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INDICE
Introduzione
1.Localizzazione geografica pag.3
2.Caratteristiche del terreno e dello scavo di
fondazione pag.4
2.1 Geomorfologia del terreno
2.2 Caratteristiche del terreno di fondazione
2.3 Lo scavo di fondazione
3. La modellazione pag.10
3.1 Dati di progetto
3.2 Risultati su Model Muse
4. La
portata di emungimento pag.14
4.1 La scelta del metodo
4.2
Il numero di well point
4.3 Analisi preliminare della portata
4.4 La portata in Modelmuse
5. La portata di emungimento in seguito ad un
evento piovoso pag.19
5.1 Pluviometria
5.2 Linea segnalatrice di probabilità pluviometrica
5.3 Il pompaggio in seguito ad eventi piovosi
6.Tipologie di pompe utilizzate pag.24
6.1 La pompa per il sistema well point
6.1.1 La curva dell’impianto
6.1.2
La pompa CD75
6.2 Il
pompaggio delle acque meteoriche
6.2.1
La curva dell’impianto
6.2.2
La pompa FGb 1000-2
Introduzione
La seguente relazione ha per oggetto il drenaggio
dello scavo di fondazione di un edificio che verrà realizzato nella zona Dietro
Poggio del Comune di Calenzano (FI).
Gli scopi di tale analisi sono la valutazione della portata di
emungimento per mantenere lo scavo di fondazione asciutto e la scelta delle
pompe da utilizzare per tale obiettivo.
Il sistema di trattamento dell’acqua preso in
considerazione in questa relazione è temporaneo, ed impiegato al fine di
consentire le operazioni di costruzione sotto il piano campagna.
Quando il sistema di allontanamento dell’acqua non
verrà più utilizzato, l’acqua tornerà ad occupare il terreno, quindi le opere
che vi sono esposte devono essere progettate e realizzate convenientemente.
Ne consegue che verranno evitati fenomeni di:
-allagamento del cantiere;
-franamento delle pareti di scavo;
-sifonamento/sollevamento al fondo dello scavo;
-galleggiamento delle platee di fondazione.
Il procedimento di verifica si articola nelle fasi
di:
- Inquadramento della zona d’intervento.
- Raccolta d’informazioni
sulle caratteristiche idrologiche e
geomorfologiche
del terreno.
- Analisi
idrogeologica finalizzata alla stima delle portate di
emungimento.
- Stima
delle portate.
- Scelta
della/e pompa/e da utilizzare.
1.
Localizzazione
geografica della zona dell’intervento
L’edificio
verrà realizzato nel territorio comunale di Calenzano (Fi) in P.za De
Andrè 1, nella zona Dietro Poggio.
L’area è
individuabile nella tavole 263110 della Carta Tecnica Regionale in scala 1:10.000
realizzata dalla Regione Toscana.
Posizione dello scavo
all’interno della CTR
Nell’area circostante l’abitazione si trovano altri edifici
di tipo residenziale disposti lungo via della Gora e via del molino.
I torrenti
che influenzano la falda freatica sono il torrente Garille e il torrente
Marina, entrambi affluenti del fiume Bisenzio.
Torrente Marina nei
pressi di Carraia
2. Caratteristiche del terreno e dello
scavo di fondazione
2.1
Geomorfologia del terreno
Dalle
analisi dei dati forniti dall’Autorità di bacino del fiume Arno è stato
possibile determinare le caratteristiche dell’acquifero.
Posizione ed estensione
dell’acquifero all’interno del bacino del fiume Arno
Il reticolo dei corsi
d’acqua che interessano l’acquifero
Nel letto
dell’acquifero, la quota minima risulta pari a 25,83 m s.l.m, la massima 29, 86
m s.l.m e una media pari a 27,52 m s.l.m.
Nella figura
successiva viene indicato l’andamento delle quote del letto.
