Costruzioni Idrauliche

Lezione VII – Serbatoi

Funzioni del serbatoio

Il serbatoio di accumulo assolve alle seguenti funzioni:

• sconnessione idraulica tra condotta esterna e rete di distribuzione interna;

• riserva;

• compenso (o regolazione).

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Funzione di riserva

Il serbatoio di accumulo deve contenere una riserva idrica Wr, sufficiente a garantire la prosecuzione del servizio di erogazione alle utenze anche durante operazioni di riparazione o di manutenzione dell’acquedotto esterno.

Il servizio può eventualmente essere assicurato in modo limitato (il gestore può decidere di regolare la pressione gravante sulla rete di distribuzione in modo da contenere le erogazioni massime consentite alle utenze).

Tipicamente, al fine di evitare che le vasche del serbatoio assumano dimensioni eccessive, si considera una capacità di riserva pari al volume che si accumula in 24÷48 ore. Detto Wg il volume giornaliero che transita nella condotta esterna, risulta:

gr WW 21÷=

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Funzione di sconnessione idraulica

L’andamento delle portate e delle pressioni nella rete di distribuzione interna risultano variabili nel tempo, in funzione delle mutevoli richieste delle utenze servite.

Al contrario, l’acquedotto esterno viene progettato per convogliare una portata costante nel tempo (la portata media di progetto, Qm). Ciò non sarebbe possibile se la condotta esterna risentisse delle oscillazioni di carico della rete di distribuzione interna: si rende pertanto necessario realizzare la sconnessione della condotta esterna dalla rete interna.

È opportuno notare che la condotta esterna risentirà comunque delle oscillazioni dei livelli idrici della vasca di carico dell’opera di presa e in quella del serbatoio di accumulo: al fine di assicurare comunque il deflusso della portata di progetto, è opportuno svolgere il calcolo della condotta esterna con riferimento ai livelli cui corrisponde il minimo carico disponibile.

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Funzione di compenso

Come si è già più volte osservato, la portata erogata istantaneamente dal serbatoio di accumulo è variabile nel tempo, in quanto è la somma delle mutevoli richieste delle utenze servite. La variabilità della portata è sia pluriennale (per cause aleatorie), che stagionale (tipicamente la richiesta di acqua cresce nei mesi estivi), che giornaliera.

La condotta esterna alimenta invece il serbatoio con una portata costante: nei periodi di consumo elevato, il serbatoio dovrà essere in grado di erogare una portata superiore alla portata media di progetto, attingendo da una opportunamente dimensionata capacità di compenso, Wc; allo stesso modo, durante i periodi di basso consumo, il serbatoio dovrà essere in grado di accumulare nella medesima capacità il volume d’acqua in eccesso proveniente dalla condotta di adduzione.

Il compenso pluriennale e stagionale comporterebbe l’accumulo di volumi eccessivi all’interno del serbatoio, al quale si affida pertanto la sola funzione di compenso giornaliero.

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Compenso giornaliero

L’entità delle variazioni di portata rispetto alla media èstrettamente legata alle dimensioni dell’agglomerato da servire: i grandi acquedotti manifestano minori oscillazioni relative di portata rispetto a quelli piccoli.

L’esempio riporta i grafici dell’andamento delle portate e dei volumi erogati dal serbatoio di Bari (Qm=320 l/s) dell’Acquedotto Pugliese in due giorni, uno estivo e uno invernale.

100

150

200

250

300

350

400

450

0 3 6 9 12 15 18 21 24t [ore]

Q [l/s]

18/02/193714/08/1938

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 3 6 9 12 15 18 21 24t [ore]

V [l]

Volume erogato 18/02/1937Volume affluito 18/02/1937Volume erogato 14/08/1938Volume affluito 14/08/1938

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Compenso giornaliero

La curva integrale dei deflussi consente la valutazione del volume di compenso giornaliero (pari al massimo tra i due volumi indicati in figura).

Di solito risulta sufficiente un volume pari a:

gc W..W 3020 ÷=

Massimosvuotamento

Massimoriempimento

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Dimensioni del serbatoio

Giacché è sempre ipotizzabile che il serbatoio debba svolgere la propria funzione di compenso giornaliero a valle di un completo svuotamento della capacità di riserva, è opportuno, ai fini della determinazione del volume totale del serbatoio Ws, considerare per intero i due volumi innanzi definiti:

crs WWW +=

Nella quasi totalità dei casi (salvo piccolissimi serbatoi) è obbligatorio suddividere il volume in almeno due vasche indipendenti.

