INEE GUIDA NELLA PROGETTAZIONE DELLE RETI DI DRENAGGIO URBANO C APITOLO 4 L

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C

APITOLO

4

L

INEE GUIDA NELLA PROGETTAZIONE

DELLE RETI DI DRENAGGIO URBANO

4.1

P

La redazione del progetto di una rete di drenaggio urbano deve far riferimento alla strategia pianificata dall’ente gestore e deve essere esaurientemente documentato sotto l’aspetto tecnico oltre che economico ed ambientale.

La “Legge quadro in materia di lavori pubblici” (L. 11 Febbraio 1994, n.109, nota come legge Merloni) modificata e integrata dalla Legge 18 novembre 1998 n.415 (Legge Merloni ter) e dal relativo Regolamento di attuazione (D.P.R. 21 dicembre 1999, n.554) stabilisce che il progetto deve essere sviluppato in tre livelli: Preliminare, Definitivo ed Esecutivo.

È comunque utile prevedere delle ulteriori fasi:

a) Studi preliminari per la scelta della soluzione ottimale; b) Piano generale della rete: sviluppa la soluzione prescelta; c) Progetto di massima: inquadra più lotti successivi; d) Progetto particolareggiato per l’appalto dei singoli lotti; e) Progetto esecutivo per i lavori di cantiere.

4.2

D

Le informazioni di partenza su cui deve basarsi il progetto dipendono dal livello progettuale (preliminare definitivo o esecutivo) e generalmente riguardano:

• Dati topografici e catastali necessari per: - la scelta dei percorsi;

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- la pendenza dei collettori; - l’individuazione dei bacini; - redazione dei piani di esproprio;

Le scale di tali carte variano da 1:10000/1:5000 per lo studio di fattibilità, 1:5000/1:2000 per la fase preliminare e 1:2000/1:500 per il progetto definitivo ed esecutivo.

• Caratteristiche geologiche e geotecniche, per lo studio della natura e della stabilità dei siti interessati.

• Caratteristiche idrogeologiche, per la conoscenza dell’escursione del livello di falda ai fini della scelta delle condizioni di posa, della stabilità dei versanti di scavo, della stabilità della rete durante l’esercizio e delle infiltrazioni delle acque di falda nei collettori (portate parassite).

• Tipologia del sistema fognario esistente: rete di tipo unitario o separato. • Caratteristiche geometriche della rete esistente: dedotte sia attraverso il

materiale fornito dall’ente gestore sia attraverso rilievi di dettaglio in sito. • Caratteristiche di efficienza della rete esistente: valutate attraverso

informazioni raccolte dall’ente gestore e dal monitoraggio dei tratti ritenuti più critici della rete.

• Condizioni strutturali della rete esistente: dati riguardanti l’efficienza degli organi della rete in particolare quando questi attraversano zone notoriamente soggette a frane o smottamenti.

• Informazioni riguardanti le altre reti presenti nel sottosuolo: per evitare fenomeni di interazione, è necessario conoscere l’ubicazione delle reti acquedottistica telefonica, gas, elettrica, ecc.

• Caratteristiche geometriche e idrauliche dei corpi idrici ricettori.

• Densità abitativa residente e fluttuante: queste informazioni sono necessarie per la stima delle portate di tempo asciutto e dei carichi inquinanti.

• Dati sulle attività industriali: oltre che per la determinazione delle portate di tempo asciutto, questi dati sono necessari per valutare i carichi inquinanti di origine non domestica.

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• Dati sulla qualità delle acque sfiorate in tempo di pioggia: tali dati forniscono informazioni sul carico di inquinanti scaricati nei corpi idrici ricettori e possono essere valutati mediante misure di portata negli organi di sfioro.

4.3

E

4.3.1

T

Le canalizzazioni del sistema fognario devono essere preferibilmente in sotterraneo e a quota inferiore rispetto agli altri impianti presenti, con un dislivello minimo tra estradosso del collettore fognario e fondo degli altri impianti di 0.30m. Condizioni di funzionamento in depressione e a cielo aperto sono possibili solo se valutati tramite indagini particolareggiate ed esaurientemente giustificati, ma possibilmente dovranno essere evitati.

