Corso di Acquedotti e Fognature - Università degli studi di Cagliari.

Corso di Acquedotti e FognatureProf. Roberto Deidda

Il materiale didatticoValerio Milano, Acquedotti - Guida alla progettazione, HoepliAA.VV., Sistemi di fognatura - Manuale di progettazione, HoepliCopia dei lucidi delle lezioni utilizzati dal docenteEnrico Piga, Le opere di adduzione - Appunti di CostruzioniIdrauliche per gli allievi del nuovo ordinamento, Università degliStudi di Cagliari.NOTE AI LUCIDI DEL CORSOPer ovvie esigenze di leggibilità e sintesi, i lucidi utilizzati per le lezioni,dei quali si distribuisce copia,costituiscono solo una traccia del programma svolto.È necessario pertanto integrarli con le nozioni fornite durante lelezioni frontali ed il laboratorio, e con lo studio dei testi.

Funzioni e opere principali degli AcquedottiFunzione dell’acquedotto è quella di addurre le acque dal luogo diorigine, ove esse sono disponibili, sino al luogo di consumo.Le principali opere di un acquedotto sono:impianto di attingimento (captazione)impianto di trattamento (potabilizzazione)impianto di trasportoeventuali impianti di sollevamentoserbatoio di accumuloimpianto di distribuzioneGli acquedotti si suddividono in due parti principali:Acquedotto esterno (adduzione)Acquedotto interno (distribuzione)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.1 - Introduzione ( 1 / 3 )Classificazione degli AcquedottiAcquedotti civili. Servono le utenze che ricadono all’interno deltessuto urbano: principalmente utenze domestiche e pubbliche, maanche industrie, attività artigianali, commerciali e turistiche ubicatenel centro urbano.Le acque distribuite devono essere potabili.Acquedotti industriali. Sono a servizio delle aree industriali.Può non essere richiesto un trattamento di potabilizzazione spinta,ma semplici trattamenti fisici (es. filtraggio).Acquedotti per uso irriguo. A servizio delle aree agricole. Ingenere non è richiesto trattamento di potabilizzazione.Il corso affronta lo studio degli acquedotti civili.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.1 - Introduzione ( 2 / 3 )

Uno schema di acquedottoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.1 - Introduzione ( 3 / 3 )

Caratteristiche delle acque naturaliAcque meteoriche:contengono in soluzione i gas costituenti l’atmosfera;non contengono generalmente sostanze solide ed organiche;risorsa quantitativamente marginale per l’uso civile, utilizzazionelimitata a piccoli sistemi di raccolta (es. a servizio di case isolate).Acque superficiali:hanno caratteristiche molto variabili sia nel tempo che da sito a sito;sono in generale poco mineralizzate;contengono residui organici, microrganismi anche patogeni e sostanzeinquinanti derivanti dagli scarichi dei centri urbani o presenti sul suolo;soprattutto nei periodi più piovosi esse presentano una forte torbiditàed un alto contenuto di materie in sospensione.Acque sotterranee:scarso contenuto di sostanze solide in sospensione e sostanzeorganiche (grazie all’azione filtrante del suolo);elevato contenuto di sostanze solide e gassose disciolte;caratteristiche generalmente idonee all’uso potabile, richiedendolimitati trattamenti depurativi e di disinfezione;acque di sorgente: le prime risorse captate per uso potabile.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 1 / 13 )Principali sostanze presenti nelle acque naturaliSostanze gassose in soluzione:principalmente azoto, ossigeno e anidride carbonica.Sostanze solide in soluzione:principalmente {bicarbonati, solfati, cloruri} di {calcio, magnesio,sodio, potassio}, presenti come sali o ioni positivi e negativi;i sali di calcio e di magnesio costituiscono la durezza dell’acqua;sali di ferro e manganese (generalmente in quantità non nociva),conferiscono all’acqua sapore e colore sgradevoli;cloruri, solfati, fosfati e floruri da dilavamento dei terreni o dei suoli;composti dell’azoto (ammoniaca, nitriti ed nitrati), consideratiindicatori di inquinamento da sostanze organiche.Sostanze solide in sospensione:sedimentabili (eliminabili con semplice decantazione);non sedimentabili, es. soluzioni colloidali (eliminabili con trattamentichimico-fisici).Microrganismi viventi: flora batterica, microfauna e microflora.Sostanze organiche morte: residui organici, quali parti di tessutoanimale e vegetale o prodotti del metabolismo di esseri viventi.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 2 / 13 )

Il residuo fisso (o residuo secco) e la durezza dell’acquaResiduo fisso a 100÷110 ◦ C: sostanze inorganiche e organiche contenutenell’acqua in soluzione (è ciò che resta dopo completa evaporazione).Residuo fisso a 180 ◦ C: viene eliminata l’acqua di cristallizzazione chepuò accompagnare il residuo salino. Limite di legge 1500 mg/L.Residuo fisso a 600 ◦ C: vengono eliminate le sostanze organiche.Le misure devono essere effettuata sull’acqua limpida (preventivamente filtrata).La durezza dell’acqua è dovuta ai sali di Calcio e Magnesio.Durezza temporanea è dovuta ai bicarbonati, che riscaldati sitrasformano in carbonati scarsamente solubili e precipitano.Durezza permanente prevalentemente costituita da solfati e, in piccolaparte, da cloruri, fosfati ed altri sali.La durezza dell’acqua viene usualmente espressa in gradi francesi, la cui unitàcorrisponde a 10 mg/l di CaCO 3 .Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 3 / 13 )Richiami normativiD.L. 152/1999 (Ronchi) modif. D.Lgs.258/2000 - PotabilizzazioneNon sono previste limitazioni all’impiego delle acque sotterranee.Per le acque superficiali sono previsti diversi trattamenti per la produzione diacqua potabile in base alla presenza di una serie di sostanze indesiderabili odannose (Tabelle con diversi limiti di accettabilità per categorie A1, A2, A3).A1: trattamento fisico semplice e disinfezione;A2: trattamento fisico e chimico normale e disinfezione;A3: trattamento fisico e chimico spinto, affinazione e disinfezione.Le acque che non rientrano nei limiti della categoria A3 possono essere utilizzatesolo in via eccezionale per l’uso idropotabile.D.Lgs. 31/2001 modif. D.Lgs. 27/2002 - Acque destinate al consumo umanoAttuazione della direttiva 98/83/CE relativa alla qualità delle acque destinate alconsumo umano. Stabilisce i requisiti minimi per parametri microbiologici echimici, nonché alcuni parametri indicatori. Il Decreto stabilisce inoltre iparametri, la frequenza e il tipo di analisi per i controlli di routine e verifica.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 4 / 13 )

D.L. 152/1999 (Ronchi) - D.Lgs.258/2000 - Allegato 2 (I)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 5 / 13 )D.L. 152/1999 (Ronchi) - D.Lgs.258/2000 - Allegato 2 (II)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 6 / 13 )

D.Lgs. 31/2001 - D.Lgs. 27/2002 - Allegato 1 Parte AAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 7 / 13 )D.Lgs. 31/2001 - D.Lgs. 27/2002 - Allegato 1 Parte BAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 8 / 13 )

D.Lgs. 31/2001 - D.Lgs. 27/2002 - Allegato 1 Parte CAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 9 / 13 )I trattamenti delle acque per uso potabileTrattamenti fisici semplici (A1, A2, A3):grigliatura e sedimentazione (eliminano i solidi sospesi sedimentabili);stacciatura, microstacciatura e filtrazione (eliminano i solidi sospesinon sedimentabili).Trattamenti fisici e chimici normali (A2) e spinti (A3):chiarificazione (elimina i solidi sospesi non sedimentabili, i colloidi);addolcimento, deferrizzazione, demanganizzazione, desilicazione,fluorazione, defluorazione, aerazione, ossidazione, etc. (correggono ladurezza e le caratteristiche chimiche).Trattamenti affinazione (A3):demineralizzazione (riduce il contenuto dei solidi in soluzione);adsorbimento su carboni attivi (elimina le sostanze microinquinantiorganiche ed inorganiche, migliora le caratteristiche organolettiche).Trattamenti disinfezione (A1, A2, A3):clorazione;ozonizzazione (l’ozono è un efficace battericida, processo costoso);irraggiamento con raggi ultravioletti (attinizzazione, costoso).Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 10 / 13 )

Griglia munita di rastrello rotanteAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 11 / 13 )Filtro rapidoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 12 / 13 )

ChiarificatoreAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.2 - Le acque per uso potabile ( 13 / 13 )

Durata tecnico-economica degli aquedotti: 40 anniÈ prassi comune progettare e realizzare gli acquedotti per i fabbisogniidropotabili previsti per il 40 ◦ anno di funzionamento.Non è infatti economicamente conveniente realizzare gli aquedotti perlotti successivi, attraverso più interventi di potenziamento durante la vitautile, come accade per altri tipi di opere (es. impianti di trattamento).I fabbisogni idropotabili crescono nel tempo(aumenta sia la popolazione che il consumo pro-capite).I costi fissi per la realizzazione di un acquedotto sono molto elevati(costi di costruzione non proporzionali ai fabbisogni).Dopo 40 anni di funzionamento i costi delle manutenzioni superano icosti di ammortamento di un nuovo acquedotto.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 1 / 35 )Stima del fabbisogno idropotabile annuo futuro (I)Per la stima del fabbisogno dobbiamo determinare:1 la previsione della dotazione idrica media annua pro-capitefutura f , chiamata anche dotazione unitaria, ed espressageneralmente in l · ab −1 · d −1 .Essa dovrebbe soddisfare il fabbisogno futuro d’acqua non solo per ilconsumo domestico, ma anche per tutti gli altri consumi cittadinidelle utenze pubbliche, industriali, artigianali, commerciali, perperdite e sprechi, ripartiti in eguale misura fra tutta la popolazione.2 la previsione della popolazione futura P n dopo n = 40 anniLe previsioni della dotazione e della popolazionesi devono riferire al 40 ◦ anno di funzionamento.PRGA 2006 della Regione Sardegna ⇒ 2041Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 2 / 35 )

Stima del fabbisogno idropotabile annuo futuro (II)Fabbisogno globale annuo V a (quantità di risorsa che deve esseredisponibile nell’arco dell’anno di massimo consumo) ∗ :V a = fP n 365Portata media annua q a nell’anno di massimo consumo ∗ :(*) con le ovvie conversioni di unità di misuraq a = fP nVariabilità temporale dei consumi: coefficienti di punta.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 3 / 35 )Dotazione idrica pro-capite o dotazione unitaria (I)Utenze servite dall’acquedotto cittadino:utenze delle abitazioni privateutenze degli edifici pubbliciservizi pubbliciutenze commerciali e turisticheutenze artigianali ed industrialiAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 4 / 35 )

Dotazione idrica pro-capite o dotazione unitaria (II)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 5 / 35 )Dotazione idrica pro-capite o dotazione unitaria (III)I fabbisogni idrici delle varie utenze dipendono da vari fattori, ad esempio:l’entità della popolazione;la posizione geografica e l’importanza del centro cittadino rispetto aicentri limitrofi e vicini;usi e abitudini della popolazione;l’attività lavorativa prevalente;il livello di benessere (sociale ed economico) della popolazione;il costo dell’acqua potabile;la tipologia edilizia;il clima;la disponibilità di acqua;l’efficienza della rete;la pressione in rete;la presenza di contatori.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 6 / 35 )

Dotazione idrica pro-capite o dotazione unitaria (IV)La dotazione media annua pro-capite f (l · ab −1 · d −1 ) si ottieneripartendo in uguale misura fra tutta la popolazione residente i seguenticonsumi d’acqua:• utenze delle abitazioni private, degli edifici pubblici, perservizi pubblici, commerciali e turistiche, artigianali ed industriali• perdite e sprechi nella rete considerati fisiologici (10%)• usi non specificatiLa dotazione idrica pro-capite generalmente si assume dipendente dalnumero di abitanti.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 7 / 35 )Dotazione idrica pro-capite o dotazione unitaria (V)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 8 / 35 )

Dotazione idrica pro-capite o dotazione unitaria (VI)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 9 / 35 )Dotazione idrica pro-capite o dotazione unitaria (VII)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 10 / 35 )

Dotazione idrica pro-capite o dotazione unitaria (VIII)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 11 / 35 )Dotazione idrica pro-capite o dotazione unitaria (IX)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 12 / 35 )

Dotazione idrica pro-capite o dotazione unitaria (X)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 13 / 35 )Dotazione idrica pro-capite o dotazione unitaria (XI)Dotazioni previste dal PRGA 2006 della Regione SardegnaPopolazionef< 5 000 2355 001 ÷ 10 000 28010 001 ÷ 30 000 32530 001 ÷ 100 000 420> 100 000 455nuclei e case sparse 205fluttuante stagionale (turistica) 460Il fabbisogno idrico medio annuo pro-capite f è espresso in l · ab −1 · d −1 .I valori sono riferiti alle popolazioni previste al 2041.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 14 / 35 )

