PROGETTO ESECUTIVO OPERE DI REGIMAZIONE IDRAULICA · appartenenti ad una fognatura bianca, valuta...

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Commessa

DOC. N°RIMATERIA S.p.a.

Redattore

21/04/2017

Data

0

Rev.

Prima stesura

Descrizione ConvalidaVerifica

COMUNE DI PIOMBINOPROVINCIA DI LIVORNO

ENMBPP

FORMATO :

SCALA:

Tel. 0565.221813 Fax. 0586.624019www.cmprogettazioni.it

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Piazzale Premuda 2F 57025 PIOMBINO (LI)

File: VAR4ES_ID1_DOC03_r0.doc

RELAZIONE TECNICA-IDRAULICA 3-

41ASU15

A4

LOC

. ISC

HIA

DI C

ROC

IAN

O

Ing. Fernando Muccettifirmato con firma digitale ai sensi dell'art. 21 c.2 D.Lgs 82/2005

4° VARIANTE ALLE OPERE DI CHIUSURADELLA DISCARICA DI ISCHIA DI CROCIANO - PIOMBINO (LI)

PROGETTO ESECUTIVOOPERE DI REGIMAZIONE IDRAULICA

1° STRALCIO

Risparmio, Efficenza,

Nel mondo "usa e getta"

Rinnovabilità dei Flussi di Materia

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Metodo di dimensionamento

Il metodo del volume di invaso, molto usato per il dimensionamento di una rete di collettori

appartenenti ad una fognatura bianca, valuta la portata massima defluente in un generico tronco

della rete sulla base della considerazione che, durante un qualsiasi istante di tempo, il volume

liquido che attraversa la sezione finale di un collettore è pari alla differenza tra volume affluito

durante la pioggia e volume invasato a monte.

Pertanto il deflusso nei collettori e funzione del loro grado di riempimento durante il periodo

di pioggia ed i valori massimi delle portate sono connessi con la capacità di accumulo dei vari

elementi della rete.

Il metodo è fondato sopra numerose semplificazioni tra le quali l’ammissione di una

relazione lineare (o quasi lineare) tra volume invasato e portata defluente, l’ipotesi che i singoli

collettori abbiano un funzionamento autonomo (ogni tronco ha un funzionamento che non è

influenzato né rigurgitato dagli altri tronchi) e sincrono (il riempimento dei singoli tratti della rete

avviene in modo simultaneo) e la supposizione di un deflusso con caratteristiche di moto uniforme

all’interno dei tronchi della rete.

Gli sviluppi ed i numerosi affinamenti del metodo hanno perfezionato la sua utilizzazione in

sede di proporzionamento; comunque il procedimento di calcolo rimane di tipo iterativo, per cui

spesso si presenta lungo e laborioso.

Prendendo infatti in esame la metodologia di calcolo, così detta diretta, si ottiene una

espressione della portata massima per unità di area scolante (pari al coefficiente udometrico

u=Q/A) espresso in funzione dei dati idrologici, del coefficiente di assorbimento del bacino scolante

servito e dell’invaso specifico di monte.

Si deve osservare comunque che all’interno di tale espressione del coefficiente (u)

compare il volume invasato nel tronco da dimensionare, il quale in realtà non è conosciuto nelle

sue dimensioni trasversali; di qui la necessità di procedere per successive iterazioni.

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La classica espressione del coefficiente udometrico è la seguente:

(1) u = 2168*n0

wno

na

1/1

/1 0)(

dove: u [l/s/ha] = coefficiente udometrico, = coefficiente di assorbimento,

w [m] = invaso specifico (per unità d’area), a [mh-n] = costante della curva segnalatrice di pioggia, n0 = f(n) n = esponente della curva segnalatrice di pioggia.

Per tenere conto della variabilità nel tempo dell’afflusso alla rete la funzione f(n) risulta data dalla seguente relazione:

(2') n0 = n3

4

La portata massima in corrispondenza della sezione terminale del collettore da dimensionare risulterà pari a:

(3') Q = 1000

* Au

dove: Q [mc/s] = portata massima A [ha] = area scolante a monte della sezione di progetto

Per il calcolo di (u) si deve valutare l’invaso specifico (w), il quale, come è noto, risulta una funzione crescente dell’area scolante A; per l’analisi successiva risulta opportuno considerare tale invaso specifico dovuto a tre distinti fattori.