Andamento delle quote
del letto dell’acquifero in prossimità dello scavo
La località di Dietro Poggio si trova ai piedi del Monte Morello e del
Monte Calvana e dalle analisi del dtm 20m, il piano campagna risulta avere un
quota media pari a 56, 45 m s.l.m , una quota massima di 63,1 m s.l.m e una
quota mimima di 51,89 m s.l.m.
Nella figura successiva viene indicato l’andamento delle
quote del terreno.
Andamento del terreno
nella zona oggetto di studio.
Ne risulta
che l’acquifero ha uno spessore medio di 28.93 m. Dai dati forniti l’acquifero
è di tipo freatico.
2.2
Caratteristiche del terreno di fondazione
Il coefficiente di conducibilità idraulica è stato determinato
attraverso l’utilizzo del file formato ASCII realizzato anch’esso dall’ Autorità di bacino.
Secondo tale file, nella zona di intervento il parametro è
costante e pari a 5x10-5 m/s.
Dalla tabella che mette in relazione il tipo di materiale con
la sua conducibilità, il terreno in oggetto risulta una sabbia fine di
dimensioni pari a 0.3 mm circa.
Relazioni tra il tipo
di materiale e conducibilità
2.3
Lo scavo di fondazione
La pianta dello scavo ha dimensioni di 15m x 50m ed un profondità
di 4m rispetto al piano campagna (ad un
altezza s.l.m pari a 51,8 m).
Infatti, per questo edificio, è previsto un piano interrato
adibito a garage condominiale.
Di seguito sono state riportate oltre alla planimetria e alla
sezione dello scavo, due sezioni dell’edificio.
Planimetria dello scavo
Sezione AA’ dello scavo
L’ edificio in cls armato, costituito da 4 piani fuori terra
ed uno interrato, verrà realizzato su un’area di 750 m2.
Sezione longitudinale
dell’edificio
Sezione trasversale
dell’edificio
3. La modellazione
Aspetto da definire in questa fase di studio è il valore del battente
idraulico da deprimere e controllare temporaneamente durante la fase dei
lavori.
Questa grandezza, unita al valore della conducibilità idraulica,
condiziona il calcolo della portata d’acqua da estrarre dai terreni.
Per la modellazione della filtrazione nell’acquifero è stato
utilizzato il programma open source ModelMuse fornito da USGS.
Il modello che meglio rappresentava la realtà è quello di filtrazione tra due trincee.
Il pompaggio dell’acqua è stato schematizzato come una filtrazione verso pozzi di emungimento.
3.1
Dati di progetto
In seguito alla costruzione della griglia (celle di
dimensione 2.5x2.5 m), sono stati inseriti i seguenti dati:
-
coefficiente
di conducibilità pari a 5x10-5 m/s;
-
il
dtm della zona come model top;
-
il
file ASCII rappresentativo del letto del bacino come upper acquifer bottom;
-
il model top come modflow initial
head;
-
l’andamento
altimetrico dei torrenti Garille e Marina come condizioni al contorno del moto
di filtrazione;
Condizioni al contorno
3.2
Risultati su Model Muse
Di seguito
vengono illustrati i risultati dell’inserimento dei dati sul software.
Planimetria e profilo
altimetrico della zona oggetto di studio su ModelMuse
Dalla figura è possibile individuare la posizione dello
scavo.
I risultati elaborati da ModelMuse riguardanti l’andamento
del carico idraulico nelle varie celle sono rappresentati nella seguente
figura.
Battente idraulico
della falda nella zona elaborata con ModelMuse
Una figura che ci fornisce una migliore visualizzazione del
problema e che ci permettere di determinare qual’è il battente idraulico da
deprimere è quella relativa alla differenza tra il Model top e il battente
della falda.
Andamento del Model top
rispetto al bettente della falda
Andamento del Model top
rispetto al bettente della falda
Risulta che
all’interno dello scavo la differenza massima tra l’altezza del fondo e quella
della falda è pari a -1,7 m.
