. Parte settima Le reti fognanti Premessa L’azione antropica sul territorio si è manifestata nei secoli in maniera sempre crescente ma, negli ultimi decenni, si è intensificata in modo esponenziale, in relazione alle accresciute potenzialità offerte dalla tecnologia. Si sono così verificati intensi fenomeni di trasformazione dell’uso del suolo, dovuti a processi di urbanizzazione, di industrializzazione e di coltivazione di vaste aree, che hanno comportato macroscopici interventi sul territorio. Pertanto la difesa idraulica del territorio non investe solamente le problematiche della difesa dalle inondazioni, ma anche il drenaggio delle aree urbane al fine di regolare le acque meteoriche in eccesso ed incanalarle in un sistema di canalizzazioni, di manufatti, apparecchiature e macchinari atti a raccogliere ed allontanare dagli abitati le acque meteoriche e le acque reflue prodotte dagli usi domestici, pubblici, artigianali ed industriali. Un sistema siffatto prende il nome di fognatura dinamica. La progettazione di una rete di fognatura è strettamente correlata alla conoscenza dell’afflusso meteorologico, pertanto origina dallo studio delle precipitazioni che, attraverso la mediazione del bacino, vengono trasformate in portate secondo vari modelli di trasformazione afflussi-deflussi. Per una valida progettazione della rete di fognatura occorrono: Normativa vigente NORMATIVA STATALE: Circolare Ministeriale LLPP n.° 11633/74 "Istruzioni per la progettazione delle fognature e degli impianti di trattamento delle acque di rifiuto" Legge 10/5/1976 n.°319 “Norme per la tutela delle acque dall'inquinamento" Delibera C.I. 4.2.1977 - Allegato 4 “Norme tecniche generali per la regolamentazione dell'installazione e dell'esercizio degli impianti di fognatura e depurazione" Decreto Ministeriale LL.PP. 12/12/1985 "Norme tecniche relative alle tubazioni" COMPETENZE REGIONALI Piano Regionale di risanamento delle acque (art.8 Legge 319/76) L.R. 29 luglio 2010, n. 31 - Norme regionali contenenti la prima attuazione del decreto legislativo 3 aprile 2006, n. 152 (Norme in materia ambientale) REGOLAMENTI COMUNALI Le reti fognanti 353 Supporto cartografico Corografia 1:25.000 1:10.000 - delimitazione dei confini amministrativi, - delimitazione del bacino idrografico gravante sul centro da servire - idrografia superficiale Planimetria quotata 1:5000 - spartiacque ed impluvi naturali Aerofotogrammetrici 1:2000 ÷ 1:1000 - perimetrazioni bacini scolanti Piani Urbanistici e Previsioni di sviluppo Dati demografici Popolazione Popolazione Popolazione Popolazione residente (serie storica) stabile non residente (collegi, caserme, ospedali) fluttuante con pernottamento (alberghi, 2 case, ecc.) fluttuante senza pernottamento (addetti unità lavorative) Dati relativi alle unità produttive Tipologia dell’attività Numero addetti Dati pluviometrici Dati sull’idrografia superficiale Dati freatimetrici 1. Caratteri di qualità delle acque di fogna 1.1 - Acque reflue domestiche I caratteri di qualità delle acque reflue domestiche sono connessi fondamentalmente con la differente tipologia degli insediamenti, con le dotazioni idriche, con la natura ed il livello di dotazione dei servizi. Sussistono inoltre numerosi altri fattori che condizionano i caratteri delle acque di rifiuto domestiche, quali la successione delle stagioni, la presenza di acque di falda infiltrate, l'accidentale immissione di sostanze inusitate, ecc. I caratteri di qualità delle acque reflue, pertanto, in quanto dipendenti da un limitato numero di fattori determinatori, sono in linea di massima determinabili a priori. Le indagini di campo, anche se di tipo speditivo, sono peraltro sempre auspicabili e necessarie per avere valida conferma degli assunti progettuali. I principali indicatori ai quali viene fatto riferimento per quantizzare il livello di inquinamento delle acque reflue sono costituiti da parametri chimico fisici, dal contenuto di materiale organico, di materie solide, di nutrienti e di metalli pesanti. Le misure che vengono normalmente eseguite riguardano: il BOD ( Biochemical Oxygen Demand ): quantità di ossigeno richiesta dai microrganismi presenti in un liquame abilitati alla stabilizzazione aerobica delle sostanze organiche biodegradabili. La determinazione si effettua prelevando un campione di liquame contenuto all'interno di una bottiglia chiusa con un tappo misuratore della quantità di ossigeno consumata all'interno del contenitore. Con riferimento al valore misurato sul display a 5 giorni (BOD5) questo risulta un consumo di ossigeno pari al 68% del totale richiesto per la stabilizzazione. 354 Figura 1. Contenitore per la misurazione del BOD il COD ( Chemical Oxygen Demand ): quantità di ossigeno richiesta da un liquame per conseguire la ossidazione chimica della quasi totalità delle sostanze organiche, sia biodegradabili che non biodegradabili. Il valore del COD di un liquame è sempre superiore al valore del BOD e non risente della presenza di inibitori tossici. il TOC ( Total Organic Carbon ): è una determinazione che, attraverso la titolazione dl carbonio presente nel liquame, individua la totalità di sostanze organiche presenti nel liquame. i solidi sospesi l'azoto ammoniacale e nitroso il fosforo, totale e come ortofosfati i tensioattivi gli olii ed i grassi i metalli pesanti, specie il piombo e lo zinco. Facendo riferimento alla situazione italiana, un liquame bruto domestico è caratterizzato da un BOD 5 pari a 200-300 ppm, con valori di picco, rilevabili nelle prime ore della giornata, pari a 400-500 ppm. Nei collettori nei quali forte è la presenza di acque di falda infiltrate, il BOD 5 può scendere fino a valori di 100 ppm. 1.2 - Acque di drenaggio di origine meteorica I caratteri di qualità delle acque di drenaggio urbano sono connessi fondamentalmente con le condizioni meteorologiche di tempo di pioggia, con l’intensità della precipitazione, con la differente tipologia degli insediamenti, con l'inquinamento atmosferico, con il materiale sedimentato nelle fogne, con la natura e la quantità dei sedimenti sulla superficie dilavata. Sussistono inoltre numerosi altri fattori che condizionano i caratteri delle acque di pioggia, quali la successione delle stagioni, il numero di giorni non piovosi che precedono l'evento pluviometrico, la presenza di acque di falda infiltrate, la natura ed il livello di dotazione dei servizi, le dotazioni idriche, l'accidentale immissione di sostanze non usuali, ecc. I caratteri di qualità delle acque di drenaggio, pertanto, in quanto dipendenti da un elevato numero di fattori determinatori e da un elevatissimo numero di fattori accessori, non sono determinabili a priori, ma richiedono lunghe ed onerose indagini di campo volte alla loro acquisizione in termini statisticamente significativi. I principali indicatori ai quali viene fatto riferimento per quantizzare il Le reti fognanti 355 livello di inquinamento delle acque di drenaggio sono costituiti da parametri chimico fisici, dal contenuto di materiale organico, di materie solide, di nutrienti e di metalli pesanti. Le misure che vengono normalmente eseguite riguardano: per per per per per i parametri chimico fisici il materiale organico le materie solide i nutrienti i metalli pesanti pH, Temperatura, Conducibilità, Torbidità BOD, COD e TOC Solidi sospesi Fosforo (totale e come ortofosfato) Piombo, Zinco, Mercurio, Cadmio, Rame Durante le precipitazioni i caratteri di qualità delle acque di pioggia risultano molto variabili in funzione sia del tasso e della natura dell'inquinamento atmosferico al momento presente, sia del ruscellamento e della contaminazione superficiale (presenza di vegetazione, erosione delle pavimentazioni e del suolo, materia organica presente sulla superficie, traffico veicolare, rifiuti dell'attività umana, ecc.), sia della capacità di mobilitazione di materiale sedimentato nelle canalizzazioni della rete di fognatura. 2. Impianti di Fognatura – Definizioni L’Allegato 4 alla Delibera del Comitato Interministeriale relativo alle “ Norme tecniche generali per la regolamentazione dell’installazione e dell’esercizio degli impianti di fognatura e depurazione” riporta le definizioni di un’usuale e ricorrente terminologia che verrà spesso richiamata nei paragrafi seguenti. “Per impianto di fognatura si intende il complesso di canalizzazioni, generalmente sotterranee, atte a racco- gliere ed allontanare da insediamenti civili e/o produttivi le acque superficiali (meteoriche, di lavaggio, ecc.) e quelle reflue provenienti dalle attività umane in generale. Le canalizzazioni funzionano a pelo libero; in tratti particolari il loro funzionamento può essere in pressione (condotte di mandata da stazioni di sollevamento, attraversamenti in sifoni, ecc.). Una rete di fognatura può essere a sistema misto quando raccoglie nella stessa canalizzazione sia le acque di tempo asciutto, che quelle di pioggia, ed a sistema separato se le acque reflue vengono raccolte in una apposita rete distinta da quella che raccoglie le acque superficiali. Le canalizzazioni, in funzione del ruolo che svolgono nella rete fognaria, sono distinte secondo la seguente terminologia: fogne: canalizzazioni elementari che raccolgono le acque provenienti da fognoli di allacciamento e/o da caditoie, convogliandole ai collettori; collettori: canalizzazioni costituenti l'ossatura principale delle rete che raccolgono le acque provenienti dalle fogne e, allorché conveniente, quelle ad essi direttamente addotte da fognoli e/o caditoie. I collettori a loro volta confluiscono in un emissario; emissario: canale che, partendo dal termine della rete, adduce le acque raccolte al recapito finale. 1) Le canalizzazioni fognarie e le opere d'arte connesse devono essere impermeabili alla penetrazione di acque dall'esterno e alla fuoriuscita di liquami dal loro interno nelle previste condizioni di esercizio. Le sezioni prefabbricate devono assicurare l'impermeabilità dei giunti di collegamento e la linearità del piano di scorrimento. La impermeabilità del sistema fognario deve essere attestata da appositi certificati di collaudo. 2) Le canalizzazioni e le opere d'arte connesse devono resistere alle azioni di tipo fisico, chimico e biologico eventualmente provocate dalle acque reflue e/o superficiali correnti in esse. Tale resistenza potrà essere assicurata sia dal materiale costituente le canalizzazioni, che da idonei rivestimenti. L'impiego del materiale di rivestimento e delle sezioni prefabbricate è ammesso solo su presentazione di apposita dichiarazione di garanzia, debitamente documentata, della ditta di fabbricazione. Le canalizzazioni costituite da materiali metallici devono, inoltre, risultare idoneamente protette da eventuali azioni aggressive provenienti sia dall'esterno, che dall'interno delle canalizzazioni stesse. Il regime delle velocità delle acque nelle canalizzazioni deve essere tale da evitare sia 356 la formazione di depositi di materiali, che l'abrasione delle superfici interne. I tempi di permanenza delle acque nelle canalizzazioni non devono dare luogo a fenomeni di settizzazioni 1 delle acque stesse. 3) Manufatti di ispezione devono di norma essere previsti ad ogni confluenza di canalizzazione in un’ altra, ad ogni variazione planimetrica tra due tronchi rettilinei, ad ogni variazione di livelletta ed in corrispondenza di ogni opera d'arte particolare. II piano di scorrimento nei manufatti deve rispettare la linearità della livelletta della canalizzazione in uscita dai manufatti stessi. I manufatti di cui sopra devono avere dimensioni tali da consentire l'agevole accesso al personale addetto alle operazioni di manutenzione e controllo. Lungo le canalizzazioni, al fine di assicurare la possibilità di ispezione e manutenzione, devono disporsi manufatti a distanza mutua tale da permettere l'agevole intervento del personale addetto. 4) Le caditoie devono essere munite di dispositivi idonei ad impedire l'uscita dalle canalizzazioni di animali vettori e/o di esalazioni moleste. Esse devono essere disposte a distanza mutua, tale da consentire la veloce evacuazione nella rete di fognatura delle acque di pioggia e comunque in maniera da evitare ristagni di acque sulle sedi stradali o sul piano di campagna. 5) Tutti gli allacciamenti previsti alle reti pubbliche devono essere muniti di idonei manufatti, le cui dimensioni ed ubicazione devono permettere una agevole ispezionabilità al personale addetto alle operazioni di manutenzione e controllo 6) Gli scaricatori di piena da reti di tipo misto devono essere dimensionati in modo tale da assicurare che le acque scaricate presentino una diluizione compatibile con le caratteristiche e con l'uso del ricettore. I rapporti di diluizione e le modalità di scarico verranno stabiliti dagli Enti competenti alla autorizzazione allo scarico. 7) Le stazioni di sollevamento devono essere sempre munite di un numero di macchine tale da assicurare una adeguata riserva. I tempi di attacco e stacco delle macchine devono consentire la loro utilizzazione al meglio delle curve di rendimento ed al minimo di usura, tenendo conto che i periodi di permanenza delle acque nelle vasche di adescamento non determinino fenomeni di setticizzazione delle acque stesse. Le stazioni di sollevamento devono essere munite o collegate ad idonei scaricatori di emergenza, tali da entrare autonomamente in funzione in caso di interruzione di fomitura di energia. Qualora per ragioni planoaltimetriche non risulti possibile la installazione di scaricatori di emergenza, le stazioni di sollevamento devono, in aggiunta alla normale alimentazione di energia, essere munite di autonomi gruppi energetici, il cui stato di manutenzione deve essere attestato dalle annotazioni riportate su apposito registro. Autonomi gruppi energetici devono, inoltre, essere previsti in tutti quei casi in cui il ricettore - dove potrebbe sversare lo scarico di emergenza - è sottoposto a particolari vincoli. 8) La giacitura nel sottosuolo delle reti fognarie deve essere realizzata in modo tale da evitare interferenze con quella di altri sottoservizi. In particolare le canalizzazioni fognarie devono sempre essere tenute debitamente distanti ed al di sotto delle condotte di acqua potabile. Quando per ragioni planoaltimetriche ciò non fosse possibile, devono essere adottati particolari accorgimenti al fine di evitare la possibilità di interferenze reciproche. 9) Lo studio di una rete di fognatura deve sempre riferirsi per gli elementi di base (previsioni demografiche ed urbanistiche, dotazioni idriche, dati pluviometrici, tipologia portata e qualità dei liquami, etc.) a dati ufficiali o comunque resi tali da apposita dichiarazione delle competenti Autorità. 10) La scelta del tipo di materiale delle canalizzazioni deve essere effettuata sulla base delle caratteristiche idrauliche, della resistenza statica delle sezioni, nonché in relazione alla tipologia ed alla qualità dei liquami da convogliare. Le canalizzazioni devono essere sempre staticamente verificate ai carichi esterni permanenti ed accidentali, tenendo conto anche della profondità di posa e delle principali caratteristiche geotecniche dei terreni di posa e di ricoprimento. 11) L'ente gestore della fognatura deve predisporre un idoneo programma di interventi di manutenzione ordinaria e straordinaria della rete di fognatura gestita. Tale programma deve, in particolare, definire gli intervalli di tempo entro i quali effettuare le normali operazioni di spurgo della rete nonché le verifiche concernenti sia le condizioni 1 Ristagno e putrefazione con conseguenti infezioni Le reti fognanti 357 statiche dei manufatti e lo stato di usura dei rivestimenti. L'attuazione di detto programma deve risultare da specifiche annotazioni da riportarsi su apposito registro. L'ente gestore deve, inoltre, disporre di una planimetria quotata sviluppata in una scala adeguata per permettere la chiara individuazione della rete fognante gestita. La stessa planimetria deve riportare lo schema della rete di distribuzione dell'acqua potabile. La planimetria di cui sopra deve risultare costantemente aggiornata. Gerarchicamente, procedendo dagli allacci dei privati e dalle caditoie stradali fino a giungere, dopo opportuni trattamenti, al recapito finale di restituzione delle acque reflue in un recettore naturale, si distinguono: fognoli di allacciamento : di dimensione non inferiore a 200 mm, consentono la immissione in rete degli scarichi domestici, dei servizi pubblici e delle acque meteoriche raccolte dalle caditoie stradali. canali di fogna : costituiscono la rete ramificata aperta che percorre tutte le strade del centro abitato, eccettuate quelle servite dai collettori principali . collettori principali : canalizzazioni a servizio di vaste aree. collettori emissari : grandi canali che, raccolte le portate dai collettori principali, provvedono all'allontanamento delle acque attraverso gli scaricatori di piena: le portate nere, raccolte nel canale allacciante, vanno all'impianto di depurazione mentre le portate meteoriche vengono reimmesse al recettore con canali fugatori. Figura 2. Rete fognante della città di L’Aquila Le reti di fognatura sono, in genere, del tipo ramificato aperto. Il funzionamento idraulico è a superficie libera, pur non mancando esempi di reti progettate anche per il funzionamento in pressione. Con specifico riferimento all'origine delle acque raccolte e trasportate, le reti di fognatura vengono classificate in: 358 a.reti di fognatura a sistema unitario Raccolgono e convogliano le acque pluviali e le acque reflue con un unico sistema di canalizzazioni. In questi sistemi i collettori sono dimensionati in funzione delle portate meteoriche conseguenti all’evento di pioggia in progetto. Questa portata è nettamente maggiore (centinaia di volte) della portata delle acque reflue e poiché l’impianto di depurazione è dimensionato con valore di poco superiore alla portata nera (portata nera diluita con rapporto di diluizione da 1- a 4), il supero dovrà essere scaricato direttamente nel mezzo recettore con opportuni manufatti detti scaricatori di piena. L’ubicazione di questi dispositivi è consigliabile ogni qual volta sia possibile lo scarico diretto nel recettore (scarichi di alleggerimento) e comunque all’ingresso del depuratore. In questi sistemi il lavaggio della fognatura è legato al regime pluviometrico, pertanto nei periodi di secca l’esigua portata nera defluisce con velocità molto bassa con conseguente sedimentazione dei solidi e l’innesco di fenomeni putrefattivi. In seguito si chiarirà meglio questo aspetto e si descriveranno le soluzioni possibili per la risoluzione del problema. Figura 3. Schema di fognatura con sistema unitario b.reti di fognatura a sistema separato Le acque reflue vengono raccolte e convogliate con un sistema di canalizzazioni distinto dal sistema di raccolta e convogliamento delle acque pluviali. La dimensione dei collettori delle acque pluviali è praticamente identico a quello della corrispondente rete unitaria, mentre la rete nera è caratterizzata da spechi di modeste dimensioni. Generalmente la rete pluviale scarica direttamente nel mezze recettore; oggi, dal punto di vista ambientale, si tende a separare le portata di prima pioggia che, soprattutto dopo un lungo periodo di siccità, presenta elevati contenuti inquinanti a seguito del lavaggio delle superfici stradali . Il sistema separato garantisce una portata nera pressoché costante all’impianto di depurazione però, data la limitata quantità, può creare problemi di smaltimento della parte solida, soprattutto nei tratti pianeggianti, per mancanza del lavaggio operato della portata pluviale. Figura 4. Schema di fognatura con sistema separato Le reti fognanti 359 Non esistono ragioni di validità di un sistema rispetto all’altro. Dal punto di vista igienico-sanitario entrambi i sistemi presentano il limite di non consentire il completo conferimento del carico inquinante, raccolto dalla fognatura, all’impianto di trattamento finale. Nel sistema separato, privo di separatori di prima pioggia, le acque di lavaggio delle strade sono scaricate dai collettori pluviali, senza trattamento, nei recettori. Nel sistema misto , durante eventi tenui di pioggia, che attivano gli scaricatori di piena con gradi di diluizione poco superiori alla norma, una parte del carico inquinante connesso alle portate nere è sversato direttamente nel recettore senza trattamento. Infine costatato che l’inquinamento delle acque di prima pioggia è causato principalmente dal dilavamento delle superficie pavimentate (strade e piazze), nella realizzazione di nuove reti di fognatura, in entrambi i sistemi, si tende a isolare, a monte dell’immissione nella rete, le acque di pioggia intercettate e raccolte dai tetti e convogliarle verso il recettore più vicino, su terreni permeabili o, attraverso pozzi perdenti, direttamente nella falda. Le esigenze della raccolta ed allontanamento delle acque nere e delle bianche sono diverse e possono portare a situazioni fra loro inconciliabili che rendono obbligata la scelta del sistema separato: Le acque nere : impongono : profondità di posa al disotto della rete idrica; pendenza sufficiente per un continuo deflusso ammettono : sollevamento meccanico caratterizzato da portate esigue e basse prevalenze. Le acque bianche : impongono : funzionamento a gravità (fatta l’unica eccezione del recettore a quota maggiore della sezione terminale dell’emissario) ammettono : posa superficiale (al limite pendenze naturali del reticolo idrografico) basse pendenze 3. Tipologia delle reti di fognatura Le reti di fognatura, come già detto, sono costituite da canali chiusi funzionanti a superficie libera. L'andamento plano-altimetrico delle reti, pertanto, risulta strettamente connesso alla morfometria dei luoghi ed alla natura ed ubicazione del mezzo ricettore finale; in funzione delle differenti realtà, originano due schemi elementari o di base, perpendicolare ed a ventaglio, che potendo coesistere tra loro realizzano schemi multipli: longitudinale, a terrazze e radiale . i collettori principali, disposti sulle linee di massima pendenza, confluiscono nell’emissario che scorre parallelamente al mezzo recettore fino all’impianto di depurazione. a - Schema perpendicolare: Figura 5 360 con sistema misto, con scaricatori di piena al termine dei collettori principali; con sistema separato, con i collettori pluviali che sversano direttamente nel recettore ; con sistema separato e separatori di prima pioggia ubicati al termine dei collettori pluviali ed in prossimità dell’e-missario. b - Schema a ventaglio : i collettori principali, che raccolgono le reti dei bacini secondari, confluiscono in un unico punto dal quale inizia l’emissario verso l’impianto di trattamento. Se il sistema è misto in questo punto verrà posizionato lo scaricatore di piena. Figura 6 c - Schema a terrazze: l’orografia del territorio impone la realizzazione di sottobacini indipendenti tra di loro. Ognuno di essi è a servizio della propria zona posta a quota diversa e dotata di una propria ed autonoma configurazione Figura 7 d - Schema radiale : Il centro da servire risulta suddiviso in più settori ognuno con rete di fognatura propria e con distinto recapito finale. Lo schema è tipico di città collinari con impluvi che convogliano verso bacini distinti Le reti fognanti 361 Figura 8 4. La geometria delle sezioni degli spechi di fognatura Gli spechi di fognatura, tutti, per ragioni igieniche, realizzati a sezione chiusa, hanno forme geometriche caratteristiche e differenziate in funzione del tipo di rete. Nel caso di reti separate: le acque bianche vengono incanalate in spechi a sezione circolare. In caso di collettori o emissari a servizio di vasti bacini e per i quali è previsto il vettoriamento di portate elevate, si ricorre all'adozione di più spechi a sezione circolare funzionanti in parallelo. Non sono infrequenti casi di adozione di sezioni rettangolari di grandi dimensioni. In queste, per contenere lo spaiamento delle acque in concomitanza di piccole portate, si ricorre all’accortezza di sagomare il fondo con doppia falda convergente verso il centro; le acque reflue vengono evacuate in spechi a sezione circolare di dimensione compresa da un minimo di 250 mm ad un massimo di 800 mm (Tubi di Grès e P.V.C.). Nel caso di necessità di adozione di spechi di dimensione superiore, si ricorre all'impiego di spechi di sezione semi ovoidale fino alla dimensione 70x70 cm e, successivamente, per dimensioni maggiori si adottano spechi ovoidali fino alla dimensione 160x240 cm . Figura 9. Sezioni correnti per spechi di fognatura Nel caso di reti unitarie le acque, sia reflue che di pioggia, vengono trasportate, come già detto, in unica canalizzazione realizzata, per le piccole e medie portate, con spechi a sezione circolare. Per dimensioni maggiori a diametri commerciali, si adottano spechi ovoidali senza banchina. I grandi 362 collettori ed i canali emissari vengono realizzati con spechi con sezioni banchinate di notevoli dimensioni (fino a 3200x3200 ed oltre) Figura 10. Sezioni per grandi spechi di fognatura Il ricorso all'adozione di sezioni policentriche ovoidali sia per la rete nera di sistemi separati sia per le reti miste è dettato da necessità idrauliche. Le portate nere, di limitata entità se raffrontate alle portate bianche prodotte dalla stessa area servita (rapporti nero/bianco compresi tra 1/100 e 1/600), debbono essere vettoriate con velocità sostenuta sia per ridurre i tempi di permanenza del liquame in fognatura, sia per ostacolare fenomeni di sedimentazione delle sostanze organiche ed inorganiche presenti nei reflui. Lo scopo viene conseguito ricorrendo all'impiego di spechi a sezione circolare per piccole canalizzazioni ed a sezione ovoidale per dimensioni medie e grandi. In questi ultimi le portate delle acque reflue vengono ad interessare la zona caratterizzata da forte curvatura ed elevato valore del raggio idraulico, fattore determinatore di elevata velocità di flusso. 