Relazione di calcolo idraulico
- PROGETTO DEFINITIVO -
di LETTERE, CASOLA di NAPOLI e S. ANTONIO ABATE
della COLLINA di DEPUGLIANO INCOMBENTI sui COMUNI
SISTEMAZIONE IDROGEOLOGICA dei VERSANTI
PROGETTAZIONE
2
1
0
Rev.DATA DESCRIZIONE DELLA REVISIONE
ELABORATO n° SCALA CODICE PROGETTO
POR Campania FESR 2007/2013D.G.R. 496/2013 - Iniziative di accelerazione della spesa - Allegato 1 - ID 01
(APQ Difesa Suolo - D.G.R. 1001/2005 - cod. DS.NA.03/1)
Il Responsabile del Procedimento:
ing. MASSIMO DELLA GATTA
aggiornamento 2014
SNAMPROGETTI S.p.A. progettazione definitiva, relazione geologica e Piano di Sicurezza di cui al Contratto di
Il Segretario Generale dell'AdB:
avv. LUIGI STEFANO SORVINO
12/04
12/14
(Mandataria)
- ing. LUIGI FARIELLO
- geol. ANTONELLA GUERRIERO
- arch. ORNELLA PISCOPO
- arch. MAURO VINCENTI
GRUPPO DI LAVORO (ex Ord. n. 15 del 17/02/14) :
(elaborati di calcolo, specialistici e contabili)
(studi ed elaborati geologico-tecnici)
(inserimento urbanistico e fattibilità ambientale)
(elaborati grafici e Piano di Sicurezza e Coordinamento)
Servizi Rep. n° 9 del 07.04.2004 - approvata con D.G.R. n. 1888/2005
verifica ed adeguamento tecnico-normativo, contabile ed amministrativo degli elaborati
progettuali di cui alla Rev. 0
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INDICE
1. PREMESSA................................................................................................................ 2
2. IL MODELLO MATEMATICO UTILIZZATO ............................................................... 4
2.1. CARATTERISTICHE PRINCIPALI.................................................................................. 4
2.2. VALUTAZIONE DELLA CONDUCIBILITÀ IDRAULICA ........................................................ 7
2.3. VALUTAZIONE DEL PARAMETRO DI MANNING ............................................................. 8
2.4. VALUTAZIONE DELLE PERDITE DI ENERGIA SPECIFICA............................................... 11
2.5. PROCEDURA DI CALCOLO....................................................................................... 12
2.6. DETERMINAZIONE DEL TIRANTE DI STATO CRITICO ................................................... 13
2.7. REGIMI DI CORRENTE MISTA................................................................................... 13
2.8. CREAZIONI DI SEZIONI TRASVERSALI FITTIZIE........................................................... 15
3. MODELLAZIONE IDRAULICA DEGLI ALVEI .......................................................... 16
4. VASCHE ................................................................................................................... 19
4.1. VASCA COTTIMO ................................................................................................... 19
4.2. VASCA SALETTA.................................................................................................... 20
5. OPERE DI ADEGUAMENTO IDRAULICO FUNZIONALE........................................ 22
5.1. CANALI E COLLETTORI DI PROGETTO....................................................................... 22
5.1.1. Portate pluviali.............................................................................................. 22
5.1.2. Verifiche idrauliche ....................................................................................... 23
5.1.3. Manufatti della rete di drenaggio .................................................................. 25
5.2. CANALI ESISTENTI ................................................................................................. 25
5.2.1. Canale della Saletta ..................................................................................... 25
5.2.2. Alveo Cottimo............................................................................................... 25
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1. PREMESSA
Il presente aggiornamento progettuale di livello definitivo (Rev. 1 – dicembre 2014),
redatto dal personale interno all’Autorità di Bacino della Campania Centrale (Gruppo di
Lavoro costituito con Ord. n. 15 del 17.02.2014 del Commissario Straordinario pro
tempore), concerne la verifica e l’adeguamento della precedente versione di pari livello
(Rev. 0 – dicembre 2004)1 – redatta dall’ATI Snamprogetti S.p.A. (mandataria) a seguito di
apposito Contratto di Servizi Rep. n. 9 del 07.04.20042 ed approvata con D.G.R. n.
1888/2005 – ai sopraggiunti scenari tecnici e normativi. In particolare, l’attività di
aggiornamento si inquadra nelle iniziative di accelerazione della spesa di cui alla D.G.R. n.
148 del 27.05.2013, atteso che il progetto di cui trattasi rientra tra quelli ritenuti selezionabili
dalla D.G.R. n. 378 del 24.09.2013, nonché nel bacino dei progetti potenzialmente coerenti
da ammettere a finanziamento sul POR FESR Campania 2007/2013 di cui all’Allegato 1
della D.G.R. n. 496 del 22.11.2013 (cfr. interventi di cui all’A.P.Q. Difesa Suolo – Delibere
CIPE 142/1999, 84/2000, 17/2003 e 20/2004 – ID 1), per un importo complessivo di 10
milioni di Euro.
1già oggetto di verifica “interna” da parte del RUP con verbale del 15.02.2005
2Contratto di Servizi per “Progettazione definitiva, relazione geologica e Piano di Sicurezza” tra la Mandataria
ed il Segretario Generale pro tempore
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La presente relazione idraulica è suddivisa in due parti: la prima, relativa al
dimensionamento ed alla verifica degli interventi previsti lungo gli alvei naturali; la seconda,
alla progettazione degli interventi di regimazione “artificiale” delle acque (canali in c.a. e
collettori).
Con riferimento alla prima problematica, si procederà all’individuazione – mediante
modellazione matematica dei fenomeni di rigurgito, di esondazione e di allagamento – dei
livelli di “pericolosità” e di “rischio” che caratterizzano i valloni presi in esame nell’ambito del
presente progetto definitivo (Rev. 1). In particolare, vengono esaminati e modellati i
fenomeni che, in base alle analisi idrologiche eseguite, potrebbero verificarsi – per valori
del periodo di ritorno T=100 anni – lungo i valloni Rendina e Cottimo, nonché lungo il
canale San Giorgio e l’Alveo Strada n. 2.
