Explaining the use of Trento_p

Trento_P
Esempio di applicazione
Ponte Cestio (Roma) - SemhART

Adem Esmail B.

22/04/2013 Corso di Costruzioni Idrauliche – A.A 2012/2013 1

Sommario

• Prova di utilizzo del software Trento_P;

• Esempio di applicazione: modalità progetto – Fossolo
 Preparazione e commento dei file di INPUT;
 Interpretazione dei file di OUTPUT;

• Esempio di applicazione: modalità verifica – Mulinu
 Preparazione e commento dei file di INPUT;
 Interpretazione dei file di OUTPUT;

2

22/04/2013 Corso di Costruzioni Idrauliche – A.A 2012/2013 2

Finalità

 La seguente presentazione è principalmente rivolta agli studenti del
corso di Costruzioni Idrauliche, Laurea Magistrale in Ingegneria
Civile, dell’Università degli Studi di Trento – docente Prof
Riccardo Rigon.

 Vuole essere una breve introduzione all’utilizzo del software
Trento_P per l’analisi di una rete di fognatura bianca.

 Non è una trattazione esaustiva dei criteri di progettazione di una
rete di fognatura.

3

22/04/2013 Corso di Costruzioni Idrauliche – A.A 2012/2013

Cos’è Trento_P?

 È l’implementazione di un modello per la progettazione di reti di
drenaggio urbane ;

 Il modello si basa sulla teoria dell’Idrogramma Unitario Istantaneo
Geomorfologico (G.I.U.H.), che consente di descrivere con completezza
le proprietà cinematiche e di invaso delle reti di drenaggio ;

 Con Trento_p possiamo dimensionare e/o verificare una rete di
fognatura bianca. Inoltre, possiamo calibrare e validare il modello.

4


,

Come funziona Trento_P?

 Trento_p è uno strumento di calcolo

Trento_P
•Fossolo.geo •Fossolo_035.out
•Trento.init
•Trento_p.exe •PROGETTO
•Trento.INPTS

INPUT OUTPUT

5


,

Come funziona Trento_p?

 Trento_p è uno strumento di calcolo

Trento_P
•Mulinu.geo • Q.txt
•Rain.txt
•Network.txt
• VERIFICA
•Trento.init
•Trento.INPTS

INPUT OUTPUT
6


,

Funzionamento di Trento_P

 Consideriamo il bacino Fossolo, per il quale i dati necessari sono
contenuti nella cartella “Progetto” allegata ;

 Contenuto dell cartella “Progetto”:
 Fossolo.geo
 Trento.init
 Trento_p.exe
 Trento.INPTS

In assenza del file “Trento.INPTS” è possibile utilizzare il programma
Trento_P immettendo a video i dati necessari .

7


,

1. Posizionare la cartella contenete i file di progetto ( es. c:progetto);

2. Spostare fuori dalla cartella (es. sul desktop) il file “Trento.INPTS”;

3. Avviare l’eseguibile cliccando su “Trento_p.exe”;
4. Digitare a video il percorso della cartella di progetto (es. c:progetto);

5. Per lavorare in modalità di progetto immettere come “0” parametro;

6. Fornire i parametri della curva di possibilità pluviometrica di progetto
“a=60.4” in [mm/h^n] e “n=0.61” (attenzione al “.” come separatore)
7. Immettere il valore sforzo tangenziale al fondo “tau=2.5 Pa”

8. Impostare il grado di riempimento di progetto pari a “G=0,8” ;

9. Optare per l’allineamento ideale dei peli liberi “0” (salti di fondo “1”)

10. Immettere nome file di geometria “Fossolo.geo” ;

11. Immettere nome file dei risultati “Fossolo_035.out”
8


,


 Immissione a video dei dati richiesti per la progettazione.

9


,

 Il programma genera il file di output “Fossolo_035.out”, che contiene i
risultati della simulazione:

10


,


 In alternativa all’immissione a video, i parametri della simulazione
possono essere forniti compilando il file “Trento.INPTS”;

 Rimettere nella cartella di progetto il file “Trento.INPTS”,
(precedentemente rimosso );

 Lanciare il software cliccando sull’eseguibile “Trento_p.exe”;
 Digitare il percorso della cartella di progetto (es. c:progetto);

 Visionare il file di output “Fossolo_035.out”

11


,


 In maniera analoga è possibile eseguire una simulazione con Trento_P in
modalità di verifica.

Trento_P
•Rain.txt
•Network.txt • VERIFICA
•Trento.init
•Trento.INPTS

INPUT OUTPUT

12


,

Trento_P è così semplice?

