Progetto e dimensionamento rete di drenaggio urbano area di parcheggio adiacente allo stadio Luigi Ferraris di Genova

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Papaluca Luca & Romano Andrea
Rete di drenaggio urbano dell’area di parcheggio adiacente allo stadio Luigi Ferraris di Genova
--- Progetto, implementazione e simulazione tramite SWMM ---
Università degli Studi di Genova
Scuola Politecnica - Ingegneria
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria della Sicurezza Trasporti e Sistemi Territoriali
Relazione di infrastrutture idrauliche
Progetto, implementazione e simulazione tramite SWMM
Progetto e dimensionamento di massima della
rete di drenaggio urbano dell’area di
parcheggio adiacente allo stadio Luigi Ferraris
di Genova
Relatori:
Papaluca Luca Raffaele
Romano Andrea
Sotto la Guida della Prof.ssa Ing. Ilaria Gnecco Anno accademico: 2016/2017

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INTRODUZIONE – AREA DI STUDIO:
Il corso di Infrastrutture Idrauliche è terminato con l’ applicazione del Programma SWMM
(Storm Water Management Model) scaricabile gratuitamente nella versione Open Source dal
Water Research dell’ Enviromental Protection Agency statunitense, EPA US, si rimanda al sito
web https://www.epa.gov/.../storm-water-management-model-swmm.
La zona scelta per il dimensionamento è quella del Bisagno, in particolare l’area del parcheggio
dello stadio comunale di Genova Luigi Ferraris nel quartiere di Marassi. La decisione è ricaduta
su quest’area per una duplice motivazione: sia per la decisione di dimensionare le condotte di
una zona conosciuta della città di appartenenza, sia per l’interesse ad approfondire aspetti già
citati nei corsi della laurea triennale.
La seguente figura è la visione satellitare del parcheggio davanti allo stadio comunale Luigi
Ferraris.

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Vi è anche un’altra zona di parcheggio che essendo adiacente abbiamo considerato nel calcolo
delle aree scolanti.
L’area totale complessiva delle due zone è di circa 1,44 ettari come si può vedere dalle misure
ricavate mediante l’utilizzo di Google Maps e Google Earth.

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Come dati si fa riferimento a quelli della località di Pontecarrega, nella zona del Bisagno:

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Ecco dunque la nostra rete di drenaggio disegnata su mappa in vista aerea: in verde sono
tracciate le diverse aree (sottobacini) di suddivisione, in azzurro i rispettivi rami sorgenti (uno
per ogni sottobacino) e in rosso il collettore che termina con lo scarico diretto (per ora) nel
Bisagno.
Qui invece riportiamo uno schema essenziale della rete di drenaggio in tutti i suoi componenti:

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DIMENSIONAMENTO CONDOTTE
Il dimensionamento delle condotte è avvenuto mediante l’utilizzo del foglio di calcolo Excel, in
particolare il diametro di ciascuna condotta è stato valutato con il metodo cinematico. I
passaggi essenziali del metodo sono illustrati nei nelle pagine seguenti.
Il procedimento di calcolo parte dai rami sorgenti i quali non hanno collettori che si innestano
nel ramo che sto considerando.
= + (1)
Dove:
 è il tempo di ruscellamento
 è il tempo d’asta
= (2)
Per tutti i rami sorgenti scelgo un unico tempo di ruscellamento pari a 0,083 ore e con il
termine si intende la velocità di progetto.
Inizialmente si valuta la portata idrologica, e la portata che defluisce a speco pieno,
mediante le formule seguenti:
= ɸ = ɸ ≈ ɸ (3)
= Ω (4)
Dove:
 è l’area drenata
 ɸ è il coefficiente di afflusso dell’area
 L è la lunghezza della condotta
 è la pendenza della condotta
 è l’intensità di pioggia
 ed n sono dati che dipendono dalla località di riferimento per T assegnato
 è il coefficiente di scabrezza
 Ω è l’area della sezione liquida
 R è il raggio idraulico (rapporto fra area e perimetro bagnato)