Anche i tratti progettati per funzionare in pressione dovranno essere accompagnati da appositi studi sulla base delle caratteristiche meccaniche del materiale, tenendo conto anche delle eventuali sovrappressioni generate dalla formazione di gas causati dalla ritenzione del liquame.

4.3.2

C

Il tracciato della rete deve essere rappresentato in scala adeguata a seconda del livello progettuale e dovranno essere individuabili i bacini relativi a ciascun tronco della rete, la linea d’asse dei collettori e la posizione di eventuali organi di controllo o manufatti speciali.

L’andamento altimetrico della rete dovrà essere rappresentato in profili longitudinali contenenti le quote e le distanze significative, gli attraversamenti di altre strutture, le confluenze con altri tronchi ecc.

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La pendenza minima dei collettori deve essere ≥3‰, qualora sia necessario disporre di pendenze minori devono essere previste tecniche specifiche per la posa in opera. Le confluenze tra più collettori devono avvenire all’interno di appositi pozzetti, e devono essere tali da evitare effetti di rigurgito della corrente di monte. Nel caso che ciò non sia possibile, se ne dovrà tener conto riducendo, nei calcoli, la pendenza del collettore di monte.

Il diametro minimo dei collettori a valle degli allacciamenti privati è di 250mm nel caso di fognatura mista e di 200mm nel caso di fognatura nera separata.

4.3.3

C

Calcolo delle portate di tempo asciutto

Le portate di tempo asciutto vengono determinate in base al numero di abitanti ed alla dotazione idrica del comprensorio in esame attraverso la seguente relazione:

[ ]

ψ = coefficiente di restituzione in fognatura (in genere ψ =0 75 0 85. ÷ . );

Cp = coefficiente di picco che tiene conto della contemporaneità degli usi

(Cp≤2.5).

Nel caso di fognatura nera separata è necessario tener conto delle portate parassite dovute all’infiltrazione delle acque di falda.

Calcolo delle portate pluviali

Le portate generate in tempo di pioggia vengono in genere determinate attraverso l’analisi statistica dei dati storici di pioggia relativamente al bacino in esame. Tali dati sono contenuti nella Parte I degli Annali Idrologici. Nel caso in cui nel bacino in esame non siano presenti stazioni di misura delle piogge, si può fare riferimento

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ai bacini limitrofi interpolando i risultati per esempio con il metodo dei topoieti. I dati di pioggia utilizzati in tali calcoli devono essere documentati.

Calcolo delle sezioni dei collettori

Il dimensionamento dei collettori può essere fatto su ogni tratto in condizioni di moto uniforme, tranne nel caso in cui si abbiano fenomeni di rigurgito della corrente, nei quali sarà necessario effettuare il calcolo tracciando i relativi profili.

Verifiche strutturali dei collettori

I collettori fognari devono essere verificati dal punto di vista strutturale al fine di evitare rotture con conseguente fuoriuscita del fluido trasportato, che oltre ai fenomeni di ordine igenico-sanitario, potrebbe essere la causa di innesco di smottamenti o frane.

Le verifiche strutturali devono essere condotte tenendo conto delle caratteristiche meccaniche del materiale e del terreno, delle condizioni di posa in opera, delle condizioni di stabilità del terreno, e del funzionamento (in pressione, depressione, a pelo libero).

4.3.4

C

Tipologia della corrente

In ogni tratto della rete è necessario calcolare il numero di Froude per la portata di progetto, al fine di valutare se la corrente è lenta o veloce.

In caso di correnti lente, come già anticipato, si devono valutare eventuali rigurgiti della corrente di monte.

Nel caso di correnti veloci, tipiche delle zone caratterizzate da pendenze elevate, è necessario verificare il comportamento idraulico nelle confluenze o in corrispondenza degli eventuali passaggi in corrente lenta.

Al fine di limitare le sollecitazioni nelle strutture dei manufatti, le variazioni nell’andamento plano-altimetrico devono essere realizzate, dove possibile, attraverso il passaggio a correnti lente, previa dissipazione di energia, oppure

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realizzando raggi di curvatura molto ampi, calcolati in modo che il sovralzo della corrente non tenda a chiudere la sezione del collettore. A tale scopo, è anche possibile utilizzare dei pozzetti appositamente studiati per la dissipazione dell’energia della corrente (pozzetti a vortice).