Popolazione: categoriePopolazione ResidentePopolazione Fluttuante. Può essere giornaliera (esempio lavoratorio studenti pendolari) o stagionale (tipica ad esempio dei centri consedi universitarie che attraggono studenti, i quali nonnecessariamente cambiano la propria residenza).Popolazione Turistica. Si deve valutare il numero di turisti chefruiscono del servizio in uno stesso periodo (anche se ovviamente ilturismo avviene con un ricambio di persone)Per ciascuna di queste categorie di popolazione viene analizzata lamodalità di crescita nel passato, ed in base a questa si cerca di dedurnele leggi di crescita e quindi la popolazione futura.Occorre considerare infine anche i fenomeni migratori.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 15 / 35 )Popolazione: note al PRGA della Regione SardegnaPopolazione fluttuante: non viene valutata esplicitamente.Infatti per i centri di maggiore estensione, nel PRGA della RegioneSardegna le dotazioni sono calcolate tenendo conto anche deiconsumi di questa categoria di popolazione.Popolazione Turistica: il vecchio PRGA 1985 della Regione Sardegnastabisce dei criteri di massima ricettività ambientale (numero dibagnanti per metro quadrato di spiaggia, o per metro di costa); ilnuovo PRGA stabilisce criteri di massima ricettività alberghiera eprivata.Nota: nel PRGA della Regione Sardegna la popolazione fluttuantestagionale è da intendersi come popolazione turistica.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 16 / 35 )

Popolazione: Leggi di crescitaIpotesi: che la popolazione in passato abbia seguito un andamentointerpolabile.Dati: censimenti della popolazione aggiornati ogni 10 anni. É opportunousare solo quelli degli ultimi 40-50 anni, perchè rappresentano meglio letendenze in atto. Le popolazioni censite si rappresentano in un grafico infunzione del tempo.Legge di crescita: viene scelta quella che meglio interpreta icomportamenti passati.Previsione della popolazione futura, con la legge di crescita prescelta,estrapolando nel tempo le modalità di crescita della popolazione registratenel passato.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 17 / 35 )Popolazione: Legge di crescita aritmeticaP n = P 0 + KnPnPASSATOPRESENTEFUTUROP n = popolazione dell’anno nPo01010101010101010101010140 ANNIK (pendenza) e P 0 (intercetta, non coincidente necessariamente con lapopolazione censita all’anno n = 0) sono parametri da stimare medianteregressione lineare fra le coppie n, P n osservate in passato.nAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 18 / 35 )

Popolazione: Legge di crescita dell’interesse compostoP n = P 0 (1 + τ) nPnPASSATOPRESENTEFUTUROP n = popolazione dell’anno nP 0 = ultima popolazione censitaτ = tasso di incremento annuo01 0 01 0 01 0 0111101 0 101010140 ANNIIl tasso τ può essere stimato invertendo la legge dell’interesse composto:τ i = ( P i+1P i) 1 n i − 1P i , P i+1 coppie di censimenti successivi a distanza di n i anni.Analizzando in grafico i valori τ i ottenuti si determina τ assumendo un valoremedio costante, o una dipendenza dal tempo.nAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 19 / 35 )Popolazione: Legge di crescita logisticadP= KP(S − P)dtS è la popolazione di saturazione.Per P → S si annulla asintoticamentela derivata e dunque lapopolazione diventa costante.PnSPASSATOPRESENTE01 01 0100 1 1 01010101 01 0 101FUTURO40 ANNIIntegrando la legge con condizione al contorno P = P 0 per al tempo t = 0 (chein generale non concide con il tempo di inizio della previsione):P(t) =S1 + a exp(−bt)dove a = (S − P 0 )/P 0 e b = KS. Occorre stimare tre parametri.Per t → ∞ si ottiene P → S.nAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 20 / 35 )

Popolazione: modelli di tipo stocasticoLe regole del modello stocasticosuddivisione della popolazione maschile e femminile per classi di etàprobabilità (tasso) di sopravvivenza per ogni classe di età dellapopolazione maschile e femminileprobabilità per ogni classe di età femminile di dare alla luce unneonato di sesso maschile o femminile.Questi modelli richiedono una taratura estremamente accurata, inconsiderazione dell’alto numero di parametri utilizzati. Fissati questiparametri e nota la popolazione iniziale relativa a ciascuna classe, questaviene fatta evolvere nel tempo.Un modello di questo tipo è utilizzato nel PRGA della Sardegna.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 21 / 35 )FIGURA: modelli di tipo stocasticoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 22 / 35 )

Variabilità temporale dei consumi: coefficienti di puntaCoefficiente di punta mensile K m :K m = q mq a=portata media nel mese di massimo consumoportata media annua (q a = fP n )Coefficiente di punta giornaliero K g :K g = q gq m=portata media nel giorno di massimo consumoportata media nel mese di massimo consumoCoefficiente di punta orario K h :K h = q hq g=portata media nell’ora di massimo consumoportata media nel giorno di massimo consumoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 23 / 35 )Esempio di andamento dei consumi mensiliAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 24 / 35 )

Esempio di andamento dei consumi giornalieriAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 25 / 35 )Esempio di andamento dei consumi orari - IAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 26 / 35 )

Esempio di andamento dei consumi orari - IIAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 27 / 35 )Esempio di andamento dei consumi orari - IIIAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 28 / 35 )

Consumi mensili e coefficienti di punta da letteraturaAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 29 / 35 )PRGA 2006 della Regione Sardegna ⇒ 2041Riepilogo delle dotazioni e dei coefficienti di punta riferiti al 2041Popolazione f K m K g K h f g f h< 5 000 235 1.30 1.15 2.0 350 7005 001 ÷ 10 000 280 1.25 1.15 2.0 400 80010 001 ÷ 30 000 325 1.20 1.15 1.7 450 76530 001 ÷ 100 000 420 1.15 1.15 1.5 550 825> 100 000 455 1.15 1.15 1.5 600 900nuclei e case sparse 205 1.30 1.15 2.0 300 600fluttuante stagionale 460Dotazione idrica media annua pro-capite f , coefficienti di punta mensile K m ,giornaliero K g e orario K h , dotazione idrica media pro-capite nel giorno di massimoconsumo f g = fK m K g (progetto della adduzione) e nell’ora di massimo consumof h = fK m K g K h (progetto della distribuzione).La popolazione fluttuante stagionale è stata identificata con la popolazione turistica.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 30 / 35 )

Portate di progettoPortata media annua nell’anno di massimo consumo (40 anni):q a = fP n [ld −1 ]L’acquedotto esterno (adduzione) si dimensiona per la portatamedia nel giorno di massimo consumo q g : si applicano icoefficienti di punta mensile K m e giornaliero K g .q g = q a K m K g [ld −1 ]L’acquedotto interno (distribuzione) si dimensiona per la portatamedia nell’ora di massimo consumo q h : si applicano i coefficientidi punta mensile K m , giornaliero K g e orario K h .q h = q a K m K g K h [ld −1 ]Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 31 / 35 )Funzioni di regolazioneErogazione di portata d’acqua con legge temporale assegnata:q u (t) = portata erogata in uscita (deflusso)q i (t) = portata in ingresso (afflusso)L’integrale della portata in uscita durante tutto il periodo di regolazionenon deve essere superiore all’integrale della portata in ingresso. Anzi neiserbatoi imponiamo che siano uguali.Quando q u (t) > q i (t) per alcuni periodi di tempo occorre disporre unavasca di accumulo con assegnata capacità di compenso.Funzionamento di una vasca di accumulo (serbatoio, invasosuperficiale):quando q u (t) < q i (t): accumula la risorsa in eccedenza (q i − q u )quando q u (t) > q i (t): garantisce l’erogazione della portata q u (t)compensando l’insufficienza della portata in ingresso con la risorsaaccumulata.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 32 / 35 )

Equazione di continuità per una vasca di accumulodV (t)dt= q i (t) − q u (t)V (t) è il volume invasato al tempo t.Le variazioni di volume nella vasca di accumulo:1 q i (t) > q u (t) ⇒2 q i (t) < q u (t) ⇒dV (t)dtdV (t)dtdV (t)dt> 0: il volume invasato V (t) aumenta.< 0: il volume invasato V (t) diminuisce.3 q i (t) = q u (t) ⇒ = 0: il volume invasato V (t) ha raggiuntoun massimo o un minimo.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 33 / 35 )Equazione di continuità in forma integralee volume di compensoIntegrando l’equazione differenziale con condizione al contorno V = V 0per t = t 0 otteniamo:V (t) − V 0 =∫ tq i (τ)dτ −∫ tq u (τ)dτt 0t 0Il volume di compenso V c si ottiene come differenza fra il volumemassimo V (t M ) e il volume minimo V (t m ) nel ciclo delle 24 ore:V c = V (t M ) − V (t m ) =∫ tMt m[q i (τ) − q u (τ)]dτ ≡∫ tmt M[q u (τ) − q i (τ)]dτPer calcolare il volume di compenso non occorre specificare il volume iniziale V 0 .Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 34 / 35 )

Esempi di opere di regolazioneInvasi superficiali:q i (t) = portata di afflusso meteoricoq u (t) = portata attinta dall’adduzione e/o lasciata defluireSerbatoi cittadini:q i (t) = portata trasportata dalla rete di adduzioneq u (t) = portata erogata dalla rete di distribuzioneAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.3 - Fabbisogni idropotabili ( 35 / 35 )

Idraulica delle correnti: definizioniAssumiamo un asse z verticale, positivo verso l’alto, avente origine su unpiano di riferimento orizzontale (nei calcoli per gli acquedotti si assumecome riferimento il livello medio del mare).Per una sezione di corrente con traiettorie sensibilmente parallele(correnti gradualmente variate) definiamo:h = z + p/γ = carico piezometrico [L]H = z + p/γ + U22g= carico totale [L]z = quota = energia di posizione (potenziale) per unità di pesop/γ = altezza piezometrica = energia di pressione per unità di pesoU 2 /(2g) = altezza cinetica = energia cinetica per unità di pesoQ = portata della corrente attraverso una sezione regolare ΩU = Q/Ω = velocità media della correnteNota: si è approssimato a 1 il coefficiente di ragguaglio per l’energia cinetica.altezza piezometrica ≠ carico piezometricoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 1 / 20 )Correnti in pressione e a pelo liberoCorrente in pressioneCorrente a pelo liberoH 121U /2gP /γ 1Linea dei carichi totali (H)Linea dei carichi piezometrici (h)2U /2g2P /γ 2h 1z 22Linea dei carichi totali (H)U1/2g2Y 1U2/2gY 2H 1Pelo liberoh H 22h 1h H 22z f1Piano orizzontale di RIFERIMENTOz f2z 1Piano orizzontale di RIFERIMENTO(livello medio del mare)(livello medio del mare)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 2 / 20 )

Lunghe condotte: ipotesiSi confonde la lunghezza effettiva delle condotte con la lunghezzadella sua proiezione orizzontaleSi trascurano tutte le perdite di carico concentrate, si consideranosolo le perdite di carico distribuiteSi trascura l’altezza cinetica della corrente U22g: si confonde la lineadei carichi totali con la linea dei carichi piezometrici (H ≡ h)Condizioni di moto nelle condotteSi considera sempre il moto permanente (∂/∂t = 0).Spesso si assume anche uniforme: velocità (medie temporali U, se il moto èturbolento) indipendenti dalla coordinata spaziale nella direzione del moto.Talvolta è gradualmente variato (es. condotte con distribuzione uniforme).Si considera in ogni caso il moto dell’acqua (incomprimibile) in tratti di condottaindeformabile a sezione Ω costante, perciò il rapporto Q/U risulta costante:quindi valgono leggi di proporzionalità tipo J ∝ U α ⇒ J ∝ Q α e viceversa.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 3 / 20 )Equazione del moto e perdite di carico distribuiteL’equazione del moto esprime la variaz. di carico totale per unità di lunghezzadella condotta. Assumiamo per le ip. di lunghe condotte H ∼ = h e l’asse xorizzontale con direzione-verso ottenuti dalla proiez. della velocità in condotta:dhdx = −J J ≥ 0 dhdx ≤ 0Il carico piezometrico diminuisce sempre nel verso del moto.La formula più generale per J (perdita di carico distribuita o pendenzamotrice o cadente) è quella di Darcy-Weisbach:J = λ DU 22gJ ≥ 0il coefficiente d’attrito (o di resistenza) λ adimensionale è funzione del numerodi Reynolds R e = (ρUD)/µ (dipendenza di λ dalla velocità) e di uno o piùparametri di scabrezza r s , ad es. ɛ/D nell’abaco di Moody:λ = λ(R e , ɛ D )Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 4 / 20 )