Il primo, pari a w1 = V1/A, corrisponde all’invaso V1 relativo ai collettori che si trovano a monte

di quello che è oggetto di indagine; poiché un buon dimensionamento prevede uno stato di riempimento prossimo al valore massimo si può assumere per V1 il volume proprio dei (j) collettori,

ognuno di sezione massima pari a j , che si trovano a monte del collettore da dimensionare

(pertanto V1 = jj dove j indica la lunghezza dei singoli collettori).

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Il secondo fattore che influenza l’invaso specifico (w), pari a w2 = V2/A, corrisponde all’invaso

V2 relativo ai piccoli invasi superficiali (grondaie, cunette, caditoie stradali, pozzetti, fognoli privati, allacciamenti) ed al velo idrico superficiale che scorre sopra l’area interessata dalla fognatura.

I vari autori suggeriscono per tale quantità w2 valori in media pari a 40-70 mc/ha a seconda della pendenza dell’area scolante (i valori maggiori sono relativi alle pendenze minori); si deve peraltro notare che vi è un elevato grado di incertezza nello stabilire tale parametro w2.

Infine il terzo fattore che influenza (w), pari a w3 = V3/A, corrisponde al volume di invaso V3 proprio del collettore da dimensionare (in pratica V3 è pari al prodotto della lunghezza L del

collettore per l’area della sezione corrispondente della massima portata defluente). Quindi in definitiva si avrà:

(2') w = A

V

*10000=

A

VVV

*10000

321 = w1+w2+w3

Nello precedente espressione non è noto il termine V3 e quindi l’invaso specifico w3 ; tale

quantità può essere valutata una volta dimensionato, attraverso l’uso della (1), il collettore che si deve progettare.

Per la utilizzazione della (1) è opportuno suddividere l’invaso specifico w nelle sue parti di cui una nota e l’altra incognita:

(3') wn = w1 + w2 = A

VV

*10000

21

(5’’) wi = w3 = A

V

*10000

3 = A

L

*10000

Pertanto si ottiene:

(6) w = wn + wi = wn (1+n

i

w

w)

Sostituendo la (6) nella (1) si ha:

(7’) u = 2168*n0 1/1

/1

0

0

)1(

)(

n

n

in

n

w

ww

a

cioè:

(7’’) u = t

u0

dove:

4 di 14

(8’) u0 = 2168*n0 1/1

/1

0

0)(n

n

n

w

a

(8’’) t = (1+n

i

w

w)1/n

0-1 = (1+

21 VV

L

)1/n

0-1

La (8’) indica il valore di (u) per un invaso specifico proprio del collettore da dimensionare nullo;

la (8’’) rappresenta un termine, maggiore dell’unità, che abbassa il valore del coefficiente udometrico in funzione dell’invaso proprio del collettore da esaminare.

D’altra parte, in base all’ipotesi di moto uniforme, la portata Q, utilizzando la formula di Chezy,

risulta pari a:

(9) Q = * RJ

dove: = coefficiente di scabrezza del collettore,

R= C/ = raggio medio del collettore,

C = contorno bagnato del collettore,

= area bagnata massima del collettore. Per valutare il coefficiente di scabrezza di Chezy si può fare uso della formula di Bazin:

(10) =

R

1

87

dove: = indice di scabrezza (in genere per le fognature = 0.23)

In via del tutto generale sia la sezione che il contorno bagnato C risultano esprimibili in funzione di una dimensione lineare trasversale (X) del collettore:

(11’) = f1 (X) (11’’) C = f2(X) Pertanto, tenendo presenti le due espressioni funzionali (11) ed uguagliando la (3) alla (9) si

ottiene in definitiva una equazione implicita in (x):

(12) )(X = 1/1

21

1

0

0

*)(1

n

VV

LXf

u

1000

A-

)(

)(1

87

2

1

Xf

Xf

f1(X) jXf

Xf

)(

)(

2

1 = 0

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Per la soluzione della (12) si può fare ricorso al metodo numerico di Newton-Raphson per la ricerca delle radici di una equazione algebrica non lineare, dopo che sono state definite, in funzione del tipo di sezione che si desidera adottare, la (11) e la (11”).

