QUANTO SEGUE SONO I LUCIDI PROIETTATI DURANTE LE

ORE DI LEZIONE IN AULA E PERTANTO NON RISULTANO

ESSERE ESAUSTIVI PER GLI ARGOMENTI TRATTATI.

DEVONO ESSERE UTILIZZATI COME BASE DI RIFERIMENTO

PER L’APPROFONDIMENTO DEGLI ARGOMENTI SUGLI

APPUNTI PRESI DURANTE LE LEZIONI E SUL LIBRO DI

TESTO CONSIGLIATO DAL DOCENTE.

Le reti di drenaggio urbano

Le reti di drenaggio urbano hanno il compito di allontanare dal centro abitato, nel più breve tempo possibile, sia le acque reflue di origine domestica o legate a eventuali insediamenti di attività artigianali o manifatturiere all’interno del tessuto urbano (acque nere), sia quelle di origine meteorica (acque bianche). Sono possibili due soluzioni alternative: la realizzazione di due distinte reti di drenaggio per le acque nere e le acque bianche (fognatura separata, da preferire ove possibile grazie alle maggiori garanzie igieniche assicurate dalla sua maggiore regolarità di funzionamento), ovvero di un’unica rete di canalizzazioni (fognatura promiscua o mista).

Entrambi i tipi di reti andranno realizzati con canalizzazioni interrate, nelle quali il moto dell’acqua avviene sotto forma di correnti a pelo libero, con i cieli degli spechi posti a quota inferiore alle generatrici inferiori delle tubazioni della rete di distribuzione idrica.

Per quanto riguarda il convogliamento delle acque nere, è d’uso effettuare il proporzionamento e la verifica delle sezioni degli spechi costituenti la rete con riferimento a una portata (la portata nera), ottenuta a partire dalla dotazione idrica giornaliera pro capite q, garantita dalla rete di distribuzione idrica, decurtata di un’aliquota ε assunta pari al 20%, per tenere conto del fatto che non tutta l’acqua utilizzata confluisce nelle canalizzazioni delle acque nere.

È necessario pertanto stabilire, in base al tracciato della rete, quali siano le aree servite da ciascun collettore della rete di drenaggio e valutare il numero di abitanti ivi residenti, per poi calcolare la portata nera media con la seguente formula:

( )86400

1 qNQ abn

ε−=

Per ottenere la portata nera defluente nei canali durante le ore di punta, tale portata andrà moltiplicata per un coefficiente di punta orario, Cp, analogo a quello utilizzato per la verifica della rete di distribuzione idrica.

La valutazione della portata meteorica (o portata bianca) per il progetto e la verifica della rete di drenaggio delle acque bianche rappresenta un problema piùcomplesso, in quanto essa dipende dalle caratteristiche (durata ed intensità media) dell’evento pluviometrico assunto alla base della progettazione (pioggia di progetto), nonché dalle caratteristiche del territorio urbano drenato dalla rete di canalizzazioni.

In particolare, una volta tracciata la rete, è possibile stabilire una corrispondenza biunivoca tra una qualunque sezione di un collettore e la corrispondente area colante (o bacino colante), che rappresenta la porzione di territorio a partire dalla quale le acque meteoriche vengono convogliate verso la sezione di quel collettore.

Una volta definita la curva di possibilità pluviometrica rappresentativa delle piogge di progetto (caratterizzate, come già detto in precedenza, da un assegnato valore della probabilità di non superamento) è necessario riconoscere, in base alle caratteristiche morfologiche del bacino colante, quale sia la durata dell’evento pluviometrico che determini l’insorgere del massimo valore della portata all’interno del collettore considerato (evento critico).

)1−=

=npm

tm

atiA

Dove a ed n sono parametri statistici e tp il tempo di pioggia critico [h].

i, intensità di pioggia [mm/h]a [mm/h], n adimensionale.

La trasformazione afflussi-deflussi

Modelli di trasformazione afflussi-deflussi

Come sarà chiarito più innanzi, la durata dell’evento pluviometrico critico dipende dal modo in cui si sceglie di schematizzare i complessi fenomeni che portano, in seguito a un evento di pioggia, alla formazione di un’onda di piena all’interno dei canali della rete di drenaggio. Dipende cioè dalla scelta del particolare modello di piena.

I modelli di piena rappresentano una parte del capitolo dell’idrologia tecnica riguardante la modellazione della trasformazione degli afflussi meteorici in deflussi attraverso una rete di drenaggio (artificiale o naturale). Numerosi problemi dell’Ingegneria Civile necessitano della modellazione della trasformazione afflussi-deflussi: oltre al progetto di opere di drenaggio delle acque meteoriche (fognature urbane, reti di bonifica…), si ricordano: il progetto di interventi di sistemazione fluviale; il preannuncio delle piene; la previsione delle portate di magra (per captazioni ad uso civile, industriale, irriguo, idroelettrico…).

