Chi fa infiltrare l’acqua piovana in un terreno, invece di convogliarla nella rete fognaria, contribuisce in modo tangibile al ripristino del ciclo naturale dell’acqua. Il calcolo dell’infiltrazione dell’acqua piovana non è quindi una formalità burocratica, ma il fondamento tecnico di ogni impianto funzionante: determina le dimensioni che deve avere una fossa di infiltrazione, quale permeabilità del suolo si può ipotizzare, quali quantità di pioggia il sistema deve assorbire e se la soluzione scelta soddisfa i requisiti previsti dalla normativa in materia di acque. Chi comprende questo calcolo, comprende alla radice la gestione decentralizzata dell’acqua piovana.
- Cosa significa infiltrazione dell’acqua piovana e quali tipi di impianti esistono
- Perché il calcolo dell’impianto di infiltrazione è indispensabile dal punto di vista tecnico e giuridico
- Quali parametri devono fornire il suolo, le precipitazioni e il bacino idrografico
- Come funziona il dimensionamento secondo norme riconosciute come la scheda tecnica DWA A 138
- Qual è il ruolo del coefficiente kf, della portata pluviometrica e del coefficiente di deflusso
- Quali tipi di impianti di infiltrazione sono adatti a quali condizioni del sito
- Come integrare e progettare gli impianti di infiltrazione nella pianificazione degli spazi aperti
- Quali errori si verificano frequentemente nella progettazione, nella costruzione e nella gestione e come è possibile evitarli
Nozioni di base: cos’è l’infiltrazione dell’acqua piovana e perché deve essere progettata
Per infiltrazione dell’acqua piovana si intende l’immissione mirata dell’acqua piovana nel sottosuolo al fine di sostenere il ciclo naturale dell’acqua, ricaricare le falde acquifere e alleggerire il carico sulla rete fognaria. A differenza dello scarico diretto in un corso d’acqua o nella rete fognaria mista, l’acqua rimane così nel sistema del suolo locale. Gli esperti parlano di gestione decentralizzata delle acque piovane quando queste misure vengono attuate il più vicino possibile al punto di origine del deflusso, ovvero sul terreno stesso o nell’area stradale circostante.
Alla base di questa pratica vi è l’alterazione del ciclo idrologico causata dall’impermeabilizzazione del suolo. Ogni superficie asfaltata, ogni tetto, ogni parcheggio in cemento impedisce all’acqua piovana di infiltrarsi ed evaporare. L’acqua, invece, defluisce rapidamente e in modo concentrato nella rete fognaria, il che, in caso di forti piogge, porta a sovraccarichi, allagamenti e scarichi di acque miste nei corsi d’acqua. Allo stesso tempo, le falde acquifere non ricevono l’apporto necessario e gli alberi urbani soffrono di stress idrico. L’infiltrazione dell’acqua piovana è una delle soluzioni più efficaci a questi problemi, a condizione che sia correttamente dimensionata.
È proprio qui che entra in gioco il calcolo dell’infiltrazione dell’acqua piovana. Un impianto sottodimensionato trabocca in caso di piogge di media intensità e non adempie alla sua funzione. Un impianto sovradimensionato è antieconomico e occupa spazio, che nei quartieri urbani densamente popolati è una risorsa scarsa. Il calcolo non è quindi una formalità, ma lo strumento con cui i progettisti trovano il giusto equilibrio tra prestazioni, consumo di superficie e costi. Le autorizzazioni in materia di diritto delle acque richiedono di norma una prova matematica che dimostri che l’impianto è in grado di raccogliere e convogliare senza danni l’evento di riferimento.
Tipi di impianti: depressioni, canali di infiltrazione, pozzi e combinazioni
La vasca di infiltrazione è la forma più semplice e più comunemente utilizzata nella progettazione degli spazi aperti per l’infiltrazione dell’acqua piovana. Si tratta di una depressione del terreno pianeggiante e inerbita che raccoglie l’acqua piovana in superficie e la convoglia lentamente nel sottosuolo attraverso la zona del suolo vivificante. La conca presenta il vantaggio di essere ben visibile, di facile manutenzione e di grande valore ecologico: le conche inerbite offrono un habitat, favoriscono l’evaporazione e filtrano le sostanze inquinanti dall’acqua prima che questa raggiunga la falda acquifera. Nell’urbanistica, oggi le depressioni vengono utilizzate come elementi di progettazione negli spazi stradali, nei parchi e nei quartieri residenziali, ad esempio come i cosiddetti «giardini pluviali» o «depressioni di bioritenzione».