Per evitare la sedimentazione delle sostanze solide e la conseguente progressiva occlusione della sezione dei collettori è necessario che la velocità minima calcolata per la portata di tempo asciutto non sia inferiore a 0.5m/s. In caso ciò non sia possibile è necessario prevedere appositi dispositivi di lavaggio.

Al fine di limitare l’erosione delle pareti dei collettori dovuta al trasporto di sostanze solide abrasive è necessario che la velocità massima non superi i 5m/s nelle fognature bianche e miste, e i 4m/s nelle fognature separate nere.

Nel caso di collettori progettati per il funzionamento a pelo libero, deve essere garantito un franco tale da permettere la circolazione dell’aria, variabile in funzione del diametro:

- f ≥ 0.5D per D≤400mm;

- f = 200mm per 400mm≤D≤1m; - f ≥ 0.2D per D≥1m;

Per portate superiori a quelle di progetto è ammesso anche il funzionamento in pressione.

4.3.5

M

Caditoie e allacciamenti

Le dimensioni e la tipologia (bocche di lupo, griglie ecc.) come anche il collettore di allacciamento alla rete principale, devono essere determinate in funzione della superficie drenata e del coefficiente udometrico.

La connessione tra allacciamento e rete principale deve avvenire tramite appositi pozzetti.

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Quando la rete di drenaggio interseca altri tipi di impianti (acquedotti, reti gas, oleodotti, ecc) oppure rilevati stradali, ferroviari, corsi d’acqua naturali, canali artificiali ecc. si rendono necessari particolari manufatti di attraversamento.

Gli aspetti idraulici da valutare nel dimensionamento di questo tipo di opere riguardano:

- il tipo di moto previsto (a pelo libero o in pressione);

- le portate minima e massima di progetto e le rispettive velocità per ogni tratto del manufatto di attraversamento;

- le perdite di carico concentrate e distribuite; - le opere di salvaguardia delle strutture attraversate;

- la possibilità di equipaggiare i manufatti di attraversamento con apparecchiature mobili di regolazione.

Scaricatori di piena

Gli scaricatori di piena o scolmatori, durante gli eventi di pioggia, hanno la funzione di ridurre i volumi inviati all’impianto di trattamento, recapitando direttamente nell’ambiente le portate che, grazie alla notevole diluizione, hanno un carico di inquinanti limitato quindi compatibile con i limiti imposti dalla normativa.

Tali manufatti devono presentare i seguenti requisiti:

- assicurare un’efficienza costante per tutti i regimi di funzionamento; - garantire che le acque sfiorate nel recipiente abbiano un adeguato rapporto

di diluizione.

Il rapporto di diluizione r è così definito:

s N Q r Q =

dove QN è la portata nera media di tempo asciutto e Qs è la portata che, in seguito alla diluizione da parte delle acque meteoriche, ha un carico di inquinanti compatibile con i limiti normativi, e può quindi essere recapitata direttamente nell’ambiente.

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I valori di r variano tra 3 e 5 in funzione della dotazione idrica pro capite della zona. Si segue la logica secondo la quale in zone ad elevata dotazione idrica, i carichi inquinanti risultano inferiori grazie alla maggior diluizione, quindi si utilizza r=3. Viceversa, quando la dotazione idrica è scarsa, i carichi inquinanti dei reflui fognari risultano elevati, quindi si utilizza r=5.

Nel caso la portata Qs risulti modesta, risulta modesta anche la dimensione del dispositivo scolmatore, con il conseguente pericolo di occlusione. In linea di principio è perciò preferibile prevedere un piccolo numero di scolmatori a servizio di aree vaste, piuttosto che un elevato numero di scolmatori a servizio di piccole aree scolanti.

La scelta del tipo di scaricatore dipende essenzialmente dai seguenti parametri: - variabilità delle portate in arrivo;

- tipo di correnti in arrivo da monte: lenta o veloce.

