Componenti di un sistema acquedottistico

(1)

Acquedotti

Sistema di opere idrauliche per l’adduzione delle acque dal

luogo di origine a quello di consumo

(2)

Bibliografia

V. Milano – Acquedotti – Hoepli

G. Ippolito – Appunti di Costruzioni Idrauliche – Liguori

F. Rossi – Slides del corso di Costruzioni Idrauliche

G. Becciu e A. Paletti – Fondamenti di costruzioni idrauliche – Utet

G. Becciu e A. Paletti – Esercitazioni di costruzioni idrauliche – Cedam

G. Supino, Le reti Idrauliche, Ed. Patron, Bologna, 1965

I. Calvino, Il richiamo dell’acqua in Prima che tu dica pronto, Mondadori

(3)

Componenti di un sistema acquedottistico

Opera di presa: complesso delle opere occorrenti per la raccolta, la regolazione, la derivazione e la protezione di acque sotterranee superficiali

Impianto di trattamento:opere occorrenti per conferire alle acque attinte le particolari caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche richieste dalla particolari caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche richieste dalla loro destinazione

Opere di convogliamento: trasporto dell’acqua dalla presa fino in prossimità dell’abitato

Opere di immagazzinamento: serbatoi per soddisfare le richieste di punta (compenso), per assicurare l’erogazione nei periodi di interruzione del servizio (riserva)

Rete di distribuzione: assicura la distribuzione dell’acqua a tutti gli utenti

(4)

Progetto di un acquedotto esterno

1. Stima delle portata di progetto (valutazione dei fabbisogni) 2. Scelta del tracciato

2. Scelta del tracciato

3. Dimensionamento condotte e impianto di sollevamento 4. Dimensionamento organi di attenuazione del moto vario 5. Verifica statica delle condotte

(5)

Progetto di un acquedotto esterno: Elaborati

1. Planimetria 1:25.000 o 1:10.000

2. Profilo altimetrico e piezometrico 1:10.000/1:1000 2. Profilo altimetrico e piezometrico 1:10.000/1:1000 3. Sezione tipo di posa in opera della condotta

(6)

Planimetria (scala 1:25.000 o 1:10.000)

Da dispense prof. Leopardi Università Università degli Studi dell'Aquila

http://ing.univaq.it/webdisat/did/leopardi/ ⁶

(7)

Profilo altimetrico e piezometrico 1:10.000/1:1000

7

Da dispense prof. Leopardi Università Università degli Studi dell'Aquila http://ing.univaq.it/webdisat/did/leopardi/

(8)

schema

Studenti del corso di costruzioni idrauliche II anno 2011-12

(9)

1. Stima delle portata di progetto

•Valutazione del fabbisogno medio annuo per persona (dotazione idrica procapite)

•Stima della popolazione che dovrà essere servita nell’arco

della durata di vita dell’opera (orizzonte progettuale)

(10)

1. Stima delle portata di progetto

Acquedotto esterno

•Portata media del giorno di massimo consumo

Acquedotto

interno • Portata oraria di punta

(11)

Orizzonte progettuale

Bisogni Attuali Bisogni Futuri

• Vita attesa dei componenti delle strutture che compongono il sistema

• Vita attesa dei componenti delle strutture che compongono il sistema (obsolescenza, usura, etc.)

• Facilità o difficoltà di ampliamento

• Previsione demografica e industriale

• Tasso di ammortamento dei capitali impiegati

• Prestazioni del sistema nella prima fase a carico ridotto

(12)

Orizzonte progettuale

Opera Caratteristiche anni

Dighe e condotte di

adduzione Difficoltà e onerosità di ampliamento 25-50 adduzione

Pozzi e opere di distribuzione

Crescita demografica modesta e alto tasso di ammortamento

Crescita demografica elevata e basso tasso di ammortamento

20-25 10-15 Tubazioni φ>300 Costi elevati di sostituzione 20-25 Tubazioni laterali e

secondarie φ<300 Costi elevati di sostituzione Pieno sviluppo

(13)

Valutazione dei fabbisogni

Fabbisogno idrico ≠ consumo idrico

nei centri abitati in cui la domanda non è soddisfatta:

Fabbisogno idrico > consumo idrico Fabbisogno idrico > consumo idrico

nei centri abitati in cui c’è abbondanza di acqua:

Fabbisogno idrico < consumo idrico

(raddoppio del prezzo riduzione dei consumi del 40%)

(14)

consumi idrici medi per persona

al giorno (fonte:FAO, 2006)

(15)

Vari tipi di utenze

• Utenze delle abitazioni private

• Utenze di edifici pubblici e di istituti collettivi pubblici e privati

• Utenze per servizi pubblici vari

• Utenze commerciali e turistiche

• Utenze artigianali ed industriali

• Perdite e sprechi di acqua (10%, 25%) dei fabbisogni

totali

(16)

Dotazione idrica per abitante

•La dotazione idrica media annua per abitante (q)

tiene conto del fabbisogno complessivo di acqua per tutti gli usi, compresi gli sprechi e le perdite

•Si esprime in l/d*ab.

