Cap. 1 - risorse idriche PDF

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Capitolo 1 UTILIZZO IDROPOTABILE Prima di esaminare in dettaglio le problematiche connesse alla progettazione e realizzazione di un acquedotto è norma eseguire uno studio preliminare teso alla valutazione della fattibilità dell’opera sotto il punto di vista tecnico ed economico. 1. Stabilire la Durata tecnico-economica dell’acquedotto intesa quale periodo di Efficienza

che risponde pienamente alle sue funzioni

Sufficienza che vale a soddisfare il fabbisogno 2. Valutazione dei consumi e delle relative portate necessarie per soddisfare le utenze Stima della popolazione per la durata tecnico-economica dell’opera Attribuzione di una dotazione idrica pro-capite Valutazione della portata dell’acquedotto 3. Verifica della sufficienza della risorsa idrica disponibile

ed eventuale reperimento di ulteriori

fonti di alimentazione Risorse idriche naturali 4. Dimensionamento delle opere di prelievo, trasporto, distribuzione ed accumulo sotto il punto di vista della Efficienza Durata tecnico-economica Sufficienza Nella seguente Tabella I vengono indicate le durate tecnico-economiche di alcune opere di trasporto Tabella I TIPOLOGIA Canali e gallerie

Costruzioni Idrauliche

ANNI 80 ÷ 100

Tubazioni metalliche

30 ÷ 50

Tubazioni lapidee

20 ÷ 30

Tubazioni plastiche

15 ÷ 25

Gruppi elettropompe

15 ÷ 25

Utilizzo idropotabile

1

1.1. RISORSE IDRICHE NATURALI Le fonti di approvvigionamento sono costituite dall’acque sotterranee o falde e dall’acque superficiali, corsi d'acqua e laghi. Le prime due fonti di approvvigionamento, in genere, forniscono acqua che allo stato naturale risulta idonea alle utilizzazioni. Le acque superficiali necessitano a volte, prima di essere ammesse all'uso, di trattamenti correttivi dei caratteri naturali, in ogni caso necessari per l'uso potabile della risorsa. La circolazione dell’acqua

nel sottosuolo può essere limitata nel moto orizzontale da alterazioni

della permeabilità mentre, in senso verticale, è condizionata dalla presenza di una superficie di fondo impermeabile o dalla progressiva riduzione della permeabilità. Tra la superficie del terreno e la superficie di fondo l’acqua meteorica attraversa, per percolazione, vari strati suddivisibili in due Regioni: •

di dispersione , generalmente terreno agricolo, soggetta ad evaporazione ed assorbimento da

parte dell’apparato radicale dei vegetali (traspirazione); •

di acqua fissa , non soggetta ad azioni disperdenti .

Con riferimento alla Figura

1

1 è possibile

descrivere in maniera sintetica alcune situazioni particolari del sottosuolo (ubicazione della strato impermeabile di sostegno della falda, sovrapposizioni di strati impermeabili a strati

permeabili, affioramenti,

ecc.) dalle quali vengono generate scaturigini e risalienze dell’acqua . Quando la falda scorre attraverso uno strato poroso non saturo sostenuto da uno strato impermeabile si ha una falda libera superficiale o freatica ; quando lo strato permeabile è contenuto tra due strati impermeabili possono verificarsi due casi : se la zona permeabile non è satura la falda è libera e profonda mentre, se la zona permeabile è satura e soggetta a pressione tale che i livelli piezometrici siano al disopra della superficie di fondo della falda superiore, si ha falda in pressione o falda artesiana. Figura 1. Schemi di falde libere ed artesiane

Quando le acque di falda raggiungono la superficie del suolo danno luogo a scaturigini naturali dette sorgenti che, rispetto a situazioni topografiche e geologiche possono essere classificate in : sorgenti di fondo (Figura 2) : originate dall’affioramento dello strato impermeabile che costituisce la superficie di fondo : da detrito : la superfice di fondo, impermeabile, è ricoperta da un ammasso detritico

(cono di

deiezione, morena, materiali di frana) che è sede della falda la quale affiora, a valle, al piede del detrito; monoclinale o fluviale : la superficie di fondo che presenta una direzione costante e pendenza

1

Ridisegnate dal Volume : Corso di Costruzioni Idrauliche 1° . Prof.Ing. Filippo Arredi .