In generale, gli sfioratori laterali sono indicati per correnti di monte lente; all’inizio della soglia, per effetto della chiamata, la corrente attraversa lo stato critico e diviene veloce lungo tutta la soglia.

I derivatori frontali e gli scaricatori a salto sono invece indicati per correnti veloci, mentre i sifoni sono adatti ad entrambi i tipi di corrente.

Un’efficace sfioro delle portate di piena si ottiene negli impianti di sollevamento; tali impianti, infatti, sollevano verso il depuratore una portata costante pari a quella caratteristica delle pompe, lasciando sfiorare le portate eccedenti.

Gli scaricatori di piena possono inoltre essere dotati di dispositivi di regolazione mobili, in modo da potersi adattare in caso di forti variazioni tra popolazione residente e fluttuante. La regolazione di tali organi può essere fatta con dispositivi di controllo a distanza (telecontrollo) in modo da variare, in tempo reale durante l’evento di pioggia, le dimensioni delle luci di efflusso, massimizzando l’efficienza dello scolmatore.

Il progetto di questo tipo di opere deve comprendere:

- la verifica che le portate inferiori a quella di soglia siano interamente convogliate verso il derivatore;

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- la verifica che anche per la massima portata di progetto proveniente dal collettore, la portata convogliata verso il derivatore si mantenga vicina a quella di soglia;

- la verifica che non si presentino condizioni di rigurgito all’interno del manufatto, le quali ne potrebbero condizionare il funzionamento;

- la verifica che le acque sfiorate siano sufficientemente diluite.

Dissipatori di energia

Tali opere vengono impiegate nelle zone a forte pendenza e comunque nei casi in cui la corrente possiede un carico molto elevato, ed hanno la funzione di ridurne l’energia che altrimenti potrebbe generare spinte eccessive sia sui manufatti di valle che nei corpi idrici di recapito.

Per pendenze relativamente contenute, la dissipazione di energia può avvenire tramite pozzetti a salto, inoltre possono essere realizzati dei muretti alla base del salto che permettano di dissipare ulteriore energia tramite la formazione di un risalto. Nel caso di fognature unitarie nere bisogna verificare che non si abbiano ristagni di liquame.

Quando le pendenze sono maggiori, la realizzazione di pozzetti a salto non consente una dissipazione di energia sufficiente, per cui, in alternativa, si può realizzare un canale rettilineo a forte pendenza che recapita in un dissipatore costituito per esempio, da una o più vasche di calma collegate tramite stramazzi o luci a battente, nelle quali avviene il risalto idraulico con conseguente dissipazione di energia. La dissipazione di energia può inoltre essere ottenuta facendo impattare la corrente contro un muretto adeguatamente dimensionato. Particolare attenzione va messa nella scelta del materiale del collettore a forte pendenza che deve resistere alla notevole abrasione dovuta alla elevata velocità della corrente.

Nel caso di pendenze elevatissime, possono essere realizzati i dissipatori a pozzo verticale. In questo tipo di manufatti, la dissipazione di energia dipende dal tipo di imbocco (radiale o a vortice), dal diametro della canna e dalla presenza o meno di rampe o ripiani che rompono il getto.

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Il dimensionamento idraulico dei dissipatori di energia può basarsi sia sulle equazioni idrauliche del moto, sia sui risultati di prove sperimentali pubblicati nella letteratura scientifica.

Il dimensionamento strutturale di tali opere deve tener conto sia delle spinte idrauliche della corrente, sia dell’azione abrasiva dovuta ai solidi trasportati ad elevata velocità.

Impianti di sollevamento per acque nere

Nelle reti di fognatura nera separata o mista, il sollevamento si rende necessario per immettere le acque di collettori a servizio di zone depresse in collettori principali posti a quote maggiori, oppure quando sia necessario superare forti contropendenze.

L’utilizzo di stazioni di sollevamento può risultare conveniente anche nei casi in cui, per realizzare le adeguate pendenze di un collettore, siano necessarie delle profondità di scavo eccessive, e quindi molto onerose.