5. Materiali per canalizzazioni Il trasporto dell’acqua è distribuito tra tubazioni realizzate in materiali con proprietà fisiche, chimiche e meccaniche proprie che, a seconda dei casi , lo rendono più o meno idoneo alle reali condizioni di utilizzazione. Conseguentemente le tubazioni realizzate con differenti materiali hanno un proprio caratteristico campo di applicazione, in funzione delle: pressioni di esercizio sollecitazioni dinamiche (traffico) o accidentali (sovrappressioni di moto vario) tendenza alla corrosione resistenza all’aggressività A tutt’oggi non esiste ancora in Italia una legislazione o dei regolamenti che trattano della conservazione delle reti di fognatura nei riguardi delle interazioni fisico-chimiche tra materiali ed ambiente di posa. L’argomento è della massima importanza, in quanto strettamente correlato alla durata nel tempo dell’efficienza delle opere. Le reti fognanti 363 Nell’analisi comparativa tra tubazioni e canalizzazioni realizzate con differenti materiali, vengono prese in esame le caratteristiche più salienti con specifico riferimento all'impiego nel trasporto di liquami. Queste sono: resistenza alla corrosione ed all'abrasione resistenza al flusso comportamento meccanico e la posa in opera tipo di giunto e pezzi speciali Il mercato risponde in maniera esaustiva offrendo un’ampia gamma di prodotti che, a seconda del materiale, possono essere classificati in tubazioni : Metalliche: acciaio, ghisa sferoidale; l’acqua, sempre presente nel terreno, ne determina il comportamento elettrolitico. Le tubazioni metalliche, di acciaio e di ghisa, queste ultime in minore misura, vanno incontro a fenomeni di corrosione elettrochimica. Il fenomeno può essere ingenerato sia dalla naturale formazione di pile galvaniche dovute all'eterogeneità del contatto suolo metallo, sia dalla presenza nel suolo di correnti vaganti disperse da sistemi funzionanti a corrente continua. Lapidee: calcestruzzo armato, sia ordinario che precompresso, cemento amianto, Ecored, ceramico ; il calcestruzzo ed il cemento amianto, se ben lavorati, normalmente non destano preoccupazioni per l'interazione con l'ambiente di posa. Solo in particolari condizioni, quali quelle connesse con eccesso di anidride carbonica, presenza di sali di magnesio e di solfati, è da attendersi l'attacco chimico dei conglomerati e la consequenziale loro disgregazione. Plastiche: PVC (policloruro di vinile), PRFV (poliestere rinforzato con fibre di vetro) e PEAD (polietilene ad alta densità). I polimeri, matrice delle tubazioni di materiale plastico, per loro natura sono resistenti agli attacchi chimici da parte dei suoli, mentre la presenza di sostanze additivate può modificare tale comportamento. Il decadimento delle caratteristiche meccaniche delle tubazioni di materiale plastico è dovuto all’assorbimento di acqua e dei suoi soluti, specie i cloruri. materiali cotti o ceramici : essenzialmente tubazioni realizzate in grès ceramico; sono caratterizzati da spiccata resistenza all’azione chimica dell’ambiente. Ottima è la resistenza anche nei riguardi delle sostanze considerate critiche per i materiali legati. Alcune di esse non trovano un utilizzo pratico ed economico nella realizzazione di reti di fognatura, come ad esempio le tubazioni di calcestruzzo armato normale e precompresso. Le tubazioni in acciaio possono trovare un utilizzo pratico e conveniente solo nel caso di impianti di sollevamento. Pertanto, nel presente Capitolo, verranno illustrati sinteticamente i processi di realizzazione ed i principali campi di utilizzazione delle condotte correntemente utilizzate per la realizzazione di reti di fognatura, rimandando successivamente, nel Capitolo riguardante gli Acquedotti, le restanti tubazioni. 5.1. Tubi di ghisa Largamente impiegate in Francia le tubazioni di ghisa stanno entrando anche nella mentalità progettuale italiana che le ha sempre ritenute eccessivamente costose in raffronto ad altre canalizzazioni. La ghisa è un materiale ferroso con elevato contenuto di carbonio. Nella fase di raffreddamento dallo stato fuso si ha la separazione di grafite sotto forma lamellare distribuita nella massa metallica. La presenza di grafite consente la lavorabilità della ghisa, ma la rende, nel contempo, fragile e poco resistente. Nel 1950 ricercatori americani, aggiungendo alla ghisa fusa, alla temperatura di circa 1350 °C, piccole quantità di magnesio, ottennero la ghisa sferoidale, caratterizzata dalla presenza di grafite libera in forma di noduli. Le caratteristiche meccaniche del nuovo materiale risultano confrontabili con quelle dell'acciaio per tubazioni, con perdita della fragilità e resistenza a trazione pari a 4050 kg/mm2. 364 Ghisa grigia: la grafite si presenta sotto forma di lamelle che si comportano come micro-cricche interne. Ai bordi delle lamelle agiscono punti di tensione in seguito alla concentrazione di linee di forza, causando rotture di tipo fragile senza deformazione plastica. Figura 11. Micrografia di una ghisa grigia Ghisa sferoidale o duttile: assenza di concentrazione di linee di forza poiché la grafite si presenta sotto forma di miscro-sfere. Pertanto si avrà deformazione plastica senza rotture di tipo fragile. Figura 12. Micrografia di una ghisa grigia A ed una ghisa sferoidale B I tubi di ghisa venivano realizzati con ghisa grigia di seconda fusione, colata entro forme verticali realizzate con terra di fonderia secondo la più antica tradizione adottata per costruire i cannoni. Le prime utilizzazioni di questi tubi risalgano al 1445 per la realizzazione di un acquedotto per il castello di Dillimgurb (Germania) , rimasto in esercizio fino al 1760, anno di distruzione del castello. Nel 1639 : condotte Medicee in Firenze – ancora in esercizio per alcuni tronchi ; nel 1644 realizzazione delle condotte di Versailles, in parte ancora in esercizio . La ghisa sferoidale è ottenuta per fusione, al cubilotto (1), di ghisa in pani, rottami di ghisa, acciaio e ferro leghe. Dal cubilotto la ghisa passa ad un forno elettrico (2), il quale assicura uniformità di composizione e di temperatura. Il successivo trattamento di sferoidizzazione (3) si raggiunge aggiungendo piccole quantità di magnesio ( 0,06%). Figura 13 I tubi di ghisa sferoidale vengono prodotti per centrifugazione entro conchiglia metallica (metodo De Lavaud-Arens ) o entro cassaforma rivestita con terra da fonderia (metodo Moore). a Metodo De Lavaud-Arens La ghisa liquida viene versata, con apposito canale ed in quantità, in peso, occorrente per realizzare il tubo dello spessore assegnato (funzione della pressione di esercizio alla quale viene assegnato) nella conchiglia , raffreddata ad acqua, posta in veloce rotazione e traslazione, per tutta la sua lunghezza. Il metallo liquido, tenuto a contatto con la superficie interna della conchiglia dalla forza Le reti fognanti 365 centrifuga, solidifica e forma il tubo, mentre la estremità opposta della conchiglia è chiusa da un’anima riproducente la sagoma interna del bicchiere . Figura 14 Al termine della centrifugazione il tubo estratto viene avviato al forno di ricottura, nel quale subisce un trattamento termico per trasformare la struttura della matrice perlitica, causata dal rapido raffreddamento della conchiglia, in una struttura ferritica. (Figura 15). I tubi sono mantenuti nel forno a riverbero per circa 25 minuti alla temperatura di circa 900 °C; infine, raffreddati lentamente, vengono estratti dal forno alla temperatura di circa 300 °C . Figura 15 b Metodo Moore Questo processo di fabbricazione, adottando conchiglie rivestite con terra di fonderia (materiale refrattario) con conseguente lento raffreddamento del tubo, evita il trattamento di ricottura. A fronte di un risparmio energetico, risulta più laboriosa la fase di preparazione delle conchiglie, che devono essere rivestite prima di ogni colata, con conseguente rallentamento della catena di produzione. Rivestimenti protettivi e tinteggiature Terminato il processo di fabbricazione, i tubi sono avviati alla zincatura e collaudati idraulicamente. Figura 16. Zincatura 366 Figura 17. Collaudo Idraulico A questo punto viene applicato, internamente e per centrifugazione, un rivestimento realizzato con malta di cemento alluminoso che conferisce al tubo un miglior coefficiente di scabrezza. Figura 18. Rivestimento interno Al termine della stagionatura del rivestimento interno, le tubazioni vengono verniciate esternamente con vernici epossidiche applicate a spruzzo. Figura 19.Rivestimento esterno A seconda del rivestimento esterno la commercializzazione li distingue in: Natural (per acquedotti) – con rivestimento esterno multistrato zinco + alluminio, dove l’alluminio ha la funzione di prolungare, nel tempo, l’azione protettiva dello zinco e quindi la durata del tubo. Un’ulteriore protezione è data da un rivestimento aggiuntivo di finitura con vernice epossidica di colore azzurro che sostituisce la tradizionale vernice bituminosa. Figura 20 Le reti fognanti 367 Integral - con rivestimento esterno in zinco metallico ricoperto da una vernice epossidica di colore rosso per dare la possibilità di identificazione delle reti idriche una volta posate; Figura 21. Tutti i pezzi, tubi e raccordi INTEGRAL sono in ghisa sferoidale ed hanno caratteristiche meccaniche eccezionali. Solide e impermeabili, queste condotte assecondano i cambiamenti ambientali senza danneggiarsi o fessurarsi e non permettendo infiltrazioni. Le giunzioni sono realizzate da giunti STANDARD di tipo RAPIDO, che agiscono per compressione e che hanno dato ottime performance nell’adduzione e distribuzione dell’acqua. Gli elastomeri che compongono questi anelli sono accuratamente selezionati e mantengono nel tempo le loro caratteristiche meccaniche e fisico chimiche . Figura 22. Sistema Integral – PAM Saint Gobain Figura 23. Tratto di fognatura pensile autoportante realizzato con tubi in ghisa Integral 368 Alpinal : (per innevamento artificiale) Il sistema ALPINAL® comprende tubi, pezzi stampati e raccordi, soddisfacendo così al meglio il fabbisogno legato alla realizzazione delle tubature degli impianti di innevamento. I componenti sono realizzati in ghisa duttile, un materiale che, per le sue caratteristiche, si adatta alla perfezione all'impiego in terreni difficili. I vantaggi principali sono: 1 Semplicità di montaggio senza bisogno di saldature. 2 Resistenza a pressioni elevate fino a 100 bar. 3 Elevata robustezza su terreni difficili. 4 Lunga durata grazie a rivestimenti speciali. Figura 24 – Posa in opera tubi Alpinal I tubi di ghisa sferoidale sono prodotti in barre lunghe 6 m con diametri variabili da 40 mm a 900 mm. Eccezionalmente, per realizzazioni esclusive, sono stati realizzati di diametro fino a 2000 mm. Figura 25 Giunzioni e montaggio tubazioni La giunzione dei tubi di ghisa avviene essenzialmente introducendo l’estremità liscia del tubo nel corrispondente bicchiere. Anticamente l’intercapedine anulare risultante veniva riempita di piombo fuso ribattuto a freddo, realizzando un giunto di tipo plastico soggetto, anche per piccoli cedimenti, a perdite. Con l’avvento della ghisa sferoidale, caratterizzata da elevate capacità elastiche, sono state ricercate tipologie di giunti che assicurassero anche una perfetta tenuta idraulica del giunto. Questo si è reso possibile anche per la creazione di mescole di gomma naturale e sintetica particolarmente pure, chimicamente stabili, esenti da forme di invecchiamento e rilassamento, sicure dal punto di Le reti fognanti 369 vista igienico e conformate in modo da assicurare, con la sola compressione, la tenuta idraulica. Questi giunti sono essenzialmente di due tipi : Automatico o Rapido (push on joint) - Figura 26: la giunzione è ottenuta per compressione di una guarnizione in elastomero EPDM (etilene-propilene), inserita nell’apposito alloggiamento all’interno del bicchiere, sulla canna del tubo imboccato. La particolare forma tronco-conica ed il profilo divergente, a coda di rondine, assicurano la compressione necessaria alla tenuta, trasmettendo la pressione dell’acqua alla superficie cilindrica di contatto con la tubazione, generando forze antisfilamento proporzionali alla pressione interna. Figura 26 . Giunto Rapido La Figura 27 illustra le fasi di montaggio dei tubi di ghisa con Giunto Rapido . Pulizia accurata dell’interno del bicchiere, sede della guarnizione, e dell’estremità liscia del tubo da imboccare; tracciamento della linea di fede di lunghezza inferiore di 10 mm rispetto alla profondità del bicchiere; questo giuoco, all’interno del bicchiere, ha lo scopo di assicurare la discontinuità elettrica e meccanica della condotta; introduzione della guarnizione con la coda di rondine rivolta verso il fondo del bicchiere; verificata la coassialità delle tubazioni , avviene la messa in tiro fino a quando la linea di fede raggiunge il lembo del bicchiere. Figura 27. Procedure per il montaggio di tubazioni di ghisa con il giunto rapido Meccanico o Express (mechanical joint) .Questi tipi di giunto conferiscono una notevole elasticità alla condotta, consentendo deviazioni angolari tra tubi contigui senza alcuna riduzione della tenuta idraulica, anche per eventuali depressioni in condotta (ad esempio in fase di vuotatura dell’acquedotto). Figura 28. Giunto Express 370 La Figura 29 illustra le fasi di montaggio dei tubi di ghisa con Giunto Express . Pulizia accurata dell’interno del bicchiere, sede della guarnizione, e dell’estremità liscia del tubo da imboccare; Inserimento della controflangia sull’estremità liscia del tubo, con la concavità rivolta verso il bicchiere e successiva introduzione della guarnizione; tracciamento della linea di fede di lunghezza inferiore di 10 mm rispetto alla profondità del bicchiere; questo giuoco, all’interno del bicchiere, ha lo scopo di assicurare la discontinuità elettrica e meccanica della condotta; introdurre l’estremità liscia del tubo fino a far coincidere la linea di fede con il piano frontale del bicchiere; far scorrere la controflangia fino a farla aderire alla guarnizione e serrare, progressivamente, con chiave dinamometrica i dadi con passate successive e seguendo lo schema di serraggio Figura 29. Procedure per il montaggio di tubazioni di ghisa con Giunto Express Sequenza di serraggio dei bulloni Ai tubi per condotta si unisce una vasta gamma di pezzi speciali, realizzati per colata entro forme fisse della ghisa fusa, con le estremità generalmente a bicchiere o a flangia, all’interno dei manufatti, o quando è necessario introdurre riduzioni, giunti di dilatazione (a) smontaggio (b) e valvolismi (c). Figura 30 Le reti fognanti 371 La resistenza all'abrasione e le caratteristiche idrauliche sono condizionate dalla resistenza del rivestimento interno realizzato con malta cementizia. Il giunto a bicchiere ha una buona tenuta garantita da guarnizione di gomma. La posa in opera è condizionata dal peso elevato delle tubazioni. Il tubo, rigido, non richiede particolari prescrizioni per il letto di posa e per il rinfianco. 5.2. Tubazioni di gres Argilla, acqua e fuoco sono i componenti principali dei tubi di gres ceramico prodotti in barre lunghe 2,0 m. I diametri variano da 200 mm a 800 mm. Il giunto è a bicchiere con tenuta idraulica garantita da guarnizione prefabbricata e solidale al tubo realizzata con resina poliuretanica. Il ciclo di produzione è riprodotto nel seguente schema Le argille, prelevate nelle cave, dosate in quantità proporzionali e sottoposte ad un controllo di qualità (1), vengono introdotte nei mescolatori ad elica per essere frantumate e raffinate per ottenere un impasto omogeneo (2) al quale si aggiunge la chamotte (3), scarti di lavorazione o quelli derivati dalla presenza di tubi difettosi o dalla rottura degli stessi, che viene reintrodotta nel ciclo produttivo. L'impasto, opportunamente umidificato (4), passa all’insilatore, per la plastificazione, ad ai reparti di estrusione (5) dove i tubi ed i vari manufatti in gres vengono formati. I tubi vengono posti in carrelli metallici ed introdotti in capaci essiccatori a tunnel (6). Figura 31. Estrusione 372 Dopo essiccati, vengono immersi in un bagno di engobbio (7) e sottoposti a successivo trattamento termico di cottura e vetrificazione dove, superato un tunnel di preriscaldamento, sono immessi nel forno per circa 70 ore alla temperatura di circa 1100° (8). La cottura ad alte temperature aumenta la coesione del materiale, che acquista in durezza e resistenza meccanica, chiude le porosità e vetrifica le superfici rendendo il tubo impermeabile e con elevata resistenza nei confronti di tutte le sostanze aggressive, acidi ed alcali, del terreno di posa e delle acque di fogna. Fa eccezione il solo acido fluoridrico. Figura 32. Essiccazione e bagno di engobbio Il particolare profilo del giunto, le caratteristiche di elasticità del materiale, nonché l’interferenza tra punta e bicchiere consentono di ottenere giunzioni di tenuta idraulica fino a 0,5 bar e minimi disassamenti (80 mm per metro per tubi < 20 cm , 30 mm per metro per tubi dal 250 al 500 mm ed infine 20 mm per metro per tubi dal 600 al 800 mm). Le reti fognanti 373 Figura 33. Disassamenti tubazioni Seguono alcuni controlli specifici (10) ed in particolare, tra questi collaudi, c'è un test che avviene per campionatura: il tubo è sottoposto ad una pressione elevatissima per provarne la resistenza meccanica, resistenza che spesso supera abbondantemente il margine di sicurezza. Infine i tubi, pallettizzati, sono spediti alle rispettive destinazioni (11). Anche queste tubazioni sono corredate da numerosi pezzi speciali in gres. Figura 34 . Caratteristiche geometriche dei pezzi speciali in Grès Tubi grés di nuova generazione I tubi e gli accessori di gres EUROTOP, conformi alla norma EN 295, sono a testate lisce. Figura 35. L’estrusione dei tubi avviene in continuo. Gli stessi vengono poi tagliati alla lunghezza desiderata. Su ciascuno di essi viene montato un manicotto in polipropilene con sistema di assemblaggio di tipo E come richiesto dalla norma EN 295 al fine di garantire un tenuta perfetta anche in condizioni di esercizio difficili. Messo a confronto con il giunto a bicchiere il manicotto EuroTop presenta una profondità di incastro quasi doppia e di conseguenza non solo una elevata resistenza alle forze di taglio, 374 ma anche il mantenimento della tenuta ermetica in presenza di movimenti del terreno (in diagonale). Questo sistema di assemblaggio viene utilizzato nella gamma di diametri 100-300mm. Nella messa a punto di tali tubi è usata una nuova tecnologia di produzione e un nuovo sistema di cottura che conferisce al prodotto finale le dimensioni geometriche rigorosamente volute. Le particolari dimensioni dei tubi consentono un loro assemblaggio con manicotto in polipropilene munito di anelli di tenuta in EPDM e di un gradino centrale di battuta sul quale insistono le testate di due tubi contigui. Tubi grés di grande diametro Figura 36. Tubi di grande diametro Le prestazioni idrauliche, data la superficie interna del tubo liscia, sarebbero elevate se non risultassero condizionate dall'elevata frequenza di giunti che, in genere ostativo per la celerità di posa, torna a tutto vantaggio in presenza di tracciati tortuosi che si sviluppano entro strade strette. La posa in opera delle tubazioni di gres ceramico è condizionata dalla fragilità del materiale e dalla delicatezza del giunto di poliuretano. E' sempre necessaria la realizzazione del letto di posa delle tubazioni ottenuto con sabbia o con aridi granulari. Le reti fognanti 375 5.3. Tubi CPC Composito Polimeri e Cemento (ex Cemento amianto) La Legge n.°257 del 27.3.1992 “Norme relative alla cessazione dell’impiego dell’amianto” sancisce il divieto dell’estrazione, importazione, esportazione, commercializzazione e produzione di amianto e dei prodotti contenenti amianto. Per le tubazioni ed i serbatoi, utilizzati per il trasporto e lo stoccaggio dell’acqua per usi civili ed industriali, venne concessa una deroga di due anni. Il problema, in breve, riguarda la possibile cessione di fibre di amianto in presenza di acque particolarmente aggressive che potrebbero sciogliere il cemento dalla superficie interna della tubazione. Ciò priverebbe di protezione le fibre di amianto, le quali non sarebbero più incapsulate nella matrice di cemento e quindi potrebbero essere rilasciate nell’acqua, con effetto inquinante. Appunto per questo le tubazioni di cemento amianto, utilizzate nel campo acquedottistico, non risultano pericolose alla salute in quanto è stato dimostrato che le fibre di amianto sono nocive se inalate; di conseguenza il problema insorge sia nella fase iniziale di fabbricazione del tubo, quando l’amianto veniva macinato per suddividerne le fibre, e sia nella necessità di rimuovere o sostituire una condotta in fibrocemento tuttora in esercizio. Per tutto quanto esposto oggi le tubazioni di fibro-cemento vengono prodotte ovviamente senza amianto impiegando fibre sintetiche di materie plastiche e cellulosa (le quali conferiscono al materiale una sufficiente resistenza a trazione) con cemento ed acqua di impasto, realizzando tubazioni in CPC, Composito Polimeri e Cemento, utilizzate nel campo dello smaltimento delle acque reflue, le quali vengono realizzate con tecnologia analoga a quella utilizzata, per anni, per la produzione dei tubi di cemento-amianto. La Figura 37 riproduce lo schema del ciclo di produzione dei tubi in CPC. Figura 37. Schema del ciclo di produzione dei tubi in CPC Nel miscelatore viene preparata una malta di cemento e polimeri molto liquida che viene avviata nella macchina di produzione, detta Vasca olandese (Figura 30). Qui viene prelevata da un cilindro pescatore e stesa su un nastro continuo, di tessuto permeabile di larghezza uguale alla lunghezza del tubo da realizzare, trasportata ed avvolta, in strati sottili, sopra un mandrino rotante fino a 376 raggiungere lo spessore programmato. Contemporaneamente l’impasto, compresso da rulli, perde l’acqua in eccesso ed acquista compattezza. Dopo l’avvolgimento, il tubo, supportato dal mandrino, passa alla calandratura e dopo sfilato passa alla fase prestagionatura al forno e stagionatura in ambiente umido. Figura 38. Macchina tubi o Vasca Olandese Al termine di questa fase, le due estremità del tubo vengono tagliate e tornite per la predisposizione del giunto che , generalmente, è a manicotto con anelli di tenuta in gomma o con giunti Gibault con manicotto e flange di ghisa e guarnizioni di tenuta in polimero o gomme sintetiche. I diametri delle tubazioni CPC variano da 200 mm a 1200 mm, mentre la lunghezza delle barre è di 5 m. Il giunto per questo tipo di tubazioni viene realizzato con un manicotto di uguale materiale con tenuta idraulica garantita da guarnizione elastomerica. Figura 39. Giunto a manicotto per tubi di fibrocemento CPC Figura 40 . Posa in opera tubi di Ecored Entro i manufatti di ispezione, in corrispondenza di apparecchiature, si adottava il giunto Gibault, costruito prevalentemente in ghisa con guarnizioni a sezione toroidale, utilizzato anche per riparazioni e sostituzioni di tubi deteriorati. (Figura 41). Attualmente sono utilizzati giunti in acciaio per pressioni di esercizio fino a 16 bar (giunti Vega) o maggiori (Giunti Fiton). Le reti fognanti 377 Figura 41. Riparazione o sostituzione di una tubazione in Ecored con giunti Gibault, Fiton e Vega Di ultima generazione è il giunto Duo-Fit in due pezzi; può essere utilizzato per interventi di riparazione, anche senza interruzione del servizio, su condotte giuntate a manicotto, su bicchiere o giunto express nelle condotte in ghisa sferoidale Figura 42. Giunto di riparazione o sostituzione Duo-Fit (Nova Siria) Infine le curve ed i pezzi speciali sono in ghisa o in acciaio con le estremità predisposte alla giunzione con i giunti della tubazione. I tubi CPC, caratterizzati da elevata compattezza, presentano una buona resistenza nei confronti degli ordinari agenti aggressivi, acidi ed alcalini, del terreno di posa e delle acque di fogna. Analogamente ai tubi di calcestruzzo sussiste il rischio di aggressione da parte dell'acido solforico. La resistenza delle tubazioni agli urti, data la intrinseca fragilità del prodotto, è molto bassa. La resistenza all'abrasione, di contro, è notevole data la già richiamata elevata compattezza. La tecnologia di produzione delle tubazioni di CPC assicura una superficie interna liscia e poco porosa. 