Opere Particolari Parte 5

Sistemazioni dei corsi d'acqua - Paolo Salandin, Università di Padova

PARATOIE

Le paratoie sono strutture mobili che servono a chiudere parzialmente

o completamente una struttura fissa per ritenuta d'acqua: le perdite

d’acqua devono essere (in genere) contenute il più possibile.

I tipi fondamentali sono:

• paratoia piana;

• paratoia a ventola;

• paratoia a settore;

• porta vinciana.

Alcune di queste paratoie possono comporsi tra loro e danno luogo ai

seguenti tipi principali:

• paratoia piana su piana;

• paratoia piana con ventola sovrapposta;

• paratoia a settore con ventola sovrapposta.

vertical lift gate

bottom-hinged flap gate (or tilting gate)

radial gate (or tainter gate)

mitre gate

hook type gate

vertical lift gate with overflow section

radial gate with overflow section


diversion work with two radial gates and emergency spillway


PARATOIE PIANE

Le paratoie piane, nella più semplice forma strutturale, con travi orizzontali costituite da profilati sono utilizzate per luci L e altezze H di ritenuta relativamente modeste e con limitati problemi di regolazio-ne.

Il prodotto L·H può spingersi fino a valori di circa 30 m2 (es.: L=10 m, H=3 m; oppure H=5 m, L=6 m) con un peso dell’ordine di ~2,50 kN/m2. Luci maggiori richiedono strutture ben più complesse: con travi orizzontali composte, irrigidite da nervature verticali; e pesi dell’ordine di 2,50÷3,00 kN/m2. Da sommare ai pesi relativi ai gargami, ai modi di sollevamento (per strisciamento o a ruote) e agli organi di manovra.

L=7 m; H=3 m - BONIFICA PONTINA (LATINA)

Example of vertical lift gate

gate slot lifting gear

superstructure


PARATOIA DI LEGNO PER LA CHIAVICA ROVERSELLA (FINE ‘800)

PARATOIE DI FERRO PER LA REGOLAZIONE DI UN

CANALE (FINE ‘800)


PARATOIE PIANE

Le paratoie piane e le loro parti accessorie (gargami e dispositivi di tenuta) possono es-sere esposte all’azio-ne del materiale soli-do trasportato: con qualche sofferenza per le manovre o per danni alla soglia: pro-blemi da considerare con attenzione per impianti posti sui corsi d’acqua naturali o per gli scarichi di fondo.

L=7,20 m; H=3,34 m

skin plate

horizontal beams

vertical stringers

horizontal stiffener beam

EXAMPLE OF ROLLER GATE

rollers


AZIONI IDROSTATICHE SU UNA PARATOIA PIANA

La spinta idrostatica su una paratoia piana è fatta assumendo la sua

altezza H; oppure l’altezza H incrementata del carico massimo h per

le paratoie il cui bordo superiore sia sfiorante. Indicato con il peso

specifico dell’acqua, la pressione che s’esercita alla profondità y è wy.

La funzione resistente d’una paratoia piana è affidata essenzialmente a

un insieme di travi orizzontali variamente distribuite nell’altezza.

La spinta totale su una paratoia piana rettangolare di luce netta L è

pertanto:

essa è applicata alla profondità 2H/3 dal pelo libero.

2wLH

2

1S


PARATOIE PIANE

design of the main horizontal beams

gate slot

neoprene bulb seals


CALCOLO DEL MANTELLO DI UNA PARATOIA

Lo spessore s (cm) del mantello si può calcolare di massima con la formula di Bach:

c = lunghezza (cm) della normale ad una diagonale del rettangolo da uno dei vertici opposti;

p = pressione idrostatica sul margine inferiore della striscia (MPa);

sa = sollecitazione ammissibile per la lamiera (MPa);

m = 0,75 per lastra incastrata al contorno, 1,12 per lastra appoggiata al contorno.

Lo spessore minimo da assumersi per l’acciaio al carbonio è s=6÷8 mm considerando un sovraspessore di 1 mm per la corrosione.

a

pcs

s

m

2

design of the skin plate


CALCOLO DEL MANTELLO DI UNA PARATOIA

Il calcolo del mantello si svolge, generalmente, applicando le norme

DIN 19704 del settembre 1976 per le quali è disponibile anche la

versione in lingua inglese dal titolo Hydraulic Steel Structures-

Criteria for Design and Calculation

E' peraltro da sottolineare che la saldatura del mantello sulla orditura

della paratoia comporta che i profilati della struttura possono far conto

anche su una parte del mantello da ritenersi collaborante.

La parte collaborante può ancora valutarsi con le norme DIN.


