Prestazioni idrauliche delle soluzioni di drenaggio urbano sostenibile

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1 Prestazioni idrauliche delle soluzioni di drenaggio urbano sostenibile Dott. Ing. Matteo Colli 1,2,3 1 Department of Civil, Chemical and Environmental Engineering, University of Genova, Italy 2 WMO/CIMO Lead Centre B.Castelli Precipitation Intensity 3 Le Vie dell Acqua Associazione culturale per un amiente resiliente

2 Superficie naturalmente permeabile Superficie fortemente antropizzata Acqua si infiltra nel terreno Acqua immessa nell atmosfera per evapotraspirazione Ridotto deflusso superficiale Ridotto approvvigionamento della falda Elevato deflusso superficiale Acque velocemente allontanate verso i corpi idrici recettori

3 Riduzione tempi di corrivazione, con aumento volumi e velocità delle acque che defluiscono nei corsi d acqua Riduzione della quantità di acqua di infiltrazione a ricarica delle falde Aumento scorrimento superficiale, erosione del suolo, trasporto solido, inquinamento acque Problemi che ne derivano Sovraccarico del sistema fognario (criticità idrauliche) Intensificazione dei fenomeni di allagamento

4 Riduzione tempi di corrivazione, con aumento volumi e velocità delle acque che defluiscono nei corsi d acqua Riduzione della quantità di acqua di infiltrazione a ricarica delle falde Aumento scorrimento superficiale, erosione del suolo, trasporto solido, inquinamento acque Problemi che ne derivano Sovraccarico del sistema fognario (criticità idrauliche) Intensificazione dei fenomeni di allagamento

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6 Livello Europeo Direttiva alluvioni 60/2007 : Normativa Valutazione e gestione dei rischi di allagamenti del territorio Fase 1: individuazione zone soggette a rischio Fase 2: Redazione di mappe di pericolosità e di rischio Fase 3: Redazione piani di Gestione Livello Nazionale PAI (Piano per l Assetto idrogeologico) per la riduzione rischio idrogeologico Legge183/89 prima legge per la protezione del suolo - approccio integrato tra suolo, acqua e pianificazione Decreto legislativo 49/10 Legge Sarno 267/98 Legge Soverato 365/00

7 Livello Regionale Normativa linee di indirizzo per uno sviluppo sostenibile del territorio - dettano soluzioni capaci di perdurare nel tempo Livello Comunale PUC di Genova Efficienza idraulica PUC comunali interventi che modificano la permeabilità devono minimizzare l impermeabilizzazione, usando materiali che permettano la percolazione e la ritenzione dell acqua Rapporto di Permeabilità Sup permeabile eq. Rp = Sup. complessiva Superficie permeabile equivalente (Spe) Spe tot = Spe 1 1 φ 1 + Spe 1 1 φ 2 + ecc. φ i = coefficiente di afflusso della porzione i di territorio

8 Livello Regionale Normativa linee di indirizzo per uno sviluppo sostenibile del territorio - dettano soluzioni capaci di perdurare nel tempo Livello Comunale PUC di Genova Efficienza idraulica PUC comunali interventi che modificano la permeabilità devono minimizzare l impermeabilizzazione, usando materiali che permettano la percolazione e la ritenzione dell acqua Rapporto di Permeabilità Rp = Sup permeabile eq. Sup. complessiva

9 Livello Regionale Normativa linee di indirizzo per uno sviluppo sostenibile del territorio - dettano soluzioni capaci di perdurare nel tempo Livello Comunale PUC di Genova Efficienza idraulica PUC comunali interventi che modificano la permeabilità devono minimizzare l impermeabilizzazione, usando materiali che permettano la percolazione e la ritenzione dell acqua Rp = Rp ex ante qualora Rp ex ante al 70% Rapporto di Permeabilità Sup permeabile eq. Rp = Sup. complessiva Rp = 70% qualora Rp ex ante < del 70%. Rp ex post Rp