Modelli di trasformazione afflussi-deflussi

Gli effetti delle caratteristiche dell’area colante sulla formazione del deflusso sono classicamente compendiati nei due fenomeni del ritardo e dell’invaso.

Il ritardo deriva essenzialmente dalla estensione del bacino, che comporta che afflussi che pervengono alla superficie del bacino colante in punti distanti dalla sezione di chiusura, impiegano un certo tempo per raggiungerla sotto forma di deflusso. L’entità del ritardo e lo sfalsamento con cui deflussi provenienti da aree diverse del bacino pervengono alla sezione di chiusura dipende dalle caratteristiche morfologiche del bacino colante, dalla sua estensione e pendenza, dal grado di impermeabilizzazione, dalla densità della rete di drenaggio.

Il fenomeno dell’invaso è legato alla attitudine del bacino colante ad immagazzinare acqua e rilasciarla successivamente. Le capacità possono essere invasi superficiali o subsuperficiali, ma anche gli stessi canali della rete, nonché il velo d’acqua che si forma lungo le superfici presenti all’interno del bacino, contribuiscono in modo sostanziale all’invaso totale. Anche l’entità dei volumi invasati, nonché le modalitàdi rilascio della portata in rete da parte delle varie capacità dipendono dalle caratteristiche fisiche del bacino e delle parti che lo costituiscono.

La modellazione delle perdite nella trasformazione afflussi-deflussi

Rappresenta il rapporto tra la superficie del bacino impermeabile e la superficie totale. Consente di fissare l'area efficace al deflusso.

Aimp=ϕ

Atot

Coefficiente di Afflusso

Coefficiente di Afflusso

Tra le numerose indicazioni esistenti nella letteratura tecnico-scientifica per la valutazione del coefficiente di afflusso, riportiamo la tabella del Manuale di Ingegneria Civile:

Tipo di terreno Coltivato Pascolo BoscoMolto permeabile: sabbia o ghiaia 0.20 0.15 0.30Permeabile: limo 0.40 0.35 0.30

Poco permeabile: argilla o substrato roccioso 0.50 0.45 0.40

Esistono inoltre dei valori consigliati nella letteratura tecnica tedesca:

Tipologia urbanistica φ

Costruzioni dense 0.80Costruzioni Spaziate 0.60Aree con ampi cortili e giardini 0.50Zone a villini sparsi 0.30-0.40Giardini, prati e zone non edificabili né destinate a strade 0.20Parchi e boschi 0.05-0.10

Il metodo cinematico o della corrivazione

Il metodo della corrivazione tiene conto soltanto del fenomeno del ritardo, inteso come il tempo necessario al trasferimento dei volumi di acqua che cadono nei vari punti dell’area colante fino alla sezione di chiusura del collettore.Esso si basa sulle seguenti ipotesi:•La formazione della piena è dovuta solo al trasferimento di volumi d’acqua all’interno del bacino;•Ogni goccia di pioggia che cade sulla superficie segue un percorso invariabile nel tempo e che dipende solo dal punto in cui essa è caduta;•La velocità con cui la goccia si muove lungo la superficie non è influenzata dalla presenza di altre gocce. Le suddette ipotesi equivalgono ad assumere la linearità del modello.Il tempo tc impiegato da una goccia a raggiungere, dal punto in cui cade, la sezione di chiusura viene detto tempo di corrivazione. Si definisce tempo di corrivazione dell’area colante Tc il massimo tra i tempi di corrivazione di tutti i punti dell’area colante.

È intuitivo che la portata che transita in un certo istante attraverso la sezione di chiusura del bacino colante è pari al prodotto della intensità di pioggia netta per l’area della porzione di bacino da dove provengono i contributi di portata che, in quell’istante, hanno raggiunto la sezione di chiusura. Si tratta cioè dell’area di quella porzione del bacino colante i cui punti sono caratterizzati da tempi di corrivazione tc minori di t:

ttA ct ≤:

( )tQ

Pertanto, nel modello della corrivazione, l’evento critico andrebbe ricercato come quel particolare tempo di pioggia tp cui corrisponde il massimo valore del prodotto tra im, assunta come al solito costante nel tempo e nello spazio, e Atp.Per semplicità, di solito si considera che sia critico l’evento di pioggia di durata pari al tempo di corrivazione Tc dell’area colante, che è il più piccolo dei tempi per i quali contribuisce alla formazione della portata l’intera area del bacino.

)1−=

=npm

tm

atiAitQ ϕ

Ai fini dell’applicazione del modello della corrivazione ai porblemi di progetto e verifica delle reti di drenaggio urbano, di solito il tempo di corrivazione del bacino colante si considera somma di un tempo di ruscellamento Tr e di un tempo di percorrenza Tp.Quest’ultimo rappresenta il tempo impiegato dall’acqua a percorrere il collettore in condizioni di moto uniforme.