L'analisi viene sviluppata mediante un modello matematico che, pur utilizzando un
“approccio unidimensionale", lo generalizza e lo adatta per poter meglio portare in conto
l'effettiva geometria delle sezioni trasversali e l'effettivo andamento plano-altimetrico sia dei
valloni veri e propri che delle “aree golenali” ad esso contigue, qualora interessate da
allagamento a seguito di tracimazione. Nelle pagine che seguono saranno illustrate, tra
l’altro, le ipotesi di base e le principali caratteristiche del modello matematico utilizzato.
I risultati delle elaborazioni effettuate sono sintetizzati nella presente relazione
relativamente alle verifiche eseguite con riferimento alle condizioni attuali e di progetto degli
alvei Rendina, Cottimo e San Giorgio e di progetto dell’Alveo Strada n. 2.
Nella seconda parte della presente relazione vengono, invece, dimensionati i collettori
per il convogliamento delle portate meteoriche ed i canali in c.a. di collegamento alle
principali opere idrauliche previste.
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2. IL MODELLO MATEMATICO UTILIZZATO
2.1. CARATTERISTICHE PRINCIPALI
Il modello matematico utilizzato nelle analisi dei fenomeni di rigurgito che possono
svilupparsi a seguito di piogge di notevole intensità e durata è il ben noto HEC-RAS
(Hydrologic Engineering Center - River Analysis System, Versione 3.1.2), sviluppato dal
U.S. Army Corps of Engineers, sotto l’acronimo HEC-2 (moto permanente) e HEC-5 (moto
vario), a partire dagli anni ’70.
Esso è basato su una modellazione matematica di tipo “unidimensionale esteso”, che
consente, per assegnati valori delle portate in ingresso nei diversi tratti, di determinare i
profili di corrente che possono realizzarsi sia in condizioni di moto permanente che in
condizioni di moto vario.
Le due equazioni sulle quali si basa sono le classiche equazioni del moto e di continuità,
che, con riferimento a condizioni di moto permanente, si scrivono nella forma:
a) Equazione del moto:
Jdx
dE (1)
b) Equazione di continuità:
0dx
dQ(2)
L’equazione del moto esprime un bilancio di tipo energetico. In pratica, tale equazione
afferma che la variazione, per unità di percorso, dell’ energia specifica E della corrente
(energia per unità di peso del liquido) è pari alle perdite continue derivanti dagli scambi
turbolenti e dai fenomeni viscosi che si sviluppano tra strati a differenti velocità esistenti
all’interno della massa fluida, rappresentati dal termine J.
Il software HEC-RAS è, per altro, in grado di portare in conto anche le perdite di energia
dovute a fenomeni di contrazione o di espansione della corrente tra due sezioni successive.
L’equazione della continuità esprime, a sua volta, un bilancio tra le masse entranti ed
uscenti da un tronco elementare d’alveo di lunghezza dx. Nell’ipotesi, senz’altro veritiera
soprattutto per le correnti a pelo libero, in cui la densità del fluido possa ritenersi costante, il
suddetto bilancio si può effettuare indifferentemente tra le masse o, come nel caso in
esame, tra volumi d’acqua in ingresso ed uscita dal tronco. In condizioni di moto
permanente ed in assenza di portate laterali in ingresso ed uscita, la suddetta equazione si
può scrivere nella seguente maniera:
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tQdx
dQcos0 (3)
con il valore della costante eventualmente variabile da tronco a tronco.
Viceversa, nel caso di portate variabili lungo il percorso, la (3) può scriversi nella forma:
qdx
dQ (3’)
con q portata uscente per unità di lunghezza, data, nel caso di sfiori, da
23
,2
3
, 22 SxsfSxSxDxsfDxDx hhghhgq (4)
essendo
Dx e Sx , rispettivamente, i coefficienti di efflusso sulle soglie di sfioro poste in
destra ed in sinistra idraulica;
Dxsfh , e Sxsfh , , rispettivamente, le altezze (riferite al fondo della sezione) delle soglie
di sfioro poste in destra e in sinistra idraulica;
Dx e Sx , rispettivamente, due indici di Kroneker, pari ad uno se il tirante idrico è
più alto dell’altezza della soglia corrispondente e pari a zero nel caso opposto.
Il software HEC-RAS utilizza, inoltre, anche l’equazione di bilancio delle quantità di
moto, scritta nella forma approssimata
tg
vQcos
(5)
nella quale è la sezione idraulica e è l’affondamento del baricentro della sezione
idrica.
Tale equazione viene utilizzata, più in particolare, in tutte quelle situazioni in cui il profilo
di corrente è rapidamente variabile, come nei risalti idraulici o nelle confluenze, e, pertanto,
non risulta più possibile applicare in modo affidabile il principio di conservazione
dell’energia descritto dalla (1).
Il software utilizzato è capace, inoltre, di valutare gli effetti di vari ostacoli eventualmente
presenti in alveo, come ponti, tombini, sottopassi, rilevati stradali o ferroviari ed altre
strutture. Esso, pertanto, si presenta particolarmente utile nel caso in esame, anche in
relazione alla necessità di simulare il comportamento idraulico del sottopasso
dell’Autostrada A30 presente nel tratto più a monte.
Il sistema di equazioni differenziali costituito dalle equazioni (1) e (2) è risolto
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numericamente per differenze finite.
Discretizzando l’equazione (1), si può scrivere:
ehEE 12 (6)
in cui l’energia specifica E è pari a :
g
vyzE
2
2(7)
essendo:
z = la quota di fondo della sezione trasversale;
y = il tirante idrico;
v = la velocità media di portata;
g = l’accelerazione di gravità;
= il coefficiente correttivo per le velocità (primo coefficiente di Coriolis);
Quindi, la (1) si può scrivere nella forma:
ehg
vzy
g
vzy
22
211
11
222
22
(8)
dove eh sono le perdite di energia tra le due sezioni 1 e 2.
La successiva Figura 1 mostra i vari termini che rientrano nell’equazione del moto.
Fig. 1 – Schema di definizione
Le perdite di energia tra due sezioni trasversali si possono valutare con la seguente
equazione:
g
v
g
vcJlhe
22
211
222
(9)
dove:
J = perdite di energia per unità di lunghezza
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c = coefficiente di perdita per espansione o contrazione laterale
2.2. VALUTAZIONE DELLA CONDUCIBILITÀ IDRAULICA
In conseguenza delle differenti caratteristiche di scabrezza delle diverse parti del
perimetro bagnato e di repentini allargamenti di sezione che potrebbero verificarsi
nell’ambito delle sezioni trasversali, per la determinazione della conducibilità totale è
necessario che la sezione idrica sia suddivisa, preventivamente, in parti omogenee,
all’interno delle quali la velocità possa ritenersi, almeno approssimativamente,
uniformemente distribuita.
