Pavimentazioni drenanti in calcestruzzo e gestione sostenibile delle acque meteoriche

A livello internazione, l’uso delle pavimentazioni drenanti in calcestruzzo aumenta rapidamente ogni anno, con applicazioni che spaziano dai parcheggi, ai piazzali di carico e scarico industriali. Numerose prove sui sistemi di drenaggio sono state realizzate negli ultimi 15 anni in paesi come Germania, Inghilterra, Stati Uniti e Australia; i risultati sono stati focalizzati non solo sulle caratteristiche idrauliche, ma anche sul comportamento rispetto agli inquinanti presenti nei deflussi meteorici.

Esiste una estesa bibliografia sull’uso responsabile di questa tecnologia. Nel caso della “gestione delle portate meteoriche” si devono valutare aspetti quali il calcolo delle portate raccolte, i flussi di scarico e l’integrazione del sistema pavimentazione drenante con gli altri sistemi di drenaggio tradizionali.

Uno studio sul campo realizzato da Bean e altri nel 2004 ha comparato volumi dilavati da pavimentazioni drenanti in calcestruzzo contro volumi dilavati da pavimentazioni in asfalto trovando che le concentrazioni di sedimenti solidi, zinco, azoto e fosforo sono significativamente inferiori nei volumi risultanti dalle pavimentazioni in cls. Un altro studio di laboratorio simile (James and Shahin, 1998) ha comparato caratteristiche quantitative e qualitative delle acque e del loro drenaggio per pavimentazioni in cls rispetto a quelle in asfalto dimostrando, anche in questo caso, che l’acqua infiltrata attraverso le prime tende ad occasionare importanti diminuzioni nelle concentrazioni di azoto e fosforo, totalizzando inoltre minori concentrazioni di metalli, oli e batteri. 

Le pavimentazioni drenanti in cls rispetto alle proprie caratteristiche prestazionali consentono:

• Sostanziale diminuzione delle acque superficiali;
• Condizioni ottimali di percorribilità automobilistica nonché pedonale grazie all’ottima capacità drenante (equivalente a quella delle pavimentazioni coltivate a prato);
• Una migliore qualità delle acque infiltrate nella pavimentazione rispetto a quella delle acque dilavate da pavimentazioni in asfalto e/o tetti.

Gestione tradizionale delle acque meteoriche

Il continuo sviluppo urbanistico ha portato nel corso degli anni ad una drammatica diminuzione delle superfici drenanti naturali, con effetti visibilmente negativi soprattutto per i flussi delle acque superficiali.

Superfici impermeabili quali tetti e pavimentazioni in asfalto, aumentano la portata delle acque che affluiscono negli impianti fognari, occasionando non solo incrementi dei coefficienti di afflusso¹ ma anche l’aumento di sedimenti e sostanze potenzialmente inquinanti con effetti devastanti sulla salubrità delle acque e degli habitat acquatici.

Come prescritto dalla stragrande maggioranza dei Piani Regionali per la tutela e gestione delle Acque, le reti di raccolta degli scarichi reflui dovrebbero essere differenziate in base alla loro origine:

• acque bianche o meteoriche
• acque nere

Sfortunatamente, gran parte delle nostre città sono ancora servite da un’unica rete di raccolta fognaria che raccoglie tutti i deflussi meteorici, con una serie di indesiderate conseguenze:

• Ondate di piena sempre più frequenti con conseguente sovraccarico della pubblica fognatura e modifiche repentine delle portate nei corsi d’acqua.
• Malfunzionamento degli impianti di depurazione causato dal sovraccarico idrico che li rende poco performanti.
• Peggioramento della qualità delle acque defluite per il contenuto di inquinanti raccolti sulle superfici impermeabili, quali tetti e pavimentazioni in asfalto, durante gli eventi di pioggia intensa e di breve durata.
• Riduzione dell’alimentazione della falda acquifera nelle zone a forte impermeabilizzazione e conseguente interruzione del naturale ciclo delle acque.
• Aumenti delle temperature superficiali dovuti all’effetto isola di calore²

Risulta evidente l’esigenza di privilegiare le soluzioni atte a ridurre “a monte” le portate meteoriche circolanti nelle reti – siano esse unitarie o separate – prevedendo, per le acque meteoriche non contaminate, il loro smaltimento sul suolo o negli strati superficiali del sottosuolo e, solo in via subordinata, in corsi d’acqua superficiali.

¹ Il coefficiente d’afflusso è il rapporto tra il volume d’acqua defluito e il volume affluito sulla superficie e rappresenta la percentuale di afflusso che da luogo al dilavamento.

² L’isola di calore e’ il fenomeno che determina un microclima più caldo nelle aree maggiormente urbanizzate rispetto alle zone rurali. Il maggior accumulo di calore è determinato da cause quali le superfici asfaltate (che prevalgono nettamente rispetto alle aree verdi), le emissioni degli autoveicoli, degli impianti industriali e dei sistemi di riscaldamento e di aria condizionata ad uso domestico. Si annovera anche la scarsa capacità di trattenere acqua delle superfici impermeabilizzate, che con una minore evaporazione riducono ulteriormente il raffrescamento dell’aria in prossimità del terreno.