Il massimo tirante idrico all’interno del serbatoio è di 3÷4m per i piccoli serbatoi, può arrivare a 6 ÷ 7m per i grandi serbatoi.

Nel caso dei serbatoi sopraelevati, di solito si dispone in cima al traliccio la sola capacità di compenso (a volte meno, con un massimo di circa 1000 m3), molto spesso in un’unica vasca, mentre la capacità di riserva è accumulata in un serbatoio interrato in prossimità della base del traliccio. Il riempimento della vasca pensile è affidato ad un impianto di sollevamento proporzionato almeno per la portata di punta oraria.

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Ubicazione del serbatoio di accumulo

Il serbatoio di accumulo si dispone in prossimitàdel centro abitato da servire.

Serbatoiodi testata

Serbatoiodi estremità

La condotta che connette il serbatoio di accumulo alla rete di distribuzione, attraverso la quale passa l’intera portata erogata alle utenze, prende il nome di condotta di avvicinamento.

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Condotta di avvicinamento

La condotta di avvicinamento, attraverso la quale defluisce tutta la portata che alimenta la rete di distribuzione, può assumere dimensioni rilevanti e rappresenta un punto debole del sistema.

È pertanto opportuno contenerne il più possibile la lunghezza e, ove possibile, realizzarla attraverso due condotte in parallelo, onde scongiurare la completa interruzione del servizio in caso di guasto.

Per questo motivo, quando non sia possibile realizzare un serbatoio interrato o seminterrato nelle immediate vicinanze del centro abitato, si preferisce, nonostante i costi più elevati e il maggiore impatto ambientale, la realizzazione di un serbatoio pensile.

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Schema funzionale di un serbatoio

Ciascuna vasca deve essere dotata di:

• tubazione di adduzione;

• tubazione di presa;• scarico di fondo;• scarico di superficie;• misuratori di portata

in ingresso e in uscita;• saracinesche per

l’apertura o la chiusura dei vari tratti di tubazione.

Inoltre, molto spesso, oltre alle vasche si realizza un pozzetto di

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Lezione VII – Serbatoi Camera di manovraLe varie apparecchiature e tubazioni sono tutte alloggiate all’interno della camera di manovra.

Spesso è realizzata su due livelli: quello inferiore, che contiene le apparecchiature e gli scarichi, è posto quota inferiore al fondo delle vasche; quello superiore ospita gli organi di manovra e di controllo ed è normalmente accessibile gli operai.

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Camera di manovra – piano inferiore

Le varie tubazioni di scarico sono tutte convogliate a un unico corsetto di scarico che recapita in una vicina fognatura o impluvio naturale. Lo scarico deve essere protetto da una chiusura idraulica.

Le saracinesche di intercettazione sono presenti lungo tutte le tubazioni, ad eccezione degli scarichi di superficie, che devono essere sempre attivi.

Gli organi di misura delle portate entranti e uscenti dalle vasche (venturimetri, diaframmi, misuratori elettromagnetici) devono essere montati con particolare cura perché le misure siano attendibili.

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Camera di manovra – piano inferiore

Il pozzetto di shuntaggio assolve a molteplici funzioni: stabilisce il carico sugli organi di regolazione e misura all’interno della camera di manovra (il pelo libero al suo interno si trova alcune decine di cm al di sopra di quello delle vasche); in caso di manutenzione delle vasche assicura la sconnessione idraulica tra la condotta esterna e la rete di distribuzione interna; può essere utilizzato per la disinfezione dell’acqua (clorazione) se provvisto di apposita apparecchiatura automatica.

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Camera di manovra – piano superiore

I volantini delle saracinesche devono riportare chiaramente l’indicazione della loro funzione.

L’accesso alle vasche avviene attraverso delle porte, che aprono verso l’interno, poste a livello superiore a quello di massimo invaso e delle scale che possono essere a pioli di acciaio inossidabile infissi nel muro o in cemento armato.

Deve essere presente un indicatore del livello di riempimento delle vasche (piezometro).

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Requisiti funzionali delle vasche

L’immissione e la presa devono avvenire in punti distanti della vasca, al fine di garantire la circolazione dell’acqua ed impedirne il ristagno. Spesso viene realizzato un percorso obbligato mediante opportuni setti.

L’immissione avviene di solito dall’alto, a sbocco libero per evitare che la condotta esterna sia influenzata dal livello della vasca.

