Teoria Costruzioni idrauliche e appunti

SCELTA TUBAZIONE ADATTA

3 CARATTERISTICHE

• PRESSIONI DI ESERCIZIO - ogni materiale è in grado di resistere a specifiche pressioni.
• DESTINAZIONI DI IMPIEGO - materiali migliori in base al tipo di progetto.
• CARATTERISTICHE MORFOLOGICHE e MECCANICHE DEL TERRENO DI POSA - ogni terreno ha caratteristiche chimiche ed elettrochimiche da tenere in considerazione, perché potrebbero avvenire fenomeni di corrosione.

PRESSIONE NOMINALE - prescritto dal DECRETO MINISTERO LL.PP. 12 DICEMBRE 1985, con relazione:

P_n = P_e + P_o

P_e ➔ PRESSIONE DI ESERCIZIO, massimo valore di pressione che può essere presente nella tubazione per il più gravoso funzionamento idraulico del sistema, ovvero in condizioni idrostatiche, pari in metri di colonna d'acqua alla differenza tra la quota del piano dei carichi idrostatici relativi e la quota della tubazione nel punto più depresso del tracciato, incremento del valore di eventuali sovrappressioni ΔP dovute al moto vario (2.5 kgf/cm²).

P_o ➔ PRESSIONE EQUIVALENTE, pressione assiale che conferisce al tubo tensioni di trazione massime uguali a quelle determinate da sollecitazioni quali: i carichi esterni e le azioni sismiche ed è stata supposta trascurabile.

Formula Darcy

ΔH - perdite di carico, ovvero ciò che viene spesso affinché quella portata di acqua passi nella tubazione di quel determinato diametro e di quella determinata lunghezza.

H - carico idraulico disponibile, cioè, la differenza di quota tra i due serbatoi.

ΔH ≤ H - in quanto, non possiamo avere perdite di carico maggiore del carico a nostra disposizione.

quindi, per ragioni di natura economica, scegliamo di porre ΔH = H cioè le perdite di carico pari al carico idraulico max così da avere tubazioni di minor diametro che implica un minor costo dell'opera.

Esempio: se il diametro ideale di progetto è 312 mm, siamo costretti ad utilizzare tubazioni con diametri 300 mm e 350 mm.

Utilizzando il 300 mm, l'acqua si muoverà lungo la condotta da quota piezometrica maggiore a quota piezometrica minore, e l'impianto funzionerà ammigliorando una minore portata rispetto a quella di progetto.

Utilizzando il 350 mm, la portata sarà maggiore e questo implica che il serbatoio a monte deve disperse di quella maggiore quantità di acque.

La soluzione è prendere una minor perdita di carico così da ottenere l'equilibrio.

Diametro minore - portata minore, l'impianto funzionerà ma causerà un aumento del livello dell'acqua del serbatoio a monte, cioè, un riempimento.

Diametro maggiore - non avrà abbastanza portata di acqua rispetto a quella da defluire che fa inizialmente funzionare l'impianto con regolarità ma avremo un graduale svuotamento del serbatoio a monte che causa un abbassamento della piezometrica.

PROGETTO IMPIANTO DI SOLLEVAMENTO

Bisogna portare l'acqua da questa a questa piezometrica minore a questa piezometrica maggiore e abbiamo bisogno di una POMPA che fornisce energia all'acqua sotto forma di energia potenziale.

L'acqua arriverà una questa piezometrica maggiore rispetto a quella del serbatoio di valle affinché giunga per gravità.

Hg = DIFFERENZA DI QUOTA GEOTETICA TRA PELO LIBERO SERBATOIO DI MONTE E QUELLO DI VALLE

β = LO CONOSCIAMO DOPO AVER SCELTO IL MATERIALE CON CUI LA CONDOTTA VERRÀ ESEGUITA

ΔH = β _Q² L _D⁵

ΔH = J L

1. Se vogliamo ΔH '< ΔH allora il nuovo diametro deve essere maggiore di quello iniziale D'>D.
2. Se vogliamo ΔH '' > ΔH allora il nuovo diametro deve essere minore di quello iniziale.

Per trovare il ΔH ottimale → si studia il range per il quale si hanno diametri che comportano una velocità dell'acqua compresa tra 0,6 m/s e 1,2 m/s.

ΔE D_MAX corrisponderà la V_MINIMA.

INIZIALMENTE ABBIAMO UN IMPIANTO CON NOTI D, Q, L ed H.

FACCIAMO MODIFICHE AGGIUNGENDO UN'EROGAZIONE CONCENTRATA E UNA DISTRIBUITA.

DA A DEVE USARE

Qa = Qb + q1 + q2

PER LA LEGGE DI DARCY ΔH = β _Q²/_D⁵L, DOVENDO AUMENTARE LA PORTATAAUMENTERANNO LE PERDITE DI CARICO.