1966 La Goliardica _Roma

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Costruzioni Idrauliche

uniforme (monoclinale), affiora su un pendio ; Sinclinale o lacuale : lo strato impermeabile presenta una concavità verso l’alto (sinclinale) affiorante su un pendio;

Figura 2. Sorgenti di fondo

sorgenti di affioramento o emersione (Figura 3) : il terreno taglia localmente, per incisione, la superficie della falda generando le sorgenti di pendio ovvero per depressione; in questo caso possono presentarsi due scaturigini sui versanti opposti con l’affioramento di sorgenti di valle ;

Figura 3. Sorgenti di affioramento

sorgenti di drenaggio (Figura 4) :

sono conseguenti

all’esistenza, all’interno di un ammasso permeabile, di fessurazioni che costituiscono un sistema di circolazione dell’acqua di tipo vascolare. Sono tipiche di mezzi fratturati e nelle zone carsiche . Figura 4. Sorgenti di drenaggio

sorgenti di sfioramento : (Figura

5)

sono

generate

dall’affioramento di uno strato impermeabile

sub-verticale,

generalmente non di sostegno della falda

Figura 5. Sorgenti di sfioramento

Costruzioni Idrauliche

Utilizzo idropotabile

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sorgenti artesiane (Figura 6) :sono alimentate da falde in pressione in presenza di fratture dello strato impermeabile o di faglia con rigetto dello stato superficiale.

Figura 6. Sorgenti artesiane

1.2. OPERE DI PRESA DA SORGENTI Le acque di sorgente hanno costituito e costituiscono tuttora, specialmente in Italia, la fonte preferita di alimentazione degli acquedotti destinati all'uso potabile. Le opere di presa delle acque sotterranee sgorganti naturalmente alla superficie del suolo rispondono, pertanto, prevalentemente a criteri di progettazione e di realizzazione intesi, oltre che a realizzare senza dispersioni la totale captazione della portata della sorgente, a conservare le qualità proprie chimiche e batteriologice

delle acque, nonchè i loro caratteri organolettici favorevoli alla utilizzazione

potabile ed a preservare le acque stesse da ogni contatto con l'ambiente esterno. Le forme costruttive delle opere di presa dipendono dalla morfometria del terreno e dalla situazione geologica che determina lo sbocco in superficie. Le acque devono essere captate nel punto o nei punti nei quali la condizione geologica ne determina lo sgorgo, e non nei detriti ove le acque stesse si infiltrano dopo lo sgorgo in sede geologica. Pertanto questa

sede deve essere

raggiunta rimuovendo, con scavi a cielo aperto, le formazioni di ricoprimento ovvero traversandole con scavi in trincea o in galleria realizzando cunicoli murari (Figura 7).

Figura 7

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Costruzioni Idrauliche

Inoltre devono essere predisposti provvedimenti intesi ad evitare che l'opera di captazione possa, nel tempo, essere aggirata con conseguente perdita parziale o totale dell'acqua da utilizzare ed eventualmente con rischio di compromettere la stabilità delle opere murarie della presa. L’opera di presa per l'uso potabile viene preclusa, con pareti vetrate, al contatto del addetto a

personale

sorveglianza e manovra, così da impedire l'inquinamento dell'acqua.

Le opere di captazione sono realizzate secondo schemi abbastanza semplici. La molteplicità delle possibili condizioni, sia morfologiche che geologiche, danno luogo a tipologie costruttive alquanto diverse. Tuttavia possono individuarsi alcune condizioni fondamentali nel rispetto delle quali le opere sono state tradizionalmente concepite e realizzate. Queste condizioni vengono fissate da una soglia muraria, fondata nelle spinta a profondità sufficiente per evitare sifonamento dell'opera;

strato

dinnanzi

luppa l'edificio contenente tutti i dispositivi occorrenti per la raccolta delle tazione,

sfioro

dei

impermeabile e ad essa si

acque,

svi-

sedimen-

superi, intercettazione, misura, ecc. (Figure 8 e 9).

