Progettazione pavimenti drenanti

LE CARATTERISTICHE DEI PAVIMENTI DRENANTI
I pavimenti drenanti, grazie alla loro capacità di lasciar passare nel sottosuolo gran parte della pioggia che vi cade, riducono il ruscellamento superficiale (“runoff”) e quindi il pericoloso effetto aquaplaning che provoca tanti incidenti sulle strade di tutto il mondo.

I Pavimenti drenanti sono sostanzialmente di tre tipi:

Pavimenti a GIUNTI ALLARGATI (ad es. ECOMATTONCINO): i giunti di questi pavimenti vengono riempiti con una graniglia frantumata priva di parti fini e sono posati su uno strato di allettamento dello stesso materiale di circa 5 cm di spessore steso, a sua volta, su uno strato di base con un ridotto contenuto di parti fini.
Pavimenti GRIGLIATI (ad es. CAMPIGLIO, NIDO D’APE): vengono usati in zone a traffico veicolare di bassa intensità. Vengono posati su sabbia e i vuoti sono riempiti con aggregati o terreno vegetale ed erba.
Pavimenti FILTRANTI (ad es. MATTONCINO FILTRANTE…): si tratta di pavimentazioni costituite da un particolare mix-design, testato in laboratorio, del calcestruzzo, che lascia passare l’acqua. Vengono posate su sabbia e fondazione di misto granulare.

LA “CAPACITÀ DRENANTE” DEI TERRENI NATURALI E IN CITTÀ
L’uomo, con le proprie attività e con l’urbanizzazione, ha modificato profondamente la capacità drenante tipica degli ambienti naturali. La realizzazione di grandi superfici pressoché impermeabili (tetti e asfalti) ci obbliga a realizzare grandi reti di raccolta delle acque piovane, in modo da evitare l’allagamento delle aree urbanizzate.

La conseguenza di tutto ciò è che sempre più acqua confluisce in fognatura o nei corsi d’acqua superficiali scorrendo sulle superfici pavimentate, e sempre meno torna nel sottosuolo a rimpinguare le falde acquifere. Schematicamente, se in natura il 95 % del- le piogge tornano nel sottosuolo (e il 5% nei corsi d’acqua), negli ambienti urbani la situazione si capovolge e solo il 5% delle acque meteoriche torna nel sottosuolo.

È una tendenza che è necessario invertire per:

Ridurre i rischi di allagamento delle zone urbanizzate (ed i relativi danni ai beni e alle persone);
Ridurre i pericoli per gli utenti della strada connessi alla possibilità di aquaplaning dei veicoli che vi transitano;
Aumentare la disponibilità della risorsa più preziosa per l’uomo e per la vita: l’acqua di falda.

Queste esigenze dell’intera umanità, che per necessità deve comunque modificare l’ambiente naturale, vengono ampiamente soddisfatte da un largo impiego di PAVIMENTI DRENANTI che, in determinate condizioni e come illustra l’immagine a lato, sono in grado di riportare nel sottosuolo circa il 70% delle acque piovane che li investono.

DA COSA DIPENDE LA “CAPACITÀ DRENANTE” DI UNA PAVIMENTAZIONE
La “Capacità drenante” di una pavimentazione posata è espressa dal “coefficiente di permeabilità” (Cp), che è la % di acqua piovana che drena nel sottosuolo passando attraverso il pavimento e gli strati di posa. Questa capacità dipende dalla pioggia (intensità e durata), dalla pendenza del pavimento, dal tipo di terreno di sottofondo (ad es. se è argilloso o ghiaioso) e dai materiali utilizzati per la posa. Quindi non è una costante caratteristica del pavimento ed è influenzata da molti fattori che dipendono dalla località geografica e dalle scelte progettuali. In definitiva il COEFFICIENTE di PERMEABILITÀ Cp di “pavimento + strati di posa + terreno naturale” cambia in funzione di:

Fattori locali:

– Intensità e durata delle piogge;
– Permeabilità del terreno sottostante;
– Temperatura (estate, inverno);

Scelte progettuali:

– Permeabilità degli “strati di posa” (pavimento + strati di posa);
– Materiale di riempimento dei giunti (ghiaietto o erba);
– Pendenza della pavimentazione.