Sezione dello scavo con
l’altezza della falda
4. La portata di emungimento
L’obiettivo di questa fase è quello di determinare la portata
sufficiente a deprime la falda di 2,7 m, comprensivi di 1,7m per abbassare il livello fino al fondo
scavo e di un ulteriore metro preso come franco.
È opportuno, infatti, che la superficie freatica si abbassi
oltre la quota del fondo dello scavo per un tratto di circa 1 metro per questioni
legate alla sicurezza.
4.1
La scelta del metodo
Nella scelta
bisogna:
-
considerare
le dimensioni del progetto;
-
considerare
il valore della permeabilità del terreno;
-
considerare
l’entità dell’abbassamento della superficie freatica e il gradiente idraulico
che si crea verso lo scavo;
-
considerare
lo spessore della falda;
-
considerare
la potenza elettrica necessaria per il lavoro e la capacità ricettiva dei corpi
idrici superficiali dove scaricare l’acqua;
-
pensare
al sistema idoneo tenendo conto della profondità dello scavo, della grandezza
dello scavo e delle caratteristiche granulometriche del terreno.
Dalla seguente tabella, risulta che il metodo di pompaggio
suggerito è il WELL POINT.
Metodi di drenaggio
consigliati in relazione al tipo di materiale a all’abbassamento della falda
Schema del metodo
Wellpoint
Schematicamente l'impianto well-point è costituito da una
serie di condotte di aspirazione (diam. 1 pollice e ¼ o, 1 pollice e ½) dotato
all’estremità di un filtro attraverso il quale avviene l’aspirazione. I
condotti di aspirazione sono allacciati ad un collettore, a sua volta collegato
ad una pompa che mette in depressione il sistema.
Il flusso di falda verso i punti di aspirazione risulta così
deviato; ogni well point modifica la superficie d’acqua generando un conoide in
asse sul punto di aspirazione e con il vertice rivolto verso il basso.
Per il calcolo della portata di emungimento, è stata fatta
una analisi preliminare, per poi procedere per tentativi con lo scopo
determinare la quantità precisa per mantenere la falda più bassa di un metro
rispetto al fondo dello scavo.
4.2
L’interasse tra i well point
Per quanto riguarda l’interasse tra i well point, dalla
tabella successiva risulta essere pari a 2,5 metri. Il numero totale di well
point disposti lungo il perimetro dello scavo è 52, di cui 21 sul lato di
lunghezza maggiore e 5 su quello di lunghezza inferiore.
Relazioni tra il tipo di materiale del fondo dello scavo, l’altezza da
deprimere e l’interasse tra i wellpoint
4.3
Analisi preliminare della portata
Per l’analisi preliminare della portata è stato utilizzato il
metodo del pozzo equivalente.
Mentre, per il calcolo del raggio di influenza è stata
utilizzata la seguente relazione:
Il raggio
di influenza, definito come la distanza tra
l’asse del pozzo dal quale si sta pompando l’acqua di falda e il punto nel
quale si osserva un abbassamento non apprezzabile del livello di falda, è pari
a 15.45 m.
La portata
risulta pari a:
Dove
,il raggio del pozzo, si assume pari a 0.1m.
4.4
La portata in Modelmuse
Con Modelmuse, partendo dalla portata determina in prima
approssimazione, e per tentativi successivi, è richiesta una portata di
emungimento pari a 5 l/s.
Questo è stato possibile grazie all’utilizzo del pacchetto
MNW2, assegnando la quota parte di portata ai 52 well point.
I risultati ottenuti sono rappresentati nella figura
seguente:
Andamento del Model top
rispetto al battente della falda dopo il pompaggio.
Possiamo osservare come nell’intorno dello scavo abbiamo una
differenza relativa tra il model top e la falda superiore pari a circa 5 metri,
mentre all’interno dello scavo, la diffenza varia da un minimo di 1,1 m ad un
massimo di 1,7 m.
5.