FORZA PER IL SOLLEVAMENTO DI UNA PARATOIA

La forza T necessaria per il sollevamento di una paratoia piana, detto

G il peso della paratoia, S la spinta totale agente sulla paratoia f il

coefficiente di attrito e k un coefficiente aggiuntivo che vale 1,2÷1,5 a

seconda delle condizioni di manutenzione e di esercizio vale:

T = k (G+f S)

Coefficiente di attrito

f=0,08÷0,1 (paratoie

su ruote) e f=0,2÷0,9

(a strisciamento)

(acciaio su teflon

0,1; acciaio su

bronzo 0,2; acciaio

su acciaio 0,3;

gomma su acciaio

0,7÷0,9)


SPINTA DOVUTA ALLA PRESENZA DI FANGO L’eventuale azione del fango sulla paratoia, si riconduce ad un’azione di tipo idrostatico, con un’appropriato valore del peso specifico. Indicati con s e con n , rispettivamente, il peso specifico della parte solida del fango (per esempio, per la sabbia è s=26 kN/m3) e la porosità (0,25÷0,50 per le sabbie; 0,30÷0,55 per i limi; 0,50÷0,70 per le argille molli), il peso specifico di volume del fango (in acqua) f è: Per le sabbie, si ha f=12÷ 8 kN/m3. La pressione del fango alla profondità y e la relativa spinta sono: avendo indicato con Ka (= 0,40÷0,70 per le sabbie) il coefficiente di spinta attiva. Può notarsi come l’azione del fango sia da considerare con attenzione. Si osserva, però, che un’attenta gestione dell’impianto dovrebbe evitare la formazione di fango a ridosso delle paratoie: le periodiche cacciate dal callone, infatti, ed anche dalle paratoie stesse (con deflusso a battente) dovrebbero impedirne l’accumulo.

)1)(( nwsf

;yKp faf ,2

1 2HKS faf


CALCOLO DELLE RUOTE DI SCORRIMENTO

Per una ruota di larghezza trasversale d che scorre su un piano la larghezza di contatto b [cm] e la pressione ammissibile pmax [kgf/cm] si hanno dalle seguenti formule (Belluzzi, Cap XXV, n°605):

essendo: , - r il raggio della ruota [cm]; - E modulo di elasticità di ruota e piano su cui scorre [kgf/cm2]; - p = P/d forza per unità di lunghezza [kgf/cm].

E

prb 04,3

r

pEp 418,0max

La pmax ammissibile è molto superiore al carico di sicurezza a compressione del materiale: per l'acciaio si può ritenere dell'ordine di 5000-8000 [kgf/cm2]; questo è dovuto alla circostanza che all'intorno del contatto il materiale è compresso in tutte le direzioni e pmax si ha solo nella zona di contatto e si va rapidamente riducendo nell'intorno.

Il calcolo delle ruote viene svolto considerando che la ruota e la rotaia sono premute da una forza normale al piano tangente comune e si deformano con contatto su di un'area piccolissima ma finita.

wheel design


MATERIALI IMPIEGATI PER LE PARATOIE

Le paratoie sono in genere realizzate con strutture saldate di acciaio al

carbonio, principalmente S235 (ex Fe360), S275 (ex Fe430), S325 (ex

Fe510), dove il numero indica il carico di snervamento in MPa

(Esempi: http://www.mondinitrento.it/Tabelle.html)

In passato molte paratoie erano realizzate in legname con elementi di

acciaio. Piccole paratoie di serie sono talvolta realizzate con ghisa

sferoidale. Le paratoie per impianti di depurazione o comunque di non

grandi dimensioni sono sovente realizzate con acciaio inossidabile o

alluminio.

Per le strutture in acciaio al carbonio lo spessore minimo degli

elementi è di 6÷8 mm sia per garantire la facile saldabilità sia per

limitare la riduzione percentuale di spessore per effetto dell’ossidazio-

ne (stimabile in 1-2 mm).

materials low-carbon structural steels (sometime stainless steels or aluminium)


PARATOIA PIANA CON CASSA PER SCARICO DI FONDO


PARATOIA PIANA SU PIANA (A GANCIO)

Per il controllo di scarichi di superficie con elevato battente è talvolta

impiegata una paratoia composta da due elementi piani sovrapposti: la

cosiddetta paratoia piana su piana (o a gancio).

La paratoia è composta in altezza da due elementi, dei quali quello

superiore può abbassarsi sovrapponendosi a quello inferiore: il

deflusso avviene a stramazzo; da questa posizione la paratoia può poi

essere sollevata dando luogo al deflusso sotto battente.