Ci sono località più piovose ed altre meno, zone in cui i tem- porali sono particolarmente violenti ed altre in cui cade solo una debole pioggerella.

Inoltre la pioggia cambia anche nel tempo, con le stagioni e negli anni. In definitiva, il primo problema è stabilire quale è la pioggia che bisogna considerare fra tutte quelle che sono cadute nel corso degli anni in una certa località, ognuna con la propria intensità e durata.

La seguente tabella riassume il modo in cui i principali fattori influenzano il valore di Cp:

LA SCELTA DELLA PIOGGIA DI RIFERIMENTO
Il primo e più importante problema da affrontare per calcolare Cp e dimensionare un pavimento drenante è stabilire, fra tutte le piogge possibili quale è la “pioggia di riferimento” di quella località (definita da intensità e durata).

Un buon riferimento per l’alta Italia sono i temporali che si verificano a Milano, misurati da varie stazioni pluviometriche.

In via cautelativa normalmente si considera un temporale con un periodo di ritorno di 10 anni e una durata di 10 minuti.

IL COEFFICIENTE DI PERMEABILITÀ CP DEI PAVIMENTI DRENANTI
La Capacità drenante di un pavimento può essere stimata in vari modi:

Indicazioni provenienti dagli USA
Secondo vari studiosi si possono assumere i seguenti valori, che si possono ritenere validi per l’alta Italia:
Prove sperimentali di ASSOBETON presso l’Università di Brescia
Nel 2009, nei laboratori di idraulica dell’Università di Brescia (prof.ri Pilotti e Tomirotti), sono stati sottoposti a test di pioggia controllata vari GRIGLIATI e masselli a GIUNTI ALLARGATI, posati su una parcella strumentale con un sottofondo tipico da cantiere reale e un substrato di terreno naturale. Per la pioggia di riferimento si è assunta, in via cautelativa, la pioggia di “Milano-Via Monviso” con periodo di ritorno di 10 anni e durata 10 min (137 mm/h), ma sono state provate anche una pioggia breve e intensa, che potremmo definire “eccezionale”, (per 5 min, con 190 mm/h), e una pioggia lunga ma dolce (6 ore, con 15 mm/h). Come risulta dalla tabella seguente i pavimenti hanno smaltito completamente anche la pioggia più intensa di quella di progetto, a dimostrazione del fatto che sono in grado di drenarne anche di più gravose:

Prove sul campo effettuate in Belgio dal “Belgian Road Research Center”
La sperimentazione del 2005 (dr. eng. Anne Beeldens) ha valutato le prestazioni di pavimenti GRIGLIATI e masselli a GIUNTI ALLARGATI posati in un parcheggio e sottoposti a piogge reali per un lungo periodo.
La ricerca ha dimostrato che questi pacchetti di posa (pavimento + strati di posa) hanno smaltito nel sottosuolo, senza allagarsi, ogni pioggia reale e hanno una permeabilità paragonabile a quella della ghiaia-sabbiosa (vedi tabella permeabilità al punto 6), quindi quasi sempre migliore di quella dei terreni naturali.
Conclusioni
In base alle esperienze e alle indicazioni prima citate, si può concludere che i PAVIMENTI DRENANTI e FILTRANTI hanno un’altissima permeabilità, spesso superiore a quella dei terreni naturali sottostanti. Questi pavimenti sono in grado di smaltire nel sottosuolo, senza problemi, piogge ben superiori a quelle di riferimento per l’alta Italia ed il loro coefficiente di permeabilità Cp è prossimo al 100%, anche dopo 20 anni di utilizzo.
Tuttavia possono verificarsi delle situazioni che riducono questa capacità:

Spesso si può essere in presenza di terreni naturali sottostanti poco permeabili;
Talvolta gli aggregati di posa disponibili in loco hanno un elevato contenuto di parti fini (che ne riducono la permeabilità);
Con stagioni particolarmente piovose i terreni naturali sottostanti possono saturarsi e non essere più in grado di ricevere l’acqua che proviene dal pavimento e che si accumula negli strati di posa.A seguito di queste considerazioni si ritiene che il COEFFICIENTE DI PERMEABILITÀ Cp per i GRIGLIATI e i PAVIMENTI A GIUNTI ALLARGATI e FILTRANTI si possa assumere, con un valore cautelativo ed attendibile pari a:

I MATERIALI DA USARE PER GLI STRATI DI POSA
I vuoti presenti nei materiali di posa rappresentano circa il 30-40 % del loro volume e garantiscono una grande capacità di accumulo delle acque. Le acque vengono poi smaltite nel sottosuolo di solito nel giro di 24-72 ore, in funzione del grado di permeabilità del terreno naturale.