Regimi di moto di scarso interesse per gli acquedotti(R e < 3500)R e < 2000 ÷ 2500: Regime laminareSi ricava una espressione esatta per λ (equivalente alla legge diHagen-Poiseuille U = 1 γΩ8π µ J):λ = 64R e2000 ÷ 2500 < R e < 3500: Zona criticaJ ∝ UÉ caratterizzata da regime di moto instabile, la legge di resistenza non èben definita.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 5 / 20 )Regimi di moto di interesse per gli acquedotti (R e > 3500)Formula di Colebrook-White1√λ= −2 log( 2.51R e√λ+ɛ )3.71D(1)All’aumentare del rapporto fra il secondo e il primo termine della somma( ɛ D · R e√λ =ɛUν√λ), si verificano i seguenti regimi di moto:εURegime di motoɛD · R e√λ appross. (1)(λ αλ(R e ) 1.75 ÷ 1.8tubo liscio < 141 √λ≈ −2 log)2.51 √R e λtransizione 14 ÷ 200 eq. (1) completa λ(R e , ɛ D) 1.8 ÷ 1.91assol. turb. > 200 √λ≈ −2 log ( )ɛλ( ɛ D ) 23.71DI valori per l’esponente α che esprime le proporzionalità J ∝ U α eJ ∝ Q α si riferiscono a formule pratiche. α caratterizza il regime di moto.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 6 / 20 )

Abaco di MoodyAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 7 / 20 )Espressioni pratiche per moto assolutamente turbolentoFormula di ChézyProposta per il moto uniforme nei canali, viene utilizzata anche per ilmoto assolutamente turbolento (α = 2) nelle condotte in pressione:U = χ √ RJ =⇒ J = U2χ 2 REspressioni utilizzate per il coefficiente di resistenza dimensionale χχ = 871 + γ √R(Bazin) χ = 1001 + m √R(Kutter)χ = k s R 1/6 (Gauckler-Strickler) χ = 1 n R1/6 (Manning)Scabrezze γ, m, k s , n in tabelle: unità di tutte le grandezze in metri e secondiR = raggio idraulico (per condotte circolari di diametro D: R = D/4)Legame con la formula di Darcy-Weisbach: χ =√8gλAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 8 / 20 )

Coefficienti di scabrezza delle tubazioniAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 9 / 20 )Espressione di Contessini per le perdite distribuiteSpesso nella progettazione degli acquedotti viene utilizzata unaespressione monomia (proposta da Contessini) per le perdite di carico:J = k QαD nIl parametro α caratterizza il regime di motoRegime laminare α = 1Regime di tubo liscio α ∈ [1.75 ÷ 1.8]Regime di transizione α ∈ [1.8 ÷ 1.9]Regime assolutamente turbolento α = 2I parametri k ed n dipendono dalla scabrezza della condottaPer la semplicità nelle derivazioni ed integrazioni analitiche, la formula diContessini viene spesso preferita alla formula di Colebrook-White.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 10 / 20 )

Espressione di Contessini per moto turbolento (α = 2):derivazione di k e n da altre formuleTubazione di cui siano noti e assegnati i coefficienti di scabrezza, ad esempioper le formule di Colebrook-White (ɛ), o di Bazin(γ), o di Kutter (m).JDarcy-WeisbachQ 2 = λΩ 2 D2g = f (D, ɛ) = f (D) λ = λ( ɛ D )ChézyJQ 2 = 1Ω 2 χ 2 R = f (D, r s) = f (D)r s = γ, mContessiniJQ 2 = kD−n2log (J/Q )=⇒ log J = log k − n log DQ2 0101010101010101Per alcuni diametri D i si calcola (J/Q 2 ) i con Darcy-Weisbach/Chézy: da best-fit su diagramma bilogaritmicosi ricava intercetta (log k) e pendenza (−n)01010101log DAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 11 / 20 )Espressione di Contessini per moto turbolento (α = 2):valori di k, n per alcune scabrezze Kutter e BazinContessini:J = k QαD nMoto assolutamenteturbolento: α = 2scabrezza di origine k nKutter: m = 0.175 0.0012 5.26Kutter: m = 0.275 0.0016 5.36Kutter: m = 0.375 0.0020 5.44Bazin: γ = 0.10 0.00127 5.14Bazin: γ = 0.16 0.00150 5.29Bazin: γ = 0.18 0.00160 5.30Bazin: γ = 0.20 0.00170 5.34Bazin: γ = 0.23 0.00190 5.32Per il funzionamento dell’acquedotto al termine della duratatecnico-economica si deve fare riferimentoalle scabrezze delle condotte in servizio.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 12 / 20 )

Perdite di carico: condotte con funzione di solo trasportodhQα= −J − dh = Jdx J = kdx D n = costFissiamo sempre un orientamento della condotta dalla estremità 1 alla 2.A) Moto da sez 1 a 2 (Fig. 1a). Integrale da x = 0 (sez 1) a x = L (sez 2):∫ h2∫ h1− dh = dh = h 1 − h 2 = Jdx = LJ = Lk Qαh 1 h 2 0D nB) Moto da sez 2 a 1 (Fig. 1b). Integrale da x = 0 (sez 2) a x = L (sez 1).∫ LSi ottiene l’espressione generale:∆h = h 1 − h 2 = δLk QαD nδ = +1: moto 1 −→ 2 (caso A)δ = −1: moto 1 ←− 2 (caso B)La portata Q non contribuisce al segno perché è sempre positiva.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 13 / 20 )Condotte con funzione di solo trasporto: due casiFigura 1a∆ h = h − h > 01 2Figura 1b∆h = h − h < 012∆h>0∆h

Perdite di carico: condotte con funzione di distribuzionePortata distribuita uniformemente per unità di lunghezza di condotta: pPortata totale distribuita da una condotta lunga L: P = pLFissiamo sempre un orientamento della condotta dalla estremità 1 alla 2.Indichiamo con Q 1 e Q 2 le portate (positive) alle estremità 1 e 2Condotta senza sezione neutra, moto sempre da sez 1 a 2 (Fig. 2a).Integrale da x = 0 (sez 1) a x = L (sez 2):Q(x) = Q 1 − px dQ = −pdx J(x) = k Q(x)αh 1 − h 2 =∫ L0J(x)dx =∆h = h 1 − h 2 =∫ L0D n∫k Q(x)αQ2D n dx = − k Q(x)α 1Q 1D n p dQkLD n P1(α + 1) (Qα+1 1 − Q α+12 )≠ costSi ottiene la stessa equazione nel caso il moto sia diretto da sez. 2 a 1 (Fig. 2b)e per distributrici con sezione neutra (Figure 3a, 3b, 3c);l’equazione è indipendente dai versi effettivi del moto nelle due estremità 1 e 2.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 15 / 20 )Condotte con funzione di distribuzione (senza sezione neutra)Figura 2a∆ h = h − h > 01 2Figura 2b∆h = h − h < 012∆h>0∆h Q 2 → ∆h > 0dhdx ≠ costh(x)Q 1h12h 1 2pQ 2Piano orizzontale di RIFERIMENTOx L(livello medio del mare)0LP = pLMoto diretto dall’estremo 2 al 1.Q 1 < Q 2 → ∆h < 0Stessa equazione per ∆h: il segno cambia in relazione a Q 1 ≶ Q 2 .∆h = h 1 − h 2 =kLD n P1(α + 1) (Qα+1 1 − Q α+12 )Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 16 / 20 )

Condotte con funzione di distribuzione (con sezione neutra) - ITraccia per il calcolo del ∆hPosizione della sezione neutra:L 1 = Q 1 /p ; L 2 = Q 2 /p =⇒=⇒ L 1 /L 2 = Q 1 /Q 2h 1 − h N =h 2 − h N =kD n pkD n p1(α + 1) (Qα+1 1 − 0)1(α + 1) (Qα+1 2 − 0)La differenza di carico ∆h si ricavasottraendo le due equazioni.Figura 3a (sez. neutra a destra)h 11hNpQ 1P = pL0∆ h = h − h > 01 2Nh 2Piano orizzontale di RIFERIMENTO∆h>0(livello medio del mare)L xLL1 L2Q 1 > Q 2 → ∆h > 02Q 2Stessa equazione per ∆h: il segno cambia in relazione a Q 1 ≶ Q 2 .∆h = h 1 − h 2 =kLD n P1(α + 1) (Qα+1 1 − Q α+12 )Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 17 / 20 )Condotte con funzione di distribuzione (con sezione neutra) - IIFigura 3b (sez. neutra a sinistra)∆h = h − h < 0Q 1h12Nh 1 2h NpQ 2Piano orizzontale di RIFERIMENTOx L(livello medio del mare)0L12P = pLLL1 2Q 1 < Q 2 → ∆h < 0∆h

Le equazioni di continuitàEquazioni di continuità ai nodi∑Q u = 0Q u = portata uscente dal nodo con segno (es. + se uscente dal nodo)Equazioni di continuità per le condotte di distribuzioneQ 1 + Q 2 = PQ 1 = portata al nodo 1 (con segno, es + se entrante in condotta)Q 2 = portata al nodo 2 (con segno, es + se entrante in condotta)P = portata distribuita complessivamente dalla condotta (> 0)NOTA: la portata è positiva per definizione,tuttavia per scrivere le equazioni di continuità in forma compattasono state introdotte sopra delle convenzioni sul segno.Le equazioni del moto continuano invece ad essere valide con le portate positive(quindi espresse in modulo, se si è introdotto il segno).Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 19 / 20 )Le equazioni disponibili dall’idraulica: L + N + LdL (= numero totale di condotte) equazioni del moto:⎧Q⎪⎨α iiδ i L i k iDh 1,i − h 2,i =n solo trasportoiik i L i 1i = 1, · · · , L⎪⎩D n iiP i (α i + 1) (Qα i +11,i− Q α i +12,i) distribuzioneδ i = +1 per moto 1 −→ 2, δ i = −1 per moto 1 ←− 2N (= numero totale di nodi) equazioni di continuità ai nodi:∑Q j,i = 0j = 1, · · · , Nisommatoria estesa a tutte le condotte i aventi un estremo nel nodo j.Ld (= numero condotte distribuzione) equazioni continuità nelle condotte:Q 1,i + Q 2,i = P ii = 1, · · · , LdNelle equazioni di continuità le portate hanno segno + se entranti in condotta.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.4 - Richiami di Idraulica ( 20 / 20 )

Alcuni criteri generali di progettazioneAlcuni criteri generali di progettazione per garantire igienicità e freschezza delleacque trasportate, preservandole da inquinamento e alte temperatureI serbatoi, le opere di presa, i pozzetti, etc. devono essere sempreopportunamente chiusi e protetti dalle intrusioni di animali e persone.Le condotte devono essere sempre chiuse, anche se a pelo libero.La pressione in condotta deve essere maggiore della pressione esterna (incaso di rottura o perdita dei giunti, l’acqua può solo fuoriuscire dallacondotta, senza infiltrazioni di liquidi contaminanti o inquinanti):funzionamento a depressione è da evitare,carico piezometrico 2÷5 metri sopra piano campagna (adduzione).Rete fognaria a maggiore profondità rispetto alla rete di distribuzione.Condotte interrate: maggiore isolamento dalle escursioni di temperatura.Le velocità nelle condotte non devono essere troppo basse, e i tempi dipermanenza dell’acqua nelle vasche di accumulo devono essere brevi.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 1 / 20 )Opere di captazioneCaptazione da sorgentiCaptazione di falde freatiche o subalvee di fiumi:gallerie filtrantipozzi in muraturapozzi perforatiCaptazione di falde profonde:pozzi perforatiCaptazione da invasi superficiali (naturali o artificiali):torre di presa con luci a diversa profonditàCaptazione di acque di fiume:impianto di sollevamento posto in fregio al fiumetraversaAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 2 / 20 )

Captazione da sorgenteAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 3 / 20 )Captazione da falda con galleria filtranteAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 4 / 20 )

Captazione da invaso superficiale(torre di presa con luci a diverse profondità)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 5 / 20 )Captazione acque di fiume con impianto di sollevamento infregio al fiumeAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 6 / 20 )

Captazione acque di fiume con brigliaAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 7 / 20 )Opere lungo linea della adduttrice esternapozzetti si scarico, di sfiato, di manovrapartitori in pressione e a pelo liberovasche di disconnessioneserbatoi per compensoattraversamenti fluviali, stradali, ferroviaristazioni di sollevamentoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 8 / 20 )

Ubicazione pozzetti di scarico e sfiatoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 9 / 20 )Pozzetto di scarico liberoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 10 / 20 )

Pozzetto di scarico forzatoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 11 / 20 )Pozzetto di scarico per grande condottaAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 12 / 20 )

Pozzetto di sfiatoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 13 / 20 )Partitore in pressioneAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 14 / 20 )

Partitore in pressioneAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 15 / 20 )Partitore a pelo liberoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 16 / 20 )

Attraversamento fluviale in subalveoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 17 / 20 )Attraversamento aereo - IAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 18 / 20 )