Figura 8. Opera di presa da sorgente

Costruzioni Idrauliche

Utilizzo idropotabile

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Figura 9. Particolari costruttivi

Più complesse sono le opere di

captazione di sorgenti di drenaggio e di

affioramento.

In entrambi i casi è usuale risalire, con trincee o gallerie, le direttrici con maggiori deflussi penetrando, più o meno profondamente secondo i casi, nella formazione alimentante la sorgente. I cunicoli di maggiori dimensioni possono avere un canale di

raccolta

e convogliamento

delle

acque, con livello al di sotto degli sgorghi. Il canale confluisce in una vasca di raccolta e da questa nella vasca di presa. L'edificio di presa assume configurazioni dettate da situazioni specifiche e, pertanto, sono possibili numerose soluzioni pratiche .

Figura 10

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Costruzioni Idrauliche

1.3. OPERE DI EMUNGIMENTO DA FALDE Il prelievo diretto

da falde,

entro un campo di profondità dal piano di campagna molto va-

rio, avviene a mezzo di pozzi. Questi, generalmente, possono essere di due tipi : praticabili : scavati tubolari: trivellati. I primi, generalmente di forma circolare, hanno diametro superiore al metro e possono essere scavati a mano o con mezzi meccanici forniti di utensili di rottura del terreno e recupero del marino (draghe o escavatrici elicoidali); salvo realizzazioni eccezionali, si spingono fino a profondità limitate, cosicchè attingono prevalentemente alla prima falda freatica (Figura 11 a); gli altri possono spingersi

fino a

profondità anche

dell'ordine della centinaia di metri, fino a falde artesia-

ne profonde (Figura 11 b).

b

a

Figura 11. Pozzi in falda freatica ed in falda artesiana

I pozzi comuni hanno tradizione antichissima ed hanno rappresentato

l'unico sistema affidabile di approvvigionamento idrico.

In genere hanno

sezione

circolare rivestita in

muratura

di

mattoni e malta cementizia; il diametro della sezione libera viene fissato da ragioni esecutive e

in base alle istallazioni 1,20

Lo

esclusivamente a mano,

scavo, eseguito originariamente

m a 5-6

da

fare nel pozzo: varia da un minimo di

m.

in tempi più recenti si effettua con mezzi meccanici di rottura ed estrazione (benne mordenti, ecc.) e, a seconda dei terreni attraversati, deve essere seguito immediatamente, tratto per tratto, dal rivestimento, ovvero giunta

la totale

può essere rivestito

dopo

rag-

profondità.

Eccezionale fu la realizzazione del pozzo di San Patrizio in Orvieto2. In origine pozzo della Rocca Clemente VII

fu fatto costruire da

nel 1528

su progetto di

Antonio da Sangallo il Giovane. La costruzione è profonda 60 m e larga 13 m . Esternamente alla canna centrale girano sovrapposte due cordonate a chiocciola di 248 scalini, una per la discesa e l’altra per la salita, utilizzate per gli animali da soma. 2

Pozzo di San Patrizio deriva dalla tradizione popolare che indica una caverna sita sull’isolotto del lago Derg (Irlanda) che immetteva agli Inferi e che Gesù Cristo mostrò a San Patrizio. Chiunque vi avesse soggiornato un’intera giornata, notte compresa, avrebbe ottenuto il perdono dei peccati.

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Pozzi

di pari profondità sono

stati

realizzati negli anni 50-60 nel Salento, in uno di essi si è

raggiunta la profondità di 56 m emungendo fino 150 l/s con elettropompa istallata in una vasta camera alla base del pozzo. Il rivestimento del pozzo viene proseguito al di sotto del livello di falda prosciugando lo scavo con opportune elettropompe (aggottamento) . Il lavoro può presentare difficoltà se le pareti dello scavo non

si mantengono stabili

sotto

l'azione dell'acqua richiamata nel pozzo, come accade

in terreni fini sciolti. Il problema viene risolto con la posa in opera di un rivestimento “auto-affondante” o

