspendenza :i

interno diametro :D

• Per ciascun tratto (diametro e pendenza noti) creare una tabella excel che rappresenti l’andamento del perimetro bagnato (P), dell’area bagnata (A), del raggio idraulico (RH) e del grado di riempimento (G), tutti in funzione dell’angolo ϴ. •Usare la portata di picco Qmaxi per risalire al grado di riempimento

AiRKAQ

DYG

DPAR

DP

DA

Hs

H

32

2

2sin1

21

sin14

2

2sin

4



56

Portata fornita da Trento_p

(dato d’ingresso)

Grado di riempimento

corrispondente

• Usare la portata di picco Qmaxi per risalire al grado di riempimento



57

NB. Potrebbe essere necessaria un’interpolazione lineare

Portata di picco Qmax i

Grado di riempimento Gi < 0.8

TABELLA i

,

•Per ciascun tratto di tubazione circolare, di diametro e pendenza noti, posso plottare l’andamento di Rh in funzione di ϴ;

cmD

DRH

70

sin14



58

,

•Posso plottare l’andamento di G in funzione di ϴ e quindi di Rh

2

sin121

DYG



59

,

•Posso plottare l’andamento di G in funzione di ϴ e quindi di Rh, •Posso verificare il grado di riempimento della condotta in esame.



60


61

Questa presentazione è stata scritta da:

Blal Adem Esmail (Università di Trento)

Materiale consultato comprende:

• Tamanini David, Un modello numerico geomorfologico per ilo progetto e la verifica delle reti di

drenaggio urbane, rel. Bertola P., rel. Rigon R., AA 2003/2004

•Adem Esmail Blal, Su alcune modifiche del programma Trento-p, rel. Rigon Riccardo, AA

2004/2005

•Pergher Marco, Calibrazione del modello Trento-p, rel. Rigon Riccardo, AA 2004/2005

•Rigon R., Tamanini D., Adem Esmail B., Simoni S., Manuale utente Trento_P. Università degli

Studi di Trento, 2006.

Credits

GRAZIE PER L’ATTENZIONE


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E-mail esercitazioni: [email protected]

Explaining the use of Trento_p

Education

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