Attraversamento aereo - IIAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 19 / 20 )Posa tubo guida con spingituboAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.5 - Opere d’arte e manufatti lungo linea ( 20 / 20 )

Serbatoi cittadini (o urbani)Tipologie:⊲ Interrato (da preferire: più economico, minore impatto ambientale),massima escursione del livello 3.5÷4.5 metri⊲ Sopraelevato o pensile (quando non sia possibile servire la rete didistribuzione a gravità con serbatoio interrato a distanza inferiore di1.5÷2 km dal centro), massima escursione del livello 5÷6 metriLarghezza setti ∼ 4÷6 metriPendenza fondo ∼ 1÷2% o anche menoEquipaggiamento idraulico:• tubazione di alimentazione (arrivo della addutrice)• tubazione di presa per la distributrice• scarico di fondo• sfioratori di superficie (scarico di troppo pieno)• valvole• apparecchiature di misura e controlloAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 1 / 17 )Serbatoio interrato con due vasche senza setti(non è una buona soluzione: limitato ricircolo)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 2 / 17 )

Serbatoio interrato con due vasche con settiAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 3 / 17 )Serbatoio pensileAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 4 / 17 )

Ubicazione dei serbatoi urbaniRete di distribuzione con serbatoio di testata (interrato o pensile)Rete di distribuzione con serbatoi terminali o di estremità(interrato) e torre piezometrica in testata ⋆◦ Sistemi di distribuzione con anche serbatoi interni (didisconnessione) a differenti quote nei centri con forti escursionialtimetriche (> 70 m).I serbatoi di disconnessione possono essere alimentati dallaadduzione, oppure dalla stessa distributrice.(⋆) impatto ambientale del torrino piezometricoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 5 / 17 )Distributrici con serbatoio di testata e di estremitàAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 6 / 17 )

Centri con forti escursioni altimetriche:serbatoi di disconnessioneAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 7 / 17 )Massime escursioni delle piezometriche di minimo emassimo consumoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 8 / 17 )

Funzioni dei serbatoi cittadini (I)1 Funzione di regolazione (compenso): il volume di compenso si potrebbecalcolare assegnando il diagramma dei consumi e la portata nel giorno dimassimo consumo (per la quale è dimensionata l’adduzione). Nella praticasi assume una stima semi-empirica:V c = (0.15 ÷ 0.25)V gessendo V g il volume erogato durante tutto il giorno di massimo consumo.2 Funzione di riserva per far fronte a temporanee interruzioni nelfunzionamento dell’acquedotto esterno per manutenzioni e rotture.V r = ( 1 3 ÷ 1 2 )V gPonendo 0.5 V g si garantisce il funzionamento della distribuzione anche nelgiorno di massimo consumo in caso di interruzioni nella rete di adduzionenon superiori a circa 12 ore.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 9 / 17 )Funzioni dei serbatoi cittadini (II)3 Funzione di servizio antincendio: non c’è normativa per le capacità daattribuire al servizio. Per piccoli centri (fino a 3000 abitanti):V i = (54 ÷ 144)m 3Per centri di maggiore importanza si può calcolare la portata antincendiocomplessiva (Conti) in funzione delle popolazione P n :Q i = 6 √ P n 10 −3[l/s]Indicando con t s il tempo necessario per lo spegnimento dell’incendio (adesempio 6 ore), la capacità antincendio è data da:V i = Q i t s4 Funzione di disconnessione piezometrica:indipendenza di funzionamento idraulico fra adduzione e distribuzione,l’altezza piezometrica sulla distribuzione non dovrebbe superare 70 metri.In assenza di serbatoio di testata, questa funzione è assolta da un torrino.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 10 / 17 )

Indicazioni PRGA 2006 sui volumi dei serbatoi urbaniPopolazione Volume serbatoio [m 3 ]< 286 100287 ÷ 2 000 100 + (A b - 286)x0,350x1,002 001 ÷ 5 000 700 + (A b - 2 000)x0,350x0,755 001 ÷ 10 000 1 500 + (A b - 5 000)x0,400x0,7510 001 ÷ 30 000 3 000 + (A b - 10 000)x0,450x0,7530 001 ÷ 100 000 9 750 + (A b - 30 000)x0,550x0,50> 100 000 29 000 + (A b - 100 000)x0,600x0,50zone turistiche finoa 10 000 abitanti conraggio di servizioinferiore ai 3 Km50% dotazione turistica nelle 24 oreVolume complessivo da attribuire al serbatoio per assolvere alle funzionidi compenso, riserva ed antincendio. A b = numero di abitanti.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 11 / 17 )Quote di consegna ai serbatoi urbani o ai torriniDeteminazione del carico minimo nell’edificio più altoz s = quota massima del terreno nel territorio urbanizzato;H ED = massima altezza degli edifici al piano di gronda, inconformità ai piani regolatori; eventuali edifici di altezza eccezionalesaranno alimentati da impianti di sollevamento privati;f = franco minimo di 5 metri, per edifici sino a tre piani fuori terra,crescente con l’altezza dei fabbricati sino a 8÷10 metri.La somma dei tre contributi fornisce il carico piezometrico minimo chedeve essere garantito nell’edificio con condizioni più critiche:h min = z s + H ED + fLa quota di consegna al serbatoio di testata o al torrino piezometrico sidetermina aggiungendo al carico piezometrico minimo h min la massimaescursione della piezometrica nella rete di distribuzione.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 12 / 17 )

Quota di consegna ai serbatoi di testataSi confonde la piez. di min. consumo con il piano dei carichi idrostatici.Al carico piezometrico minimo h min aggiungiamo la massima oscillazionedella piezometrica, in genere assunta pari a circa 12÷15 metri,comprensiva della escursione di livello nel serbatoio (circa 4÷5 metri).Talvolta si ammettono oscillazioni della piezometrica che possono arrivarea 20 metri, per reti molto sviluppate e con grandi perdite di carico.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 13 / 17 )Funzionamento delle reti con torrino piezometricoSi schematizza ilfunzionamento delle reticon torrino piezometrico ditestata (pedice T ) eserbatoio di estremità(pedice S) con unacondotta equivalente dilunghezza L e diametrocostante D che eroga unaportata uniformementedistribuita pari a P.Si assumono le convenzionigià introdotte per questecondotte (T ≡ 1, S ≡ 2)ed il moto assolutamenteturbolento (α = 2).Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 14 / 17 )

Differenza di carico fra torrino e serbatoio di estremitàOra di massimo consumo(P = q h ; Q 1 = Q T = q g ; Q 2 = Q S = q h − q g ; q h > q g )H minT− Hmin S[ ]= kL q3g − (q h − q g ) 3D n 3q hOra di minimo consumo(P = P min ; Q 1 = Q T = q g ; Q 2 = Q S = q g − P min ; q g > P min )H maxT− H maxS[ ]= kL q3g − (q g − P min ) 3D n = kL []3P min D n qg 2 − q g P min + P2 min3È facile dimostrare che la massima oscillazione della piezometrica siverifica nel torrino piezometrico ed è pari a (HTmax − HT min).Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 15 / 17 )Escursione massima nel torrino piezometricoDalla differenza delle due equazioni precedenti otteniamo:(H maxT− HTmin )−(Hmax S − HS min ) ={ [= kLD n qg 2 − q g P min + P2 min3] [ ]}q3g − (q h − q g ) 3−3q hAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 16 / 17 )

Quota di consegna al torrino piezometricoFissando nell’ultima equazione le escursioni massime nel serbatoio diestremità (HSmax − HSmin ) ≈ 4÷5 metri e nel torrino piezometrico(HTmax − HTmin)≈ 12-15 metri, ricaviamo il gruppo kL/Dn che caratterizzala condotta equivalente e che ci permette di calcolare la differenza dicarico fra torrino e sezione neutra nell’ora di massimo consumo:H minT− H N = kL TND n 3q gq 3 g =kD n 3q gLq gq hq 3 g = kLD n q 3 g3q hdove L TN = Lq g /q h indica la distanza della sezione neutra dal torrino.La quota di consegna al torrino piezometrico si ottiene quindi dallaseguente espressione:h min + (H minT− H N) + (H maxT− H minT )Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.6 - Serbatoi ( 17 / 17 )

Studio del tracciatoÉ finalizzato ad identificare il percorso delle tubazioni economicamentepiú vantaggioso che colleghi risorsa/e con serbatoio/i.Il tracciato si articola in due elaborati grafici:PlanimetriaProfiloAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.7 - Lo studio del tracciato ( 1 / 11 )Riferimenti legislativi e livelli della progettazioneLeggi di riferimento nella progettazione di una qualsiasi opera:Decreto Legislativo 12 Aprile 2006 n.163 ”Codice dei contrattipubblici relativi a lavori, servizi e forniture” in attuazione delledirettive 2004/17/CE e 2004/18/CE;D.P.R. 554/99 ”Regolamento di attuazione della legge quadro suilavori pubblici”.Il D.P.R. 554/99 suddivide la progettazione di un’opera in trelivelli di dettaglio:progetto preliminare;progetto definitivo;progetto esecutivo.Acquedotti e fognature:Linee guida per l’istruttoria dei progetti preliminari, definitivi edesecutivi di opere pubbliche del servizio idrico integrato.A cura dell’Autoritá d’Ambito della Sardegna:http://www.ato.sardegna.it/index.php?menu=57Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.7 - Lo studio del tracciato ( 2 / 11 )

Studio del tracciato nei tre livelli della progettazioneProgetto PreliminareDefinizione di massima del tracciato per stabilire la fattibilitá dell’opera.Elaborati grafici:planimetria in scala non inferiore a 1:5000;profilo in scala non inferiore a scala 1:5000/1:500.Progetto DefinitivoIndividuazione della soluzione definitiva.Uso della cartografia catastale per definire il piano particellare di esproprio.Elaborati grafici:planimetria in scala non inferiore a 1:2000;profilo in scala non inferiore a scala 1:2000/1:200.Progetto EsecutivoElaborati grafici: sviluppo, in scala opportuna, degli elaborati del progettodefinitivo in modo da consentire una sicura esecuzione dei lavori.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.7 - Lo studio del tracciato ( 3 / 11 )Problematiche legate all’orografia IPresenza di un rilievo in mezzo al percorsoSoluzioni possibili:tratto in galleria (costoso);inserimento sollevamento;allungamento tracciato (spessopreferibile).Tratte con piezometrica in depressioneDa evitare!Possibili infiltrazioni da acqua difalda.La piezometrica deve stare almeno2 metri al di sopra del terreno.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.7 - Lo studio del tracciato ( 4 / 11 )

Problematiche legate all’orografia IIPresenza di una depressione nell’orografiaRaggiungimento di elevate pressioni con necessitá di tubazioni con miglioricaratteristiche di resistenza, quindi piú costose.É preferibile allungare il tracciato per evitare queste situazioni, in modo darisparmiare sul materiale della condotta.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.7 - Lo studio del tracciato ( 5 / 11 )Problematiche legate alla natura e all’uso del suoloNatura del suolo - Da evitare gli attraversamenti di:formazioni rocciose;zone franose: aumento del costo;terreni cedevoli: facilitá di rotture;terreni acquitrinosi: difficoltá di posa in opera;terreni aggressivi: difficoltá uso di materiali metallici.Uso del suolo - Da evitare gli attraversamenti di:aree urbane;particolari destinazioni d’uso (es., cimiteri);aree di interesse archeologico e artistico;aree sottoposte a vincoli ambientali;terreni agricoli con colture di pregio;terreni con alti costi di esproprio.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.7 - Lo studio del tracciato ( 6 / 11 )

Attraversamenti stradali e ferroviariLimitare il numero di attraversamentiCosto elevato per ferrovie e stradeimportanti.Allungare anche significativamenteil tracciato é in generale piúconveniente.Affiancare il tracciato alle stradeNotevoli vantaggi:riduzione danno aziende agricole;sfruttamento attraversamentiesistenti;manutenzione piú agevole.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.7 - Lo studio del tracciato ( 7 / 11 )Tratte di condotte eccessivamente lungheNel caso di lunghe tratte della condotta (> 15 km), é opportuno inserirevasche di disconnessione.Evitare sollecitazioni nella parte terminale della condotta.Costo manufatti compensato da riduzione costo materiale.Svantaggio: schema idraulico meno elastico.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.7 - Lo studio del tracciato ( 8 / 11 )

Tracciato con sollevamenti IQuando non é possibile trasportare l’acquaper sola gravitá, é necessario inserire unastazione di sollevamento.L’ubicazione della stazione di sollevamento deve essereattentamente valutata tenendo presente l’occorrenza delfenomeno del colpo d’ariete:É causato da improvvisi cambiamenti di velocitádell’acqua, che determinano sovrappressioni nellacondotta.Per limitare il suo effetto, é necessario:adottare materiali con miglioricaratteristiche meccaniche (acciaio);limitare la lunghezza della condottapremente a qualche km.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.7 - Lo studio del tracciato ( 9 / 11 )Tracciato con sollevamenti IICaso del terreno con quote sempre crescenti da risorsa a serbatoio.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.7 - Lo studio del tracciato ( 10 / 11 )