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Tale portata deve essere smaltita nella condotta considerata con un deflusso in moto uniforme e
a speco pieno, quindi uguagliando la formula (3) con la (4) si ottiene:
= (
4
)
4
=
4
(5)
Svolgendo vari passaggi dalla formula (5) si ricava il diametro di primo tentativo, І
, che deve
essere sempre minore o uguale al diametro commerciale.
І
=
ɸ 4
≤ (6)
; ℎ
= 8 4
− sin
4 4
=
( − sin )
2
(7)
Da tale equazione si ricava il grado di riempimento effettivo:
ℎ
=
1
2
1 − cos
2
(8)
Infine si deve verificare che il sistema converga:
| − | = 0 (9)
Nella pratica si accetta una differenza minima, ξ tale che:
| − | < = 0,01 / (10)
Ricordando che è la velocità media reale e la velocità di progetto.
Per i rami collettori il dimensionamento avviene seguendo lo stesso procedimento spiegato per i
rami sorgenti. La peculiarità è quella di introdurre come opportuni coefficienti di afflusso e
tempo di corrivazione i parametri illustrati di seguito; poiché bisogna tenere conto di tutti i rami
a monte del collettore che si sta dimensionando.
ɸ =
∑ ɸ
∑
(11)
= + (12)

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CREAZIONE DEL FILE DEI DATI DI PIOGGIA
Utilizzando un foglio Excel abbiamo creato i dati di pioggia, prendendo come riferimento
l’intensità di precipitazione registrata dalla stazione in dotazione all’Università di Genova
durante l’evento alluvionale del 4 novembre 2011.
In seguito alla prova su dati storici ne è stata fatta una su dati statistici usando le formule:
Abbiamo quindi preparato un file su Excel inserendo i seguenti valori:
Tempo di ritorno T = 10 anni;
Durata di pioggia 30 min
τ 5 min
n (Esponente di Scala = 0,379 ) 0,4
a(T) Ponte Carrega (pag. 171) 47,1 mm/h^n
Abbiamo preso come riferimento una durata di pioggia di 30 minuti suddivisa in 6 intervalli da
5 minuti ciascuno.
Abbiamo ottenuto le seguenti tabelle: in grigio la suddivisione della durata in intervalli da 5
min, in azzurro le altezze di pioggia “h” e in rosa le intensità “i”:
d (durata) [ore] [min]
Τ 0 0
Τ 0,083 5
Τ 0,167 10
Τ 0,25 15
Τ 0,33 20
Τ 0,417 25
Τ 0,5 30
i1 209,69 mm/h
i2 137,85 mm/h
i3 108,21 mm/h
i4 91,60 mm/h
i5 79,60 mm/h
i6 71,39 mm/h
h1 17,40 mm
h2 23,02 mm
h3 27,05 mm
h4 30,23 mm
h5 33,20 mm
h6 35,70 mm

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Dunque dalle suddette tabelle quali ricaviamo l’altezza di pioggia ogni 5 minuti in un intervallo
di 30 minuti in mm e la corrispettiva intensità di pioggia in / h.
Graficando tutte le suddette tabelle otteniamo i seguenti istogrammi:
Abbiamo poi riordinato questi dati di partenza secondo la forma dello Ietogramma Chicago, che
prevede che l’intensità di pioggia abbia un andamento crescente iniziale, un picco centrale e
una decrescita finale.
Tabella con i valori
riordinati secondo lo
IETOGRAMMA CHICAGO
i4 79,60 mm/h
i3 108,21 mm/h
i1 209,69 mm/h
i2 137,85 mm/h
i5 91,60 mm/h
i6 71,39 mm/h

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Sulla base di quest'ultima tabella riordinata, abbiamo potuto graficare costruendo su Excel lo
ietogramma Chicago:
Infine, i dati sono stati riscritti su un file di testo (.txt) per essere inseriti nel campo “File Name”
del Rain Gage all’interno del programma SWMM.

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IMPLEMENTAZIONE DELLA RETE SU SWMM
Una volta finito il dimensionamento delle condotte tramite il foglio Excel e generato il file di
pioggia correttamente, abbiamo potuto procedere all'implementazione sul software EPA
SWWM della nostra rete di drenaggio.
Primo passo in questa fase è stato proprio disegnare in SWMM: le aree (Subcatchment), le
condotte (Conduit) ed infine i nodi (Nodes).
Il secondo passo è stato impostare adeguatamente tutte le caratteristiche per ciascun
sottobacino, condotta e nodo della rete, studiandoli e calcolandoli specificatamente per il nostro
caso specifico, solo alcuni dati sono stati lasciati invariati di default.
Abbiamo ad esempio impostato che la porzione di terreno impermeabile fosse uguale al 90 %
per ciascun bacino, questa ipotesi è verosimile essendo tutte zone di parcheggio esterne
asfaltate, dunque pavimentazioni bituminose poco permeabili.

