Progettazione dei sistemi di infiltrazione

Transcript

1 Ordine degli Ingegneri della Provincia di Bergamo Commissione Idraulica e Territorio in collaborazione con SISTEMI DI INFILTRAZIONE PER LO SMALTIMENTO DI ACQUE METEORICHE NEL SOTTOSUOLO: TIPOLOGIE, CRITERI DI DIMENSIONAMENTO E CONSIDERAZIONI NI SULLE PROBLEMATICHE LEGATE ALLA QUALITÀ Progettazione dei sistemi di infiltrazione Prof. Ing.. Carlo Ciaponi - Dott. Ing. Sara Todeschini Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale Università degli Studi di Pavia Via Ferrata, Pavia ciaponi@unipv.it - sara.todeschini@unipv.it

2

3 Idrogramma di piena e concentrazioni di inquinanti dell evento evento 26/09/2007 Bivio Vela (PV) Q [l/s] SST COD Tempo [min] Concentrazioni [mg/l] Q [l/s] ,5 Pb 3 Zn Fe 2,5 2 1,5 1 0, Tempo [min] Concentrazioni [mg/l] Idrogramma di piena e concentrazioni di inquinanti dell evento evento 11/04/2003 Cascina Scala (PV) Emissario di scaricatore di piena in testa all impianto di depurazione di Pavia Concentrazione SST [mg/l] COD [mg/l] BOD5 [mg/l] HC [mg/l] Set S [ml/l] TN [mg/l] AN [mg/l] P [mg/l] Pb [µg/l] Zn [µg/l] 5 DWF Portata [l/s] Tempo [minuti] 0

4 Controllo degli scarichi in tempo di pioggia OBIETTIVI limitazione, al di sotto di un valore soglia, del volume idrico scaricato in un anno nel corpo ricettore limitazione, al di sotto di determinati valori, delle portate massime allo scarico connesse con prefissati tempi di ritorno limitazione, al di sotto di un valore soglia, del numero medio annuo a di volte in cui il sistema di drenaggio scarica nel corpo ricettore limitazione, al di sotto di un valore soglia, della massa scaricata ata in un anno nel corpo ricettore di determinati inquinanti limitazione, al di sotto di prefissati valori, delle concentrazioni oni massime con cui determinati inquinanti sono scaricati nel corpo ricettore

5 Inquadramento normativo Il Decreto Legislativo 3 Aprile 2006, n. 152 Norme in materia ambientale delega alle Regioni la disciplina delle acque meteoriche di dilavamento e delle acque di prima pioggia ai fini della prevenzione di rischi idraulici e ambientali. Con la Legge Regionale 12 dicembre 2003, n. 26 la Regione Lombardia ha riorganizzato le norme in materia di tutela e gestione delle acque. In base all art art.45, comma 3 della L.R. 26/03 ha redatto il Programma di Tutela e Uso delle Acque (PTUA). TUTELA IDRAULICA DEI RICETTORI L Appendice G Direttive in ordine alla programmazione e progettazione dei sistemi di fognatura delle norme tecniche di attuazione del PTUA: Al punto 2.1 Riduzione delle portate meteoriche drenate prevede, per le aree di ampliamento e di espansione, che, nel caso in cui la rete di drenaggio delle acque e meteoriche afferisca alle reti di valle, il contributo di portata meteorica debba essere limitato, eventualmente mediante l adozione di vasche volano, entro il limite massimo di 20 l/s per ogni ettaro di superficie scolante impermeabile. Al punto 2.3 Limitazione delle portate meteoriche recapitate nei ricettori mediante vasche volano prevede l adozione l di interventi atti a contenere l entitl entità delle portate meteoriche scaricate entro valori compatibili con la capacità idraulica dei ricettori e comunque entro i seguenti limiti: 20 l/s ha imp relativamente alle aree di ampliamento e di espansione residenziali iali o riguardanti attività commerciali o di produzione di beni 40 l/s ha imp relativamente alle aree già dotate di reti fognarie ha imp

6 Inquadramento normativo TUTELA QUALITATIVA DEI RICETTORI Regolamento Regionale 24 marzo 2006 N.3 Disciplina e regime autorizzatorio degli scarichi di acque reflue domestiche e di reti fognarie, in attuazione dell articolo 52, comma 1, lettera a) della Legge Regionale 12 dicembre 2003, n. 26 Regolamento Regionale 24 marzo 2006 N.4 Disciplina dello smaltimento delle acque di prima pioggia e di lavaggio delle aree esterne, in attuazione dell articolo 52, comma 1, lettera a) della Legge Regionale 12 dicembre 2003, n. 26