VLTTTT rprc +=+=

Il tempo di ruscellamento, che dipende dall’estensione dell’area colante, dalla sua pendenza, dalla densità di opere di drenaggio secondarie (caditoie stradali, fognoli, pluviali ecc..), si assume di solito compreso tra i 5 e i 15 minuti.Una volta calcolato il tempo di corrivazione, si ottiene facilmente la portata:

Qpp = ϕ*A*i / 360 [m3/s]

dove:i - l’intensità di pioggia in Tc, [mm/h];

A - area del bacino, [ha];ϕ - coefficiente di afflusso <1.

Anche nel caso del metodo della corrivazione sono pertanto necessarie delle iterazioni per pervenire al calcolo della portata di pioggia.

Nel caso di un problema di verifica, sono noti ks, i, B (o D) e si devono determinare la portata massima (quella conseguente all’evento di pioggia di durata critica) ed i corrispondenti valori del tirante idrico e della velocità:

1.Si assegna un valore di primo tentativo della portata Q1;

2.Si calcola il corrispondente valore della velocità di moto uniforme;

3.Si calcola il corrispondente tempo di corrivazione;

4.Si determina un nuovo valore della portata Q2 e lo si confronta con Q1;

5.Se Q1 e Q2 sono molto diverse, si ripete il procedimento a partire dal punto 1 con il nuovo valore di Q.

AaTQTVQ,B,i,k nccs

12

critico eventonecorrivazio di tempo1

Strickler di formula1

−=⎯⎯⎯⎯ →⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯ ϕ

Il calcolo del tempo di percorrenza, però, necessita di conoscere già la portata, per poter calcolare la velocità della corrente in moto uniforme.

Verifica di reti di drenaggio urbano

La verifica delle reti di drenaggio urbano consiste in:•Verificare che la velocità di moto uniforme della portata media nera sia ovunque superiore a 0.5m/s, al fine di evitare il deposito di sedimenti putrescibili sul fondo delle canalizzazioni (Circolare n. 11633 del 07.01.1974 del Ministero dei Lavori Pubblici);•Verificare che il deflusso avvenga, in condizioni di moto uniforme, con un tirante idrico tale da lasciare sempre un franco libero al fine di evitare che accidentalmente la fogna possa andare in pressione anche in presenza di materiale flottante; assicurare adeguata circolazione d’aria che scongiuri fenomeni di digestione anaerobica;•Verificare che la velocità di moto uniforme della portata di pioggia sia ovunque inferiore ai 3÷5 m/s, al fine di evitare che l’azione abrasiva del materiale solido in sospensione determini un troppo rapido deterioramento dei rivestimenti interni delle tubazioni (Circolare n. 11633 del 07.01.1974 del Ministero dei Lavori Pubblici).

Vincoli sulle velocità minime in fognaturaLa velocità della corrente nelle canalizzazioni fognarie deve essere tale da evitare la formazione di depositi persistenti di materiali sedimentabili.

La Circolare n. 11633 del 07.01.1974 del Ministero dei Lavori Pubblici indica per le portate nere medie un limite minimo di velocità pari a 0.5 m/s. Tale indicazione può essere derogata dal progettista in considerazione di condizioni particolari e delle caratteristiche dei materiali utilizzati per le canalizzazioni.

In particolare le velocità connesse al transito delle portate nere di punta possono assicurare la rimozione del materiale sedimentato se superiori a:

•0.5-0.6 m/s nelle fognature nere

•0.6-0.7 m/s nelle fognature miste

È importante rilevare che, anche se il proporzionamento delle canalizzazioni viene opportunamente effettuato con riferimento alle previsioni di sviluppo della popolazione servita nell’ambito della durata tecnica dell’opera, la rimozione del materiale sedimentato deve essere assicurata fin dall’inizio dell’esercizio della fognatura. Le suddette verifiche vanno pertanto condotte con riferimento alla popolazione servita all’atto dell’entrata in servizio dell’opera.

w7

Polygon

dot media puntal/ab.g m3/s m3/s

1 -- 170 -- 170 3.5 0.8 400 0.00063 0.00222 -- 146 -- 146 3.5 0.8 400 0.00054 0.0019

-- 432 -- 7481 -- 170 --2 -- 146 --

3 -- 162 -- 162 3.5 0.8 400 0.0006 0.0021-- 763 -- 16733 -- 162 --I -- 748 --

1 -- 1.60 0.60 -- 1.60 0.602 -- 1.00 0.55 -- 1.00 0.55

-- 1.00 0.80 --1 -- -- 1.602 -- -- 1.00

3 -- 2.50 0.65 -- 2.50 0.65-- 1.80 0.50 --3 -- -- 2.50I -- -- 3.60

7.90 0.61II

3.60 0.64I

tratto tratto confl. totaliϕ

Aree (ha)

ϕmN.tratto N.tratto

confl.

