L’acqua piovana non si infiltra spontaneamente dove serve. Chi convoglia in modo mirato le precipitazioni nel suolo urbano chiude il ciclo dell’acqua, alleggerisce il carico sulla rete fognaria e crea habitat per piante e organismi del suolo. L’infiltrazione dell’acqua piovana tramite depressioni è il metodo più diffuso e più versatile dal punto di vista progettuale per la gestione decentralizzata dell’acqua piovana: si tratta di una depressione del terreno pianeggiante e ricoperta di vegetazione che raccoglie l’acqua piovana, la immagazzina temporaneamente e la rilascia lentamente nel sottosuolo. Chi comprende questo principio, comprende un elemento fondamentale della progettazione sostenibile degli spazi aperti.
- Che cos’è una conca di infiltrazione e in cosa si differenzia dagli altri impianti di infiltrazione
- Quali principi fisici e idrologici determinano il funzionamento della fossa di infiltrazione
- Quali requisiti di ubicazione, analisi del suolo e norme guidano la progettazione
- Come le depressioni vengono dimensionate, progettate e integrate nei progetti di spazi aperti
- Quali comunità vegetali e substrati sono adatti per le fosse di infiltrazione
- Quali errori si verificano tipicamente nella progettazione, nella costruzione e nella gestione e come evitarli
- Come combinare l’infiltrazione tramite bacini con altri elementi della “città spugna”
- Quali sono i quadri normativi e le opportunità di finanziamento rilevanti in Germania
Definizione e classificazione: che cos’è una depressione di infiltrazione?
Una fossa di infiltrazione è una depressione del terreno pianeggiante, solitamente ricoperta di vegetazione, che raccoglie l’acqua piovana proveniente da superfici pavimentate, la trattiene temporaneamente e la fa infiltrare nel sottosuolo attraverso la zona del suolo vivente. Il termine «infiltrazione in bacino di raccolta dell’acqua piovana» indica quindi sia l’opera stessa che il processo: lo smaltimento e l’infiltrazione mirati e decentralizzati dell’acqua piovana nel luogo stesso in cui si raccoglie, senza convogliarla nella rete fognaria. A differenza dell’infiltrazione superficiale, in cui le precipitazioni si infiltrano direttamente su una superficie permeabile, e dell’infiltrazione tramite canali o tubi, in cui l’acqua viene convogliata sottoterra in letti di ghiaia o tubi perforati, la conca opera in prossimità della superficie ed è visibile. Ciò la rende un elemento integrabile dal punto di vista progettuale nello spazio aperto.
Nella terminologia tecnica si distingue tra diversi tipi di impianti di infiltrazione decentralizzati. L’infiltrazione a bacino appartiene al gruppo dell’infiltrazione superficiale ed è solitamente dotata di una copertura vegetale costituita da prato, piante da prato o comunità specializzate di piante perenni. Da questi vanno distinti i sistemi a bacino-canale, in cui sotto il bacino un letto di ghiaia aggiuntivo (il canale) aumenta la capacità di accumulo e disaccoppia la capacità di infiltrazione dalla permeabilità del suolo degli strati superiori. Tali sistemi combinati vengono impiegati quando la capacità di infiltrazione naturale del suolo da sola non è sufficiente, ma il sottosuolo è fondamentalmente permeabile.
L’infiltrazione dell’acqua piovana tramite bacini non è un concetto nuovo, ma ha acquisito una notevole importanza progettuale grazie al dibattito sulla «città-spugna», ovvero la città resiliente e in grado di assorbire l’acqua. Le città che soffrono di una crescente impermeabilizzazione del suolo e di eventi piovosi intensi sempre più frequenti vedono negli impianti di infiltrazione decentralizzati uno strumento efficace per ridurre i rischi di allagamento, ricaricare le falde acquifere e migliorare il microclima urbano grazie al raffreddamento per evaporazione. La fossa di infiltrazione rappresenta spesso il primo e più semplice passo in questa direzione.
Nozioni di base idrologiche e pedologiche sull’infiltrazione in conca
Il principio di funzionamento dell’infiltrazione tramite bacino si basa sull’interazione tra intensità delle precipitazioni, estensione del bacino idrografico, conformazione del terreno e permeabilità del suolo. L’acqua piovana scorre dalle superfici pavimentate o parzialmente pavimentate nella conca, la riempie fino a una profondità di accumulo definita e da lì si infiltra nel sottosuolo attraverso il fondo e i pendii inerbiti. Il parametro determinante per la capacità di infiltrazione è la conducibilità idraulica del suolo a stato saturo, denominata in gergo tecnico valore kf. Esso descrive la quantità d’acqua che scorre per unità di tempo attraverso una sezione trasversale del terreno saturo ed è espresso in metri al secondo (m/s).