La portata di emungimento in seguito
di un evento piovoso
Per il calcolo della portata di emungimento in seguito ad un
evento piovoso ci si riferisce ad un tempo di ritorno pari a 2 anni, ed una
durata di pioggia di 10 minuti.
5.1
Pluviometria
Per il calcolo dei valori di portata si
è ricorsi ad uno studio degli aspetti idrologici della zona.
Sono stati presi in considerazione i
dati relativi alle precipitazioni estreme del bacino (tratti dal sito del
Servizio Idrologico Regionale), prendendo come stazione pluviometrica di
riferimento quella di Calenzano (poiché risulta essere la più rappresentativa
per la zona oggetto di studio).
1h
|
3h
|
6h
|
12h
|
24h
|
|
1965
|
28
|
30
|
58
|
86
|
104
|
1966
|
23
|
51
|
82
|
92
|
151.6
|
1967
|
17.2
|
31
|
36.4
|
43.6
|
60.4
|
1968
|
21.4
|
31
|
34.4
|
42
|
44.8
|
1969
|
20
|
27
|
42.8
|
43.8
|
54
|
1970
|
12
|
29.2
|
23
|
24.8
|
37
|
1971
|
15
|
34
|
40
|
54.2
|
75.8
|
1972
|
16
|
16.4
|
24.8
|
30.8
|
50.2
|
1973
|
22.4
|
29
|
29
|
31.2
|
37.6
|
1974
|
16.6
|
32.2
|
32.2
|
33.2
|
34
|
1975
|
22.8
|
25
|
31.4
|
44
|
47.2
|
1976
|
33
|
42.4
|
42.8
|
60
|
64.8
|
1977
|
30.4
|
52.2
|
52.2
|
52.2
|
52.2
|
1978
|
19
|
32.4
|
38.8
|
38.8
|
38.8
|
1979
|
23.2
|
38.6
|
38.6
|
47.8
|
64.2
|
1980
|
14
|
22.2
|
29
|
37.6
|
45.6
|
1981
|
20.2
|
25
|
27
|
40
|
61.8
|
1982
|
38.2
|
60.2
|
98.8
|
100.6
|
105.8
|
1983
|
30
|
33.6
|
33.8
|
45.4
|
59
|
1984
|
24
|
26.4
|
38.4
|
40
|
40.4
|
1985
|
16.2
|
17.6
|
25
|
41.6
|
41.8
|
1986
|
36
|
40.8
|
40.8
|
40.8
|
55.4
|
1987
|
25
|
34
|
36
|
56
|
73.2
|
1989
|
20.1
|
36.9
|
40
|
49.2
|
54.4
|
1990
|
36.6
|
47.6
|
53.4
|
53.4
|
60.4
|
1991
|
20
|
38.5
|
54.6
|
72.2
|
103.8
|
1992
|
19.6
|
23
|
29
|
52
|
77.8
|
1994
|
16.8
|
22.2
|
22.4
|
36
|
47.6
|
1995
|
6.8
|
16.2
|
28.8
|
29.2
|
36
|
1997
|
25.8
|
38.6
|
61.8
|
63
|
73.4
|
1998
|
8.2
|
9.8
|
13.6
|
17
|
17
|
Precipitazioni annuali estreme
Il campione di dati relativo alle
precipitazioni annuali estreme viene studiato facendo uso della legge di
distribuzione di Gumbel, definita come:
F(w)=P(W≤w)=exp(-exp(-w))
che esprime la probabilità di non superamento da parte della variabile
“W” della quantità “w”.
“W” è la variabile ridotta, e si esprime come:
W = (h - u) / α
dove le quantità “u” e “α” sono definite dalle relazioni:
α = σ √(6) / π
u = μ - 0.5772 α
Le quantità “μ” e “σ” sono
rispettivamente la media e la deviazione standard della serie di dati relativi
alle precipitazioni annuali estreme.
Nella seguente tabella si riportano le
varie quantità che caratterizzano la distribuzione di Gumbel, per ogni durata
di pioggia.