378 5.4. Tubi di PVC Il cloruro di polivinile è una resina termoplastica prodotta dalla polimerizzazione del cloruro di vinile con aggiunta di ingredienti richiesti dalla fabbricazione delle tubazioni. Queste vengono prodotte per estrusione a caldo. Le barre possono essere lisce o con estremità sagomata a bicchiere, ottenuto con successiva formatura a caldo. Lo schema di produzione inizia con l'arrivo delle materie prime e degli additivi quali cariche, stabilizzanti/lubrificanti e coloranti che vengono opportunamente insilati in silos verticali di stoccaggio. Figura 43. Produzione dei tubi in PVC per estrusione Questi elementi servono per preparare le mescole, definite in base ai programmi settimanali di produzione, mediante l'ausilio dell'unità di miscelazione automatizzata nella quale si tiene conto del riutilizzo della materia rimacinata e polverizzata. A seconda della tipologia del prodotto finito da fabbricare, cioè tubazioni per uso acquedottistico, fognatura, edilizia, queste mescole vengono caricate nelle quantità desiderate nello stoccaggio compounds, dal quale escono pesate e con la qualità desiderata, già pronte per la lavorazione sulle linee di estrusione. Dopo aver montato le teste e filiere idonee per il tipo di prodotto da trasformare, si provvede alla calibratura, centratura e raffreddamento della tubazione, marcature di identificazione del prodotto e di conformità alle norme in vigore. Segue generalmente, a questo punto della lavorazione, la bicchieratura che può essere in linea con ciclo continuo o fuori linea (per i diametri nominali più grandi); seguono attente rilevazioni in accordo con le diverse normative. Eventuali scarti vengono, a seguito di polverizzazione, reinseriti nel ciclo di produzione. Il prodotto finito, confezionato, caricato a magazzino è pronto per la spedizione. Figura 44. Estrusore Le reti fognanti 379 Il ciclo tecnologico per la produzione di raccordi è sostanzialmente identico differenziandosi nella fase di stampaggio che avviene mediante l'utilizzo di presse di iniezione, sempre secondo un programma settimanale di produzione. Il materiale denuncia un marcato comportamento visco-elastico. Le deformazioni, sotto carico costante, aumentano nel tempo. Le caratteristiche meccaniche sono fortemente condizionate dalla temperatura e decadono rapidamente per t > 20 °C. Elevata è la resistenza del materiale alla corrosione ed all’attacco di agenti chimici, mentre risultano modeste le caratteristiche meccaniche che ne limitano l’impiego nel campo delle basse e medie pressioni (PN = 4 16 bar). I diametri in produzione sono compresi tra 30 mm e 630 mm. nIl prodotto è fornito in barre lunghe 6-12 m. Il giunto, di norma, è a bicchiere con guarnizione di gomma. Figura 45. Tubi PVC fognatura tipo SN La disponibilità di numerosi pezzi speciali , curve di varia ampiezza, diramazioni, innesti , ecc. , danno la possibilità, al pari del sistema Integral di ghisa, di adattarsi a varie esigenze costruttive. Figura 46. Raccordi e pezzi speciali per fognatura in PVC tipo SN TUBI PVC Tipo ALVEHOL a parete strutturata, di colore rosso mattone RAL 8023 o grigio chiaro RAL 7037, per condotte interrate di reflui a superficie libera (non in pressione), nei campi fognari, civili o industriali, conformi al prEN13476 (UNI 10968). Il profilo della struttura è del tipo con parete a cavità longitudinali e superfici interne ed esterne lisce, 380 disponibili in barre. Le giunzioni sono con bicchiere e guarnizioni di tenuta in elastomero, conformi alla norma UNI EN 681/1. La guarnizione è del tipo a labbro e ghiera interna in materiale rigido (Flex Block), essa è posta nel bicchiere direttamente in fabbrica, in modo tale che risulti solidale col bicchiere e inamovibile. Tali giunzioni garantiscono massima velocità di posa nella massima sicurezza. Figura 47 . TUBI PVC Tipo ALVEHOL Classi di rigidità nominale SN Il particolare profilo a "trave doppia T" conferisce le rigidità richieste dalla norma: Classi di rigidità anulare SN2 rigidità > 2 SN4 KN/m2 SN8 rigidità > 4 KN/m2 rigidità > 8 KN/m2 SN = Stifness Nominal (Rigidità nominale) 5.5.Tubi corrugati in polipropilene (PP) ed in polietilene alta densità (PPAD) Tubazione in doppia parete per condotte di scarico interrate non in pressione. Classe di rigidità anulare SN16 (pari al 16 Kn/m2. Diametri dal DE 125mm al DE 1200mm Figura 48 Tubi corrugati in PP e PPAD Il polipropilene è un polimero vinilico simile al polietilene, con la sola differenza che ha un gruppo metilico su ogni atomo di carbonio della catena principale migliorando alcune caratteristiche cosi come evidenziato nella Figura. Figura 49 Le reti fognanti 381 Il collegamento fra gli elementi, può essere a manicotto o a bicchiere, corredati da apposite guarnizioni elastomeriche di tenuta in EPDM, conformi alla norma EN 681-1, da posizionare sulla prima gola di corrugazione (fra le prime due costolature) nella testata di tubo che verrà inserita nel manicotto. Figura 50. Giunzione a manicotto Per la giunzione a bicchiere , dove predisposto, la guarnizione viene posizionata nell’apposita sede ricavata nella gola di corrugazione tra le costolature che verranno inserite nel bicchiere. Figura 51. Giunzione a bicchiere Le guarnizioni elastomeriche toroidali, fornite a corredo di ciascun bicchiere o manicotto, devono essere idonee a garantire la tenuta delle giunzioni e la costanza nel tempo delle caratteristiche richieste. Pezzi speciali danno la possibilità di Figura 52. Pezzi speciali 5.6. Spechi in calcestruzzo vibro compresso. La “vibrocompressione” è un sistema che ha la capacità di garantire i requisiti di continuità, compattezza, uniformità di qualità e di spessore degli spechi , che potranno assumere varie forme, dalla circolare, alla semi-ovoidale, ovoidale e scatolare prismatica. Le canalizzazioni dovranno possedere caratteristiche di resistenza adeguate alle sollecitazioni ed alle azioni derivanti da peso proprio, grado di riempimento, altezze minime e massime di ricoprimento sopra il vertice, carichi esterni, ecc. 382 Figura 53 Figura 54 Figura 55 A titolo di esempio per tubi circolari interrati con ricoprimento variabile da 0,80 a 3,00 mt e sottostanti a strade di prima categoria e pressione nominale interna massima kg. 0,5/cm 2 gli spessori costruttivi nominali riferiti in chiave del tubo non dovranno essere inferiori a: DN (mm) 300 400 500 600 800 1000 S (mm) 70 70 78 87 115 140 6. Posa in opera Argomento comune alla tubazioni per acquedotto e, pertanto , descritto successivamente. Le reti fognanti 383 7. La prova di tenuta idraulica Scopo del collaudo é quello di verificare l'efficienza e la funzionalità idraulica di un collettore posato in opera. La garanzia di tenuta idraulica di una condotta in tutte le sue parti (tubi, giunti, collegamenti con le camerette) é un importante fattore di sicurezza, in quanto, eventuali infiltrazioni d'acqua possono determinare l'alterazione del regime idraulico del collettore, mentre fuoriuscite di liquame costituiscono un deleterio pericolo inquinante. Il Decreto del Ministero dei Lavori Pubblici 12.12.85 pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale del 14.3.86 n. 61 impone, anche per le opere di fognatura, l'esecuzione di collaudi in opera per verificare sia la qualità dei materiali che la buona esecuzione dei lavori di posa in opera. Nella presente scheda sono illustrate le metodologie per la realizzazione di un collaudo in opera su un collettore di gres ceramico. L'attrezzatura per la realizzazione pratica del test é costituita da tappi a espansione o cuscinetti di tenuta, che assicurano la chiusura del tratto di condotta, e da un tubo piezometrico, che consente di verificare il grado di riempimento e la pressione idraulica. Procedere al riempimento della tratta sino a superare di qualche centimetro il colmo della condotta. Riempire la colonna piezometrica fino ad un'altezza di 5 m. (0,5 bar) L'altezza di riempimento da raggiungere nella colonna piezometrica deve tenere in considerazione la lunghezza e la pendenza del tratto in esame. Esempio: per una condotta lunga 50 m. con pendenza dell'uno per cento, al fine di assicurare una pressione di prova di 0,5 bar e non superiore, il livello da raggiungere nella colonna piezometrica dovrà essere di 4,5 m. anziché 5 m. Figura 56. Prova idraulica Tubazioni di Gres Dopo circa un'ora di messa a regime iniziare il controllo dell'assorbimento effettuando 2 letture del livello dell'acqua nel tubo piezometrico a distanza di 15 minuti; questo valore dovrà essere ammissibile con i valori Estrapolati , per i vari diametri, dalla Norma UNI EN 1610. 384 8. Le portate delle reti di fognatura 8a. Portata nera o fecale La valutazione della portata fecale riveste ampio margine di incertezza data l’impossibilità intrinseca di conoscere attendibilmente: la quantità della portata addotta dall'acquedotto che raggiunge la rete di fognatura; l'entità delle eventuali perdite dalle canalizzazioni; la possibile immissione di acque parassite; la distribuzione dei flussi nell'arco della giornata. Si perviene ad attendibili stime della portata fecale considerando le dotazioni idriche assentite e la numerosità della popolazione da servire. Peraltro non tutta l'acqua immessa nella rete di distribuzione idrica perviene alla rete di fognatura. Parte, a causa delle perdite fisiologiche proprie della rete di distribuzione, non perviene agli utenti. Inoltre, parte della portata effettivamente utilizzata viene dispersa per evaporazione, evapotraspirazione e dispersione nel suolo (innaffia- mento piante e giardini, lavaggio di biancheria e pavimenti, ecc.). I dati relativi a rilevamenti mirati alla valutazione della percentuale dell'acqua immessa nella rete di distribuzione che raggiunge la fognatura risultano molto dispersi. L'ordine di grandezza delle perdite è del 30-40%. Nel caso di fognatura separata, facendo riferimento per il dimensionamento idraulico degli spechi alle portate fecali, prudenzialmente si assume che l’80% della dotazione idrica verrà vettoriata dal sistema fognante. Noti pertanto la dotazione idrica del giorno dei maggiori consumi d2 [l/ab x giorno] ed il numero N di abitanti da servire con la rete di fognatura, risulta agevole determinare il valore della portata media fecale con la relazione: 0,8 N d [l/s] 86400 qmed Per acquisire il valore della portata di picco fecale necessita definire il valore del coefficiente di punta Cp, rapporto tra la portata fecale massima e la portata fecale media giornaliera. Non è corretto fare riferimento all'analogo coefficiente di punta adottato nel dimensionamento della rete in pressione idropotabile, dato il potere regolatore delle reti di fognatura correlato al funzionamento di queste in condizioni di moto vario a superficie libera. La letteratura tecnica in argomento indica valori sperimentali di Cp compresi tra 1,3 ed 1,5 (valori sperimentalmente rilevati nelle reti fognarie di Foggia Cp 1,5 e di Napoli Cp = 1,26). Per la determinazione di Cp 3 in fase di progettazione la Water Pollution Control Federation consiglia il ricorso alla relazione : Cp = 20 N-0,2 [N in migliaia]. Pertanto il valore della portata nera di progetto è dato alla relazione: qmax 0,8 Cp N d 86400 [l/s] Nel caso di reti separate la qmax sarà la portata di dimensionamento dello speco per un assegnato valore del Grado di Riempimento, 50%÷60 % della sezione totale dello speco, generalmente di forma circolare. Nel caso di reti unitarie, ricordato che la portata bianca è centinaia di volte la portata nera, non è necessario, per il dimensionamento dello speco, tener conto della nera qmax . 2 Rilevabile dall’Ente gestore dell’acquedotto 3 Maggiore è la popolazione tanto più Cp tende ad 1 Le reti fognanti 385 Occorrerà comunque verificare per lo speco, dimensionato per la massima portata pluviale Qmax , nel periodo di stagione secca, ovvero in assenza delle portate pluviali, il valore della velocità. Questa dovrà risultare maggiore di una soglia limite, che verrà specificata in seguito, per consentire lo smaltimento della portata nera che , per maggiore sicurezza, in questa verifica viene assunta pari al 50% della qmax. Determinazione della popolazione Nel caso di nuovo progetto, si fa riferimento alle indicazioni delle Norme di Attuazione del Piano Regolatore Generale vigente per le zone oggetto delle opere di urbanizzazione ed in particolare ai seguenti parametri urbanistici: St - Superficie territoriale [m2]: area complessiva dei lotti ricompresi un una determinata Zona con specifica destinazione urbanistica ; è somma della Superficie fondiaria Sf e delle superfici da destinare ad opere di urbanizzazione interne all’area di intervento (strade, parcheggi, aree di manovra, spazi verdi, ecc.) Sf – Superficie fondiaria [m2]: area netta edificatoria pari alla St depurata delle superfici da destinare ad opere di urbanizzazione Uf – Indice di utilizzazione fondiaria [m2/m2] esprime in m2 la massima Superficie utile Su costruibile per ogni m2 di Superficie fondiaria Sf V – Volume residenziale costruibile [m3] :prodotto della Su*h con h = altezza del piano da pavimento a soffitto; IVC – Indice volumetrico capitarlo o Standard residenziale per abitante: per zone non residenziali [abitante / ha] , con ha= ettari di superficie edificabile per zone residenziali N – Popolazione ricadente in una Zona : per zone non residenziali : prodotto dell’ IVC*Sf per zone residenziali 386 prodotto dell’ IVC*V [abitante / m3] 8b. Portata Pluviale Il valore della portata massima di pioggia può essere determinato adottando differenti procedure. Tra queste le più diffuse sono: metodo cinematico, fondato sul concetto della corrivazione; metodo del volume d’invaso, basato sul concetto della laminazione. In tutti i metodi, la pioggia di progetto, per un assegnato valore del tempo di ritorno T, esprime il legame funzionale tra altezza di pioggia h e durata secondo la nota relazione di stima: h a tn [mm] 8.b.1 Il Metodo Cinematico Il Metodo cinematico è basato su un modello concettuale lineare e stazionario secondo il quale il bacino viene schematizzato come un insieme di canali lineari (elementi che producono soltanto un ritardo dell’uscita rispetto all’ingresso). La pioggia più temibile per la rete posta a monte della sezione considerata è quella la cui durata è tp= tc , tempo di corrivazione . Pertanto la massima portata è esprimibile con la formula: A Qmax h 10 A tc 3600 [m3/s] superficie bacino [ha] h altezza di precipitazione [mm] valore del coefficiente di afflusso caratteristico dell’area A tc tempo di corrivazione [ore] Non tutto l'afflusso pluviometrico viene trasformato dall'operatore bacino in deflusso nella rete di fognatura. Sono cause della perdita gli invasi nelle depressioni della superficie del suolo, il velo idrico trattenuto dalla tensione superficiale, l'infiltrazione nel sottosuolo, l'evaporazione. Nelle aree urbanizzate l’infiltrazione risulta la causa principale di perdita. Si tiene conto del fenomeno attraverso il coefficiente di afflusso definito quale rapporto tra il volume netto o efficace Vn della pioggia ed il volume totale Vtot della precipitazione. = Vn Vtot Nello studio delle portate di piena di bacini urbani il valore di , funzione dei caratteri fisici, morfo- metrici e clivometrici del bacino (tipo di pavimentazione, di copertura degli edifici, la presenza di aree a verde, pendenze, ecc.), viene assunto costante, facendo riferimento a condizioni particolarmente gravose riguardo l’umidità del suolo, ipotizzato saturo, e l’intensità di infiltrazione, considerata a regime. Valori del coefficiente di afflusso secondo Kuichling. Tetti impermeabili 0,70-0,95 Pavimentazione di asfalto in buono stato 0,85-0,90 Pavimenti di pietra o laterizio con connessure cementate 0,75-0,85 Pavimentazione a macadam 0,25-0,60 Strade e viali con ghiaietto 0,15-0,30 Superfici non pavimentate, piazzali ferroviari 0,10-0,30 Parchi, giardini, prati 0,05-0,25 Aree boscose e foreste 0,01-0,20 Le reti fognanti 387 Valori del coefficiente in funzione del tipo di urbanizzazione Costruzioni ad alta densità 0.80 Costruzioni rade 0,60 Costruzioni con ampie corti e giardini Villini 0,50 0,30-0,40 Prati, giardini, aree non edificate Parchi e boschi 0,20 0,05-0,10 Per bacini scolanti caratterizzati da superfici Ai alle quali vanno attribuiti differenti valori del coefficiente di afflusso i, per l’intera area viene stimato un coefficiente medio con la seguente espres- sione: La determinazione del i A i A i tempo di corrivazione tc viene conseguita, per i tronchi iniziali della rete, con la relazione: tc = to + L/V to tempo di ruscellamento o di raggiungimento della pioggia dal punto di caduta nella canalizzazione idraulicamente più vicina ; viene assunto pari a 5-10 minuti, in funzione del grado di urbanizzazione del centro abitato e della pendenza delle superfici. L/V tempo di vettoriamento o di percorrenza entro il tratto di canalizzazione lungo L percorso in condi- zioni di moto uniforme dalla portata Q con velocità media V. 388 N.B. Poiché a priori non è nota la portata Q e tantomeno le dimensioni definitive dello speco, la velocità V è incognita e, pertanto , per poter esplicitare un valore di primo tentativo del t c si dà un valore di primo tentativo o fittizio alla velocità V = Vf . Per i tratti successivi, il tempo di corrivazione si calcola con la relazione: tc = m + L/V con m valore massimo dei tempi di corrivazione dei percorsi canalizzati a monte. Come detto, impostato per ogni tronco un valore di velocità media fittizia V f è possibile definire un tempo di corrivazione tc [ore], con il quale è possibile determinare : l'altezza di precipitazione l'intensità di precipitazione h = a tcn h i tc Q max ' la portata di pioggia [mm]; [mm/ora] h 1000 A tc 3600 [m3/s] per A [km2] ; a questa viene sommata, nel caso di sistema misto, la portata nera Q n (peraltro ininfluente) per la verifica della massima portata fluente Qt nella sezione di calcolo. Nota la Qt , occorre verificare sia il grado di riempimento della sezione che, sotto l’ipotesi di flusso in moto uniforme, si ottiene con la relazione di stima : 2 1 Q t k R 3 i2 e, successivamente, che la velocità V media [a] Qt sia confrontabile con la Vf,assunta in precedenza. Per la soluzione della [a] possono essere utilizzate le scale di deflusso adimensionalizzate : Q=Q(h) e V=V(h) Nel caso in cui Vr≠Vf Vr Vf questo è il occorrerà riverificare lo speco ; caso in cui, ovviamente, le dimensioni dello speco selezionato sono tali da rispettare sia il grado di riempimento che la velocità media di scorrimento. Nel caso in cui, fatto salvo il grado di riempimento, il valore massimo della velocità ecceda il limite consentito per il tipo di materiale utilizzato per la costruzione dello speco si provvederà a ridurre la pendenza della canalizzazione, con l'inserimento di salti di fondo. Solo dopo il dimensionamento dello speco per la massima portata di pioggia occorrerà verificare il valore delle velocità minima, in regime di tempo secco, che si verifica quando la fogna convoglia il 50% della portata nera di punta. Si potrebbe verificare anche il caso in cui le piccole portate fecali non abbiano una velocità sufficiente per evitare fenomeni di sedimentazione. Nel caso di fogne unitarie, in cui non è possibile modificare né la forma dello speco e né tanto meno variare la pendenza, sarà opportuno inserire dei pozzetti di lavaggio. Nel caso di sistema separato si procederà, ovviamente, alle verifiche sopradette separatamente per i due spechi fognari . Le reti fognanti 389 Figura 57. Parametri geometri della sezione circolare 390 Figura 58. Parametri geometri della sezione ovoidale Le reti fognanti 391 Esempio 32. Progetto di una piccola rete di fognatura Progettare la rete di fognatura, del tipo unitario, per la località riportata nello schema di Figura 1. Sono date le espressioni della curva di possibilità pluviometrica, per precipitazioni rilevate in un periodo di osservazione di 50 anni, con tempo di ritorno T=15 anni : h = 34 t 0,45 per durate t < 1 ora e h = 34 t 0,28 per 1 < t < 24 ore . La dotazione idropotabile del giorno dei massimi consumi è di 250 l/ab*giorno Figura. 1 – Planimetria Tabella I Parametri urbanistici Zona St Destinazione Sf TN 38550 Tecnologica 27000 CM 42480 Commerciale 30000 Uf Su IVC 70 ab/ha 50 ab/ha 42000 0,7 m2/m2 29400 1ab/ 80 m3 PEEP 68610 PEEP VPA 29400 Verde attrezzato A 45115 Residenziale 22500 0,4 m2/m2 9000 1ab/100 m3 B 93760 Completamento 58000 0,7 m2/m2 40600 1ab/ 80 m3 Dimensioni commerciali degli spechi utilizzabili : Tubi in PVC UNI EN 1401 SN8- SDR 34 DN mm Di mm Peso kg/m 250 315 400 500 630 242,7 305,8 388,3 485,4 611,6 8,34 13,2 21,4 33,4 53,0 Tubi in Gres - UNI EN 295 DN mm 250 300 350 400 500 600 700 800 1000 Di 250 300 350 400 500 600 700 800 1000 51 65 102 107 173 220 295 360 512 mm Peso kg/m 392 Tubi Ovoidali in cls vibrato - DIN 4032 b h r peso cm cm cm kg 60 90 30 1365 70 105 35 1820 80 120 40 2390 90 135 45 2780 100 150 50 3176 120 180 60 4345 r h fondello in gres b Escludendo il funzionamento in pressione, i condotti di fognatura si calcolano come canali a superficie libera in regime di moto uniforme. La determinazione dei parametri idraulici viene effettuata utilizzando la formula di Chézy, assumendo per la formula di Manning-Strickler, introducendo valori del coefficiente di scabrezza tipici per il materiale usato : Q k R 2 / 3 i1 / 2 [m2] Sezione bagnata k Coefficiente di scabrezza [m1/3 s-1] k = 90 per tubazioni di PVC k = 95 per tubazioni di Gres k = 80 per tubazioni in Calcestruzzo R Raggio idraulico [m] i Pendenza del collettore Di seguito sono riportati, in modo tabellare, i dati elaborati per la verifica idraulica degli spechi, con l’ausilio delle tabelle dei parametri geometrici delle sezioni circolare e ovoidale inglese, tratte dal manuale Colombo. Il grado di riempimento massimo è stato fissato in : GR 60 % per spechi circolari e GR 70 % per spechi ovoidali. In considerazione dei materiali utilizzati per le tubazioni possono essere accettati valori massimi di velocità 5 m/s per tubazioni in Gres e PVC e 4 m/s per tubi ovoidali. Nelle seguenti Figure 2 e 3 sono raffigurate le scale di deflusso di spechi circolari e semiovoidali con evidenziata in rosso la condizione di grado riempimento massimo . 