 All’apparente semplicità dell’utilizzo del programma, corrisponde però
una maggiore complessità nella fase di preparazione dei file di INPUT e
successivamente quella di interpretazione dei risultati in OUTPUT;

 Trento_P è solo uno strumento di calcolo, per di più “privo” di
un’interfaccia grafica;
 L’inquadramento del problema e le scelte progettuali conseguenti sono
compito dell’ingegnere;

Vediamo nel seguito un esempio applicativo.

NB: Non è una trattazione esaustiva dei criteri di progettazione di una
rete fognaria. È solo un tentativo di contestualizzare l’esempio in
questione e nell’intento di facilitare l’illustrazione delle varie fasi di
costruzione dei file di INPUT per Trento:P.
Per un’illustrazione più chiara ed esaustiva si rimanda ai libri di testo
13


,

Trento_P: Esempio applicativo

DATI DEL PROBLEMA
 Un’area di nuova
urbanizzazione da servire con
una nuova rete di fognatura
bianca;

 Carta tecnica che riporta la
lottizzazione dell’area (tipologia
di superficie);

 Curve di livello che
rappresentano l’andamento
altimetrico dell’area da servire,

 Rete di fognatura esistente alla
quale collegare la nuova rete
14


,

SCELTE PROGETTUALI
 Andamento planimetrico
• segue il reticolo stradale (per
evitare problemi di esproprio e
facilitare la gestione della rete) ,
• a seconda della larghezza della
strada, condotte poste in
mezzeria o ai lati,
• rete posta, se possibile, al lato
opposto della strada rispetto
all’acquedotto.

 Andamento altimetrico
• segue l’orografia del sito,
• Posta ad almeno 30 cm rispetto
all’acquedotto
15


,


SCELTE PROGETTUALI
I. Alla chiusura della rete, con un
emissario, posso recapitare la
portata uscente alla rete
esistente?
II. Serve un impianto di
sollevamento?
III. Devo verificare il funzionamento
della rete esistente in seguito
all’aggiunta di un nuovo settore?
IV. Posso recapitare direttamente ad
un altro ricevitore finale?

16


,


SCELTE PROGETTUALI
 Posizione dei pozzetti (ogni 50 – 80 m)

 Disposizione delle caditoie (25- 50 m)

 Scelta del tipo di tubazione (Ks)

 Ecc..

Tutte le nostre scelte progettuali sono
non univoche. Sono frutto di un’attenta
valutazione di tutte le componenti del
problema

17


,

Preparazione dei file di INPUT

 Determinazione della lunghezza
delle condotte,

 Individuazione e calcolo delle aree
di competenza di ciascuna
condotta,

 Numerazione delle condotte e
delle rispettive aree di
competenza, a partire a “1” (non vi
è un criterio specifico per la
numerazione).

18


,


 Determinazione della lunghezza
delle condotte,
 Individuazione e calcolo delle aree
di competenza di ciascuna
condotta,
 Numerazione delle condotte e delle
rispettive aree di competenza,

 Abbiamo già determinato la “3°” e
“4°” colonna della matrice di INPUT
del file “Fossolo.geo”

19


,

• In funzione delle scelte progettuali, ricostruire tutti i possibili percorsi
che l’acqua compie per raggiungere la sezione di chiusura del bacino;

20


,

• Procedere con la compilazione del file “Fossolo.geo”

Caratteristiche delle rete:
• 1° Numero stato;
• 2° Numero stato in cui drena;
• 3° Area di competenza in [ha];
• 4° Lunghezza condotta [m];
• 5° Quota terreno a inizio condotta in [m.slm];
• 6° Quota terreno a fine condotta in [m.slm];
• 10° Pendenza minima per le condotte;
• 12° Pendenza media dell’area scolante.
21


,


• 7° Coefficiente di deflusso Ф dell’area i-esima,
  0.2  S per  0.9  Simp  S per  Simp 
• 8° Coefficiente α da adottare nella formula per
il calcolo del tempo di accesso medio alla rete

S 1 k
t
k  b  f t    e
 s k
22


,

• Procedere la compilazione del file “Fossolo.geo”:

coefficiente di
Gauckler-Strickler
della tubazione

Q  K s  RH 3  i
2

• Ks può essere desunto dalle specifiche tecniche fornite dal costruttore;

23


,


tipologia di sezione
della tubazione

24


,

File di input “.geo”
• Il file di INPUT “Fossolo.geo” pronto

Numero di Gruppo di dati
/**
commento
*/
25


,

File di input “Trento.init”

 Il file di “Trento_p.init” contiene due gruppi
di dati:
 Il primo gruppo è una matrice contenente i
diametri commerciali delle tubazioni
esistenti e lo spessore dei medesimi tubi ;
Visitare il sito internet: www.oppo.it: per
vedere degli esempi;

Il programma Trento_P approssima il valore del
diametro derivante dai calcoli con il diametro
commerciale immediatamente superiore;
Se non trova un diametro commerciale
superiore a quello progettato usa il valore
effettivo. Questo, tuttavia, potrebbe creare
problemi in alcuni punti del programma.