Tracciato con sollevamenti IIICaso del terreno con quote dapprima decrescenti e poi crescenti.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.7 - Lo studio del tracciato ( 11 / 11 )

Le condizioni di funzionamento delle condotte di adduzioneReti a diramazioni (aperte): tutte le portate incognite possonoessere univocamente determinate dalle equazioni di continuità.Moto assolutamento turbolento (α = 2 nell’equazione di Contessini).Orientamento delle condottecoincidente con il verso del moto dalnodo 1 al nodo 2 (quindi δ = +1).Condotte a gravità o in sollevamentocon funzione di solo trasporto:∆H P∆h = h1+ ∆H P− h2= JL∆h2h 1,i − h 2,i + w i ∆H P i= k i L i Q 2 i D −n iih 2w i ={ 1 tratte in sollevamento0 tratte a gravità∆HiP = prevalenze delle pompe,i = indice della condotta,gli altri simboli sono già definiti.1h 1PPiano orizzontale di RIFERIMENTO(livello medio del mare)LAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 1 / 18 )Incognite ed equazioniIndichiamo con L il numero di condotte, con N il numero di nodi interni,con S il numero di tratte in sollevamento (che per semplicità diformalismo saranno numerate per prime con indici i = 1, · · · , S)Le incognite nel problema del dimensionamento dell’adduzioneL diametri incogniti D i ;N carichi piezometrici incogniti h j ai nodi interni;S prevalenze incognite ∆H P iLe equazioni disponibilidelle tratte con sollevamento.L equazioni del moto di tipo h 1,i − h 2,i + w i ∆HiP = k i L i Qi 2D−n iiN + S equazioni che esprimono la condizione di minima passività(N scritte per i nodi interni, S per le condotte con sollevamento)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 2 / 18 )

Costo annuo dell’impiantoIl costo annuo (o passività P) dell’impianto di adduzione si calcola comealiquota r del costo C necessario per la realizzazione delle opere:P = rCr = r A + r I + r Mdove l’aliquota r è composta da tre termini:r A = tasso annuo di ammortamento; ipotizzando di rimborsare i costi arate annuali con tasso di interesse i a decorrere dal completamentodell’opera per n anni si ricava r A = [(1 + i) n i] / [(1 + i) n − 1];r I = aliquota per il costo degli interessi maturati durante la costruzionedelle opere, sino a completa realizzazione e messa in servizio;r M = aliquota per il costo della manutenzione.Nel caso in cui le condotte abbiano diverse aliquote r i di costo annuale, lapassività annua si scrive come somma delle passività di tutte le condotte:L∑P = r i L i C iC i = a 0,i + a i D ɛ iii = 1, · · · , Lidove C i è il costo di realizzazione (per unità di lunghezza) delle singole condottei-esime, espresso in funzione del diametro D i .Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 3 / 18 )Il tasso di ammortamentoIl tasso di ammortamento r A si calcola eguagliando il capitale maturatoC n dopo n anni (remunerando il costo di realizzazione C con tasso diinteresse annuo i) al capitale maturato R n dalle n rate R versateannualmente in n anni, remunerate con lo stesso tasso di interesse i.C n = C(1 + i) n∑n−1R n = R(1 + i) n−1 + R(1 + i) n−2 + · · · + R(1 + i) + R = R (1 + i) kRicordiamo le proprietà della serie geometrica di ragione x:1 + x + x 2 + · · · + x n−1 =∑n−1k=0x k = 1 − x n1 − xk=0Posto x = (1 + i) ed eguagliando R n = C n otteniamo il tasso r A :R1 − (1 + i)n1 − (1 + i) = C(1+i)n =⇒ R = (1 + i)n i(1 + i) n − 1 C =⇒ r A = (1 + i)n i(1 + i) n − 1Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 4 / 18 )

Il costo annuo dell’energia per i sollevamentiLa potenza di una corrente è pari a γQ∆H. Dividendo per il rendimentocomplessivo η e moltiplicando per il tempo T di funzionamento della pompa inun anno e per il costo unitario (es. costo del chilowattora) dell’energia c e siottiene il costo annuo dell’energia per il sollevamento a portata costante:C e = γQ∆HP Tc eC e = 9.81Q∆HP Tc kWhηηLa formula empirica riportata a destra fornisce direttamente il costo annuo (ineuro) per l’energia necessaria per i sollevamenti, quando si esprima la portata Qin m 3 /s, la prevalenza ∆H P in m, il tempo di funzionamento T in ore nell’anno,ed il costo unitario dell’energia c kWh in euro/chilowattora.Anche nel caso siano richieste delle portate variabili nel corso dell’anno, ècomunque opportuno dimensionare la pompa per la massima portata Q = q g efarla funzionare intermittentemente a portata costante, per un tempo paria T = V a /q g in un anno (volume annuo diviso per la massima portata).Esprimendo il volume annuo V a in m 3 e la portata q g in m 3 /s, il numero di oredi funzionamento in un anno si può calcolare dalla formula empirica:T = V a /(3600q g )Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 5 / 18 )Confronto curve caratteristiche della pompa e dell’impiantoCurva caratteristica dell’impianto: ∆H i = (h 2,i − h 1,i ) + k i L i Q 2 i D−n iiAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 6 / 18 )

L’espressione della passivitàLa somma degli oneri annui relativi al costo dell’impianto ed al costodell’energia per i sollevamenti fornisce l’espressione della passività:P =L∑i=1(r i L i a0,i + a i D ɛ )S∑ γQii T i c ei + ∆HiP η ii=1Le incognite nell’espressione della passività:Invertendo l’equazione del moto per la condotta i-esima otteniamo:(k i L i Qi2 D i =h 1,i − h 2,i + w i ∆HiP) 1/niFissati i carichi alla risorsa e nei serbatoi di consegna, la passività dipendesolo dagli N carichi h j ai nodi interni e dalle S prevalenze ∆HiP dellepompe:()P = P h 1 , h 2 , · · · , h N , ∆H1 P , ∆H2 P , · · · , ∆HSPAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 7 / 18 )Le condizioni di minimo onere (minima passività) - IImponendo la condizione di minima passività si ottiene un sistema diN + S equazioni che insieme alle L equazioni del moto rende determinatoil problema del dimensionamento delle condotte:⎧⎪⎨⎪⎩∂P∂h j=∂P∂∆H P iL∑i=1r i L i a i ɛ i D ɛ i −1 ∂D ii= r i L i a i ɛ i D ɛ i −1i=⇒ ∂D i∂h j= −δ ijn i k i L i Q 2 i∂D i∂∆H P iD n i +1idove δ ij =∂h j= 0 j = 1, · · · , N+ γQ iT i c eη i= 0 i = 1, · · · , SDeriviamo le equazioni del moto per la condotta i rispetto ad h j :∂ ( h 1,i − h 2,i + w i ∆HiP )= δ ij = −n i k i L i Qi 2 D −n i −1 ∂D ii∂h j∂h j⎧⎨⎩+1 se h j ≡ h 1,i−1 se h j ≡ h 2,i0 se j non è nodo di iAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 8 / 18 )

Le condizioni di minimo onere (minima passività) - IIDeriviamo le equazioni del moto per la condotta i rispetto a ∆Hi P :∂ ( h 1,i − h 2,i + w i ∆HiP )∂∆HiP = w i = −n i k i L i Qi 2 D −n i −1 ∂D ii∂∆HiP=⇒ ∂D i∂∆H P i1= −n i k i L i Qi2D n i +1ii = 1, · · · , SSostituendo si ricavano le N + S equazioni di minima passività⎧L∑ r i a i ɛ i⎪⎨ δ ijni=1 i k i Q 2 D n i +ɛ ii= 0 j = 1, · · · , Nir i a i ɛ i⎪⎩ n i k i Qi2 D n i +ɛ ii= γQ iT i c ei = 1, · · · , Sη iSi osservi che ciascuna delle prime N equazioni si può scrivere eliminandoil simbolo δ ij ed eguagliando la sommatoria relativa alle condotte entrantinel nodo j alla sommatoria per le condotte uscenti dallo stesso nodo.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 9 / 18 )Considerazioni sulle tratte in sollevamento - ILe ultime S equazioni permettono di calcolare immediatamente idiametri D i di ciascuna delle tratte con sollevamento (i = 1, · · · , S).Esse rappresentano la condizione di minimo onere rappresentataschematicamente nella seguente Figura, nella quale vengono confrontati icosti della condotta premente con i costi dell’energia necessaria alsollevamento al variare del diametro:Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 10 / 18 )

Considerazioni sulle tratte in sollevamento - IINel caso di tratte in sollevamento in cui si utilizzino materiali diversi amonte e a valle della pompa, i diametri D 1 (prima della pompa) e D 2(premente) si ricavano immediatamente dalle relazioni:r 1 a 1 ɛ 1n 1 k 1 Q 2 1D n 1+ɛ 11= r 2a 2 ɛ 2n 2 k 2 Q22 D n 2+ɛ 22= γQ iT i c eη iInfatti nessuna delle equazioni di minima passività dipende dallelunghezze delle condotte, pertanto anche non conoscendo l’ubicazionedella pompa possiamo disporre un nodo fittizio appena a monte dellapompa, separando condotta di monte e premente.L’equazione al nodo fornisce la prima eguaglianza, la seconda è fornitadall’equazione per la tratta in sollevamento.La posizione della vasca di carico della pompa si determineràsuccessivamente confrontando le piezometriche con il profilo del terreno.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 11 / 18 )Riduzione del sistema di equazioni di minima passivitàDalle ultime S equazioni per le condotte in sollevamento ricaviamo iprimi S diametri che sostituiamo nelle equazioni ai nodi:S∑i=1δ ijγQ i T i c eη i+L∑i=S+1δ ijr i a i ɛ in i k i Q 2 iD n i +ɛ ii= 0 j = 1, · · · , NSostituiamo infine i diametri incogniti nella seconda sommatoria (solocondotte a gravità) ricavandoli formalmente dalle equazioni del moto:Sistema ridotto di equazioni di minima passività(N equazioni non lineari con N carichi incogniti h j ai nodi interni)S∑i=1δ ijγQ i T i c eη i+⎧⎨dove δ ij =⎩L∑i=S+1δ ijr i a i ɛ in i k i Q 2 i(ki L i Qi2 ) n i +ɛ in i= 0 j = 1, · · · , Nh 1,i − h 2,i+1 se h j ≡ h 1,i (cioè j è il nodo 1 della condotta i)−1 se h j ≡ h 2,i (cioè j è il nodo 2 della condotta i)0 se j non è un nodo della condotta iAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 12 / 18 )

Il metodo di Cross (bilanciamento dei costi) - IPer semplicità di esposizione riscriviamo il sistema di equazioni:S∑L∑δ ij θ i + δ ij λ i (h 1,i − h 2,i ) − n i +ɛ in i = 0 j = 1, · · · , Ni=1i=S+1avendo introdotto le costanti θ i = γQ iT i c eη ie λ i = r ia i ɛ in i k i Q 2 i(ki L i Q 2 i) n i +ɛ in iSi assume che i carichi h j soluzione del problema si calcolino comesomma di un carico arbitrario (ma coerente con le direzioni del moto) ditentativo h ′ je di una correzione dh j . I carichi ai nodi di monte e valle diciascuna condotta diventano: h 1,i = h ′ 1,i + dh 1,i e h 2,i = h ′ 2,i + dh 2,i.Sostituiamoh 1,i − h 2,i = (h ′ 1,i − h′ 2,i ) + dh 1,i − dh 2,i = ∆h ′ i + dh 1,i − dh 2,i :S∑δ ij θ i +i=1L∑i=S+1δ ij λ i(∆h′i + dh 1,i − dh 2,i) −n i +ɛ in i = 0 j = 1, · · · , NAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 13 / 18 )Il metodo di Cross (bilanciamento dei costi) - IIPrima approssimazione del sistemaNella j-esima equazione, ottenuta dalla derivata ∂P per il nodo j-esimo,∂h jsi considera solo la correzione dh j , trascurando tutte le altre correzioni:S∑δ ij θ i +i=1L∑i=S+1δ ij λ i(∆h′i + δ ij dh j) −n i +ɛ in i = 0 j = 1, · · · , NIn questo modo ciascuna equazione ha una sola incognita: f j (dh j ) = 0Seconda approssimazione del sistemaSi linearizzano le equazioni con uno sviluppo in serie al primo ordine:f j (dh j ) = f j (dh j = 0) +∂f ∣j ∣∣∣dhj∂dh j =0dh j =⇒ dh j = − f j(dh j = 0)∂f j∂dh j∣∣∣dhj=0Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 14 / 18 )