1. Le portate nere o fecali Nota la dotazione idrica del giorno dei maggiori consumi d [l/ab * giorno] e determinato il numero N di abitanti da servire con la rete di fognatura, il valore massimo della portata fecale risulta 0,8 Cp N d Q n 86400 [l/s] 1,3 < Cp 1,5 . Utilizzando i dati di Tabella I vengono definiti gli abitanti afferenti ad ogni zona e le relative portate nere Le reti fognanti 393 Tabella II Zona Sf Uf m2 Su volumi m2 m3 IVC abitanti Cp N° portata l/s TN 27000 70 ab/ha 189 1,4 0,6 CM 30000 50 ab/ha 150 1,4 0,5 42000 0,7 29400 88200 1ab/ 80 m3 1103 1,4 3,6 22500 0,4 9000 27000 1ab/100 m3 270 1,4 0,9 121800 1ab/ 80 m3 1523 1,4 4,9 PEEP VPA A B 58000 0,7 40600 2. portate bianche o di pioggia La valutazione della portata massima, o di picco, viene effettuata con riferimento alla formula Qmax con h 10 A tc 3600 (m3/s) [1] h , intensità della pioggia (mm/ora) di durata pari al tempo di corrivazione t c (ore) del bacino tc e coefficiente di afflusso ( Tabella III) , A superficie del bacino in ha Tabella III Valori del coefficiente in funzione del tipo di urbanizzazione Strade , piazze, lastricati Costruzioni ad alta densità Costruzioni rade Villini Prati, giardini, aree non edificate 0,90 0,80 0,60 0,30 0,40 0,20 I valori della precedente tabella vengono applicati alle singole superfici scolanti omogenee ; nel caso in cui nell'ambito di uno stesso bacino siano presenti due o più sottozone omogenee, si determina il valore medio ' , ragguagliato all'area At dell'intero bacino, come media ponderata dei singoli valori di i delle rispettive superfici Ai ' i A i At Nella Figura 2 è riprodotto lo schema della rete di fognatura ; nella Tabella IV sono riportati i dati relativi dei singoli collettori e dei sottobacini afferenti. Figura 2. Sottobacini 394 Tabella IV Collettore Lunghezza Sottobacini TN 1 38550 Strade e Piazzali CM 3 4570 0,9 42480 0,6 Piazza 8622 0,9 PEEP 68610 0,8 Strada e Piazza 315 VPA B- Completamento 5 8751 0,9 29400 0,2 93760 0,8 345 6 43120 0,63 51102 0,65 77361 0,81 29400 0,20 100793 0,81 49805 0,41 400 4 0,6 185 270 ' S totale 365 2 Superfici Strada e Piazza 7033 0,9 A - Residenziale 45115 0,4 VPA 2460 0,2 Strada e Piazza 2230 0,9 Ricordato che Il tempo di corrivazione tc per i tronchi iniziali tc = to + L/V to, tempo di ruscellamento, assunto 5 minuti tempo di vettoriamento entro il tratto di canalizzazione lungo L percorso in condizioni di moto uniforme dalla portata Q con velocità media V. per i tronchi seguenti tc = m + L/V m valore massimo dei tempi di corrivazione dei tronchi a monte. Dimensionamento degli spechi Nella seguente Tabella V sono riportati i dati relativi alla determinazione della portata di pioggia Q p, di primo tentativo, afferente ad ogni collettore nella sezione di chiusura del sottobacino tributario. Tabella V Determinazione delle portate di pioggia di primo tentativo Coll. Superficie 1 2 3 4 5 6 3-4-5 5-6-7 m 43120 51102 77361 29400 100763 49805 200983 351551 L 0.63 0.65 0.81 0.20 0.81 0.41 0.64 0.68 m 365 185 400 315 345 270 120 130 2 i Vf tc 0.02 0.008 0.035 0.045 0.035 0.045 0.008 0.010 m/s 1.4 1.0 3.0 1.3 3.0 2.0 2.8 3.0 ore 0.156 0.135 0.120 0.151 0.115 0.121 0.168 0.180 a 34 34 34 34 34 34 34 34 n h i 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 mm 14.72 13.79 13.11 14.50 12.86 13.13 15.23 15.72 mm/ora 94.56 102.41 108.96 96.31 111.58 108.73 90.72 87.30 Qp 3 m /s 0.714 0.945 1.897 0.157 2.530 0.617 3.241 5.797 Nota : per i collettori 3.4.5. e 5.6.7. i tempi di corrivazione, essendo tronchi seguenti, sono tc = m + L/V. Le reti fognanti 395 Nella Tabella VI sono riassunti i dati caratteristici di ogni collettore e le dimensioni geometriche degli spechi utilizzati e da verificare idraulicamente : Figura 3. Schema della rete Tabella VI Caratteristiche dei collettori e portate di verifica Coll. Materiale Pendenza Qp Qn Qt m3/s m3/s m3/s Speco 1 PVC 0,020 circolare DN 630 0,714 0,0006 0,7146 2 PVC 0,008 circolare DN 630 0,945 0,0005 0,9455 3 Cls 0,035 ovoidale 60*90 1,897 0,0036 1,9006 4 PVC 0,045 circolare DN 250 0,157 5 Cls 0,035 ovoidale 80*120 2,530 0,0049 2,5349 6 Gres 0,045 circolare DN 500 0,617 0,0009 0,6179 3-4-5 Cls 0,008 ovoidale 100*150 3,241 0,0047 3,2457 5-6-7 Cls 0,010 ovoidale 120*180 5,797 0,0105 5,8075 0,1570 Collettore 1 C1 lunghezza Bacino 43120 m tc= 0,155 Qp= circolare h/r 1,00 1,10 1,20 2 3 0,7143 m /s 1,5708 1,7705 1,9681 a= 34 0,5000 0,5298 0,5553 Q/(*) 0,9895 1,1592 1,3296 n= 0,45 3 Qt= 0,7149 m h m 0,300 0,330 0,360 m/s mm/ora 0,0006 m /s r= 0,30 R/r Vf= 1,4 imax= 94,66 14,71 mm Qn= DN= 630 A/r i= 0,02 j= 0,63 hmax= ore 2 365 m PVC A 2 m 0,141 0,159 0,177 R m 0,150 0,159 0,167 Q 3 m /s 0,508 0,595 0,683 3 m /s k= 90 V GR m/s 3,59 3,73 3,85 % 50 55 60 Il collettore in esame smaltisce una portata massima di 0,683 m 3/s (< 0,7149) con un grado di riempimento prossimo al 60% ed una velocità reale di 3,85 m/s, valore molto diverso dalla velocità fittizia di scorrimento Vf = 1,4 m/s di primo tentativo. Posto pertanto Vf = 3,6 m/s, valore accettabile per il tipo di materiale adottato, varieranno i valori di t c , hmax, imax, Qp ed infine Qt . Con questo ultimo valore si verifica uno speco ovoidale 60*90 con raggio r=0,30 m 396 C1 lunghezza Bacino 43120 m tc= 0,111 2 0,8588 m /s h/r A/r 1,60 1,80 2,00 2 R/r 2,2305 2,6242 3,0233 a= 34 n= 0,45 3 r= 0,3 CLS A R 2 m 0,480 0,540 0,600 3 Qt= 0,8594 m h 1,5146 1,8628 2,2251 m/s mm/ora 0,0006 m /s Q/(*) 0,5596 0,5980 0,6314 Vf= 3,6 imax= 113,82 mm Qn= W 60*90 ovoidale i= 0,02 j= 0,63 hmax= 12,65 ore 3 Qp= 365 m m 0,201 0,236 0,272 m 0,168 0,179 0,189 m /s k= 80 Q 3 m /s 0,691 0,850 1,015 V GR m/s 3,44 3,60 3,73 % 53 60 67 Il Collettore 1, così come modificato, risulta verificato Collettore 2 C 2 lunghezza Bacino 51102 m ore Qp= 0,946 m /s 3 A/r 2 r= 0,305 0,5553 0,5763 0,5925 Vf= 1,00 a= 34 m/s n= 0,45 imax= 102,54 Qn= 0,0005 R/r 1,9681 2,1617 2,3489 i= 0,008 13,78 mm DN= 630 h/r 1,20 1,30 1,40 185 m j= 0,65 hmax= tc= 0,134 circolare 2 mm/ora 3 m /s 3 Qt= 0,9466 m PVC Q/(*) h A 1,3296 1,4970 1,6570 m 0,366 0,397 0,427 m 0,183 0,201 0,219 2 m /s k= 90 R Q m 0,169 0,176 0,181 m /s 0,451 0,508 0,562 3 V GR m/s 2,46 2,53 2,57 % 60 65 70 Lo speco è sottodimensionato . C 2 lunghezza Bacino 51102 tc= 0,102 m 2 hmax= ore 3 Qp= 1,101 185 m m /s h/r A/r 2,00 2,10 2,20 2 3,0233 3,2220 3,4207 0,6314 0,6452 0,6590 r= 0,35 Q/(*) 2,2251 2,4077 2,5903 m/s n= 0,45 imax= 119,31 Qn= 0,0005 R/r Vf= 2,70 a= 34 12,17 mm W 70*105 ovoidale i= 0,008 j= 0,65 mm/ora 3 m /s 3 Qt= 1,1013 m CLS h A m 0,700 0,735 0,770 m 0,370 0,395 0,419 2 m /s k= 80 R Q m 0,221 0,226 0,231 m /s 0,969 1,048 1,128 3 V GR m/s 2,62 2,66 2,69 % 67 70 73 Il Collettore 2 risulta verificato da uno speco ovoidale delle dimensioni 70*105 cm, con grado di riempimento GR 73% e velocità V 2,7 m/s Collettore 3 C3 lunghezza Bacino 77361 tc= 0,120 Qp= ovoidale h/r 2,30 2,40 2,50 1,899 m 2 3 m /s 0,6696 0,6775 0,6820 i= 0,035 0,81 r= 0,3 2,7662 2,9323 3,0837 m /s m 0,690 0,720 0,750 A 2 m 0,325 0,342 0,358 3 Qt= 1,9028 m h mm/ora 3 0,0036 m/s n= 0,45 imax= 109,11 mm Qn= Q/(*) Vf= 3 a= 34 hmax= 13,10 ore W 60*90 A/r^2 R/r 3,6142 3,8015 3,9800 400 m R m 0,201 0,203 0,205 CLS Q 3 m /s 1,670 1,770 1,861 m /s k= 80 V GR m/s 5,13 5,17 5,20 % 77 80 83 La sezione ipotizzata è insufficiente ed il valore della velocità risulta troppo elevato, pertanto si prevede un abbassamento della pendenza di fondo dallo 0,035 allo 0,01 , da recuperare con l'introduzione di salti di fondo, mentre il valore della Vf di secondo tentativo è elevato a 3,4 m/s . Le reti fognanti 397 C3 lunghezza Bacino 77361 tc= 0,116 m 400 m 3 A/r 2 R/r 2,6242 2,8238 3,0233 0,5980 0,6147 0,6314 a= 34 CLS A R 2 m 0,810 0,855 0,900 3 Qt= 1,9418 m h 1,8628 2,0440 2,2251 n= 0,45 m /s r= 0,45 Q/(*) m/s mm/ora 3 Qn= 0,0036 W 90*135 h/r Vf= 3,4 imax= 111,35 12,88 mm m /s ovoidale i= 0,01 0,81 hmax= ore Qp= 1,938 1,80 1,90 2,00 2 m 0,531 0,572 0,612 k= 80 Q m 0,269 0,277 0,284 m /s 3 m /s 1,772 1,944 2,117 V GR m/s 3,33 3,40 3,46 % 60 63 67 Collettore 4 C4 lunghezza Bacino 29400 m 0,150 ore Qp= 0,157 m /s 315 m h/r A/r 2 R/r 1,5708 1,7705 1,9681 0,5000 0,5298 0,5553 Q/(*) m /s PVC A R 2 m 0,120 0,132 0,144 3 Qt= 0,157 m h 0,9895 1,1592 1,3296 n= 0,45 0 m /s r= 0,12 m/s 96,41 mm/ora 3 Qn= DN= 250 Vf= 1,3 a= 34 imax= 14,49 mm 3 circolare i= 0,045 j= 0,2 hmax= tc= 1,00 1,10 1,20 2 m 0,023 0,025 0,028 k= 90 Q m 0,060 0,064 0,067 3 m /s 0,066 0,078 0,089 V GR m/s 2,93 3,04 3,14 % 50 55 60 Occorre aumentare la dimensione dello speco e correggere il valore della V f C4 lunghezza Bacino 29400 tc= 2 3 0.191 m /s circolare h/r A/r imax= 12.39 mm 0.4285 0.4662 0.5000 Vf= 3.8 m/s n= 0.45 116.82 mm/ora 3 0 m /s r= 0.194 R/r 1.1735 1.3711 1.5708 i= 0.045 a= 34 Qn= DN= 400 2 315 m 0.2 hmax= 0.106 ore Qp= 0.80 0.90 1.00 m 3 Qt= 0.191 m m /s PVC Q/(*) h A 0.6669 0.8243 0.9895 m 0.155 0.175 0.194 m 0.044 0.052 0.059 2 k= 90 R Q m 0.083 0.090 0.097 m /s 0.161 0.198 0.238 3 V GR m/s 3.64 3.85 4.03 % 40 45 50 Collettore 5 C5 lunghezza Bacino 100763 m 2 ore Qp= 2,533 m /s 3 h/r 1,60 1,80 2,00 A/r 2,2305 2,6242 3,0233 R/r 0,5596 0,5980 0,6314 r= 0,4 Q/(*) 1,5146 1,8628 2,2251 Vf= 3 a= 34 m 0,640 0,720 0,800 mm/ora 3 m /s 3 Qt= 2,5382 m h m/s n= 0,45 imax= 111,74 12,84 mm Qn= 0,0049 W 80*120 2 i= 0,035 j= 0,81 hmax= tc= 0,115 ovoidale 345 m CLS A 2 m 0,357 0,420 0,484 R m 0,224 0,239 0,253 Q 3 m /s 1,969 2,422 2,893 m /s k= 80 V GR m/s 5,52 5,77 5,98 % 53 60 67 Il Collettore 5, pur risultando verificato il GR < 70%, ha un valore della velocità troppo elevato, pertanto si prevede un abbassamento della pendenza di fondo dallo 0,035 allo 0,012 , da recuperare con l'introduzione di salti di fondo. Il valore delle Vf di secondo tentativo è fissato a 3,6 m/s . 398 C5 lunghezza Bacino 100763 m 2 ore Qp= 2,600 m /s h/r A/r R/r 2,6242 3,0233 3,222 0,5980 0,6314 0,6452 Q/(*) CLS A R 2 m 0,720 0,800 0,840 3 Qt= 2,6052 m h 1,8628 2,2251 2,4077 n= 0,45 m /s r= 0,4 m/s mm/ora 3 Qn= 0,0049 W 80*120 2 Vf= 3,6 a= 34 imax= 114,69 12,57 mm 3 ovoidale i= 0,012 j= 0,81 hmax= tc= 0,110 1,80 2,00 2,1 345 m m 0,420 0,484 0,516 m 0,239 0,253 0,258 m /s k= 80 Q 3 m /s 1,418 1,694 1,833 V GR m/s 3,38 3,50 3,56 % 60 67 70 dopo il cambiamento di pendenza lo speco è insufficiente e pertanto va ampliato C5 lunghezza Bacino 100763 m 2 ore Qp= 2,636 m /s h/r A/r 2,6242 3,0233 3,222 R/r 0,5980 0,6314 0,6452 Q/(*) CLS A R 2 m 0,900 1,000 1,050 3 Qt= 2,6406 m h 1,8628 2,2251 2,4077 n= 0,45 m /s r= 0,5 m/s mm/ora 3 Qn= 0,0049 W 100*150 2 Vf= 4,0 a= 34 imax= 116,25 12,43 mm 3 ovoidale i= 0,012 j= 0,81 hmax= tc= 0,107 1,80 2,00 2,1 345 m m 0,656 0,756 0,806 m 0,299 0,316 0,323 m /s k= 80 Q 3 m /s 2,571 3,071 3,323 V GR m/s 3,92 4,06 4,13 % 60 67 70 Collettore 6 C6 lunghezza Bacino 49805 m 2 0,121 ore Qp= 0,6176 m /s h/r 3 A/r 1,00 1,10 1,05 1,20 Qn= 1,5708 1,7705 1,8693 1,9681 0,5000 0,5298 0,5425 0,5553 Qt= 0,6185 m Grès h A R 2 m 0,250 0,275 0,263 0,300 0,9895 1,1592 1,2444 1,3296 n= 0,45 3 Q/(*) m/s 108,88 mm/ora 0,0009 m /s r= 0,25 R/r Vf= 2 a= 34 imax= 13,12 mm DN= 500 2 i= 0,045 j= 0,41 hmax= tc= circolare 270 m m 0,098 0,111 0,117 0,123 m 0,125 0,132 0,136 0,139 3 m /s k= 95 Q 3 m /s 0,495 0,579 0,622 0,665 V GR m/s 5,04 5,24 5,32 5,40 % 50 55 53 60 Il valore della velocità risulta troppo elevato, pertanto si prevede un abbassamento della pendenza di fondo dallo 0,045 allo 0,02 , da recuperare con l'introduzione di salti di fondo. Il valore delle V f di secondo tentativo è fissato a 4,0 m/s . C 6 lunghezza Bacino 49805 m 2 0,102 ore Qp= 0,6778 m /s h/r 1,00 1,10 1,05 1,20 3 2 1,5708 1,7705 1,8693 1,9681 0,5000 0,5298 0,5425 0,5553 Q/(*) 0,9895 1,1592 1,2444 1,3296 n= 0,45 3 Qt= 0,6787 m h m 0,300 0,330 0,315 0,360 m/s 119,49 mm/ora 0,0009 m /s r= 0,30 R/r Vf= 4,0 a= 34 imax= 12,16 mm Qn= DN= 600 A/r i= 0,02 j= 0,41 hmax= tc= circolare 270 m Grès A 2 m 0,141 0,159 0,168 0,177 R m 0,150 0,159 0,163 0,167 Q 3 m /s 0,536 0,628 0,674 0,720 3 m /s k= 95 V GR m/s 3,79 3,94 4,01 4,07 % 50 55 53 60 Le reti fognanti 399 Collettore 3.4.5 C 3.4.5 lunghezza Bacino 200983 m 2 0,168 ore Qp= 3,241 m /s 3 A/r 1,80 2,00 2,10 2 R/r 2,6242 3,0233 3,2220 0,5980 0,6314 0,6452 Vf= 2,8 a= 34 90,72 mm/ora 3 Qn= 0,0049 m /s r= 0,50 Q/(*) m /s CLS A R 2 m 0,900 1,000 1,050 3 Qt= 3,246 m h 1,8628 2,2251 2,4077 m/s n= 0,45 imax= 15,23 mm W 100*150 ovoidale i= 0,008 0,64 hmax= tc= h/r 120 m m 0,656 0,756 0,806 m 0,299 0,316 0,323 k= 80 Q 3 m /s 2,099 2,507 2,713 V GR m/s 3,20 3,32 3,37 % 60 67 70 Occorre aumentare la dimensione dello speco e correggere il valore della V f C 3.4.5 lunghezza Bacino 200983 m tc= Qp= hmax= 3 3,270 m /s 2 R/r 2,2305 2,4274 2,6242 i= 0,008 0,5596 0,5788 0,5980 Vf= 3,6 a= 34 91,51 mm/ora 3 Qn= 0,0049 m /s r= 0,60 m/s n= 0,45 imax= 15,12 mm W 120*180 A/r 1,60 1,70 1,80 120 m 0,64 0,165 ore ovoidale h/r 2 3 Qt= 3,275 m m /s CLS Q/(*) h A 1,5146 1,6887 1,8628 m 0,960 1,020 1,080 m 0,803 0,874 0,945 2 R Q m 0,336 0,347 0,359 m /s 2,775 3,094 3,413 k= 80 3 V GR m/s 3,46 3,54 3,61 % 53 57 60 Collettore 5.6.7 C 5.6.7 lunghezza Bacino 351551 m tc= 0,180 Qp= 5,797 m /s 1,60 1,80 2,00 2,10 2,2305 2,6242 3,0233 3,2220 R/r 0,5596 0,5980 0,6314 0,6452 Vf= 3 mm/ora 3 0,0105 m /s r= 0,6 m/s n= 0,45 imax= 87,30 mm Qn= W 120*180 2 i= 0,01 a= 34 hmax= 15,72 3 A/r 130 m 0,68 ore ovoidale h/r 2 Qt= 5,808 m CLS Q/(*) h A 1,5146 1,8628 2,2251 2,4077 m 0,960 1,080 1,200 1,260 m 0,803 0,945 1,088 1,160 2 R Q m 0,336 0,359 0,379 0,387 m /s 3,103 3,816 4,559 4,933 3 3 m /s k= 80 V GR m/s 3,86 4,04 4,19 4,25 % 53 60 67 70 Non risulta verificato il GR > 70% ed il valore della velocità risulta troppo elevato, pertanto si prevede un abbassamento delle pendenza di fondo dallo 0,01 allo 0,006 , da recuperare con l'introduzione di salti di fondo. Il valore delle Vf di secondo tentativo è fissato a 3,5 m/s ed infine, non disponendo di sezioni ovoidali maggiori occorre assumere come sezione uno speco rettangolare b=120 cm ed h=160 cm e verificarne la sufficienza attraverso la costruzione della scala di deflusso 400 Collettore 5.6.7 Bacino 351551 m tc= 0,178 Qp= lunghezza 2 130 m i= 0,006 0,68 a= 34 hmax= 15,65 ore 3 5,828 m /s Qn= m 0,01 0,05 0,10 0,25 0,50 0,75 1,00 1,10 1,17 1,30 1,40 1,60 1,80 2 m 0,01 0,07 0,14 0,35 0,70 1,05 1,40 1,54 1,64 1,82 1,96 2,24 2,52 3 Q V GR m 0,01 0,05 0,09 0,18 0,29 0,36 0,41 0,43 0,44 0,46 0,47 0,49 0,39 3 m/s 0,3 0,8 1,2 2,0 2,7 3,1 3,4 3,5 3,6 3,7 3,7 3,8 3,3 % 0,6 2,8 5,6 13,9 27,8 41,7 55,6 61,1 65,0 72,2 77,8 88,9 100 m /s 0,004 0,056 0,171 0,702 1,908 3,305 4,802 5,418 5,854 6,672 7,307 8,591 8,389 mm/ora 0,0105 m /s R m/s n= 0,45 imax= 87,77 mm Speco rettangolare b = 1,40 pendenza di fondo : i = 0,006 cls gettato in cassaforma metallica h Vf= 3,5 Qt= 5,838 3 m /s h= 1,80 k= 80 1,8 h [m] 1,5 1,2 0,9 0,6 0,3 0,0 0 2 4 6 8 Portate [m3/s] Terminato il dimensionamento, si riassumono nella seguente Tabella VII le tipologie e le dimensioni degli spechi Tabella VII Caratteristiche dei collettori Coll. Materiale Pendenza Pendenza 1 Cls 2 Speco strada collettore sezione 0,020 0,020 ovoidale Cls 0,008 0,008 3 Cls 0,035 4 PVC 0,045 5 Cls 6 Vr dimensione Qt m3/s m/s W 60*90 0,859 3,6 ovoidale W 70*105 1,101 2,7 0,010 ovoidale W 90*135 1,942 3,4 0,045 circolare DN 400 0,191 3,8 0,035 0,012 ovoidale W 100*150 2,640 4,0 Gres 0,045 0,020 circolare DN 600 0,678 4,0 3-4-5 Cls 0,008 0,008 ovoidale W 120*180 3,275 3,6 5-6-7 Cls 0,010 0,006 Rettangol. 140*180 5,838 3,5 Le reti fognanti 401 Verifica in regime di stagione secca Nelle fognature a sistema misto, come in questo caso di studio, una volta dimensionati gli spechi per il massimo evento pluviometrico, correlato al tempo di ritorno di progetto, si devono verificare le velocità minime allorché nella fognatura sia presente la sola portata nera o parte di essa, che, essendo in quantità centinaia di volte minore a quella pluviale, occupa una minima parte della sezione e per tiranti idrici limitati potrebbero presentarsi valori di velocità molto bassi tanto da consentire la sedimentazione dei liquami, con conseguenti fenomeni di putrefazione che originano la produzione di idrogeno solforato. Questa circostanza, noti gli effetti estremamente dannosi per la stabilità della canalizzazione, deve essere evitata e, lì dove le velocità dovessero risultare basse, occorrerà inserire opportuni pozzetti di lavaggio. Collettore 2 con speco ovoidale W 70*105 Collettore 3 con speco ovoidale W 90*135 e portata nera A titolo di esempio si prendono in esame due collettori, il e portata nera Qmax= 0,0005 m3/s ed il Qmax= 0,0036 m3/s. Per quanto disposto dalla Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici n. 11633, la velocità minima vmin = 0,50 m/s viene riferita alla portata nera media giornaliera rispettivamente : Q= 0,00025 m3/s e Q= 0,0018 m3/s. Collettore C2 : si utilizza la parte alta della Tabella di Figura 3 e si rileva alla portata di verifica un valore di velocità V 0,3 m/s al disotto del limite minimo consentito e, pertanto, è necessario introdurre un pozzetto di lavaggio di testata C2 lunghezza Q= 0,00025 h/r A/r 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 2 3 Qmax= 0,0005 m /s 3 R/r 0,0024 0,0037 0,0052 0,0069 0,0086 0,0105 i= 0,008 m /s W 70*105 ovoidale 185 m 0,0099 0,0132 0,0165 0,0197 0,023 0,0262 r= 0,35 Q/(*) m h R 2 m 0,005 0,007 0,009 0,011 0,012 0,014 0,0001 0,0002 0,0003 0,0005 0,0007 0,0009 fondello in grès A m 0,0003 0,0005 0,0006 0,0008 0,0011 0,0013 m 0,003 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 Q 3 m /s 0,0001 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 k= 95 V GR m/s 0,18 0,23 0,24 0,31 0,34 0,36 % 0,5 0,7 0,8 1,0 1,2 1,3 Collettore C3 : si rileva alla portata di verifica un valore di velocità V 0,6 m/s valore accettabile per l’autolavaggio. C3 lunghezza h/r 0,030 0,035 0,040 0,045 0,050 0,055 0,060 402 3 Qmax= 0,0036 m /s m /s W 90*135 A/r i= 0,01 3 Q= 0,0018 ovoidale 400 m 2 0,0069 0,0086 0,0105 0,0126 0,0147 0,017 0,0192 R/r 0,0197 0,023 0,0262 0,0294 0,0326 0,036 0,0389 r= 0,45 m fondello in grès Q/(*) h A 0,0005 0,0007 0,0009 0,0012 0,0015 0,002 0,0022 m 0,014 0,016 0,018 0,020 0,023 0,025 0,027 m 0,0014 0,0017 0,0021 0,0026 0,0030 0,0034 0,0039 2 R Q m 0,009 0,010 0,012 0,013 0,015 0,016 0,018 m /s 0,0006 0,0008 0,0010 0,0014 0,0017 0,0021 0,0025 3 k= 95 V GR m/s 0,40 0,45 0,48 0,53 0,57 0,61 0,64 % 1,0 1,2 1,3 1,5 1,7 1,8 2,0 8.b.2. Il metodo del volume d’invaso o del coefficiente udometrico Il metodo tiene presente, nella trasformazione afflussi-deflussi, del principio della conservazione della massa. Correntemente viene utilizzato il Metodo diretto o del Coefficiente Udometrico basato sulla ricerca di una portata massima Q tra tutte quelle per le quali è possibile un'eguaglianza tra durate ammissibili e durate possibili, in relazione alla curva di possibilità pluviometrica adottata. La formulazione classica è espressa dalla relazione: 1 n u 2168 n a w 1 1 n [l/s ha] u = Q/A, coefficiente udometrico a espresso in [m/ora]4 v v2 v3 w = V/A → w 1 A invaso specifico [m] V , in questa formula, rappresenta il volume idrico totale invasato dal bacino scolante di area A. E' costituito, pertanto, dalla somma: del volume v1 invasato dalle canalizzazioni della rete di fognatura; Per i tronchi estremi si ha: v 1 = W 1 x L1 con L1, lunghezza del tronco ed W1 , massimo valore dell’area bagnata in funzione della forma e del correlato grado di riempimento Gr. Per gli altri tronchi della rete vi si calcola, nel rispetto dell’ipotesi del funzionamento sincrono , con la relazione: vi= i (Wi Li ) del volume v2 invasato nelle grondaie, nelle caditoie, nelle cunette stradali, nei pozzetti, nei fognoli di allacciamento privati, ecc.; necessita conoscere nel dettaglio il sistema elementare di raccolta e convogliamento delle acque di pioggia, unitamente alla tipologia e numero delle grondaie, dei pozzetti, delle caditoie, e di tutti gli altri elementi costituenti la rete non tenuti in conto nel calcolo di v1. Per v2 può darsi un valore approssimativo5 di 5÷10 m3/ha del volume v3 costituente il velo idrico superficiale: per aree urbanizzate pianeggianti, a veli idrici di spessore compreso tra 5 mm e 6 mm, equivalenti a 50 m3/ha e 60 m3/ha, e per aree urbanizzate caratterizzate da clivometria accentuata, a veli idrici di spessore compreso tra 3 mm e 4 mm, equivalenti a 30 m3/ha e 40 m3/ha. Procedimento analitico Applicando l’equazione u 2168 n a 1 1 1 n si determina un primo valore del coefficiente udonw metrico u’ con il quale è possibile stimare la correlata portata Q’= u’A ; nota questa, si procede alla h=a tn h [mm] a [mm ora-1] h=a/1000* tn 5 funzione della densità di pozzetti di ispezione nella rete 4 h [m] a [m ora-1] Le reti fognanti 403 verifica della sezione dello speco Wi nei confronti sia della forma e sia del grado di riempimento assunto nel predimensionamento iniziale. Nell’ipotesi che la sezione Wi non sia verificata, occorrerà definire una nuova sezione Wi’ che, variando solo il valore di v1, ridefinirà un w’ ed infine un nuovo valore del coefficiente udometrico u”. Il problema è risolto quando i valori dei coefficienti udometrici di due successive iterazioni risultano pressoché coincidenti (scarto <2%) . Esempio 33. Metodo del Volume d’invaso Si prende in esame un bacino planimetricamente identico al caso di studio precedente ma con pendenze dei vari tronchi di fognatura caratterizzati da pendenze meno acclivi e, pertanto, da giustificare l’utilizzo del metodo del volume di invaso. Ricordato che il metodo è di verifica, occorre preliminarmente pre-dimensionare la rete in modo da poter definire un primo valore del volume v1 invasato gli spechi : Coll. Riscritta Materiale Pendenza Pendenza Speco Grmax strada collettore sezione dimensione % 1 PVC 0,004 0,004 circolare DN 500 60 2 PVC 0,004 0,004 circolare DN 630 60 3 Cls 0,003 0,003 ovoidale W 80*1200 70 4 PVC 0,005 0,005 circolare DN 400 50 5 Cls 0,004 0,004 ovoidale W 80*120 70 6 Gres 0,004 0,004 circolare DN 600 60 3-4-5 Cls 0,004 0,004 ovoidale W 120*180 70 5-6-7 Cls 0,004 0,004 ovoidale W 120*180 70 la relazione: Z 2168 n a 1 n , dove 1 n u 2168 n a w n1 n Z w a è espresso in [m/ora], n1 n riuniti u Z w n 1 n i termini [l/s ha] costanti con [a] Nella seguente tabella sono riportati tutti gli elementi necessari per la determinazione del coefficiente v v2 v3 udometrico di primo tentativo u' , secondo l'espressione [a] [m] w 1 10000 A assumendo : 404 v2 = 5 m3/ha v3 = 30 m3/ha per le aree pavimentate 80 m3/ha per le aree a verde. v3 = Noti i valori di u', dei singoli sottobacini tributari, si determinano i valori delle portate Q con le quali verificare le dimensioni degli spechi, che in via del tutto preliminare e per mera comodità didattica assumeremo uguali a quelle dimensionate con il precedente metodo, mentre le pendenze dei collettori saranno quelle iniziali Tabella I Coll. Superficie m2 43120 51102 77361 29400 100763 49805 i Sezione 0,004 0,004 0,003 0,005 0,004 0,004 DN 500 DN 630 80*120 DN 400 80*120 DN600 r m 0,238 0,300 0,400 0,190 0,350 0,300 Bacini Superficie m2 43120 51102 77361 29400 100793 49805 1 2 3 4 5 6 Coll. L m 365 185 400 315 345 270 1 2 3 4 5 6 Coll. v1 m3 40,69 32,77 206,21 17,86 136,17 47,82 1 2 3 4 5 6 t=n-1/n Coll. Z 1 2 3 4 5 6 0,1905 0,2042 0,3331 0,0149 0,3331 0,0734 1 2 3 4 5 6 0,63 0,65 0,81 0,20 0,81 0,41 a m/ora 0,034 0,034 0,034 0,034 0,034 0,034 n 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,45 0,1905 0,2042 0,3331 0,0149 0,3331 0,0734 k GR A/r 90 90 80 90 90 95 60 60 70 50 70 60 1,9681 1,9681 3,2220 1,5708 3,2220 1,9681 v2 m3 m3/ha 21,56 30 25,55 30 38,68 30 0,00 80 50,40 30 24,90 30 m3/ha 5 5 5 0 5 5 Z 2 v3 m3 129,36 153,31 232,08 235,20 302,38 149,42 A m2 0,1115 0,1771 0,5155 0,0567 0,3947 0,1771 1,3296 1,3296 2,4077 0,9895 2,4077 1,3296 Qmax m3/s 0,165 0,305 0,916 0,075 0,834 0,322 v2+v3 m3 150,92 178,86 270,76 235,20 352,78 174,32 v1+v2+v3 m3 191,61 211,63 476,97 253,06 488,95 222,14 w m 0,0044 0,0041 0,0062 0,0086 0,0049 0,0045 Superficie ha 4,3120 5,1102 7,7361 2,9400 10,0793 4,9805 Qpiena m3/s 0,616 0,853 1,295 0,015 2,261 0,273 Q/(*) -1,2222 w 0,0044 0,0041 0,0062 0,0086 0,0049 0,0045 w t 749,87 817,33 502,51 334,22 673,64 746,46 u' 142,88 166,93 167,37 4,97 224,37 54,75 Dal primo confronto tra le portate stimate Qpiena e quelle massime Qmax esitabili dalle sezioni di pre dimensionamento si evince la sufficienza dei soli collettori 4 e 6 . Nelle successive Tabelle verrà comunque verificato ogni singolo collettore partendo dalla condizione iniziale di pre dimensionamento . Collettore 1 C1 circolare h/r 1,00 1,10 i= 0,004 DN 500 2 A/r Q/(*) 1,5708 0,9895 1,7705 1,1592 PVC k= 90 r= 0,242 h A Q 0,24 0,0920 0,128 0,27 0,1037 0,150 Q= 0,616 V 1,39 1,45 GR 50 55 Il collettore 1 è sottodimensionato e pertanto va aumentato dal DN 500 all’ovoidale 70*105 Le reti fognanti 405 C1 ovoidale h/r 1,60 1,80 1,90 1,95 2,00 i= 0,004 70*105 2 A/r Q/(*) 2,2305 1,5146 2,6242 1,8628 2,8238 2,0440 2,9235 2,1345 3,0233 2,2251 CLS k= 80 Q= 0,616 r= 0,35 h 0,56 0,63 0,67 0,68 0,70 A 0,2732 0,3215 0,3459 0,3581 0,3704 Q 0,466 0,573 0,629 0,657 0,685 V 1,71 1,78 1,82 1,83 1,85 GR 53 60 63 65 67 Collettore 2 C2 circolare h/r 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 i= 0,004 DN 630 2 A/r Q/(*) 1,5708 0,9895 1,7705 1,1592 1,9681 1,3296 2,1617 1,4970 2,3489 1,6570 PVC h 0,31 0,34 0,37 0,40 0,43 k= 90 r= 0,305 A Q 0,1461 0,237 0,1647 0,278 0,1831 0,319 0,2011 0,359 0,2185 0,397 Q= 0,853 V 1,62 1,69 1,74 1,79 1,82 GR 50 55 60 65 70 Il collettore 2 è sottodimensionato e pertanto va aumentato C2 ovoidale h/r 1,60 1,80 1,90 1,95 2,00 i= 0,004 80*120 A/r2 Q/(*) 2,2305 1,5146 2,6242 1,8628 2,8238 2,0440 2,9235 2,1345 3,0233 2,2251 CLS k= 80 Q= 0,853 r= 0,4 h 0,64 0,72 0,76 0,78 0,80 A 0,3569 0,4199 0,4518 0,4678 0,4837 Q 0,665 0,818 0,898 0,938 0,978 V 1,86 1,95 1,99 2,00 2,02 GR 53 60 63 65 67 Collettore 3 C3 ovoidale h/r 1,60 1,80 1,90 1,95 2,00 i= 0,003 80*120 2 A/r Q/(*) 2,2305 1,5146 2,6242 1,8628 2,8238 2,0440 2,9235 2,1345 3,0233 2,2251 CLS k= 80 Q= 1,295 r= 0,4 h 0,64 0,72 0,76 0,78 0,80 A 0,3569 0,4199 0,4518 0,4678 0,4837 Q 0,576 0,709 0,778 0,812 0,847 V 1,61 1,69 1,72 1,74 1,75 GR 53 60 63 65 67 il collettore è sottodimensionato C3 ovoidale h/r i= 0,003 90*135 A/r2 Q/(*) CLS k= 80 Q= 1,295 r= 0,45 h A Q V GR 1,90 2,8238 2,0440 0,86 0,5718 1,065 1,86 63 1,95 2,9235 2,1345 0,88 0,5920 1,112 1,88 65 2,00 2,10 3,0233 3,2220 2,2251 2,4077 0,90 0,95 0,6122 0,6525 1,159 1,254 1,89 1,92 67 70 Si accetta questa condizione al limite rimandando alla successiva iterazione di verifica. 