Il canale di infiltrazione è un sistema sotterraneo costituito da un fossato riempito di ghiaia o blocchi di plastica, che immagazzina temporaneamente l’acqua e la rilascia nel terreno attraverso il fondo e i fianchi del fossato. I canali di infiltrazione sono particolarmente indicati laddove le vasche di superficie non sono realizzabili per motivi di spazio o di destinazione d’uso, ad esempio sotto parcheggi, marciapiedi o in spazi stradali ristretti. Sono meno visibili, ma anche più difficili da controllare e pulire. I sistemi combinati di bacini e canali di infiltrazione uniscono i vantaggi di entrambi i tipi: il bacino provvede alla pre-depurazione e all’accumulo temporaneo in caso di piccoli eventi, mentre il canale sottostante immagazzina grandi quantità d’acqua e le rilascia in modo ritardato.
I pozzi di infiltrazione convogliano l’acqua direttamente negli strati più profondi del suolo, senza passare attraverso la zona del suolo attiva. Sono tecnicamente semplici ed economici, ma problematici dal punto di vista della tutela delle acque: poiché manca l’effetto filtrante dello strato superficiale del suolo, le sostanze inquinanti possono penetrare nelle acque sotterranee senza essere filtrate. Le normative in materia di acque limitano quindi fortemente l’uso dei pozzi di infiltrazione in molti Länder o lo escludono del tutto per le aree inquinate come strade o aree industriali. Per le superfici dei tetti prive di rivestimenti metallici e di inquinamento causato dal traffico, sono ammessi a determinate condizioni, ma devono essere valutati caso per caso.
L’infiltrazione superficiale tramite rivestimenti permeabili, ovvero griglie per prato, prato con ghiaia, pavimentazioni con giunti larghi o pavimentazioni porose, è un’ulteriore variante particolarmente adatta per aree di sosta e percorsi. In questo caso l’acqua defluisce direttamente sul posto, senza essere convogliata in un sistema di canalizzazione separato. Il dimensionamento di questi sistemi segue gli stessi principi di base delle vasche di raccolta e dei canali di infiltrazione, ma deve tenere conto della permeabilità del rivestimento stesso e dello strato portante sottostante.
Calcolo dell’infiltrazione dell’acqua piovana: parametri, formule e normative
La normativa di riferimento per il dimensionamento degli impianti di infiltrazione in Germania è la scheda tecnica DWA A 138, pubblicata dall’Associazione tedesca per la gestione delle acque, delle acque reflue e dei rifiuti. Essa descrive un metodo di calcolo riconosciuto, basato su tre parametri fondamentali: la pioggia di riferimento, il bacino idrografico con i relativi coefficienti di deflusso e la capacità di infiltrazione del sottosuolo, espressa dal valore kf.
Il valore kf, noto anche come conducibilità idraulica a saturazione, descrive la velocità con cui l’acqua scorre attraverso il suolo. È espresso in metri al secondo e varia di molti ordini di grandezza a seconda del tipo di terreno. I terreni sabbiosi raggiungono valori kf compresi tra 10 alla meno 3 e 10 alla meno 4 m/s e presentano una buona capacità di infiltrazione. I terreni limosi o argillosi si attestano a 10-6 m/s o meno e sono poco adatti all’infiltrazione. I terreni argillosi con valori kf inferiori a 10-7 m/s sono generalmente da escludere del tutto. Il valore kf viene determinato tramite prove sul campo, solitamente mediante la prova con infiltrometro a doppio anello o prove di pompaggio. I valori di laboratorio ricavati da campioni di terreno sono meno affidabili, poiché non rispecchiano la stratificazione naturale e la struttura macroporosa del terreno.