Il metodo di Cross (bilanciamento dei costi) - III∂f j∂dh j=L∑i=S+1Le correzioni ai nodi j− n i + ɛ in i(δ ij ) 2 ( ) nλ i ∆h′ − i +ɛ ini + δ ij dh j iCalcolando la f j (dh j ) e la sua derivata per dh j = 0 e sostituendo nellosviluppo in serie si ottengono le correzioni ai nodi.−1dh j =∑ Si=1 δ ijθ i + ∑ Li=S+1 δ ijλ i (∆hi ′ n i +ɛ i)− n i∑ L n i + ɛ ii=S+1(δ ij ) 2 ( ) 2nλ i ∆h′ − i +ɛ inn i iij = 1, · · · , N(ki L i Q 2 i) n i +ɛ in iUsando le unità del S.I.: θ i = 9.81Q iT i c kWhe λ i = r ia i ɛ iη in i k i Qi2Il processo si ripete iterativamente: al passo successivo i carichi appenacorretti vengono considerati come carichi di tentativo. Il processo si puòinterrompere con un criterio di convergenza sui carichi ai nodi.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 15 / 18 )Calcolo dei diametri teorici e delle prevalenzeI carichi h j su tutti i nodi sono determinati quando il sistema delle Nequazioni del metodo di Cross giunge a convergenza.Restano da utilizzare le S equazioni di minima passività ottenute per lecondotte con sollevamento e tutte le L equazioni del moto.Per le tratte con sollevamento (i = 1, · · · , S) si ricava il diametrodalle equazioni di minima passività e la prevalenza dalle equazionidel moto:( γQi T i c e n i k i Q 2 ) 1n i +ɛ iiD i =r i a i ɛ i∆H P iη i= (h 2,i − h 1,i ) + k i L i Q 2 i D −n iiI diametri D i nelle tratte a gravità (i = S + 1, · · · , L) si possonodeterminare dalle rimanenti equazioni del moto:D i =(ki L i Q 2 ih 1,i − h 2,i) 1/niAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 16 / 18 )

Diametri commercialiSi procedere da monte verso valle assegnando il diametro commercialepiù prossimo a quello teorico, riservandosi eventualmente di usare coppiedi diametri immediatamente più grande e più piccolo di quello teorico neitratti terminali, calcolando le lunghezze dal seguente sistema:{ L = L1 + L 2=⇒∆h = J 1 L 1 + J 2 L 2{L1 = (∆h − J 2 L)/(J 1 − J 2 )L 2 = (∆h − J 1 L)/(J 2 − J 1 )Se si adottano due diametri sulla singola tratta è buona regola disporre ildiametro più grande a monte per mantenere alta la piezometrica.Infine, nella assegnazione dei diametri commerciali è anche opportunocercare di minimizzare il numero di diametri utilizzati per contenere ipezzi speciali ed i ricambi che devono essere tenuti disponibili per lemanutenzioni e gli interventi di urgenza.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 17 / 18 )VerificheIn ciascuna tratta sono stati assegnati i diametri commerciali e sono note leportate nel giorno di massimo consumo (dalle equazioni di continuità).Diventano incogniti i carichi piezometrici h j ai nodi interni ed ai nodi deiserbatoi/punti di consegna, avendo cambiato i diametri.Si utilizzano le L equazioni del moto per determinare i carichi piezometriciincogniti procedendo dall’opera di presa verso i serbatoi cittadini.Verifiche sulle piezometriche e sulle velocitàLa linea piezometrica deve essere almeno due metri sopra la quota terrenoNei serbatoi e nelle vasche lungo linea la piezometrica deve essere almenopari alle quote di consegna (massimo livello)Si verificano le massime pressioni nelle condotte.Le velocità devono essere comprese fra 0.5 e 2 m/s.Valori piccoli possono compromettere le caratteristiche organolettichedell’acqua (tempi di percorrenza troppo elevati), valori troppo grandiprovocano vibrazioni ed eccessive sollecitazioni ai giunti e pezzi speciali.Se necessario si rivede il tracciato e si cambiano i diametri.Infine si dispongono le valvole regolatrici di pressione.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.8 - Dimensionamento delle condotte di adduzione ( 18 / 18 )

Caratteristiche delle tubazioni per acquedotto (I)P N = Pressione nominale (da UNI EN 805 del 2002: PFA =Pression de Fonctionnement Admissible). È un elemento caratteristicodella produzione dei componenti (pressione massima a cui un componentepuò essere sottoposto in esercizio) e deve essere almeno pari alla sommadella massima pressione interna in asse condotta, delle sovrapressioni dimoto vario e della pressione equivalente alle sollecitazioni esterne a cui ilsistema sarà sottoposto.DN = Diametro nominale. È un altro elemento caratteristico dellaproduzione dei componenti (può essere diverso da D i e da D e ).D e = Diametro esterno. Esso in genere viene uniformato per uno stessomateriale e DN (compatibilità e interscambiabilità dei pezzi speciali).D i = Diametro interno. Condiziona velocità e perdite di carico. Per unostesso DN il D i può cambiare per diverse classi di P N (cambia s).s = spessore. Resistenza meccanica e alla corrosione.Lo spessore si ricava con la Formula di Mariotte s = P N D i2σ, dove σ è laresistenza a trazione del materiale.D e = D i + 2s + 2r i + 2r er i , r e = spessori dei rivestimenti interno ed esterno, quando presenti.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 1 / 25 )Caratteristiche delle tubazioni per acquedotto (II)Materiale.Caratteristiche meccaniche (carico di rottura e snervamento,elasticità): resistenza alle sollecitazioni interne ed esterne.Caratteristiche idrauliche (scabrezza e sue variazioni nel tempo):perdite di carico.Caratteristiche chimiche e natura del materiale: resistenza alle azioniaggressive di agenti esterni e dei liquidi trasportati, conservazionecaratteristiche igieniche e organolettiche dell’acqua.Rivestimento esterno. Protezione da azione aggressiva agenti esterni.Rivestimento interno. Protezione chimico-fisica fra materiale e liquidotrasportato. In presenza di rivestimento interno le perdite di carico sonocondizionate dalla scabrezza di esso, e non dal materiale della condotta.Giunti. Devono garantire la tenuta idraulica.stessa P N delle tubazioni (o superiore);alcuni giunti possono dare luogo a perdite di carico non trascurabili;fra i diversi giunti eventualmente disponibili occorre scegliere quellopiù idoneo allo specifico uso.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 2 / 25 )

Normative sulle tubazioniNorme tecniche relative alle tubazioni (D.M. LL.PP. del 12.12.1985, pubbl.G.U. 14.03.1986, n. 61).Art.0.1: ... è definito con il termine ”tubazioni” il complesso dei tubi, giunti epezzi speciali costituenti l’opera di adduzione e/o distribuzione di acquaArt.0.2: Con le presenti norme si stabiliscono i criteri da osservare nel progetto,nella costruzione e nel collaudo delle ”tubazioni”. Sono esclusi dall’oggetto dellapresente normativa i procedimenti di progettazione, costruzione e controllo diproduzione di tubi, giunti e pezzi speciali.Art.0.3 ”Integrazione delle norme”(stralci)Prescrizioni e disposizioni in materia di sicurezza igienico-sanitaria dicompetenza del Ministero della Sanità.Norme specifiche concernenti impianti fissi antincendio di competenza delMinistero dell’Interno.Prescrizioni per le zone dichiarate a rischio sismico.Prescrizioni sugli attraversamenti. Es: Norme tecniche per gliattraversamenti e per i parallelismi di condotte e canali convogliantiliquidi e gas con ferrovie ed altre linee di trasporto. (D.M.23.02.1971, pubbl. G.U. 26.05.1971, n.132)Numerose norme UNI, CEI, ISO. Stabiliscono le norme di produzionedelle tubazioni, dei giunti e dei pezzi speciali.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 3 / 25 )Determinazione delle pressioni nominaliArt. 2.1.4 ”Verifiche di sicurezza” (Norme tecniche relative alle tubazioni)p E = Pressioni di esercizio. ” ... sono i massimi valori delle pressioni chepossono verificarsi in asse delle tubazioni per il più gravoso funzionamentoidraulico del sistema, comprese le eventuali sovrapressioni ∆p determinate daprevedibili condizioni di esercizio, anche se conseguenti a fenomeni transitori.””In assenza di calcolo specifico e, in ogni caso per le reti di distribuzione condiametri non maggiori di 350mm, per le sovrapressioni conseguenti a manovre diregolazione del sistema, indipendentemente dalla tipologia delle tubazioniimpiegate, sarà adottato un valore ∆p = 2.5Kgf /cm 2 (≈ 2.42atm)”....p 0 = pressione equivalente, è la pressione assiale che conferisce al tubotensioni di trazione massime uguali a quelle determinate da: rinterro dico-pertura, sovraccarichi esterni (statici e dinamici), variazioni termiche ed altreazioni esterne agenti sulle tubazioni, incluse quelle sismiche.Si definisce pressione nominale p n della tubazione la somma delle pressioni diesercizio ed equivalente:p n = p E + p 0La P N della serie o classe dei tubi, giunti e pezzi speciali costituenti letubazioni deve essere almeno pari al valore determinato sopra.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 4 / 25 )

Il collaudo delle opereArt. 4 ”COLLAUDO” (Norme tecniche relative alle tubazioni)Pressioni di collaudo p c = max{1.5p E ; p E + 2kgf/cm 2 }”(salvo maggiori valori indicati nel capitolato speciale d’appalto)”Si sottopongono alla pressione di collaudo tratte di lunghezza pari acirca 500÷1000 metri e si verifica con i manometri che non ci sianocali di pressione (indicatore di una perdita).Prima prova a giunti scoperti per circa 6 ore.Seconda prova dopo completo reinterro per circa 2 ore.Le condotte in materiale lapideo devono essere rimpite d’acqua daqualche giorno prima del collaudo, per consentire l’assorbimentod’acqua iniziale, che causerebbe cali di pressione.Nelle pose in cunicolo o in galleria viene eseguita solo la prima prova.Le norme consentono al Collaudatore di utilizzare i risultati delleprove di pressione eseguite e verbalizzate dalla Direzione Lavori.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 5 / 25 )Materiali per tubazioni di acquedottoMateriali metallicighisa;acciaio.Materiali cementizicemento armato ordinario;cemento armato precompresso;cemento-amianto (vietato per legge, ma ancora presente).Materiali plasticicloruro di polivinile (PVC),polietilene a bassa densità (PEBD),polietilene ad alta densità (PEAD),polipropilene (PP),polipropilene autoestinguente (PPAE),vetroresina (PRFV)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 6 / 25 )

Tubazioni in ghisa sferoidaleLa ghisa sferoidale si ottiene da ferro, carbonio, silicio (come l’obsoleta ghisagrigia) con aggiunta di magnesio al 0.01 %, che fa cristallizzare la grafite sottoforma di sfere, conferendo caratteristiche meccaniche paragonabili all’acciaio.centrifugazione su forme cilindriche rotanti raffreddate ad acqua e ricotturaa 900 o C per eliminare la fragilità derivante dal brusco raffreddamento;rivestimento interno con malta cementizia (talvolta alluminosa) applicataper centrifugazione (spessori da 3 a 12 mm, aumentano con il DN);rivestimento esterno realizzato con zincatura (in genere poi ricoperto convernice bituminosa); per terreni molto aggressivi è possibile la protezioneesterna con manicotti in polietilene;DN 40÷2600 mm, P N 30÷64 atm: DN Tubi Ghisa da 60 a 700 mm.◦ Giunti a bicchiere: giunto rapido, giunto express (con eventuale anellometallico antisfilamento per condizioni di posa gravose, es. terrenicedevoli, forte pendenza, subalvee etc.). Posa in trincea.◦ Giunti a flangia (fissa o mobile): richiedono la perfetta corrispondenza deifori nelle due flange. Utilizzato fuori terra, giunzione con pezzi speciali,all’interno dei manufatti (insieme anche a giunti tipo Gibault)Gli anelli in gomma nei giunti assicurano oltre alla tenuta idraulica anche ladiscontinuità elettrica (protezione dalla corrosione).Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 7 / 25 )I giunti delle tubazioni in ghisa sferoidaleAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 8 / 25 )