406 Collettore 4 C4 i= 0,006 DN 400 circolare h/r A/r2 Q/(*) PVC Q= 0,015 k= 90 r= 0,194 h A Q V GR 0,50 0,6142 0,2711 0,10 0,0231 0,024 1,03 25 0,60 0,7927 0,3876 0,12 0,0298 0,034 1,14 30 0,90 1,3711 0,8243 0,17 0,0516 0,072 1,40 45 1,00 1,5708 0,9895 0,19 0,0591 0,087 1,47 50 Lo speco è sovradimensionato , pertanto si riduce al DN 250 C4 i= 0,006 DN 250 circolare h/r A/r2 Q/(*) PVC Q= 0,015 k= 90 r= 0,121 h A Q V GR 0,60 0,7927 0,3876 0,07 0,0116 0,010 0,83 30 0,90 1,3711 0,8243 0,11 0,0201 0,021 1,02 45 Lo speco è ancora sovradimensionato ma, non è conveniente scendere al disotto del DN 250 Collettore 5 C5 ovoidale h/r i= 0,004 80*120 2 A/r Q/(*) CLS k= 80 Q= 2,261 r= 0,4 h A Q V GR 1,90 2,8238 2,0440 0,76 0,4518 0,898 1,99 63 1,95 2,9235 2,1345 0,78 0,4678 0,938 2,00 65 2,00 3,0233 2,2251 0,80 0,4837 0,978 2,02 67 Il collettore è nettamente sottodimensionato e va aumentato C5 ovoidale h/r i= 0,004 120*180 2 A/r Q/(*) CLS k= 80 Q= 2,261 r= 0,6 h A Q V GR 1,60 2,2305 1,5146 0,96 0,8030 1,962 2,44 53 1,80 2,6242 1,8628 1,08 0,9447 2,413 2,55 60 1,90 2,8238 2,0440 1,14 1,0166 2,648 2,60 63 C6 i= 0,005 circolare DN600 h/r A/r2 Q/(*) 0,80 1,1735 0,6669 0,90 1,3722 0,8282 1,00 1,5708 0,9895 Grès Collettore 6 k= 95 Q= 0,273 r= 0,30 h 0,24 0,27 0,30 A 0,1056 0,1235 0,1414 Q 0,181 0,224 0,268 V 1,71 1,82 1,90 GR 40 45 50 Collettore sufficiente . Si aggiorna la Tabella I con gli spechi verificati Le reti fognanti 407 Tabella II Coll. L m 365 185 400 315 345 270 1 2 3 4 5 6 Coll. v1 m3 144,06 95,37 260,98 7,24 400,17 47,82 1 2 3 4 5 6 t=n-1/n Coll. Sezione 0,004 0,004 0,003 0,006 0,004 0,005 W 70*105 W 80*120 W 90*135 DN250 W 120*180 DN 600 Bacini Superficie m2 m3/ha 43120 5 51102 5 77361 5 29400 0 100793 5 49805 5 1 2 3 4 5 6 r m 0,350 0,40 0,45 0,121 0,60 0,30 2 k GR A/r 80 80 80 90 80 95 70 70 70 50 70 60 3,2220 3,2220 3,2220 1,5708 3,2220 1,9681 v2 m3 m3/ha 21,56 30 25,55 30 38,68 30 0,00 80 50,40 30 24,90 30 v3 m3 129,36 153,31 232,08 235,20 302,38 149,42 A m2 0,3947 0,5155 0,6525 0,0230 1,1599 0,1771 2,4077 2,4077 2,4077 0,9895 2,4077 1,3296 Qmax m3/s 0,741 1,058 1,255 0,025 3,120 0,360 v2+v3 m3 150,92 178,86 270,76 235,20 352,78 174,32 v1+v2+v3 m3 294,98 274,23 531,75 242,44 752,95 222,14 w m 0,0068 0,0054 0,0069 0,0082 0,0075 0,0045 Superficie ha 4,3120 5,1102 7,7361 2,9400 10,0793 4,9805 Qpiena m3/s 0,288 0,485 0,887 0,013 1,048 0,216 Q/(*) -1,1739 Z 1 2 3 4 5 6 i w w 0,1918 0,2053 0,3313 0,0158 0,3313 0,0754 0,0068 0,0054 0,0069 0,0082 0,0075 0,0045 t u" u' 347,84 66,73 462,56 94,98 345,91 114,60 279,33 4,42 313,70 103,93 574,71 43,34 142,88 166,93 167,37 4,97 224,47 54,75 Dall’esame della Tabella II si rileva che l’eguaglianza tra i coefficienti udometrici per il bacino afferente il collettori C4 e pertanto questo risalta definitivamente verificato. Pertanto nella seconda iterazione andranno verificate tutte le altre sezioni per le quali sono variati i valori delle portate Qpiena stimate con i valori di u'' u’. Collettore 1 C1 circolare 2 i= 0,004 DN 630 k= 90 PVC Q= 0,288 r= 0,305 h/r A/r Q/(*) h A Q V GR 1,00 1,5708 0,9895 0,31 0,1461 0,237 1,62 50 1,20 1,9681 1,3296 0,37 0,1831 0,319 1,74 60 Il collettore 1 è stato ridimensionato ad uno speco in PVC DN 630 Collettore 2 C2 i= 0,004 70*105 2 A/r Q/(*) ovoidale h/r CLS k= 80 Q= 0,485 r= 0,35 h A Q V GR 1,60 2,2305 1,5146 0,56 0,2732 0,466 1,71 53 1,80 2,6242 1,8628 0,63 0,3215 0,573 1,78 60 1,90 2,8238 2,0440 0,67 0,3459 0,629 1,82 63 Il collettore 2 è stato ridimensionato ad uno speco ovoidale in CLS 70*135 Collettore 3 C3 ovoidale h/r i= 0,003 80*120 2 A/r Q/(*) CLS k= 80 Q= 0,887 r= 0,4 h A Q V GR 1,90 2,8238 2,0440 0,76 0,4518 0,778 1,72 63 1,95 2,9235 2,1345 0,78 0,4678 0,812 1,74 65 2,00 2,10 3,0233 3,2220 2,2251 2,4077 0,80 0,84 0,4837 0,5155 0,847 0,916 1,75 1,78 67 70 408 Il collettore 3 è stato ridimensionato ad uno speco ovoidale in CLS 80*120 Collettore 5 C5 ovoidale h/r 1,60 1,80 1,90 i= 0,004 90*105 2 A/r Q/(*) 2,2305 1,5146 2,6242 1,8628 2,8238 2,0440 CLS k= 80 Q= 1,048 r= 0,45 h 0,72 0,81 0,86 A 0,4517 0,5314 0,5718 Q 0,911 1,120 1,229 V 2,02 2,11 2,15 Il collettore 5 è stato ridimensionato ad uno speco ovoidale in CLS GR 53 60 63 90*105 Collettore 6 C6 circolare h/r 0,80 0,90 1,00 i= 0,005 DN600 2 A/r Q/(*) 1,1735 0,6669 1,3722 0,8282 1,5708 0,9895 Grès k= 95 Q= 0,216 r= 0,30 h 0,24 0,27 0,30 A 0,1056 0,1235 0,1414 Q 0,181 0,224 0,268 V 1,71 1,82 1,90 GR 40 45 50 Il collettore 6 resta invariato Si aggiorna la Tabella II Tabella III Coll. L m 365 185 400 315 345 270 1 2 3 4 5 6 Coll. v1 m3 53,34 73,02 206,21 7,24 225,10 47,82 1 2 3 4 5 6 t=n-1/n Coll. 1 2 3 4 5 6 i Sezione 0,004 0,004 0,003 0,006 0,004 0,005 DN 630 W 70*135 W 80*120 DN250 W 90*105 DN 600 Bacini Superficie m2 m3/ha 43120 5 51102 5 77361 5 29400 0 100793 5 49805 5 1 2 3 4 5 6 r m 0,305 0,35 0,40 0,121 0,45 0,30 2 k GR A/r 90 80 80 90 80 95 60 70 70 50 70 60 1,5708 3,2220 3,2220 1,5708 3,2220 1,9681 v2 m3 m3/ha 21,56 30 25,55 30 38,68 30 0,00 80 50,40 30 24,90 30 v3 m3 129,36 153,31 232,08 235,20 302,38 149,42 A m2 0,1461 0,3947 0,5155 0,0230 0,6525 0,1771 0,9895 2,4077 2,4077 0,9895 2,4077 1,3296 Qmax m3/s 0,237 0,741 0,916 0,025 1,449 0,360 v2+v3 m3 150,92 178,86 270,76 235,20 352,78 174,32 v1+v2+v3 m3 204,26 251,88 476,97 242,44 577,87 222,14 w m 0,0047 0,0049 0,0062 0,0082 0,0057 0,0045 Superficie ha 4,3120 5,1102 7,7361 2,9400 10,0793 4,9805 Qpiena m3/s 0,443 0,536 1,007 0,013 1,429 0,216 Q/(*) -1,1739 Z w w 0,1918 0,2053 0,3313 0,0158 0,3313 0,0754 0,0047 0,0049 0,0062 0,0082 0,0057 0,0045 t 535,51 511,11 392,99 279,33 428,00 574,71 u"' u" 102,74 104,95 130,20 4,42 141,80 43,34 66,73 94,98 114,60 4,42 103,93 43,34 Dal confronto tra u''' ed u'' restano da verificare solo gli spechi C1 , C2, C3 e C5 per i quali resta ancora una differenza tra i valori dei coefficienti udometrici u”’ ed u” Collettore 1 C1 circolare 2 i= 0,004 DN 700 k= 95 Grès Q= 0,443 r= 0,35 h/r A/r Q/(*) h A Q V GR 1,00 1,5708 0,9895 0,35 0,1924 0,362 1,88 50 1,20 1,9681 1,3296 0,42 0,2411 0,486 2,02 60 Il collettore 1 è stato ridimensionato ad uno speco in Grès DN 700 Le reti fognanti 409 Collettore 2 C2 i= 0,004 ovoidale CLS 70*105 k= 80 Q= 0,536 r= 0,35 h/r 1,60 A/r2 2,2305 Q/(*) 1,5146 h 0,56 A 0,2732 Q 0,466 V 1,71 GR 1,80 2,6242 1,8628 0,63 0,3215 0,573 1,78 60 53 Il collettore 2 resta invariato Collettore 3 C3 i= 0,003 ovoidale h/r 1,40 1,50 1,60 A/r2 1,8475 2,0390 2,2305 CLS 100*150 Q/(*) 1,1816 1,3481 1,5146 k= 80 Q= 1,007 r= 0,5 h 0,70 0,75 0,80 A 0,4619 0,5098 0,5576 Q 0,815 0,930 1,045 V 1,77 1,82 1,87 Il collettore 3 è stato ridimensionato ad uno speco ovoidale in CLS GR 47 50 53 100*150 Collettore 5 C5 i= 0,004 ovoidale CLS 100*150 k= 80 Q= 1,429 r= 0,5 h/r 1,60 A/r2 2,2305 Q/(*) 1,5146 h 0,80 A 0,5576 Q 1,207 V 2,16 GR 1,80 2,6242 1,8628 0,90 0,6561 1,484 2,26 60 Il collettore 5 è stato ridimensionato ad uno speco ovoidale in CLS 53 90*105 Tabella IV Coll. 1 2 3 4 5 6 Coll. 1 2 3 4 5 6 L m 365 185 400 315 345 270 v1 m3 70,23 73,02 322,20 7,24 277,90 47,82 t=n-1/n Coll. 1 2 3 4 5 6 Z 0,1918 0,2053 0,3313 0,0158 0,3313 0,0754 i Sezione 0,004 0,004 0,003 0,006 0,004 0,005 DN 700 W 70*135 W 100*150 DN250 W 100*150 DN 600 Bacini Superficie m2 m3/ha 43120 5 51102 5 77361 5 29400 0 100793 5 49805 5 1 2 3 4 5 6 r m 0,350 0,35 0,50 0,121 0,50 0,30 GR A/r 95 80 80 90 80 95 60 70 70 50 70 60 1,5708 3,2220 3,2220 1,5708 3,2220 1,9681 v2 m3 m3/ha 21,56 30 25,55 30 38,68 30 0,00 80 50,40 30 24,90 30 v3 m3 129,36 153,31 232,08 235,20 302,38 149,42 A m2 0,1924 0,3947 0,8055 0,0230 0,8055 0,1771 Q/(*) 0,9895 2,4077 2,4077 0,9895 2,4077 1,3296 Qmax m3/s 0,362 0,741 1,661 0,025 1,919 0,360 v2+v3 m3 150,92 178,86 270,76 235,20 352,78 174,32 v1+v2+v3 m3 221,15 251,88 592,96 242,44 630,67 222,14 w m 0,0051 0,0049 0,0077 0,0082 0,0063 0,0045 Superficie ha 4,3120 5,1102 7,7361 2,9400 10,0793 4,9805 Qpiena m3/s 0,404 0,536 0,780 0,013 1,290 0,216 -1,1739 w 0,0051 0,0049 0,0077 0,0082 0,0063 0,0045 w t uIV 487,80 93,58 511,11 104,95 304,37 100,84 279,33 4,42 386,25 127,96 574,71 43,34 u"' 102,74 104,95 130,20 4,42 141,80 43,34 restano da verificare gli spechi C1 , C3, e C5 410 2 k Collettore 1 C1 i= 0,004 circolare Grès k= 95 DN 700 2 Q= 0,404 r= 0,35 h/r A/r Q/(*) h A Q V GR 1,00 1,5708 0,9895 0,35 0,1924 0,362 1,88 50 1,20 1,9681 1,3296 0,42 0,2411 0,486 2,02 60 Il collettore C1 resta invariato Collettore 3 C3 ovoidale h/r 1,60 1,80 2,00 i= 0,003 80*120 A/r2 Q/(*) 2,2305 1,5146 2,6242 1,8628 3,0233 2,2251 CLS k= 80 Q= 0,780 r= 0,4 h 0,64 0,72 0,80 A 0,3569 0,4199 0,4837 Q 0,576 0,709 0,847 Il collettore 3 è stato ridimensionato ad uno speco ovoidale in CLS V 1,61 1,69 1,75 GR 53 60 67 80*120 Collettore 5 C5 ovoidale h/r 1,60 1,80 1,90 i= 0,004 100*150 2 A/r Q/(*) 2,2305 1,5146 2,6242 1,8628 2,8238 2,0440 CLS k= 80 Q= 1,290 r= 0,5 h 0,80 0,90 0,95 A 0,5576 0,6561 0,7059 Q 1,207 1,484 1,628 V 2,16 2,26 2,31 GR 53 60 63 resta invariato Tabella V Coll. 1 2 3 4 5 6 Coll. 1 2 3 4 5 6 L m 365 185 400 315 345 270 v1 m3 70,23 73,02 322,20 7,24 277,90 47,82 t=n-1/n Coll. 1 2 3 4 5 6 Z 0,1918 0,2053 0,3313 0,0158 0,3313 0,0754 i Sezione 0,004 0,004 0,003 0,006 0,004 0,005 DN 700 W 70*135 W 80*120 DN250 W 100*150 DN 600 Bacini Superficie m2 m3/ha 43120 5 51102 5 77361 5 29400 0 100793 5 49805 5 1 2 3 4 5 6 r m 0,350 0,35 0,50 0,121 0,50 0,30 2 k GR A/r 95 80 80 90 80 95 60 70 70 50 70 60 1,5708 3,2220 3,2220 1,5708 3,2220 1,9681 v2 m3 m3/ha 21,56 30 25,55 30 38,68 30 0,00 80 50,40 30 24,90 30 v3 m3 129,36 153,31 232,08 235,20 302,38 149,42 A m2 0,1924 0,3947 0,8055 0,0230 0,8055 0,1771 Q/(*) 0,9895 2,4077 2,4077 0,9895 2,4077 1,3296 Qmax m3/s 0,362 0,741 1,661 0,025 1,919 0,360 v2+v3 m3 150,92 178,86 270,76 235,20 352,78 174,32 v1+v2+v3 m3 221,15 251,88 592,96 242,44 630,67 222,14 w m 0,0051 0,0049 0,0077 0,0082 0,0063 0,0045 Superficie ha 4,3120 5,1102 7,7361 2,9400 10,0793 4,9805 Qpiena m3/s 0,404 0,536 0,780 0,013 1,290 0,216 -1,1739 w 0,0051 0,0049 0,0077 0,0082 0,0063 0,0045 w t uV 487,80 93,58 511,11 104,95 304,37 100,84 279,33 4,42 386,25 127,96 574,71 43,34 uIV 93,58 104,95 100,84 4,42 127,96 43,34 Restano da verificare la sezione 6 dell’allacciante 3.4.5. e la sezione 7 dell’allacciante 4.5.6. Le reti fognanti 411 Sezione 6 C 4.5.6 ovoidale h/r 1,40 1,60 1,80 2,00 i= 0,004 100*150 2 A/r Q/(*) 1,8475 1,1886 2,2305 1,5146 2,6242 1,8628 3,0233 2,2251 Q1+Q2+Q3+Q4= 1,733 k= 80 r= 0,5 h 0,70 0,80 0,90 1,00 A 0,4619 0,5576 0,6561 0,7558 Q 0,947 1,207 1,484 1,773 V 2,05 2,16 2,26 2,35 GR 47 53 60 67 Sezione 7 C 4.5.6 ovoidale h/r 1,80 2,00 2,10 2,20 i= 0,004 120*180 A/r2 Q/(*) 2,6242 1,8628 3,0233 2,2251 3,222 2,4077 3,4207 2,5903 QT= 3,239 k= 80 r= 0,6 h 1,08 1,20 1,26 1,32 A 0,9447 1,0884 1,1599 1,2315 Q 2,413 2,883 3,119 3,356 V 2,55 2,65 2,69 2,73 GR 60 67 70 73 La seguente Tabella VI riassume le caratteristiche finali dei collettori in esame: Tabella VI Coll. Materiale Pendenza Pendenza Speco Qt V m/s strada collettore sezione dimensione m3/s 1 Gres 0,004 0,004 ovoidale DN 700 0,404 1,9 2 Cls 0,004 0,004 ovoidale W 70*105 0,536 1,7 3 Cls 0,003 0,003 ovoidale W 80*120 0,780 1,7 4 PVC 0,006 0,006 circolare DN 250 0,013 0,9 5 Cls 0,004 0,004 ovoidale W 100*150 1,290 2,2 6 Gres 0,004 0,004 circolare DN 600 0,216 1,8 3-4-5 Cls 0,004 0,004 ovoidale W 100*150 1,733 2,3 5-6-7 Cls 0,004 0,004 ovoidale W 120*180 3,239 2,7 Verifica in regime di stagione secca Anche in questo caso si deve eseguire una verifica sulle velocità minime in assenza del contributo di portata dovuto alle piogge. Vengono presi in esame i due collettori: Collettore 2 con speco ovoidale W 70*105 , portata nera Q= 0,00025 m3/s C2 lunghezza Q= 0,00025 h/r 0,025 0,030 0,035 0,040 412 A/r 2 0,0052 0,0069 0,0086 0,0105 i= 0,004 3 Qmax= 0,0005 m /s 3 m /s W 70*105 ovoidale 185 m Qmax= 0,0005 m3/s , portata di verifica R/r 0,0165 0,0197 0,023 0,0262 r= 0,35 m fondello in grès Q/(*) h A 0,0003 0,0005 0,0007 0,0009 m 0,009 0,011 0,012 0,014 m 0,0006 0,0008 0,0011 0,0013 2 R Q m 0,006 0,007 0,008 0,009 m /s 0,0001 0,0002 0,0003 0,0003 3 k= 95 V GR m/s 0,17 0,22 0,24 0,26 % 0,8 1,0 1,2 1,3 si rileva alla portata di verifica un valore di velocità V 0,24 m/s al disotto del limite minimo consentito e, pertanto, è necessario introdurre un pozzetto di lavaggio di testata Collettore 3-4-5 con speco ovoidale verifica Q= 0,00235 m3/s. C 3-4-5 lunghezza h/r 0,050 0,055 0,060 0,070 2 0,0147 0,017 0,0192 0,0242 400 m i= 0,004 3 Qmax= 0,0047 m /s m /s W 100*150 A/r 100*150, portata nera Qmax= 0,0047 m3/s , portata di 3 Q= 0,00235 ovoidale W R/r 0,0326 0,036 0,0389 0,0451 r= 0,5 m fondello in grès Q/(*) h A 0,0015 0,002 0,0022 0,0031 m 0,025 0,028 0,030 0,035 m 0,0037 0,0042 0,0048 0,0061 2 R Q m 0,016 0,018 0,019 0,023 m /s 0,0014 0,0018 0,0021 0,0029 3 k= 95 V GR m/s 0,39 0,41 0,43 0,48 % 1,7 1,8 2,0 2,3 si rileva alla portata di verifica un valore di velocità V 0,43 m/s ; anche per questo collettore deve essere previsto un pozzetto di lavaggio in testata. 9. Progetto di una nuova rete Le principali attività di progettazione in materia di Lavori Pubblici sono state illustrate al Capitolo 9; la progettazione di qualsiasi opera pubblica, con particolare riferimento all'Art.16 della Legge Quadro sui Lavori Pubblici, è articolata in tre livelli: Preliminare Definitivo ed Esecutivo Dalla Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici del 7 gennaio 1974 n.° 11633 vengono riportate le “Istruzioni per la progettazione delle fognature e degli impianti di trattamento delle acque reflue” che forniscono istruzioni dettagliate circa il contenuto del progetto di massima6 e del progetto esecutivo. Progetto di Massima (Definitivo ) Il progetto di massima deve essere corredato dai seguenti allegati considerati strettamente indispensabili: A. RELAZIONE E CALCOLI I Considerazioni generali sulle caratteristiche del centro da servire (ad es. posizione geografica, condizioni geologiche, situazione socio-economiche, se trattasi di centri turistici, alberghieri ecc.). II Delimitazione orografica ed amministrativa del bacino gravitante sul centro da servire. III Studio idrologico riferito a adeguati elementi desunti dai dati del Servizio Idrografico Italiano, atto a definire le leggi di pluviometria dominanti nel bacino stesso. IV Studio indicativo delle eventuali opere di difesa dalle acque meteoriche provenienti da monte del centro da servire, al fine di determinare l'effettivo bacino interessato dalle opere di sistemazione di eventuali corsi d'acqua che possano avere interesse sulle opere di fognatura. V Dati anagrafici e distribuzione della popolazione nel centro da servire all'epoca della redazione del progetto; previsione della futura popolazione e sua distribuzione dedotta dagli studi sopra prescritti in merito alla redazione dello « studio preliminare » e che potranno anche essere effettuati direttamente a corredo del progetto di massima. In modo particolare per i centri turistici e balneari si terrà conto della popolazione fluttuante e dei suoi possibili futuri incrementi nella considerazione delle particolari esigenze cui devono soddisfare tali centri residenziali. VI Valutazione e localizzazione di eventuali scarichi liquidi provenienti da particolari complessi (attività industriali, macelli, ospedali, ecc.). 6 Oggi detto Progetto Definitivo Le reti fognanti 413 VII Delimitazione delle aree costituenti i singoli bacini colanti serviti dalla rete di progetto, con la indicazione dei relativi coefficienti di assorbimento da parte delle superfici interessate. VIII Elementi desunti dal « Piano Regolatore generale degli acquedotti e del corretto smaltimento delle acque di rifiuto »; sia in ordine alle portate distribuite o previste da parte della rete idrica, sia in ordine allo scarico delle acque raccolte dalla rete fognante. IX Verifica della capacità funzionale delle opere della fognatura esistente in relazione agli interventi da progettare. X Criteri di scelta del sistema di fognatura adottata (misto o separato). In particolare la scelta dovrà essere giustificata da considerazioni, sia tecniche che economiche (ivi comprese le spese di esercizio), che tengano conto delle condizioni igieniche, orografiche, urbanistiche e sociali del centro da servire con la rete in progetto, e del livello di qualità che le acque dovranno avere al punto di scarico finale. Nella giustificazione del sistema adottato dovrà risultare che è stato tenuto conto della posizione del recapito o dei recapiti finali delle acque reflue, in considerazione delle eventuali possibilità di autodepurazione, di esistenza e di persistenza di portate di diluizione, di eventuali utilizzazioni del recapito a valle degli scarichi. Nel caso di piccoli agglomerati, è opportuno considerare le difficoltà di funzionamento che per reti miste si presentano in pratica per gli scaricatori di piena, in relazione alle esigue portate di tempo asciutto rispetto a quelle di pioggia. XI Notizie sul recipiente e dimostrazione della possibilità di scaricare dal punto di vista idraulico e dell'equilibrio dell'ambiente, anche in relazione ai possibili interrimenti ed alle subsidenze ove queste siano da temersi. XII Scelta dei tipi costruttivi delle sezioni fognarie da realizzarsi con indicazione dei materiali prescelti e delle formule di resistenza idraulica adoperate. Nella scelta dei materiali dovrà tenersi anche conto delle velocità di deflusso. Nello stabilire la giacitura delle varie canalizzazioni dovrà tenersi conto della presenza di altri sottoservizi cittadini ed in particolare della giacitura delle tubazioni della distribuzione idrica, quando esistente, ovvero da prevedersi. XIII Calcolo, limitato ai collettori ed all'emissario, delle portate nere, medie e di punta, da presentare sotto forma di tabelle con la indicazione delle pendenze, delle velocità e delle altezze d'acqua sia per le portate medie che per quelle di punta. La velocità relativa alle portate medie non dovrà di norma essere inferiore ai 50 cm/s. Quando ciò non si potesse realizzare dovranno essere interposti in rete adeguati sistemi di lavaggio. La velocità relativa alle portate di punta non dovrà di norma essere superiore ai 4 m/s. XIV Calcolo, limitato ai collettori ed all'emissario, delle portate pluviali e di scorrimento superficiale, esponendo il metodo di calcolo adoperato, eseguito sulla base sulla base dello studio idrologico e dei coefficienti di assorbimento dei terreni; i risultati saranno presentati sotto forma tabellare, con l'indicazione dei coefficienti udometrici calcolati, delle pendenze, delle sezioni, delle portate, delle velocità, delle altezze dell'acqua. La velocità massima non dovrà di norma superare i 5 m/s. XV Per il calcolo delle fognature a sistema separato valgono le indicazioni sopra esposte; per quelle a sistema misto il calcolo anzidetto dovrà essere eseguito sia per le condizioni di tempo asciutto (portate nere) che per quelle di tempo di pioggia (portate nere + portate pluviali), rimanendo valevoli le indicazioni già date. XVI Calcolo, per le eventuali stazioni di sollevamento, delle prevalenze manometriche da vincere e del diametro delle tubazioni di mandata con indicazione del materiale che le costituisce. Dovranno essere inoltre indicati numero e tipo di dispositivi elevatori da adoperare, nonché le potenze da impegnare. XVII Per ciascuno degli eventuali scaricatori di piena dovranno essere indicati tipo e dimensioni nonché le portate in gioco, motivando la ubicazione anche in relazione alle caratteristiche del recipiente finale. XVIII Dovrà infine indicarsi il presunto importo globale delle opere progettate, come risulterà dallo specifico allegato « Preventivo sommario di costo delle opere », nonché il presumibile costo annuo delle spese di gestione (esercizio e manutenzione). B. COROGRAFIA Essa dovrà rappresentare, in scala almeno 1:25.000 su tavolette dell'Istituto Geografico Militare, la delimitazione del bacino imbrifero gravitante sul centro da servire, proponendo eventuali opere di difesa dalle acque esterne al centro; le delimitazioni del bacino proprio della rete fognante; la posizione di eventuali scaricatori di piena; la posizione del recapito e dei recapiti finali delle acque reflue; la posizione dell'eventuale impianto di trattamento dei liquami ed il tracciato dell'emissario fino al punto di recapito finale. Ove lo scarico avvenga in un impluvio o corso d'acqua occorrerà indicare per quest'ultimo il percorso e le zone attraversate per un adeguato tratto a valle. Se lo scarico si effettua in mare o in lago la corografia dovrà comprendere le zone litoranee adiacente per una adeguata estensione riportando gli eventuali centri balneari ed altri insediamenti di particolare interesse. Dovranno inoltre essere forniti elementi relativi ai venti dominanti, alle correnti marine ed ai fondali antistanti mediante carta batimetrica. C. PLANIMETRIA QUOTATA DEL CENTRO DA SERVIRE CON INDICAZIONE DELLA NUOVA RETE DI FOGNATURA CON INCLUSE LE PARTI DELLA RETE ESISTENTE EVENTUALMENTE UTILIZZATE; SULLA PLANIMETRIA SARÀ INDICATA ALTRESÌ L'INDICAZIONE DELLE EVENTUALI STAZIONI DI SOLLEVAMENTO E DEGLI IMPIANTI DI DEPURAZIONE Questa dovrà essere rappresentata in scala almeno 1:10.000 e dovrà riportare le quote del terreno, assolute o relative, dei punti salienti del centro da servire con eventuale indicazione delle curve di livello; lo schema della 414 rete di distribuzione dell'acqua potabile; le zone con diversa densità di popolazione, quelle destinate a industrie con le relative tipologie e le superfici con diverso coefficiente di assorbimento; il tracciato della rete di progetto con distinta indicazione delle nuove fogne e di quelle esistenti eventualmente utilizzate, con indicato il verso di movimento delle acque; la indicazione, con lettere ovvero con numeri, di ciascuno collettore, in maniera tale che risulti facilitato il riferimento ai profili longitudinali e alle tabelle di calcolo; la posizione di eventuali opere d'arte particolari (come attraversamenti ferroviari, opere di alleggerimento o scarico, stazione di sollevamento, ecc.); la posizione dell'eventuale impianto di trattamento dei liquami. Dovranno inoltre essere indicate le eventuali aree da espropriare per la realizzazione di opere particolari. La planimetria dovrà anche riportare le quote del prevedibile massimo livello di pelo d'acqua del/dei corpi idrici recipienti nel/nei punti di scarico. Per maggior chiarezza, quanto detto potrà riportarsi in più tavole (ad es.: planimetria quotata con rete; planimetria delle zone urbanizzate e di quelle di espansione, con i relativi pesi insediativi sia demografici sia industriali e corrispondenti indici di consumo, con particolare riguardo alle risultanze degli accertamenti di cui al punto VI della relazione; planimetria con suddivisione delle aree nei riguardi del coefficiente di assorbimento, ecc.). D. DISEGNI DEI PROFILI DEI COLLETTORI E DELL'EMISSARIO Dovranno essere allegati al progetto, in scala almeno 1:2000 per le lunghezze ed 1:200 per le altezze, i disegni dei profili di tutti i collettori e dell'emissario; essi dovranno essere rappresentati nelle scale innanzi indicate ovvero, qualora se ne ravvisi l'opportunità ed al fine di rendere più evidenti i dislivelli, anche in altre scale di differente rapporto, specie per quella delle altezze. Dovranno essere dati anche i profili delle eventuali condotte di mandata. Gli elaborati dovranno indicare la linea del terreno e quelle del cielo e del fondo delle sezioni progettate; dovranno inoltre essere indicate le quote di fondo e di cielo dei collettori confluenti, dei quali dovranno essere specificati i numeri o le lettere di identificazione; sui profili sarà poi indicata la posizione e le eventuali opere d'arte particolari. Gli elaborati dovranno essere completati da due fincature orizzontali, l'una superiore al profilo, l'altra inferiore. Quella superiore dovrà indicare la sezione progettata, identificata in maniera che essa trovi riscontro nei disegni delle sezioni tipo, le portate e le velocità previste, le pendenze delle livellette, i nomi delle strade interessate. Quella inferiore dovrà indicare le quote del terreno, quelle di cielo e di fondo delle sezioni, la misura delle distanze parziali e progressive; per i pozzetti di salto dovranno essere indicate le quote a monte ed a valle del salto. E. DISEGNI DELLE SEZIONI DEI COLLETTORI E DELL'EMISSARIO I disegni dovranno indicare in scala idonea per una chiara interpretazione, e comunque almeno 1:100, i tipi costruttivi delle sezioni fognarie adoperate. Dovranno essere specificati i materiali adottati e le sezioni stesse dovranno essere accompagnate dalle relative scale di velocità e portate in funzione delle altezze di riempimento. Per fognature miste il minimo condotto da adoperare sarà quello circolare del diametro di 300 mm; per reti separate il minimo condotto da adoperare sarà per la rete nera quello circolare del diametro di 200 mm e per quella bianca del