Tempo di
- l’area del bacino A è stata calcolata per via grafica, dividendo il bacino, individuato sulla cartografia, in parti geometricamente simili;
- la lunghezza dell’asta principale L, analogamente, è stata definita per via cartografica;
- la Zchius è stata determinata dalla cartografia.
Le portate conferite dalle superfici scolanti agli organi di intercettazione e successivamente ai collettori di drenaggio, calcolate per un periodo di ritorno T=10 anni, come detto, sono state stimate per le aree dei due bacini individuati, Denominati “Bacino Est” e “Bacino Ovest”, precedentemente indicati, pari a:
- QmaxEST =(φ∙A∙h)/3,6∙tc=(0,3 ∙ 1,8 ∙ 49,95)/3600∙ 1,93=4,31 m^3/s - QmaxOVEST=(φ∙A∙h)/3,6∙tc=(0,3 ∙ 2,0 ∙ 48,65)/3600∙ 1,75=4,17 m^3/s
Nel caso di specie, la totalità della portata di progetto Qmax del Bacino Ovest, come desumibile dalla planimetria allegata nei paragrafi precedenti, viene drenata mediante due collettori, definiti Collettore Ovest e Collettore Ovest 2, a cui competono rispettivamente il 92 % e l’8
% dell’area totale del Bacino Ovest.
Alla luce di tutte le indicazioni e considerazioni precedenti, pertanto, i valori delle portate da drenare, calcolati in funzione delle superfici di riferimento, sono riassunti nella tabella seguente:
Apporti idraulici
Superficie scolante S(Kmq) Portata Q (mc/s) Portata Q (l/s) Bacino EST
Verifica idraulica delle condotte
I collettori di drenaggio e vettoriamento delle acque superficiali, precedentemente menzionati, sono costituiti da tubazioni in polipropilene, aventi classi di rigidezza 16 KN/mq, ed è caratterizzata da funzionamento idraulico a pelo libero, con comportamento, pertanto, come un canale a superficie libera.
Si suppone, cioè, che il deflusso sia quello di un canale a sezione circolare e che l’acqua dovuta dall’apporto meteorico, bagni solo una parte della tubazione.
Per le verifiche ed i calcoli idraulici, si usa, quindi, la seguente formula di Chézy, valida per correnti a pelo libero, in condizioni di moto uniforme:
v = R½ i½ , dove:
v rappresenta la velocità media del fluido;
rappresenta un coefficiente di conduttanza dipendente da:
- scabrezza omogenea equivalente, (mm);
- numero di Reynolds, Re;
- coefficiente di forma del canale, (uguale ad 1 per la sezione circolare);
R rappresenta il raggio idraulico definito come rapporto tra la superficie della sezione del flusso, A, ed il contorno dello stesso che tocca il canale, P;
i rappresenta la pendenza della condotta.
Nel caso in oggetto, la sezione è una parte del cerchio, e, quindi, si avrà:
- A = ½ r 2 /90°) arccos(1-h/r)sin2 arccos(1 - h/r;
- P = r /90°) arccos(1h/r);
- B = r 2 sin arccos(1h/r.
In generale, la forma della funzione è data da (Colebrook - Marchi), mediante la espressione seguente:
= 5,7 log(/ Re/13,3R)
Nel caso di moto assolutamente turbolento, l'espressione si semplifica in varie formule empiriche, di cui le più usate per sono quelle di:
a) Bazin: B = 87/(1+/R½);
b) Gauckler- Stricker: GS = KS R
1/6
,
dove e KS sono dei parametri legati alla scabrezza della canalizzazione.
Si ha, quindi,:
- vB (Bazin) = B R½ i1/2; - vGS (Gauckler- Stricker)= GS R½ i1/2.
I valori dei parametri di scabrezza, (, KS,), presenti nelle formule di moto uniforme vanno assegnati sulla base della natura, dello stato di conservazione e di impiego del materiale costituente la tubazione della condotta.