È da notare come la suddivisione in due paratoie comporti un

apprezzabile vantaggio nel loro sollevamento. Abbassata in una prima

fase la paratoia superiore (di altezza H1) sulla inferiore (altezza H2),

per provvedere poi al loro sollevamento, la spinta sull’insieme delle

due sta alla spinta totale nel rapporto [H2 / (H1+ H2)]2: può notarsi

come, quando sia H1~H2, la spinta sia ridotta di 1/4 rispetto a quella

che si avrebbe per un’unica paratoia d’altezza H1+ H2; dunque, con

una notevole riduzione dello sforzo di sollevamento dell’insieme.

hook type gate


IMPIANTO DEL FLUMENDOSA (SARDEGNA) PARATOIA A GANCIO 12x12 m2

Il vantaggio nel sol-levamento è evidente. Abbassata la paratoia superiore sulla infe-riore, quando le due altezze siano circa uguali, la spinta sia ridotta di 1/4 rispetto a quella che si ha per un’unica paratoia.


PARATOIA PIANA SU PIANA (A GANCIO)


VENTOLA AUTOMATICA

Le paratoie a ventola trovano largo impiego specie se associate alle paratoie piane o a quelle a settore nelle traverse con alte ritenute.

Al vantaggio d’essere prive di gargami (come i settori), a ventole abbattu-te sono esposte al traspor-to solido di fondo.

Hanno avuto larga diffu-sione nella versione auto-matica al servizio degli scaricatori di superficie degli impianti a serbatoio.

Automatic bottom-hinged tilting gate


DIGA DI CORBARA (1961)

TRE SETTORI 10,60X6 m2 DUE VENTOLE 10,60X6 m2

VENTOLA SOSTENUTA


TENUTE SUL FONDO DI UNA PARATOIA A VENTOLA

Paratoie


TENUTE LATERALI DI

UNA PARATOIA A

VENTOLA O DI UN

SETTORE

Paratoie


VENTOLE AUTOMATICHE

Diga di Ponte Liscione sul fiume Biferno (Campobasso); scarico di

superficie 13m 3,5m


PARATOIA PIANA CON VENTOLA AUTOMATICA

SOVRAPPOSTA

La ventola consente la regolazione del livello a monte e lo scarico dei detriti galleggianti; a ventola abbattuta è più agevole l’apertura della luce sul fondo


Traversa di Isola Serafini sul Fiume Po (11 luci da 30 m - paratoie

piane H=6,30 m con ventola automatica L=28,60 m H=1,70 m)


PARATOIE A SETTORE

La paratoia a settore offre diversi vantaggi rispetto alle paratoie piane: • assenza di vani nelle murature laterali; • coefficiente di attrito al perno di appoggio ridotto; • perni di rotazione normalmente fuori acqua; • minor impiego di potenza per la manovra.

Per contro questo tipo di paratoie presenta alcuni aspetti negativi:

• maggior lunghezza delle opere civili;

• maggiori oneri di montaggio; • azione della spinta sulle

murature in posizione concentrata.

RADIAL GATES


Un limite nell’impiego dei settori è costituito dalla spinta sui perni, spinta che

raramente supera i 15 MN per perno. Indicata con h la ritenuta e b la

larghezza della paratoia la condizione che la spinta non superi 15 MN porta a

stabilire che con b=35 m la massima ritenuta sarà non superiore a 13 m

circa, mentre con b=20 sarà h17 m .

Un settore lungo 35 m avrà quindi un altezza massima di 13 m, mentre un

settore lungo 20 m potrà avere un’altezza di 17 m.

Le paratoie a settore consentono di limitare al massimo lo sforzo di sollevamento, sia per il ridotto attrito, sia per la possibilità, spostando il centro di rotazione di favorire l’apertura.

PARATOIE A SETTORE

arms

plate aligned arms

slanting arms


SETTORI AUTOLIVELLANTI

Un settore classico è accoppiato ad un dispositivo che, superato un prefissato livello a monte, lo solleva lentamente.

Il dispositivo di regolazione è costituito da un cassone metallico (vuoto e stagno) collocato in un vano posto lateralmente alla luce presidiata dal settore e collegato al settore stesso. Uno sfioratore posto a monte del vano consente, superato un certo livello, all'acqua di entrare nel vano stesso sollevando così il cassone che trascina con se la paratoia.

RADIAL AUTOMATIC GATES

counterbalance weight

inlet

outlet

inlet pipe

displacer displacer

pivot


DIGA DI BANDAMA (COSTA D’AVORIO) PARATOIE A SETTORE 10x10,30 m2


PARATOIE CILINDRICHE AD ASSE ORIZZONTALE

Le paratoie cilindriche ad asse orizzontale sono state ampiamente impiegate nelle traverse all'inizio del ’900.

