Portata nera o fecale
La valutazione della portata fecale riveste ampio margine di incertezza data l’impossibilità intrinseca
di conoscere attendibilmente:
° la quantità della portata addotta dall’acquedotto che raggiunge la rete di fognatura;
° l’entità delle eventuali perdite dalle canalizzazioni;
° la possibile immissione di acque parassite;
° la distribuzione dei flussi nell’arco della giornata.
Si perviene ad attendibili stime della portata fecale considerando le dotazioni idriche assentite e la numerosità della popolazione da servire. Peraltro non tutta l’acqua immessa nella rete di distribuzione
idrica perviene alla rete di fognatura. Parte, a causa delle perdite fisiologiche proprie della
rete di distribuzione, non perviene agli utenti. Inoltre, parte della portata effettivamente utilizzata
viene dispersa per evaporazione, evapotraspirazione e dispersione nel suolo (innaffiamento
piante e giardini, lavaggio di biancheria e pavimenti, ecc.).
I dati relativi a rilevamenti mirati alla valutazione della percentuale dell’acqua immessa nella rete di
distribuzione che raggiunge la fognatura risultano molto dispersi. L’ordine di grandezza delle perdite
è del 30-40%.
Nel caso di fognatura separata, facendo riferimento per il dimensionamento idraulico degli spechi alle
portate fecali, prudenzialmente si assume che l’80% della dotazione idrica verrà vettoriata dal sistema
fognante.
Noti pertanto la dotazione idrica del giorno dei maggiori consumi dII [l/ab x giorno] ed il numero
N di abitanti da servire con la rete di fognatura, risulta agevole determinare il valore della portata
media fecale con la relazione:
Per acquisire il valore della portata di picco fecale necessita definire il valore del coefficiente di punta
Cp, rapporto tra la portata fecale massima e la portata fecale media giornaliera. Non è corretto fare
riferimento all’analogo coefficiente di punta adottato nel dimensionamento della rete in pressione
idropotabile, dato il potere regolatore delle reti di fognatura correlato al funzionamento di queste in
condizioni di moto vario a superficie libera.
La letteratura tecnica in argomento indica valori sperimentali di Cp compresi tra 1,3 ed 1,5 (valori
sperimentalmente rilevati nelle reti fognarie di Foggia Cp ≤ 1,5 e di Napoli Cp = 1,26).
Per la determinazione di Cp III in fase di progettazione la Water Pollution Control Federation consiglia
il ricorso alla relazione : Cp = 20 N-0,2 [N in migliaia].
Pertanto il valore della portata nera di progetto è dato alla relazione:
Nel caso di reti separate la qmax sarà la portata di dimensionamento dello speco per un assegnato
valore del Grado di Riempimento, 50%÷60 % della sezione totale dello speco, generalmente di
forma circolare. Nel caso di reti unitarie, ricordato che la portata bianca è centinaia di volte la
portata nera, non è necessario, per il dimensionamento dello speco, tener conto della nera qmax .
II Rilevabile dall’Ente gestore dell’acquedotto
III Maggiore è la popolazione tanto più Cp tende ad 1
Occorrerà comunque verificare per lo speco, dimensionato per la massima portata pluviale Qmax, nel periodo di stagione secca, ovvero in assenza delle portate pluviali, il valore della velocità.
Questa dovrà risultare maggiore di una soglia limite, che verrà specificata in seguito, per consentire lo smaltimento della portata nera che , per maggiore sicurezza, in questa verifica viene assunta pari al 50% della qmax.
Determinazione della popolazione
Nel caso di nuovo progetto, si fa riferimento alle indicazioni delle Norme di Attuazione del Piano Regolatore Generale vigente per le zone oggetto delle opere di urbanizzazione ed in particolare ai seguenti parametri urbanistici:
St – Superficie territoriale [m2]: area com-plessiva dei lotti ricompresi un una determinata Zona con specifica destinazione urbanistica ; è somma della Superficie fondiaria Sf e delle su-perfici da destinare ad opere di urbanizzazione interne all’area di intervento (strade, parcheggi, aree di manovra, spazi verdi, ecc.)
Sf – Superficie fondiaria [m2]: area netta edi-ficatoria pari alla St depurata delle superfici da destinare ad opere di urbanizzazione
Uf – Indice di utilizzazione fondiaria [m2/m2] esprime in m2 la massima Superficie utile Su costruibile per ogni m2 di Superficie fon-diaria Sf
V – Volume residenziale costruibile [m3] :pro-dotto della Su*h con h = altezza del piano da pa-vimento a soffitto;
IVC – Indice volumetrico capitarlo o Stan-dard residenziale per abitante:
per zone non residenziali [abitante / ha] , con ha= ettari di superficie edificabile
per zone residenziali [abitante / m3]
N – Popolazione ricadente in una Zona :
per zone non residenziali : prodotto dell’ IVCSf per zone residenziali prodotto dell’ IVCV
Portata Pluviale
Il valore della portata massima di pioggia può essere determinato adottando differenti procedure.
Tra queste le più diffuse sono:
° metodo cinematico, fondato sul concetto della corrivazione;
° metodo del volume d’invaso, basato sul concetto della laminazione.