Le scabrezze omogenee equivalenti (della formula di Colebrook - Marchi) che, in condizioni di canalizzazione nuova, assumono valori dipendenti dal tipo di materiale, ma comunque contenuti nell'ordine di
qualche frazione di millimetro ( = 0,02 ÷ 0,10 mm), dopo pochi giorni di uso possono assumere valori di qualche millimetro, dipendentemente dal tipo di materiale e dalle velocità di flusso che hanno interessato la canalizzazione.
Per quanto concerne il coefficiente di scabrezza di Gauckler - Stickler, ks, si è utilizzato il valore 120 m1/3/s-1, relativo ai materiali plastici.
Gli apporti idraulici, calcolati nel paragrafo precedente consentono di verificare i tre collettori principali in cui è organizzata la raccolta delle acque di ruscellamento superficiale.
Lo schema ed il dimensionamento del sistema di raccolta delle acque di ruscellamento superficiale è desumibile dall’ elaborato del progetto definitivo n.12, avente per oggetto “Planimetria di progetto su ortofoto a colori”, i cui dati di progetto sono indicati nelle tabelle seguenti.
Le portate di progetto saranno collettate, da tubazioni in polipropilene, aventi classi di rigidezza 16 KN/mq, di diametro variabile dal 800 mm al 1200 mm.
I parametri di progetto, alla luce delle considerazioni e valutazioni dei paragrafi precedenti, risultano essere quelli di seguito indicati in forma tabellare: riportati, relativi alle velocità di deflusso corrispondenti alle portate di progetto.
La verifica delle velocità di flusso, è stata effettuata utilizzando la formula menzionata in premessa v = R½ i½, con ovvio significato dei simboli.
VERIFICA VELOCITÀ DI DEFLUSSO pendenza
(m/1000m)
Portata di progetto m3/s
velocità massima (m/s)
(da Gauckler – Stickler)
riempimento massimo (%)
Collettore EST (DN 1200 mm)
6,0 4,31 4,73 75,5
Collettore OVEST 2 (DN 800 mm)
6,0 0,30 2,44 30
Collettore OVEST (DN 1200 mm)
6,0 3,87 4,65 69
Collettore OVEST (DN 1200 mm)
tratto terminale dopo la confluenza con il Collettore OVEST 2
6,0 4,17 4,70 73,2
L’analisi dei dati delle tabelle precedenti evidenzia che il diametro di progetto delle tubazioni, in funzione della relativa pendenza, risultano adatti, dal punto di vista idraulico, alle esigenze del caso, poiché presentano, in sede di esercizio, un grado di riempimento (h/d), inferiore al 80%, e velocità di flusso inferiori ai 5.00 m/s, valore massimo suggerito dalla letteratura tecnica scientifica di settore per evitare fenomeni di erosione dei materiali delle tubazioni.
Trattamento primario delle acque di prima pioggia
Il collettamento delle acque meteoriche di prima pioggia alla destinazione ultima, avverrà solo successivamente ad un trattamento di chiarificazione primaria, consistente, specificamente, nelle fasi di:
- grigliatura;
- dissabbiatura;
- sedimentazione dei solidi sospesi;
- flottazione di oli ed idrocarburi.
Le principali sostanze inquinanti legate al transito veicolare, infatti, derivano dall’abrasione del manto stradale, delle gomme, dei ferodi dei freni, da perdite di liquidi, dalle emissioni di gas combusti, da perdite di merci trasportate, da rifiuti e materiali vari gettati sul manto di superficie e trasportate, in occasione degli eventi meteorici, in sospensione o soluzione, direttamente al recapito finale.
La caratterizzazione dei carichi inquinanti presenti nelle acque drenate e la particolare geometria dei sistemi che ne caratterizzano il trasporto, costituiti da brevi tratti di superficie e tempi ridotti di contatto, consentono, in ogni caso, di trascurare l’aliquota delle sostanze disciolte, e di correlare i carichi inquinanti alla sola matrice dei solidi sospesi.
