SEMINARIO – 27 FEBBRAIO 2019SISTEMI DI DRENAGGIO SISTEMI DI DRENAGGIO URBANO:

ASPETTI FUNZIONALI E AMBIENTALIPatrizia Piro Università della Calabria, Centro Studi di Idraulica UrbanaGianfranco Becciu Politecnico di Milano, Centro Studi di Idraulica Urbana

Contesto

Rischio di Inondazione in Area Urbana

Drastico Cambiamento del Ciclo Naturale Idrologico

Incremento Deflusso Superficiale

Effetti sul Sistema di Drenaggio Urbano

tpQ

• Aumento della Portata di picco Qp• Riduzione del Tempo di picco tp dell’idrogramma• Maggiore Volume di deflusso superficiale

NUOVO APPROCCIO: SOLUZIONI SOSTENIBILI

MODERNA GESTIONE delle ACQUE METEORICHE

SOLUZIONI AMBIENTALMENTE SOSTENIBILIObiettivi: Ripristinare il Naturale Ciclo Idrologico• Favorire Infiltrazione• Favorire Evapotraspirazione• Ridurre lo scorrimento superficiale Ottenere l’Invarianza Idraulica: • Invarianza della Portata di Picco (i picchi di portata devono rimanere costanti prima e dopo la trasformazione dell’uso del suolo dell’area considerata -> attuazione di sistemi di laminazione dei picchi di portata) Ottenere l’Invarianza Idrologica: • Invarianza del Volume di piena (I volumi di piena devono rimanere costanti prima e dopo la trasformazione dell’uso del suolo dell’area -> attuazione di sistemi di laminazione e infiltrazione dei volumi di piena ) Riduzione o Rimozione del Carico Inquinante t

Q

Post-Urbanizzazione

Invarianza IdraulicaLAMINAZIONE

Invarianza IdrologicaLAMINAZIONE + INFILTRAZIONE

https://www.climate-kic.org/news/climate-kic-presents-report-towards-water-smart-cities/_18/09/2018

Dalle infrastrutture di drenaggiotradizionali…

… verso una Gestione Sostenibile, Smart e Resiliente delleAcque in Ambiente Urbano

https://www.civicgardencenter.org/green-learning-station/your-home/catching-rain-where-it-falls/

NUOVO APPROCCIO: SOLUZIONI SOSTENIBILI

http://www.chinadaily.com.cn/opinion/2017-09/26/content_32491069.htm_03/11/2018

LOW IMPACT DEVELOPMENT APPROACH

L’insieme di queste tipologie di interventi rivolti a favorire le condizioni idrogeologiche che caratterizzavano il bacino prima dell’urbanizzazione sono oggi identificate come: LID : Low Impact Development

Vantaggi Interventi:• replica dei sistemi naturali• soluzioni efficaci dal punto di vista dei costi• basso impatto ambientale• allontanamento dei deflussi superficiali• lento rilascio nell’ambiente/corsi d’acqua (dopo la depurazione)

Low Impact Development• Tecniche a Basso Impatto• Gestione precipitazioni alla fonte• Approccio gestione acque piovane

Ecologicamente basatoInfiltrazione + Evaporazione Ritenzione

Quando piove, l’acqua …

Defluisce sulle superfici

impermeabili

Entra nel sistema di drenaggio

Viene scaricata nel corpo idrico

ricettore

Genova 9-10/10/2014

Grosseto 12/11/2012

Rossano 12/08/2015

1000 ft2 =92 m2

3” = 7,5 cm1 ft = 30 cm

ALLAGAMENTI IN AMBIENTE URBANOSISTEMI FOGNARI COMBINATI: Acque Piovane & Acque Reflue

DEFLUSSO SUPERFICIALE • Sovraccaricare Impianti esistenti Inondazioni• Sfioro Acque Reflue Miste nei corpi Idrici Ricettori

ATTUALE GESTIONE delle ACQUE METEORICHE INSOSTENIBILEINTERVENIRE in modo efficace SULLA GESTIONE dello Spazio Pubblico (Major System) e del Sistema di Drenaggio (Minor System), considerandone le INTERAZIONI tra i 2 sistemi

GESTIONE TRADIZIONALE DELLE ACQUE DI PIOGGIA

SISTEMA DI CONDOTTE

DEFLUSSO SUPERFICIALE

TRATTAMENTO CONCENTRATO

LIMITATA PERMEABILITA’

Low Impact Development, Opportunity for the PlanET Region - University of Tennesee, 2013