Trattasi di cilindri di alcuni metri di diametro (e quindi con elevato momento di inerzia) alla cui estremità sono poste delle ruote dentate che ingranano su un gargame inclinato con cremagliera. La catena avvolta ad una delle estremità consente di sollevare o abbassare la paratoia. Una catena sull'altro lato ha funzione di sicurezza.

Per esempio nella traversa di Strà sul F. Brenta sono montati due cilindri con ritenuta di 4,10 m e luce netta di 15,50 m. Per non incrementare il diametro del cilindro oltre le necessità strutturali e poter aumentare la ritenuta, contenendo quindi il peso della struttura, in alcuni casi è stato aggiunto un becco sul bordo inferiore, maggiori ritenute si sono ottenute con uno scudo sul fronte della ritenuta in modo da ottenere un becco inferiore ed uno superiore.

rolling weir gate


Sbarramento sul Gorzone

Paratoia cilindrica con becco; L=24 m, H=4 m

realizzata nel 1934

Sbarramento con paratoia cilindrica


DIGA GONFIABILE: Prima applicazione H=1,5 m; L=40 m

Los Angeles River (1957)

Trattasi di una struttura di ritenuta consistente in un telo chiuso alle estremità, fissato ad una soglia di calcestruzzo.

Per attivare la ritenuta è sufficiente immettere acqua od aria entro la struttura. Per abbassare o eliminare la ritenuta basta togliere il fluido di riempimento. La ritenuta può essere fino a 10 m; la lunghezza di ogni singolo elemento è fino a 150 m, per lunghezze maggiori si divide la luce in più campate con pile intermedie.

Alcune applicazioni in Italia non sono state soddisfacenti per il danneggiamento del telo dovuto al trasporto solido sul fondo con diga abbassata o da parte del materiale galleggiante con diga gonfia.

inflatable weir flexible gates in the form of a reinforced, sheet-rubber bladder inflated by air or water, anchored

to a concrete foundation


DIGA GONFIABILE


PANCONI ORIZZONTALI

I panconi (o paratoie di emergenza) sono costituiti da elementi di

paratoia sovrapponibili in modo che un determinato numero di

elementi realizzi l'altezza di ritenuta desiderata.

Il numero degli elementi dipende dal peso degli stessi per poter essere

sollevati con apposita attrezzatura.

Se i panconi sono con luce modesta ed in numero limitato (2-3) i

panconi sono talvolta realizzati tutti uguali, ossia tali che possono

essere posti in opera senza un prestabilito ordine, potendo ognuno

sopportare il carico massimo.

Per luci importanti o altezza significativa ogni pancone è calcolato per

una posizione altimetrica ben definita, richiedendo quindi maggior

attenzione nella posa.

stop logs


PANCONCELLI ORIZZONTALI IN LEGA

LEGGERA

Per luci fino a 3÷4 m sono

talvolta impiegati elementi

orizzontali di lega leggera

realizzati con profilati

estrusi.

Questi profilati sopportano

un carico di 3 m su luce di

4 m; il loro peso è di 130

N/m, il che equivale, su

luce di 4 m ad un peso di

600 N, con la possibilità

quindi di essere posto in

opera a mano.


POSA E SOLLEVAMENTO DEI PANCONI ORIZZONTALI

I panconi orizzontali vengono posti in opera e sollevati con l'ausilio di

una trave pescatrice.

La trave è dotata di un dispositivo che, posati i panconi, consente lo

sgancio automatico della trave ed il suo sollevamento per ulteriori

operazioni.

Per il sollevamento dei panconi è utilizzata la stessa trave che solleva

il pancone dalla gargamatura.

La manovra è effettuata con paranco a mano o elettrico o idraulico.

Per la movimentazione di panconi su opere con più luci è impiegato

un carro panconi che porta la trave pescatrice. Il carro consente di

operare con facilità prelevando i panconi da idoneo deposito fuori

dalle luci di presa. La traslazione può essere manuale, elettrica o

oleodinamica.


TRAVE PESCATRICE CON PARANCO A MANO

CARRO PANCONATORE MOBILE CON ATTUAZIONE

ELETTRICA O OLEODINAMICA

grappling beam

gantry crane

hooks

hoist


PANCONI AD AGO DI LEGA LEGGERA

Per la chiusura di luci di altezza limitata (inferiore a 5 m) e di

qualsivoglia lunghezza, purchè vi sia la possibilità di avere una

passerella superiore, trovano vantaggiosa applicazione i cosidetti

panconi ad ago.

