R03 Relazione idrologica e idraulica

CALCOLI IDRAULICI
DRENAGGIO DELLA PIATTAFORMA STRADALE
Premesse
La rete per l’evacuazione delle acque meteoriche dal corpo stradale, viene progettata in
maniera da captare la totalità delle acque piovane che cadono all’interno della carreggiata.
In sostanza la rete è costituita da un insieme di cunette laterali, situate ai bordi della carreggiata, che intercettano le acque piovane e che vengono convogliate nei tombini o per dispersione vengono scaricate nelle scarpate laterali, attraverso anche dei fori realizzati nei
muri di sostegno.
Gli elementi che costituiscono la rete sono quindi solamente le cunette laterali alla carreggiate e tombini in coincidenza degli impluvi, che scaricano direttamente e indirettamente in
acque pubbliche.
Stima della portata di deflusso dalla carreggiata
Per il calcolo della portata da allontanare dalla strada, e quindi della portata che la rete deve essere in grado di recepire, si è proceduto innanzitutto con l’analisi delle intensità di
precipitazione, nella stazione di Chiaramonte Gulfi, ricavando i dati relativi alle curve di
probabilità pluviometrica per i diversi tempi di ritorno associati. Da tale analisi, si è ottenuta una precipitazione di massima intensità di durata oraria, per un tempo di ritorno Tr =
100 anni, avente altezza h = 74,3 mm.
Dai rilievi condotti in campo e dall’analisi delle curve di livello e del profilo altimetrico
della strada, si è inoltre ricavata la superficie di riferimento per il calcolo della portata da
smaltire, che nel tratto più lungo la superficie di raccolta della strada risulta pari a circa
3000 m2. Nel dettaglio, si è considerata, in ipotesi di sicurezza, la superficie relativa a tutto
il nastro stradale a monte della sezione di studio, fino al cambio di pendenza. In particolare
tutte le superfici computate sono state considerate con coefficiente di deflusso unitario,
ammettendo cioè, in evidente ipotesi di sicurezza, che tutta l’acqua ricadente su di esse
confluisca nella canalizzazione di smaltimento in progetto, senza considerare la diminuzione dovuta a dispersione e infiltrazione.
Da quanto sopra riportato si ricava:
q=
A⋅h
3000 ⋅ 74.3
=
= 61,9 l / s ≅ 0,062 m 3 / s
3600 ⋅ t
3600 ⋅ 1
1
Questa si può assumere, a favore della sicurezza, come la portata massima che devono
intercettare i punti di captazione sulla carreggiata.
Dimensionamento delle cunette
Il calcolo idraulico delle cunette si può svolgere utilizzando le formule di moto uniforme
con riferimento alla portata Q che compete alla sezione terminale del tratto compreso tra
due punti di captazione della portata.
La portata massima Qc transitante nella cunetta potrà essere calcolata con la formula di
Gauckler-Strickler, assumendo:
•
•
•
•
A = b2 j / 2 : area liquida nella cunetta
Rh = b j / 2
i = pendenza longitudinale media della strada
Q = Ks ⋅ Rh2 / 3 ⋅ i1/ 2 ⋅ A portata calcolata con la formula di Gauckler-Strickler
dove “b” è la larghezza della cunetta e “j” la sua pendenza trasversale
Schema idraulico delle cunette
La portata “ Qc” calcolata in questo modo dovrà essere maggiore o uguale alla portata “Q”
che defluisce dalla carreggiata.
Assumendo:
•
•
•
•
Ks = 80 m1/3 s-1;
j = 0.13;
i = 0.03;
b = 0.75 m;
si ottiene
2
Qc = 67.61 l/s
che risulta maggiore della portata Q=61.91 l/s.
La cunetta, quindi, dovrà avere una larghezza minima di 0.75 m, ed una pendenza trasversale pari al 13 %.
DISPERSIONE NEL TERRENO DELLE ACQUE METERORICHE MEDIANTE
TRINCEA DRENANTE
Il criterio di dimensionamento di tutti i sistemi d'infiltrazione va eseguito confrontando le
portate in arrivo al sistema, con la capacità d'infiltrazione del terreno, tale confronto può
essere espresso con la seguente equazione di continuità, che rappresenta il bilancio delle
portate entranti e uscenti per il mezzo filtrante.