diametro di 300 mm. Le reti fognanti 415 F. DISEGNI DELLE OPERE D'ARTE TIPO E DI QUELLE PARTICOLARI PIÙ IMPORTANTI I Disegni saranno redatti in scala idonea per una chiara interpretazione, in relazione alle dimensioni dei manufatti e comunque non inferiore a 1:100 e dovranno essere specificati i materiali adottati. Le opere d'arte ricorrenti, costituite essenzialmente da pozzetti di ispezione, confluenza e deviazione, pozzetti di salto, pozzetti di alloggio dei sifoni di cacciata, caditoie, ecc., rappresentate almeno con una sezione trasversale ed una pianta. I pozzetti dovranno avere dimensioni tali da consentire agevolmente al personale addetto l'accesso e le operazioni di manutenzione della rete, e la canna di discesa dovrà essere tangente ad uno dei lati del pozzetto stesso. I disegni delle opere d'arte particolari come quelle di scaricatori di piena, stazioni di sollevamento, attraversamenti ferroviari, ecc. dovranno essere redatti in scala idonea per una chiara interpretazione in relazione alle dimensioni dei manufatti e comunque non inferiore ad 1:100. Dovranno inoltre essere forniti nelle scale suddette i disegni delle opere terminali della rete indicando i livelli di massimo pelo di acqua da considerare nei recipienti stessi, le eventuali protezioni delle opere finali della fognatura (ad es. per gli scarichi a mare, scogliere, moli, pennelli, ecc.), i manufatti di scarico, ecc. G. DISEGNI INDICATIVI DELL'IMPIANTO DI DEPURAZIONE E DEI SERVIZI ACCESSORI, CON INDIVIDUAZIONE DELLE AREE DA IMPEGNARE La progettazione comprenderà un disegno che indichi il ciclo di trattamento previsto e lo schema planimetrico delle opere con indicazione delle dimensioni e dell'andamento altimetrico dell'area da impegnare, nonché lo schema altimetrico con il profilo idraulico dei percorsi che i liquami seguiranno nelle varie fasi del trattamento. H. PREVENTIVO SOMMARIO DI COSTO DELLE OPERE E DELLE SPESE DI GESTIONE (ESERCIZIO E MANUTENZIONE) Il preventivo dovrà indicare l'importo delle opere progettate, suddividendo l'importo stesso in cifre riassuntive che comprendano globalmente: costo delle canalizzazioni, compresi i movimenti di terra e le pavimentazioni; costo delle opere di trasformazione ed allaccio delle fognature esistenti eventualmente utilizzate; costo delle opere d'arte ricorrenti; costo delle eventuali opere d'arte particolari; costo di eventuali apparecchiature; costo dell'eventuale impianto di trattamento; costi ed oneri per eventuali demolizioni e ricostruzioni di opere di pubblici servizi esistenti nel sottosuolo ed interferenti con la fognatura progettata; indennizzi per espropri ed eventuali servitù; preventivo dei costi di gestione delle eventuali stazioni di sollevamento ed impianti di depurazione. Il preventivo sommario dovrà anche evidenziare l'importo delle opere urgenti. Il Progetto Esecutivo7 Il progetto esecutivo dovrà essere corredato dai seguenti allegati considerati strettamente indispensabili, oltre ovviamente da tutti quegli altri elaborati che i progettisti dovessero reputare utili alla migliore illustrazione delle opere: a - relazione e calcoli I……Possibilità di utilizzazione di opere di fognatura già preesistenti o di inserimento delle opere proposte nel complesso di quelle realizzate con precedenti lotti. II Dati anagrafici e distribuzione della popolazione nel centro da servire o della parte interessata all'epoca della redazione del progetto esecutivo; previsione della futura popolazione e sua distribuzione, dedotta dalle risultanze degli accertamenti di carattere urbanistico effettuati in sede di redazione del progetto di massima, risultanze opportunamente aggiornate in relazione alle previsioni dei vigenti strumenti urbanistici locali e territoriali al momento della redazione del progetto esecutivo. III Valutazione e localizzazione di eventuali scarichi liquidi provenienti da particolari complessi (attività industriali, macelli, ospedali ecc.). IV Delimitazione delle aree costituenti i singoli bacini colanti serviti dalla rete di progetto, con la indicazione dei relativi coefficienti di assorbimento da parte delle superfici interessate. V Eventuale aggiornamento degli elementi desunti dal « Piano Regolatore generale degli acquedotti e del corretto smaltimento delle acque di rifiuto », sia in ordine alle portate distribuite o previste da parte della rete idrica, sia in ordine allo scarico delle acque raccolte dalla rete fognante. 7 Come si vedrà dagli elaborati, molti di questi rappresentano l’aggiornamento definitivo. 416 ed l’estensione del progetto VI Scelta particolareggiata dei tipi costruttivi e delle modalità di costruzione delle sezioni fognature da realizzare con indicazione dei materiali prescelti e delle formule di resistenza idraulica adoperate. Nella scelta di materiali dovrà tenersi conto anche delle velocità di deflusso. Nello stabilire la giacitura delle varie canalizzazioni dovrà tenersi conto delle possibilità di intralcio e di incrocio con altri sottoservizi cittadini. Dovrà inoltre indicarsi la giacitura delle tubazioni della distribuzione idrica, quando esistente ovvero da prevedersi, e collocare le canalizzazioni fognarie sempre al di sotto garantendo che tra l'estradosso della loro copertura e le generatrice inferiore delle tubazioni per l'approvvigionamento idrico vi sia un opportuno dislivello e comunque non inferiore ai 30 cm. In casi particolari, fermo restando la norma di porre le canalizzazioni di fognatura al di sotto di quelle di approvvigionamento idrico, qualora non potesse essere osservata la distanza minima di 30 cm anzidetta, dovranno disporsi adeguate opere di protezione della condotta idrica. VII Calcolo delle portate nere, medie e di punta delle canalizzazioni della rete facente parte del progetto esecutivo, da presentare sotto forma di tabelle con l'indicazione per i singoli tratti delle pendenze, delle velocità e delle relative altezze d'acqua sia per le portate medie che per quelle di punta. La velocità relativa alle portate medie non dovrà di norma essere inferiore ai 50 cm/s. Quando ciò non si potesse realizzare dovranno essere interposti in rete adeguati sistemi di lavaggio. La velocità relativa alle portate di punta non dovrà di norma essere superiore ai 4 m/s. VIII Calcolo delle portate pluviali di tutte le canalizzazioni della rete facente parte del progetto esecutivo, esponendo il metodo di calcolo adoperato, eseguito sulla base dello studio idrologico delle durate degli eventi meteorici, dell'estensione, delle aree dei bacini colanti e dei coefficienti di assorbimento dei terreni; dovrà tenersi conto anche della frequenza con cui potranno verificarsi gli eventi più gravosi; i risultati saranno presentati sotto forma tabellare, con l'indicazione dei coefficienti udometrici calcolati, delle pendenze, delle sezioni, delle portate, delle velocità, delle altezze d'acqua. La velocità massima eccezionale non dovrà superare di norma i 5 m/s. La velocità di esercizio, a prescindere dai detti limiti che hanno valore indicativo dovranno comunque essere correlate alla resistenza all'usura dei materiali di cui le fogne sono rivestite. IX Per il calcolo delle fognature a sistema separato valgono le indicazioni sopra esposte; per quelle a sistema misto il calcolo anzidetto dovrà essere eseguito sia per le condizioni di tempo asciutto (portate nere) che per quelle di tempo di pioggia (portate nere + portate pluviali), rimanendo valevoli le indicazioni già date. X Calcolo delle eventuali stazioni di sollevamento, con l'indicazione delle prevalenze geodetiche e manometriche da vincere, del diametro e del materiale delle tubazioni di mandata, del tipo e del numero di pompe o altro dispositivo elevatorio (coclee ad es.) da adoperare, dei relativi rendimenti, della riserva predisposta, della potenza impegnata, dei tempi di funzionamento tra attacco e stacco delle macchine; dovranno essere illustrati i provvedimenti predisposti per l'idonea protezione delle macchine e delle condotte di mandata con particolare riguardo sia ai fenomeni di colpo d'ariete, che a quelli di corrosione o di isolamento. Dovranno inoltre essere illustrate le modalità adottate per assicurare lo scarico di emergenza in caso di interruzione di funzionamento delle macchine, in maniera da non rigurgitare la fogna d'arrivo o almeno contenere il rigurgito entro i limiti accettabili; qualora, per ragioni di quota ciò non fosse possibile, dovrà provvedersi all'installazione di gruppi elettrogeni di riserva, tali quindi da assicurare il funzionamento delle macchine in caso di emergenza. Laddove per notevoli variazioni nelle portate da elevare (come in genere avviene quando si tratta di fognature miste) e al fine di realizzare velocità accettabili, possono richiedersi più condotte di mandata, occorre evidenziare che con le minori portate il liquame non ristagni nelle condotte temporaneamente escluse dal funzionamento. XI Calcolo idraulico degli eventuali scaricatori di piena, ammissibili solo quando le caratteristiche delle acque da scaricare lo consentano, per ciascuno dei quali dovrà essere indicato il tipo e le portate in gioco, così come dovranno riportarsi i criteri di dimensionamento sia di essi che dei relativi canali fugatori. XII Dovrà essere indicato secondo quale criterio vengono disposte le caditoie atte a raccogliere le portate pluviali, dovrà altresì indicarsi il criterio secondo il quale sono intervallati i pozzetti di ispezione. Questi ultimi, comunque, non potranno distare tra loro più di 20-25 metri quando le sezioni non siano praticabili (altezza inferiore a 1,05 m); potranno disporsi a maggiore distanza, e comunque non superiore a m 50 per le fogne praticabili. Qualora l'altezza dei collettori o dell'emissario sia superiore a 2,00 m potrà accettarsi che i pozzetti siano disposti tra loro sino alla distanza massima di 150 m; per tratti in galleria la distanza sarà stabilita caso per caso. XIII Dovrà indicarsi l'importo delle opere progettate sulla base del computo metrico estimativo e dell'elenco dei prezzi allegato al Capitolato Speciale di Appalto. XIV Per le eventuali stazioni di sollevamento ed impianti di depurazione indicarsi dettagliati preventivi dei costi di gestione per anno, suddivisi secondo le voci principali (personale, energia elettrica, ecc.). b - corografia La corografia sarà conforme a quella del progetto di massima. Dovrà però indicare quali parti delle opere siano state eventualmente già eseguite, quali parti si intendono realizzare successivamente, dando evidenza alle nuove situazioni ed ai nuovi elementi che comportino adattamenti del progetto di massima, ma tali però da non costituirne modifica sostanziale per cui si ponga la necessità di una variante del progetto di massima. Per accertare la rispondenza dei tracciati della rete progettata alle previsioni dei piani urbanistici, la corografia sarà redatta e riprodotta su copia dei piani regolatori vigenti e adottati per le zone da servire con la fognatura. Qualora il Comune non sia dotato di piani urbanistici, la planimetria di cui al successivo punto D dovrà essere redatta su un accurato rilievo delle strade da servire nonché degli edifici circostanti, in modo che risultino i rapporti tra la rete ed il centro abitato. c - planimetria quotata dell'intero centro da servire con indicazione della rete di fognatura e degli eventuali impianti di sollevamento e depurazione Dovrà essere conforme a quella del progetto di massima ma aggiornata e completa di tutti gli elementi già indicati per la corografia di cui al punto precedente. d - planimetria quotata del lotto delle opere progettate con indicazione della rete di fognatura e degli eventuali impianti di sollevamento e depurazione Le reti fognanti 417 Con indicazione della rete di fognatura e degli eventuali impianti di sollevamento e di depurazione. Questa dovrà essere rappresentata in scala almeno 1:2000 e dovrà riportare: le quote del terreno, assolute o relative, dei punti salienti e almeno di tutti i capofogna e di tutti gli incroci stradali; dovranno altresì riportarsi le monografie dei caposaldi di riferimento; le zone con diversa densità di popolazione e le superfici con diverso coefficiente di assorbimento; il tracciato della rete con indicato chiaramente sia il verso del movimento delle acque, sia l'identificazione con lettere ovvero con numeri, di ciascuna fogna e di ciascun collettore, in maniera tale che risulti facile il riferimento ai profili longitudinali ed alle tabelle di calcolo; la posizione dei pozzetti d'ispezione, di confluenza, di deviazione, di salto, di alloggio dei sifoni di cacciata e comunque di tutte le opere d'arte ricorrenti; dovrà altresì riportarsi in un'apposita leggenda la simbologia adoperata per ciascuna delle opere anzidette; la posizione di eventuali opere d'arte particolari (come attraversamenti ferroviari, opere di alleggerimento e scarico, stazioni di sollevamento, ecc.) e dovrà riportarsi in una apposita leggenda la simbologia adoperata per ciascuna delle opere anzidette; la posizione dell'eventuale impianto di trattamento dei liquami. Dovranno inoltre essere indicate le eventuali aree da espropriare o da asservire per il passaggio di fogne, di collettori o dell'emissario, per la realizzazione delle opere d'arte particolari e dell'intero impianto di trattamento. La planimetria dovrà anche riportare le quote del prevedibile massimo livello di pelo d'acqua del/dei corpi idrici recipienti nel/nei punti di scarico. Qualora il/i recipienti siano costituiti da impluvi, torrenti o comunque corsi d'acqua, dovrà riportarsi inoltre la/le sezioni degli alvei. Nel caso di scaricatori a mare o in lago dovranno essere forniti gli elementi già richiesti per il progetto ma a livello esecutivo. Per maggiore chiarezza, quanto potrà riportarsi in più tavole (ad esempio planimetria quotata con rete; planimetria con suddivisione delle aree nei riguardi del coefficiente di assorbimento ecc.). e - disegni dei profili delle fogne, dei collettori dell'emissario Dovranno essere allegati al progetto, in scala almeno 1:2000 per le lunghezze e 1:200 per le altezze, i disegni dei profili di tutte le fogne, dei collettori e dell'emissario inclusi nel lotto esecutivo, attenendosi a quanto prescritto al punto D relativo al progetto di massima per i corrispondenti documenti. Sui profili esecutivi dovranno essere indicati anche il tipo di pavimentazione delle strade interessate e la natura dei terreni da scavare e di sedime. Al termine di ogni profilo dovrà essere indicato in quale fogna, o collettore o emissario, o opera d'arte particolare o impianto di trattamento o recapito la canalizzazione riportata nel profilo stesso confluisce. f - disegni delle sezioni delle fogne, dei collettori, dell'emissario, delle opere d'arte tipo e di quelle particolari I disegni delle sezioni delle fogne, dei collettori e dell'emissario dovranno indicare, in scala idonea per una chiara interpretazione, e comunque non inferiore a 1:50, i tipi costruttivi di tutte le canalizzazioni progettate. Dovranno contenere tutti gli elementi già prescritti ai punti E ed F del progetto di massima con dettagli ed estensioni a livello esecutivo. Gli stessi criteri saranno seguiti per i disegni delle opere d'arte tipo, quali pozzetti di ispezione, confluenza e deviazione, pozzetti di salto, pozzetti di alloggio dei sifoni di cacciata, caditoie, ecc. che saranno redatti in scala idonea e comunque non inferiore ad 1:50 e dovranno specificare i materiali adottati specie per i rivestimenti. Sempre gi stessi criteri saranno seguiti per i disegni delle opere d'arte particolari, come quelle di alleggerimento e scarico, stazioni di sollevamento, attraversamenti ferroviari, ecc. che dovranno essere redatti in scala idonea e comunque non inferiore ad 1:100 e comprenderanno sezioni e piante quotate di ogni singola opera in un numero adeguato ad una chiara identificazione delle spese stesse. I disegni specificheranno altresì i materiali adottati. I disegni delle opere terminali della rete indicheranno in particolare, nel caso di scarico in alvei o comunque in corpi idrici fluviali, lacuali o marini, i livelli di massimo pelo d'acqua da considerare nei recipienti stessi, le eventuali protezioni delle opere finali della fognatura (ad es. per gli scarichi a mare, scogliere, moli, pennelli, ecc.), i manufatti di scarico ecc. Al fine di assicurare il buon funzionamento della rete, il progettista dovrà indicare il tipo di allacciamento da parte dei privati, facendo sì che gli allacciamenti stessi non richiedano la manomissione gli spechi fognari. g - disegni delle eventuali stazioni di sollevamento e profili delle condotte di mandata relative I disegni dei profili delle eventuali condotte di mandata dovranno essere rappresentati in scala almeno 1:2000 per le lunghezze ed 1:200 per le altezze. Qualora se ne ravvisi la necessità, e al fine di rendere più evidenti i dislivelli, i disegni potranno essere rappresentati anche in scale differenti da quelle indicate, specie per quanto riguarda le altezze. Gli elaborati dovranno rappresentare la linea del terreno, quella di posa delle condotte e la linea piezometrica e saranno muniti di due fincature, l'una superiore al profilo l'altra inferiore. Quella superiore indicherà il diametro ed il materiale costituente le condotte specificando il tipo di giunto adottato, la portata sollevata, il valore della perdita di carico unitaria e di quella totale, la velocità del moto dei liquami nella condotta, il nome e il tipo di pavimentazione delle strade lungo cui corrono le condotte e la presumibile natura dei terreni da scavare e di sedime. Quella inferiore indicherà le quote del terreno, quelle di posa delle condotte, la misura delle distanze parziali e di quelle progressive. Al termine dei profili dovrà indicarsi il recapito delle condotte rappresentate. I disegni delle sezioni delle condotte saranno in scala almeno 1:50 ed indicheranno i materiali costituenti le condotte, il tipo di giunto adottato, e le particolarità di posa in opera (selle, corsetti, ecc.). h - documenti relativi all'eventuale impianto di depurazione e servizi accessori L'impianto di depurazione può venire realizzato sia con progetto dell'Amministrazione che mediante Appalto Concorso da indire da parte dell'Amministrazione tra ditte specializzate. Nel primo caso il numero ed il tipo di elaborati che dovranno essere forniti saranno precisati nelle norme che riguardano specificamente gli impianti di trattamento. 418 Nel secondo caso dovrà essere invece fornito un particolareggiato Disciplinare di Bando di Appalto Concorso, corredato da disegni schematici, come specificato al successivo punto n. i - computo metrico estimativo e preventivo delle spese di gestione (esercizio e manutenzione) Il metrico estimativo dovrà indicare per ogni fogna, collettore o per l'emissario, per le opere d'arte tipo e per quelle particolari il dettaglio del costo, con riferimento all'elenco dei prezzi unitari allegato al Capitolato Speciale d'Appalto. In particolare, per quanto riguarda i movimenti di terra e la scomposizione e il rifacimento delle pavimentazioni stradali, dovrà farsi riferimento a quanto risultante dai profili di progetto. Oltre le opere in Appalto ed i compensi a corpo il computo metrico estimativo comprenderà anche le somme a disposizione dell'Amministrazione Appaltante per espropriazioni e servitù, per forniture dirette, per l'eventuale Appalta Concorso dell'impianto di depurazione, nonché le somme per imprevisti e revisione prezzi nonché quelle per le spese di progettazione, direzione dei lavori, collaudi e simili. l - capitolato speciale di appalto con allegato elenco prezzi Il Capitolato Speciale d'appalto dovrà essere redatto secondo le norme vigenti e conterrà tutte le norme che andranno a regolare i rapporti tra l'Amministrazione Appaltante e l'Impresa assuntrice dei lavori. Al Capitolato dovrà accompagnarsi l'elenco dei prezzi unitari dei materiali, delle mercedi orarie, dei noli e dei lavori a misura. Il progettista potrà adottare i prezzi fissati dall'Amministrazione Appaltante ove da quest'ultima sia stata redatta apposita tariffa. Negli altri casi, o per alcuni tipi di lavori i cui prezzi non fossero fissati dalle tariffe, il progettista dovrà formulare i prezzi stessi; in tal evenienza, egli dovrà giustificarli, fornendo le analisi dei prezzi, dalle quali dovranno risultare tutti gli elementi che concorrono a formare i valori finali . m - disciplinare per la richiesta di offerte per eventuali macchinari ed apparecchiature Qualora per la compiutezza dell'opera si richiedano macchinari e particolari apparecchiature (macchine elevatorie, apparecchiature meccaniche ed elettriche, attrezzature per gli impianti di depurazione ecc.) che non possono rientrare nei lavori d'appalto, ma siano da acquistarsi direttamente dall'Amministrazione Appaltante, si dovrà redigere un apposito Disciplinare per la richiesta di offerte dei macchinari e delle apparecchiature suddette. Detto Disciplinare dovrà specificare l'oggetto dell'offerta e dare precise indicazioni sulle caratteristiche che dovrà presentare il materiale richiesto e le condizioni di inserimento nelle opere progettate. Saranno quindi indicate le modalità dell'offerta, quella di fornitura e quelle di pagamento e di collaudo. n - disciplinare di bando di appalto concorso per eventuale impianto di depurazione Il disciplinare dovrà contenere le condizioni per la partecipazione all'Appalto Concorso ed i seguenti elementi articolati come appresso: 1. Oggetto dell'Appalto Dovranno essere forniti i dati relativi alle portate ed al tipo di liquami da trattare ed al numero di abitanti da servire; grafici illustranti la zona destinata all'impianto con le quote del terreno; i dati caratteristici (sezioni, quote, ecc.) dell'emissario in arrivo e del corpo idrico che dovrà ricevere l'affluente. Dovrà essere specificato il grado di efficienza depurativa che si richiede all'impianto, in termini di riduzione dei principali elementi inquinanti. Saranno indicate le fasi secondo cui dovrà svolgersi il trattamento nell'ambito del ciclo già previsto dal progetto di massima. Le Ditte concorrenti dovranno presentare offerta per la soluzione indicata dal disciplinare, da considerarsi offerta base indispensabile, rimanendo però libere di presentare soluzioni di varianti che esse giudichino più convenienti, sempre che sia stata garantita l'efficienza depurativa richiesta. Sarà precisato se il progetto deve riguardare l'intero impianto, ovvero la realizzazione delle opere debba limitarsi ad un primo lotto. In tal caso occorrerà anche indicare i dati relativi alle portate ed al tipo di liquame da trattare e gli abitanti da servire con il primo lotto e dovrà essere richiesta la presentazione del progetto almeno di massima dell'intero impianto. L'appalto dovrà comprendere opere murarie, macchinario e apparecchiature e quant'altro occorre per consegnare funzionante l'impianto all'Amministrazione Appaltante. 2. Modalità di presentazione del Progetto - Offerta da parte delle Ditte concorrenti. Il progetto-offerta dovrà comprendere almeno un grafico indicante il ciclo di trattamento che la Ditta concorrente intende realizzare; uno schema dello stesso ciclo dal quale risultino il numero di unità operative a mezzo delle quali il ciclo sarà svolto nonché tutti i collegamenti sia idraulici, che elettrici, termici o chimici che si intendono eseguire; una planimetria generale dell'impianto in scala almeno 1:500 dalla quale risultino le quote alle quali si trovano le singole opere; un profilo altimetrico del percorso che liquami avranno durante le singole fasi del trattamento ed uno del percorso dei fanghi in scale adeguate per una chiara interpretazione del funzionamento dell'impianto; disegni costruttivi quotati di ciascuna delle opere previste, o almeno di ciascuno dei tipi di opera se queste fossero più di una, in scala almeno 1:100 comprendendo piante sezioni quotate tali da indicare chiaramente sia le apparecchiature offerte che le opere murarie. Il progetto dovrà inoltre essere corredato da una relazione illustrante i criteri generali ispiratori delle opere previste e dalla quale risultino sia i calcoli di proporzionamento che i rendimenti depurativi che in ciascuna delle fasi di trattamento saranno raggiunti. Dovranno altresì indicarsi, nell'offerta per le macchine e le apparecchiature, i tipi proposti nonché i pesi, i consumi elettrici previsti, le potenze da impegnare per ciascuno di essi ed i nominativi delle Ditte costruttrici. Il progetto dovrà poi essere corredato da un computo metrico estimativo che consideri separatamente le opere murarie dalle apparecchiature, dando per queste ultime anche i prezzi unitari, in maniera da permettere all'Amministrazione Appaltante un agevole confronto tra le offerte presentate. Infine le Ditte Concorrenti dovranno presentare uno schema di Capitolato Speciale di Appalto, in armonia con le norme del disciplinare dal quale risultino tutti i rapporti che la Ditta intende istituire con l'Amministrazione. Il costo delle opere dovrà risultare in un'offerta che distinguerà le opere murarie dalle apparecchiature; all'offerta dovrà anche essere accompagnato un preventivo per la gestione e manutenzione dell'impianto specificando le voci principali (personale, materiali, energia elettrica). La Ditta dovrà Le reti fognanti 419 provvedere all'avviamento dell'impianto stesso e consegnarlo funzionante, nonché provvedere alla sua conduzione con proprio personale specializzato per un periodo di effettivo funzionamento a regime da precisare nel disciplinare e di norma non inferiore ad 1 anno. La Ditta dovrà altresì provvedere all'istruzione del personale della Amministrazione Appaltante destinato alla conduzione dell'impianto. Le Ditte concorrenti rilasceranno esplicita dichiarazione di sollevare l'Amministrazione Appaltante da qualsiasi onere per diritti di brevetti o privative. Il progetto dovrà essere firmato da un ingegnere abilitato allo esercizio della professione. 