Tubazioni in acciaio - IL’acciaio ha caratteristiche meccaniche migliori della ghisa sferoidale, ma è piùsoggetto alla corrosione elettrochimica e richiede adeguati rivestimenti interni edesterni e protezioni catodiche. Adatto all’impiego con grandi pressioni.Produzione:Tubi estrusi: solo per impieghi particolari.Tubi senza saldatura (caratteristiche meccaniche e costi superiori ai tubisaldati) sono prodotti per laminazione da lingotti riscaldati a 1200 ◦ C.Tubi saldati di piccolo diametro sono ottenuti da nastri di lamiera dilarghezza pari alla circonferenza del tubo: vengono curvati sino adassumere una forma cilindrica e saldati longitudinalmente all’interno edall’esterno.Tubi saldati di grande diametro: il nastro di lamiera viene calandratoavvolgendolo a spirale e saldato elicoidalmente all’interno ed all’esterno.Saldature: a gas d’acqua, per induzione, ad arco con apporto materialeFinitura: asportazione del cordone di saldatura, calibratura e taglio deltubo, controllo radiografico e ad ultrasuoni della saldatura.DN 40÷600 mm, P N 40÷100 atm, Lunghezza può superare i 12 metri.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 9 / 25 )Tubazioni in acciaio - IIRivestimento esterno è generalmente costituito da uno o più strati di feltroe tessuto di vetro impregnati con mastici bituminosi ed applicati su di unostrato di vernice bituminosa che funge da primer.Rivestimento interno è normalmente costituito da uno strato di vernicebituminosa.Per impieghi con liquidi trasportati e terreni di posa particolarmenteaggressivi vengono adottati rivestimenti interni ed esterni speciali costituitida resine poliammidiche ed epossidiche.Giunzione per saldatura ad arco (la più usata): di testa, a bicchierecilindrico (semplifica il centramento dei tubi), a bicchiere sferico (permettedeviazioni angolari), ed a bicchiere sferico con camera d’aria (preserva ilrivestimento dal calore di saldatura).Giunti a flangia (fissa o mobile): richiede la perfetta corrispondenza dei forinelle due flange. Utilizzato fuori terra, per giunzioni con pezzi speciali,all’interno dei manufatti insieme a giunti a manicotto tipo Gibault.Giunti rapidi a bicchiere con anello di tenuta in gomma: spesso utilizzatinei tubi con rivestimenti in resina.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 10 / 25 )

I giunti delle tubazioni in acciaosaldatura di testaa bicchiere cilindrico saldatoa bicchiere sferico saldatoa bicchiere sferico saldato(con camera d’aria)a flangia mobilea flangia fissaAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 11 / 25 )La corrosione delle tubazioni metalliche - ILa corrosione è in genere la conseguenza di un processo elettrochimico:una zona della condotta assume un comportamento anodico e siossida cedendo elettroni verso una zona catodica che si riduce.Occorre continuità elettrica catodo-anodo ed un elettrolita (terreno).Nella ghisa i prodotti della corrosione restano interclusi fra i compostiferrosi e la grafite (grafitizzazione): la condotta non è soggetta a perdite,ma diventa fragile e non resiste a forti sollecitazioni meccaniche.Corrosione nei terreni aggressiviIl terreno ha la funzione di elettrolita. Si classificano:terreni molto aggressivi: resistività inferiore a 2000 ohm·cm,terreni mediamente aggressivi: resistività tra 2000 e 5000 ohm·cm,terreni debolmente aggressivi: resistività tra 5000 e 12000 ohm·cm,aggressività trascurabile: resistività superiore a 12000 ohm·cm.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 12 / 25 )

La corrosione delle tubazioni metalliche - IICorrosione da pila geologicaQuando la condotta mette a contatto formazioni a potenziale elettricodifferente che causano il passaggio di deboli correnti e l’insorgere dicorrosioni nella zona anodicaAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 13 / 25 )La corrosione delle tubazioni metalliche - IIICorrosione dovuta a correnti (continue) vaganti nei terreniGenerate da impianti di trazione o da impianti industriali che usano laterra come conduttore di ritorno. Si possono verificare ad esempio nellecondotte metalliche disposte parallelamente e vicino ad una ferroviaelettrificata a corrente continua. Poichè il conduttore di ritorno verso lasottostazione è costituito dalle rotaie e dal terreno, parte della correnteinteressa anche la tubazione creando in prossimità della sottostazioneuna zona anodica soggetta a rapida corrosione.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 14 / 25 )

La difesa dalla corrosione delle tubazioni - IProtezioni passive: isolamento dei tubi dal contatto con il terrenomediante adeguati rivestimenti isolanti.Protezioni attive o catodiche si dispongono nel terreno dei dispersori apotenziale più alto della tubazione: questi diventano gli anodi soggetti allacorrosione, salvaguardando la condotta (che diventa il catodo).Protezione delle tubazioni in ghisa sferoidaleLe protezioni passive sono in genere sufficienti. Buona resistenza della ghisa allacorrosione rispetto ai tubi in acciaio, il giunto elastico con anello di gomma isolaelettricamente ogni tubo (crea la discontinuità elettrica della linea).La protezione attiva richiederebbe di collegare elettricamente tutti i tubi.Protezione delle tubazioni in acciaioLa protezione passiva può essere suffciente nei terreni con resistività superiore a5000 ohm·cm.Protezione attiva è invece necessaria nei terreni con resistività inferiore o inpresenza di correnti vaganti.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 15 / 25 )La difesa dalla corrosione delle tubazioni - IILa protezione catodica mediante anodi sacrificaliSi interrano degli anodi sacrificali (con potenziale più alto dellatubazione, in genere in lega di magnesio) a 4÷6 m dalla tubazione allaquale sono collegati mediante un conduttore isolato dal terreno.La corrosione si sviluppa elettricamente nell’anodo che viene corroso edeve essere sostituito dopo una decina di anni.La dimensione ed il numero di anodi vengono determinati sulla base dellecaratteristiche della condotta e della resistività del terreno.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 16 / 25 )

La difesa dalla corrosione delle tubazioni - IIILa protezione catodica mediante alimentatori a corrente continuaSi collega il polo negativo di un alimentatore a corrente continua allacondotta ed il polo positivo ad un dispersore metallico interrato (si creauna differenza di potenziale di circa un volt).Lunghezze dei tratti protetti dell’ordine di una decina di chilometri(dipendono dalla superficie esterna della condotta, dalla potenzadell’alimentatore e dalla resistività del terreno). Per grandi lunghezzeoccorrono più alimentatori collegati a tratte isolate elettricamente.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 17 / 25 )Tubazioni in cemento-amiantoDal 1992 l’utilizzo dell’amianto è vietato per legge, tuttavia esistonoancora oggi dei tratti di acquedotto in cemento-amianto.L’amianto è molto pericoloso se respirato, ma eventuali tracce presentinell’acqua non sono pericolose se ingerite, quindi gli acquedotti esistentipossono essere mantenuti in servizio.Le tubazioni in cemento-amianto erano realizzate con acqua, cemento efibre di amianto che conferiscono buona resistenza a trazione con spessorirelativamente ridotti e quindi con un peso e costo contenuto.I bassi costi di produzione hanno stimolato una grande diffusione.Recentemente sono stati proposti materiali alternativi (composti dipolimeri e cemento, CPC) ma la resistenza delle fibre sintetiche èinferiore a quella dell’amianto.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 18 / 25 )

Tubazioni in cemento armato ordinario e precompressoVantaggi: buona resistenza alla corrosione, lunga durata, stabilità dellecaratteristiche idrauliche, basso costo di produzione.Svantaggi: limitata resistenza a trazione del calcestruzzo (pericolo difessurazioni per gli sforzi derivanti dalle pressioni interne, assorbiti dallearmature), elevati spessori (e quindi peso notevole e grandi costi di trasporto)necessari per contenere gli sforzi di trazione del calcestruzzo e per proteggerel’armatura, fragilità e non completa impermeabilità.Con la precompressione si riducono gli stati di tensione nel calcestruzzo e sipossono utilizzare le tubazioni con pressioni maggiori.Produzione: (i) su forme concentriche verticali oppure (ii) per centrifugazionesu forme rotanti orizzontali.Le armature sono disposte nelle forme prima di versare il calcestruzzo e sonocostituite da ferri longitudinali (che assorbono le eventuali flessioni) e staffattureelicoidali (che assorbono le tensioni derivanti dalla pressione interna).Nelle tubazioni precompresse, la precompressione può avvenire prima del getto odurante la prima settimana di maturazione.I giunti sono in genere a bicchiere.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 19 / 25 )Tubazioni in polietilene ad alta densità (PEAD)Il polietilene si ottiene comprimendo il gas etilene, miscelato con piccolequantità di ossigeno, a pressioni di oltre 1000 atm e alte temperature.Esso viene poi stabilizzato con nerofumo (2%) per conferire resistenza alleazioni dell’ambiente esterno (UV) e quindi maggiore durata.Fonde a 110 o C, le sue caratteristiche si mantengono inalterate fra -25 o C e25 o C: si utilizza per acque con temperature inferiori ai 40 o C.La produzione delle tubazioni avviene per estrusione.DN 16÷1200 mm (≡ diametro esterno); P N 2.5÷16 (25) atmPE 25, PE 50 (PEBD), PE 80, PE 100 (PEAD): il n o si riferisce allaresistenza a trazione σ, in Kgf/cm 2 , del materiale a 50 anni di vita(fluage: riduzione nel tempo della resistenza meccanica)Vantaggi: stabile chimicamente, atossico, isolante, leggero, economico,flessibile ed elastico (DN ≤ 110 fornito in rotoli lunghi fino a 2000 m)Svantaggi: elevata deformabilità (richiede particolare cura nellamovimentazione, accatastamento e posa in opera per evitareovalizzazioni), fluage, non può essere utilizzato con elevate temperature.◦ Giunzioni con saldature di testa, giunzioni con saldatura nel bicchiere◦ Giunzioni con manicotto saldato (con resistenza elettrica incorporata)◦ Giunzioni con flange e/o raccordi anche di materiale diverso da PE.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 20 / 25 )

Tubazioni in polietilene: giuntiAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 21 / 25 )Tubazioni in policloruro di vinile (PVC)Il policloruro di vinile si ottiene dalla polimerizzazione del cloruro di vinile conaggiunta di un catalizzatore e addittivi stabilizzanti, lubrificanti e pigmenti. Lamiscela viene riscaldata sino a raggiungere una consistenza pastosa e poi vieneestrusa in tubi cilindrici.DN 50÷400 mm (≡ diametro esterno); P N 6÷16 atmPVC60 e PVC100: il n o si riferisce alla resistenza a trazione σ, in Kgf/cm 2 ,del materiale a 50 anni di vita(fluage: riduzione nel tempo della resistenza meccanica)◦ Giunzioni a bicchiere con anello in gomma◦ Giunzioni a manicotto con anello in gomma◦ Giunzioni a bicchiere incollato◦ Giunzioni con flange e/o raccordi anche di materiale diverso da PVC.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 22 / 25 )

Tubazioni in vetroresina (PRFV)La vetroresina è un materiale composito costituito da una struttura di fibre divetro avvolte a spirale (che garantiscono la struttura del materiale) annegate inresine termoindurenti (poliestere o epossidiche). Le buone caratteristiche dellefibre di vetro consentono di raggiungere resistenze a trazione sino a 40 Kgf/cm 2 .DN 300÷2000 mm (≡ diametro esterno); P N 6÷25 atm◦ Giunzioni a bicchiere con anello in gomma◦ Giunzioni a bicchiere incollato◦ Giunzioni a bicchiere con fasciatura in vetroresina interna e/o esterna◦ Giunzioni di testa◦ Giunzioni con flange e/o raccordi anche di materiale diversoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 23 / 25 )La scelta delle tubazioni per le reti di adduzioneDeve essere effettuata tenendo conto di diversi fattori:Pressione nominale;Aggressività dei terreni attraversati: potrebbero essere necessaririvestimenti adeguati e/o protezioni catodiche per tubazionimetalliche soggette a corrosione (potrebbe addiritura risultarnesconsigliata l’adozione);Stabilità dei terreni attraversati: tubazioni e giunti in grado disopportare le sollecitazioni, eventuali strutture di fondazione;Caratteristiche incrostastanti e di aggressività delle acquetrasportate: influenza la scelta del materiale e del rivestimentointerno;Tutti materiali plastici richiedono particolare cura nel rinfianco erinterro.Indipendentemente dal materiale scelto per la realizzazionedell’acquedotto: (i) negli attraversamenti si utilizzano materialimetallici, (ii) all’interno dei manufatti si utilizzano giunti metallici aflangia e tipo Gibault.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 24 / 25 )

La scelta delle tubazioni per le reti di distribuzionePer le reti di distribuzione vengono in genere utilizzate le tubazioni in ghisasferoidale, che, pur essendo metalliche non presentano problemi di corrosione, espesso anche in PEAD, che, oltre ad essere economico, presenta numerosivantaggi dovuti alla flessibilità e alla facilità di taglio e giunzione. Per contro ilPEAD richiede una posa accurata per le elevate pressioni addizionali p 0 .Per le reti di distribuzione è sconsigliabile l’utilizzo delle seguenti tubazioni:Acciaio. Corrosione per la presenza di correnti disperse dovute alle lineeelettriche urbane: difficoltà nel realizzare e preservare protezioni attive epassive, e perciò rischio di minor durata delle tubazioni.Cementizie.A) Produzione di diametri superiori a 400÷500 mm, al di sopra del campodi diametri richiesti per una rete di distribuzione urbana;B) difficoltà di realizzazione in opera di tronchi più corti del normale;C) problemi di tenuta delle numerose giunzioni (in genere con anello ingomma) con pezzi speciali e apparecchiature metalliche.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.9 - Tubazioni per acquedotto ( 25 / 25 )

