Relazione rete esterna Moiano Montesarchio

Progetto di costruzioni idrauliche II

Rete esterna

Docenti

Prof. Renata Della Morte

Prof. Luca Cozzolino

Allievi

• Giudice Pasquale 0323/430
• Pirozzi Nicola 0323/411

Indice

• Premessa
• Calcolo del fabbisogno idrico
• Scelta e studio del tracciato
• Caratteristiche delle tubazioni
• Dimensionamento dell'impianto
• Dimensionamento del tratto a gravità
• Dimensionamento del tratto a sollevamento
• Calcolo perdite di carico
• Scelta dei diametri
• Serbatoio
• Dimensionamento delle vasche
• Camera di manovra
• Pozzetto di shuntaggio
• Scarico di superficie
• Scarico di fondo
• Canaletta di scarico
• Analisi del gruppo motore-pompa
• Opere d'arte
• Pozzetti di sfiato e di scarico
• Attraversamenti

Premessa

La presente relazione illustra il progetto preliminare dell’acquedotto esterno necessario per l'approvvigionamento dei comuni di Moiano (BN) e Montesarchio (BN), situati ad una quota rispettivamente di 270 m s.l.m. e 420 m s.l.m. L’opera di presa si ha dalla Fontana Antoniello situata ad una quota di 360 m s.l.m.

La condotta, il serbatoio e tutte le opere d’arte saranno protette contro ogni possibilità di inquinamento, e sono state studiate in modo da garantire la freschezza dell’acqua senza alterare o comprometterne le caratteristiche organolettiche. Si è sfruttata, inoltre, la presenza di attraversamenti dei corsi d’acqua esistenti e si è tenuto conto delle caratteristiche geologiche dei terreni, evitando di installare la condotta in zone paludose, franose e in terreni esposti eccessivamente al sole e privi di vegetazione.

Individuato il tracciato che risponde alle migliori esigenze tecniche, si è proceduto alla scelta definitiva sulla base di un criterio di tipo economico che ha permesso di valutare l’intervento di costo minimo da adottare.

Calcolo del fabbisogno idrico

Per la progettazione dell’intervento oltre ad una analisi geologica del territorio ci si è attenuti all’ATO il quale definisce per ogni comune la dotazione idrica necessaria (l/ab*giorno). Dall’ATO 1 sono stati ricavati i dati relativi al comune di Moiano e Montesarchio, riportati in tabella:

Nota la dotazione è possibile calcolare il fabbisogno idrico con la seguente formula: DPF = D * P * G dove D rappresenta la dotazione idrica, P la popolazione da servire, G è una costante pari a 86400 e rappresenta il numero di secondi in un giorno.

Ne deriva che i fabbisogni di Moiano e Montesarchio sono:

• 325 * 4534 / 86400 = 17.05 l/s per il paese di Moiano
• 390 * 16122 / 86400 = 72.33 l/s per il paese di Montesarchio

Scelta e studio del tracciato

Prima di definire il tracciato occorre stabilire la posizione plano-altimetrica del serbatoio di arrivo posto a capo della rete di distribuzione interna. Nello scegliere la quota di tale serbatoio bisogna garantire il buon funzionamento della rete di distribuzione interna del paese, ossia:

• Prevedere una pressione di almeno 10 m sull’utenza più sfavorita
• Valutare le caratteristiche altimetriche dell’area considerata
• Considerare le perdite di carico nella condotta della rete di distribuzione e nelle montanti degli edifici

La quota del serbatoio (H_serb) va stabilita considerando le seguenti aliquote: H_serb = h_edif + 20 + 10 + z_min dove:

• h_edif è l’altezza dell’edificio
• z_edif è l’altezza geodetica dell’edificio più alto e più lontano
• ΔH sono le perdite di carico dal serbatoio all’edificio = 20
• z_edif è l’altezza geodetica dell’edificio più vicino
• 70 m rappresentano i metri massimi in colonna d’acqua sul singolo rubinetto

Da cui risulta che la quota di progetto del serbatoio è per Moiano e 475 m s.l.m. per Montesarchio. Nota la quota del serbatoio possiamo procedere alla determinazione del tracciato, in particolare, tale scelta è stata effettuata cercando di appoggiarsi il più possibile alle infrastrutture viarie esistenti, per ovvi motivi di carattere pratico ed economico, in modo da facilitare e abbassare i costi di posa della condotta, della realizzazione delle opere d’arte e della loro ispezione e manutenzione.

L’acquedotto deve essere continuamente sorvegliato, quindi la condotta deve essere facilmente accessibile. In base alla morfologia del luogo e al reticolo stradale si è scelto il tracciato riportato di seguito (Fig.1) che, pur non essendo il più breve, è il meno tortuoso, poiché limita le eventuali zone e terreni da espropriare appoggiandosi in gran parte ad una rete stradale. Il tracciato si estende complessivamente per 15340,61 m e presenta sia tratti dove il funzionamento avviene per gravità sia tratti in cui il funzionamento avviene per sollevamento.