L’approccio usato da HEC-RAS è quello di suddividere la sezione idrica in varie strisce
verticali, tracciate a partire da quei punti del contorno nei quali si verifica una variazione
della larghezza e/o del coefficiente di Manning, seguendo la procedura illustrata nella
successiva Figura 2:
Fig. 2 – Suddivisione delle sezioni trasversali in strisce verticali
La conducibilità idraulica relativa ad ognuna delle strisce è calcolata con la formula di
Manning:
2
1
ikQ (10)
dove
3
2486.1
ARn
k (11)
Si osservi che la (11) è valida nel sistema di misura anglosassone. In essa, si sono
posti:
k = conducibilità idraulica relativa ad ogni singola striscia;
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n = parametro di scabrezza di Manning relativo alla singola striscia
A = sezione idrica;
R = raggio idraulico.
Il software, valutati i singoli termini relativi alle varie strisce, e calcolata la portata
defluente all’interno di ciascuna di esse, passa poi a sommare tutte le portate così valutate,
avendo altresì cura di valutare sia la portata complessivamente convogliata sulla banchina
sinistra che su quella destra.
La conducibilità idraulica per il canale principale si valuta, di norma, senza nessuna
suddivisione. In questo caso, il coefficiente di Manning è valutato con la seguente
equazione:
3
2
1
5.11 )(
p
i
ic
P
nPn (12)
dove:
cn = il coefficiente equivalente di Manning
iP = perimetro bagnato i esimo
in = coefficiente di Manning associato a questo
P = perimetro bagnato dell’intero canale principale.
2.3. VALUTAZIONE DEL PARAMETRO DI MANNING
Per un corretto calcolo del profilo di corrente è dì fondamentale importanza la
valutazione del coefficiente di Manning n. Il valore del coefficiente n è molto variabile e
dipende da numerosi fattori come: l'attrito della superficie; la presenza di vegetazione;
l’irregolarità del canale; la presenza di depositi o di fenomeni erosivi; la forma e la
dimensione del canale; la presenza o meno dì trasporto di materiale in sospensione o di
fondo.
Un'attenta valutazione dei valori di n per i canali naturali o artificiali si può trovare nel
libro di Chow intitolato “Open Channel Hydraulics”, dal quale è stata estratta la Tabella I di
seguito riportata.
Sebbene ci siano molti fattori che influenzano la scelta del valore di n per un canale,
alcuni fattori più importanti sono il tipo e la dimensione dei materiali che compongono il letto
e le sponde del canale e la forma del canale stesso.
Cowan (1956), per determinare il valore da attribuire al parametro n di Manning, sviluppò
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un procedimento per la stima degli effetti di questi fattori sul parametro stesso. Nel
procedimento di Cowan, il valore di n è determinato in base alla seguente espressione:
n = (nb+n1+n2+n3+n4) m (13)
dove
nb = valore base di n per canali lineari costituiti da materiali naturali;
n1 = valore aggiunto per correggere le irregolarità della superficie;
n2 = valore per le variazioni della forma e delle dimensioni del canale;
n3 = valore per le ostruzioni;
n4 = valore per la vegetazione e le condizioni di moto;
m = fattore correttivo che tiene conto della presenza dei meandri.
Per la valutazione del valore base di n esistono diverse espressioni e tabelle (cfr.
seguente Tabella I) tra le quali la seguente formula di Limerinos:
84
6
1
log0.216.1
0926.0
d
R
Rn (14)
dove:
R = raggio idraulico (in piedi - N.B.: il valore deve essere compreso tra 1 e 6 piedi)
d84 = diametro (in piedi) delle particelle in corrispondenza del passante all’84% in
volume. (il valore deve essere compreso tra 1.5 mm e 250 mm).
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Valori del coefficiente di M anning
Tipo di canale e descrizione Minimo Normale Massimo
Canale principale
Pulito, dritto, nessuna
fenditura o buca profonda 0,025 0,03 0,033
Come sopra ma con più sassi
e sterpaglie 0,03 0,035 0,04
Pulito, ma con alcune buche e
ostacoli 0,033 0,04 0,045
Come sopra ma con pietre ed
erbacce 0,035 0,045 0,05
Come sopra ma con zone di
flusso bloccato 0,04 0,048 0,055
Come sopra ma con più pietre0,045 0,05 0,06
Con tratti lenti ma e con buche
profonde 0,05 0,07 0,08
Cnali molto erbosi e con
buche profonde 0,07 0,1 0,15
Banchine
Pascoli senza boscaglia
Erba bassa 0,025 0,03 0,035
Erba alta 0,03 0,035 0,05
Aree coltivate
Senza raccolto 0,02 0,03 0,04
Raccolto maturo a righe 0,025 0,035 0,045
Raccolto a campo 0,03 0,04 0,05
Boscaglia
Boscaglia sparsa 0,035 0,05 0,07
Bosco leggero ed alberi in
inverno 0,035 0,05 0,06
Come sopra ma in estate 0,04 0,06 0,08
Boscaglia fitta in inverno 0,045 0,07 0,11
Come sopra ma in estate 0,07 0,1 0,16
Alberi
Terra pulita con ceppi d'albero
senza germogli 0,03 0,04 0,05
Come sopra ma con germogli0,05 0,06 0,08
Fitte foreste di alberi da legna,
pochi alberi bassi con poco
sottobosco e con flusso sotto i
rami 0,1 0,12 0,16
ome sopra ma con il flusso tra
i rami 0,1 0,12 0,16
Salici densi 0,12 0,15 0,2
Corsi montani, senza vegetazione nel canale, con le sponde molto
pendenti, con alberi e boscaglia sulle sponde fuori terra
Letto: ghiaia, ciottoli ed alcuni
massi 0,03 0,04 0,05
Letto: ciottoli con grossi massi 0,04 0,05 0,07
Tabella I - Valutazione del Coefficiente di Manning
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Poiché HEC-RAS è un programma che, per il calcolo dei profili di corrente, utilizza un
modello unidimensionale, è necessario valutare un coefficiente correttivo per l’energia
cinetica che tenga conto dei diversi valori della stessa all’interno di una sezione trasversale.