GESTIONE SOSTENIBILE DELLE ACQUE DI PIOGGIA: LIDs

INFILTRAZIONEDETENZIONERITENZIONE

RIUSO EVAPOTRASPIRAZIONE

FILTRAZIONE

Low Impact Development, Opportunity for the PlanET Region - University of Tennesee, 2013

Tetti verdi

Fasce Filtro

Pavimentazioni permeabili

Raccolta acqua piovana

replica dei sistemi naturali soluzioni efficaci dal punto di vista dei costi basso impatto ambientale allontanamento dei deflussi superficiali lento rilascio nell’ambiente/corsi d’acqua (dopo la depurazione)

Vantaggi:

TETTO VERDE

PAVIMENTAZIONE PERMEABILE

FASCIA FILTRO

VASCA DI SEDIMENTAZIONE

AREA INGEGNERIA

IDRAULICA URBANA SOSTENIBILE

GLI INTERVENTI SOSTENIBILI

Insieme di tipologie di interventi rivolti a favorire le condizioni idrogeologiche che caratterizzavano il bacino prima di una eccessiva urbanizzazione

SUDS (Sustainable Urban Drainage System)BMP (Best Management Practices)

LID (Low Impact Development)

Parco di Idraulica UrbanaResponsabile Scientifico

Prof.ssa. Patrizia Piro

Pavimentazioni permeabili

IMPIANTO DI PARCHEGGIO

griglia di sconnessione idraulica

griglia di sconnessione idraulica

PROGETTAZIONE PAVIMENTAZIONE PERMEABILE

LID UNIT SWMMPAVIMENTAZIONE PERMEABILE UNICAL

Sezione della pavimentazione permeabile

SPECIFICHE TECNICHE DEI MATERIALI FILTRANTI

9,5

6

2

1

9,5

4,75

1,19

0,840,5

9,5

4,75

2,36

1,18

9,5

4,75

2,361,180

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,1 1 10

pass

ante

[%]

diametro del trattenuto [mm]

Confronto curve granulometriche

SARCO giare ASTM n°8

Diametro Trattenuto Passante9,5 1,75 98,256 46,88 51,372 30,1 21,271 13,97 7,3

0,5 7,31 -0,01

Sarco

Diametro Trattenuto Passante9,5 5 95,00

4,75 40 55,001,19 25 30,000,84 30 0,000,5 0 0,00

Giare

Apertura [mm] max min12,5 100 1009,5 100 85

4,75 30 102,36 10 01,18 5 0

passante [%]

Fuso ASTM N°8

Indicatori di qualità

Parametro Normativa Unità di misura Valore

Quantità di frantumato - % 901

Dimensione max ASTM No. 8 mm 12,5

Frazione max passante al setaccio No 200 - % 2

Indicatori di qualità Parametro Normativa Unità di misura Valore Los Angeles ASTM C131 % < 40 California Bearing Ratio ASTM D1882 % 80 Dimensione max ASTM No. 8 mm 37,5 Frazione max passante al setaccio No 200 CNR 80/80 % 2

SPECIFICHE TECNICHE STRATO DI SUB-BASE Indicatori di qualità Parametro Normativa Unità di misura Valore Los Angeles ASTM C131 % < 40 California Bearing Ratio (CBR) ASTM D1882 % 80 Dimensione max ASTM No. 8 mm 12,5 Frazione max passante al setaccio No 200 CNR 80/80 % 2

SPECIFICHE TECNICHE STRATO DI BASE

SPECIFICHE TECNICHE DEL GRIGLIATO ERBOSOCaratteristiche tecniche

Parametro Unità di misura Dimensioni

Spessore cm 10

Dimensioni cm 45-45

Percentuale di foratura % 34

Resistenza al gelo - Non gelivo

Resistenza media a compressione Kg/cm2 500

ESEMPIO DI PROGETTAZIONE DEGLI STRATI DI UNA PAVIMENTAZIONE IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI

SCELTA DELLA CATEGORIA DI TRAFFICO

CIRIA report, The SUDS Manual, 2015 www.ciria.org

CATEGORIA 3: Piccolo parcheggiosoggetto a traffico veicolare leggero

CBR ≥ 5%

ESEMPIO DI PROGETTAZIONE DEGLI STRATI DI UNA PAVIMENTAZIONE IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI

DEFINIZIONE DEGLI STRATI

CIRIA report, The SUDS Manual, 2015 www.ciria.org

Si sceglie il materiale di usura e si procede alladefinizione dello spessore minimo degli strati e averificare, per la categoria di traffico, gli strati nonnecessari