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Successivamente abbiamo valutato singolarmente per ciascun sottobacino la larghezza
equivalente e l’abbiamo impostata nel campo ‘width’ nella proprietà del Subcatchment.
Poiché tutti i nostri sottobacini hanno un terreno in asfalto, si è pensato di porre il coefficiente
di Manning (numero che indica la scabrezza del terreno)uguale a 0.011.
Per quanto riguarda le tubazioni abbiamo fissato per ciascuna il diametro ottenuto in
precedenza attraverso il metodo cinematico (su foglio excel), abbiamo imposto la forma
circolare e il coeff. Di Manning (scabrezza) “n” calcolato come: 1/Ks. Nel nostro caso per tubi
in PVC sarà Ks=83 m^(13)/s e perciò “n” sarà pari a 0.01, tipica dei condotti in PVC
comunemente impiegati.
Le pendenze dei tubi sono state impostate opportunamente tramite l’inserimento di opportuni
valori di INLET offset e OUTLET OFFSET nelle proprietà della Conduit, previo semplice
calcolo manuale con l’uso dei teoremi trigonometrici dei triangoli rettangoli.

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Simulazione della Rete di drenaggio senza vasca:
La prova effettuata ha inizialmente riscontrato errori a causa di alcune impostazioni
formalmente scorrette secondo i criteri del programma, ma una volta inserite nella forma
corretta tutte le impostazioni necessarie, la rete progettata si è fin da subito dimostrata adatta a
smaltire la portata d’acqua derivante dai picchi di precipitazione.
Tutti i rami, sia sorgenti che collettori, raccolgono l’afflusso meteorico senza andare in
pressione neanche durante i picchi di portata, osservando i profili delle condotte notiamo che
sia i pozzetti che le condotte restano ben lontani dalla condizione di saturazione e quindi non si
ha alcuna inversione di flusso.
Nel seguente grafico illustriamo i profili delle condotte a partire dalla tombinatura iniziale del
ramo sorgente RS4 (Junction 6) fino allo scarico in Bisagno (Outfall) e si evince facilmente che
le condotte non sono in pressione, ma a pelo libero e allineate correttamente: dunque l’esito è
stato positivo.
Lo stesso esito positivo si è avuto per qualsiasi altro percorso della rete e complessivamente in
tutta la rete.

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Inserimento e progettazione di una vasca di prima pioggia
In questa fase applicheremo alla rete già progettata una vasca di prima pioggia che sarà posta a
valle delle condotte sotto la sede stradale di via del Piano.
Il volume d’acqua meteorica di scorrimento defluito nei primi minuti di precipitazione è
caratterizzato da elevate concentrazioni di sostanze inquinanti.
Per questo motivo ,la maggior parte delle regioni, tra cui la Liguria, hanno in vigore una
legislazione in proposito e per semplicità sintetizziamo nella seguente tabella i limiti previsti
dalla normativa in vigore:
Nel conteggio degli ettari si considerano esclusivamente gli ettari di
superfici impermeabili (dilavate).
Vpp= volume di prima pioggia da considerare per ogni ettaro.
Qpp= portata di prima pioggia da considerare per ogni ettaro.*
ΔTe = tempo di svuotamento della vasca pari a 48 ore massimo.
*N.B. Il numero di 55 ls per ettaro deriva da una stima ed equivalgono ai deflussi dei primi 5
minuti di precipitazione per ogni ettaro di superficie considerata.
Secondo le suddette normative di legge abbiamo, poi, provveduto a dimensionare la vasca di
prima pioggia per la nostra rete che serve un’area complessiva 1,44 ettari impermeabili:
Da ciò abbiamo calcolato anche l’altezza e l’area: per
contenere tutto il volume di prima pioggia, abbiamo
ipotizzato una vasca profonda 2,5 m, un’altezza utile di 2
m e di Area 36 m^2.
Abbiamo poi impostato i dati in SWMM nella scheda delle proprietà della vasca:
 MAX DEPTH: altezza della vasca = 2,5 m
 CONSTANT: Area della vasca = 36 m^2
Abbiamo optato quindi per una vasca con un’altezza totale di 2,5 metri, di cui però solo 2 metri
sono di altezza utile della vasca, la restante parte è composta da 0,4 m che si trovano al di sopra
della weir e 0,1 m che consideriamo come altezza iniziale della vasca (quantità d’acqua che non
viene mai prelevata dalla pompa).
NORMATIVA
Vpp = 50 m^3/ha
Qpp = 55 l/(s*ha)
ΔTe = 48 h
NEL NOSTRO CASO DI STUDIO
Area TOT= 1,44 ha
Vpp = 50 * 1,44 = 72 m^3
Qpp = 55 * 1,44 = 79,2 l/s ≈ 80 l/s