La figura 3 mostra come si ottiene il coefficiente di ragguaglio α per una sezione trasversale
che presenta un canale principale e una banchina destra.
Fig. 3 – Valutazione del coefficiente di ragguaglio α dell’energia cinetica
Il coefficiente è calcolato effettuando una media pesata sulle portate della velocità media
di portata, avvalendosi dell’espressione seguente:
21
22
2
21
12 22
2 QQ
g
vQ
g
vQ
g
v
(15)
che è uguale a
221
222
211
VQQ
VQVQ
(16)
Quindi, in generale, si può scrivere:
2
2222
211 ]...........[
VQ
VQVQVQ NN
(17)
2.4. VALUTAZIONE DELLE PERDITE DI ENERGIA SPECIFICA
La valutazione di J è fatta per ogni sezione trasversale con l’equazione di Manning come
segue:
2
K
QJ (18)
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Il problema è come valutare il suo valore medio all’interno del tronco di calcolo. I testi di
Idraulica consigliano, di norma, di fare riferimento ad una media dei valori di J calcolabili
rispettivamente in corrispondenza della sezione iniziale e finale del tronco. Tale media
potrà essere una media aritmetica, geometrica o armonica in funzione delle condizioni di
corrente.
A tale proposito, può osservarsi che il software HEC-RAS provvede, automaticamente,
ad individuare il tipo di media da effettuare proprio in relazione al tipo di corrente che si va
ad instaurare nell’ambito di ciascun tronco di calcolo.
2.5. PROCEDURA DI CALCOLO
La quota di pelo libero in una determinata sezione si valuta attraverso la risoluzione, per
tentativi, dell’equazione di conservazione dell’energia.
Più in particolare, la procedura di calcolo adottata da HEC-RAS è la seguente:
1) si ipotizza un tirante idrico (nella sezione più a monte se si sta calcolando un profilo
di corrente lenta; in quella più a valle se si sta tracciando un profilo di corrente
veloce);
2) in base al tirante idrico ipotizzato si calcola la corrispondente conducibilità idraulica
e la corrispondente energia cinetica;
3) con i valori calcolati nei punti 1 e 2 si risolve l’equazione dell’energia
4) si confronta il valore ipotizzato nel punto 1 con quello calcolato al punto 4; se i valori
coincidono (a meno di un prefissato errore assoluto), il processo iterativo si arresta;
altrimenti, si ripetono tutti i passi sopra descritti fino a quando non si verifica uno
scarto massimo minore di 3 mm (o un’altra tolleranza definita dall’utente).
5) il software procede iterativamente fino ad un numero massimo di iterazioni; se il
programma non converge entro il numero massimo di iterazioni prefissato, assume
che nella sezione si realizzino condizioni di stato critico, per cui calcola il tirante di
stato critico. Poi, il programma confronta se il tirante con il minore errore (tra quelli
trovati per tentativi all’interno dell’iterazione) è contenuto in una tolleranza
predefinita. Se accade questo, e inoltre, questo tirante è congruente con il tipo di
corrente che si sta analizzando (si sta analizzando una corrente lenta il tirante deve
essere superiore a quello di stato critico), allora il programma userà questo valore
come corretto anche se ci sarà un warning che avverte di questo.
6) se, al contrario, il tirante con il minor errore non rispetta la tolleranza predefinita,
oppure non è congruente alla corrente analizzata, il programma in quella sezione
assumerà il tirante di stato critico. In questo caso, molto probabilmente il motivo per
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il quale il programma non converge è dovuto ad un numero non adeguato di sezioni
introdotte.
2.6. DETERMINAZIONE DEL TIRANTE DI STATO CRITICO
La condizione di stato critico in una sezione viene calcolata dal programma in base alla
sua stessa definizione: lo stato critico è la condizione in corrispondenza della quale la
corrente di portata Q viene a defluire, in una data sezione, con il minimo contenuto
possibile di energia totale. Il carico totale è definito dalla seguente equazione:
g
vhH
2
2(19)
Pertanto, il tirante di stato critico viene trovato tramite l’equazione (19). Tale equazione è
risolta iterativamente, inserendo nel suo interno dei valori di tentativo per h. Il valore critico
è quello in corrispondenza del quale H è minimizzato. Il tutto è sintetizzato graficamente
nella successiva Figura 4.
Fig. 4 – Determinazione delle condizioni di stato critico
Il valore di stato critico è quello in corrispondenza della tangente verticale al grafico che
corrisponde al minimo contenuto di carico totale H.
2.7. REGIMI DI CORRENTE MISTA
Il software HEC-RAS può valutare profili di corrente lente, veloci o miste. Nei profili di
corrente mista HEC-RAS individua i risalti idraulici applicando l’equazione di bilancio delle
quantità di moto, scritta nella forma:
22
2
222
11
1
121 yA
Ag
QyA
Ag
Q
(20)
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dove
Q = portata
= coefficiente correttivo per il momento
A = sezione idrica
y = affondamento del baricentro della sezione idrica
g = accelerazione di gravità
Quindi, in generale, si può scrivere la seguente equazione:
.cos2
tyAAg
Q
Il primo addendo dell’equazione è la componente dinamica (è un momento di una
quantità di moto), il secondo termine è la componente statica (è il momento statico). I due
termini, dimensionalmente, sono una forza per unità di peso d’acqua. Le correnti miste
vengono calcolate da HEC-RAS nel seguente modo:
1) Per prima cosa è calcolato un profilo di corrente lenta partendo da una condizione al
contorno nota di valle. Durante questa fase, tutte le sezioni dove il programma
segnala una condizione di stato critico sono memorizzate per una successiva
verifica.
2) Successivamente, il programma inizia a calcolare un profilo di corrente veloce
partendo da monte. Se la condizione al contorno è veloce allora il programma
analizza se questa ha una forza specifica superiore del precedente tirante di
corrente lenta calcolata in questa sezione. Se la condizione al contorno ha una forza
specifica maggiore allora si considera vera questa e il programma calcola un profilo
di corrente veloce da questa sezione verso valle. Se il tirante di corrente lenta ha
una forza specifica maggiore allora il programma cerca a valle una sezione dove,
durante il calcolo di corrente lenta, il programma cerca a valle una sezione dove,
durante il calcolo di corrente lenta, il programma è andato allo stato critico. In questa
sezione usa il tirante di stato critico come condizione al contorno ed inizia a
calcolare un profilo di corrente veloce.