7 Regolamento Regionale 24 marzo 2006 N.3 Disciplina e regime autorizzatorio degli scarichi di acque reflue e domestiche e di reti fognarie CAPO III: DISCIPLINA DEGLI SCARICHI DELLE RETI FOGNARIE Art. 12 Disciplina dei nuovi scarichi di acque reflue urbane in acque superficiali perficiali Art. 13 Disciplina degli scarichi in atto di acque reflue urbane in acque e superficiali Art. 14 Disciplina degli scarichi di acque reflue urbane sul suolo o negli strati superficiali del sottosuolo Limiti di emissione e tempi di adeguamento Art. 15 Acque meteoriche da avviare a depurazione Reti unitarie A.E./giorno./giorno Reti meteoriche 2 qnm 1L/(s ha ha imp ) Art. 16 Vasche di accumulo delle acque di prima pioggia : : le acque eccedenti gli apporti di cui all art art.15 sono avviate a vasche di accumulo a perfetta tenuta 50m 3 /ha imp recapito C.I. significativo, suolo o strati superficiali del sottusuolo ha imp 25m 3 /ha imp recapito C.I. non significativo ha imp In testa all impianto di trattamento; Presso sfioratori che sottendono AE; Presso sfioratori che consentono di controllare 80% superficie per C.I. significativo, suolo o strati superficiali del sottosuolo e 50% per C.I. non n significativo Art. 17 Adeguamento dei manufatti di sfioro e realizzazione delle vasche di accumulo e delle vasche volano

8 Regolamento Regionale 24 marzo 2006 N.4 Disciplina dello smaltimento delle acque di prima pioggia e di lavaggio l delle aree esterne Art. 2 Definizioni Acque meteoriche di dilavamento : la parte delle acque di una precipitazione atmosferica che, non assorbita o evaporata, dilava le superfici scolanti Acque di prima pioggia : quelle corrispondenti, nella prima parte di ogni evento meteorico, ad una precipitazione di 5 mm uniformemente distribuita sull intera superficie scolante servita dalla rete di raccolta delle acque meteoriche Acque di lavaggio : le acque utilizzate per il lavaggio delle superfici scolanti (strade,( piazzali, ecc.) e qualsiasi altra acqua non meteorica venga ad interessare le medesime superfici Art. 3 Acque di pioggia e di lavaggio soggette a regolamentazione stabilisce quali sono le acque di prima pioggia e di lavaggio soggette alle disposizioni del presente regolamento: superfici scolanti di estensione superiore a 2000 m 2 di industria petrolifera, industrie chimiche, autofficine, distribuzione carburanti, ecc. Art. 5 Sistemi di raccolta e convogliamento delle acque di prima pioggia a e di lavaggio stabilisce che tutte le superfici scolanti di cui all Art Art.3 devono essere impermeabili e che le acque di prima pioggia e le acque di lavaggio devono essere avviate ad apposite vasche di raccolta a perfetta tenuta, dimensionate in modo da trattenere complessivamente non meno di 50 m 3 per ettaro di superficie scolante (di seguito vasche di prima pioggia). Art. 7 Recapito e valori limite di emissione delle acque di prima pioggia ia e di lavaggio Le acque di prima pioggia e di lavaggio devono essere recapitate,, in ordine preferenziale: - nella rete fognaria (valori limite di emissione L.R. 26/2003) - in corpo d acqua d superficiale (valori limite di emissione D.Lgs.. 152/2006) - sul suolo o negli strati superficiali del sottosuolo (valori limite di emissione DLgs.152/ /2006)

9 Controllo degli scarichi di tempo di pioggia INTERVENTI NON STRUTTURALI Attività di pianificazione e di governo del territorio, esercitate dalle Autorità locali, finalizzate alla riduzione, alla sorgente, delle portate meteoriche e dei carichi inquinanti da esse dilavati Indirizzare lo sviluppo urbanistico verso le aree dove l impatto l associato ai deflussi superficiali risulta compatibile con le caratteristiche dei corpi i ricettori Regolamentare le modalità di sviluppo delle nuove urbanizzazioni, con particolare riferimento agli aspetti significativi ai fini della produzione dei deflussi superficiali (dalla limitazione dei rapporti di copertura con associato rilassamento delle restrizioni sulle altezze degli edifici, fino all imposizione di specifiche norme tecniche e costruttive) Indirizzare campagne informative ed educative per l adozione l di comportamenti virtuosi da parte dei cittadini (provvedere alla raccolta e all opportuno smaltimento dei rifiuti derivanti dal taglio di tappeti erbosi, evitando che possano essere dilavati in tempo di pioggia; evitare l accumulo in spazi aperti di prodotti che, esposti alla pioggia, possano rilasciare sostanze inquinanti; avvalersi per il lavaggio delle automobili, degli appositi positi impianti autorizzati; limitare al minimo indispensabile l impiego l di sostanze chimiche, fertilizzanti e pesticidi; ecc.)