In tutti i metodi, la pioggia di progetto, per un assegnato valore del tempo di ritorno T, esprime il
legame funzionale tra altezza di pioggia h e durata secondo la nota relazione di stima:
Il Metodo Cinematico
Il Metodo cinematico è basato su un modello concettuale lineare e stazionario secondo il quale il
bacino viene schematizzato come un insieme di canali lineari (elementi che producono soltanto un
ritardo dell’uscita rispetto all’ingresso). La pioggia più temibile per la rete posta a monte della sezione
considerata è quella la cui durata è tp= tc , tempo di corrivazione . Pertanto la massima portata è esprimibile con la formula:
° A superficie bacino [ha]
° h altezza di precipitazione [mm]
° ⴔ valore del coefficiente di afflusso caratteristico dell’area A
° tc tempo di corrivazione [ore]
Non tutto l’afflusso pluviometrico viene trasformato dall’operatore bacino in deflusso nella rete di
fognatura. Sono cause della perdita gli invasi nelle depressioni della superficie del suolo, il velo
idrico trattenuto dalla tensione superficiale, l’infiltrazione nel sottosuolo, l’evaporazione. Nelle aree
urbanizzate l’infiltrazione risulta la causa principale di perdita. Si tiene conto del fenomeno attraverso
il coefficiente di afflusso definito quale rapporto tra il volume netto o efficace Vn della pioggia
ed il volume totale Vtot della precipitazione.
Nello studio delle portate di piena di bacini urbani il valore di ⴔ , funzione dei caratteri fisici, morfometrici
e clivometrici del bacino (tipo di pavimentazione, di copertura degli edifici, la presenza di
aree a verde, pendenze, ecc.), viene assunto costante, facendo riferimento a condizioni particolarmente
gravose riguardo l’umidità del suolo, ipotizzato saturo, e l’intensità di infiltrazione, considerata
a regime.
Valori del coefficiente di afflusso ⴔ secondo Kuichling.
Tetti impermeabili 0,70-0,95
Pavimentazione di asfalto in buono stato 0,85-0,90
Pavimenti di pietra o laterizio con connessure cementate 0,75-0,85
Pavimentazione a macadam 0,25-0,60
Strade e viali con ghiaietto 0,15-0,30
Superfici non pavimentate, piazzali ferroviari 0,10-0,30
Parchi, giardini, prati 0,05-0,25
Aree boscose e foreste 0,01-0,20
Valori del coefficiente ⴔ in funzione del tipo di urbanizzazione
Costruzioni ad alta densità 0.80
Costruzioni rade 0,60
Costruzioni con ampie corti e giardini 0,50
Villini 0,30-0,40
Prati, giardini, aree non edificate 0,20
Parchi e boschi 0,05-0,10
Per bacini scolanti caratterizzati da superfici Ai alle quali vanno attribuiti differenti valori del coefficiente
di afflusso ⴔi, per l’intera area viene stimato un coefficiente medio con la seguente espressione:
La determinazione del tempo di corrivazione tc viene conseguita, per i tronchi iniziali della rete, con la relazione:
° to tempo di ruscellamento o di raggiungimento della pioggia dal punto di caduta nella canalizzazione idraulicamente più vicina ; viene assunto pari a 5-10 minuti, in funzione del grado di urbanizzazione del centro abitato e della pendenza delle superfici.
° L/V tempo di vettoriamento o di percorrenza entro il tratto di canalizzazione lungo L percorso in condizioni di moto uniforme dalla portata Q con velocità media V.
N.B. Poiché a priori non è nota la portata Q e tantomeno le dimensioni definitive dello speco, la
velocità V è incognita e, pertanto , per poter esplicitare un valore di primo tentativo del tc si dà un
valore di primo tentativo o fittizio alla velocità V = Vf .
Per i tratti successivi, il tempo di corrivazione si calcola con la relazione:
con ꚍm valore massimo dei tempi di corrivazione dei percorsi canalizzati a monte.
Come detto, impostato per ogni tronco un valore di velocità media fittizia Vfè possibile definire un
tempo di corrivazione tc [ore], con il quale è possibile determinare :
per A [km2] ; a questa viene sommata, nel caso di sistema misto, la portata nera Qn (peraltro
ininfluente) per la verifica della massima portata fluente Qt nella sezione di calcolo.
Nota la Qt , occorre verificare sia il grado di riempimento ꟺ della sezione che, sotto l’ipotesi di flusso
in moto uniforme, si ottiene con la relazione di stima :
e, successivamente, che la velocità V media = Qt / ꟺ sia confrontabile con la Vf,assunta in precedenza.
Per la soluzione della [a] possono essere utilizzate le scale di deflusso adimensionalizzate :
Nel caso in cui Vr≠Vf occorrerà riverificare lo speco ;
Vr = Vfquesto è il caso in cui, ovviamente, le dimensioni dello speco selezionato sono tali da
rispettare sia il grado di riempimento che la velocità media di scorrimento.
Nel caso in cui, fatto salvo il grado di riempimento, il valore massimo della velocità ecceda il limite
consentito per il tipo di materiale utilizzato per la costruzione dello speco si provvederà a ridurre la
pendenza della canalizzazione, con l’inserimento di salti di fondo.
Solo dopo il dimensionamento dello speco per la massima portata di pioggia occorrerà verificare il
valore delle velocità minima, in regime di tempo secco, che si verifica quando la fogna convoglia il
50% della portata nera di punta.
Si potrebbe verificare anche il caso in cui le piccole portate fecali non abbiano una velocità sufficiente
per evitare fenomeni di sedimentazione. Nel caso di fogne unitarie, in cui non è possibile modificare
né la forma dello speco e né tanto meno variare la pendenza, sarà opportuno inserire dei pozzetti di
lavaggio.
Nel caso di sistema separato si procederà, ovviamente, alle verifiche sopradette separatamente per
i due spechi fognari .
