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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
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:
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
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
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
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
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.
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
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
[email protected]@polimi.itwww.liucs.itwww.csdu.it
GRAZIE PER L’ATTENZIONE