Per quanto riguarda i metodi di determinazione dell’idrogramma di piena, e quindi della
portata Qp, si fa riferimento in genere a un tempo di ritorno di 2 anni; nei casi in cui si temano pesanti conseguenze di eventuali allagamenti, si può giungere a tempi di ritorno anche di 5 - 10 anni [Jonason, 1984]. Ulteriore parametro da fissare è la durata dell'evento di
pioggia, che assume notevole importanza in tutti quei casi in cui entra in gioco la capacità
d'invaso del sistema d'infiltrazione. In linea di massima vanno scelte brevi durate (da 10
minuti a 1 ora), e quindi elevate intensità di pioggia, nel caso di suoli molto permeabili, e
al contrario lunghe durate (da qualche ora a 1 giorno), e quindi basse intensità di pioggia,
nel caso di suoli con permeabilità modesta [Jonason, 1984].
La superficie d'infiltrazione può essere stimata in prima approssimazione con la legge di
Darcy:
Qf =KJA con:
Qf
portata influente [m³/s];
K
permeabilità (o coefficiente di permeabilità) [m/s];
J
cadente piezometrica [m/m];
A
superficie netta d'infiltrazione [m²]
In Tabella sono riportati i valori di K per alcuni suoli tipici [Francani, 1988]. Al fine di tener conto che gli strati di terreno in questione si trovano spesso in condizioni insature, è
opportuno ridurre del 50% il valore della permeabilità che compare nella legge di Darcy
[Sieker, 1984]. La cadente piezometrica J può essere posta pari a 1 qualora il tirante idrico
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sulla superficie filtrante sia trascurabile rispetto all'altezza della strato filtrante e la superficie della falda sia convenientemente al di sotto del fondo disperdente.
Permeabilità di alcuni suoli tipici
Tipo di suolo
K
Permeabilità
-2
ciottoli, ghiaia (senza elementi fini)
> 10
sabbia, sabbia e ghiaia
10-2 + 10-5
sabbia fine, limo, argilla con limo e sabbia
elevata
-5
-9
-9
-11
10 + 10
argilla omogenea
10 +10
buona
cattiva
impermeabile
L’equazione di continuità può essere risolta per passi, fissando un intervallo temporale di
risoluzione (ad esempio 10 minuti).
Per qualunque sistema d'infiltrazione dotato di accumulo, occorre verificare che lo svuotamento, dopo la fine dell'evento piovoso, avvenga in un tempo non maggiore di quello medio stimato fra due eventi successivi (di solito si garantisce un tempo di svuotamento non
superiore a 4 giorni).
Nel caso i esame dai dati delle intensità di precipitazione raccolte nella stazione di Chiaramonte Gulfi, si può ricavare portata d'infiltrazione:
A =KJ/Qp m2
considerando
Qp
0.062 m³/s;
K=
10-2 m/s;
J=
23/500.00 = 0.046 m/m;
considerando una superficie di raccolta della strada di 4.457 mq.
la superficie netta d'infiltrazione risulta pari a 200 mq.
Il presente valore risulta a vantaggio di sicurezza avendo considerato nel calcolo della portata di influenza, la precipitazione di massima intensità di durata oraria, per un tempo di ritorno Tr = 100 anni.
La trincea drenante da realizzare per garantire lo smaltimento delle acque per dispersione, fissata la larghezza di drenaggio pari a 0.80 m, dovrà avere una lunghezza minima di
250 ml.
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CONCLUSIONI
Le portate di progetto assunte per le elaborazioni effettuate corrispondono a buone condizioni di sicurezza, poiché si è fatto riferimento ad un valore del tempo di ritorno piuttosto
alto (Tr = 100 anni).
I terreni, come si evince della relazione geologica, sono caratterizzati da depositi incoerenti
o pseudo-coerenti riferibili alle alluvioni recenti ed attuali, nonché ai coni di detrito, caratterizzati da una permeabilità di grado medio.
Per quanta riguarda lo smaltimento delle acque meteoriche, è stata prevista la realizzazione
di canali di raccolta ai lati della strada, che convogliano le acque meteoriche nei tombini
esistenti o previsti da realizzare nelle incisioni naturali esistenti. Inoltre le acque nei tratti a
valle della strada vengono smaltite direttamente nelle scarpate laterali, per dispersione naturale nei terreni a valle della strada. Nel primo tratto di strada dove non c’è la presenza di
alcuno impluvio per il convogliamento delle acque della strada, è stata prevista la realizzazione di una trincea drenate, in modo da smaltire le acque meteoriche nei terreni sottostanti
il piano stradale.
Infine non si prevedono fenomeni di ruscellamento allo sbocco dei tombini, in quanto le
acque raccolte vengono smaltite gradualmente lungo il tracciato stradale e di conseguenza
la quantità convogliata nei tombini risulta di modesta entità.
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