I

II

ε PortataAbitanti

3.5 0.8 400 0.00277

N.tratto N.tratto confl.

0.0097

3.5 0.8 400 0.0062 0.02169

Cptratto tratto confl. totali

N. t

ratto

/col

letto

re

T. c

orriv

azio

ne

Are

a ef

fetti

va [A

]

ϕ Are

a rid

otta

[ ϕA

]

Lung

hezz

a

Pend

enza

T. ru

scel

lam

ento

Are

a ef

fetti

va [A

]

ϕ m Are

a rid

otta

[ ϕA

]

T. p

erco

rren

za

T. c

orriv

azio

ne

Int.

piog

gia

Port

ata

pluv

iale

Port

ata

nera

Port

ata

tota

le

Tipo

spe

co c

omm

.

Tira

nte

Velo

cità

Rie

mpi

men

to

s m2 m2 m m/m s m2 m2 s s mm/h m3/s m3/s m3/s m m/s

Elementi progressivi Risultati dell'iterazioneMoto Uniforme

N. d

el c

olle

ttore

N. d

el tr

atto

Tratti confluenti Elementi del tratto

10

Diametronominale

DN[mm]

Diametrominimo

d1[mm]

ClasseUNI EN 295

[kN/m2]

Carico dirottura FN

[kN/m]

Sistema digiunzione

UNI EN 295

d3[mm]

Lunghezza nominale L

[mm]

d4 ± 0,5

[mm]m1

[mm]

100 - F 130 ± 2 -100 34 1000-1250 65

d8 max**[mm]

200

Diametronominale

DN[mm]

Norma UNI EN 295 Produzione

ClasseUNI EN 295

[kN/m2]

Carico dirottura FN

[kN/m]

Sistema digiunzione

UNI EN 295Tubi

100 - 34 • • • •F125 - 34 • • • •F150 - 34 • • • • • •F150 - 40 • • • • • •C200 160 32 • • • • • • •F/C200* 200 40 C200 240 48

• • • •• • • • • •C

250 160 40 • • • • • • •C250 240 60 • • • • • •C300 160 48 • • • • • • •C300 240 72 • • • • • •C350 160 56 • • • • • •C400 120 48 • • • • • •C400 160 64 • • • • • •C400 200 80 • • • • •C500 120 60 • • • • • •C500 160 80 C600 95 57

• • • • •C

700 L 60• • • •

C800 L 60

• • • •• • • •C

Raccordied innesti

perpozzetti

Curve 45°e 90°

Sifoniorizzontali

Firenze

Tubi confinestra

perpozzetti

QuartiGiunti

semplici eda squadra

125 - F 159 ± 2 -125 34 1000-1250 65 230

150 - F 186 ± 2 -147 34 1000-1250-1500 65 260

150 - C 191 ± 2 208,0148 40 1000-1500 70 275

200 160 F/C 242 ± 3 260,0198 32 1000-1500-2000 70 340

200 240 C 255 ± 4 275,0200 48 2000 70 350

250 160 C 300 ± 4 317,5248 40 2000 75 390

250 240 C 324 ± 4 341,5250 60 2000 75 430

300 160 C 353 ± 4 371,5299 48 2000 75 460

300 240 C 380 ± 4 398,5298 72 2000 75 500

350 160 C 412 ± 4 433,5349 56 2000 75 520

Tubazioni secondonorme UNI-EN 295

Tubazioni ed elementi complementari

Peso[kg/m]

14

19

24

30

37200* 200 C 242 ± 3 269,0200 40 1500-2000 70 33038

46

51

65

65

103

101

d1d4d8

m1 L

d3 d7

Sistema di giunzione: C con doppio anello in poliuretano - F con anello in gomma a labbro.

* Produzione speciale a richiesta. ** Dimensione soggetta a variazione.

400 120 C 464 ± 4 483,5400 48 2000 75 570

400 160 C 480 ± 4 507,5400 64 2500 75 610

500 120 C 585 ± 4 605,0500 60 2000-2500 75 720

600 95 C 697 ± 4 720,0600 57 2500 90 850

700 L C 799 ± 5 826,5687 60 2500 90 985

800 L C 932,0785 60 2500 90 1090

d7 ± 0,5

[mm]

-

-

-

210,5

263,0

278,6

320,7

346,2

375,2

401,8

436,3

-

487,0

511,4

608,9

724,0

829,5

935,9

108

138

400 200 C 494 ± 4 515,5400 80 2000 75 625 519,3154

173

500 160 C 610 ± 4 637,5496 80 2500 80 785 641,0230

220

290

361 900 ± 5