10 Controllo degli scarichi di tempo di pioggia INTERVENTI STRUTTURALI Scaricatori di piena Vasche di prima pioggia Tecniche di infiltrazione

11 Tecniche di infiltrazione di acque bianche o di scarichi di tempo di pioggia di fognature unitarie Sistemi d'infiltrazione superficiale: Pavimentazioni permeabili Caditoie filtranti Cunette filtranti Bacini d'infiltrazione Bacini di ritenzione ed infiltrazione Sistemi sotterranei di infiltrazione Trincee d'infiltrazione Pozzi disperdenti Sistemi combinati d'infiltrazione: Fossi d'infiltrazione con trincee d'infiltrazione

12 Pavimentazioni permeabili Impiego materiali porosi o semi-permeabili per la pavimentazione delle aree destinate a parcheggio, dei vialetti di accesso e interni alle aree private, delle strade a uso pedonale o comunque traffico molto basso Lo strato più superficiale può essere realizzato in getto, ricorrendo ad asfalti o conglomerati, oppure con elementi prefabbricati in forma alveolare, in materiale lapideo o sintetico Sterrati inerbiti Grigliati in cls inerbiti Cubetti o masselli con fughe larghe inerbite

13 Pavimentazioni permeabili Devono garantire un infiltrazione di 10 mm di acque di pioggia Necessaria corretta esecuzione e manutenzione dello strato superficiale Gli strati sottostanti dipendono dalla natura del sottosuolo di separazione Suolo permeabile Suolo poco permeabile Pavimentazione con la funzione di vettore delle portate infiltrate te e filtro nei confronti degli inquinanti Pavimentazione con ruolo d accumulo d temporaneo delle acque infiltrate poi restituite al sistema drenante direttamente collegato alla rete r fognaria o al corpo ricettore

14 Caditoie filtranti ACQUE PROVENIENTI DA TETTI Colonne pluviali Portate in eccesso alla fognatura Pozzetti con fondo drenante Piccole trincee drenanti Restituzione in superficie

15 Caditoie filtranti ACQUE PROVENIENTI DA SUPERFICI STRADALI Camera di separazione dei solidi grossolani Portate in eccesso alla fognatura Camera con fondo drenante Trincea drenante La pulizia delle caditoie raccomandata è di almeno due volte l annol

16 Cunette filtranti Passaggio dell acqua ai bordi della carreggiata Passaggio attraverso caditoie Traffico pesante Accumulo e passaggio nella trincea drenante

17 Fossi d infiltrazioned Spartitraffico naturale Capacità d accumulo indispensabile come volano tra l idrogramma di piena in arrivo e il regime delle portate infiltrate

18 Suolo filtrante che opera depurazione biologica Fossi d infiltrazioned

19 Bacini d infiltrazioned

20 Bacini d infiltrazioned Capacità d accumulo indispensabile come volano tra l idrogramma di piena in arrivo e il regime delle portate infiltrate

21 Bacini d infiltrazioned I bacini di infiltrazione esercitano un azione di ricarica della falda sotterranea,, che in alcuni casi può risultare effettivamente necessaria per correggere l alterazione, l determinata dall urbanizzazione, del ciclo naturale dell acqua. Essi esercitano anche un azione di controllo della qualità: : la percolazione attraverso l eventuale strato vegetato e gli strati di terreno sottostanti consentono la parziale rimozione di alcuni inquinanti (in particolare: solidi sospesi, batteri, BOD). B Tuttavia, altri inquinanti, come i solventi e gli idrocarburi, potrebbero raggiungere la falda. A differenza dei sistemi di infiltrazione on site che possono essere adottati selezionando le acque da infiltrare in base alla loro origine, i sistemi centralizzati scaricano nel suolo tutte le acque provenienti dalla rete di drenaggio, senza alcuna possibilit ità di selezione. Per questo motivo, essi vanno adottati con molta cautela: : a valle di vpp a perfetta tenuta o dopo trattamento di microgrigliatura e sedimentazione. I siti adatti alla localizzazione di bacini di infiltrazione devono essere individuati in aree di non grande valore commerciale, non troppo lontane dalla rete fognaria che vi deve recapitare e aventi caratteristiche morfologiche e idrogeologiche favorevoli rispetto all uso previsto. Spesso, in questi impianti si verifica una progressiva diminuzione della permeabilità del suolo per via della occlusione delle porosità operata dai sedimenti trascinati dall acqua. acqua. Questi impianti hanno evidenziato un elevato tasso di insuccesso, dovuto alla riduzione della capacità di infiltrazione legata a carenze progettuali, costruttive e manutentive.