10 Normativa INVARIANZA IDRAULICA Il principio dell'invarianza idraulica sancisce che la portata al colmo di piena, risultante dal drenaggio di un'area, debba essere costante prima e dopo la trasformazione dell'uso del suolo in quell'area. (Comune di Genova, 2015) si ottempera, in sede di predisposizione del progetto definitivo di PUC, con l inserimento in norma del principio dell invarianza idraulica. (PUC Genova)

11 Normativa Per Genova è previsto un Rapporto minimo di Permeabilità (1) pari ad almeno il 70% per le nuove costruzioni. Mantenere un alta percentuale di superficie permeabili Adozione di sistemi di ritenzione delle acque meteoriche (1) Rapporto tra la superficie permeabile equivalente e la superficie di riferimento Rp = Sup permeabile eq. Sup. complessiva

12 SOLUZIONI PROGETTUALI LIDS Sviluppo a basso impatto ambientale Adozione di processi naturali per favorire l attenuazione di sostanze inquinanti e infiltrazione nel suolo SUDS Sviluppo urbano sostenibile Possibili soluzioni Adozione di specifiche strutture per mantenere la naturale funzione del ciclo idrologico Pavimentazioni drenanti Bacini d infiltrazione Trincee di infiltrazione Sistemi d infiltrazione forzata Verde pensile

13 PAVIMENTAZIONI DRENANTI (Record)

14 PAVIMENTAZIONI DRENANTI Ottima permeabilità, paragonabile ai terreni naturali Assenza di acqua di scorrimento sul manto stradale con benefici in termini di sicurezza Drastica riduzione di acqua in fognatura Lunga durata se corretta manutenzione Caratteristiche pavimentazioni drenanti Coefficiente di permeabilità medio annuo «Cp» Coefficiente di Deflusso medio annuo «Cd» Cd = 1 Cp Conduttività idraulica satura «K» A solida K tot = K solido + K A fill tot A fill A tot

15 PAVIMENTAZIONI DRENANTI Installazione Stratigrafia per la posa misto granulare Strato di fondazione misto cementizio Strato di base geo-tessuto Rinforzo, filtrazione, separazione masselli / grigliati materiali di sigillatura Particolare miscela di calcestruzzo con prefissata porosità Sabbia per masselli - Elementi erbosi o inerti provenienti da frantoio per i grigliati

16 PAVIMENTAZIONI DRENANTI masselli Destinazione d uso grigliati pavimentazioni stradali parcheggi di grandi centri commerciali aree di manovra per mezzi pesanti, stoccaggio aree pedonali parcheggi privati giardini e parchi attrezzati

17 PAVIMENTAZIONI DRENANTI Efficienza idraulica e capacità filtrante Studio di conduttività idraulica satura e flusso verticale da parte di aziende Altezza colonna d acqua (m) Diametro provino (m) Spessore provino (m) Tempo (s) Flusso verticale (m 3 /s) Conduttività verticale (m/s) Drenatech S.p.a. Ferrari BK S.p.a. 0,174 0,095 0, ,3 x10 3 3,9x10 3 0,182 0,095 0, ,28x x10 3 0,300 0,0938 0,1026-0,108x ,35x10 3 0,300 0,0938 0,0126-0,102x10 3 5,03x10 3

18 PAVIMENTAZIONI DRENANTI Efficienza idraulica e capacità filtrante Test-bed dell Università di Genova

19 PAVIMENTAZIONI DRENANTI Efficienza idraulica e capacità filtrante Studio della risposta idrologica di pavimentazioni drenanti in funzione della pendenze e dell intensità di pioggia Coefficiente di afflusso in funzione di pendenze al 0,5; 2,0 e 3,0 % Mattoni porosi Grigliati cls φ 15 = Volume di deflusso Volume di afflusso (15min) Volume accumulato rispetto al tempo trascorso per un intensità di pioggia di 98 mm/h

