Dimensionamento Collettori Fognari e Idrogramma di Piena: Metodi e Componenti Essenziali

Dimensionamento di un Collettore Fognario Separato

Il collettore è un condotto di giunzione. Questi sono dimensionati in base alle portate meteoriche, poiché la durata degli eventi di pioggia è relativamente breve. Per la maggior parte del tempo, i collettori sono interessati dalle sole acque nere, con conseguenti problemi di velocità basse e fenomeni di sedimentazione.

Per tale motivo, per i collettori unitari si utilizzano sezioni diverse da quella circolare, in modo da garantire velocità adeguate. Per i collettori pluviali, invece, il dimensionamento avviene per valori minori del tempo di ritorno, per esigenze economiche. Nel caso dei sistemi misti, il dimensionamento sarà eseguito sia per le portate in tempo di asciutto che per quelle in tempo di pioggia.

Sezioni Tipiche dei Collettori

Tra le sezioni in commercio, quelle più utilizzate sono:

• Circolare;
• Ovoidale (nuovo/vecchio inglese);
• Policentrica con cunetta circolare;
• Policentrica allargata.

Pendenza e Velocità di Scorrimento

La pendenza deve essere tale da evitare sia la formazione di depositi di materiale putrescibile, sia l’abrasione del fondo e delle superfici interne da parte del trasporto solido. Per rispettare tali condizioni, la pendenza non dovrebbe scendere sotto il 5 per mille.

Nelle fognature, sia bianche che miste, assume molta importanza la massima pendenza, così da evitare che la velocità superi valori che contribuiscano all’azione abrasiva della corrente.

Dimensionamento di una Fognatura per Acque Bianche con il Metodo dell’Invaso

Le acque bianche sono quelle che provengono da impianti industriali o quelle utilizzate per lavare le strade. Per quanto riguarda il dimensionamento di una fognatura per acque bianche nei sistemi di scolo artificiali, viene applicato il metodo dell’invaso.

Questo si ottiene calcolando le perdite idrologiche con il metodo proporzionale, utilizzando il coefficiente di deflusso ϕ. La portata al colmo (Qc) risulta:

Qc = 2.78 * ϕ * Ab * at^(n-1) * (1 - e^(-tk))

dove k è la costante d’invaso.

Per trovare la condizione di massima portata al colmo, dobbiamo eguagliare a zero la derivata della relazione sopra descritta rispetto al tempo, ponendo t/k = ε.

Dato che nello schema di serbatoio lineare la costante d’invaso (k) è uguale al rapporto tra il volume invasato (W) e la portata uscente (Qcm), secondo la relazione:

k = W / (3600 * Qcm)

Definendo il volume specifico d’invaso come w = W / (10000 * Ab), si ottiene che:

k = 2.78 * Ab / Qcm

Questo valore, sostituito nella relazione principale, fornisce la massima portata al colmo. Il coefficiente udometrico è qcm = Qcm / Ab.

Il metodo dell’invaso si basa sull’equazione di continuità:

Φi * A * dt = q * dt + dW

Tale equazione stabilisce che, del deflusso delle acque reflue nel collettore fognario nel tempo dt, una parte defluisce nella sezione desiderata e una parte si inserisce nella rete a monte di questa.

Considerando l’idrogramma di piena dell’evento di pioggia, la massima portata si verificherà alla fine del periodo di pioggia (tp). Il problema consiste nell’individuare la durata di pioggia che massimizza la portata. Tale problema porta a un processo iterativo di calcolo delle portate pluviali sezione per sezione. Per il calcolo delle portate si ricorre alla formula razionale.

Componenti dell’Idrogramma di Piena

L’idrogramma relativo a un evento di piena assume, sotto l’ipotesi in cui l’evento di pioggia che lo determina sia costante nel tempo e nello spazio, un andamento caratteristico descritto da:

• Un deflusso di base e un deflusso di pioggia, che rappresentano rispettivamente le frazioni indipendenti del deflusso totale. Il deflusso di base è in gran parte dovuto allo scorrimento sotterraneo ed è quindi caratterizzato da tempi molto lunghi;
• Una curva di concentrazione, lungo la quale la portata aumenta rapidamente;
• Un colmo, in cui la portata aumenta più lentamente, assumendo un massimo per poi diminuire;
• Una curva di esaurimento, in cui la portata diminuisce sempre più lentamente.

Le componenti dell’idrogramma di piena sono rappresentate dal deflusso di base e dal deflusso di pioggia, che costituiscono le principali portate superficiali e sotterranee.