3) Il programma calcola un profilo di corrente veloce fino a quando non trova una
sezione trasversale che ha entrambi i tiranti veritieri, sia quello di corrente veloce
che quello di corrente lenta, tra i due viene considerato come effettivo quello che ha
una forza specifica superiore. Se il tirante veloce ha una maggiore forza specifica
allora il programma continua calcolando una corrente veloce verso valle
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continuando, però , a confrontare le forze specifiche per le due condizioni. Quando il
programma trova una sezione trasversale dove il tirante lento ha una maggiore
forza specifica allora impone un risalto idraulico tra questa sezione e la precedente.
4) Il programma, poi, salta alla successiva sezione di valle dove è stata segnalata la
condizione di stato critico nella fase 1 e ritorna alla fase 2.
2.8. CREAZIONI DI SEZIONI TRASVERSALI FITTIZIE
Talvolta, per ottenere un processo convergente, è necessario aumentare
considerevolmente il numero di sezioni trasversali. Il software HEC-RAS possiede, a tale
scopo, una routine che consente l’interpolazione di sezioni trasversali tra due sezioni vere
introdotte dall’utente. La creazione di sezioni trasversali interpolate è spesso richiesta
quando la variazione di velocità è troppo grande per determinare, in maniera accurata, la
variazione di energia totale. Un’adeguata conoscenza di come varia l’energia totale è
necessaria per modellare accuratamente le perdite di carico. Inoltre, quando le sezioni
trasversali sono troppo lontane il programma potrebbe non trovare la soluzione
dell’equazione dell’energia e quindi sarebbe imposto per default il tirante di stato critico.
La routine d’interpolazione geometrica di HEC-RAS è basata su un modello a corde
com’è rappresentato nella figura successiva:
Fig. 5 – Creazione di sezioni virtuali interpolate tra sezioni reali
La routine “a corde” presente all’interno del software HEC-RAS consente di creare una
serie di segmenti chiamati corde che uniscono le coordinate di due sezioni successive. Le
corde sono classificate in corde principali e in corde secondarie.
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3. MODELLAZIONE IDRAULICA DEGLI ALVEI
Il modello idraulico è stato costruito inserendo le geometrie degli alvei principali così
come ricavate dai rilievi topografici di dettaglio eseguiti ai fini della precedente stesura
progettuale (Rev. 0).
Più in particolare, nel data-base del codice di calcolo descritto al paragrafo precedente
sono state inserite sia le sezioni corrispondenti ai valloni “Rendina” e “Cottimo” che quelle
relative al “Canale San Giorgio” e al cosiddetto “Alveo-Strada 2”. Per quanto riguarda i primi
tre, si è avuto altresì cura di inserire, all’interno del data-base del programma, sia le
caratteristiche geometriche relative alle loro condizioni attuali che a quelle ottenibili
successivamente alla realizzazione delle opere in progetto3.
La distanza tra due sezioni trasversali successive è stata mantenuta variabile in
relazione alla più o meno elevata variabilità spaziale delle sezioni. Nei punti in cui sono
presenti particolarità morfologiche, come i salti ed i restringimenti, le sezioni sono state
infittite per avere un maggior dettaglio. Il software HEC-RAS ha, inoltre, consentito di
portare in conto, all’interno di ciascuna sezione trasversale, l’eventuale presenza di sponde
sfioranti.
Per quanto riguarda il valore del coefficiente di scabrezza, come si già avuto modo di
dire, il programma utilizza la formula proposta da Manning. Per le verifiche idrauliche, sono
stati utilizzati valori del coefficiente di Manning rispettivamente pari a 0.025 m-1/3 s
(corrispondente ad un valore del parametro di conducibilità di Strickler pari a 40 m1/3 s-1),
per tutti i tratti di alvei naturali o riconducibili a tali, e 0.020 m-1/3 s, (corrispondente a un
valore del parametro di conducibilità di Strickler pari a 50 m1/3 s-1), per tutti i tratti
cementificati.
Essendo la distanza tra due sezioni trasversali elevata, l’equazione dell’energia
potrebbe non convergere. Per questo motivo, si è sfruttata la routine d’interpolazione
geometrica presente all’interno del software HEC-RAS, imponendo una distanza massima
tra due sezioni trasversali pari a circa un metro.
Le portate di calcolo considerate in ingresso nei vari tronchi oggetto di verifica sono le
seguenti (cfr. Tabella XIII dell’elaborato A.05 – “Relazione Idrologica”, valori della portata al
colmo di piena con periodo di ritorno T=100 e 200 anni):
3per l’Alveo Strada n. 2 si è fatto riferimento alla sola configurazione di progetto
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Bacino Località QT=100 (m3/s) QT=200 (m3/s)
1 Vallone Cottimo 10.10 11.72
4 Vallone Rendina 4.30 4.99
7 Canale S. Giorgio 2.19 2.54
10 Alveo Strada n° 2 4.89 5.67
Tabella II – Portate di calcolo immesse nelle sezioni iniziali dei diversi tronchi d’alveo
Essendo tutti alvei caratterizzati da forti pendenze, quali condizioni al contorno, sono
state considerate quelle di stato critico, sia nelle sezioni di monte che nella sezione di valle;
in corrispondenza dei punti di confluenza e di biforcazione il programma utilizza, invece, il
metodo di bilanciamento dell’energia.