1h
|
3h
|
6h
|
12h
|
24h
|
|
µ
|
21.85484
|
32.06452
|
39.96129
|
48.33548
|
60.32258
|
σ
|
7.633789
|
11.07268
|
17.25261
|
18.46338
|
26.39827
|
u
|
18.41932
|
27.08136
|
32.19691
|
40.0262
|
48.44228
|
α
|
5.952041
|
8.633333
|
13.45181
|
14.39584
|
20.58265
|
Dalla definizione di tempo di ritorno
T(wt) = 1/P(W>wt)
è possibile stimare la variabile ridotta per ogni tempo di ritorno (wt) mediante
la relazione:
wt = -ln(ln(T/(T-1)))
Attraverso i valori stimati della variabile ridotta “wT” e le quantità “α
” e “u” è possibile risalire alle altezze di pioggia per ogni tempo di ritorno
e per ogni durata di pioggia, attraverso la relazione:
ht = u + α wt
I valori ottenuti sono riportati nella
seguente tabella
ht=u+α wt
|
||||||
Tr
|
wt
|
1h
|
3h
|
6h
|
12h
|
24h
|
2
|
0.3665129
|
20.60082
|
30.24558
|
37.12717
|
45.30247
|
55.98608
|
20
|
2.9701952
|
36.09804
|
52.72404
|
72.1514
|
82.78466
|
109.5768
|
50
|
3.9019387
|
41.64382
|
60.76809
|
84.68504
|
96.19789
|
128.7545
|
100
|
4.6001492
|
45.7996
|
66.79597
|
94.07723
|
106.2492
|
143.1255
|
200
|
5.2958121
|
49.94021
|
72.80186
|
103.4352
|
116.2639
|
157.4441
|
5.2
Linea segnalatrice di probabilità
pluviometrica
La linea segnalatrice di probabilità pluviometrica
(LSPP) esprime la dipendenza dell’altezza massima di precipitazione (h) dal
tempo di ritorno (T) e dalla durata della pioggia (d), attraverso la seguente
relazione:
h(T,d) = aT dn(T)
dove “a” ed “n” sono i parametri della LSPP.
I suddetti parametri si ottengono attraverso una stima ai minimi
quadrati della legge lineare
ln(h)=ln(a) + n ln(d)
ricavata esprimendo la LSPP in scala bi-logaritmica.
Per la stima ai minimi quadrati sono necessari i valori di “ht”
e di “d” espressi nella seguente tabella,opportunamente convertiti in scala
bi-logaritmica.
1h
|
3h
|
6h
|
12h
|
24h
|
||
Tr
|
0
|
1.098612
|
1.791759
|
2.484907
|
3.178054
|
ln d
|
2
|
3.025331
|
3.40935
|
3.614349
|
3.813361
|
4.025103
|
|
20
|
3.586239
|
3.965072
|
4.278767
|
4.416243
|
4.696625
|
|
50
|
3.729153
|
4.107065
|
4.438939
|
4.566407
|
4.857908
|
ln ht
|
100
|
3.824275
|
4.201643
|
4.544116
|
4.665787
|
4.963722
|
|
200
|
3.910827
|
4.287742
|
4.638945
|
4.755862
|
5.059071
|
Valori per la stima ai minimi quadrati
LSPP in scala bi-logaritmica
Per quanto
riguarda la LSPP per un Tr di 2 anni vale la seguente relazione :
h(2,d) = 21d0.312
5.3
Il pompaggio in caso di eventi piovosi
Considerando
una durata di pioggia di 10 minuti, risulta da
h(2,d) = 21d0.312
un’ altezza
di pioggia pari a:
h=12 mm
Moltiplicando
i millimetri di pioggia per l’area dello scavo ottengo un volume di 9 m3.
E’ possibile ipotizzare che iI cantiere possa interrompere le lavorazioni per due
d'ore .
Ne risulta
una portata di 1,25 l/s.