Per l’infiltrazione dell’acqua piovana in bacini di infiltrazione, la scheda tecnica DWA-A 138 dell’Associazione tedesca per la gestione delle risorse idriche, acque reflue e rifiuti, che costituisce il quadro normativo di riferimento per la progettazione, la costruzione e la gestione degli impianti di gestione decentralizzata delle acque piovane in Germania, si applicano determinati requisiti minimi relativi al valore kf. I terreni con un valore kf compreso tra circa 1 x 10⁻⁶ m/s e 1 x 10⁻³ m/s sono considerati in linea di principio idonei all’infiltrazione. I terreni molto permeabili (kf superiore a 1 x 10⁻³ m/s) possono risultare problematici in presenza di determinati livelli di contaminazione dell’acqua piovana, poiché la capacità depurativa del passaggio nel terreno è insufficiente. I terreni molto limosi o argillosi con valori kf inferiori a 1 × 10⁻⁶ m/s non sono generalmente adatti all’infiltrazione.
L’analisi del suolo rappresenta quindi un primo passo indispensabile in ogni fase di progettazione. Oltre al valore kf, determinato tramite prove sul campo (ad esempio la prova con infiltrometro a doppio anello o la prova di pompaggio) o tramite analisi di laboratorio, occorre verificare la distanza dal livello della falda freatica, ovvero la distanza tra la superficie del terreno e il livello massimo prevedibile della falda freatica, nonché la presenza di siti contaminati o di contaminazioni da sostanze inquinanti nel sottosuolo. La norma DWA-A 138 richiede una distanza minima tra il fondo della vasca e il livello massimo della falda freatica, che varia a seconda delle caratteristiche del terreno e del potenziale di contaminazione dell’acqua immessa, ma che di norma deve essere di almeno un metro. Tale distanza garantisce che lo strato di terreno attivo possa fungere da filtro naturale.
Oltre al suolo, anche la topografia svolge un ruolo determinante. I bacini devono essere integrati nel terreno in modo tale che l’acqua piovana defluisca per gravità, senza che si possano verificare ristagni all’interno degli edifici o sulle aree adiacenti. Un troppopieno di emergenza, che in caso di superamento della portata piovosa di progetto convogli l’acqua in eccesso in modo ordinato, è strutturalmente obbligatorio e non negoziabile in fase di progettazione. Può essere realizzato sotto forma di avvallamento erboso, canale di scolo pavimentato o opera di raccolta e deve convogliare l’acqua nel sistema di drenaggio pubblico o in un altro impianto di infiltrazione.
Progettazione e dimensionamento: dall’analisi del sito alla progettazione esecutiva
Il dimensionamento di una vasca di infiltrazione segue una procedura chiaramente strutturata, descritta nella norma DWA-A 138. Il punto di partenza è la determinazione della pioggia di progetto di riferimento, ovvero quell’evento piovoso per il quale l’impianto deve essere progettato. Nella pratica, spesso si sceglie come base di calcolo una pioggia con un periodo di ritorno di due anni e una durata definita, sebbene i regolamenti comunali in materia di drenaggio e le condizioni locali possano prevedere requisiti diversi. I dati sulle precipitazioni sono ricavati dalle serie di dati KOSTRA-DWD del Servizio meteorologico tedesco (Deutscher Wetterdienst), che forniscono statistiche sulle precipitazioni relative a specifiche località in Germania.
Il bacino idrografico del bacino di raccolta, ovvero la somma di tutte le superfici impermeabilizzate e parzialmente impermeabilizzate il cui deflusso viene convogliato nel bacino stesso, determina, insieme al coefficiente di deflusso (un fattore che descrive la percentuale di precipitazioni che effettivamente defluisce), il volume di progetto. Dal volume di progetto e dal valore kf del terreno si ricava la superficie necessaria del bacino per una profondità massima di accumulo definita. La norma DWA-A 138 raccomanda una profondità massima di accumulo di norma pari a trenta centimetri, al fine di garantire la stabilità dei pendii e impedire l’annegamento delle piante dei prati. Il tempo di ristagno, ovvero il tempo necessario per la completa infiltrazione dopo una pioggia di progetto, non dovrebbe superare le dodici-ventiquattro ore, al fine di prevenire condizioni anaerobiche del suolo e la morte della vegetazione.