Dai profili di corrente ottenuti nelle condizioni attuali ed in quelle a sistemazione
avvenuta (rif. T=100 anni) si evince quanto segue:
relativamente allo stato attuale, il vallone Rendina presenta una insufficienza nel
tratto tombato con conseguente esondazione del corso d’acqua ed allagamento della
località Gesini, a causa della ridotta sezione idrica del tratto; tale insufficienza può
essere superata mediante la realizzazione di un nuovo tratto tombato di idonea
sezione con relativo adeguamento dell’opera imbocco (stato di progetto – Tavv. VR);
relativamente allo stato attuale, il canale S. Giorgio ha presentato innumerevoli punti
di crisi idraulica in corrispondenza di ampi tratti della sponda destra, in buona parte,
assente o fatiscente (vedasi sezz. da 8 a 10, sez. 29, sezz. 34 e 35 del profilo di
corrente allegato); ai fini del ripristino della sicurezza idraulica dell’alveo viene
prevista la risagomatura del fondo e delle sezioni, previo ripristino spondale con
muratura in c.a. (stato di progetto – Tavv. CSG);
allo stato attuale, il vallone Cottimo non presenta particolari problematiche idrauliche
(essendo l’alveo particolarmente incassato), tuttavia, al fine di contenere i fenomeni
erosivi e stabilizzarne le sponde, se ne prevede la regimazione mediante briglie ed
opere di difesa spondale (cfr. Tavv. VC); la configurazione di progetto risultante
(nuovi salti e sezioni) è stata, pertanto, modellata e verificata idraulicamente;
l’Alveo Strada denominato n. 2 allo stato non presenta opere di regimazione; la
presente modellazione ha riguardato, pertanto, il solo stato di progetto (cfr. Tavv.
SAV) che prevede la realizzazione di una nuova canalizzazione a sezione trapezia in
corrispondenza dell’attuale sterrata.
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Sulla base dei risultati della modellazione idraulica sono stati dimensionati anche gli
interventi di adeguamento di alcuni attraversamenti stradali (cfr. Tavv. ATV), individuando
le quote di intradosso in maniera compatibile con i profili di corrente e con i franchi di
sicurezza indicati dalla normativa. Nella successiva fase esecutiva occorrerà valutare – in
relazione a quanto indicato dal D.M. 14 gennaio 2008 per i ponti stradali4 – l’opportunità di
verificare ed eventualmente modificare le geometrie individuate con riferimento alle portate
di piena con periodo di ritorno T=200 anni di cui alla Tabella II.
4cfr. par. 5.1.2.4 delle Norme di Attuazione allegate al decreto e par. C5.1.2.4 della relativa circolare esplicativa
n. 617/2009
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4. VASCHE
Al fine di limitare le portate in arrivo alla fognatura comunale sono state previste due
vasche di laminazione e assorbimento. La prima, di maggiori dimensioni, da posizionarsi in
località Cottimo, mentre la seconda, di più modeste dimensioni, posizionata in località
Saletta.
4.1. VASCA COTTIMO
In località Cottimo è prevista la realizzazione di una capacità di invaso per la
laminazione delle acque provenienti dall’alveo omonimo e dagli alvei strada (nn. 1 e 2)
drenanti le acque meteoriche della collina di Depugliano (cfr. Tavv. VSC). La vasca
occuperà un’area di 5180 m2 ed avrà un volume utile di 25900 m3 corrispondente ad
un’altezza di massimo invaso pari a metri 5 (franco di un metro rispetto alla quota di
coronamento).
La vasca è dotata di due canali immissari – entrambi in c.a. con sezione rettangolare di
dimensione 2.00 x 1.50 metri – provenienti, rispettivamente, dal vallone Cottimo e
dall’Alveo Strada n. 2. Tali canali sono stati dimensionati5 in base alla portata idrologica con
ritorno centennale stimata, per i relativi bacini imbriferi, nell’ambito della dedicata relazione
specialistica di progetto (cfr. elaborato A.05).
La tubazione di scarico della vasca è stata, invece, dimensionata6 per convogliare una
portata non superiore a 300 l/s; a tal fine, la vasca sarà dotata di un dispositivo di scarico
costituito da una luce a battente con imbocco a calice avente recapito, attraverso una
tubazione in PEad DN 250, nel canale a valle del Vallone Cottimo7.
È prevista, altresì, la realizzazione di uno sfioratore di emergenza (troppo pieno), utile
qualora si verificassero fenomeni di occlusione dello scarico ovvero volumi di pioggia
superiori a quelli previsti, avente recapito nella parte “relitta” del medesimo vallone; il
collegamento della soglia di sfioro con il sottostante alveo è realizzato mediante una
sistema a gradoni per la dissipazione energetica delle acque eventualmente tracimate dalla
vasca.
5cfr. successiva Tabella II
6cfr. successiva Tabella III
7a sua volta immissario della rete fognaria mista comunale di Via Castellammare
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Il numero di “gradoni” e le relative dimensioni sono state dedotte applicando la
metodologia proposta da G. del Giudice e C. Gisonni (1996), illustrata in nota8, assumendo
una soglia sfiorante di lunghezza pari a 15.50 metri.
4.2. VASCA SALETTA
In località Saletta è prevista la realizzazione di una seconda capacità di invaso per la
laminazione delle acque provenienti dal Canale Pedemontano9 e dal Canale S. Giorgio (cfr.
Tavv. VSS). La vasca occuperà un’area di 2100 m2 ed avrà un volume utile di 4935 m3
corrispondente ad un’altezza di massimo invaso pari a metri 2.35 (franco di 0.65 metri
rispetto alla quota di coronamento).
La vasca è dotata di un unico canale immissario – con sezione rettangolare in c.a. di
dimensione 2.00 x 1.00 metri – prolungamento del Canale della Saletta, a sua volta,
tributario del Canale Pedemontano e del Canale S. Giorgio. Tale canale è stato
dimensionato10 in base alla portata idrologica con ritorno centennale stimata, per i relativi
bacini imbriferi, nell’ambito della dedicata relazione specialistica di progetto (cfr. elaborato
A.05).
La tubazione di scarico della vasca è stata, invece, dimensionata11 per convogliare una
portata non superiore a 300 l/s; a tal fine, la vasca sarà dotata di un dispositivo di scarico
costituito da una luce a battente con imbocco a calice avente recapito, attraverso una
tubazione in PEad DN 315, nella fognatura mista comunale di Via Saletta.
È prevista, altresì, la realizzazione di uno sfioratore di emergenza (troppo pieno) utile
qualora si verificassero fenomeni di occlusione dello scarico ovvero volumi di pioggia
8assumendo che l’intera la portata in arrivo alla vasca venga sfiorata dalla predetta soglia, si determina, in
corrispondenza della medesima, un altezza di stato critico hc=0.35 m; posto h il dislivello tra la soglia di sfioro
ed il fondo alveo (pari a 4.90 m) ed L la distanza planimetrica tra la soglia e l’alveo medesimo (pari a 7.00 metri)
si ottiene una pendenza i della gradonata pari a 0.70. Il rapporto h/hc corrispondente alla configurazione di
progetto è, invece, pari a 12.9. Per tali valori il diagramma proposto da G. del Giudice e C. Gisonni (1996)
fornisce un numero di salti pari a 5. In ragione del dislivello h e della distanza L ciascun gradone avrà, pertanto,
altezza pari a 0,98 m e larghezza di 1,40 m.
