Progetto Rete di drenaggio urbano

ACQUE REFLUE

6-3 261,46 7

Collettore Lunghezza [m] Percorso Lunghezza [m] Quota 50m s.l.m.

2-1 20,94 4-3-2-1 271,66 Profondità 1,5m

3-2 24,75 5-6-3-2-1 249,46 Altezza vasche 2m

4-3 225,97 7-6-3-2-1 308,98 Recapito 44m s.l.m.

6-3 178,62 10-9-8-2-1 372,83 Dislivello 2,5m

5-6 49,90 12-11-8-2-1 398,01

7-6 84,67 ACQUE METEORICHE Pendenza massima 0,6%

8-2 74,12

9-8 182,87

10-9 94,90

11-8 138,93

12-11 164,02 8

- Acque reflue

Per il dimensionamento dei collettori della rete di raccolta delle acque reflue occorre stabilire la

massima portata in uscita da ogni edificio e il relativo punto di scarico. La portata reflua media

annua in litri al secondo viene determinata, come nel caso di zone residenziali, tramite la relazione:

Per le aree industriali in particolare, questa grandezza è molto incerta e dipendente da numerosi

fattori; talvolta non noti e comunque variabili durante la vita dell’opera (30-50 anni). La richiesta

idrica dipende principalmente dal settore di produzione, dai processi utilizzati e dai coefficienti di

ricircolo; inoltre non tutta l’acqua utilizzata viene scaricata in fognatura.

Vengono forniti per ogni edificio gli abitanti equivalenti, ovvero il carico organico biodegradabile

avente una richiesta biochimica di ossigeno a 5 giorni (BOD ) pari a 60 gr di ossigeno al giorno, in

5

modo da ricondurre lo scarico di acque reflue dell’area industriale al carico totale prodotto e che

dovrà poi essere trattato dall’impianto di depurazione. Si assume una dotazione idrica di progetto

di 250 l/ab.day e un coefficiente di dispersione α = 0,85; che tiene conto dell’aliquota di dotazione

idrica relativa agli usi che non hanno recapito in fognatura.

Lo scarico di acque reflue in fognatura è caratterizzato da periodicità analoghe a quelle del

consumo idrico e per ottenere la portata reflua di progetto occorre quindi determinare il coefficiente

di punta moltiplicativo alla portata media in modo da riferirsi alla condizione più sfavorevole.

Si utilizza la relazione empirica di Koch:

Abitanti Collettore di

Edificio Qnm [l/s] Cp Qnp [l/s]

Equivalenti scarico

1 200 3n-6n 0,49 5,06 2,49

2 300 3n-6n 0,74 4,41 3,25

3 300 3n-5n 0,74 4,41 3,25

4 50 2n-4n 0,12 8,63 1,06

5 150 2n-4n 0,37 5,62 2,07

6 150 1n-2n 0,37 5,62 2,07

Utilizzando per ogni collettore il diametro minimo di 200mm, con la scabrezza scelta (grès tubi

1/3

usati k = 80 m ) e assumendo per ogni tratto una pendenza dello 0,7%, si ottiene un grado di

s

riempimento massimo del 49,5% per il collettore 1n-2n e velocità accettabili in tutta la rete. Và

specificato che, essendo la portata variabile, in alcuni momenti si possono avere velocità inferiori;

è pero possibile utilizzare pendenze superiori per i tratti più corti e in generale per tutta la rete,

avendo inizialmente ipotizzato 1m di diametro. 9

Collettore Edificio Qnp [l/s] D [mm] Riempimento V [m/s]

2-1 1-2-3-4-5-6 14,20 200 49,50% 0,91

4-5 3,13 200 22,00% 0,59

4-2 1-2-3 9,00 200 38,50% 0,80

3-2 3 3,25 200 22,50% 0,60

5-3 1-2 5,75 200 30,00% 0,71

6-3

- Acque meteoriche

Per il dimensionamento della rete di drenaggio delle acque meteoriche, sotto le ipotesi di

autonomia e sincronia dei collettori, è possibile stimare le massime portate dovute alla pioggia

sviluppatasi sul bacino utilizzando il Metodo Cinematico:

3 2

Dove Q [m /s] rappresenta la portata smaltita dal collettore, A [m ] l’area totale del sottobacino

ϕ

drenato, il coefficiente di afflusso equivalente che tiene conto della parte di pioggia che non

contribuisce al deflusso, come accumuli in superficie e infiltrazioni, mentre i [m/s] rappresenta

l’intensità media di precipitazione data dalla curva di possibilità pluviometrica. Quest'ultima

rappresenta l’altezza di pioggia caduta al tempo t ed è espressa tramite i due parametri a e n,

dipendenti dalla località e dal tempo di ritorno.

La durata di pioggia che massimizza la portata secondo il metodo cinematico è definita tempo di

corrivazione (t ) e in una rete di drenaggio urbano è dato dalla somma di due contribuiti: tempo di

c

accesso (t ) e tempo di rete (t ). Il primo indica il tempo che impiega la particella d’acqua caduta

a r

nel punto idraulicamente più lontano del bacino a raggiungere il punto d’ingresso alla fognatura,

complesso da determinare e usualmente assunto nell’intervallo 5-15min; mentre il secondo

rappresenta il tempo di permanenza dell’acqua nel collettore e non è noto a priori essendo

dipendente dalla velocità e quindi anche dal diametro e dalla portata stessa.

Il dimensionamento avviene quindi tramite un procedimento iterativo:

1. Viene fissata una velocità di primo tentativo (1-1,5m/s)

2. Si calcola il tempo di corrivazione

del tratto considerato, che può

essere ottenuto tramite il metodo

semplificato:

3. Noto il coefficiente di afflusso e l’area drenata, considerando anche i collettori di monte, tramite

la formula razionale si ricava la portata di progetto corrispondente all’evento critico (t ).

c

4. Nota la scabrezza, la geometria e la pendenza del tratto, utilizzando la relazione di moto

uniforme di Strikler si sceglie un diametro a cui corrisponde una portata superiore e che

soddisfa i vincoli di progetto (velocità e riempimento).

5. Si confronta la velocità ottenuta con il valore iniziale ipotizzato e se lo scarto è inferiore al 30%,

si arresta il procedimento, altrimenti si procede con l’iterazione successiva ripartendo dal pt.1

con il nuovo valore di velocità.

Il metodo converge molto velocemente e sono spesso sufficienti due sole iterazioni; si riportano

per la rete in esame i dati utilizzati nel procedimento: 10

Per la suddivisione dell’area

2

complessiva (92000 m ) in

sottobacini drenati dai singoli

collettori, sono stati ipotizzati i

punti di scarico dei lotti (edifici,

strade e parcheggi).

Essendo l’area totalmente

impermeabile si ha lo stesso

coefficiente di afflusso per tutte

ϕ=0,85

le sottoaree; si assume

In figura si riporta la

delimitazione delle sottobacini

indicandone il collettore di

scarico, mentre in tabella si

riportano valori insieme all’area

totale drenata considerando

considerando anche i collettori

di monte. 2 2

Area sottobacino [m ] Area drenata totale [m ]

Collettore

2-1 / / A1-2-3-4-5-6-7-8-9-10 92000

3-2 A5 4080 A1-2-3-4-5 37730

4-3 A1 4110 A1 4110

6-3 A4 14410 A2-3-4 29540

5-6 A2 5640 A2 5640

7-6 A3 9490 A3 9490

8-2 A6 4550 A6-7-8-9-10 54270

9-8 A8 10570 A8-9 25550

10-9 A9 14980 A9 14980

11-8 A7 14530 A7-10 24170

12-11 A10 9640 A10 9640 11

1/3

Si utilizzano delle tubazioni circolari in PEad corrugato o calcestruzzo con scabrezza k = 75 m ·

s

-1

s e si assume per ogni tratto una pendenza pari al valore massimo calcolato di 0,6%. Si

procederà poi nei nodi di collegamento ad allineare le generatrici superiori dei diversi diametri in

modo che i collettori di valle non rigurgitino quelli di monte e sia soddisfatta l’ipotesi di autonomia.