Dal punto di vista geometrico, le vasche di infiltrazione sono di norma progettate in modo da essere piatte e larghe. Pendenze dei terrapieni comprese tra 1:3 e 1:5 (altezza rispetto alla larghezza) sono considerate stabili, facilmente falciabili ed esteticamente gradevoli. I pendii più ripidi tendono all’erosione e rendono più difficile la manutenzione. Il fondo dovrebbe essere il più possibile piano, per garantire una distribuzione uniforme dell’acqua e l’infiltrazione su tutta la superficie. È necessario evitare pendenze longitudinali del fondo del bacino superiori al due per cento, poiché causano un livello di accumulo irregolare e la formazione di canaletti di erosione.
Nella progettazione esecutiva occorre definire con cura le opere di afflusso, gli sfioratori di emergenza, le aree di ingresso e la stratificazione del substrato. L’afflusso proveniente da superfici pavimentate dovrebbe essere realizzato come un ingresso strozzato a bassa energia, al fine di impedire l’erosione nel punto di ingresso. Si sono dimostrati efficaci i riempimenti in pietra, le depressioni con prato e fessure nella pavimentazione o le opere di afflusso con piastre di impatto. Il passaggio dalla superficie pavimentata alla depressione rappresenta un punto debole dal punto di vista costruttivo, spesso sottovalutato nella pratica.
Vegetazione e substrato: comunità vegetali per le depressioni di infiltrazione
La vegetazione di una conca di infiltrazione svolge diverse funzioni contemporaneamente. Stabilizza il suolo contro l’erosione, favorisce l’attività biologica nello strato superficiale del terreno, aumenta la capacità di infiltrazione attraverso i canali radicali e i macropori e contribuisce alla biodiversità nell’area urbana. Allo stesso tempo, la vegetazione deve tollerare le particolari condizioni del sito in cui si trova la conca: allagamenti periodici, rapida essiccazione tra un evento e l’altro e sollecitazioni meccaniche dovute al flusso d’acqua durante il riempimento.
Per il fondo e le zone inferiori degli argini sono adatte comunità vegetali che tollerano l’umidità variabile e le inondazioni di breve durata. Tra queste figurano specie quali la glyceria galleggiante (Glyceria fluitans), la carice palustre (Carex acutiformis), la salicaria (Lythrum salicaria), l’olmaria (Filipendula ulmaria) e diverse specie di giunchi (Juncus spp.). Queste specie sono in grado di sopravvivere anche a un ristagno idrico di diversi giorni, purché la durata del ristagno non superi i valori limite indicati. Per le zone superiori dei pendii, che vengono allagate più raramente, sono adatte piante da prato più resistenti alla siccità, come l’achillea (Achillea millefolium), centaurea giacente (Centaurea jacea) o l’avena liscia (Arrhenatherum elatius).
Il substrato del bacino è un parametro progettuale determinante. I terreni troppo ricchi di humus o a grana troppo fine si intasano rapidamente, ovvero i loro pori si ostruiscono a causa delle particelle finissime trasportate dall’acqua, il che riduce in modo permanente la capacità di infiltrazione. Si raccomanda uno strato superficiale sabbioso con un contenuto di humus compreso tra il due e il quattro per cento e una percentuale sufficientemente elevata di pori grossolani. In alcuni casi, il terreno naturale viene sostituito o migliorato con un substrato di infiltrazione appositamente composto. A tal fine occorre assicurarsi che il substrato, da un lato, fornisca sostanze nutritive sufficienti per la vegetazione e, dall’altro, non sia così ricco di nutrienti da consentire alle piante perenni alte o alle nitrofite di soppiantare la vegetazione prativa desiderata.
La semina o la piantumazione dovrebbe essere adattata alle condizioni specifiche del sito. Le miscele di semi regionali di provenienza autoctona sono da preferire alle miscele standard disponibili in commercio, poiché sono meglio adattate alle condizioni climatiche locali e possiedono un valore ecologico più elevato. Nella pratica si è dimostrata efficace una combinazione tra una coltura di sostegno a germinazione rapida (ad esempio il loglio tedesco) e una miscela da prato a germinazione più lenta e ricca di specie, che nel primo anno offre protezione dall’erosione al fondovalle e in seguito lascia spazio a una vegetazione più diversificata.