3. Modalità di aggiudicazione dell'opera. Il disciplinare dovrà comprendere le modalità secondo cui saranno aggiudicate le opere e dovrà altresì indicare le qualifiche dei membri della commissione cui tale compito sarà devoluto. 4. Modalità di esecuzione, pagamenti e collaudo delle opere. Nel disciplinare saranno indicati i termini di esecuzione e consegna delle opere ed i termini e le modalità di pagamento e di collaudo. o - piano parcellare dei terreni da asservire ovvero da espropriare Qualora si renda necessario asservire o espropriare dei terreni al progetto dovrà essere allegato il piano parcellare, che indicherà il foglio di mappa catastale ed il numero delle particelle interessate alla procedura; esso piano dovrà ovviamente essere concordante con quanto indicato nella planimetria della rete e dovrà fissare inoltre il prezzo delle indennità da corrispondere ai proprietari. A tale proposito appare opportuno chiedere il parere dell'Ufficio Tecnico Erariale sulla congruità dei prezzi fissati, allegando il detto parere al suddetto piano parcellare. Di norma il primo lotto esecutivo dovrà comprendere l'espropriazione di tutte le aree comunque occorrenti per la realizzazione delle opere ed in particolare per l'impianto di depurazione. In una prima fase, per un corretto tracciamento della rete, supponendo inesistenti i fabbricati, le canalizzazioni dovranno posizionarsi in corrispondenza dei compluvi, replicando quella che sarebbe la rete idrografica naturale del bacino in studio. I vincoli creati dalle costruzioni e dalla viabilità esistenti portano a scostamenti dalla soluzione ottimale. Risulta opportuno che le canalizzazioni principali seguano la viabilità maggiore e che i canali a servizio di sottobacini vengono portati verso un unico emissario. E' necessario inoltre conoscere le quote del piano di posa della rete idrica e degli altri servizi. La rete di fognatura, per ovvie ragioni igieniche, verrà posizionata sempre al di sotto della rete idrica, sottostandovi di almeno 0,50 m. Per rispettare tale vincolo si debbono realizzare, specie per le canalizzazioni principali, per i collettori e per i canali emissari, scavi molto profondi. 10. Condizioni di funzionamento Le acque di pioggia sono generalmente raccolte con grondaie, che corrono lungo i bordi dei tetti, raccordate a tubazioni verticali, pluviali, che sversano nella rete di drenaggio. Le acque di uso domestico vengono raccolte dai collettori di piano ed inviate alle colonne di scarico a servizio dell'intero edificio. Nella Figura 1 è riprodotto lo schema completo di fognatura domestica. Tutti gli apparecchi domestici scaricano attraverso sifoni per evitare il ritorno, nelle abitazioni, gne. delle Nell'impianto esalazioni è anche delle fo- presente la rete interna di ventilazione connessa alla colonna di areazione; tale sistema evita il disinnesco dei sifoni. Figura 60. Allacciamento di scarichi privati alla rete pubblica di fognatura Le colonne di scarico sono realizzate con tubi di ghisa o di gres del diametro pari a 100-150 mm. Per le condotte di scarico della rete interna si usano sempre più frequentemente materiali plastici. I fognoli privati (corsetti) provvedono a recapitare le acque raccolte nella rete di fognatura pubblica. 420 10.1. Velocità limite Il dimensionamento idraulico di una rete di fognatura si completa con le verifiche delle velocità limite ammesse. Queste infatti, per fognature unitarie e per fognature nere, non debbono scendere al di sotto di valori minimi, per evitare l'instaurarsi di condizioni favorevoli alla sedimentazione delle sostanze trasportate. Fenomeni di aggressione possono manifestarsi anche in presenza degli ordinari liquami domestici. Ne è causa l'idrogeno solforato sviluppato nei processi metabolici di microrganismi anaerobici, il cui habitat negli spechi è localizzato in prossimità della superficie libera per flusso di acque reflue, che attaccano i solfati e le sostanze organiche contenenti zolfo presenti nei liquami. Nelle canalizzazioni di fognatura il gas, idrogeno solforato, raggiunge le zone superiori aerate, ove, attraverso processi metabolici sviluppati da specifici microrganismi aerobi ( thiobacillus concretivorus), viene trasformato in acido solforico, particolarmente aggressivo nei confronti dei calcestruzzi. Figura 61 Il rischio potenziale di sviluppo dell'idrogeno solforato è legato al valore del BOD efficace, espresso con la relazione: BOD BOD5 1,07 (T 20) con T, temperatura del liquame. Noti questi valori è possibile definire i valori delle velocità di flusso critiche per lo sviluppo in fogna di idrogeno solforato Tabella I (Pomeroy e Bowlus) BOD efficace Velocità minima (mg/l) (m/s) 55 125 225 350 500 690 900 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 1,05 1,20 Per indagare il rischio di sviluppo dell'idrogeno solforato nei canali di fognatura che convogliano liquami domestici viene fatto riferimento alla formula "Z" 3B P Z 0 ,5 0o,333 i q L nella quale: Le reti fognanti 421 Bo è il valore del BOD5 a 20 oC, espresso in [g/m3] i è la pendenza della canalizzazione P è il perimetro bagnato q è la portata della canalizzazione, espressa in [l/s] L è la larghezza della superficie libera Per valori di: "Z" 5000 non si sviluppa idrogeno solforato. "Z" 7000 sono da attendersi attacchi di acido solforico sulle pareti delle canalizzazioni. "Z" 10000 si è in presenza di attacco marcato. "Z" > 25000 si ha la completa distruzione degli spechi entro pochi anni dall'entrata in funzione. Velocità minime di autolavaggio: Germania: Metcalf ed Eddy : vmin = 0,5 0,6 m/s vmin = 0,60 m/s vmin = 0,75 m/s per sistemi di fognatura separata per sistemi di fognatura unitaria. La citata Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici n. 11633 indica la velocità minima, riferita alla portata nera media giornaliera: vmin = 0,50 m/s Per fognature sia separate che unitarie, inoltre, le velocità non debbono superare prefissati valori massimi per evitare l'innesco e lo sviluppo di fenomeni erosivi dei materiali costituenti le canalizzazioni e gli spechi. Velocità massima ammissibile: per spechi privi di rivestimento della cunetta con materiali lapidei o cotti : per portate massime fecali: vmax = 4,0 m/s per portate pluviali: vmax = 5,0 m/s vmax = 2,40 m/s 10.2. Il lavaggio delle fogne Nei casi in cui le velocità minime non possono essere garantite, o per la bassa pendenza delle canalizzazioni o a seguito della necessità di contenere la velocità massima entro i limiti consentiti, è necessario prevedere, nel sistema di drenaggio, apparecchi per le cacciate d'acqua al fine di spurgare la fogna dai depositi e dai sedimenti di sostanze solide organiche ed inorganiche. Le cacciate d'acqua sono richieste in tutti i rami estremi terminali della rete nei quali le portate sono minime e vengono smaltite con basse velocità anche in presenza di livellette con pendenza notevole. Dato il potere di laminazione, correlato al funzionamento in moto vario a superficie libera delle canalizzazioni di fognatura, l'efficacia delle cacciate risulta limitata a tratti di breve sviluppo. In presenza di canali caratterizzati da limitata pendenza è necessario provvedere, oltre che alle cacciate di testata, anche a cacciate di linea. Per fogne di diametro D = 200 mm, con volumi di cacciata pari a 1200 litri e portate di cacciata pari a 25 30 l/s, l'efficacia del sistema di pulizia si esaurisce in 180 240 m. Nel caso di pendenze delle canalizzazioni superiori all' 1% il volume di cacciata può scendere a 500 litri. Per la determinazione del volume di cacciata Ω [m3] necessario per lo spurgo di un tratto di fogna lungo L può farsi riferimento alla relazione W 422 Q0 L g hm V0 V0 ghm 3 [m ] nella quale: Q0, è il valore della portata di cacciata [m3/s] V0, è il valore della velocità in moto uniforme, correlata alla portata Q 0 , velocità tale da consentire lo spurgo della fogna hm, è l'altezza media [m] del flusso per portata Q0 . Per garantire un efficiente spurgo della fognatura si devono assicurare dalle due alle tre cacciate giornaliere. Il lavaggio automatico è ottenuto con l'innesco di dispositivi a sifone (tipo Contarino, tipo Milano, ecc.). Nelle Figure 62 ÷ 64 sono riprodotti un pozzetto di cacciata di testata e di linea con istallato il dispositivo Contarino. Figura 62 . Pozzetto di lavaggio o di cacciata di testata Figura 63 . Pozzetto di lavaggio o di cacciata di linea prefabbricato Le reti fognanti 423 Figura 64 . Pozzetto di lavaggio o di cacciata di linea Nel caso di fogne di grande dimensione le cacciate con i dispositivi indicati non sono realizzabili, data la connessa necessità di elevati volumi d'acqua per assicurare l'efficacia dell'intervento. Il lavaggio in questi casi si effettua arrestando il flusso in fogna, sezionandola temporaneamente con l'ausilio di paratoie a funzionamento manuale ubicate in corrispondenza di pozzetti di ispezione. L'interruzione del flusso causa l'invaso a monte della paratoia di volumi d'acqua che, nei tempi e nei modi opportuni, vengono istantaneamente liberati causando il lavaggio della fogna. Figura 65 . Paratoia per spechi ovoidali Se la sezione degli spechi è circolare lo spurgo può essere effettuato inserendo una sfera, pig, di diametro di poco inferiore al diametro della sezione della fogna. Figura 66 . Pig Il dislivello causato dal rigurgito del flusso, all'interno del collettore, fa avanzare il pig assicurando 424 lo spurgo. Figura 67 . Principio di funzionamento del Pig. 10.3. La ventilazione delle fogne All'interno dei canali di fognatura, anche in assenza di fenomeni putrefattivi, si sviluppano gas contenenti elevate concentrazioni di anidride carbonica. Nei casi di processi putrefattivi in atto, i gas sviluppati hanno anche cattivo odore e possono contenere metano, gas infiammabile ed in grado di formare, in presenza di aria ed in assenza di ventilazione, miscele detonanti. La ventilazione delle fognature non viene realizzata con bocchette stradali, dati i fastidi che le esalazioni dei gas arrecherebbero alla popolazione. Alla ventilazione si provvede di regola attraverso le canne private, sia pluviali che fecali (Figura 68), prolungate fino alla copertura degli edifici, le quali disperdono nell'atmosfera i gas prodotti, mentre il rientro d'aria negli spechi è assicurato dalle bocchette stradali, escludendosi in tal modo la fuoriuscita da queste di cattivi odori. Figura 68. Schemi di ventilazione per fogne miste e separate. 10.4. Le opere d'arte Per un corretto funzionamento di una rete di fognatura, ai manufatti sopra esposti si associano altre opere d' arte costituite da: caditoie stradali pozzetti di ispezione pozzetti a salto o di caduta pozzetti di confluenza scaricatori di piena separatori di prima pioggia Di seguito sono brevemente descritte le caratteristiche essenziali delle differenti opere: Le reti fognanti 425 Caditoie stradali Le caditoie si dispongono ad interasse di 20-25 m, con aree servite pari a 250-300 m2. Attraverso le caditoie stradali, le acque di pioggia e, nella stagione estiva, le acque di lavaggio delle strade vengono raccolte e collettate nella rete di fognatura. La Figura 69 illustra caditoie posizionate in linea con la fognatura, tipiche per pavimentazioni selciate con compluvio sull’asse stradale. Figura 69. Caditoie in linea Nel caso di cunette laterali le caditoie vengono utilizzate con pozzetti di sedimentazione delle materie solide con chiusura superiore con griglie in ghisa. Il collegamento con i fognoli di raccordo alla rete fognaria è bene che sia del tipo a sifone. Figura 70. Caditoie con pozzetti sifonati e griglia di chiusura Le griglie, trattenendo i rifiuti solidi, tendono ad occludersi. Pertanto dovrà essere prevista una manutenzione periodica con asportazione del materiale solido con successivo lavaggio. Figura 71. Pulizia di una caditoia Per la raccolta del materiale solido sono state proposte alternative consistenti in cestelli metallici collocati all’interno dei pozzetti, anche in quelli prefabbricati. 426 Figura 72. Caditoie con cestello Le caditoie a bocca di lupo, o alla francese, presentano l’imbocco realizzato in corrispondenza del gradino. Figura 73. Caditoie a bocca di lupo Per intercettare le acque di ruscellamento sull’intera larghezza della carreggiata stradale vengono realizzate canalette, anche prefabbricate, con griglie metalliche realizzate con l’accortezza di prevenire la possibilità di intercettare le ruote di bicicletta. Le reti fognanti 427 Figura 74. Caditoie continue Pozzetti di ispezione La natura delle acque trasportate, ricche di sostanze solide, il funzionamento idraulico a superficie libera, le forte variabilità delle portate, sono tutti elementi che richiedono operazioni di spurgo e manutenzione. In presenza di spechi non praticabili (altezza inferiore a 1,20 m), al fine di consentire agevoli operazioni di controllo, risulta indispensabile l'inserimento di pozzetti di ispezione, posti ad interasse di 2025 m. Per spechi praticabili l'interasse dei pozzetti può essere esteso a distanza non superiore a 50 m . Figura 75.Pozzetti di ispezione in linea su spechi circolari ed ovoidali 428 L'accesso al pozzetto si realizza attraverso la bocca protetta da chiusino di ghisa. La discesa si effettua tramite scala del tipo alla marinara. Figura 76. Pozzetto di ispezione in linea prefabbricato I pozzetti di ispezione debbono inoltre essere previsti in corrispondenza sia delle deviazioni planimetriche che in corrispondenza delle confluenze tra rami della rete di fognatura Figura 77. Pozzetti di ispezione con deviazioni planimetriche Le reti fognanti 429 Figura 78. Pozzetti di ispezione e di confluenza Nei casi in cui le pendenze naturali danno luogo a velocità eccessive del flusso nelle canalizzazioni, si realizzano profili con pendenza ridotta, interrotti dalla presenza di salti di fondo. Per evitare eccessivi approfondimenti degli scavi, l'altezza dei salti è limitata a 2,0-2,50 m. Figura 79. Stralcio profilo longitudinale Figura 80.Pozzetti di ispezione e di salto per spechi circolari e semi-ovoidali 430 Figura 81. Pozzetti di salto pre-fabbricati Nel caso di sensibili pendenze la distanza tra i pozzetti si riduce fino al punto di avere una serie di gradoni. Questi possono essere sostituiti da uno scivolo Figura 82. Pozzetti di salto a gradoni o con scivolo Per garantire il funzionamento dei pozzetti di salto dovrà essere verificato che il deflusso della portata verso valle non sia limitato da fenomeni di rigurgito. Le reti fognanti 431 11. Manufatti speciali di scarico e di invaso Le reti di fognatura , sia esse a sistema misto che separato, sono soggette ad eventi pluviometrici estremamente variabili nell’anno e negli anni. La presenza di impianti di depurazione con funzionamento ottimale con carico inquinante pressoché costante obbliga l’afflusso delle acque reflue fino ad un massimo grado di diluizione 3 ÷ 5 volte la portata nera media giornaliera. Pertanto nei sistemi misti dovrà essere prevista la realizzazione di opportuni manufatti, scaricatori di piena, all’interno dei quali vengono separate le acque nere diluite dalla portata pluviale, centinaia di volte maggiore. Questo dispositivo viene inserito anche a monte di eventuali impianti di sollevamento Questo dispositivo viene altresì interposto nella rete mista a monte di ogni impianto di sollevamento in modo da ridurre sensibilmente la portata di sollevamento e, pertanto, la potenza dell’impianto e l’energia spesa. Viceversa nei periodi estivi, caratterizzati da periodi con assenza di precipitazioni, la prima pioggia, convoglia nella fogna bianca, nella fase iniziale dell’evento meteorico, un notevole carico inquinante derivante da tutto ciò che può depositarsi sulla sede stradale (rifiuti , polveri di gas di scarico e di ferodi , residui derivanti dall’usura dei pneumatici, oli e grassi ecc.). Tale inconveniente cresce in rapporto all’intervallo tra due eventi meteorici consecutivi. Pertanto è necessario trasferire, con un separatore di prima pioggia, alla fogna nera queste acque; trascorso del tempo dall’inizio della pioggia, se questa persiste ed aumenta di intensità, la portata meteorica potrà essere considerata “pulita” e, pertanto, inviata al mezzo recettore. 11.1. Scaricatori di piena Il dispositivo, riprodotto nella Figura 83, viene inserito, come detto, nelle reti di fognatura mista con lo scopo di provvedere all'evacuazione, direttamente nel mezzo ricettore naturale ed in concomitanza di eventi di pioggia, delle portate meteoriche in eccesso. In assenza di queste le portate nere vengono indirizzate direttamente all’impianto di depurazione. Figura 83. Scaricatore di piena con sfioratore laterale Raggiunto un prestabilito grado di diluizione delle acque fecali (rapporto acque nere - acque bianche pari a 1 a 3 ÷1 a 5), la condotta di adduzione al depuratore raggiunge il massimo grado di riempimento; per diluizioni maggiori la corrente rigurgita verso monte sino al superamento della soglia dello sfioratore longitudinale cominciando a sversare nell’emissario, fino al recettore. 11.2. La regolazione delle portate di piena L’espansione dei centri abitati comporta una trasformazione di parte del territorio che, con costruzioni ed opere di urbanizzazione, si trasforma da terreno permeabile in terreno scarsamente permeabile, alterando dunque il coefficiente di afflusso che è un elemento determinante per la stima della portata di piena. La conseguenza di ciò è un aumento della portata che si risente nei tronchi terminali di una 432 rete, dove le dimensioni degli spechi non sono più sufficienti per lo smaltimento. In luogo di realizzare un collettore di adeguate dimensioni, un criterio utilizzabile per risolvere il problema è quello di inserire, a monte dei tronchi critici, delle vasche di laminazione dell’onda di piena. Figura 84 Il principio di funzionamento si basa sul concetto della continuità, pertanto limitando la portata al valore ammissibile occorrerà un volume V da invasare per tutto il tempo che questa è superata dal valore della portata in ingresso. Dopo il tempo t1 il volume precedentemente invasato sarà restituito a valle. Figura 85 Per quanto attiene la tipologia delle vasche di laminazione, queste possono essere in serie ed in parallelo secondo gli schemi di Figura 86. In ambedue i casi gli ingressi e le uscite dalle vasche sono regolati in automatico dai livelli nella camera di alimentazione a valle dell’emissario . Le reti fognanti 433 86 a. vasche in serie 86 b . vasche in parallelo Nel caso in cui le vasche non possono essere vuotate con deflusso libero dovrà essere previsto un sistema di pompe di sollevamento. Quando non sia possibile realizzare tutto il volume di laminazione, per mancanza di aree da assoggettare a tale servizio, la parte eccedente può essere sfiorata verso un “elemento” di accumulo provvisorio (depressione naturale, campagna, ecc,) Figura 87. Una soluzione ottimale è rappresentato dalla Figura 88, dove è possibile utilizzare un laghetto per il contenimento dei volumi di supero delle vasche di laminazione . 434 Figura 88. Sistema di alleggerimento delle portate di piena 11.3. Separatori di prima pioggia Acque di prima pioggia Il piano di Tutela delle acque della Regione Abruzzo, in attuazione del Decreto Legislativo 152/06 e s.m.i. nel Quadro programmatico al punto 3.4.5 Disposizioni inerenti le reti fognarie e i relativi sca- richi definisce : Acque di prima pioggia Le acque di prima pioggia sono costituite dalle acque di scorrimento superficiale defluite nei primi istanti di un evento di precipitazione e di norma caratterizzate da elevate concentrazioni di sostanze inquinanti, spesso superiori a quelle registrate negli stessi reflui in condizioni ordinarie. ….. L’individuazione delle portate che necessitano di captazione e trattamento è quindi vincolata a un’accurata caratterizzazione delle acque di prima pioggia in termini quali-quantitativi. Sulla scorta dell’esperienza della Regione Lombardia, per la quantificazione delle acque di prima pioggia si identificano le stesse nei primi 5 mm di acqua uniformemente distribuita su tutta la superficie scolante servita dalla fognatura. Per il calcolo delle portate si assume che tale valore si verifichi in un periodo di tempo di 15 minuti per eventi meteorici distanziati tra loro di almeno 48 ore. I coefficienti di afflusso alla rete sono considerati pari a: 1 per superfici lastricate od impermeabilizzate 0,3 per superfici permeabili di qualsiasi tipo. Restano escluse da tale computo le superfici coltivate. Considerando i suddetti parametri e tenendo conto della prassi progettuale consolidata, il volume di acque di prima pioggia da contenere e/o sottoporre a trattamento risulta compreso tra 25 e 50 m3 per Le reti fognanti 435 ettaro. Sulla base della definizione data dalla Regione Lombardia e di considerazioni derivanti da approfondimenti storici e tecnici sulle situazioni locali collegate agli eventi meteorici, si propone la seguente definizione delle acque di prima pioggia: le acque di prima pioggia sono identificate come i primi 40 m3 di acqua per ettaro sulla superficie scolante servita dalla fognatura, per eventi meteorici distanziati tra loro di almeno 7 giorni. Tale definizione è giustificata dall’aver considerato un coefficiente di afflusso medio tra quelli normalmente utilizzati per superfici impermeabilizzate e non. Acque meteoriche in fognature miste Il sistema di drenaggio urbano di tipo misto è costituito da collettori unici che convogliano all’impianto di trattamento ovvero al recettore finale le acque reflue urbane intese anche come miscela di acque reflue domestiche ed industriali nonché le acque meteoriche di dilavamento in occasione di precipitazioni. Il loro dimensionamento, pertanto, sarà basato sulle portate delle acque meteoriche che risultano prevalenti anche rispetto alle portate delle altre acque reflue in occasione dei massimi eventi previsti in progetto. Tenuto conto che in tempo di pioggia l’impianto di trattamento delle acque reflue, in ingresso, può accettare portate, normalmente definite “nere diluite”, poco superiori a quelle “nere medie di tempo secco”, la portata eccedente detto valore deve essere scaricata direttamente nei corpi idrici ricettori attraverso appositi manufatti denominati “scolmatori” o “scaricatori di piena”; questi sono realizzati lungo la rete quando sia possibile lo scarico in idoneo ricettore (scaricatori di alleggerimento) o comunque all’ingresso dell’impianto di trattamento come by-pass dell’impianto, eventualmente previa disinfezione. Le portate di supero da recapitare nei ricettori sono definite in base alle esigenze idrauliche ed ambientali del recettore, tenendo conto degli obiettivi di qualità dei corpi idrici definiti dal Piano di Tutela delle Acque. Fermo restando che nella progettazione di detti interventi i parametri di riferimento, per quanto possibile, dovranno essere validati da studi specifici, la normale prassi progettuale e le normative del settore prevedono generalmente che le portate nere diluite siano commisurate a 3-5 volte le portate nere medie; ne consegue che nell’impianto saranno convogliate portate di pioggia pari a 2-4 volte le portate nere medie. Disciplina delle acque di prima pioggia in fognature miste Relativamente alle acque di prima pioggia recapitanti in fognature miste: − si prescrive la realizzazione, in corrispondenza degli scolmatori e/o all’ingresso dell’impianto di trattamento delle acque reflue urbane, di sistemi di accumulo delle acque di prima pioggia (vasche di prima pioggia); − tali acque di prima pioggia vanno successivamente, ad evento meteorico terminato, alimentate all’impianto di trattamento; − la portata eccedente le acque di prima pioggia può essere convogliata, tramite gli scolmatori o il by-pass dell’impianto di depurazione, direttamente nei corpi idrici recettori. Lo scarico degli scolmatori deve essere preventivamente autorizzato ; Al fine di procedere all’applicazione della disciplina sopra richiamata per gli scarichi di acque di prima pioggia in fognature miste entro 18 mesi dall’adozione del Piano di Tutela delle Acque, gli Enti d’Ambito inseriscono nei Piani d’Ambito, ove non già presenti, le seguenti informazioni: o ubicazione degli scolmatori per ogni sistema fognario; o corpo recettore per ogni scolmatore; o indicazione e dimensione dell’area scolante afferente ad ogni fognatura; Sulla base di tali informazioni, gli Enti d’Ambito elaborano programmi per l’applicazione della disciplina degli scarichi di acque di prima pioggia in fognature miste, con la seguenti priorità: o entro il periodo di validità del presente Piano, gli agglomerati con almeno 10.000 abitanti equivalenti i cui reflui recapitano in corsi d’acqua o tratti di essi classificati in Stato Ambientale “scadente” o “pessimo” (cfr. Relazione Generale R 1.5 “Schede Monografiche”) devono essere dotati di sistemi di trattamento e gestione delle acque di prima pioggia. Sono fatte salve situazioni particolari ove non vi sia la possibilità tecnica di realizzazione di tali sistemi a costi sostenibili; o entro il periodo di validità del primo aggiornamento del Piano di Tutela delle Acque, gli agglomerati con almeno 10.000 a.e. devono essere dotati di sistemi di trattamento e gestione delle acque di prima pioggia. Sono fatte salve situazioni particolari ove non vi sia la possibilità tecnica di realizzazione di tali sistemi a costi sostenibili. Le nuove reti fognarie e gli ampliamenti di reti fognarie esistenti, per le quali alla data di adozione del Piano di Tutela delle Acque non siano state completate tutte le procedure di appalto e affidamento lavori, devono prevedere la realizzazione di sistemi di raccolta, trattamento e/o smaltimento delle acque di prima pioggia. 