La chiusura si ottiene accostando uno all'altro dei profilati di lega

leggera formati per estrusione. I panconi vengono inseriti in una sede

al piede ed appoggiano superiormente su una trave che funge anche

da piano di manovra.

I limiti di impiego sono rappresentati dalla possibilità di

movimentazione degli aghi con semplici mezzi manuali o, meglio, a

mano. Considerato che la loro massa va da 10 a 15 kg/m, la lunghezza

massima va da 4 a 6 m a seconda del tipo. La posa avviene, in modo

abbastanza agevole, facendo scorrere entro la guida cilindrica, che

costituisce un lato del profilo, il lato a nota musicale dell'elemento

adiacente.


PANCONI AD AGO DI LEGA LEGGERA

aluminium needles


PANCONATURA AD AGO - Particolari


ONDA PRODOTTA DAL CEDIMENTO DI UNA PARATOIA

Gli effetti prodotti dal cedimento totale ed istantaneo di una paratoia

di ritenuta h che chiude un canale rettangolare di lunghezza indefinita,

con pendenza del fondo nulla e senza attrito, sono noti in forma

analitica.

La rimozione istantanea della ritenuta stessa dà luogo a un'onda

negativa, che libera una portata q per unità di larghezza pari a:

essendo e .

L’equazione della superficie libera - una parabola con il vertice sul

fondo dell’alveo a valle - con y dato come funzione dell’ascissa x e

del tempo t è:

ghhq27

8 9/41 hy ghv 3/21

h

y

ght

x32


Onda prodotta dal cedimento di una paratoia

Forma adimensionale di una superficie libera


CROLLO DI UNA PARATOIA; APPLICAZIONE

Si consideri un canale indefinito, largo 10 m e con tirante di 5 m,

controllato da una paratoia; si assuma nulla la pendenza e l'attrito

trascurabile.

Il crollo istantaneo della paratoia dà luogo ad una portata unitaria di

10,4 m3/s,m, ossia ad una portata complessiva Q=104 m3/s.

L'utilizzo delle formule o del grafico adimensionale che dà forma

della superficie libera consentono di calcolare dopo quanto tempo

l'onda giunge ad una sezione a distanza prefissata o quale distanza

l'onda abbia percorso in un certo tempo; fissato il tempo e la distanza

si può determinare il tirante d'acqua.

Alla distanza di 1000 m l'onda giunge dopo 71 s.

Dopo un tempo pari a 200 s, alla distanza di 1000 m si ha un tirante di

0,92 m.

Il fronte con tirante y1=4h/9 = 2,22 m viaggia con la velocità di 4,67

m/s; dopo 455 s ha percorso 1000 m.


CROLLO DELLA TESTATA DELLA CONCA DI

NAVIGAZIONE DELLA TRAVERSA DI CHIEVO (VR)

La Traversa di Chievo (Verona),

fu realizzata sul F. Adige nel

1921-1923 e crollò il 27 maggio

1992 per erosione al piede. La

testata era presidiata da una

paratoia piana con luce di 12,50 m

e tirante di 6 m; è stata ricostruita

nel 1993.


La portata d'aria necessaria Qa, da consegnare alla sezione di sbocco, dipende dal numero di Froude e dalla portata Q secondo le relazioni: e valide, rispettivamente, quando il deflusso in galleria avvenga senza la produzione di un risalto o con un risalto.

06,1103,0 FQQa 4,1

10066,0 FQQa

La depressione per derivare con una condotta d'aerazione lunga L e di diametro d è, in colonna d'acqua, essendo (aria secca); ki=0,5; ks=1 e f =0,02. La velocità da assumere è generalmente non superiore a 50 m/s.

g

ukdfLk si

w

a

2/1

2

31030,115,1/ wa

RIFORNIMENTO D’ARIA A VALLE DELLE PARATOIE Il moto a valle degli organi di regolazione è, di norma, a superficie libera con velocità assai elevate e parimente elevati numeri di Froude. Quando lo sbocco, e quindi il deflusso, avvenga in galleria, si deve provvedere con un aeroforo a rifornire di aria la corrente affinché il moto si mantenga a superficie libera.


SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DI UNA CONCA DI NAVIGAZIONE


Schema di manovra di concata con natante in discesa

Schema di manovra di concata con natante in salita


PORTE VINCIANE

Una porta vinciana (dal nome del suo inventore Leonardo da Vinci

1452-1519) è costituita da un elemento piano, che si muove ruotando

su due cerniere poste su un lato della porta.

Sono in genere disposte accoppiate potendo così intercludere luci

significative.