Errori tipici, problemi e come evitarli
L’errore più comune nell’infiltrazione dell’acqua piovana nelle depressioni è un’analisi insufficiente del sito. Se il valore kf non viene misurato, ma stimato sulla base di mappe pedologiche o addirittura ipotizzato, possono verificarsi notevoli discrepanze tra la capacità di infiltrazione prevista e quella effettiva. I terreni con un’elevata percentuale di limo, come quelli presenti in molte aree di loess tedesche, presentano spesso valori kf nettamente inferiori a quanto lascerebbe supporre il tipo di terreno, poiché il limo tende a compattarsi e a intasare i pori. Una capacità di infiltrazione stimata in modo troppo ottimistico porta a ristagni permanenti, danni alla vegetazione e, nel peggiore dei casi, allagamento delle aree o degli edifici adiacenti.
Un altro problema diffuso è la trascuratezza dello sfioratore di emergenza. Nella fase di progettazione, talvolta viene considerato un dettaglio secondario, da risolvere «in qualche modo». Nella pratica, tuttavia, si riscontra che uno sfioratore di emergenza dimensionato o posizionato in modo errato, in caso di forti piogge, provoca un deflusso incontrollato che causa danni da erosione o mette a rischio gli edifici. Lo sfioratore di emergenza deve essere dimensionato correttamente dal punto di vista idraulico e posizionato in modo tale da attivarsi in modo sicuro quando viene superata la profondità massima di accumulo.
L’intasamento del fondo del bacino è un processo graduale che, in assenza di controlli regolari, passa inosservato. Le particelle più fini provenienti dal bacino idrografico si depositano nei pori del substrato e riducono la capacità di infiltrazione nel corso degli anni. I controlli visivi regolari dopo gli eventi piovosi, durante i quali si verifica se l’acqua defluisce entro il tempo previsto, fanno quindi parte del piano di gestione. Se si riscontra un intasamento, il fondo può essere rigenerato mediante smuovimento, fresatura o rinnovo dello strato superiore del substrato.
Anche la scelta di piante inadatte è un errore frequente. Se vengono seminate miscele per prati sportivi o ad uso intensivo, progettate per siti ben drenati e asciutti, queste erbe reagiscono al ristagno periodico con la morte, lasciando zone spoglie che favoriscono l’erosione. Al contrario, l’impiego di piante perenni ad alto fabbisogno nutritivo in substrati poveri di sostanze nutritive porta a una vegetazione rada. La scelta delle piante deve seguire le effettive condizioni del sito, non il desiderio di un determinato effetto estetico.
Integrazione nella «città spugna»: infiltrazione in depressioni nel contesto della gestione idrica urbana
L’infiltrazione dell’acqua piovana tramite depressioni è raramente un elemento isolato. Nella progettazione contemporanea degli spazi aperti, essa è intesa come elemento costitutivo di una strategia più ampia di gestione decentralizzata delle acque piovane, discussa a livello internazionale con il termine «città spugna» (in tedesco «Schwammstadt» o, in inglese, «Sponge City»). L’obiettivo di questa strategia è ripristinare il più possibile il ciclo naturale dell’acqua negli spazi urbani: le precipitazioni devono infiltrarsi, evaporare o essere utilizzate in loco, anziché defluire rapidamente nella rete fognaria.
In questo contesto, la fossa di infiltrazione viene spesso combinata con altri elementi. I sistemi «fossa-canale» aumentano la capacità di stoccaggio e consentono l’infiltrazione dell’acqua piovana nelle fosse anche in siti con permeabilità del suolo moderata. I tetti di ritenzione, ovvero tetti verdi con una maggiore capacità di accumulo idrico, ritardano il deflusso e riducono il carico di picco per gli impianti di infiltrazione a valle. I canali di infiltrazione per alberi, in cui gli alberi lungo le strade vengono alimentati con acqua piovana tramite letti di ghiaia sotterranei, combinano l’infiltrazione con l’inverdimento urbano. Gli impianti di recupero dell’acqua piovana raccolgono le precipitazioni a scopo di irrigazione, alleggerendo così anche il carico sulla rete fognaria.
Particolarmente efficace è l’infiltrazione dell’acqua piovana tramite canalette, in combinazione con una progettazione dello spazio stradale in cui gli scarichi della carreggiata e dei marciapiedi vengono convogliati direttamente in canalette laterali. Tali concetti di «bioritenzione», noti nella pratica urbanistica americana come «rain gardens» o «bioswales», sono sempre più diffusi in Germania con il termine di «strisce di infiltrazione» o «depressioni di infiltrazione» nelle aree di traffico. Essi combinano la funzione di drenaggio con l’inverdimento urbano, la promozione della biodiversità e la qualità della vita. Progetti come la riqualificazione delle strade urbane ad Amburgo, Berlino o Monaco di Baviera dimostrano che tali sistemi sono realizzabili anche in contesti urbani densamente edificati, purché la progettazione, l’ingegneria civile e la progettazione del verde collaborino fin dall’inizio.