Caratteristiche delle tubazioni

Si è scelto di utilizzare tubazioni in acciaio non saldato per entrambi i tratti poiché le tubazioni in tale materiale sono quelle che meglio rispondono alle esigenze costruttive, economiche e di durata di un impianto di adduzione.

L’acciaio garantisce infatti:

• Maggiore resistenza specifica del metallo a trazione che consente spessori minori e conseguentemente tubi più leggeri ed economici
• Maggiore lunghezza costruttiva (canne di lunghezza variabile fra gli 8 ed i 13,5 m), in modo da ridurre anche il numero di giunti
• Maggiore tenacità e quindi minore fragilità del metallo per rotture rare
• Maggiore adattabilità ad eventuali cedimenti del terreno

Come giunti si è scelto di adottare giunti saldati a bicchiere cilindrico, ciò presenta notevoli vantaggi quali:

• Massima garanzia di resistenza e tenuta nei confronti delle pressioni interne, delle sovrappressioni dinamiche, degli sforzi flessionali e delle variazioni termiche
• Semplicità costruttiva ed omogeneità della condotta
• Durata
• Conducibilità elettrica, necessaria per la protezione catodica. In tal modo non è necessario effettuare cavallottamenti elettrici delle giunzioni
• Possibilità di utilizzare tutti gli spezzoni di tubo

Il rivestimento esterno dei tubi utilizzato è di tipo normale; esso è costituito da una sottile pellicola di bitume e da uno strato protettivo isolante di miscela bituminosa; l’armatura è costituita da un doppio strato di feltro di vetro impregnato della stessa miscela bituminosa ed a una pellicola di finitura di idrato di calcio. Il rivestimento interno è invece realizzato con semplice bitumatura.

Dimensionamento dell'impianto

Tratto comune ai paesi (picchetti 1-24)

Definita la portata pari a Q = 89.38 l/s, la condotta si dimensiona considerando i limiti della velocità imposti nelle tubazioni. Si accettano valori di velocità compresi tra 0.5 e 2.5 m/s per il tratto a gravità e tra 0.5 e 1.5 m/s per il tratto a sollevamento. Infatti per velocità troppo basse l’acqua permarrebbe troppo a lungo in condotta causando problemi di riscaldamento in estate, con conseguente peggioramento delle proprietà organolettiche del liquido. Per velocità elevate si avrebbero vibrazioni eccessive della tubazione con conseguenti problemi alle giunzioni.

Dimensionamento del tratto a gravità

Imponendo le suddette velocità si calcola il diametro minimo e massimo che possiamo utilizzare per la condotta di adduzione, grazie alla seguente relazione:

√ 4∗Q
D = —————
  V∗π

Nel nostro caso i diametri commerciali da prendere in considerazione per il tratto a gravità sono:

• D_min = 0.213 m, D_max = 0.477 m
• D_s = 0.0063 m, D_V=0.25 = 0.273 m, D_m = 0.2604 m, ε_eff = 1.68 N/m²
• D_s = 0.0071 m, D_V=0.3 = 0.3239 m, D_m = 0.3097 m, ε_eff = 1.19 N/m²
• D_s = 0.008 m, D_V=0.35 = 0.3556 m, D_m = 0.3396 m, ε_eff = 0.99 N/m²
• D_s = 0.0088 m, D_V=0.4 = 0.4064 m, D_m = 0.3888 m, ε_eff = 0.76 N/m²
• D_s = 0.0088 m, D_V=0.45 = 0.4572 m, D_m = 0.4396 m, ε_eff = 0.59 N/m²
• D_s = 0.0088 m, D_V=0.5 = 0.508 m, D_m = 0.4904 m, ε_eff = 0.48 N/m²

Dimensionamento del tratto a sollevamento

In questo caso i valori limite delle velocità imposte sono:

√ 4∗Q
D = —————
  V∗π

I diametri commerciali da prendere in considerazione per il tratto a sollevamento sono:

• D_s = 0.0071 m, D_V=0.3 = 0.3239 m, D_m = 0.3097 m, ε_eff = 1.19 N/m²
• D_s = 0.008 m, D_V=0.35 = 0.3556 m, D_m = 0.3396 m, ε_eff = 0.99 N/m²
• D_s = 0.0088 m, D_V=0.4 = 0.4064 m, D_m = 0.3888 m, ε_eff = 0.76 N/m²
• D_s = 0.0088 m, D_V=0.45 = 0.4572 m, D_m = 0.4396 m, ε_eff = 0.59 N/m²
• D_s = 0.0088 m, D_V=0.5 = 0.508 m, D_m = 0.4904 m, ε_eff = 0.48 N/m²