ESEMPIO DI PROGETTAZIONE DEGLI STRATI DI UNA PAVIMENTAZIONE IN MASSELLI AUTOBLOCCANTI

DEFINIZIONE DELLA GRANULOMETRIA

Construction of Bases for Permeable Interlocking Concrete Pavements – ICPIwww.icpi.org

Si seguono le prescrizioni dell’InterlockingConcrete Pavement Institute per la definizionedella composizione granulometrica degli strati diallettamento, base e sub-base

• L’infiltrazione è il movimento dell’acqua attraverso il suolo.• La capacità di infiltrazione è la massima quantità di acqua che può infiltrare in

un terreno in un dato intervallo di tempo mentre la velocità di infiltrazione è laquantità d’acqua che penetra nel terreno nell’unità di tempo.

• La capacità di infiltrazione varia da terreno a terreno e può variane nel tempoanche per un dato terreno, in funzione di:

– tipo di precipitazione (l’intensità);– inclinazione del versante;– giacitura– porosità;– fratture;– profilo verticale del contenuto d’acqua;– compattazione del terreno superficiale;– coltivazione e/o uso suolo (tipo, metodo, macchinari, etc);– dispersione di particelle fini sulla superficie del terreno;– chiusura dei pori da parte di argille rigonfianti;– presenza di humus;– vegetazione;– azione animale;

Tutto ciò che favorisce l’infiltrazione sfavorisce il ruscellamento!

MODELLAZIONE DEI PROCESSI DI INFILTRAZIONE

INFILTRAZIONE – LA POROSITA’

Questa zona si può saturare dopo un evento piovoso

INFILTRAZIONE – PROFILI DEL CONTENUTO IDRICO

INFILTRAZIONE – COMPATTAZIONE E USO DEL SUOLO

Uso

della

scala

loga

ritm

ica p

ropo

sta d

a Sc

hofie

ld (p

F)

Curva di ritenzione idrica

RELAZIONE TRA CONTENUTO IDRICO DEL SUOLO E POTENZIALE IDRICO

Curva di ritenzione idrica in differenti tipi di terreno

Capacità di campo

APPLICAZIONI AMBIENTALI

APPLICAZIONI AGRICOLE APPLICAZIONI INDUSTRIALI

MODELLAZIONE IDRAULICA - HYDRUS SOFTWARE PACKAGE

MODELLAZIONE IDRAULICA

+∂∂

∂∂

=∂∂ 1)(

zhhK

zzθ

θ, rappresenta il contenuto idrico [-]

h, rappresenta il potenziale matriciale [L]

K(h), rappresenta la conducibilità idraulica insatura [LT-1]

z, rappresenta la profondità [L]

EQUAZIONI DI RICHARDSFLUSSO VARIABILMENTE SATURO 1D

( )( )

+

=1

1

1mn

e

hS

α

0

0

>

≤

hif

hif

rS

reS

θθθθ−−

=

−−⋅

=

S

m

mel

eS

K

SSK

K

21

11

0

0

>

<

hif

hif

nm 11−=

MODELLO DI VAN GENUCHTEN- MUALEM SINGOLA POROSITA’

Se , grado di saturazione effettivo - θr, contenuto idrico residuo - θS, contenuto idrico a

saturazione

α, n parametri empirici della SWRC - KS, conducibilità idraulica

l, tortuosità

MODELLAZIONE IDRAULICA

RISULTATI – RIDUZIONE VOLUME DI PIENA

𝐸𝐸𝑟𝑟,𝑉𝑉 = 100 �7,06 − 4,00

7,06 = 43%

VOLUME IN INGRESSO

VOLUME IN USCITA

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

1 16 31 46 61 76 91 106

121

136

151

166

181

196

211

226

241

256

271

286

301

316

331

346

361

376

391

h (c

m)

t (min)

Pioggia di progetto

INVERSE OPTIMIZATION

I tetti verdi sono una pratica di gestione delle acque piovane che utilizza la vegetazione perregolare il regime idrico dei deflussi delle acque meteoriche con funzione di trattenimento,alleggerendo il carico sulla rete di canalizzazione delle acque bianche. Costituisce in estate ein inverno un forte isolamento da sollecitazioni termiche, meccaniche ed acustiche, favorendoun incremento dell’efficienza energetica dell’edificio e una minimizzazione dell’inquinamentoacustico.