La pioggia di riferimento descrive l’intensità delle precipitazioni per cui l’impianto deve essere progettato. In Germania, a tal fine, vengono utilizzati dati pluviometrici valutati statisticamente, forniti dal Servizio Meteorologico Tedesco sotto forma di set di dati KOSTRA. KOSTRA è l’acronimo di «Regionalizzazione e valutazione coordinate delle precipitazioni intense». Da questi dati è possibile ricavare, per ogni sito, quale dose pluviometrica, ovvero quale quantità di precipitazioni per unità di tempo e di superficie, corrisponda a un determinato intervallo di ritorno. Per gli impianti di infiltrazione su terreni privati è usuale una pioggia di riferimento con un intervallo di ritorno di due anni, mentre per gli impianti pubblici o quelli con un elevato potenziale di danno si utilizzano anche intervalli di cinque o dieci anni.
Il coefficiente di deflusso, indicato nella letteratura specialistica con il simbolo Psi, descrive quale percentuale delle precipitazioni si trasforma effettivamente in deflusso. Un tetto piano con rivestimento in ghiaia ha un coefficiente di deflusso compreso tra circa 0,5 e 0,7, un tetto a falda in tegole da 0,8 a 0,9, una superficie asfaltata da 0,9 a 1,0. Le superfici inerbite, invece, presentano coefficienti di deflusso compresi tra 0,1 e 0,3, poiché gran parte delle precipitazioni evapora o viene trattenuta nel terreno. Il bacino idrografico di riferimento risulta dalla somma di tutte le superfici collegate, ponderata in base ai rispettivi coefficienti di deflusso.
La formula di dimensionamento vera e propria secondo la norma DWA-A 138 determina il volume di stoccaggio necessario dell’impianto di infiltrazione dalla differenza tra il volume delle precipitazioni in afflusso e il volume che si infiltra nel periodo di riferimento. Il volume di infiltrazione risulta dal valore kf, dalla superficie di infiltrazione effettiva e da una riduzione di sicurezza che tiene conto della variabilità naturale del suolo. Di norma, per andare sul sicuro, come base di calcolo viene utilizzata solo la metà del valore kf. Il risultato è un volume minimo che l’impianto deve garantire per assorbire l’evento di progetto senza traboccamenti.
Idoneità del sito: suolo, acque sotterranee e aree protette
Non tutti i siti sono adatti all’infiltrazione dell’acqua piovana. Oltre alla permeabilità del suolo, il livello delle acque sotterranee e l’ubicazione in aree protette sono criteri determinanti. Il foglio di lavoro DWA A 138 richiede una distanza minima tra il bordo inferiore dell’impianto di infiltrazione e il livello più alto prevedibile delle acque sotterranee. Tale distanza, di norma pari ad almeno un metro, ha lo scopo di garantire che l’acqua che defluisce percorra un tratto di filtrazione sufficiente attraverso il terreno insaturo prima di raggiungere la falda acquifera. Nelle aree con falda freatica alta, come nelle pianure, nelle pianure alluvionali o nelle paludi, l’infiltrazione è quindi spesso impossibile o possibile solo in misura limitata.
Nelle aree di tutela delle acque vigono norme particolari. La zona di protezione I, l’area più ristretta attorno a un impianto di prelievo idrico, esclude di norma completamente gli impianti di infiltrazione. Nella zona di protezione II sono ammessi solo per l’acqua piovana non inquinata proveniente dai tetti e a condizioni rigorose. Nella zona di protezione III, il bacino idrografico più ampio, i requisiti sono meno restrittivi, ma comunque regolati da autorizzazioni ai sensi della normativa sulle acque. I progettisti devono verificare tempestivamente i confini delle zone di protezione, poiché questi influenzano in modo determinante la fattibilità di un impianto di infiltrazione.
La qualità dell’acqua piovana raccolta è un ulteriore fattore da considerare. L’acqua proveniente dai tetti in tegole è considerata relativamente pulita e nella maggior parte dei casi può essere infiltrata senza pretrattamento. Le superfici dei tetti in rame, zinco o piombo, invece, rilasciano metalli pesanti nell’acqua piovana, che non dovrebbero penetrare nel suolo senza essere filtrati. Il deflusso stradale contiene idrocarburi, residui di usura degli pneumatici e metalli pesanti e richiede un trattamento prima dell’infiltrazione, ad esempio tramite impianti di sedimentazione o strati filtranti. La direttiva contenuta nel foglio informativo DWA M 153 fornisce indicazioni su quali superfici richiedano quali requisiti di pretrattamento.