Calcolo perdite di carico

Per il calcolo delle perdite di carico, supposto di utilizzare delle tubazioni in acciaio non saldato con bitumatura interna, consideriamo la formula di Scimemi-Veronese, amplificata dal coefficiente c = 1.3 per tubi usati e c = 1 per tubi nuovi. Le perdite di carico sono state calcolate andando a considerare separatamente il tratto in sollevamento e il tratto a gravità, in particolare per il tratto in sollevamento abbiamo i seguenti valori:

Mentre per il tratto a gravità abbiamo:

Con:

• J_u cadente piezometrica valutata nelle condizioni di tubi usati
• J_n cadente piezometrica valutata nella condizione di tubi nuovi
• ΔH_u perdite di carico valutate nella condizione di tubi usati
• ΔH_n perdite di carico valutate nella condizione di tubi nuovi
• α è il coefficiente della formula di Scimemi-Veronese

Scelta dei diametri

La scelta dei diametri viene fatta sia considerando i valori limite di velocità, ma soprattutto considerando la soluzione economica più conveniente che renda la somma C_tot = C_ig + C_is minima possibile.

Indichiamo con:

• C_ig costo d’impianto relativo al tratto a gravità
• C_is costo d’impianto relativo al tratto a sollevamento

I costi d’impianto sono valutati con le seguenti espressioni:

C = Cig * Lig / (r * tasso d’attuazione)
C = Cis * kWh * P * n / (r * costo dell’energia elettrica)

Dove:

• C_1m costo per unità di lunghezza della tubazione [€/m]
• L_ig lunghezza del tronco a gravità [m]
• r tasso d’attuazione posto pari al 5%
• costo dell’energia elettrica fissato a 0.1 €/kWh
• P potenza della pompa
• n numero di ore annue di funzionamento

La potenza P della pompa è stata calcolata nel seguente modo:

P = 9806 * Q * Hm / (10 * η)

con:

• Q è la portata [m³/s]
• H è la prevalenza manometrica [m]
• η rendimento del gruppo motore-pompa

Per il tratto in sollevamento è stato scelto il N D_m = 450 mm mentre per il tratto a gravità è stato scelto un diamentro N D_m = 250 mm. Il costo totale è di 453989,1 €.

Moiano (picchetti 24-29)

Definita la portata pari a Q = 17.05 l/s, la condotta si dimensiona considerando i limiti della velocità imposti nelle tubazioni. Poiché il sistema risulta avere un funzionamento a gravità si accettano valori di velocità compresi tra 0.5 e 2.5 m/s. Infatti per velocità troppo basse l’acqua permarrebbe troppo a lungo in condotta causando problemi di riscaldamento in estate, con conseguente peggioramento delle proprietà organolettiche del liquido. Per velocità elevate si avrebbero vibrazioni eccessive della tubazione con conseguenti problemi alle giunzioni.

Dimensionamento del tratto a gravità

Imponendo le suddette velocità si calcola il diametro minimo e massimo che possiamo utilizzare per la condotta di adduzione, grazie alla seguente relazione:

√ 4∗Q
D = —————
  V∗π

Nel nostro caso i diametri commerciali da prendere in considerazione per il tratto a gravità sono:

• D_min = 0.093 m, D_max = 0.208 m
• D_s = 0.0036 m, D_V=0.1 = 0.1143 m, D_m = 0.1071 m, ε_eff = 1.9 N/m²
• D_s = 0.004 m, D_V=0.125 = 0.1397 m, D_m = 0.1317 m, ε_eff = 1.26 N/m²
• D_s = 0.0045 m, D_V=0.15 = 0.1683 m, D_m = 0.1593 m, ε_eff = 0.86 N/m²
• D_s = 0.0063 m, D_V=0.2 = 0.2191 m, D_m = 0.2065 m, ε_eff = 0.51 N/m²
• D_s = 0.0063 m, D_V=0.25 = 0.273 m, D_m = 0.2604 m, ε_eff = 0.33 N/m²

Calcolo perdite di carico

Per il calcolo delle perdite di carico, supposto di utilizzare delle tubazioni in acciaio non saldato con bitumatura interna, consideriamo la formula di Scimemi-Veronese, amplificata dal coefficiente c = 1.3 per tubi usati e c = 1 per tubi nuovi. Per questo tratto otteniamo i seguenti valori:

Con:

• J_u cadente piezometrica valutata nelle condizioni di tubi usati
• J_n cadente piezometrica valutata nella condizione di tubi nuovi
• ΔH_u perdite di carico valutate nella condizione di tubi usati
• ΔH_n perdite di carico valutate nella condizione di tubi nuovi
• α è il coefficiente della formula di Scimemi-Veronese