Le due porte, in posizione di chiusura combaciano nel mezzo,

formando tra loro un angolo ottuso (dette per questo anche porte

angolari); la chiusura è assicurata dalla pressione dell'acqua.

L'angolo fra una porta chiusa ed il piano trasversale della luce è di

18-22°.

Ciascuna porta ha una intelaiatura formata da due travi verticali -

ritto cardinale e ritto battente - e da più travi orizzontali - cimazio,

traverse e zoccolo; con un puntone od un tirante.

Il puntone diagonale va dal piede del ritto cardinale alla sommità del

ritto battente; il tirante va dalla sommità del ritto cardinale al piede

del ritto battente.


PORTE VINCIANE Sull'intelaiatura viene saldato il manto (parete) di acciaio. In posizione di chiusura il ritto battente di ciascuna porta viene premuto contro quello dell'altra e lo zoccolo contro una soglia o gradino di fondo. Il ritto cardinale è conformato in modo che in posizione di chiusura vada ad adagiarsi alla parete, ma discostandosi durante l'apertura per evitare lo strisciamento; in posizione di chiusura la porta è contenuta in una apposita nicchia. Il ritto cardinale è sostenuto superiormente da apposito supporto; il cardine inferiore ha solo funzione di guida.


SCHEMA STRUTTURALE DI UNA PORTA VINCIANA

I puntoni di una porta vinciana si comportano come un arco a tre

cerniere. La risultante della spinta dà luogo quindi ad un momento

flettente M ed uno sforzo di compressione P.

La presenza di pressoflessione porta ad un compromesso per l'angolo

che assumono le porte in posizione di chiusura: circa 18-20° rispetto

alla congiungente i perni dei due battenti.

Gli sforzi normali dei puntoni trasmessi al ritto cardinale darebbero

luogo per quest'ultimo, se fosse incernierato in platea e sommità, a

flessione deviata (l’asse di solelcitazione non coincide con alcuno

degli assi principali d’inerzia della sezione), con dimensionamenti

improponibili per il ritto.

Questo schema statico viene evitato realizzando il battente in modo

tale che, in posizione di chiusura, lo stesso si adagi, per tutta altezza,

alla muratura con un numero di appoggi pari al numero dei traversi:

facendo sì che gli sforzi normali trasmessi dai traversi stessi si

scarichino, attraverso il ritto, direttamente sulla muratura.


PORTE VINCIANE

Da: Vittorio Zonca, Architetto della Magnifica Comunita di

Padoua, “Novo teatro di machine et edificii”, Padoua 1607.

Sistemazioni dei corsi d'acqua - Paolo Salandin, Università di Padova La conca fu costruita nel 1526 da Jacopo Dondi dell’Orologio. La conca esiste ancora ed è correttamente mantenuta (fotografia del 6 febbraio 1894).

Conca delle Porte Contarine sul naviglio interno di Padova


PORTE VINCIANE


PORTE A VENTO

Le porte a vento sono porte vinciane poste al termine di un canale a

marea che si chiudono automaticamente quando la marea tende ad

entrare nel canale e si aprono quando l’acqua dal canale tende ad

uscire in mare.

Quando il momento della spinta idrodinamica supera il momento dovuto all’attrito del peso della paratoia quest’ultima si apre. Le vecchie porte a vento erano di legno e quindi con un peso molto basso essendo il peso immerso circa nullo. Attualmente queste porte sono di acciaio con mantello disposto su due paramenti e riempite internamente con schiuma idrorepellente in modo che il loro peso immerso risulti circa nullo.

Quando la marea cresce e l’acqua dal mare entra nel canale con tirante

h e velocità con vm esercità una spinta idrodinamica sulla parete della

porta esposta di area s·h pari a:

g

vshCF

mwD

2

2


SETTORI AD ASSE VERTICALE PER LUCE DI 24 m E ALTEZZA DI 12 m – CONCA DI SHINSUNA (TOKIO)


PORTE A SETTORE DI UNA CONCA DI NAVIGAZIONE


▪ Organi di scarico

- Opera per il MDV.

- di superficie;

- di fondo;

- di alleggerimento;

- di esaurimento.

▪ Organi di utilizzo

- Opera di presa;

ORGANI DI REGOLAZIONE

E CONTROLLO

overfall spillway

high pressure outlets (lower and

intermediate outlets)

intakes


SOGLIA SFIORANTE

Con il profilo Scimemi il coefficiente di portata è 0,48 se riferito al carico fondamentale h0, ma può anche essere incrementato fino a 0,52 sagomando la cresta per un carico di 0,75 h0, come suggerito dall’U.S.B.R.