•Fabbisogno globale annuo: V=365qN/1000 [mc]

•Portata media annua: Q=qN/86400 [l/s]

(17)

Piano Regolatore Generale degli Acquedotti

Disposto con Legge 4.2.63 n°129 , approvato con D.M. del 16.03.1967 Il P.R.G.A. stabilisce:

•Una dotazione minima riferita all’anno 2015 di acqua potabile per tutti i

•Una dotazione minima riferita all’anno 2015 di acqua potabile per tutti i centri urbani italiani

•Le fonti (sorgenti, falde, fiumi, ecc.) d’acqua potabile riservata per l’approvvigionamento potabile e da sottoporre a tutela

•Gli schemi generali degli acquedotti destinati al soddisfacimento dei bisogni al 2015

(18)

Dotazioni idriche per abitante previste dal Piano Regolatore Generale degli Acquedotti all’anno

2015

Classe del centro abitato

Popolazione Dotazione q [l/d ab)

7 Case sparse 80 - 100

6 <5.000 120 – 150

5 5.000 – 10.000 150 - 200

4 10.000 – 50.000 200 – 250

3 50.000 – 100.000 250 – 400

2 >100.000 400

1 Grandi città Secondo le indicazioni del

Provved. Reg. OO.PP.

Pop. Fluttuante Stagionale 200 Pop. Fluttuante Giornaliera 100

(19)

Dotazioni idriche per abitante consigliate (Milano, 2000)

Classe del centro abitato

Popolazione Dotazione q [l/d ab)

7 Case sparse 120 - 160

6 <5.000 150 - 220

5 5.000 – 10.000 180 - 250

4 10.000 – 50.000 200 - 300

3 50.000 – 100.000 250 - 400

2 100.000 – 1.000.000 400 - 550

1 > 1.000.000 500-750

Pop. Fluttuante Stagionale Poco inferiore alla dotazione della popolazione residente Pop. Fluttuante Giornaliera 100 - 200

(20)

Stima della popolazione che dovrà essere servita nell’arco della durata di vita dell’opera

• Dati demografici istat

popolazione residente nei Comuni italiani

Previsioni della Popolazione Anni 2007-2051 (per provincia)

(per provincia)

http://demo.istat.it/

• Altre fonti

Sito internet del comune

Altro…

(21)

Stima della portata di progetto

• Si sceglierà il valore massimo fra

Piano regolatore generale degli acquedotti

Stima del valore massimo nell’arco dei

prossimi 40 anni (orizzonte progettuale: 2042)

(22)

Variazione dei consumi

• Variazioni nell’arco dell’anno

• Variazione nell’arco del generico mese

• Variazioni nel generico giorno

All’aumentare della popolazione servita si verifica

un appiattimento dei consumi idrici, per cui tutte

le oscillazioni risultano più contenute

(23)

(24)

Variazione dei consumi nell’arco dell’anno

• Portate medie mensili fra loro diverse

• Fattori climatici

• Q

_m

= portata media mensile nel mese di massimo consumo

consumo

• Q = portata media annua

• Q

_m

=K

_m

Q

(25)

Variazione dei consumi nel corso del mese

• Variazioni poco marcate

• Q

_g

= portata media giornaliera, nel giorno di massimo consumo, nell’arco dell’intero anno

• Q

_g

= K

_g

Q

_m

= K

_g

K

_m

Q

• Q

_g

= K

_g

Q

_m

= K

_g

K

_m

Q

Popolazione K

_g

K

_m

Kg Km

50.000-200.000 1.23 1.3 1.60

200.000-500.000 1.16 1.25 1.45

>1.000.000 1.10 1.18 1.30

(26)

Variazione dei consumi nell’arco del giorno

• Variazioni molto accentuate

• Punta di consumi fra le ore 10 e le ore 12, consumi minimi nelle ore notturne

• Q

_h

= portata oraria nell’ora di massimo consumo nell’arco dell’intero anno

dell’intero anno

• Q

_h

= K

_h

Q

_g

= K

_h

K

_g

K

_m

Q= K Q

Popolazione K

_g

K

_m

^K

h

K

50.000-200.000 1.60 1.56 2.5

200.000-500.000 1.45 1.38 2.0

>1.000.000 1.30 1.32 1.7

(27)

Variazione dei consumi nell’arco del giorno

5 Piccoli centri

• Q

_h

= K

_h

Q

_g

• Relazione di Gibs:

( ¹⁰

³

)

¹ ⁶

5 ×

−

=

N K

_h

• Relazione di Gibs:

• N = numero di abitanti

(28)

Portate di progetto

• Acquedotto esterno:

Massima portata giornaliera nell’arco dell’intero anno Q

_g

= Kg Km Q (Kg Km =1.3-1.6)

• Rete di distribuzione interna:

Massima portata oraria nell’arco dell’intero anno

Q

_h

= K

_h

Q

_g

(K

_h

dalla formula di Gibs)

(29)

Portate di progetto di un acquedotto esterno

• Durata del progetto L=20-50 anni

• Popolazione servita (dopo L anni) N=[ab]

• dotazione idrica media annua per abitante q

• Portata media annua: Q=qN/86400

• Massima portata media giornaliera nell’arco dell’intero anno: Q

_g

=K

_g

K

_m

Q

86400

max

K qN K

Q

_g

=

_g _m

(30)

Portate di progetto di una rete di distribuzione interna

• Portata nell’ora di massimo consumo del giorno di massimo consumo nell’arco dell’anno:

qN 86400 K qN

Q

_h

= ^{K= K}

h

K

_g

K

_m

(31)

2. Scelta del tracciato

31

Acquedotto Carolino, noto anche come Acquedotto di Vanvitelli (1762) Valle di Maddaloni

tracciato che si snoda, per lo più interrato, per una lunghezza di 38 km.

Condotto, largo 1,2 m ed alto 1,3 m

(32)

Punti fermi:

opera di presa

punto di recapito (serbatoio o torre piezometrica della rete di distribuzione urbana)

1. Scelta del tracciato

(33)

livello minimo nel serbatoio:

Z

_max

+ H

_edifici

+ 10 m + ∆h ≈ Z

_max

+ 30 m

livello massimo nel serbatoio:

Z

_min

+ 70 m

Criteri per determinare la posizione del serbatoio

delle rete interna

(34)

Tipologie di serbatoio

Da dispense prof. Leopardi Università Università degli Studi dell'Aquila

http://ing.univaq.it/webdisat/did/leopardi/ ³⁴

(35)

(36)

(37)

Serbatoio di testata

37

(38)

Serbatoio di estremità con torrino piezometrico di testata

38

(39)

Sottoreti separate

39

(40)

Sottoreti separate

40

(41)

1. Scelta del tracciato

linea piezometrica delle vasche di arrivo a monte

dell’impianto di sollevamento coincidente con la quota del terreno

condotta di mandata più breve possibile

vasca di carico a valle dell’impianto di sollevamento su un punto di sommità del tracciato

Linea piezometrica sempre 2 m al di sopra della quota del

41

Linea piezometrica sempre 2 m al di sopra della quota del terreno

Pressioni di esercizio più basse possibili

Rilievi da superare

Attraversamento vallate

Attraversamenti dei corsi d’acqua

percorsi prossimi alle strade esistenti

stabilità dei terreni attraversati

Azione aggressiva dei terreni sulle tubazioni

Evitare interazine con la falda idrica superficiale

(42)

Elaborato:

Profilo altimetrico e piezometrico L=10.000 H=1000

Profondità di posa 1-5 m

Non deve seguire l’andamento altimetrico del piano di campagna altimetrico del piano di campagna

Individuazione sfiati e scarichi,

Posizione valvole di riduzione dei carichi

(43)

(44)

localizzazione, lungo il profilo di un acquedotto, delle valvole di regolazione dei carichi:

la linea piezometrica a tubi nuovi, condizionata dalla presenza delle valvole regolatrici, deve incontrare la linea piezometrica a tubi usati, a) nei punti estremi della condotta

b) sulle verticali passanti per i punti di sfiato libero c) sulle verticali passanti per i nodi di diramazione

In tutte queste sezioni la quota piezometrica deve essere mantenuta invariata durante tutta la vita tecnica dell'acquedotto;

44

invariata durante tutta la vita tecnica dell'acquedotto;

verso monte dei punti e delle sezioni predetti, la linea piezometrica di minima pendenza deve proseguire senza discontinuità fino ad incontrare l'asse della condotta o, meglio, la linea parallela

all'asse e distante da questo almeno 5 m. In corrispondenza dell'intersezione va istallata la valvola regolatrice dei carichi;

verso valle dei punti e delle sezioni predetti, la linea piezometrica di minima pendenza deve proseguire senza discontinuità fino ad

incontrare la verticale passante per una valvola regolatrice

posizionata secondo il criterio indicato.