Osservando che un buon proporziona mento dei singoli collettori di una rete di fognatura

presuppone che lo stato del loro riempimento sia prossimo al massimo, si può porre:

= f1 (X) = R2

sezione circolare C = f2 (X) = 2 R

= f1 (X) = 4,59 R2 sezione circolare C = f2 (X) = 7,93 R Pertanto la (12) diventa rispettivamente: a – sezione circolare

(13) 1/1

21

2

0

0

1

n

VV

LR

u

1000

A-

R

*414.11

193

R5/2 J = 0

b – sezione ovoidale

(13’’) 1/1

21

2

0

0

59,41

n

VV

LR

u

1000

A-

R

*313.11

304

R5/2 J = 0

Criteri di dimensionamento esecutivo

Per la applicazione di tale metodo è necessario quindi fissare la curva di possibilità

climatica del relativo tempo di ritorno, secondo l’espressione ormai consolidata:

h = a tn

Dove:

h altezza di pioggia in mm

t durata della pioggia in ore

a,n Coefficienti determinati sperimentalmente

Si rammenta altresì il riferimento normativo da adottare nei criteri di

dimensionamento

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Decreto legislativo 13 gennaio 2003, n. 36 Attuazione della direttiva 1999/31/CE relativa alle discariche di rifiuti(G.U. n. 59 del 12 marzo 2003) ALLEGATO 1 (articolo 3, comma 3) - (articolo 9, comma 1) CRITERI COSTRUTTIVI E GESTIONALI DEGLI IMPIANTI DI DISCARICA 2.3. CONTROLLO DELLE ACQUE E GESTIONE DEL PERCOLATO Omissis … Per quanto consentito dalla tecnologia, tali acque meteoriche devono essere allontanate dal perimetro dell'impianto per gravità, anche a mezzo di idonee canalizzazioni dimensionate sulla base delle piogge più intense con tempo di ritorno di 10 anni.

SI è reso a questo punto necessario un aggiornamento dei valori di calcolo a seguito della

pubblicazione da parte della Regione Toscana delle nuove Linee Segnalatrici di Possibilità

Pluviometrica – Aggiornamento. Nell'ambito dell'accordo di collaborazione tra Regione Toscana e

Università di Firenze di cui alla DGRT 1133/2012, al fine di procedere ad un'implementazione e un

aggiornamento del quadro conoscitivo idrologico del territorio toscano, si è provveduto ad

effettuare un aggiornamento dell'analisi di frequenza regionale delle precipitazioni estreme fino

all'anno 2012 compreso (Referente: Prof. Enrica Caporali, Dipartimento di Ingegneria civile e

Ambientale UNI FI).

Per la scelta delle curve di piovosità si è proceduto infine alla individuazione dei valori

definitivi di calcolo estraendoli dal sito consultabile in rete della Regione, nel punto più aderente

all’area di progetto, come da allegata figura .

7 di 14

Il presente progetto rappresenta un primo stralcio esecutivo delle opere idrauliche del

progetto definitivo di Variante 4 alle opere di chiusura della discarica di Ischia di Crociano,

autorizzato dalla Regione Toscana con Del.761/16.

D’altra parte la canaletta perimetrale oggetto del presente stralcio esecutivo sarà in una

prima fase utilizzata in una configurazione temporanea di regimazione idraulica, a servizio di una

parziale impermeabilizzazione della discarica cui Rimateria deve da subito provvedere in risposta

ad una prescrizione della Regione Toscana registrata in sede di autorizzazione del progetto “4a

Variante”. Per maggiori dettagli circa la suddetta configurazione temporanea, si rimanda alla

relativa documentazione tecnica (Opere di regimazione idraulica temporanea).

Il dimensionamento delle canalizzazioni riportato di seguito è quindi condotto sulle portate

definitive corrispondenti all’assetto finale della discarica come previsto nella Variante 4 approvata.

Come nella progettazione definitiva si è condotto poi un dimensionamento “tecnico” delle

canalizzazioni per Tr=20 (aumentando cautelativamente il tempo di ritorno rispetto al minimo di 10

anni richiesto per norma), procedendo ad una verifica sulla portata minima di calcolo (10 anni) e

massima (200 anni), valutando in ogni configurazione gli effetti di laminazione dei notevoli volumi

di invaso disponibili, grazie alle dimensioni generose delle canalizzazioni ed alla realizzazione di

appositi dispositivi in linea che favoriscono il loro coinvolgimento (dispositivi di rigurgito).

Tali dispositivi, anch’essi per completezza dimensionati nella presente relazione, non

saranno comunque da installarsi con la realizzazione del presente primo stralcio esecutivo, ma

dovranno essere realizzati contestualmente allo stralcio esecutivo di realizzazione dello scarico

definitivo secondo progetto di Variante 4.

Le nuove e definitive curve di piovosità scelte, con riferimento al punto più vicino al bacino

di interesse saranno quindi:

h(10) = 44.229 x (t) 0.22425

h(20) = 51.834 x (t) 0.24783

h(200) = 78.267 x (t) 0.32927

\

8 di 14

Considerazioni e calcolo delle portate massime in arrivo

Fissate le curve di pioggia, si descrivono di seguito le scelte finali degli atri parametri

necessari al dimensionamento.