Dal punto di vista giuridico, l’infiltrazione delle acque piovane in Germania è disciplinata dalla Legge sulla gestione delle risorse idriche (WHG), che all’articolo 55 sancisce l’infiltrazione in loco come principio fondamentale della gestione delle acque piovane. I requisiti specifici sono definiti dalle leggi regionali sulle acque, dagli statuti comunali in materia di drenaggio e dai piani regolatori. In molti comuni vige ormai l’obbligo di infiltrazione delle acque piovane provenienti dai nuovi edifici, purché le condizioni del terreno lo consentano. I programmi di incentivazione a livello federale, regionale e comunale, ad esempio nell’ambito dei finanziamenti federali per edifici efficienti o dei programmi comunali per la protezione del clima, sostengono finanziariamente la realizzazione di impianti di infiltrazione decentralizzati.
Manutenzione e gestione: cosa garantisce l’efficienza a lungo termine delle vasche di infiltrazione
Una fossa di infiltrazione non è un’opera esente da manutenzione. Il suo funzionamento a lungo termine richiede un piano di manutenzione strutturato, che dovrebbe essere integrato nella progettazione fin dall’inizio. L’intensità della manutenzione è moderata rispetto ai prati convenzionali, ma non trascurabile. Tra le attività regolari figurano la falciatura della vegetazione, il controllo dell’intasamento, la rimozione dei depositi di sedimenti nella zona di afflusso e la verifica dello sfioro di emergenza.
La falciatura dovrebbe essere adattata alla comunità vegetale. Per le depressioni prative ricche di specie, gli esperti raccomandano una falciatura a due tagli, ovvero due tagli all’anno, con rimozione del materiale falciato, al fine di impedire un impoverimento della biodiversità dovuto all’arricchimento di sostanze nutritive. Il primo taglio dovrebbe avvenire dopo il periodo di fioritura principale delle piante dei prati, il secondo in autunno. Nelle depressioni di infiltrazione si deve in linea di principio rinunciare all’uso di erbicidi e fertilizzanti, poiché queste sostanze possono penetrare direttamente nel sottosuolo.
I depositi di sedimenti nella zona di afflusso devono essere rimossi regolarmente, prima che vengano trascinati sul fondo della conca e contribuiscano all’intasamento. Una zona di afflusso ben progettata, dotata di un’area di raccolta dei sedimenti – ad esempio un letto di ghiaia o una striscia di pavimentazione davanti al fondo vero e proprio della vasca – facilita notevolmente questo compito. Il controllo effettuato dopo eventi piovosi di grande entità permette di verificare se la capacità di infiltrazione è ancora sufficiente o se sono necessari interventi di ripristino del fondo della vasca.
Conclusione: la fossa di infiltrazione come elemento fondamentale nella progettazione dello sviluppo urbano sostenibile
L’infiltrazione in bacino dell’acqua piovana unisce funzione idrologica, valore aggiunto ecologico e qualità progettuale in un’opera relativamente semplice da realizzare e gestire. Non è una panacea per tutti i problemi di drenaggio, ma è l’elemento più versatile e meglio studiato della gestione decentralizzata delle acque piovane, che può essere impiegato praticamente a qualsiasi scala di progettazione: dal lotto di una casa unifamiliare al quartiere urbano.
La sua efficacia dipende in modo determinante da un’accurata analisi del sito, da un dimensionamento conforme alla norma DWA-A 138 e da una vegetazione adeguata alle condizioni del sito. Gli errori nella progettazione o nella gestione possono essere corretti a posteriori solo con un notevole dispendio di risorse. Al contrario, le fosse di infiltrazione ben progettate e curate contribuiscono in modo affidabile per decenni alla ricarica delle falde acquifere, all’alleggerimento del carico sulla rete fognaria e al miglioramento del microclima urbano.
Per gli architetti paesaggisti e i progettisti di spazi aperti, la fossa di infiltrazione non è più da tempo un tema di nicchia, ma un elemento standard della cassetta degli attrezzi. Chi progetta spazi aperti che operano in sinergia con il ciclo dell’acqua anziché contro di esso, chi concepisce l’acqua piovana come una risorsa anziché come un prodotto di scarto e chi comprende la vegetazione, suolo e idrologia come un sistema interconnesso, riconoscerà la fossa di infiltrazione per quello che è: un elemento semplice, robusto ed elegante di architettura paesaggistica applicata.