Progettazione di acquedotto Università degli Studi di Trento Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Meccanica Corso di Costruzioni idrauliche a.a. 2016/2017 Progettazione di acquedotto Docente: PROF. Riccardo Rigon Esercitatori: Elisa Stella Daniele Dalla Torre Studenti: Pasini Francesco 189464 Roggia Francesca 189972 Roncari Andrea 190067

Consegna esercitazione Selezionare un'area di almeno 1 km2 da servire con un acquedotto urbano. Si analizzi la domanda idrica in funzione della tipologia di insediamento considerato. La rete (chiusa) deve necessariamente comprendere: - 2 sorgenti (la portata massima emunta da ogni sorgente Qsi <70% della portata media richiesta dalla rete nel giorno di massimo consumo Qg (Qsi < 0.7Qg). - 1 serbatoio (almeno) - 1 pompa (almeno) - 1 valvola (almeno) - almeno 30 nodi - una lunghezza complessiva delle condotte di almeno 10 km. Si effettui il dimensionamento di tutti gli elementi della rete e successivamente si ottimizzi la soluzione in modo da ridurre i costi totali.

Area di interesse: Circoscrizione di S. Giuseppe e S. Chiara il progetto si sviluppa nella zona a sud del Fersina. L’area comprende: zone prevalentemente ad uso residenziale; uffici; edifici per il turismo Ospedale di Santa Chiara; piscine comunali; alcune attività commerciali; istituti scolastici; palestre per il fitness e lo sport. Superficie totale di 1,17 km2

Area di interesse: Circoscrizione di S. Giuseppe e S. Chiara

Ricerca delle sorgenti Si è resa necessaria la ricerca di sorgenti il più vicino possibile alla zona da servire e tramite l'utilizzo dei servizi messi a disposizione dal Portale Geo-cartografico Trentino, si è individuata una sorgente a quota 354 m sita in località Gionghi. L’altra sorgente è stata inserita a scopo didattico in una zona a quota di 260 m. Da ciascuna sorgente deve essere prelevata una portata pari al 70% della portata di progetto 𝑄𝑝. Pompa Calpeda 6SDX 30/7 ASI 304 PRED

Analisi della portata di progetto È stato posizionato un nodo in corrispondenza di ogni emungimento significativo, assegnando una dotazione idrica giornaliera specifica. La portata media giornaliera calcolata è: 𝑄𝑚= 𝑞𝑟∗𝑁𝑟+𝑞𝐹1∗𝑁𝑓1+𝑞𝐹2∗𝑁𝐹2 86400 =9,087 𝑙 𝑠 dove Nr = Popolazione residente = 6000 abitanti qr = dotazione idrica = 90 l/s/d Nf1 = Abitanti fluttuanti (mezza giornata) = 800 abitanti 𝑞f1 = dotazione idrica 195 l/s/d Nf2 = Abitanti fluttuanti (intera giornata): 500 abitanti 𝑞f2= dotazione idrica 178 l/s/d Considerando il coefficiente di punta giornaliero kg relativo ad un nucleo di 6000 abitanti pari a 1.6, è stata calcolata la portata di progetto come segue: 𝑄𝑝=𝑘𝑔∗𝑄𝑚=1,6∗9,087=14,5397 𝑙 𝑠 che rappresenta la portata media nel giorno di massimo consumo.

Analisi della portata di progetto

Analisi della portata di progetto

Variabilità dei consumi idrici giornalieri Per ogni domanda idrica è stato assegnato un andamento di variabilità giornaliera attraverso la definizione di pattern.

Dimensionamento serbatoio Da normativa vanno considerati 3 contributi: Capacità di riserva Cr: 𝐶𝑟=𝑄𝑝∗ 86400 1000 =14,5397∗86,400=1256,23 𝑚 3 Capacità antincendio Ci: zona di classe A e livello 1 (bassi rischi di innesco e basse velocità di propagazione della fiamma) si deve garantire il funzionamento di almeno 2 idranti DN45 aventi ciascuno una portata di 2 l/s ed una pressione pari a 2bar per 30 minuti. Il volume per una popolazione superiore a 3000 abitanti risulta essere: 𝐶𝑖=6∗ 𝑁 ∗𝑡ℎ∗3,6=6∗ 7,3 ∗0,5∗3,6=29,18 𝑚 3 Capacità di compenso Cc: secondo una valutazione statistica il volume di compenso è 𝐶𝑐= 9 24 ∗86,4∗𝑄𝑝=471,09 𝑚 3 . La somma porta a 1750 m3 ed a favore di sicurezza abbiamo scelto un volume di 2000 m3, cui corrisponde un diametro di 20 m per 7 m di altezza

Posizionamento del serbatoio Il serbatoio è stato collocato a quota 290 m cosi da garantire un sufficiente carico piezometrico alla rete ed evitando l’utilizzo di pompe per servire l’area. Si rende necessario l’uso di una pompa per sollevare l’acqua fino al serbatoio.

Definizione rete di distribuzione Materiale: PEAD; Diametro di primo tentativo pari a 110 mm; Maglie Chiuse; Tubazioni posizionate secondo l’andamento della rete stradale.