I tetti verdi

Verde pensile: Estensivo e Intensivo

Per verde pensile estensivo si intende quel tipo di copertura a verde che nonrichiede un numero elevato di manutenzioni e non prevede la fruizione del tettostesso come un vero e proprio giardino. Di solito si comprendono coperturepiane o inclinate di elevate dimensioni, prevalentemente di zone industriali o diedifici pubblici o commerciali. Il substrato arriva fino ai 15 cm di spessore.

Viceversa il verde pensile intensivo richiede manutenzioni costanti, le specievegetali utilizzabili sono molte di più. Lo stesso tappeto erboso vieneconsiderato intensivo, visto il modesto numero di interventi all'anno permantenerlo in ottimo stato e fruibile. In questo caso, invece, il substrato avràuno spessore che parte dai 15 cm sino a oltre i 150 cm.

Vista lato nord-ovest

ISTRUZIONI PER LA PROGETTAZIONE

La scelta di utilizzare una copertura a verde è legata ad uno o più degli obiettiviseguenti:

• fruibilità della copertura,spazio atto alto svolgimento di attività all'aperto

• fruibilità visiva,valenza puramente architettonica e paesaggistica

• variazione delle prestazioni ambientali interne dell'edificio,prestazioni termiche ed acustiche della copertura

• variazioni delle condizioni di contesto ambientale esterno all'edifici, assorbimentopolveri, assorbimento acustico, regimazione idrica, mitigazione della temperatura

• compensazione ambientale,restituire integralmente o parzialmente le valenze che il sistema ambientale originario conferiva al contesto.

DEFINIZIONE DELLA TIPOLOGIA DI STRATODI PROTEZIONE MECCANICA E PROTEZIONEANTIRADICE DELLA GUAINA IMPERMEABILE

DEFINIZIONE DEL SISTEMA DI DRENAGGIOACCUMULO E AREAZIONE

DEFINIZIONE DELLO STRATO FILTRANTE

DEFINIZIONE DELLO STRATO COLTURALE E SPESSORE DELLO STRATO SPECIFICO PER CIASCUN SETTORE

DEFINIZIONE DELLE SPECIE VEGETALI PER CIASCUN SETTORE

Progettazione dei vari strati

Dianthus granthianopolitanussin Dianthus caesins

Il Dianthus granthianopolitanus è unapianta molto ornamentale e profumata,presenta fusti striscianti e radicanti.Le foglie sono lanceolate, addensate inciuffi asali e di un colore verde-grigio e ifiori sono rosa, con petali sfrangiati.

Progettazione strato di vegetazione

APPLICAZIONI AMBIENTALI

APPLICAZIONI AGRICOLE APPLICAZIONI INDUSTRIALI

MODELLAZIONE IDRAULICA - HYDRUS SOFTWARE PACKAGE

( )[ ]

( )ime

mew

wimim

wmm

SS

St

SzhKt

−=Γ

Γ+−=∂∂

Γ−−−∇⋅⋅−∇=∂∂

ω

θ

θ

EQUAZIONI DI RICHARDS 3DFLUSSO VARIABILMENTE SATURO

TRASFERIMENTO DI MASSA

+imm θθθ +=

mS imS termini di assorbimento delle parti mobili ed immobile

wΓvelocità di trasferimento dell’acqua nei pori degli aggregati verso i pori della matrice immobile

HYPROP – PROPRIETA’ IDRAULICHE DEL SUBSTRATO

OBIETTIVO:

definizione di un SISTEMA VEGETATO ECO-COMPATIBILE,

perfettamente integrato nella struttura portante del sistema tecnologico I-BEST con annesso sistema di raccolta e riuso

dell’acqua meteorica

FINALITÀ: recuperare e riqualificare il patrimonio edilizio esistente mediante una gestione

sostenibile dell’ambiente urbano

Progetto I-BESTInnovative Building Envelope through Smart Technology

OR3 – Definizione del sistema vegetato per facciate e gestione ottimale delle acque meteoriche

Progetto I-BEST

Innovative Building Envelope through Smart Technology

Dal punto di vista della Sostenibilità Ambientale:

Reintrodurre il verde in ambiente densamente urbanizzato;

Ridurre l’effetto delle isole urbane di calore;

Migliorare la qualità dell’aria per assorbimento della CO2 e

fissaggio delle polveri sottili;

Ridurre l’afflusso delle acque piovane nella rete di drenaggio

esistente.

Caratteristiche del Prodotto

Dal punto di vista dell’Impatto Urbano:

Conferire nuova qualità estetica agli edifici e valorizzare l’ambiente

urbano circostante all’edificio oggetto di intervento;

Consentire soluzioni estetiche e cromatiche accattivanti e personalizzabili

con possibilità di effettuare cambiamenti di stili nel corso degli anni;

Migliorare la qualità estetica e non rendere visibile gli impianti idrici e di

climatizzazione.