“procedi-

mento indiano" . Quando lo scavo raggiunge il livello di falda, si colloca sul fondo un primo anello di rivestimento, di diametro esterno leggermente inferiore a quello dello scavo superiore, o dell'eventuale rivestimento già eseguito, e munito inferiormente di un tagliente di ferro, o, più recentemente di calcestruzzo armato (Figura 12). Su questo primo anello si esegue, o con continuità, o successivi

anelli

di

calcestruzzo

leggermente

per

armato

sigillati fra loro, la colonna del rivestimento, il cui affondamento,

facilitato

dalla

estrazione

meccanica

di

materiale dal fondo del pozzo, avviene per effetto del peso proprio. La discesa può essere facilitata dalla iniezione di acqua o di miscele lubrificanti (acqua e bentonite) fra scavo e rivestimento autoaffondante. Figura 12

L'estrazione dell'acqua dai pozzi praticabili comporta varie modalità di

istallazione dei rela-

tivi macchinari. Generalmente i gruppi elettropompe vengono posti su un solaio o in una nicchia realizzati nella canna del pozzo a conveniente altezza (Figura 13). Nel caso in cui vengono adottati gruppi con pompa sommersa e motore in superficie questo viene posizionalo alla quota del piano di campagna con i necessari accorgimenti qualora la linea d'asse risultasse piuttosto lunga (Figura 14) . Attualmente trovano sempre maggior impiego gruppi elettropompe sommersi (Figura 15).

Figura 13

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Figura 14

Figura 15

Costruzioni Idrauliche

Un particolare dispositivo

di

emungimento

al

quale si

prestano i pozzi a scavo interamente rivestiti è stato adottato negli impianti di prelievo dalla Vengono infissi un

falda a Milano.

certo numero di tubazioni metalliche

orizzontali, a parete forata, disposti a raggiera e addentrantesi per qualche decina di metri nella formazione acquifera. Le acque fluenti al pozzo centrale, che diviene camera di raccolta, vengono sollevate con macchine sommerse (Figura 16). Ne

risulta un'opera

di presa che interessa una grande

estensione della falda, col vantaggio, a parità di portata emunta,

di piccole velocità ed abbassamenti più

limitati

dei livelli. La realizzazione dei pozzi comuni è oggigiorno limitata a particolari situazioni (ad es. lo schema a raggiera) mentre sono sempre più

diffusioni i pozzi tubolari realizzati con

trivellazione. Comunemente, con diametri ∅300÷350 mm per arrivare fino a diametri ∅ > 600 mm. Figura 16 – Schema di pozzo a raggiera

I pozzi tubolari vengono realizzati per percussione, utilizzando una sonda a percussione costituita da un pesante cilindro cavo di acciaio ; questo viene lasciato cadere dall'alto di un treppiede e , dopo la caduta ed il relativo recupero, si realizza lo scavo di alcuni centimetri. Con il sistema a rotazione, indicato soprattutto per terreni rocciosi, la perforazione viene effettuata con un carotiere fornito , in punta, di una corona dentata costituita da punte metalliche ad alta resistenza, generalmente al Vanadio. Le profondità raggiungibili con tale sistema sono elevate, 200÷300 m (Figura 17).

Carotiere

Scalpello a percussione

Anche nella perforazione a rotazione vengono utilizzate miscele lubrificanti acqua-bentonite pompate, attraverso le aste di perforazione, fino alla testa rotante; i detriti prodotti dallo scalpello misti

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alla miscela vengono spinti verso l’alto attraverso lo spazio anulare tra la parete dello scavo e le aste. La spinta idrostatica della colonna di fango e la coesione sostiene la parete dello scavo fino all’introduzione della tubazione di rivestimento (camicia del pozzo). A questo metodo, detto diretto, si contrappone quello inverso (Figura 18). I questo la circolazione del fango alimenta direttamente lo spazio anulare. Il fango con i detriti

viene aspirato, con una

pompa, attraverso le aste di perforazione. La differenza di utilizzo dei due metodi è conseguente alle dimensioni del pozzo: il metodo diretto è maggiormente utilizzato per pozzi di diametro ∅...