9non oggetto del presente aggiornamento progettuale (Rev. 1)
10cfr. successiva Tabella II
11cfr. successiva Tabella III
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superiori a quelli previsti, avente recapito – mediante una tubazione in PEad DN 1000 –
nella parte “relitta” del Canale della Saletta.
Il collegamento della soglia di sfioro con il sottostante collettore è realizzato mediante
una sistema a gradoni per la dissipazione energetica delle acque eventualmente tracimate
dalla vasca. Il numero di “gradoni” e le relative dimensioni sono state dedotte applicando la
metodologia proposta da G. del Giudice e C. Gisonni (1996), illustrata in nota12, assumendo
una soglia sfiorante di lunghezza pari a 6.80 metri.
Si riportano di seguito le tabelle riassuntive di calcolo idraulico relative ai collettori
immissari ed emissari delle due vasche:
Vasca Immissario Bacino Superficie QT=100 B h H i KSt v h/H
[ha] [m3/s] [m] [m] [m] [m/m] [m1/3/s] [m/s]
CottimoVallone Cottimo 1 96,95 10,09 2,00 0,63 1,50 0,040 75 7,97 0,42
Alveo Strada n.2 10 31,38 4,89 2,00 0,49 1,50 0,020 75 5,03 0,32
Saletta Canale della Saletta 6+7 35,24 4,50 2,00 0,75 1,00 0,005 75 3,01 0,75
Tabella II - Dimensionamento dei canali immissari13
Vasca Qu h Dest Dint A
[m3/s] [m] [mm] [m] [m2]
Cottimo 0,300 0,8 4,5 250 0,218 0,04
Saletta 0,300 0,8 2.0 315 0,272 0,06
Tabella III - Dimensionamento delle condotte di scarico14
12assumendo che l’intera la portata in arrivo alla vasca venga sfiorata dalla predetta soglia, si determina, in
corrispondenza della medesima, un altezza di stato critico hc=0.38 m; posto h il dislivello tra la soglia di sfioro
ed il fondo alveo (pari a 3.30 m) ed L la distanza planimetrica tra la soglia e l’alveo medesimo (pari a 6.00 metri)
si ottiene una pendenza i della gradonata pari a 0.55. Il rapporto h/hc corrispondente alla configurazione di
progetto è, invece, pari a 8.64. Per tali valori il diagramma proposto da G. del Giudice e C. Gisonni (1996)
fornisce un numero di salti pari a 3. In ragione del dislivello h e della distanza L ciascun gradone avrà, pertanto,
altezza pari a 1.10 m e larghezza di 2.00 m.
13per ciascun bacino, superficie e portata di riferimento, si riportano i valori: della larghezza B e dell’altezza H
della sezione, del tirante h e della velocità v di moto uniforme, della pendenza i del canale, del coefficiente di
scabrezza KSt e del grado di riempimento h/H
14per l’assegnato valore Qu della portata in uscita dall’opera di scarico, si riportano i valori: del coefficiente di
deflusso , del carico sulla luce h, dell’area della sezione di deflusso A e dei corrispondenti diametri da
assegnare alle tubazioni di scarico Dint
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5. OPERE DI ADEGUAMENTO IDRAULICO FUNZIONALE
5.1. CANALI E COLLETTORI DI PROGETTO
Il progetto prevede, tra l’altro, la realizzazione di una serie di canalizzazioni e tratti
fognari per il convogliamento delle portate meteoriche ai recapiti individuati (vasche e
fognature esistenti). Fatta eccezione per i canali immissari delle vasche, la cui
progettazione è stata definita nel paragrafo precedente, si elencano di seguito i collettori del
presente aggiornamento progettuale (Rev. 1) per i quali verranno illustrati i criteri di
dimensionamento:
1. collettore “Collina Depugliano”15, avente origine nella frazione Depugliano del
comune di Lettere e drenante le acque della collina fino all’imbocco degli Alvei
Strada nn. 1 e 2 in località Cottimo (Tav. CC.01);
2. collettore “Via S. Giorgio”, per l’intercettazione ed il convogliamento delle acque
meteoriche che scorrono lungo l’omonima strada verso il Canale S. Giorgio (Tav.
CC.01);
3. collettore “Via Cottimo Superiore”, per il convogliamento delle acque di scarico
della vasca Cottimo alla fognatura comunale mista di Via Castellammare (Tav.
CC.02);
4. collettore di allontanamento delle portate sfiorate dalla vasca “Saletta” verso il
tratto “relitto” dell’omonimo canale (cfr. Tavv. VSS).
5.1.1. Portate pluviali
Per tutto quanto riguarda l’analisi idrologica dell’area in esame si rimanda alla dedicata
relazione specialistica di progetto (cfr. elaborato A.05) della quale si richiamano, in questa
sede, i risultati. Con particolare riferimento alla scelta del periodo di ritorno per il
proporzionamento e la verifica delle reti fognarie di progetto si ritengono valide le seguenti
considerazioni.
15il collettore viene dimensionato in relazione al suo intero sviluppo – così come riportato nella
precedente stesura progettuale (Rev. 0) – anche se, nel presente aggiornamento (Rev. 1), ne viene
prevista la realizzazione a partire dal picchetto n. 38 (cfr. Tav. CC.01)
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Generalmente le reti di drenaggio urbano sono dimensionate per periodi molto inferiori
alla durata di progetto propria delle opere civili; si accetta, pertanto, che le stesse entrino in
crisi più volte nel corso della loro vita utile. Questo perché i costi che deriverebbero da un
proporzionamento più efficace in termini di sicurezza idraulica risultano, il più delle volte,
spropositati rispetto ai benefici attesi. Nel caso in esame, tuttavia, trattandosi di sistemi
misti destinati a garantire la regimazione delle acque di ampie porzioni di versante e con
ricadute a scala intercomunale, si è scelto di dimensionare e verificare i tratti di progetto
con riferimento a periodi di ritorno centennali, in analogia con i criteri di dimensionamento
propri degli interventi di sistemazione idraulica e di mitigazione del rischio.