Trattandosi di aree omogenee e di ridotta estensione si sceglie un tempo di accesso costante e

pari a 5min (300s); mentre il tempo di rete di ogni collettore viene stimato considerando una

velocità iniziale di 1,5m/s; i tempi di corrivazione risultano perciò di pochi minuti e si farà quindi

riferimento nel calcolo alla curva di possibilità pluviometrica relativa a durate inferiori all’ora.

Si riportano i risultati dell’applicazione del metodo cinematico, utilizzato per la determinazione delle

massime portate di pioggia, e il relativo dimensionamento dei collettori della rete di drenaggio: 12

13 • Dimensionamento invasi

- Protezione idraulica e ambientale

L’urbanizzazione del territorio provoca un’alterazione al regime naturale delle acque superficiali

che comporta degli effetti negativi in termini idraulici e ambientali. L’impermeabilizzazione delle

superfici porta infatti ad una minore infiltrazione e di conseguenza aumenta il deflusso superficiale

a discapito della ricarica della falda. Si hanno quindi delle portate maggiori scaricate nei corpi idrici

superficiali e in tempi più brevi rispetto alla situazione pre-urbanizzazione; per via della minor

scabrezza, quindi del tempo di corrivazione, rispetto alle superfici naturali. Inoltre sulle superfici

urbane, principalmente per via del traffico stradale, si depositano sostanze che in tempo di pioggia

vengono dilavate dalle acque meteoriche contaminandole; con un forte rischio ambientale per via

dell’elevato carico inquinante sversato poi nei corsi d’acqua.

Per garantire l’invarianza idrologica è possibile intervenire in modo diffuso sul territorio inserendo

dei dispositivi di infiltrazione (LID), in modo da ridurre i volumi versati alla condizione pre-

urbanizzazione; mentre per compensare gli effetti idraulici e ambientali agendo in modo puntuale

sulla rete è possibile inserire degli invasi prima dello scarico al ricettore.

Si riporta il dimensionamento degli invasi, posti in linea alla rete di drenaggio delle acque

meteoriche e subito a monte dello scarico, con la relativa disposizione nell’area A indicata.

- Vasca di laminazione

Per mantenere l’invarianza idraulica del territorio, ossia garantire che la portata scaricata al

ricettore non superi il valore massimo presente prima dell’urbanizzazione dell’area, si realizza una

vasca di laminazione a monte dello scarico. In questo caso viene assegnata una portata q di 10,7

u

l/s per ogni ettaro di superficie drenata e, data un’area totalmente impermeabile pari a 9,2ha, si

ottiene una portata massima in uscita dalla vasca Q = 98,44 l/s. Il dimensionamento della vasca

u

consiste nel determinare il volume massimo che questa dovrà invasare, dovuto alla differenza tra

la portata di pioggia in ingresso alla vasca e la portata in uscita.

Tramite il metodo semplificato basato sulle sole piogge, il volume contenuto nella vasca al tempo t

p

è definito dalla relazione:

Occorre quindi determinare la durata di pioggia critica t che massimizza il volume invasato:

v

Con il quale si ricava il

volume con cui la vasca

deve essere progettata:

Il metodo considera quindi uno quindi uno ietogramma rettangolare e portata in uscita dalla vasca

costante. Ques’ultima semplificazione comporta però un sottodimensionamento della vasca in

quanto, a meno di utilizzare una pompa per lo svuotamento, la portata in uscita è variabile con

livello di riempimento e aumenta con il volume invasato. Si ha quindi un volume aggiuntivo da

invasare che può portare problemi di insufficienza della vasca di laminazione. 14

Per ovviare questo problema, senza incre