Relazione Sistemi idraulici urbani fognature

TABELLA 12: CONFRONTO VALORI DI PORTATA METODO CINEMATICO E MODELLO CON SWMM 26

TABELLA 13: RISULTATI SIMULAZIONE CON IETOGRAMMA RETTANGOLARE VERIFICA DELLE VASCHE. 28

II INTRODUZIONE

La seguente relazione si pone come obiettivo la descrizione del progetto di una rete

fognaria di tipo misto per un centro abitato con un’estensione di circa 26 ettari e

densamente urbanizzato con un numero di abitanti pari a 8000 unità.

La fognatura avrà il compito di confluire le acque reflue urbane e le acque meteoriche

sino alla sezione di chiusura che porterà il refluo all’impianto di trattamento e alle vasche

utili alla salvaguardia del rischio idraulico.

In figura 1 viene riportata la planimetria generale dell’area su cui si può notare il sistema

fognario relativo allo smaltimento.

Lo studio si prefigge di:

1. Dimensionare i collettori fognari nelle 10 sezioni, indicate in figura 1.

2. Disegnare la planimetria indicando le quote di scorrimento dei collettori.

3. Progettare uno scaricatore di piena, nel punto terminale della rete, tale da

separare le portate reflue in tempo di pioggia con un grado di diluizione pari a 5.

4. Individuare il volume di una vasca di prima pioggia e di una vasca di laminazione da

collocare in prossimità del tratto finale in modo tale che la portata in uscita non

sia superiore a 10 l/s ha.

5. Verificare il dimensionamento della rete con una simulazione numerica usando il

programma di modellistica idraulica SMWW.

1

FIGURA 1: SCHEMA PLANIMETRICO DELL’AREA DI STUDIO.

2

DIMENSIONAMENTO DEI COLLETTORI

Il dimensionamento della rete fognaria deve tenere conto di diversi contributi, quello

relativo allo scarico di acque reflue urbane e quello dovuto alla componente meteorica.

Inoltre, il recapito (nella figura precedente la sezione 1) che porterà il refluo al

trattamento ha un limite di quota pari a -3.00 m s.l.m.

SMALTIMENTO ACQUE REFLUE

Per poter dimensionare il contributo delle acque reflue urbane, si è calcolato la portata

media annua ipotizzando che la popolazione fosse uniformemente distribuita e che la rete

sia al servizio di 8000 abitanti. La portata reflua è ottenibile dalla formula (b.1):

= ∙ ∙

Con:

• [ ] =

• [−]

=

• [ ] =

∙

• []

=

Vengono assegnati, per il seguente caso di studio, un coefficiente di dispersione pari a

(tiene conto delle eventuali perdite lungo il sistema fognario (b.4)), una

= 0.85

dotazione idrica media annua pari a e una popolazione di La

= 250 = 8000 .

∙

portata risulta quindi:

0.85 ∙ 250 [ ] ∙ 8000 [] 3

∙

= = 19.7 ≅ 0.02

86400 [ ]

Si è proceduto con l’assegnazione di un’area parziale ( ), ad ogni ramo della rete,

come ipotizzato in figura 2. 3

FIGURA 2: SCHEMA SUDDIVISIONE DELLE AREE.

4

Successivamente, la portata reflua media annua sopra calcolata è stata suddivisa in

funzione dell’area afferente ad ogni collettore ( ), con = .

,

,

= ∙

,

Inoltre, la portata reflua ha una variabilità giornaliera, conseguentemente il

dimensionamento dei collettori è fatto sulla portata di punta che tiene conto del massimo

valore di portata: = ∙

,, ,

• [ ] =

,

• [−]

=

• [ ] =

Il coefficiente di punta è calcolato con la formula di Koch, che lo mette in relazione con

la portata media annua: 2.5 2.5

= 1.5 + = 1.5 + = 2.064

√19.7

√

• [−] =

• nel seguente caso

[ ] = =

Si è considerato il coefficiente di punta costante e calcolato con la portata nera media

annua che arriva alla sezione di chiusura 1, per poter rispettare il bilancio delle portate.