Pavimentazioni drenanti in calcestruzzo

Le pavimentazioni drenanti, pedonali o carrabili, permettono il passaggio dell’acqua piovana attraverso la superficie pavimentata.

Quest’acqua, in base ai regolamenti vigenti, può essere smaltita in due modi: direttamente sugli strati superficiali del sottosuolo (Sistema A, Fig. 3) oppure raccolta in vasche di accumulo (per eventuali trattamenti, per riutilizzi in irrigazione o per impianti antincendio) o semplicemente convogliata in fognatura (Sistema B, Fig. 4).

 

In base alle indicazioni prescritte dall’allegato 2 del PRRA – DCR VII/402 del 15/01/2002, entrambi i sistemi sopra indicati (A e B) possono essere utilizzati nelle zone di ampliamento e di espansione residenziale.

Il primo è indicato nelle zone con una bassa contaminazione delle acque meteoriche e che prevedono il totale smaltimento in loco delle acque dei tetti e delle superfici impermeabilizzate; il secondo invece è consigliabile per le zone caratterizzate dalla presenza di inquinanti e dove si deve prevedere lo smaltimento delle acque meteoriche in fognatura o l’accumulo in apposite vasche.

L’uso di queste pavimentazioni non si limita alle nuove costruzioni ma anche ai casi di risanamenti, manutenzioni straordinarie e/o ampliamenti, realizzando csì dei sistemi di drenaggio che sostituiscono le coperture impermeabili. Inoltre sono particolarmente utili in aree dove non è economicamente fattibile il rifacimento delle fognature, e nelle aree che prescrivono una percentuale massima di scarico delle acque piovane nella rete di raccolta pubblica (per ogni ettaro di superficie scolante impermeabile presente).

In base all’articolo 3.2.3 RLI della Regione Lombardia negli interventi di nuova edificazione e riqualificazione deve essere garantita una superficie scoperta e drenante non inferiore al 30% per i complessi residenziali e misti e al 15% per le zone destinate ad insediamenti produttivi, incentivando in questo modo la realizzazione di recapiti alternativi e/o sostenibili per lo scarico delle acque meteoriche.

Le pavimentazioni drenanti in calcestruzzo rappresentano un sistema ecologico ed ormai collaudato per creare ampie zone permeabili, particolarmente gradite al progettista dell’arredo urbano e all’utente. Grazie all’ampia disponibilità di forme e dimensioni che le rendono estremamente versatili e capaci di armonizzarsi con i più svariati contesti ambientali sono indicate per cortili, spiazzi, stradine, piste pedonali e ciclabili, strade di accesso e parcheggi. In conclusione, sono la soluzione ottimale per realizzare pavimentazioni pedonali o carrabili nel rispetto delle misure di tutela e gestione sostenibile delle acque.

Gestione sostenibile delle acque meteoriche

Da decenni nei paesi del Nord d’Europa viene incentivato l’utilizzo di sistemi di drenaggio sostenibili denominati SUDS³, alternativi ai sistemi di drenaggio tradizionali. Si tratta di una serie di tecniche per soddisfare requisiti di portata di scarico, riduzione di inquinanti nei corpi acquiferi e miglioramento complessivo di zone intensamente antropizzate. Queste tecniche producono evidenti vantaggi:

• Il ciclo naturale delle acque può essere mantenuto quasi inalterato oppure essere ristabilito.
• La qualità di vita nelle zone urbanizzate può essere influenzata positivamente.

Le Pavimentazioni drenanti in calcestruzzo per le loro caratteristiche prestazionali sono parte essenziale di una gestione sostenibile delle acque meteoriche. 

I principi fondamentali alla base di questa filosofia sono: 

Aspetti qualitativi:

• Miglioramento della qualità delle acque defluite grazie alla caratteristica filtrante delle pavimentazioni.
• Contenimento degli inquinanti pericolosi all’interno della struttura.
• Miglioramento delle acque superficiali dove non vengono più scaricati inquinanti provenienti da superfici impermeabili quali strade in asfalto e/o tetti.

Aspetti quantitativi:

• Riduzione dei fenomeni di allagamento dovuti al sovraccarico della rete fognaria;
• Riduzione dei coefficienti di Afflusso durante gli eventi meteorici;
• Prevenzione di fenomeni quali l’aquaplaning o veli d’acqua superficiali.

Aspetti qualitativi

La funzione filtrante coinvolge numerosi aspetti, ed è fortemente legata a diverse caratteristiche quali modello del massello, percentuale di foratura, materiale di riempimento dei giunti, caratteristiche geotecniche del terreno sottostante, variabili che, in funzione dell’intensità delle precipitazioni per la zona di riferimento, determinano i parametri necessari alla progettazione della struttura drenante. 