22 Bacini di ritenzione e d infiltrazioned Vasca di prima pioggia e vasca volano con comparti impermeabili e comparti permeabili (CSDU Hoepli 1997)

23 Bacini di ritenzione e d infiltrazioned Bacino in terra dimensionato con T di 10 anni con il fondo impermeabilizzato e provvisto di sfioro Sfioro in zona depressa permeabile adiacente per eventi con T>10 anni Recintato per sicurezza Battente minimo d acqua e svuotamento meccanico

24 Trincee d infiltrazioned Superficie filtrante con sviluppo in orizzontale 60 cm 1,2 m Condotta forata centrale che convoglia le acque non infiltrate alla rete di drenaggio D min = 200mm Dfori min = 20mm 40 fori/m

25 Pozzetti disperdenti Sistemi fognari di tipo separato Rete di dispersione attraverso la quale le acque bianche si infiltrano nel sottosuolo

26 Criteri di dimensionamento (Q p -Q f ) t= W Q p : portata influente T=2-10 anni t p : 10 min-1ora suoli molto permeabili e A b piccoli t p : qualche ora-1giorno suoli con permeabilità modesta Q f : portata infiltrata t t : intervallo di tempo W W : variazione del volume invasato nel mezzo filtrante, nel tempo t Q f = K J A TIPO DI SUOLO Ciottoli, ghiaia K [m/s] >10-2 PERMEABILITÀ Elevata Q f : portata d infiltrazione d [m 3 /s] K : permeabilità [m/s] Sabbia, sabbia e ghiaia Sabbia fine, limo, argilla con limo e sabbia Argilla omogenea Buona Cattiva impermeabile J : cadente piezometrica [m/m] A : superficie netta d infiltrazione d [m 2 ] =1 se il tirante idrico sulla superficie filtrante è molto minore dell altezza dello strato filtrante e la superficie piezometrica della falda è convenientemente al di sotto del fondo disperdente Lo svuotamento, dopo la fine di un evento piovoso deve essere inferiore a quello medio tra due eventi piovosi. Solitamente tempo di svuotamento inferiore a 4 giorni

27 Pavimentazioni permeabili (Q p -Q f ) t= W Q p : portata influente Q f : portata infiltrata t t : intervallo di tempo W W : variazione del volume invasato nel mezzo filtrante, nel tempo t senza capacità d invaso = 0 Q p = i (A( imp +A p ) i (A( imp +A p ) = K J A J = 1 A p /A imp = K / (K-i)( Le pavimentazioni permeabili sono efficaci solo per piogge di intensità modesta e, in ogni caso, usando materiali con elevata permeabilità

28 Bacini d infiltrazioned W W = A h W W : variazione del volume invasato nel mezzo filtrante, nel tempo t A : superficie del bacino d infiltrazioned h h : variazione del tirante idrico nel bacino Si fissa l altezza l idrica h max e si procede iterativamente Trincee drenanti Determinare le dimensioni della trincea necessaria al drenaggio dell area servita Si fissano la larghezza l e la profondità della trincea per determinarne la lunghezza totale L W W = L l h h n n : porosità del materiale di riempimento A = L l + 2 (L+l( L+l) h Q f = K J A

29 Ab=1.000 m 2 K = 10-5 m/s, valore caratteristico delle sabbie limose ht = 1,8 m l = 1 m n = 0,3 porosità materiale ghiaioso Pozzetto per alimentazione trincea dai pluviali Linea trincea a servizio dell edificio A A b Rete pubblica, lungo la strada L=100 m Pozzetto con scarico di troppo pieno in rete Trincea drenante Materiale ghiaioso Finitura superficiale a discrezione dell utente GEOTESSILE 1,0 Materiale di riporto compattato p.c. ATTUALE 0,8 Suolo agrario Sabbie limose Livello max Falda Tubo drenante 1,0