Il dispositivo previsto nel presente progetto definitivo per la chiarificazione primaria è costituito da un manufatto modulare da interro, realizzato in polietilene, con funzionamento in continuo, come desumibile dall’elaborato grafico n. 18, avente ad oggetto “Particolari costruttivi vasche per il trattamento delle acque di prima pioggia”, idoneamente dimensionato per svolgere la funzione di grigliatura,
dissabbiatura, sedimentazione dei solidi sospesi e flottazione di oli ed idrocarburi.
In particolare, il predetto dispositivo di chiarificazione primaria è articolato in:
- un'unica vasca modulare, rinforzata mediante nervature verticali ed orizzontali, in polietilene;
- pozzetto di testa, compartimentato all’interno, con funzione, anche, di regolazione della portata in ingresso;
- pozzetto terminale, con funzione di raccolta e smaltimento delle portate chiarificate in uscita e di quelle, eventualmente, scolmate dal pozzetto di regolazione di testa.
La prima vasca del dispositivo di chiarificazione ha la funzione di calma e di sedimentazione, dove ha luogo, cioè, una prima decantazione delle sostanze pesanti e grossolane dalle acque di piattaforma, contenenti residui oleosi minerali.
Nella vasca successiva, invece, avviene la funzione di separazione degli oli e degli idrocarburi per flottazione, oltre ad un’ulteriore decantazione dei fanghi leggeri, inoltre, è dotata di un filtro a coalescenza, con sistema di pulizia di tipo pneumatico, collocato all’imbocco della tubazione di uscita, e posizionato sul fondo, in modo tale che le portate chiarificate seguano il tragitto più lungo possibile.
La tubazione di uscita sarà posta a profondità tale da evitare che la sostanza flottante, costituita da oli e sedimenti ancora in sospensione, possa essere convogliate e recapitate al recettore finale.
Le acque meteoriche trattate, saranno quelle attese dall’evento definito di prima pioggia, caratterizzato dal tempo di ritorno prescelto, ed equivalente ai primi 5 mm di pioggia precipitata al suolo, od,
alternativamente, ai primi 15 minuti della durata dell’evento, così come consigliato dalla letteratura scientifica di settore, dalla Legge Regionale della Lombardia n. 26/2003 e s.m.i. e dalla Deliberazione di Giunta Regionale dell’Emilia Romagna n. 286/2005, che dettano i criteri e gli indirizzi generali, universalmente riconosciuti, per la protezione delle aree sensibili da fonti di inquinamento puntuale.
Il trattamento delle acque di prima pioggia avverrà tramite i dispositivi innanzi menzionati, secondo le indicazioni desumibili dall’elaborato grafici di progetto n. 18, innanzi menzionato, a cui vengono convogliate tutte le acque drenate dalle piattaforme stradali e dalle aree pavimentate, attraverso le condotte di collettamento, in un sistema cosiddetto “chiuso”.
Metodologia di dimensionamento e criteri di trattamento delle vasche di prima pioggia
L’afflusso meteorico precipitato sulla piattaforma stradale, viene raccolto, tramite le caditoie di intercettazione, e convogliato, mediante le condotte di collettamento, in direzione del pozzetto di testa del dispositivo di trattamento primario, dove arriva la globalità delle portate di ruscellamento.
Il pozzetto di regolazione è dotato di una bocca tarata a stramazzo, che consentirà il transito delle acque drenate al ciclo di trattamento, fino ad una portata imposta (primi 5 mm di pioggia precipitata al suolo, o, in alternativa, primi 15 minuti della durata dell’evento), derivante dalla superficie del bacino afferente, con le portate eccedenti che saranno sfiorate a valle dell’impianto, direttamente nel recapito finale.
Le portate sfiorate sono da considerarsi non inquinati, per effetto dell’elevato grado di diluizione raggiunto nella fase di sfioro, ed, in
ogni caso, saranno sottoposte, sempre, ad un trattamento primario di grigliatura.
La portata trattata rappresenta la portata nominale di funzionamento dell’impianto di chiarificazione, ed è inferiore alla portata massima meteorica precipitata al suolo, che viene convogliata tramite le condotte di collettamento al pozzetto di regolazione.