Posa delle condotte in fossa interrataÈ praticamente la norma posare le tubazioni su fossa interrata.La posa allo scoperto è riservata a brevi tratti per gli attraversamentiall’aperto o in cunicolo.Vantaggi della posa in fossa interrataNon costituisce ostacolo alla percorribilità del territorio ed aldeflusso superficiale delle acque meteoriche.Assicura una buona coibentazione termica: le oscillazioni termichegiornaliere sono praticamente nulle, le oscillazioni annuali sono parialla metà di quelle dell’aria.Protezione meccanica: attenuazione delle sollecitazioni meccanicheindotte dai carichi fissi e mobili di superficie (per i piccoli diametri ilrinterro è in genere sufficiente a distribuire i carichi superficiali, per igrandi diametri è necessario verificare le tensioni indotte)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 1 / 25 )La trincea di scavoProfondità di scavo: 2÷3 mLarghezza di scavo: al diametroaggiungiamo almeno 20÷25 cmsu ogni lato per poter lavorare.Larghezza minima 60÷70 cm.Il fondo deve essere spianato, regolarizzato e senza asperità.Letto di posa deve avere spessore di almeno 10 cm, è realizzato insabbia, terra vagliata fine o pietrisco fine.Rinfianco e rinterro con terra vagliata sino a 20÷30 cm sopra lacondotta. Si esegue compattando strati successivi di circa 20 cm.Il ricoprimento sino a 1÷1.5 m sopra la condotta si completa con ilmateriale da risulta o con magrone di sottofondazione stradale.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 2 / 25 )

Posa in trincea nei tracciati urbaniAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 3 / 25 )La posa allo scoperto (attraversamenti aerei)Tubazioni in acciaio: facilità di giunzione per saldatura, ottimaresistenza alle sollecitazioni meccaniche.Si devono prevedere giunti di dilatazione per consentire lecontrazioni e gli allungamenti conseguenti alle escursioni termiche.I giunti devono essere posizionati anche in corrispondenza con quellidella struttura di sostegno se presenti.Si deve interporre uno strato di materiale liscio (es. neoprene) tra latubazione e le selle d’appoggio per consentire scorrimenti senzalesioni.Coibentazioni termiche nelle zone sottoposte a forti insolazioni.Blocchi d’ancoraggio alle due estremità dell’attraversamento.Pozzetti alle estremità con saracinesche e scarichi.Sfiato automatico nel punto più alto della condotta.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 4 / 25 )

Tecnologie no-dig o trenchless (senza trincea)Posa di nuove condotteRiabilitazione di condotte esistentiSostituzione di condotte esistentiVantaggi per le pose in aree urbaneMinima interferenza con il traffico veicolare e pedonale incorrispondenza con i cantieriSi eliminano i costi per la demolizione ed il rifacimento dellapavimentazione stradale (spesso da ripristinare anchesuccessivamente a seguito degli assestamenti del rinterro)Vantaggiose per alcune pose e attraversamenti in aree extraurbane:in zone boschive e/o di particolare pregio paesaggisticoper attraversamenti di corsi d’acqua, strade e ferrovieIn alcuni casi le tecniche no-dig costituiscono l’unica soluzione perl’adozione dei tracciati prescelti.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 5 / 25 )Tecnologie no-dig o trenchless (senza trincea)Le pricipali tecniche no-digPosa di nuove condotte:il directional drilling (perforazione orizzontale teleguidata);il microtunnelling (scavo di microtunnel);il pipe ramming e l’impact moling (infissione nel terreno per battitura)Riabilitazione di condotte esistenti:la pulizia delle condotte (pipe cleaning);l’applicazione di guaine impermeabili;l’inserimento di nuove tubazione (liner).Sostituzione di condotte esistenti:pipe splitting;pipe bursting;pipe reaming.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 6 / 25 )

Posa con tecnologie no-dig: directional drillingPerforazione direzionale teleguidata che consente l’esecuzione ditracciati curvilinei (con raggio di curvatura sino a circa 20 metri).Si esegue un foro pilota di piccolo diametro, poi dall’estremoopposto si richiama un alesatore di diametro pari alla condotta dainstallare, che trascina in posizione l’intera tubazione.Adatto per la posa di materiali plastici e acciaio (con elevataflessibilità, giunti non sfilabili, buona resistenza agli sforzi di trazioneche si verificano durante il trascinamento)Adatto a tutti i tipi di terreno e roccia ed in presenza di acqua,come avviene negli attraversamenti sotterranei di corsi d’acqua.Posa di condotte di diametro anche superiore ai 1000 mmLunghezze sino a 1.5 km.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 7 / 25 )Posa con tecnologie no-dig: directional drillingAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 8 / 25 )

Posa con tecnologie no-dig: microtunnellingInfissione per spinta nel terreno mediante una testa fresante(microtunneller), spinta dalla condotta.Nel pozzo di partenza si costruisce un muro di contrasto incalcestruzzo, su cui si appoggia un gruppo di spinta con quattropistoni idraulici controllati singolarmente: consentono lieviscostamenti dal tracciato rettilineo.Man mano che il microtunneller avanza si ritraggono i pistoni perinserire un nuovo concio di condotta munito di incastri.Usato per posa tubo-guida in acciaio o cemento armato (è esclusol’impiego di tubazioni flessibili, es. materiali plastici) .Adatto a terreni, formazioni rocciose e in generale materialiomogenei anche di elevata durezza, comprese strutture incalcestruzzo armato eventualmente presenti lungo il tracciato.Posa di condotte di diametro sino a 3000 mmLunghezze sino a circa 1 km.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 9 / 25 )Posa con tecnologie no-dig: microtunnellingAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 10 / 25 )

Posa no-dig: pipe ramming e impact molingPipe rammingInfissione mediante battitura dei tronchi di condotta in acciaio (viavia aggiunti e saldati di testa). La spinta è esercitata da un gruppodi percussione azionato a fluido, ubicato nel pozzo di partenza.Utilizzata unicamente per brevi percorsi rettilinei (la parte dellacondotta fuori terra è vincolata a muoversi su di un binario di guidalungo alcuni diametri): es. attraversamenti sotterranei di rilevatistradali e ferroviari in terreni omogenei di granulometria fine.Usato per posa tubo-guida in acciaioPer diametri superiori ai 150 mm l’estremità anteriore viene lasciataaperta per consentire la fuoriuscita del materiale dal cavo del tubo.Lunghezza contenuta entro i 30 metri.Diametro anche superiore a 1000 mm.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 11 / 25 )Posa no-dig: pipe ramming e impact molingPipe rammingAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 12 / 25 )

Posa no-dig: pipe ramming e impact molingImpact molingAncora infissione per battitura, ma a differenza del pipe ramming,nell’impact moling l’elemento di percussione è ubicato in testa allacolonna e trascina la tubazione da installare.Utilizzato per infissione di tubazioni in materiale plastico.I tracciati debbono essere brevi e rettilinei, il terreno deve essereomogeneo di tipo argilloso o sabbioso.Diametri non superiori ai 150 mm.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 13 / 25 )Riabilitazione delle condotte: pulizia e ripristinoProvvedimento molto efficace quando la condotta è ancora integra,ma la presenza di incrostazioni riduce la capacità di deflusso edaumenta la scabrebrezza.Pulizia di tipo meccanico (spazzole) o idraulico (getti).Ripristino rivestimento interno con resine epossidiche o maltacementizia applicati a spruzzo.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 14 / 25 )

Riabilitazione delle condotte: applicazione di guaineimpermeabili all’interno della vecchia condottaTecnica molto utilizzata, efficace anche quando la condotta presentalesioni diffuse.Si inserisce una calza in poliestere o lana di vetro impregnata diresine che vengono fatte polimerizzare dopo il posizionamento,mettendole in pressione con aria o acqua calda.Applicazione per trazione (Fig. alto) o inversione (Fig. basso)Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 15 / 25 )Riabilitazione delle condotte: linerInserimento (per spinta o trazione) di una nuova condotta (liner) didiametro esterno inferiore al diametro interno della vecchia condottaAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 16 / 25 )

Sostituzione delle condotte: pipe splittingNella testa sono presenti delle lame che tagliano la vecchia condottalungo una generatrice. I due lembi vengono divaricati da cunei diespansione per fare posto alla nuova condotta.Adatta per sostituzione di condotte in acciaio e materiali plastici.La nuova tubazione è in genere in PEADPuò causare dislocamento del terreno circostante la condotta, chepuò interessare gli altri sottoservizi interrati e la pavimentazionestradale.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 17 / 25 )Sostituzione delle condotte: pipe burstingTesta demolitrice a massa battente con forma di cuneo.La vecchia condotta viene frammentata e contemporaneamenteviene allargata la cavità e trascinata la nuova tubazione.Adatta per sostituzione di condotte fragili: ghisa e materiali lapidei.Non adatta per acciaio e materiali plastici.La nuova tubazione è in genere in PEADPuò causare dislocamento del terreno circostante la condotta, chepuò interessare gli altri sottoservizi interrati e la pavimentazionestradale.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 18 / 25 )

Sostituzione delle condotte: pipe reamingTecnica molto simile al directional drilling: la condotta esistentefunge da foro pilota, dall’estremo opposto si richiama un alesatore didiametro pari alla condotta da installare.La testa alesatrice ruota e frammentata la condotta esistente etrascina in posizione l’intera tubazione.Adatta per sostituzione di condotte in materiali lapidei.La nuova tubazione è in genere in PEADAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 19 / 25 )Aria nelle condotte: il fenomeno ed i problemiPuò essere originata da depressioni e tenuta imperfetta, o daimbocchi con insufficiente battente, o essere in origine disciolta.Le bolle d’aria si riuniscono in sacche soggette all’azione ditrascinamento nel verso del moto, di galleggiamento verso l’alto ealle forze di adesione alla parete (che tendono a tenerle ferme).Provoca: oscillazioni di pressione e vibrazioni, diminuzione di sezioneutile con aumento delle perdite di carico (brusco restringimento eallargamento) e diminuzione di portata (e talvolta interruzione).Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 20 / 25 )

Gli sfiati e scarichiIn presenza di variazioni altimetriche, gli sfiati si mettono nei punti piùalti, gli scarichi nei punti più bassi. Nelle tratte pianeggianti:Sfiato semplice e a doppio corpoAcquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 21 / 25 )Saracinesche e valvoleSaracinesca in ghisa, valvola a farfalla, idrovalvolaEsistono poi tanti tipi di valvole:Valvole per tenere costante la pressione di monteValvole per tenere costante la pressione di valleValvole per tenere costante la differenza di pressione monte-valleValvole per tenere costante la portataValvole di ritegno, valvole a galleggiante ....Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 22 / 25 )

I blocchi di ancoraggioLa spinta sul blocco è pari alla risultante delle forze sul tronco di tuboEq. globale dell’idraulica: S = −Π 0 = Π 1 + M 1 + Π 2 − M 2 + G AΠ = spinte sul fluido, M = quantità di moto, G A = peso dell’acqua.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 23 / 25 )Blocchi di ancoraggio orizzontali: Spinte e reazioniLa componente di spinta orizzontale S 0 diretta lungo la bisettricedell’angolo αIndicando con p la pressione in asse condotta, trascurando le quantità dimoto M e considerando che il peso dell’acqua G A agisce verticalmente:S 0 = 2pπ D24 sin α 2Reazione d’attrito sulla base blocco R a e spinta passiva dellaparete R pR a = f (G B + G T + G A ) R p = 1 2 γ tK p L ( H2 2 − H12 )f = tan(0.9ψ) è il coefficiente di attrito fra terreno e calcestruzzo (Jaki);G B , G T , G A sono i pesi del blocco, del tronco di tubazione e dell’acqua;γ t è il peso specifico del terreno;K p = tan 2 (45 ◦ + ψ/2) è il coefficiente di spinta passiva del terreno;ψ è l’angolo di attrito interno del terreno.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 24 / 25 )

Blocchi di ancoraggio orizzontali: verificheVerifica allo scorrimento: coefficiente di sicurezza ν sν s = R a + R pS 0Con le pressioni di collaudo ν s > 1.1, con la più critica pressione inesercizio ν s > 1.5Verifica di resistenza a compressione del calcestruzzoσ cs = S 0L 1 D < σ cs,ammSi può assumere come massima tensione ammissibile del calcestruzzoσ cs,amm = 200 N/cm 2 (collaudo con cls non ancora maturo).Verifica di resistenza a compressione del terreno (conG T + G A >> G T )σ t = G B + G T + G A< σ t,ammArea bloccoIn caso di carico eccentrico occorre fare altre verifiche.Acquedotti e Fognature - A.A. 11-12 - R. Deidda A.10 - Posa delle tubazioni ( 25 / 25 )