Nella scelta del coefficiente di deflusso, si è fatto riferimento alle Linee guida ISPRA

78.3/2012, riferendosi ai valori riportati nella seguente tabelle estratte dalla pubblicazione:

Si sceglie di adottare un coefficiente cautelativo pari a 0,5 (valore massimo tra quelli

tabellati) a fronte di valori massimi consigliati di 0,.35 per un prato fruibile come sarà effettivamente

la copertura a verde finale.

Altro parametro utilizzato nel calcolo risulta essere il volume di invaso specifico (espresso

in mc/ha, offerto da tutti gli elementi in grado di invasare acqua posti a monte delle canalizzazioni),

in questo caso il valore è stato stimato analiticamente, secondo i dati riportati nella figura e nelle

tabelle allegate ed ammontante complessivamente a circa 967,41 mc pari ad un invaso specifico di

967,14/14 = 69 mc/ha. Tale valore sarà impiegato nei calcoli successivi.

9 di 14

COMPUTO DEI VOLUMI DI INVASO DELLA RETE DI DRENAGGIO

Anelli orizzontali Q.ta

Lunghezza

parziale

(mt)

Lunghezza

totale

(mt)

Dimensioni

canalette

trapezie

Volume

invaso

(mc)

1° Anello sommità 1 524.00 524.00 50x120 h50 111.35 (*)

2° Anello 1 900.00 900.00 50x120 h50 191.25 (*)

3° Anello 1 1 037.00 1 037.00 50x120 h50 220.36 (*)

Anello basso a dx 1 688.00 688.00 30x90 h30 123.84

Anello basso (Lungo rampa) 1 170.00 170.00 50x120 h30 43.35

Anello basso a sx 1 435.00 435.00 50x120 h30 110.93

Anello basso (Lucchini) 1 153.00 153.00 60x50 45.90

Totale anelli 3 907.00 846.98 (*) volumi ulteriormente ridotti al 50% perché ralizzati in materiale inerte drenante

Totale volume di invaso canalette trapezie orizzontali 846.98 mc Totale volume invaso discese (embrici 40x50x20) 3034.1x 0,08 x50% = 120.43 mc T O T A L E 967.41 mc

Discese Q.ta

Lunghezza

parziale

(mt)

Lunghezza

totale

(mt)

tratti 1 38.20 38.20

tratti 1 20.00 20.00

tratti 4 19.75 79.00

tratti 6 23.50 141.00

tratti 2 21.50 43.00

tratti 1 24.30 24.30

tratti a v 1 206.20 206.20

tratti a v 1 143.70 143.70

tratti a v 1 140.00 140.00

discese alte 1 15.25 15.25



















discese basse 1 38.20 38.20
































Totale discese 3 034.10

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Assumendo gli ulteriori i dati fissi di:

Indice di scabrezza (Bazin) = .23 (condotte in cemento)

Area scolante (ha) = variabile tratto per tratto (vedi figura)

Volume piccoli invasi (mc/ha) ~ 69 (valore calcolato analiticamente)

Pendenza collettori ~.0015 (1,5 per mille)

ed assegnando in maniera ricorsiva i valori dei volumi di invaso a monte di ogni collettore,,

si determinano i valori di portata tratto per tratto, riportati in tabella:

Ampliamento

Variante 5

11 di 14

Punto di

calcolo

Superfici

e

scolante

(ha)

Lunghezza

(m)

Tipo

canala

Invaso max

disponibile

(mc)

Portata

calcolata

(mc/sec)

Invaso

collettore

realizzato

(mc)

Invaso

totale

collettori a

monte

(mc)

Portata

calcolata

(mc/sec)

Invaso

collettore

realizzato

(mc)

Invaso

totale

collettori

a monte

(mc)

Portata

calcolata

(mc/sec)

Invaso

collettore

realizzato

(mc)

Invaso

totale

collettori

a monte

(mc)

B 3.45 220 142/70 264.9 0.290 60 60 0.330 80 80.0 0.520 110.0 110

C 5 181 142/70 217.9 0.374 70 130 0.409 120.0 200.0 0.598 170.0 280.0

D 7.2 248 180/135 422.1 0.410 150 280 0.423 250.0 450.0 0.761 300.0 580.0

E sinistra 10 255 283/200 918.0 0.418 280 560 0.435 450.0 900.0 0.871 550.0 1130.0

E destra 3.3 273 142/70 328.7 0.250 70 70 0.290 85 85.0 0.445 120 120

2151.6 630.0 985.0 1250.0

Punto di

calcolo

Superfici

e

scolante

LunghezzaTipo

canala

Invaso max

disponibile

(mc)

