5 MANUFATTI ORDINARI PER FOGNATURE

Segue una veloce carrellata sulle opere comunemente presenti in un reticolo di fognature; particolare attenzione è stata posta alla interazione di queste opere con le correnti veloci, al fine di individuare eventuali punti critici di un sistema di progetto.

5.1 POZZETTI DI CURVA

Vengono realizzati per ovviare a possibili inconvenienti o ostruzioni, resi più probabili dalla criticità del cambio di direzione della corrente. La tipologia di questo tipo di opere è molto varia, come sono molteplici i fattori che la influenzano: angolo di deviazione g, raggio r della curva, diametro D della condotta o larghezza B del canale rettangolare.

La curvatura della traiettoria provoca sulle correnti lente una inclinazione trasversale della superficie liquida, con sopraelevazione in corrispondenza della sponda esterna e depressione su quella interna. Per canali rettangolari con r/B>1.5 il dislivello Dh fra il punto più elevato e quello più depresso può essere ben valutato mediante la formula di Grashof:

(5.1)

Nelle correnti veloci si creano una serie di fronti d’onda stazionari incrociati che si influenzano mutuamente e determinano sia sulla sponda esterna, sia su quella interna, punti di innalzamento e di abbassamento. Per sezione rettangolare la massima sopraelevazione, che si osserva sulla sponda esterna, vale circa il doppio di quella di una corrente lenta a pari condizioni; per r/B>4 si ritiene tecnicamente accettabile la valutazione di h_max mediante:

(5.2)

dove h è l’altezza media della corrente.

La corrente subisce notevoli innalzamenti, che possono portare a condizioni di funzionamento pulsanti, con maggiori sollecitazioni sulle opere.

E’ inoltre opportuno rialzare la banchina del pozzetto in modo che non venga invasa dalle acque e resa viscida dal deposito di fanghi.

D’altra parte, per ottenere minori sovralzi, si potrebbe pensare di aumentare il raggio della curva, dovendo però realizzare manufatti molto ingombranti. E’ preferibile realizzare un cambio di direzione brusco, con piccolo raggio di curvatura, ma con la possibilità di contenere le dimensioni delle opere e garantire una cura superiore alle opere di ancoraggio necessarie. Per portate medio-piccole risulta generalmente conveniente realizzare il cambio di direzione in un pozzetto di salto.

Quando il rapporto fra raggio di curvatura e larghezza della sezione è maggiore di tre le perdite di carico sono trascurabili, altrimenti è necessario determinarne l’entità per verificare che l’energia specifica sia ancora sufficiente per il deflusso della portata di progetto. Le perdite di carico sono valutabili con la seguente relazione:

(5.3)

con il coefficiente K, deducibile dalla figura, in funzione dell’angolo al centro g (ASCE e WEF).

5.1.3.1 Coefficienti di perdita di carico in curva

5.2 POZZETTI DI CONFLUENZA

Sono punti critici di una rete fognaria per il gran numero di variabili geometrico-idrauliche in gioco: numero di canali confluenti, angolo di intersezione, forma e pendenza dei condotti.

5.2.3.1
Pozzetti di confluenza per piccoli diametri e per grandi diametri

Di seguito si tratterà la determinazione dei tiranti idrici nel caso in cui le correnti in arrivo e quella in uscita siano, in moto uniforme, ipercritiche.

Le correnti abbiano altezza di moto uniforme h₁, h₂ ed h₃, di stato critico k₁, k₂ e k₃; si ammetta h₃<k₁, h₃<k₂.

Ipotizzando che le correnti 1 e 2 arrivino in moto uniforme, si determini H₃’ dalla uguaglianza delle potenze:

(5.4) .

Se H₃’>H_C3, carico di stato critico, si ammette che nella confluenza si instauri l’altezza h₃’ corrispondente ad H₃’. Se h₃’<h₃ a valle si svilupperà un profilo di corrente veloce ritardata, se h₃’> h₃ un profilo di corrente veloce accelerata.

Se dovesse risultare H₃’< H_C3 si verificherebbe un deficit di energia, che verrebbe recuperato mediante il rigurgito dei canali di monte.