436 Una volta determinata la portata qi (volume defluito in 15 minuti) occorre dimensionare il dispositivo di separazione. Nella Figura 30 è riportato lo schema di un dispositivo con luce sul fondo della fogna bianca a monte dell’emissario; questa viene attivata per portate fino al massimo valore qi. Figura 89. Separatore di acque di prima pioggia Per favorire l’imbocco della luce può essere dimensionata una soglia emergente dal fondo di altezza h pari al tirante di moto uniforme per la portata di prima pioggia qi. E’ ovvio che per portate crescenti i tiranti aumentano; superata la soglia, queste iniziano a confluire nell’emissario. Nel caso in cui la portata qi risultasse non esitabile o compatibile con l’impianto di depurazione sarà necessaria la realizzazione di vasche di laminazione. Sono soggette a regolamentazioni acque di prima pioggia provenienti da superfici scolanti dove sono presenti “attività inquinanti”. 12. Impianti di sollevamento di acque nere Le reti di fognatura sono progettate per funzionare a gravità con flusso a superficie libera. Situazioni topografiche locali impongono, a volte, la realizzazione di impianti di sollevamento. La natura delle acque trasportate e la forte variabilità delle portate pongono particolari problemi alla progettazione di un impianto di sollevamento, sia nei riguardi del macchinario (tipo e numero di pompe), sia relativamente al volume ed alla geometria ottimale della vasca di aspirazione. L' impianto va dimensionato in funzione della portata massima da sollevare, ma, data la forte variabilità delle portate, la portata totale va ripartita su più pompe funzionanti in parallelo. (Figura 30). Le pompe debbono essere istallate con la girante sommersa, sempre sotto battente, condizione che garantisce l'immediato avvio del sollevamento. Le reti fognanti 437 La condotta di mandata, in corrispondenza del funzionamento di una sola pompa, deve essere percorsa dal flusso con velocità non inferiore ad 1 m/s per evitare la sedimentazione e l'accumulo delle sostanze solide presenti nei liquami. Figura 90. Impianto di sollevamento realizzato con pompe centrifughe di tipo sommerso. Le pompe centrifughe per acque nere sono speciali, caratterizzate dalla particolare geometria della girante che è di tipo aperto e che consente il passaggio di corpi di notevoli dimensioni. Inoltre possono essere provviste di valvola a forte getto per la pulizia del pozzo. All’avvio della pompa la valvola è aperta ; la contropressione nella tubazione provoca un getto che genera un moto rotatorio che porta in sospensione fanghi e materiali sedimentati . Dopo qualche secondo la valvola si chiude. Figura 91. L’installazione della macchina è generalmente fissa all’interno del pozzo (Figura 92 a); possono anche realizzarsi installazioni portatili (b) o fisse, ma in camera a secco (c). a b Figura 92 . Metodi di installazione 438 c La dimensione del pozzo dovrebbe essere la minore possibile sia per ridurre i costi e sia per mantenere meno possibile il liquame stagnate; è ovvio che il volume minimo è funzione sia dal numero delle macchine e sia dalla durata del sollevamento. Premesso che questo non è continuo il sollevamento sarà regolato dal numero di avviamenti che l’elettropompa può subire nell’arco di un’ora. Nelle pause il liquame, solo acque nere nel sistema separato o diluito nel sistema unitario, si raccoglie nel pozzo fino a raggiungere un livello massimo, regolato da un interruttore a bulbo di mercurio i rinchiuso in un involucro impermeabile galleggiante. Figura 93. Schema di un pozzo Questo è sospeso all’altezza voluta tramite il cavo elettrico che lo collega al quadro di avviamento dell’elettropompa. Man mano il volume diminuisce riportando il livello al valore minimo, anche questo regolato da un altro interruttore a mercurio che chiude il circuito e spegne l’elettropompa. Successivamente ha inizio un nuovo ciclo. Figura 94 . Regolatori di livello I principi da adottare nella progettazione di un pozzo sono illustrati in manuali8 contenenti regole pratiche frutto di una estesa serie di dati acquisiti con test su modelli in scala. Per la progettazione di pozzi da due a quattro pompe si farà riferimento a pozzi standard Flygt (Figura 95). 8 American Hydraulic Institute e British Hydromechanics Research Association Le reti fognanti 439 Figura 95. Pozzi standards Flygt Le dimensioni planimetriche del pozzo vengono ricavate da un nomogramma in funzione della portata nominale di una pompa che funzioni da sola. Per portate al disotto di 100 l/s le dimensioni vengono lette direttamente sull’asse delle ascisse. Figura 96. Dimensioni interne e correlato nomogramma Quando vengono realizzati progetti fuori dello standard è necessario eseguire prove di funzionalità su modello idraulico in scala ridotta, al fine di ottimizzare il flusso verso le pompe , l’eliminazione di vortici e di aria in prossimità dell’aspirazione. Figura 97. Pozzo con macchine contrapposte e con disposizione toroidale 440 Determinazione del Volume di sollevamento Come detto precedentemente il volume utile del pozzo, compreso tra il livello massimo di avviamento ed il livello minimo di arresto, è funzione della portata nominale Q1 e del massimo numero massimo z di avviamenti orari delle elettropompe. Nel caso di una sola macchina per Qi (portata in ingresso) si avrà un volume : V Q i Tr Tr V Qi tempo di riempimento Durante la vuotatura dovrà essere sollevato oltre il volume V un incremento V = Qp- Qi Tv Tv V Tv, tempo di vuotatura V Qp Qi La durata di un ciclo è Tk= Tr+ Tv Tk V V V Qi Qp Qi Il tempo minimo di un ciclo è determinato dal numero massimo di avviamenti Z della pompa ( accettabili per il motore ed il suo sistema di raffreddamento). Per qualsiasi portata di ingresso Qi il ciclo più breve si verifica quando Qi = 0,5 Qp ed il volume richiesto è pari V Q p * 3600 4 z [m3] Nel caso di due macchine Tk è minimo quando Qi = Qp1+ 0,5 Qp1 da cui Qp1=Qp2=2/3 Qi mentre il volume richiesto è Vtot V1 h S essendo : V1 = volume utile richiesto da una elettropompa S = superficie della vasca h = differenza tra i livelli di avvio ed arresto , generalmente 30 cm. Nel caso di stazione equipaggiata con n elettropompe uguali che si avviano in sequenza all’aumentare del livello e, sempre in sequenza, si staccano al diminuire del livello, il volume totale richiesto è dato dall’espressione: Vtot V1 n 1 h S Le reti fognanti 441 Esempio 34. Dimensionamento pozzetto di sollevamento Dimensionare una stazione di pompaggio per una portata in ingresso Qi=58 l/s e prevalenza 5 metri. Volendo utilizzare due elettropompe identiche , la portata nominale di ciascuna macchina sarà: Qp1=Qp2=2/3 Qi Qp1=Qp2=2/3* 58 = 38,6 l/s Per la portata nominale e la prevalenza resta definita l’elettropompa LT 04 Scelto il tipo di elettropompa, dai dati di targa, si rileva che il numero di avviamenti /ora è z=15 Inoltre è possibile definire le dimensioni della macchina Con la portata nominale di una pompa viene dimensionata la base del pozzo . Poiché questa è minore di 100 l/s le dimensioni minime vengono lette in corrispondenza dell’ascisse 442 La superficie in pianta risulta : S=2,60*1,35=3,50 m2 ; il volume totale è espresso dalla relazione: Vtot V1 n 1 h S in cui e pertanto Q p1 * 3600 0,039 * 3600 2,34 m3 4z 4 15 Vtot 2,34 (2 1) 0,30* 3,50 3,4 3 V1 m V h tot 0,97 S m Essendo il livello minimo di aspirazione pari a 0,43 m l’avviamento della prima elettropompa sarà posto a quota + 1,40 m dal fondo del pozzo ; la quota di avvio della seconda pompa sarà 1,40 +h =1,40+0,30 =1,70 m. Infine la quota di arresto della prima macchina sarà pari all’altezza minima di aspirazione 0,43 m e la seconda sarà 0,43+ h=0,73 m. Le reti fognanti 443 13. Impianti di sollevamento di acque bianche Nei casi in cui il collettore emissario sia posto a quota inferiore del mezzo recettore è indispensabile il ricorso ad impianti di sollevamento caratterizzati da elevata portata e bassa prevalenza. Questi tipi di impianti vengono comunemente chiamati idrovori dal nome delle elettropompe, idrovore, utilizzate per lo smaltimento di grandi volumi di acqua e basse prevalenze, generalmente H < 10 m). Nella Figura 39 è raffigurato un impianto idrovoro caratterizzato da una idrovora ad asse verticale con tubazione di scarico realizzata con un sifone “ a cavaliere dell’argine “ . A monte delle macchine sono presenti una griglia di protezione ed una paratoia di sezionamento, mentre a valle la condotta sfocia in una vasca di dissipazione che, nei periodi di magra del recettore, ha il compito di dissipare il contenuto energetico della portata in uscita dalla condotta ed evitare il disinnesco del sifone. Figura 98. Schema di impianto idrovoro A seconda dell’ubicazione del recettore e del tipo di macchine sono possibili tre schemi più semplici sia dal punto di vista costruttivo che gestionale (Figura 99) 444 Figura 90. Schemi di installazioni munite di elettropompe sommergibili Flygt Nota la portata da esitare e la prevalenza la scelta delle macchine è legata passa attraverso una prima scelta attraverso diagrammi " a mosaico" del tipo riprodotti nella Figura 40. Da questi è possibile risalire al tipo di macchina che risponde a portata e prevalenza richiesti. Successivamente è possibile il dimensionamento della stazione di sollevamento, utilizzando soluzioni standard legate al numero delle macchine. Figura 91. Diagrammi a mosaico per elettropompe sommergibili Flygt serie P Il dimensionamento è molto simile a quanto già visto precedentemente per le stazioni di sollevamento delle acque nere. La particolarità costruttiva di queste idrovore fa sì che possano essere calettate all’interno di un tubo contenitore in acciaio (Figura 92) a stazione di sollevamento ultimata. Le reti fognanti 445 Figura 92. Schema di stazione di sollevamento con una sola macchina L’elettropompa poggia semplicemente su un anello alla base del tubo contenitore senza fissaggi pertanto la macchina può essere rimossa agevolmente per la manutenzione. Anche per questi impianti sono possibili diverse tipologie; per ognuna di esse sono disponibili tabelle di dimensionamento. Figura 93. Schema di stazione di sollevamento con quattro macchine L’afflusso dell’acqua verso la pompa deve essere uniforme in modo da evitare trascinamento di aria con conseguente innesco di vortici. Tra i criteri da adottare per la progettazione di un impianto, è importante la verifica del rapporto tra la sommergenza S ed il diametro D della condotta di aspirazione . (Figura 94) 446 Figura 94 S a b Fr D con : a =1,5 e b=2,5 VD 4 Q D 2 Fr VD g D Le reti fognanti 447 14. Manufatti di restituzione nel recettore Nelle seguenti Figure9 95 ÷97 sono riportati esempi di manufatti di restituzione nel mezzo recettore. A seconda dei valori delle velocità in uscita sono da prevedere elementi di dissipazione del contenuto energetico della corrente. Figura 95 Figura 96 Figura 97 9 Ridisegnate da FOGNATURE di L.Da Deppo e C. Datei – Edizioni Libreria Cortine Padova 448 15. Controllo ed Ispezione L’indagine deve essere intesa ad individuare tutte le possibili cause di degrado della tubazione o l’esistenza di problemi di diversa natura che possono interferire con l’efficienza del sistema. Il controllo visivo può essere effettuato direttamente se l’ impianto è ispezionabile ovvero con una telecamera filoguidata o robotizzata. Figura 98 Nelle seguente Figura 99 sono visibili la rottura della calotta superiore di uno speco circolare (a) un' immissione laterale sensibilmente protesa all’interno della canalizzazione (b) l'estensione di una radice (c) ed infine uno speco ovoidale in ottime condizioni con immissione laterale a raso (d). Figura 99 Per una buona manutenzione è indispensabile una pulizia programmata della condotta per liberarla dal materiale di deposito. I sistemi di pulizia più comunemente usati sono, generalmente : Meccanici Idraulici Chimici Il Sistema Meccanico più comunemente impiegato, per brevi tratti di condotta, prevede l'utilizzo di semplici scovoli trainati da cavi. Più moderno e’ il Pig Uretanico (o Poliuretanico) rivestito con vari Le reti fognanti 449 tipi di materiali abrasivi o con spazzole metalliche. E’ assimilabile ad un tappo di schiuma poliuretanica con diametro leggermente più grande di quello della condotta da risanare (2-4 %) che, inserito nella tubazione in un punto di accesso, viene spinto dalla pressione idraulica del fluido, avanza in esso ad una velocità non eccedente i 2 m/s, rimuovendo così al suo passaggio gran parte delle incrostazioni, grazie agli abrasivi cui è rivestito. Figura 100. Frese filoguidate Quando l'operazione di pulizia ha bisogno di una maggiore energia per spurgare lo speco parzialmente ostruito si ricorre ai Metodi idraulici: Kanal Jet. Consta di una serie di ugelli e frese rotanti che, utilizzando getti d’acqua ad elevata pressione, rimuovono ed asportano depositi ed ostruzioni presenti nella tubazione. Grazie alle alte pressioni di utilizzo (800-1000 bar), questo sistema è efficace anche per la rimozione di grossi depositi calcarei o di calcestruzzo. Figura 101. Sistemi Kanal Jet Sand Jet. Vengono immesse, alta velocità, nella canalizzazione di fogna determinate quantità di materiali abrasivi miscelati ad azoto gassoso. L’azione abrasiva è controllata sia attraverso la pressione e la portata del gas, sia attraverso la scelta della più opportuna granulometria degli inerti abrasivi in sospensione. Successivamente, con opportuni sistemi, sia l’azoto che gli abrasivi vengono separati e recuperati nei punti di scarico. Figura 102.Sistema Sand Jet La Pulizia Chimica viene generalmente effettuata mediante l’utilizzo di due tamponi, uno di monte ed uno di valle, spinti dalla pressione idraulica all’interno della condotta. Tra i due tamponi vengono immessi in soluzione i preparati chimici, generalmente ossidi e carbonati, capaci di reagire con le incrostazioni ed i depositi della condotta da pulire. Il tempo di scorrimento è, ovviamente, regolabile; espulso il materiale in sospensione la condotta viene pulita con una serie di lavaggi successivi. Usualmente questo metodo è abbinato ad uno di quelli descritti in precedenza al fine di renderli più efficaci. 450 15. Riabilitazione Comprendono diversi tipi di lavorazioni necessari per ripristinare l’efficienza di una condotta e generalmente vengono ricompresi in interventi di : Controllo ed ispezione: analisi sull’effettivo stato della tubazione o della tratta da risanare; Manutenzione: volti a migliorarne le prestazioni senza apporto di materiali (es. Pulitura interna) Riparazione: eliminazione di difetti o danni localizzati (es. sigillatura di crepe e fessure) Rinnovo: restituire ad una condotta le condizioni di efficienza entro limiti di sicurezza soddisfacenti (es. ricostruzione del rivestimento interno) Sostituzione: quando la rete o un tratto di essa, si presenti strutturalmente irrecuperabile o la riduzione del diametro interno non sia più sufficiente a garantire una adeguata funzionalità di esercizio. Nuove installazioni 15.1.Tecnologie trenchless nella riabilitazione delle reti di fognatura Le TT Tecnologie Trenchless o, più semplicemente No Dig (senza scavo), costituiscono un insieme di procedimenti che hanno rivoluzionato il modo di operare nel campo degli interventi sulle reti tecnologiche, in particolare nel settore idrico e del gas. Le tradizionali tecniche di intervento a cielo aperto rappresentano un peso rilevante nei confronti delle normali attività svolte nel contesto urbano, il cui controvalore economico può incidere fortemente sul costo totale dell’opera. Figura 103. Scavi a cielo aperto Posare tubazioni di qualsiasi materiale in trincee in ambito urbano o intervenire su quelle già esistenti, costituisce allora, un problema di natura tecnica ed uno sforzo notevole di natura economica. Ciò in funzione della struttura urbanistica delle nostre città, particolarmente compressa ed articolata e dal mal realizzato coordinamento dei servizi sotterranei. Open Cut No Dig Le reti fognanti 451 L’esigenza di ricercare una valida alternativa ai metodi tradizionali di intervento, altamente inefficaci dal punto di vista dell'economia generale e, soprattutto, in relazione ai costi indiretti (sospensione delle attività commerciali) hanno contribuito al rapido sviluppo di metodologie a ridottissimo uso di scavi. Il settore No Dig manifesta la sua efficacia, non tanto in relazione alle sole risorse di realizzazione (Costi Diretti), quanto nella capacità di abbattere gli impatti scaturiti, durante le varie fasi della cantierizzazione, con gli spazi collettivi circostanti (Costi Indiretti). Queste tecniche, sviluppate essenzialmente negli ultimi anni, sono già largamente utilizzate in U.S.A, Giappone e Nord Europa; anche in Italia, soprattutto, le Società che gestiscono pubblici servizi hanno rivolto la loro attenzione all’utilizzo delle tecnologie di intervento su reti interrate, mediante un limitato ricorso a scavi a cielo aperto, sia per nuove realizzazioni che per la riabilitazione di reti già esistenti. I principali vantaggi offerti dalle TT possono sintetizzarsi in : riduzione dei danneggiamenti alle pavimentazioni, soprattutto se di pregio storico; riduzione dei problemi connessi con gli ingombri di cantiere e con l’eliminazione dei materiali di risulta; riduzione dei tempi e dei costi totali di intervento; miglioramento delle condizioni di sicurezza e della qualità del lavoro. Attualmente in commercio esistono innumerevoli brevetti, alcuni dei quali particolarmente suggestivi nella loro applicazione. CIPP (Cured In Place Pipe) Il più interessante tra i Sistemi Sigillanti si basa sulla retroversione di una calza di feltro impregnata di particolari resine (poliestere o epossidiche) termoindurenti inserita rovesciata all’interno della tubazione da risanare Fase A: a seconda dei vai brevetti ( Phoenix, Insituform, Paltem, InLinear, ecc) varia il sistema di inserimento e retroversione che può utilizzare acqua o vapore , Fase B. Infine la polimerizzazione della resina mono o bi componente può avvenire gradualmente con temperature e tempi prefissati utilizzando insufflaggio di aria calda o di vapore conferendo la dovuta rigidità al corpo della calza e la necessaria coesività tra resina e tubazione da risanare (fase C). Il materiale di supporto costituente la calza è una trama di feltro supportata da resine poliestere e rinforzata da un reticolo di spessore variabile a seconda delle condizioni di esercizio e dello spessore del tubo. 452 La tenuta idraulica è garantita dallo strato più interno del rivestimento costituito a seconda del fluido da convogliare da PVC o poliuretano dello spessore di alcuni decimi di mm. Le pareti esterne della calza, sono preventivamente cosparse con una apposita resina che agisce da collante e penetra, risanandole, nelle fessurazione della tubazione . Point Liner System Rotture localizzate possono essere rapidamente sanate andando a posizionare casseforme gonfiabili nei punti ammalorati . Per la ricostruzione viene utilizzata resina e feltro di supporto. Con questi sistemi possono essere rinnovate tubazioni per il trasporto di gas, acqua, acque di scarico ed altri fluidi con diametri compresi tra 150 e 3000 mm. Le reti fognanti 453 SPINSEAL Con questo termine si identificano un vasto numero di trattamenti per il rinnovamento di condotte sia per la distribuzione di acqua e sia per la raccolta di acque di scarico. Il sistema ha come obiettivo il ripristino della tenuta in corrispondenza dei giunti e la ricostruzione del rivestimento interno delle condotte. Utilizzando apparecchiature robotizzate, introdotte nella canalizzazione da un pozzetto di ispezione, si possono applicare all’interno delle tubazioni rivestimenti poliuretanici per il risanamento e sigillatura dei giunti, riparazioni di tubazioni bucate e fessurate, eliminazione e livellamento di immissioni sporgenti, ripristini di collegamenti in immissioni rientranti. Quando il fluido trasportato è l’acqua, oltre all’applicazione del rivestimento poliuretanico, viene spruzzato uno strato di malta cementizia inerte a copertura della resina in modo da evitare il contatto dell’acqua potabile con la resina. 15.2. Trenchless Microtunnelling Technology Queste tecniche traggono origine dai metodi di scavo delle gallerie ; ovviamente per piccoli diametri non essendo possibile lo stazionamento di operatori all’interno sono state messe appunto tecniche e metodologie di controllo a distanza sia dei dispositivi di avanzamento, generalmente frese, e sia dei sistemi di spingimento, generalmente martinetti o jacks. 454 Storicamente si fa risalire al 1900 l’anno in cui per la prima volta ad opera della Northerm Pacific Railroad Company furono spinti tubi di acciaio per sottopassare il corpo ferroviario . La tecnica classica è quella comunemente detta Pipe jacking, La prima operazione consiste nella realizzazione di due camere o pozzetti : il primo di spinta il secondo di ricevimento Il pozzo di spinta, generalmente caratterizzato da una struttura robusta per assicurare il contrasto esercitato dalla pressione dei martinetti, ha dimensioni decisamente maggiori dell’altro per consentire tutte le operazioni connesse alla perforazione del terreno, del recupero del materiale, introduzione del tronco di tubazione, controllo dell’allineamento, ecc. Nel pozzo di ricevimento dovrà essere previsto solo l’ingombro per l’eventuale recupero della fresa . La forza necessaria per mandare avanti il pipe jacking viene fornita da martinetti ad alta pressione che spingono uniformemente sulla circonferenza della tubazione attraverso un anello di spinta o ariete . Il diametro dell’ariete ed il numero dei martinetti dipende, ovviamente, dal diametro del tubo da spingere. Le macchine per la posa in opera di tubazioni con sistemi microtunnelling si dividono in due gruppi, a seconda delle metodologia di allontanamento e recupero del materiale scavato. 1. sistema Auger : il materiale scavato dalla testa della fresa viene trasportato, con una coclea, all’interno del pozzetto di spinta dove viene recuperato e portato a rifiuto. Le reti fognanti 455 2. sistema Slurry : il materiale di scavo viene recuperato e miscelato con il liquido di ricircolo formando una miscela che viene trasportata, da un sistema idraulico, in serbatoi posti in superficie, dove avviene la separazione, per sedimentazione, del materiale solido e del liquido di ricircolo che viene riutilizzato nello scavo. 16. Controllo in tempo reale di una rete con obiettivi: riduzione delle portate al colmo con gli scaricatori di piena controllo della quantità dell' inquinante con eventuale possibilità di diluizione fino a para- metri compatibili con l'impianto di depurazione . 456