Dimensionamento condotte di adduzione Materiale: PEAD Ks = 140 m1/3/s in condizioni di tubo nuovo. Ks = 120 m1/3/s in condizioni di tubo consumato. Condotte: SORGENTE-SERBATOIO Q= 0,7 Qp ed utilizzando la formula di Gauckler Strickler per condotte in pressione, note le lunghezze dei tubi: - 75 mm per la condotta senza pompa (L=625 m) - 75 mm per la condotta con la pompa (L=225 m).

Dimensionamento condotte di adduzione Materiale: PEAD Ks = 140 m1/3/s in condizioni di tubo nuovo. Ks = 120 m1/3/s in condizioni di tubo consumato. Condotte: SERBATOIO-RETE Il calcolo che tiene conto delle variazioni di scabrezza del tubo nel tempo porta alla necessità di impiegare due diametri differenti per la stessa condotta: - condotta di 200 m con 75 mm di diametro (Ks tubo consumato); - condotta di 120 m con 70 mm di diametro (Ks tubo consumato). Il calcolo in condizioni di tubo consumato e nuovo porta all’ individuazione di un carico aggiuntivo (15 m) dovuto alla minor scabrezza del tubo che deve essere dissipato da una valvola regolatrice dei carichi. La richiesta idrica nelle ore di massimo consumo rende tuttavia necessario l’impiego di un diametro di 110 mm, per il quale la valvola deve dissipare solo 1,6 m di carico aggiuntivo.

Dimensionamento serbatoio di compenso Per mantenere le pressioni all'interno del range ottimale e la portata il più regolare possibile nell’ arco della giornata, si è deciso di introdurre un serbatoio di compenso avente una capacità di 100 m3. Fissando un'altezza di 4 m il diametro è risultato essere pari a 6 m. Il serbatoio è stato posto nella zona più sfavorita, con quota zero della vasca a 20 m rispetto al piano campagna.

Analisi pressioni Tramite il software Qgis ed il plugin Qepanet (che utilizza il metodo di Todini-Pilati) abbiamo effettuato una simulazione giornaliera della rete andando a valutare le pressioni ai nodi e le velocità nelle condotte. Valvola di controllo delle pressioni (PRV): alla fine della condotta di adduzione serbatoio-rete Nelle zone della rete nei pressi del serbatoio di compenso

Le pressioni ai nodi oscillano tra i 20m e i 60m di giorno e i 70 m di notte rispetto al piano stradale.

Analisi velocità La maggior parte delle velocità rilevate durante l'analisi dell'intera giornata sono risultate essere all'interno del range di 0,5 m/s e 2 m/s. Tuttavia alcune condotte, in particolari orari della giornata hanno mostrato andamenti della velocità molto bassi. Questo è dovuto al fatto che in quegli orari (principalmente nelle ore notturne) le domande idriche ai nodi sono molto basse e prossime a zero. Altre condotte con comportamento simile sono quelle lontane dall’ adduzione e agli antipodi nella rete.

Verifica nelle condizioni di punta Si è verificata la rete di distribuzione considerando le portate medie giornaliere nel giorno di massimo consumo, moltiplicate per il coefficiente di punta orario 𝛼ℎ=2,20. Le pressioni sono risultate tutte accettabili. Minimi di pressione Ore 19 J11_SPA 30,99 m J3_GALILEI 31,82 m J43 31,25 m

Verifica antincendio La normativa prevede che in condizioni di incendio vada garantita una quota piezometrica ovunque maggiore di 5m dall’altezza del terzo piano e dov’è erogata la portata antincendio, superiore ai 15 m dal piano stradale. Per la verifica si è ipotizzata la necessità di domare un incendio nei pressi del nodo J5_OSPEDALE in quanto tale zona è la più alta del centro abitato e quindi la più sfavorita dal punto di vista idraulico. La portata da erogare all'idrante si è posta pari a 15 l/s; per tutti i rimanenti nodi della rete nel calcolo si è tenuto conto dell'80% della portata media giornaliera nel giorno di massimo consumo.

Verifica a rottura Si verifica infine il corretto funzionamento della rete ipotizzando la rottura in uno dei punti critici (nel tratto in cui la condotta di adduzione si immette nella rete). Le condotte da verificare sono due e per entrambe si è dimostrato che l’interruzione di tali tratti consente la regolare erogazione di portata media giornaliera, con la quota piezometrica di progetto. Chiusura valvola V106-105

Chiusura valvola V107-108

Analisi costi Infine sono stati calcolati i costi per la costruzione dell’opera e per la sua gestione annuale. I materiale che è stato utilizzato è il PEAD che garantisce un costo contenuto e livelli di prestazione molto alti.

Analisi costi

Bibliografia Interfaccia economico territoriale: www.territorio.provincia.tn.it Dispense prof. M. Leopardi Slide prof. R. Rigon Slide ing. E. Stella L. Da Deppo, C. Datei Acquedotti www.acqua.net Stima dei costi elementari AICOM Engineering System www.pump-selector.calpeda.com Listino prezzi valvole vemapla.it