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Da notare quindi che la weir è a 2,1 m di altezza dal fondo.
Inoltre la pompa si spegne a 0,1 m di altezza dunque la vasca non si svuoterà mai
completamente ma resterà sempre un franco di 0,1 m di acqua.
Divider:
A monte della vasca abbiamo anche inserito un ulteriore elemento chiamato "divider".
Esistono quattro tipi diversi di divider definiti in base al modo in cui i flussi sono divisi; noi
abbiamo scelto il tipo "cut-off" perché il nostro divider ha la funzione di "tagliare via" una
portata pari a 80 litri al secondo (Qpp) e di inviarla alla vasca, mentre la rimanente portata
prosegue direttamente verso lo scarico in Bisagno (Outfall).
A valle della vasca abbiamo invece inserito questi 2 fondamentali elementi:
Pompa:
Abbiamo imposto una pompa che sia in grado di prelevare almeno 2 l/s, in modo che impieghi
esattamente 10 ore a svuotare la vasca. La pompa si accende nel momento in cui l’altezza
dell’acqua in vasca raggiunge i 2 m.
WEIR:
La weir svolge la funzione di sfioratore, cioè di scarico di troppo pieno: nel caso in cui la vasca
si riempia oltre la sua capacità massima, essa provvede a far fuoriuscire l’acqua in eccesso. Nel
nostro caso, tale weir collega la vasca con uno scarico diretto in Bisagno.
La weir è stata posizionata ad una altezza dal fondo di 2,1m. Tale “bocca” ha una forma
rettangolare con altezza 0,3 m e larghezza 0,4 m.

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Simulazione della Rete di drenaggio con vasca:
Per analizzare con più precisione i vari aspetti di questa rete di drenaggio, riportiamo qui nel
seguito alcuni grafici.
GRAFICO 1
In questo grafico si può comprendere come variano le portate in litri/secondo per un tempo di
un’ora nel LINK 30 (condotta che si estende dal divider alla vasca) e nel LINK 29 (condotta
che si estende dal divider allo scarico in Bisagno).
Perciò osservando la linea rossa si capisce che il flusso massimo, verso la vasca, si verifica in
36/40 (circa) minuti e che esso rimane costante in un intervallo di tempo di circa 30 min. Inoltre
tale flusso, abbondantemente al di sotto dei 100 litri/secondo, indica il corretto funzionamento
del divider, in quanto la Qpp è proprio di 80 litri/secondo.
Considerando, ora, la linea blu, si può capire che il flusso massimo nella Condotta 29 lo si ha
dopo i primi 18 minuti (circa).

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GRAFICO 2
In questo grafico si può notare, oltre a quello già descritto nel GRAFICO 1, come la portata
nella Condotta 28 (linea verde) sia maggiore delle altre in particolare di quella rappresentata
dalla linea blu. Questo è un risultato importante perché esprime il corretto funzionamento delle
varie parti della rete (Condotta 29, Condotta 30 e Divider) in quanto la Condotta 28 si trova a
monte del divider e perciò deve avere una portata, per ovvi motivi, maggiore. La portata della
condotta 28 è la somma delle portate della Condotta 29 e della Condotta 30.

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GRAFICO 3
Con questo grafico si può vedere l’andamento dell’altezza dell’acqua in vasca nell’intervallo di
due ore. Prima dell’evento meteorico, in vasca è presente una quantità di acqua residua pari a
circa 0,1 metri come da noi impostato. Si può notare che dopo circa 8 minuti la vasca inizia a
riempirsi e dopo circa 40 minuti e per circa 36 minuti si ha l’altezza di acqua massima in vasca
superiore ai 2,1 metri. Dopo questo intervallo di tempo l’altezza dell’acqua in vasca inizia a
scendere fino ad assestarsi ad un valore di circa 2,1 metri.
Un risultato soddisfacente è dato dal fatto che l’altezza dell’acqua in vasca non supera mai i 2,5
metri.

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