La piena di riferimento è generalmente assunta (in assenza di una disposizione regolamentare) con un peri-odo di ritorno Tr = 1000 anni.

crest spillway


SOGLIE SFIORANTI

Con il profilo indicato il coefficiente di portata è 0,48 se riferito al carico fondamentale h0, ma può anche essere incrementato fino a 0,52 sagomando la cresta per un carico di 0,75 h0, come suggerito dall’U.S.B.R.

Cosenza 2005.ppt

Noti la portata Q da scaricare ed il carico h0 massimo sulla soglia, si

determina la portata q per unità di lunghezza da e lo sviluppo l della soglia. Il ciglio e il paramento sono sagomati in modo che per il carico h0 la lama aderisca ad esso.

ooq hghCq 2

L’equazione della soglia sfiorante, secondo il profilo Creager è: espressa in forma adimensionale rispetto al carico fondamentale h0: essendo C=0,5 e n=1,85.

nhXChY )( 00

nxCy

crest spillway


SOGLIA SFIORANTE A BECCO D’ANATRA labyrinth weir (spillway)


PRESCRIZIONI REGOLAMENTARI PER GLI ORGANI DI SCARICO DELLE DIGHE DI TERRA

L’art. H.4. che tratta degli organi di scarico delle dighe di terra prevede:

…… La portata massima da scaricare per il più gravoso evento di piena previsto deve essere evacuabile unicamente con gli scarichi di superficie. Essi potranno essere costituiti da una o più soglie libere e da soglie munite di paratoie automatiche. In questo secondo caso, considerata l’ipotesi di mancato funzionamento delle paratoie, la portata pari almeno a metà della portata massima che è previsto di scaricare per il più gravoso evento di piena, deve essere evacuabile con le soglie libere, ammesso peraltro che il franco netto si riduca a valori metà di quelli sopra indicati, fatto salvo il minimo di un metro. ……

Si ricorda che per le dighe di terra il franco netto varia da 1,5 m per dighe alte fino a 15 m a 4 m per dighe alte 90 m o più.


SCARICATORI A CALICE

Ove quali sfioratori di superficie si intenda adottare il tipo a calice od analoghi, soggetti a saturazione, le dimen-sioni di essi dovranno essere tali che la quota di saturazione risulti superiore a quella di massimo invaso aumentata di 2/3 del franco netto.

morning-glory spillway

64

SBARRAMENTO DI GIMIGLIANO SUL F. MELITO

MODELLO IDRAULICO IN SCALA 1:40,4

Per la Diga di terra di Gimigliano sul F. Melito (CZ), attualmente in fase di costruzione, lo scarico di superficie è previsto con due calici di altezza (compreso il raccordo) di circa 91 m. La portata di piena millenaria è di 700 m3/s.



Le gallerie di restituzione sono lunghe circa 900 m; la sezione è policentrica con D= 7,64 m. La portata di progetto sfiora con un tirante di 2,00 m; il tirante prima dell'ingolfamento è di 5,33 m (2m + 2/3 del franco netto).

Scopo del modello, realizzato dopo altri due modelli, era di verificare il corretto funzionamento delle opere ed il soddisfacimento delle disposizioni regolamentari.

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LABORATORIO DI IDRAULICA

UNIVERSITA’ DI TRIESTE

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RACCORDO SFIORATORE – SCARICO DI FONDO



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SCALA DELLE PORTATE SFIORATORE CON GALLERIA

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FUNZIONAMENTO CON PORTATA Q=850 m3/s



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FUNZIONAMENTO CON PORTATA Q=1150 m3/s




CANALE COLLETTORE DI PORTATA

Portata m3/s

Tirante

sulla

soglia

m

side-channel spillway


SCARICATORI A SIFONE

Il valore del coefficiente di portata è ~0,5 per il sifone Gregotti; ma può essere anche alquanto superiore (fino a 0,8): con determinazioni da farsi con prove su modello. Il massimo valore di h è di 7-8 m.

La portata, a sifone innescato, è data, essendo Cq il coefficiente di portata, As l’area della sezione di sbocco e h la differenza di quota tra il pelo libero di monte e quello della sezione di sbocco, dalla:

.2 hgACQ sq

siphon spillways


Co

sen

za 2

00

5

SCARICATORI A SIFONE


SCARICHI DI MEZZOFONDO

Esso, infatti, può essere aperto con maggiore facilità anche in emergenza,consentendo di scaricare una frazione significativa del volume invasato. Ridotto così il carico sullo scarico di fondo questo può essere più facilmente aperto. A differenza dello scarico di fondo, a ridosso del quale possono accumularsi materiali che ne ostacolano l’apertura, gli scarichi superiori non hanno di fatto soggezioni.