26


,

File di input “Trento.init”
Il secondo gruppo di dati contiene dei parametri usati da Trento_P:
SCAVOMINIMO è la profondità minima di scavo misurata in metri;
MAXJUNCTIONS è il numero massimo di giunzioni ammesso in un nodo;
JMAX è il numero massimo di bisezioni che vengono usate dal metodo di Eulero per ottenere la radice di alcune
equazioni trascedenti risolte all’interno del programma e volte a determinare il diametro degli specchi;
ACCURACY è la precisione con la quale la radice cercata dal metodo di bisezione viene trovata;
DTP è il passo temporale con cui viene valutata la portata, nella ricerca di quella massima al variare di t e tp;
TPMIN è il tempo di pioggia minimo da considerare nella determinazione della portata massima;
TPMAX è il tempo di pioggia massimo da considerare nella determinazione della portata massima;
EPSILON è la precisione con cui si ricerca la portata massima;
MING è il valore minimo del riempimento nei canali;
MINDISCHARGE è il valore minimo di portata ammesso nelle condotte in [l/s];
MAXTHETA è il massimo grado di riempimento consentito; Ovviamente è inferiore a 2p radianti;
CELERITYFACTOR è il fattore per cui la velocità dell’acqua viene moltiplicata per ottenere la celerità dell’onda di
piena. Esso è posto pari ad 1.5 in base agli studi sperimentali di Becciu et al., 1997;
EXPONENT è l’esponente b nella formula per il calcolo del tempo medio di accesso alla rete. Esso è posto pari a 0.3
in seguito alla calibrazione e successiva validazione del modello stesso (Perger M., 2004).
TOLERANCE è la tolleranza nella determinazione, con un metodo iterativo, del diametro delle tubazioni;
TMAX è il tempo massimo in [min] da considerare nella valutazione delle portate col modulo di verifica;
c è il rapporto base-altezza nelle sezioni rettangolari o trapezoidali (vedi Figura 9). Può assumere ragionevolmente
valori compresi tra 0.5 e 2;
GAMMA è l’esponente g nella formula (7) per il calcolo del tempo di accesso medio alla rete per unita di area. Esso
viene posto pari a 0.25, ma può variare tra 0.2 e 0.5;
esp_1 è l’esponente b nella formula (7) per la valutazione del tempo di residenza medio. Assume ragionevolmente
valori compresi tra 0.3 e 0.5, (Pegher M., 2004). 27


,

 Il file di “Trento_p.init” contiene due gruppi di dati:

Diametro interno e
spessore dei tubi

Parametri interni di Trento_P
(si consiglia di non modificare)

28


,

File di input “Trento.inpts”

Oltre ai file “Trento_p.init” e “Fossolo.geo”,
i dati richiesti da Trento_p sono di due tipi:
 nomi di file;
 parametri da indicare al programma

Questi dati possono essere forniti
direttamente a video, oppure con un file
Nomi file
“Trento_p.INPTS”, come quello in figura.

Parametri
progetto

29


,

Trento_P: Pseudo codice
 leggo i dati pluviometrici e globali (a,n, tau, G,… )
 leggo i dati planimetrici della rete da progettare:
A = {#; ##; S, L; hi , hf; Ф, α, Ks, ms, ###, si }
 numero dello stato,
 numero dello strato in cui # drena,
 superficie dell'area,
 lunghezza in piano del tratto da progettare,
 quota terreno m s.m.m. del punto iniziale,
 quota terreno m s.m.m. del punto finale,
 coefficiente di afflusso dell’area,
 costante per la valutazione dei tempi di residenza medi,
 coefficiente di Gauckler-Strickler,
 pendenza minima da adottare per il tratto in esame,
 tipologia di sezione,
 pendenza media dell’area scolante
30


,

 Calcolo la magnitudine dello stato, ovvero il numero di stati che
drenano in esso.
 Ordino gli stati per magnitudine crescente