Progetto I-BEST

Innovative Building Envelope through Smart Technology

OR4 – Valutazione e ottimizzazione delle reti di servizi

Struttura operativa del Life Cycle Assessment (L.C.A.)

OBIETTIVO E CAMPO DI APPLICAZIONE

ANALISI DELL’INVENTARIO

VALUTAZIONE DEGLI IMPATTI

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI

LE ATTIVITÀ PROGETTUALI SARANNO SOTTOPOSTE A UNA VALUTAZIONE L.C.A.

AR 1.7

AR 2.7

AR 3.6

AR 4.5

SINTESI DELLE STRATEGIE PER L’INVARIANZA IDRAULICA E IDROLOGICA

INTERCETTARE LA PIOGGIA1. Tetti e superfici verdi (Green Roofs e Green Walls)2. Raccolta delle acque piovane (Rainwater Harvesting)

RIDURRE IL DEFLUSSO METEORICO1. Pavimentazioni permeabili2. Cunette filtranti, bacini d’infiltrazione, raingardens

RIDURRE LE PORTATE METEORICHE1. Vasche di laminazione sotterranee2. Invasi distribuiti superficiali (parcheggi, laghetti urbani, ecc.)3. Water Squares4. Tetti blu

RIDURRE L’IMPATTO SULL’AMBIENTE1. Bio-ritention areas2. Urban wetlands

Acque Nere

Acque Grigie

Acque Meteoriche o di acquedotto

Acque Grigie Trattate

Trattamento, Accumulo e Restituzione in Corpi Idrici Superficiali delle Acque Grigie

Raccolta e Riuso delle Acque Meteoriche

Intercettazione vegetale (Tetti e Superfici Verdi)

Trattamento e Restituzione in Corpi Idrici Sotterranei delle Acque Grigie

Trattamento e Riuso delle Acque Grigie

Restituzione in Corpi Idrici Sotterranei delle Acque Meteoriche

SINTESI DELLE STRATEGIE PER L’INVARIANZA IDRAULICA E IDROLOGICA

Accumulo temporaneo delle Acque Meteoriche

• LE OPERE PER L’INVARIANZA IDRAULICA E IDROLOGICA, SE CONSIDERATE SINGOLARMENTE, SONO EFFICACI PRINCIPALMENTE PER EVENTI DI BREVE DURATA E BASSO TEMPO DI RITORNO.

• L’EFFETTO SISTEMICO DI RIDUZIONE DEL VOLUME DEL DEFLUSSO SUPERFICIALE COLLETTATO DALLA FOGNATURA PUÒ ESSERE VALUTATO IN PRIMA APPROSSIMAZIONE CON UN MODELLO ADDITTIVO.

• IL FUNZIONAMENTO DI TALI OPERE È INFLUENZATO DAL PROCESSO STOCASTICO DEGLI EVENTI E IL LORO PROGETTO NON DOVREBBE ESSERE BASATO SUL METODO DELL’EVENTO CRITICO.

RIFFLESSIONI SULL’APPLICAZIONE DELL’INVARIANZA IDRAULICA E IDROLOGICA

• L’EFFETTO SISTEMICO COMBINATO SUI PROCESSI DI ACCUMULO E TRASFERIMENTO DEL DEFLUSSO SUPERFICIALE CONSENTE UNA RIDUZIONE DELLE MASSE INQUINANTI SVERSATE NEI CORPI IDRICI RICETTORI.

• L’EFFETTO DEI TETTI VERDI IN PARTICOLARE NON PUÒ ESSERE ASSIMILATO A QUELLO DELLE ALTRE AREE VERDI.

• L’EFFETTO SISTEMICO DI RIDUZIONE DELLE PORTATE MASSIME DEL DEFLUSSO SUPERFICIALE COLLETTATO DALLA FOGNATURA NON PUÒ ESSERE VALUTATO CON UN MODELLO SEMPLICE, IN QUANTO LEGATO PRINCIPALMENTE ALLA VARIAZIONE DEI TEMPI DI CONCENTRAZIONE.

RIFFLESSIONI SULL’APPLICAZIONE DELL’INVARIANZA IDRAULICA E IDROLOGICA

patrizia.piro@unical.itgianfranco.becciu@polimi.itwww.liucs.itwww.csdu.it

GRAZIE PER L’ATTENZIONE