Si assegni alla sezione della confluenza il carico H_C3; se H₁< H_C3 e H₂< H_C3 entrambi i canali risulteranno rigurgitati. Siano h₁’ ed h₂’ i tiranti idrici corrispondenti alla condizione H₁’= H₂’=H_C3: nei tronchi di monte si osserva un profilo di corrente del tipo moto uniforme- risalto idraulico- corrente lenta ritardata in alveo a forte pendenza. Nel canale di valle si sviluppa un profilo di corrente veloce accelerata, partendo dall’altezza di stato critico.

Se H₁< H_C3 e H₂> H_C3 solo il canale 1 risulterà rigurgitato. Dalla

(5.5)

si determini H₁’ con la quale si proceda al calcolo del profilo di rigurgito.

Alla confluenza si presentano una corrente lenta ed una veloce che si omogeneizzano verso valle.

5.3 POZZETTI DI SALTO

Sono utilizzati qualora per contenere le velocità si voglia ridurre la pendenza della canalizzazione.

La determinazione della distanza fra i salti e la loro altezza comporta uno studio tecnico-economico, in quanto bisogna bilanciare la spesa per la realizzazione di un numero maggiore o minore di pozzetti con quella per effettuare scavi meno o più profondi, tenendo presenti i limiti imposti dalle caratteristiche geotecniche dei terreni attraversati e dalla resistenza statica delle tubazioni.

Si può inoltre scegliere se avere una pendenza minore, quindi più pozzetti, e tubazioni meno costose, se i diametri non aumentano eccessivamente, o maggiore pendenza e tubazioni resistenti all’abrasione.

L’altezza del salto deve essere comunque contenuta: per salti maggiori di 2÷4 metri possono insorgere gravi problemi di abrasione dei materiali esposti, rendendo necessari costosi interventi di ripristino.

5.3.5.1 Esempio di pozzetto di salto.

E’ buona norma evitare l’impatto della corrente liquida sulla parete del pozzetto che ingenera, oltre alle forti sollecitazioni sulla parete stessa, fenomeni di battimento ed occlusione del pozzetto, arrivando a rigurgitare i tronchi a monte qualora non si riuscisse a smaltire le portate in arrivo. A tal fine è necessario calcolare il profilo della vena in caduta libera e determinare di conseguenza le dimensioni del pozzetto. In letteratura si possono reperire abachi sperimentali per canali con diverse sezioni con i profili per vari numeri di Froude, solitamente adimensionalizzati con l’altezza idrica di monte.

La perdita di energia avviene per il cambio di direzione della corrente e per l’impatto sul fondo. Qualora la corrente di valle sia lenta si ingenera il risalto idraulico. L’entità della perdita di carico è all’incirca pari all’altezza del salto.

Calomino [5] e Frega [4], con sperimentazioni su correnti veloci e pozzetti circolari, per rapporti fra diametro del pozzo e diametro del condotto variabili da 1.5 a 4, hanno proposto:

(5.6)

con H₀ e H₁ energia specifica a monte e a valle del salto, a altezza del salto, h tirante idrico a monte, d diametro del condotto e q portata adimensionale:

L’espressione è valida per 1<a/d<5.

A Napoli De Marinis e Vicinanza [6], operando su correnti veloci in canali a sezione rettangolare, in assenza di parete frontale, hanno ottenuto:

(5.7)

con H₀ e H₁ energia specifica della corrente a monte e a valle del salto, a altezza del salto.

Poiché sia la (5.6) che la (5.7) forniscono H₁>H₀, si deduce che la corrente, giunta in moto uniforme, riparte con carico specifico maggiore e, quindi, con velocità molto maggiori di quelle calcolate per condizioni di moto uniforme.

Per evitare che le velocità che si stabiliscono nel primo tratto di valle siano maggiori di quelle che si avrebbero in moto uniforme con la pendenza naturale del terreno, annullando quindi l’effetto del salto, si devono avere rapporti fra la pendenza naturale del terreno i_t e quella prevista per la fogna i_f almeno dello stesso ordine di grandezza del rapporto fra le energie cinetiche della corrente a valle ed a monte del salto; si osservi che per la

(2.1) ,

l’energia cinetica risulta direttamente proporzionale alla pendenza.

Siccome per le correnti veloci h è trascurabile rispetto a V²/2g, il rapporto fra le energie cinetiche, e quindi le pendenze, è all’incirca pari al rapporto .