20 PAVIMENTAZIONI DRENANTI Efficienza idraulica e capacità filtrante Studio della risposta idrologica di pavimentazioni drenanti in funzione della pendenze e dell intensità di pioggia Coefficiente di afflusso in funzione di pendenze al 0,5; 2,0 e 3,0 % Mattoni porosi Grigliati cls φ 15 = Volume di deflusso Volume di afflusso (15min) Volume accumulato rispetto al tempo trascorso per un intensità di pioggia di 98 mm/h

21 VERDE PENSILE (Villa Cambiaso, Genova) (California Academy of Sciences)

22 VERDE PENSILE Sistema tecnologico utilizzato quale soluzione costruttiva per la copertura anche parziale di un generico manufatto edilizio con lo scopo di garantire le condizioni di vita nel tempo di uno strato di vegetazione programmato. Vegetazione Strato drenante Strato d accumulo Strato colturale Strato filtrante Strato antiradice In Italia, lo strumento normativo contenente le linee guida per la progettazione, realizzazione, manutenzione e collaudo delle coperture a verde pensile è l UNI 11235:2015.

23 VERDE PENSILE Sistema tecnologico utilizzato quale soluzione costruttiva per la copertura anche parziale di un generico manufatto edilizio con lo scopo di garantire le condizioni di vita nel tempo di uno strato di vegetazione programmato. Prestazioni idrologiche attese dalle coperture a verde: Ritenzione Idrica Detenzione Idrica Immagazzinamento del volume e lenta dispersione in atmosfera Immagazzinamento del volume e lento rilascio in rete di drenaggio

24 VERDE PENSILE Sistema tecnologico utilizzato quale soluzione costruttiva per la copertura anche parziale di un generico manufatto edilizio con lo scopo di garantire le condizioni di vita nel tempo di uno strato di vegetazione programmato. Prestazioni idrologiche attese dalle coperture a verde: Ritenzione Idrica Detenzione Idrica Immagazzinamento del volume e lenta dispersione in atmosfera Immagazzinamento del volume e lento rilascio in rete di drenaggio

25 VERDE PENSILE Sistema tecnologico utilizzato quale soluzione costruttiva per la copertura anche parziale di un generico manufatto edilizio con lo scopo di garantire le condizioni di vita nel tempo di uno strato di vegetazione programmato. Prestazioni idrologiche attese dalle coperture a verde: Ritenzione Idrica Detenzione Idrica Immagazzinamento del volume e lenta dispersione in atmosfera Immagazzinamento del volume e lento rilascio in rete di drenaggio Condizioni standard: 108 mm/h in 15 min φ 15 min = Volume di deflusso Volume di afflusso

26 VERDE PENSILE Efficienza idraulica e capacità filtrante Test-bed dell Università di Genova φ 15 min = Volume di deflusso Volume di afflusso Intensità (mm/h) Durata (min) Tritorno (anni)

27 VERDE PENSILE Efficienza idraulica e capacità filtrante Test-bed dell Università di Genova φ 15 min = Volume di deflusso Volume di afflusso Intensità (mm/h) Durata (min) Tritorno (anni)

28 VERDE PENSILE Efficienza idraulica e capacità filtrante Simulazioni numeriche

29 VERDE PENSILE Efficienza idraulica e capacità filtrante Simulazioni numeriche 9-10 Dicembre 2008 Stazione Pluviometrica di Villa Cambiaso

30 BACINI D INFILTRAZIONE I bacini di infiltrazione vengono realizzati su terreni a elevata permeabilità, almeno 13mm/h e sono dimensionati per infiltrare piogge con tempo di ritorno 10 anni entro ore. I bacini di infiltrazione sono generalmente ricoperti da vegetazione dal momento che le piante aiutano il sistema a trattenere gli inquinanti, mentre le radici favoriscono la permeabilità del suolo. Normalmente si prevede uno svuotamento completo di questi bacini nell arco delle 72 ore per preparare il bacino ad accogliere un nuovo volume di acqua. ( 2013)