Il pozzetto di regolazione permette il transito della sola portata nominale al ciclo di trattamento, sfiorando a valle dell’impianto, direttamente nel recapito finale, la portata massima meteorica.
Il dispositivo, quindi, consente il trattamento in continuo di una portata per tutto il tempo necessario all’esaurimento dell’evento meteorico, e non già del solo volume di prima pioggia caduto nei primi 15 minuti.
Il dispositivo di trattamento primario permette di abbattere il carico inquinante delle acque captate dalla superficie stradale, contenenti solidi sospesi e oli od idrocarburi, in modo che le stesse possono essere, poi, restituite chiarificate al recapito finale.
I materiali inquinanti intercettati dalla griglia nel pozzetto di testa ed i fanghi della fase di sedimentazione dovranno essere raccolti e trasferiti, in sede di esercizio ordinario, in discariche autorizzate di rifiuti.
I criteri di dimensionamento delle vasche di prima pioggia si basano su una metodologia strettamente quantitativa che viene di seguito specificata.
Il dimensionamento delle vasche è stato eseguito imponendo due ipotesi progettuali principali:
la velocità V di traslazione longitudinale dell’acqua nelle vasche, e con essa il materiale solido trasportato, è
inferiore ai 3,00 cm/s, al fine di evitare che il materiale già sedimentato venga rimesso in movimento;
il diametro medio della particella D, che si vuole far sedimentare, è pari a 0,5 mm.
In base alla seconda ipotesi viene calcolata la velocità di sedimentazione, in cm/s, delle particelle immerse nell’acqua, secondo la nota formula di Stokes:
dove:
g rappresenta l’accelerazione di gravità in cm/s2;
γs rappresenta il peso specifico relativo dei solidi sospesi, che, come consigliato dalla letteratura scientifica di settore, si assume pari a 1,44 Kg/dm3 ;
w rappresenta il peso specifico relativo dell’acqua, pari a 1,00 Kg/dm3;
D rappresenta il diametro della particella, pari a 0,5 mm;
μ rappresenta la viscosità cinematica dell’acqua in centistokes, pari a 0,001 Ns/m2, con temperatura del fluido pari a 20°C.
Imponendo l’uguaglianza tra la velocità di sedimentazione di Stokes ed il carico superficiale, si può determinare in funzione della portata da trattare, la superficie utile della vasca, ottenendo, quindi:
vs = Q/S = Cis
dove:
Q rappresenta la portata da trattare nella vasca di sedimentazione;
S rappresenta la superficie della vasca di sedimentazione;
Cis rappresenta il “carco superficiale”, che, per fognature separate, viene posto minore od uguale a 17,00 m3/h, come consigliato dalla letteratura scientifica di settore.
All’interno della vasca saranno trattenute tutte le particelle con velocità di sedimentazione pari o superiore al carico superficiale, mentre le particelle con vs inferiore saranno trattenute solo in parte.
Con portate inferiori, evidentemente, la vasca incrementa la propria capacità di trattamento.
La verifica della capacità epurativa delle vasche, è avvenuta tramite il controllo del tempo di percorrenza del fluido all’interno del sedimentatore, rispetto, ai tempi di sedimentazione delle particelle sedimentabili.
Si è calcolato, cioè, il tempo che l’acqua impiega a uscire dal sedimentatore, percorrendo il tratto più breve, trascurando gli effetti di prolungamento del percorso derivante dalla presenza dei setti verticali, che hanno la funzione di trattenere gli olii, e confrontandolo con il tempo di sedimentazione consigliato dalle normative di settore, è stato verificato che fosse superiore ai 5 minuti.
Al fine di evitare che le particelle depositate sul fondo del sedimentatore vengano risollevate in prossimità dei setti verticali, si
è, inoltre, verificato che la velocità di traslazione, in corrispondenza della luce libera dei setti, risultasse inferiore al limite superiore delle velocità di sedimentazione, garantendo la permanenza delle particelle sedimentate anche nelle sezioni ristrette presenti sotto i setti verticali.