I siti contaminati nel sottosuolo rappresentano un rischio spesso sottovalutato. Nelle ex aree industriali o commerciali, il suolo può essere contaminato da sostanze inquinanti che, a contatto con l’acqua immessa, vengono mobilizzate e trasportate nella falda acquifera. Prima di progettare un impianto di infiltrazione su tali aree, è indispensabile effettuare una ricerca sui siti contaminati e, se necessario, un’analisi del suolo.
Integrazione nella progettazione degli spazi aperti: design, ecologia e clima urbano
Gli impianti di infiltrazione non sono opere puramente tecniche che dovrebbero scomparire nel sottosuolo nel modo più invisibile possibile. Conche, canali di infiltrazione e aree di ritenzione ben progettati possono costituire elementi di pregio dal punto di vista progettuale negli spazi aperti e svolgere al contempo funzioni ecologiche. Le vasche di infiltrazione inerbite con una vegetazione adeguata al sito, composta da graminacee, piante perenni e arbusti, offrono un habitat per gli insetti, migliorano il microclima grazie al raffreddamento per evaporazione e aumentano la qualità della permanenza negli spazi pubblici. Nella pianificazione urbana contemporanea, tali elementi vengono raggruppati sotto il termine «città spugna» (in inglese «Sponge City»).
La piantumazione delle depressioni di infiltrazione deve soddisfare requisiti specifici. Le piante devono tollerare sia brevi periodi di allagamento che fasi di siccità, poiché le depressioni di infiltrazione presentano condizioni idriche del suolo che variano notevolmente a seconda dell’andamento delle precipitazioni. Tra le specie collaudate per la piantumazione delle vasche nelle condizioni climatiche dell’Europa centrale figurano, tra le altre, l’Iris pseudacorus, la Carex acutiformis e il Juncus effusus per il fondo delle vasche, nonché piante perenni resistenti alla siccità come l’Achillea millefolium o le specie di Festuca per i pendii. La scelta dovrebbe essere effettuata in base alle specifiche del sito e tenere conto del tipo di terreno, della durata dell’allagamento e dell’esposizione.
Nell’ambito stradale, i cosiddetti «canali per alberi» si sono dimostrati una combinazione particolarmente preziosa. In questo sistema, l’acqua piovana proveniente dalla carreggiata o dal marciapiede viene convogliata in spazi sotterranei di accumulo e infiltrazione, che fungono contemporaneamente da substrato per gli alberi. Gli alberi urbani traggono beneficio dall’apporto idrico, il canale svolge la funzione di infiltrazione e lo spazio stradale viene valorizzato dal verde degli alberi. Questa sinergia tra la gestione dell’acqua piovana e la promozione degli alberi urbani è un esempio di come le infrastrutture verdi e blu debbano essere concepite congiuntamente.
Per la pianificazione urbana, l’infiltrazione dell’acqua piovana è uno strumento di adattamento climatico. Gli eventi di pioggia intensa, più frequenti e più intensi, come quelli previsti per il clima dell’Europa centrale, sovraccaricano i sistemi fognari convenzionali, progettati in base ai modelli storici di precipitazioni. Gli impianti di infiltrazione decentralizzati attenuano i picchi di deflusso, alleggeriscono il carico sulla rete fognaria e riducono il rischio di allagamento nei quartieri situati a quote più basse. Allo stesso tempo contribuiscono alla ricarica delle falde acquifere, che in molte aree urbane è diminuita a causa dell’impermeabilizzazione del suolo e dei mutati modelli di precipitazioni.