(45)

Progetto di un acquedotto esterno

1. Stima delle portata di progetto (valutazione dei fabbisogni) 2. Scelta del tracciato

2. Scelta del tracciato

3. Dimensionamento condotte e impianto di sollevamento 4. Dimensionamento organi di attenuazione del moto vario 5. Verifica statica delle condotte

(46)

1. Scelta del tipo di tubazione

1. Scelta del materiale

2. Scelta del rivestimento interno ed esterno 2. Scelta del rivestimento interno ed esterno 3. Scelta del tipo di giunto

4. Eventuale protezione catodica

(47)

1. Fattori influenti

Pressioni di esercizio

Scelta del materiale

Stabilità dei terreni

Sfilamento giunti

Natura dei terreni

corrosione

Durata della tubazione

Costo di realizzazione

Costo del tubo

Scelta del

giunto rottura

Scelta del tipo di rivestimento

Protezione catodica

Posa in opera (leggerezza)

Pezzi speciali

Facilità di giuntaggio

(48)

Ghisa

Costi elevati

Peso elevato (minore lunghezza, più giunti)

Resistenza alla corrosione

Acciaio

Soggetto a corrosione

Elevate pressioni di esercizio

I giunti si possono saldare

Calcestruzzo

Bassa resistenza a trazione

fragilità

economici

Materiale plastico PVC PEAD

Basso costo

leggero (maggiore lunghezza)

Resistenza agli agenti chimici

Vetroresina PRFV

Elevate resistenze a trazione

Elevati costi

corrosione saldare economici

Resistenza alla corrosione

Possibile riparazione senza sostituzione

chimici

Liscio

Bassa resistenza meccanica ed elevata

deformabilità

Decadimento delle caratteristiche meccaniche nel tempo e

con la temperatura

(49)

Ghisa Acciaio Cemento Materiale

plastico Vetroresina

Rete di distribuzione

interna

Condotte di adduzione

Basse pressioni e grandi diametri

(>800mm)

Basse pressioni, problemi di

corrosione

Alternativo all’acciaio

(50)

Condotte in acciaio

(51)

Giunto per saldatura

Buona tenuta

L’impiego del giunto sferico consente, durante la fase di montaggio, deviazioni plano- altimetriche fino a 5°

(52)

Giunto a flangia

Rigido

Elementi perfettamente in asse

Uso: manufatti speciali

(53)

Condotte in ghisa sferoidale

(54)

Giunto a bicchiere

(55)

Giunto a bicchiere

notevole elasticità alla

condotta consentendo deviazioni angolari tra tubi contigui , senza alcuna riduzione della tenuta idraulica

(56)

Giunti a flangia

(57)

1. Corrosione

Corrosione elettrochimica (il metallo funge da anodo (+) e il terreno da soluzione elettrolitica, il ferro passa in soluzione lasciando crateri)

Fattori :

•Caratteristiche del terreno

•Presenza di correnti vaganti (es: ferrovie)

(58)

1. Corrosione

Protezione:

•Passiva → rivestimenti

•Attiva → protezione catodica: si abbassa il potenziale della tubazione fino a farla diventare un catodo (-)

Corrente impressa

Anodo sacrificale (lega di magnesio)

(59)

(60)

(61)

Condotte in PVC

(62)

(63)

Condotte in PEAD

(64)

(65)

Condotte in cemento armato ordinario CAO e cemento armato precompresso CAP

I diametri dei tubi di calcestruzzo variano da 500 mm a 3500 mm.

Dato il notevole peso, la lunghezza è limitata e, per i diametri maggiori, non supera i 3 m

Giunto a bicchiere con elastomero

⁶⁵

(66)

Schema: indispensabile per definire il tracciato

Studenti del corso di costruzioni idrauliche II anno 2011-12

(67)

Condizioni di buon funzionamento

Velocità minima (incrostazione sedimentazione)

0.5-0.6 m/s

Condotte a sollevamento meccanico (limitare il

colpo d’ariete)

1,2-2 m/s

Velocità massima

colpo d’ariete)

Condotte a gravità (problemi nei giunti e

punti singolari)

2.5 m/s

Carico

minimo 5 – 10 m

(68)

Valori di massima per le perdite di carico

v[m/s] = 1 Q [l/s] 1 20 40 60 80 100

k [m^1/3/s]= 80 D [mm] 36 160 226 276 319 357

i [‰] 84 11 7 6 5 4

2

2 2

s H

i V

= K R 4Q

D ⁼ π V

i [‰] 84 11 7 6 5 4

v[m/s] = 0,5 Q [l/s] 1 20 40 60 80 100

k [m^1/3/s]= 80 D [mm] 50 226 319 391 451 505

i [‰] 13 1,8 1,1 0,9 0,7 0,6

v[m/s] = 1 Q [l/s] 1 20 40 60 80 100

k [m^1/3/s]= 120 D [mm] 36 160 226 276 319 357

i [‰] 38 5,1 3,2 2,4 2,0 1,7