La portata di progetto della componente reflua per ogni collettore risulta:

TABELLA 1: AREE AFFERENTI E PORTATE REFLUE DI PROGETTO 3

SEZIONE A [ha] A [ha] Q [l/s] Q [l/s] Q [m /s]

parziale tot, i ref, i ref,P,i ref,P,i

1 0.11 26.16 19.68 40.60 0.04

2 3.57 3.57 2.69 5.54 0.01

3 1.60 17.61 13.24 27.32 0.03

4 4.88 4.88 3.67 7.57 0.01

5 0.68 8.68 6.53 13.47 0.01

6 3.56 7.33 5.51 11.37 0.01

7 0.05 8.00 6.01 12.41 0.01

8 1.33 1.33 1.00 2.07 0.00

9 6.61 6.61 4.97 10.26 0.01

10 3.77 3.77 2.84 5.85 0.01

5

SMALTIMENTO ACQUE METEORICHE

Per il dimensionamento del sistema delle acque meteoriche, si utilizza la portata

meteorica massima calcolata con il metodo cinematico. Il seguente metodo considera che

la portata massima alla sezione di chiusura di un bacino sia quella corrispondente al tempo

di corrivazione del bacino stesso (b.1): −1

= ∙ ∙ ∙

• [ ] =

• [−]

=

• 2

[ ]

=

• [ ] = à

ℎ

• [ℎ]

=

• [−]

= à

Nel caso di studio, con assegnato, la curva di possibilità pluviometrica per

= 5

precipitazioni di durata inferiore all’ora è:

5

0.62 0.62 0.62

(51.3 ) (51.3 )

ℎ = ∙ = + ∙ = + ∙ = 53.8 ∙

2 2

60.0

50.0

40.0

[mm] 30.0

h 20.0

10.0

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

t [h]

FIGURA 3: CURVA DI POSSIBILITÀ PLUVIOMETRICA PER DURATE INFERIORI AD 1 ORA.

Per quanto riguarda l’assegnazione delle aree afferenti ad ogni tubo è stato considerato

di mantenere le aree che erano state individuate durante il calcolo della portata reflua,

indicate in figura 2. 6

Il tempo di corrivazione, per definizione, è il tempo che impiega una particella d’acqua a

giungere dal punto idraulicamente più lontano alla sezione di chiusura. In ambito urbano,

è dato dalla somma di due componenti: il tempo di accesso , ovvero il tempo impiegato

dalla particella d’acqua per andare dal punto in cui cade alla fognatura, e il tempo di rete

, ovvero il tempo che la particella impiega a percorrere il tratto di rete che la porterà

alla sezione di chiusura. Il tempo di rete è dato dal rapporto tra la lunghezza del tubo

in esame e della velocità con cui l’acqua scorrerà all’interno del tubo (che viene

ipotizzata) (b.1).

= + = +

• [ℎ] =

• [ℎ]

=

• [ℎ]

=

Il tempo di rete per i collettori centrali, è dato dal valore del tempo di rete maggiore tra

i rami a monte degli stessi. = max ( )

Ipotizzata una velocità di primo tentativo uguale per tutti i tubi, si calcola la

1

° = 1.5

1°

portata di primo tentativo che transiterà all’interno del tubo. Essa dovrà essere

minore della portata di moto uniforme a sezione piena per un tubo a sezione

circolare. La portata di moto uniforme viene calcolata dopo aver ipotizzato un diametro

la pendenza di ogni tubo in modo da far rientrare la percentuale di riempimento tra

,

il 60-80%. (b.1) 2

2

2 3

( )

= √ = √

3

4 2

Il calcolo del riempimento e della velocità effettiva all’interno dei tubi sono calcolati con

la scala delle portate circolare (può essere sia grafica che tabellate, figura 4 (b.1)), noto

1°

il rapporto tra le due portate .

1/3

La scabrezza di Gauckler-Strickler e viene ipotizzata pari a perché si suppone

75

che il materiale utilizzato per le tubazioni sia cemento non perfettamente lisciato (b.1),

proveniente da un impianto di prefabbricati in cemento e che la giunzione “a bicchiere”.

7

FIGURA 4: SCALA DI DEFLUSSO SEZIONE CIRCOLARE GRAFICA (IN ALTO) E TABELLARE (IN BASSO)

8

Se la velocità effettiva risulta maggiore della velocità ipotizzata occorrerà ripetere

2°

2°

nuovamente il calcolo della portata con il tempo di corrivazione calcolato con la

nuova velocità. 2° 2°

= + = +

2°

Si prosegue iterativamente finché l’errore relativo tra le velocit&agra