31


,

 Ordino gli stati per magnitudine crescente

32


,

 Dimensionamento dei tratti di testa (magnitudine =1)

a. calcolo le portate con la formula
semplificata,
b. se la pendenza risultante è minore della
pendenza della superficie, allora ricalcolo
le grandezze ottenute mantenendo le
tubazioni a profondità costante
c. stampo B { A, Qmax, u, tau, v, s, tp , Gi , ei,
ef, ti e , tf }, (i dati iniziali nel vettore A, la
portata massima, il coefficiente
udometrico, lo sforzo tangenziale al
fondo, la velocità, la n del pelo libero, la
quota iniziale del fondo tubo, la quota
finale del fondo tubo).

33


,

 Per ogni ordine n > 1
 Per ogni tratto di ordine n
a. leggo il file dei rami di magnitudine minore di n che drenano nel ramo ni
che risultano in numero n ;
b. alloco una matrice di dimensione ( n +1)*dim(B) contenente tutti i dati (B).
ogni riga conterrà i dati necessari per il calcolo dell'onda di piena
cinematica.
c. per ogni t compreso tra tp(min) e tp(max) (con intervallo dtp ) calcolo Q(t);
d. conservo il massimo Q(t ) (che porterà al coefficiente udometrico) e il t
corrispondente;
e. calcolo il suo diametro assumendo il moto approssimato dalla relazione di
Gauckler-Strickler e assunto un sforzo tangenziale al fondo superiore a 2.5
N/mq determino pendenze, velocità, grado di riempimento;
f. calcolo la profondità di scavo allineando i peli liberi del tratto in esame con
il pelo libero del tubo di monte;
g. stampo i risultati

 Ripeto per tutti i tratti di ordine n; 34


,

 Per ogni ordine n > 1

35


Trento_P: Diagramma di flusso

36


,

File di OUTPUT “.out”
• Il file “Fossolo_035.out” contiene una matrice con un numero di righe
pari alla matrice in INPUT e “14”colonne,

37

Corso di Costruzioni Idrauliche I - A.A. 2011-2012 – ing Blal Adem 37

,

Riorganizzazione dei risultati
• I risultati forniti in forma matriciale risultano di difficile lettura;
• Occorre riorganizzarli, per esempio secondo lo schema dell’andamento
plano-altimetrico della rete.

38


,

• I risultati forniti in forma matriciale risultano di difficile lettura;
• Occorre riorganizzarli, per esempio secondo lo schema dell’andamento
plano-altimetrico della rete.

39


,

• I risultati possono essere riorganizzati secondo i rami che costituiscono la rete;
• Excel può essere utilizzato anche per una rappresentazione grafica dei risultati.

40


,

Rappresentazione grafica dei risultati

• Diametro dei tubi lungo il tronco “A”...

41


,

• Portata massima nei tubi lungo il tronco “A”…

42


,

• Velocità,
• grado di riempimento,
• pendenza nei tubi lungo il tronco “A”…

43


,

• Quota del fondo di scavo
• Quota del pelo libero “ideale” nei tubi lungo il tronco “A”…

44


,

Trento_P – Modalità di verifica

Trento_P
•Network.txt
•Rain.txt
• VERIFICA
•Trento.init
•Trento_p.exe
•Trento.INPTS

INPUT OUTPUT

45


Descrizione bacino urbano Mulinu

 Il bacino sperimentale di Mulinu Becciu si trova in Sardegna, in
prossimità della città di Cagliari.

 Estensione totale pari a 13.34 ha,
 55.5% costituita da superfici impermeabili connesse alla rete di
drenaggio
 44.5% caratterizzata da suolo permeabile.

 Pendenza media dell’area è dell’1% in direzione est-ovest.

 L’intera superficie è stata suddivisa in 16 sottobacini, le cui
caratteristiche sono riportate in seguito.