31 TRINCEE D INFILTRAZIONE (it.paesaggioix.wikia.com, 2016) Trincee d infiltrazione tradizionali Sono realizzate mediante uno scavo a sezione rettangolare, la cui profondità non deve superare i 3-4m, riempito di materiale poroso allo scopo di contrastare la spinta del terreno e, nello stesso tempo, offrire un volume nel quale la pioggia possa immagazzinarsi temporaneamente. Raccomandata solo in presenza di un sottosuolo con buona capacità drenante. Trincee d infiltrazione interrate

32 SISTEMI D INFILTRAZIONE FORZATA Lo scopo principale per cui è stato ideato questo sistema di infiltrazione è quello della gestione in situ delle portate, ovvero favorire l infiltrazione dell acqua nel terreno, riequilibrando il ciclo idrologico naturale. Esso prevede che almeno il 50% dell acqua caduta su una superficie si infiltri nel terreno in modo tale da sgravare la rete fognaria dall impatto di portate di pioggia consistenti. (Geoplast, 2007)

33 SISTEMI D INFILTRAZIONE FORZATA (Geoplast, 2007)

34 SISTEMI D INFILTRAZIONE FORZATA Carichi ammissibili: (Geoplast e Huaraton) - per carico distribuito resistenza a compressione verticale = 600 kn/m2 e resistenza a compressione orizzontale = 120 kn/m2; - per carico puntuale resistenza a compressione verticale = 800 kn/m2 e resistenza a compressione orizzontale = 120 kn/m2

35 BACINI D INFILTRAZIONE TRINCEE D INFILTRAZIONE SISTEMI D INFILTRAZIONE FORZATA APPROCCIO PER IL DIMENSIONAMENTO V acc = V in -V out dv acc (t)/dt = Q in (t) - Q out (t) Vacc : volume d acqua accumulato nel sistema nell intervallo temporale dt

36 BACINI D INFILTRAZIONE TRINCEE D INFILTRAZIONE SISTEMI D INFILTRAZIONE FORZATA APPROCCIO PER IL DIMENSIONAMENTO V acc = V in -V out dv acc (t)/dt = Q in (t) - Q out (t) Vacc : volume d acqua accumulato nel sistema nell intervallo temporale dt Vin : dipende dal regime pluviometrico e dalla superficie scolante V acc = S scolante - h T, d=30 min Secondo le linee guida internazionali (Germania e Regno Unito) si considera una pioggia di durata d=30 min per assegnato tempo di ritorno T (anni)

37 BACINI D INFILTRAZIONE TRINCEE D INFILTRAZIONE SISTEMI D INFILTRAZIONE FORZATA APPROCCIO PER IL DIMENSIONAMENTO V acc = V in -V out dv acc (t)/dt = Q in (t) - Q out (t) Vacc : volume d acqua accumulato nel sistema nell intervallo temporale dt Vin : dipende dal regime pluviometrico e dalla superficie scolante Vout : dipende dal funzionamento del sistema Bacini/Trincee/Infiltrazione: portata d infiltrazione nel suolo Vasche di laminazione: portata massima di scarico Sistemi misti: combinazione delle precedenti

38 BACINI D INFILTRAZIONE TRINCEE D INFILTRAZIONE SISTEMI D INFILTRAZIONE FORZATA APPROCCIO PER IL DIMENSIONAMENTO V acc = V in -V out dv acc (t)/dt = Q in (t) - Q out (t) Vacc : volume d acqua accumulato nel sistema nell intervallo temporale dt Vin : dipende dal regime pluviometrico e dalla superficie scolante Vout : dipende dal funzionamento del sistema e dalla superficile di infiltrazione T = V in / Q out [h] VERIFICA tempo di resistenza idraulica T < 48 h

39 GRAZIE PER L ATTENZIONE intensity.it