Scabrezza effettiva nei collettori fognari

Scabrezza effettiva nei collettori fognari

Il deflusso delle portate di progetto nei collettori fognari avviene in condizioni di moto a superficie libera, a meno di condizioni eccezionali, quali ad esempio gli impianti di sollevamento. Per un primo dimensionamento idraulico della sezione, è possibile fare riferimento alla condizione di deflusso a sezione piena (anche denominata a bocca piena), ovvero quella condizione di moto che rappresenta la transizione tra deflusso a superficie libera e deflusso in pressione (inglese: "flowing full condizioni"). Si tratta di una condizione di funzionamento assolutamente teorica e non riproducibile in laboratorio. In una sezione circolare, il valore della portata convogliata a sezione piena è pari a quello corrispondente alla condizione di deflusso a superficie libera con un grado di riempimento dell'85%; per tale motivo, è possibile dimensionare un collettore fognario, facendo riferimento alla portata convogliata a sezione piena, con un franco idrico pari al 5%.
La condizione di deflusso a sezione piena si distingue dalla condizione con sezione con riempimento parziale (inglese: "part-full flow") per la geometria della sezione che ha una espressione più semplice che meglio si presta a calcoli preliminari.
Per una generica sezione circolare, di area A, detto D il diametro del collettore, sono definiti, inoltre, il perimetro bagnato (Pb) ed il raggio idraulico (D/4).
Utilizzando la formula di resistenza di Colebrook e White la portata relativa (qr) dipende dal numero di Reynolds riferito al diametro e dalla scabrezza relativa ks.
Il numero di Reynolds Rr rende conto dell'effetto della viscosità del fluido, la scabrezza relativa in sabbia Ks del materiale con cui sono rivestite le pareti dello speco fognario.
La viscosità per una corrente puramente idrica varia essenzialmente con la temperatura del fluido.
Ai fini progettuali, la esatta conoscenza del valore da assegnare alla scabrezza equivalente dipende dalle condizioni di moto della corrente idrica.
Se l'effetto delle azioni viscose è predominante (regime di mota turbolento in condotti lisci non è necessario conoscere precisamente il valore della scabrezza equivalente in sabbia ks.
Se la corrente si trova in regime di turbolenza in condotti scabri l'effetto della viscosità diviene trascurabile, bisogna disporre a priori di un'indicazione relativa alla scabrezza equivalente in sabbia.
In presenza di un regime intermedio o di transizione, circostanza ricorrente nella progettazione dei sistemi fognari, è altrettanto importante conoscere il valore da attribuire alla scabrezza equivalente in sabbia ks.
Le forze resistenti al moto giocano un ruolo fondamentale nel bilancio energetico di una corrente idrica defluente in un collettore fognario.
Vanno poi considerate anche altre azioni resistenti, quale ad esempio la perdita di energia aggiuntiva indotta dalla presenza di un canale non prismatico. Secondo il principio di conservazione dell'energia, le perdite d'energia possono essere calcolate mediante l'uso di un unico coefficiente di perdita, il quale, moltiplicato per l'altezza cinetica della corrente, tiene conto degli effetti di tutte le azioni che concorrono al fenomeno di resistenza al moto della corrente. In alternativa, si possono combinare tutti i fattori che concorrono alla perdita di energia, adottando un valore maggiore della scabrezza propria delle pareti. Viene quindi ad essere introdotta la cosiddetta scabrezza di calcolo (kb) che consente di calcolare la perdita di carico totale. Con questo modello di rappresentazione, le singole perdite di carico risultano distribuite lungo l'intero tratto fognario e vengono espresse mediante un valore medio della scabrezza.
Il vantaggio di operare mediante la scabrezza di calcolo è quello di inglobare in un unico parametro gli effetti delle singole perdite di carico, agevolandola procedura. Bisogna comunque fare attenzione a non assegnare valori troppo alti alla scabrezza di calcolo perché, per canalizzazioni di notevole lunghezza, tale assunzione potrebbe comportare un sovradimensionamento della sezione del collettore, con aggravi di costo dell’opera. In linea generale, la scabrezza di calcolo kb tiene conto dei seguenti fattori che influenzano le resistenze al moto:

scabrezza della parete;
imperfezioni costruttive;
presenza di giunti lungo la condotta;
forma dell'imbocco del canale;
presenza di pozzetti e manufatti lungo il canale.

riduzione della larghezza della sezione, a causa di depositi o incrostazioni;
presenza di manufatti di confluenza;
presenza di dispositivi limitatori di portata e di tratti caratterizzati da moto in pressione.