Per quanto concerne il modello di trasformazione degli afflussi in deflussi, infine, si è
scelto di utilizzare il metodo della corrivazione che, trascurando il fenomeno dell’invaso,
sovrastima le portate defluenti nei singoli tratti.
5.1.2. Verifiche idrauliche
Le verifiche idrauliche effettuate sono state condotte, pertanto, con riferimento al
periodo di ritorno di cui al paragrafo precedente ed in base alla curva di probabilità
pluviometrica descritta nell’elaborato “A.05” (cfr. formulazione 17’).
I calcoli sono stati effettuati mediante un procedimento iterativo, convergente verso una
soluzione tecnicamente “accettabile” in termini di convogliamento a pelo libero. In
particolare, il dimensionamento e la verifica dei vari tratti è stato svolto accettando che il
grado di riempimento potesse raggiungere anche valori molto elevati (fino al 90%), in
considerazione della bassa probabilità di superamento ipotizzata.
In considerazione della conformazione insediativa dell’area, si è scelto di privilegiare la
posa di tubazioni in PEad corrugato a doppia parete con classi di diametri fino al DN1200
che, accanto ad un vantaggio di tipo economico, offrissero garanzia di una facile
manovrabilità e di pesi ridotti. Ai fini della conducibilità idraulica alle tubazioni è stato
attribuito un coefficiente di scabrezza di Gauckler - Strickler pari a 90.
A seguire la tabella riassuntiva dei parametri di calcolo per tutti i collettori in progetto.
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ID TrattoSpeco Tratti L Ac Actot Aimp Tr Tpc Tc QU u vmax i DN Dint h/D
Tipo DN Materiale confluenti [m] [ha] [ha] [%] [min] [min] [min] [mc/s] [l/s ha] [m/s] [m/m] [m]
1 Collina Depugliano circolare 1000 PEad corr. 1 747,0 14,330 14,330 0,43 0,363 6,0 2,2 8,2 2,94 205,2 5,78 0,0250 1000 0,852 0,84
2 Alveo Strada n.2 circolare 1200 PEad corr. 1+Alveo n.1 224,0 1,700 19,880 0,45 0,374 6,0 0,6 6,6 4,37 219,9 6,53 0,0250 1200 1,030 0,75
3 Via S. Giorgio circolare 500 PEad corr. 3 230,0 2,190 2,190 0,43 0,363 6,0 1,0 7,0 0,46 211,2 4,00 0,0300 500 0,433 0,73
4 Via Cottimo Sup. circolare 630 PEad corr. 4 130,0 0,904 0,904 0,40 0,350 6,0 0,6 6,6 0,18 204,6 3,54 0,0200 630 0,535 0,59
5 sfioro Vasca Saletta circolare 1000 PEad corr. 5 30,0 35,240 35,240 0.43 - - - - 4,51 - 11,22 0,1000 1000 0,852 0,66
Tabella IV- Dimensionamento e verifica dei collettori di progetto16
16per ciascun collettore (ID tratto), si riportano – oltre a quelli relativi alle caratteristiche dello speco di progetto – i valori: della lunghezza del tratto L, dell’area
colante Ac, dell’area colante complessiva Actot, del coefficiente di afflusso , del tempo di ruscellamento Tr, del tempo di percorrenza calcolato Tpc, del tempo di
corrivazione Tc, della portata pluviale Qu, del coefficiente udometrico u, della velocità massima calcolata vmax, della pendenza del tratto i, del diametro nominale
DN, del diametro interno Dint e del grado di riempimento h/D
Sistemazione idrogeologica dei versanti della collina di Depuglianoincombenti sui Comuni di Lettere, Casola di Napoli e S. Antonio Abate
(APQ Difesa Suolo – D.G.R. 1001/2005 – COD. DS.NA.03/1)
Progetto Definitivo – Aggiornamento 2014
Rev. 0 - dicembre 2004Relazione Idraulica Pagina 25 di 25
Rev. 1 - dicembre 2014
5.1.3. Manufatti della rete di drenaggio
Generalmente in una rete fognaria sono presenti manufatti di ispezione, salto, confluenza e
derivazione. Nel caso specifico vengono previsti, sui collettori di progetto, soli manufatti di
ispezione, salto e confluenza da realizzarsi in cls armato gettato in opera (cfr. Tav. CC.03).
Tanto in considerazione del fatto che la conformazione del territorio potrebbe non rendere
tecnicamente possibile l’uso della prefabbricazione.
5.2. CANALI ESISTENTI
Ulteriori interventi di manutenzione vengono previsti su tratti di alcune esistenti
canalizzazioni al fine di “raccordare” le stesse agli interventi di progetto.
5.2.1. Canale della Saletta
Il Canale della Saletta, recapito del Canale Pedemontano e del Canale S. Giorgio, sarà
oggetto di interventi di manutenzione straordinaria. In particolare, lungo un tratto del canale
sarà realizzato un innalzamento del fondo e delle sponde al fine di garantire la quota necessaria
per il raccordo al canale immissario della vasca prevista in località Saletta. A valle del suddetto
tratto17 troverà recapito il collettore di sfioro emissario della medesima vasca (PEad - DN 1000)
mentre, in fregio allo stesso, verrà posata la tubazione di scarico da allacciare alla esistente
fognatura comunale di Via Saletta.
5.2.2. Alveo Cottimo
Il tratto del vallone Cottimo a valle della vasca di laminazione sarà oggetto di interventi di
manutenzione ordinaria al fine di ripulire il fondo dai rifiuti e dai detriti attualmente presenti. Il
canale, avente sezione rettangolare di dimensioni 1.50 x 2.50 m, convoglierà la portata
proveniente dalla vasca (scarico e troppo pieno, per eventi eccezionali) fino all’immissione nella
fognatura comunale.
In entrambi i casi gli alvei dovranno convogliare le portate laminate dalle vasche previste in
progetto18; vengono, pertanto, omesse le verifiche idrauliche lungo tali tratti.
17sezione rettangolare in cls di dimensioni 2.00 x 1.00 metri
18valori significativamente inferiori rispetto a quelli attualmente in arrivo da monte