Errori frequenti nella progettazione, nella costruzione e nella gestione degli impianti di infiltrazione
L’errore di progettazione più comune è la sottovalutazione del valore kf. Se la permeabilità del suolo viene stimata in modo troppo ottimistico, perché non sono state effettuate prove sul campo e sono stati invece utilizzati valori tabellari relativi al tipo di suolo, l’impianto risulta sottodimensionato fin dall’inizio. I valori tabellari forniscono solo un orientamento approssimativo; l’effettiva permeabilità di un sito può discostarsi notevolmente dai valori medi della classe di terreno, specialmente nei terreni urbani alterati da compattazione, riempimenti e materiali estranei. Le prove sul campo non sono quindi facoltative per gli impianti di grandi dimensioni, ma tecnicamente necessarie.
Un altro errore comune è la trascuratezza della manutenzione. Gli impianti di infiltrazione, in particolare le vasche e i canali di infiltrazione, possono interrarsi a causa dei sedimenti fini. Se i pori del terreno o dello strato filtrante sono ostruiti dal fango, la capacità di infiltrazione diminuisce drasticamente. Il controllo regolare, la rimozione dei sedimenti e, se necessario, il rinnovo dello strato filtrante sono misure operative necessarie che dovrebbero essere previste in fase di progettazione e riportate nei piani di gestione. Gli impianti che smettono di funzionare dopo pochi anni a causa della mancata manutenzione danneggiano la reputazione della gestione decentralizzata delle acque piovane nel suo complesso.
Anche errori nella determinazione del bacino idrografico portano a dimensionamenti errati. Se non vengono registrate tutte le superfici collegate o se i coefficienti di deflusso vengono assegnati in modo errato, la base di calcolo non è corretta. Soprattutto in caso di modifiche successive, ad esempio quando viene collegata una nuova superficie di tetto o viene impermeabilizzata un’area del cortile, il calcolo deve essere aggiornato. Gli impianti di infiltrazione non sono sistemi statici che possono essere progettati una volta per tutte e poi dimenticati.
Infine, talvolta la profondità di posa dell’impianto viene scelta in modo errato. Un canale di infiltrazione installato a una profondità eccessiva, che finisce così nella zona del livello fluttuante della falda freatica, non è più in grado di infiltrare l’acqua quando il livello della falda è elevato e finisce per traboccare. Al contrario, un impianto troppo superficiale in terreni compatti fa sì che l’acqua non venga drenata abbastanza rapidamente e che la depressione rimanga costantemente bagnata, causando conflitti di utilizzo e danni alla vegetazione.
L’infiltrazione dell’acqua piovana come compito di progettazione a lungo termine
Il calcolo dell’infiltrazione dell’acqua piovana non è un’operazione una tantum alla fine della progettazione, bensì un processo iterativo che collega tra loro l’analisi del sito, la progettazione e la verifica. Chi esplora le condizioni del terreno nelle prime fasi del processo di progettazione, definisce i bacini idrografici e confronta i tipi di impianti con la normativa, evita costose correzioni nelle fasi successive. La collaborazione tra architetti paesaggisti, progettisti di opere civili, idrologi e autorità competenti in materia di diritto delle acque non è un’eccezione, ma la regola per progetti di successo.
La normativa è in continua evoluzione. La scheda tecnica DWA A 138 viene regolarmente aggiornata per integrare le nuove conoscenze derivanti dalla ricerca e dalla pratica. I progettisti farebbero bene a lavorare sempre con la versione più recente e a integrare nella loro progettazione le schede tecniche complementari, ad esempio relative alla qualità dell’acqua o a forme speciali di infiltrazione. I requisiti in materia di diritto delle acque variano inoltre da uno Stato federale all’altro, per cui è indispensabile un coordinamento tempestivo con l’autorità competente.
La gestione decentralizzata delle acque piovane tramite infiltrazione è una delle poche misure di riqualificazione urbana che, allo stesso tempo, migliora il bilancio idrico, rinfresca il clima urbano, promuove la biodiversità e alleggerisce il carico sulle infrastrutture fognarie. Il fatto che debba essere dimostrata matematicamente non è un ostacolo burocratico, ma il presupposto affinché essa produca effettivamente i risultati attesi. Un accurato calcolo dell’infiltrazione dell’acqua piovana non rappresenta quindi la conclusione della progettazione, bensì il suo fondamento più affidabile.