QUINDI SE PRIMA AVEVO ΔH = H, ORA AVRÒ ΔH > H IL CHE NON È POSSIBILE PERCHÉ LE PERDITE DI CARICO NON POSSONO ESSEREMAGGIORI DEL CARICO A ME DISPONIBILE.

Per fare in modo che l'impianto funzioni bisogna intervenire a livello strutturale o aumentando il carico o diminuendo leperdite di carico con un aumento di diametro o raddoppiando la condotta.

PER QUESTO NON SI PROGETTA MAI A TUTTO CARICO, CIOÈ ΔH = H, MA SITENGONO SEMPRE 3m - 10cm DI SCARTO COSÌ DA AVERE LA MASSIMAELASTICITÀ DELL'IMPIANTO PER ADATTARSI ALLE ESIGENZE DEL FUTURO.

AUMENTIAMO IL DIAMETRO NEL TRATTOCD E AVREMO MINORI PERDITE DI CARICOIN QUEL TRATTO.

IN AB SCORRE UNA PORTATA Qab > Qab

ABBIAMO MAGGIORI PERDITE DI CARICO,J MAGGIORE E AVVIINO UNA MAGGIOREINCLINAZIONE PIEZOMETRICA

Quindi:

• Fissato il numero di abitanti da fornire
• Fissata la dotazione idrica
• Calcolo la portata media
• Cerco la falda

La falda deve essere quanto più vicina possibile e con le proprietà inderogabili migliori.

Ma è preferibile anche prendere acqua da una falda più lontana con caratteristiche ancora migliori perché così evitano i costi dell'impianto di potabilizzazione.

Impianto di potabilizzazione → costi di costruzione costi di funzionamento controlli e manutenzione

Valutazione quota opera di presa

Su che punto si deve posizionare il serbatoio a monte ipotizzando che l'acqua di falda sia ovunque e di ottima qualità e quantità?

La scelta tra i due serbatoi a monte deve essere fatta sia in termini economici che in termini di sicurezza.

La sicurezza è più importante del fattore economico.

Serbatoio a monte ha come funzione quello di stabilire il piano dei carichi idrostatici relativi dell'acquedotto esterno.

Serbatoio a valle deve:

• Definire il piano dei carichi idrostatici relativi dell'acquedotto interno
• Compenso di acqua
• Riserva di acqua (in caso di default o manutenzione)

La rete di distribuzione è formata da un sistema di maglie sempre più fitte che in caso di interruzione di un tratto, riescono a convogliare ugualmente acqua all'utenza

Se non possiamo collocare il serbatoio di immagazzinamento tra l'opera di presa e la rete di distribuzione, possiamo avere altre tipologie di acquedotto esterno.

SERBATOIO DI TESTATA

SERBATOIO DI ESTREMITÀ

Le pressioni max che si possono avere sono sia quelle che vanno dal punto minimo della condotta alla piezometrica, sia quelle che dalla piezometrica vanno verso il piano dei carichi idrostatici, in quanto, se la valvola viene chiusa, diverra' quella.

Bisogna considerare una situazione ancora piú gravosa, cioè quella che si ha in fase di collaudo con la piezometrica che si trova al di sopra del piano dei carichi idrostatici.

Per le pressioni, tra le due condotte ne abbiamo di meno nella 2, in quanto tra il punto minimo della condotta e la piezometrica vi è meno carico.

La velocità, a parità di diametro e portata, sono le stesse.

Tubazioni

Le tubazioni provengono da un processo di natura industriale e devono rispettare ben precise norme di garanzia del fluido trasportato e di accettazione in cantiere.

Normativa italiana impone al direttore dei lavori di redigere il capitolato speciale d'appalto, dove vengono specificati tutti i materiali ed i pezzi che si vuole utilizzare. Se ben redatto, la ditta deve utilizzare tutto ciò che chiede il direttore.

Il direttore può anche andare a controllare nello stabilimento di produzione.

Altra figura molto importante è il collaudatore che può decidere anche lui di sottoporre le carma a prove per verificare le proprietà.

Scelta della tubazione adatta

Vengono scelte in base a 3 caratteristiche:

• Pressioni di esercizio —> ogni materiale è in grado di resistere a specifiche pressioni.
• Destinazioni di impiego —> per esempio, se bisogna realizzare un impianto idropotabile bisogna scegliere un materiale ed un rivestimento non dannoso per la salute mentre per impianti di tipo irriguo o industriale si potrà propendere per materiali meno adeguati.
• Caratteristiche morfologiche e meccaniche del terreno di posa —> ogni terreno ha caratteristiche chimiche ed elettrochimiche da tenere in considerazione, perché potrebbero avvenire fenomeni di corrosione della tubazione.

Bisogna evitare zone di bassa stabilità dei terreni in quanto in caso di criai (terremoto, etc) non può e non deve mancare acqua all’utenza.

Se siamo obbligati a passare in una zona con scarse caratteristiche geotecniche dobbiamo prendere tutti gli opportuni accorgimenti: (utilizzando tubazioni molto flessibili o molto rigide)