La presenza dello scarico d’alleggerimento riduce ovviamente i problemi di cavitazione per lo scarico di fondo.

Par

ato

ie

Per alte ritenute (50 -100 m) e grandi capacità (decine di milioni di m3), è spesso adottato uno scarico interme-dio o di alleggerimento per garantire una maggiore affidabilità del sistema nel processo di vuotamento.

intermediate outlets


SCARICO DI FONDO CON DOPPIA PARATOIA PIANA

L'intercettazione è di solito realizzata con due paratoie in serie: per una più facile apertura e, con adatti dispositivi di manutenzione, senza dover vuotare il serbatoio. La paratoia di monte è tenuta di riserva, si affida invece a quella di valle la manovra sotto carico. La paratoia di monte è munita di by-pass per consentire di riempire il vano tra le due paratoie, equilibrando quindi il carico per consentire una agevole apertura delle paratoie anche dopo un lungo periodo di inattività.

bottom outlet


MODALITÀ DI MANOVRA DI UNO SCARICO DI FONDO

L’art. 17 del R.D. prevede che gli organi siano controllati almeno 2 volte all’anno e possibilmente negli stati di massimo e di minimo invaso.


PARATOIA A SETTORE PER SCARICO DI FONDO

Gli scarichi devono essere facilmente manovrabili e permettere un efflusso il più possibile regolare della corrente idrica, e ciò sia con apertura totale che parzializzata; ed anche offrire una adeguata resistenza all’usura in presenza di portata solida. Oltre a ciò si cerca di rendere i dispositivi facilmente ispezionabili e riparabili nelle loro diverse parti e di proporzionare i meccanismi di manovra, in modo da garantirne l’efficienza anche in condizioni di emergenza.


SCARICO DI FONDO CON PARATOIA PIANA E A SETTORE


SCARICO DI FONDO A PARATOIA ESTERNA CON PANCONATURA

Devono assicurare una perfetta tenuta; essere facilmente manovrabili; permettere un deflusso parziale e totale regolare; resistere all’usura della portata solida; essere ispezionabili e riparabili.

I meccanismi devono essere proporzionati con largo margine, per garantirne l’efficienza anche in emergenza. La manovra è assicurata da almeno due sorgenti di energia.


DISPOSIZIONI DELLE PARTI STRUTTURALI DEL FONDO DI UNA PARATOIA PIANA PER EVITARE VIBRAZIONI DOVUTE

ALL’ATTACCO-STACCO DELLA CORRENTE

Paratoie


E’ adottato quando l’imbocco dello scarico di fondo sia tenuto, più alto del fondo alveo: esso provvede al vuotamento completo del serbatoio. La sua sezione è circolare con diametro non inferiore a 1000 mm, per assicurarne l’ispezionabilità. Il presidio è di regola fatto con paratoie di serie.

SCARICO DI ESAURIMENTO

Una griglia inclinata è posta a protezione dell’imbocco; frequenti aperture sono praticate per rimuovere il materiale depositato nell’intorno dell’imbocco e tra questo e l’organo di controllo, per impedire che il materiale stesso abbia ad aggregarsi; le manovre vanno eseguite alcune volte all’anno e, comunque, dopo piene significative.

Gli scarichi di fondo e di esaurimento sono anche utili per allontanare le acque di magra e consentire il montaggio delle paratoie dello scarico di fondo e altre finiture nella parte bassa. Sono spesso manovrabili solo quando la quota liquida sia scesa circa fino alla quota dello scarico di fondo. P

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OPERE DI DERIVAZIONE Sono di solito ubicate vicino o al di sopra degli scarichi di fondo per favorire la rimozione dei materiali sedimentati davanti la bocca di presa, con la possibilità di unificare degli accessi alle rispettive camere di manovra.

Par

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Gli organi di controllo delle opere di presa sono simili a quelli per gli scarichi di fondo. Nelle prese da gallerie forzate, che costituiscono il caso più comune, si hanno alcune differenze dovute alle diverse condizioni di funzionamento a regime: • moto in pressione anche a valle; • velocità della corrente relativamente bassa; scarso trasporto solido; • esclusione, praticamente, del funziona-mento ad apertura parziale.


VIBRAZIONI DOVUTE A PERDITE DELLA TENUTA SUPERIORE

Paratoie

vibration due to the seal leakage


OPERE DI DERIVAZIONE


OPERA DI PRESA A DOPPIA PARATOIA E PANCONATURA

Opere Particolari Parte 5

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