6. Tipologie di pompe utilizzate
Per quanto
riguarda le pompe vengono utilizzati due diversi sistemi, in quanto la portata
da emungere in caso di pioggia dipende dal verificarsi o meno delle
precipitazioni.
6.1
La pompa per il sistema well point
Il sistema well
point è stato diviso in due parti
simmentriche, così da poter utilizzare due pompe che dovranno aspirare una
portata pari alla metà della totale.
La pompa verrà messa in comunicazione con una condotta a sua
volta collegata a 26 well point disposti lungo il perimetro dello scavo (con
interasse costante di 2,5m).
Schema Pompa-wellpoint
6.1.1 La curva dell’impianto
Per individuare la pompa da utilizzare
bisogna determinare il punto di funzionamento, dato dall’intersezione tra la
curva caratteristica dell’impianto e dalla curva caratteristica della pompa.
La curva dell’impianto è stata
costruita per punti: si assegnano alcuni valori arbitrari alla Q e si
calcola, in corrispondenza di ciascuno di essi, il valore della prevalenza
totale richiesta dall’impianto per sollevarla. La prevalenza totale è data dalla
somma tra la prevalenza geometrica (necessaria per superare il dislivello
geometrico fra il pelo libero della falda e l’altezza del bocchettone della
pompa) e le perdite di carico localizzate e distribuite.
Di seguito vengono indicate le caratteristiche delle condotte:
Caratteristiche condotta
|
||
Materiale
|
acciaio
|
|
Diametro
|
0.04
|
m
|
Lunghezza totale
|
65
|
m
|
Sezione
|
0.00125
|
m2
|
Mentre la tabella successiva e il grafico illustrano i risultati
relativi alla curva dell’impianto valutata per punti.
Ht (m)
|
q (m3/h)
|
5.5
|
0
|
5.924491
|
1.8
|
6.998797
|
3.6
|
8.634938
|
5.4
|
9.43695
|
6.12
|
13.44317
|
9
|
14.63745
|
9.72
|
16.56888
|
10.8
|
Curva dell’impianto
6.1.2 La pompa
CD75
Per quanto il well point è stata scelta
la pompa autoadescante prodotta dalla Xlem. Il modello che risulta adatto alle
esigenze progettuali è il CD75 (Sedie Cd Dri-prime).
La serie CD è caratterizzata da prevalenza media e portate
elevate.
Di seguito vengono elencate alcune
caratteristiche della pompa
La scelta
della pompa è stata effettuata così da ottenere un punto di funzionamento
relativo alla portata di progetto (9 m3/h).
Punto di funzionamento
6.2
Il pompaggio
delle acque meteoriche
Per tale
scopo vengono utilizzati due pozzi aperti (sump) collocati nelle estremità
dello scavo.Ciascuna pompa dovrà quindi sollevare una portata pari a metà della
totale e quindi pari a 0,62 l/s.
Il metodo di prosciugamento
a pozzo aperto è semplice e rapido,e si dimostra efficace ed economico.
6.2.1 La curva dell’impianto
Di seguito vengono indicate le caratteristiche delle condotte:
Caratteristiche
condotta
|
||
Materiale
|
plastica
|
|
Diametro
|
0.02
|
m
|
Lunghezza
|
7
|
m
|
Sezione
|
0.00030
|
m2
|
Mentre la tabella successiva e il grafico illustrano i risultati
relativi alla curva dell’impianto valutata per punti.
Ht
|
l/s
|
5.5
|
0
|
5.566186
|
0.1
|
5.733689
|
0.2
|
5.988792
|
0.3
|
6.73848
|
0.5
|
7.35894
|
0.625
|
7.784768
|
0.7
|
9.872841
|
1
|
Curva
dell’impianto
6.2.2 La pompa FGb
1000-2
Di seguito viene riportata la curva
delle prestazioni:
La scelta della pompa è stata
effettuata così da ottenere un punto di funzionamento relativo alla portata di
progetto.
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