La presa, protetta da sugheruola, avviene qualche decina di centimetri al di sopra del punto più depresso per evitare di drenare eventuali sedimenti.

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Requisiti funzionali delle vasche

Nel punto più depresso, spesso in un pozzetto, è posta la presa dello scarico di fondo.

Per agevolare lo svuotamento delle vasche in occasione di interventi manutentivi, il fondo èdotato di una pendenza di 1÷2% in direzione dello scarico.

Lo scarico di superficie è realizzato mediante una soglia stramazzante (nelle piccole vasche è un semplice imbuto).

Per evitare depressioni e sovrapressioni in conseguenza delle variazioni di livello, sono previste delle prese d’aria protette da una rete finissima.

Le vasche sono protette dalla luce, onde evitare lo sviluppo di vegetazione algale.

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Salvaguardia della qualità dell’acqua nelle vasche

Il serbatoio deve essere protetto da ogni possibile inquinamento: è pertanto necessaria, per i serbatoi interrati, una zona di rispetto.

Il serbatoio è protetto superiormente da una cappa impermeabilizzante in materiale bituminoso, ricoperta da uno strato di argilla ben compattata. È bene disporre anche perimetralmente uno strato di argilla, sul quale viene prolungata la cappa. Un vespaiodi drenaggio convoglia eventuali infiltrazioni ad una canaletta di scarico. Nei grossi impianti può esservi un’intercapedine praticabile lungo il perimetro delle vasche.

Per isolare termicamente il serbatoio, si realizza un ricoprimento in terreno vegetale, dello spessore di 50÷70 cm, seminato ad erba. Nel caso delle vasche sopraelevate l’isolamento è assicurato da opportune intercapedini.

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Impermeabilizzazione delle vasche

La tenuta delle vasche deve essere perfetta (è tollerabile una perdita fisiologica solo nella fase iniziale di maturazione del calcestruzzo): ciò viene assicurato dall’intonaco cementizio a doppio strato, eventualmente additivato per impermeabilizzarlo e da una particolare cura nelle verifiche a fessurazione.

Il controllo della tenuta viene fatto, oltre che a partire dal bilancio delle portate in ingresso e in uscita, grazie ad una rete di drenaggio all’interno delle pareti e della soletta di fondo delle vasche, di solito realizzata con tubi annegati nel getto con i giunti semplicemente accostati.

Tutti i drenaggi, sia interni che esterni, devono confluire in un’unica canaletta ispezionabile a vista.

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Caratteristiche strutturali delle vasche dei serbatoi interrati

La copertura è di solito costituita da una soletta continua in calcestruzzo armato, eventualmente provvista di nervature di irrigidimento. Raramente la copertura èrealizzata a volta.

Per la verifica della copertura occorre considerare i carichi permanenti (peso proprio, peso del terreno di ricoprimento, ecc.) e i carichi accidentali (neve, automezzi per la manutenzione, ecc.).

La soletta poggia sulla muratura perimetrale, anch’essa di solito in calcestruzzo armato e, per vasche di notevoli dimensioni, su pilastri o setti intermedi, le cui sezioni devono pertanto resistere ai carichi verticali.

Le murature perimetrali devono essere inoltre verificate considerando la sola spinta attiva del terreno (vasca vuota) e la sola spinta dell’acqua. I setti di separazione tra le vasche vanno verificati rispetto all’ipotesi che una sola delle vasche sia piena.

La fondazione è di solito costituita da una platea in calcestruzzo armato, eventualmente nervata, di rigidezza tale da non deformarsi per effetto di eventuali cedimenti differenziali del terreno

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Caratteristiche strutturali delle vasche dei serbatoi sopraelevati

L’elemento verticale di sostegno è realizzato mediante un traliccio di travi in acciaio, in calcestruzzo armato o, più spesso, in calcestruzzo armato precompresso. In alcuni casi si tratta di una struttura cilindrica cava, realizzata assemblando elementi anulari in calcestruzzo armato precompresso.

La vasca è quasi sempre realizzata in calcestruzzo armato o precompresso, frequentemente mediante assemblaggio di elementi prefabbricati.

Trattandosi di strutture snelle, hanno particolare importanza nelle verifiche strutturali i fenomeni di instabilità locale o globale, nonché le azioni sismiche e del vento.

Molto spesso il traliccio è racchiuso da una tompagnatura che realizza uno spazio chiuso che può ospitare la camera di manovra, la stazione di sollevamento, depositi, ecc.

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Serbatoi sopraelevati