Le pavimentazioni drenanti, come dimostrano numerosi studi esteri⁴, sono uno strumento molto efficace per la rimozione degli agenti inquinanti provenienti dal dilavamento superficiale, grazie ad una struttura a strati: veri e propri filtri che catturano la maggior parte degli elementi inquinanti (Fig. 5). Gli Idrocarburi che cadono in superficie vengono depositati negli strati superficiali del pacchetto di posa, dove vengono smaltiti nel lungo periodo5. Altri inquinanti come i metalli pesanti sono invece immagazzinati dentro la struttura, per gran parte della vita utile della pavimentazione.

Oltre all’aumento irregolare delle portate e al trasporto di sedimenti, lo sbilancio del coefficiente di afflusso (o Runoff) genera l’incremento delle temperature delle acque superficiali con effetti particolarmente nocivi per specie ittiche e habitat acquatici. I principali agenti inquinanti defluiti dalle superfici impermeabili urbane includono sedimenti, fertilizzanti, batteri, metalli pesanti, combustibili e lubrificanti. Il dilavamento dei terreni, sui quali sono stati utilizzati fertilizzanti, trasporta azoto e fosforo nelle acque superficiali, generando il fenomeno dell’eutrofizzazione, cioè la proliferazione di alghe microscopiche che non essendo smaltite dai consumatori primari, determinano una maggiore attività batterica aumentando così il consumo di ossigeno che viene a mancare ai pesci, provocandone la morte.

I risultati di recenti ricerche inglesi mostrano che i pavimenti drenanti in calcestruzzo sono in grado di rimuovere dalle acque meteoriche defluite dal 60% al 95% dei sedimenti e dal 70% al 90% degli idrocarburi, riuscendo a smaltire piccole perdite di lubrificanti (parcheggi e piazzali) praticamente in modo indefinito per tutta la loro vita utile⁶.

Il grado di efficienza di queste strutture filtranti dipende chiaramente dai materiali utilizzati per la realizzazione degli strati di base e del riempimento dei giunti. Nel lungo periodo sono sufficienti interventi di manutenzione ridotti (come la rimozione e/o la pulizia del materiale dei giunti) per assicurare un’alta capacità drenante nel tempo. 

Aspetti quantitativi

Verifica sperimentale della capacità filtrante delle pavimentazioni drenanti.
ASSOBETON insieme all’Università di Brescia e al Laboratorio di Idraulica del dipartimento DICATA, ha realizzato una serie di prove sperimentali volte alla verifica della capacità filtrante di sei diverse tipologie di materiale utilizzato per la realizzazione di pavimentazioni, in modo da permettere una valutazione quantitativa corretta delle prestazioni idrauliche ed offrire a professionisti e amministrazioni pubbliche maggiori strumenti per la valutazione di queste pavimentazioni.

Al fine di valutare l’effettiva efficacia di un pavimento drenante è stata determinata la permeabilità della struttura nel suo complesso (sottofondo + pavimentazione), eseguendo delle prove su parcelle opportunamente strumentate, in risposta ad eventi meteorici generati artificialmente a intensità costante di durata pari a 6, 3, 1, 0.5 ore e 10 e 5 minuti, con un tempo di ritorno T pari a 10 anni.

Le prove sono state realizzate anche per verificare sperimentalmente l’affermazione spesso sostenuta in letteratura internazionale secondo la quale, grazie all’impiego di pavimentazioni drenanti in calcestruzzo, si possa ottenere una riduzione dei picchi di scorrimento superficiale delle acque durante i fenomeni meteorologici equivalente alla riduzione ottenuta dalle aree inverdite a prato.

³SUDS (Sustainable urban drainage systems): Rappresentano l’insieme di pratiche in grado di definire sistemi di drenaggio maggiormente sostenibili rispetto ai sistemi tradizionali per la gestione delle acque. 
⁴CIRIA Reports C 697, C 609 and C 582 (CIRIA 2007, 2004 and 2001)
⁵Newman-Coupe-Lynch-Robinson “Maintenance of oil-degrading permeable pavements: microbes, nutrients and long-term water quality provision”
⁶ “Permeable Pavements” – guide to design, construction and maintenance of concrete block permeable pavements [Precast Concrete Paving and Kerb Association].

Pavimentazioni provate

 

(...)

La ricerca ha dimostrato che:

• Con i livelli di precipitazione assunti come riferimento dalla stazione pluviometrica di  Milano - via Monvisio;
• Con una pavimentazione posata fino al 4% di pendenza e con i materiali di sottofondo e  sigillatura dei giunti descritti per ogni tipologia di pavimentazione.

Il valore minimo di riferimento per la percentuale di foratura di una pavimentazione in grado di garantire il 100% di permeabilità a tutti gli eventi meteorici ricreati in laboratorio è del 5%* .

*Nelle diverse regioni italiane vigono prescrizioni diverse e si riscontrano diversi livelli di precipitazioni, quindi i risultati e quanto riportato nell'articolo varia in funzione dei diversi parametri/prescrizioni di riferimento.