46


,

Preparazione del file di geometria “.geo”

• Compilare il file di input “Mulinu.geo”,

47


,

Preparazione dei file di rete e di pioggia
• Compilare il file “Network.txt” che descrive la rete, specificando tratto
per tratto il diametro interno (cm) e la pendenza (%),
• Creare un file “Rain.txt” che descrive la pioggia considerata ai fini della
verifica o calibrazione del modello,

Tp (min)

J (mm/min)

Pendenza (%)

Diametro (cm)

48


,

Trento_P: Esempio applicativo
• Posizionare la cartella “verifica” nel percorso “c:verifica”
• Spostare fuori dalla cartella il file di input “Trento.INPTS” ;
• Lanciare l’eseguibile cliccando su “Trento_p-exe” ,
• Immettere i valori dei parametri e nomi di file riportati nella figura sotto:

49


,

Preparazione del file “Trento.inpts”
• Rimettere il file “Trento.INPTS” nella cartella “verifica”:
• Lanciare l’eseguibile “Trento_p-exe” ,
• Fornire il solo percorso della cartella “es. c:verifica” :

50


,

File di OUTPUT “Q_out.txt”
•File “Q_out.txt” contiene una matrice 120 x n tratti;
•nella prima colonna compaiono gli istanti temporali di calcolo della portata,
“discretizzati” secondo l’intervallo dt;
•nelle colonne successive compaiono le portate all’uscita dei vari tratti. L’ultima
colonna rappresenta, quindi, le portate in uscita dell’intera rete di fognatura.

Istanti Portata
temporali alla
chiusura
del
bacino
51


,

• Plottando su un grafico la prima colonna (tempi) in ascissa e la i-esima colonna
(portate) in ordinata, si ottiene l’idrogramma all’uscita del tratto (i-1)-esimo.

52


,

• Plottando su un grafico la prima colonna (tempi) in ascissa e l’ultima
colonna (portate) in ordinata, si ottiene l’idrogramma all’uscita del bacino.

53


,

Verifica di una rete
• Su un foglio Excel riportare i dati della rete (#, diametro, pendenza, Ks);
• Per ciascun tratto individuare il valore della portata di picco Qmax,

Network

Qmax

54


• Per una tubazione a sezione circolare possiamo plottare l’andamento del
perimetro bagnato (P), dell’area bagnata (A), del raggio idraulico (RH) e del
grado di riempimento (G), tutti in funzione dell’angolo ϴ.
•Con la formula di Gaukler-Strikler possiamo determinare l’andamento della
portata Q in funzione dell’angolo ϴ 2
 D   sin 
A  
 4 2
P  D 
 2

 A D  sin  
 RH    1  
 P 4   
 Y 1      
D : diametro interno G    1  sin  
 D 2   2 
i : pendenza 
Ks : coefficien te di Gaukler - Strikler


  
Q    A  K s  RH 3  i  A
2

 55


• Per ciascun tratto (diametro e pendenza noti) creare una tabella excel che
rappresenti l’andamento del perimetro bagnato (P), dell’area bagnata (A),
del raggio idraulico (RH) e del grado di riempimento (G), tutti in funzione
dell’angolo ϴ.
•Usare la portata di picco Qmaxi per risalire al grado di riempimento

Grado di Portata fornita da
riempimento Trento_p
corrispondente (dato d’ingresso)

 D 2   sin 
 A 
 4 2
P  D 
 2

 A D  sin  
 RH    1  
 P 4   
 Y 1      
G    1  sin  
 D 2   2 

 
Q    A  K s  RH  i  A
23


56


• Usare la portata di picco Qmaxi per risalire al grado di riempimento

Portata di picco TABELLA i Grado di riempimento
Qmax i Gi < 0.8

NB. Potrebbe
essere necessaria
un’interpolazione
lineare
57


,

•Per ciascun tratto di tubazione circolare, di diametro e pendenza
noti, posso plottare l’andamento di Rh in funzione di ϴ;

D  sin   
RH  1  
4  
D  70 cm

58


,


•Posso plottare l’andamento di G in funzione di ϴ e quindi di Rh

Y 1      
G    1  sin 
D 2   2 

59


,

•Posso plottare l’andamento di G in funzione di ϴ e quindi di Rh,
•Posso verificare il grado di riempimento della condotta in esame.

60


Credits

Questa presentazione è stata scritta da:
Blal Adem Esmail (Università di Trento)

Materiale consultato comprende:
• Tamanini David, Un modello numerico geomorfologico per ilo progetto e la verifica delle reti di
drenaggio urbane, rel. Bertola P., rel. Rigon R., AA 2003/2004
•Adem Esmail Blal, Su alcune modifiche del programma Trento-p, rel. Rigon Riccardo, AA
2004/2005
•Pergher Marco, Calibrazione del modello Trento-p, rel. Rigon Riccardo, AA 2004/2005
•Rigon R., Tamanini D., Adem Esmail B., Simoni S., Manuale utente Trento_P. Università degli
Studi di Trento, 2006.

61


GRAZIE PER L’ATTENZIONE

E-mail esercitazioni:
bilaladem@gmail.com
62


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