La presenza di impianti di sollevamento nella rete di drenaggio permette inoltre: - uno schema di raccolta delle acque reflue che meglio persegue gli obiettivi

di funzionalità economicità e minor impatto ambientale; - un più semplice adeguamento a nuove disposizioni normative;

- il miglioramento del controllo delle acque sfiorate direttamente nell’ambiente;

- il trattamento delle acque di prima pioggia.

Per contro, un impianto di sollevamento dei reflui presenta: - la necessità di una periodica pulizia delle vasche;

- la necessità di una periodica manutenzione delle pompe;

- il rischio di riversamento dei liquami direttamente nell’ambiente dovuto al malfunzionamento dell’impianto.

Il dimensionamento degli impianti di sollevamento deve comprendere: • nel Progetto Preliminare:

- Numero e ubicazione degli impianti di sollevamento; - Portate media minima e massima di ogni impianto;

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- Salto geodetico e lunghezza della condotta di mandata; - Tracciato degli scarichi di emergenza e corpi idrici ricettori; - Eventuali sistemi di monitoraggio e controllo a distanza previsti. • Nei Progetti Definitivo ed Esecutivo:

- Numero, tipologia e curva caratteristica delle pompe installate; - Dimensionamento della vasca di aspirazione;

- Dimensionamento della condotta di mandata; - Dimensionamento dello scarico di emergenza;

- Progetto delle apparecchiature idrauliche e delle installazioni elettriche;

- Tipologia e ubicazione delle eventuali strumentazioni di monitoraggio e telecontrollo;

- Valutazione dei costi di esercizio.

Impianti di sollevamento per acque meteoriche

Le stazioni di sollevamento delle acque meteoriche differiscono da quelle per le acque reflue, per le portate molto più elevate, per il funzionamento saltuario e per il salto geodetico che in genere è modesto.

La progettazione di questi tipi di impianti viene fatta sulla base della portata di progetto derivante da una pioggia con tempo di ritorno di 25÷50 anni, e riprende lo schema del punto precedente.

Vista la natura delle acque di dilavamento superficiale, che trasportano solidi di vario genere e dimensione, andrà posta particolare attenzione al progetto dei sistemi di grigliatura, di sedimentazione delle sabbie e alla scelta di particolari tipi di pompe.

4.4

M

Al fine di verificare costantemente che vengano rispettati sia i parametri qualitativi, che l’efficienza del servizio della rete, è importante predisporre un programma di controllo. La scelta delle soluzioni più idonee dipende in generale

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dalle dimensioni e dalle caratteristiche tecniche della rete e può variare dall’attività manuale fino ai sofisticati sistemi di monitoraggio e gestione in tempo reale.

La densità dei punti e la struttura della rete di controllo dovrà comprendere: - I nodi principali della rete;

- I manufatti di regolazione (sollevamenti, sfioratori, invasi ecc.); - I punti di criticità noti;

- I punti di interesse specifico per studi, controlli, calibrazione di modelli matematici.

Per ognuno dei nodi monitorati dovrà essere definito il set di parametri di misura, il livello di precisione, la frequenza di misura, la soglia di allertamento ecc. .

Telecontrollo

Il monitoraggio attraverso il telecontrollo permette di avere informazioni in tempo reale sulle condizioni di efficienza della rete, sia dal punto di vista qualitativo che quantitativo.

La progettazione di un sistema di telecontrollo deve essere definita sia per le proprie componenti specifiche (hardware/software), sia per i collegamenti con altri sistemi o strutture esterne (laboratori di analisi, istituti idrografici, autorità di bacino, ecc.).

Nella scelta degli strumenti atti al telecontrollo si dovrà tener conto: - dell’aggressività dei fluidi con cui saranno in contatto; - degli spazi ridotti a disposizione per la loro installazione; - della difficoltà di accesso e ispezione.

Gli strumenti dovranno perciò possedere dei requisiti di robustezza e affidabilità, facendo riferimento, per quanto possibile, ai seguenti criteri:

- utilizzo di sensori idrometrici non a contatto con i liquami, come ad esempio i misuratori di livello a ultrasuoni o radar;

- utilizzo di sensori di velocità e portata senza parti mobili, come ad esempio sensori a effetto doppler, a ultrasuoni o a induzione magnetica; - prevedere un piano di manutenzione periodica.