Portata

calcolata

(mc/sec)

Invaso

collettore

realizzato

(mc)

Invaso

totale

collettori a

monte

(mc)

Portata

calcolata

(mc/sec)

Invaso

collettore

realizzato

(mc)

Invaso

totale

collettori

a monte

(mc)

Portata

calcolata

(mc/sec)

Invaso

collettore

realizzato

(mc)

Invaso

totale

collettori

a monte

(mc)

Collettore 14.00 202.5 200x250 1012.5 0.703 350.0 980.00 0.763 500.00 1 485.00 1.385 700.00 1 950.00

Sbocco 14.00 50 2 xɸ851 56.0 0.545 56.0 1 036.00 0.678 56.0 1 541.05 1.121 56.0 2 006.05

Tr = 10 anni

Tr = 10 anni Tr = 20 anni Tr = 200 anni

Tr = 20 anni Tr = 200 anni

Dalle tabelle si desume come la portata finale allo sbocco nel Fosso ex Cornia Vecchia con

Tr=10 anni, corrispondente al tempo di ritorno richiesto dalla norma, comporta una portata

specifica di:

0.545/14 x1000 = 38 lt/sec/ha

inferiore a 40 lt/sec/ha, che, sempre relativamente al Tr=10 anni, viene preso a riferimento

in letteratura (ed in alcune norme regionali tra cui la Lombardia), quale valore limite da rispettare

per le nuove urbanizzazioni, al fine di non aggravare le condizioni di drenaggio preesistenti.

La laminazione avviene in questo caso per la presenza di generosi volumi di invaso, grazie

ad opportuni dispositivi di rigurgito in linea nelle canale, sia nel collettore finale in scatolare che

viene rigurgitato dal tratto finale in doppio tubo DN 800, conseguendo benefiche riduzioni dei valori

di portata anche per tempi di ritorno superiori.

Il tutto, già verificato in termini generali di invarianza idraulica, nella progettazione definitiva,

è stato infine simulato, per una visione di insieme, su un modello completo, tramite il noto codice di

calcolo ormai standard internazionale HEC-RAS, di cui si riportano i profili rispettivamente con e

senza dispositivi in linea per la laminazione.

Di ogni dispositivo di rigurgito, costituito da elementi di sbarramento in lamiera di grande

spessore, con luce al fondo ed installati nei principali pozzetti, si riportano infine le caratteristiche

geometriche, estratte dal modello di calcolo.

12 di 14

0 200 400 600 800 1000 1200-1

0

1

2

3

4

5

6

canala senza Plan: Plan 01 07/04/2017

Main Channel Distance (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS Q 10

WS Q 20

WS Q 200

Lat Struct

Ground

LOB

ROB

1.5

3.5

5.5

6.7

8.5

12 6

a

14.5

18 3

a

22

23

canala canala

0 200 400 600 800 1000 1200-1

0

1

2

3

4

5

6

canala Plan: Plan 01 07/04/2017

Main Channel Distance (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS Q 10

WS Q 20

WS Q 200

Lat Struct

Ground

LOB

ROB

1.5

3.5

5.5

6.7

8.5

12 6

a

14.5

18 3

a

22

23

canala canala

Profilo idraulico

senza dispositivi

in linea

Profilo idraulico

con dispositivi in

linea

13 di 14

Dispositivo on linea su tratto di canala tipo 1 - 142/70


ɸ300

ɸ300

14 di 14


Si rammenta che tali dispositivi non saranno comunque da installarsi con la realizzazione

del presente primo stralcio esecutivo, ma dovranno essere realizzati contestualmente allo stralcio

esecutivo di realizzazione dello scarico definitivo secondo progetto di Variante 4.

Considerazioni conclusive

Con il presente progetto esecutivo, relativo ad un primo stralcio delle opere di regimazione

idraulica del progetto definitivo di Variante 4, si confermano i criteri di dimensionamento del

progetto definitivo approvato, procedendo alla scelta ponderata dei parametri definitivi ed alla

simulazione su modello numerico completo.

Si dimensionano infine i dispositivi di laminazione in linea, costituiti da sbarramenti con luce

tarata al fondo, in grado di coinvolgere i generosi volumi di invaso delle canale, ai fini della

laminazione (e quindi limitazione) delle portate da convogliare allo scarico, ma che dovranno

essere realizzati solo con la soluzione definitiva.

Piombino 21.04.2017 Il tecnico

Ing. Fernando Muccetti

Firmato con firma digitale ai sensi dell’art. 21 c.2 D.Lgs 82/2005

ɸ400

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