La permeabilità complessiva della pavimentazione dipen- de dalla % di foratura del pavimento, dalla permeabilità del materiale di riempimento dei giunti fra i masselli, da quella degli strati di posa e, principalmente, da quella del terreno naturale sottostante.

La permeabilità dei terreni naturali è molto bassa, men- tre la permeabilità dei materiali di posa è altissima (come mostra la tabella a lato) purché possiedano adeguate granulometrie.

Per ottenere una CAPACITÀ DRENANTE di almeno il 70 % i materiali di posa devono essere:

Sabbia di “riempimento dei fori”, granulometria 2/8 mm;
Strato di“allettamento”di sabbia alluvionale o difrantoio, granulometria 2/8 mm, umida, non calcarea, spessore 5-7 cm, staggiato secondo le quote e le pendenze stabilite dal progettista/committente.
Strato di base“Misto Granulare”(stabilizzato) di sabbie e ghiaie di fiume o di frantoio, non gelive, granulometria 4/20 mm, steso, compattato, livellato. Lo spessore di questo strato deve essere tale da fornire, con una prova di carico su piastra da 300 mm, un valore del “Modulo di deformazione Md” non inferiore a 400 daN/cmq per traffico leggero e 800 daN/cmq per traffico pesante.

NOTA GENERALE : non transitare sulla pavimentazione prima di averla riempita e compattata.

I VANTAGGI DEI PAVIMENTI DRENANTI
I pavimenti DRENANTI, correttamente posati, hanno i seguenti vantaggi:

Ottima permeabilità, paragonabile o superiore a quella dei terreni naturali: ;
Assenza di acqua di scorrimento sulla superficie del pavimento (NO AQUAPLANING);
Drastica riduzione della quantità di acqua inviata in fognatura;
Grande capacità di accumulo temporaneo di acqua nello strato di base.

I segreti per ottenere ottime pavimentazioni drenanti sono:

Utilizzare materiali di posa adatti, senza parti fini;
Costruire, se possibile, su terreni permeabili.

COME OTTENERE CREDITI LEED® CON I PAVIMENTI DRENANTI
CREDITO SS 6.1 (Aumentare la quantità di acqua piovana che filtra nel sottosuolo)
I pavimenti a GIUNTI ALLARGATI hanno, rispetto ai GRIGLIATI riempiti con terriccio e manto erboso, il vantaggio di poter accumulare negli strati di posa una grande quantità di acqua, anche in caso di piogge molto intense e di rilasciarla lentamente nel tempo nel terreno sottostante.
CREDITO SS 6.2 (Migliorare la qualità delle acque piovane di deflusso superficiale)
Le superfici impermeabili (o quasi) generano, in caso di pioggia, elevati quantitativi di acqua di ruscellamento superficiale (“runoff”) che trasporta sedimenti solidi (SST, “solidi sospesi totali”).
I pavimenti a GIUNTI ALLARGATI riducono il “runoff” perchè consentono all’acqua piovana di infiltrarsi nel sottosuolo, e di conseguenza riducono anche i SST, come minimo dell’80% (vedi le ricerche di Van Seters del 2007 e di Clausen del 2007) rispetto alle superfici impermeabili.
CREDITO GA 1 (Ridurre l’acqua, di sottosuolo o di superficie, per irrigare)
I pavimenti drenanti possono essere utilizzati per raccogliere, filtrare e convogliare le acque drenate in serbatoi dai quali possono essere prelevate per l’irrigazione. Solitamente si utilizza una membrana impermeabile posata al disotto dello strato di base, in leggera pendenza in modo da favorire lo scorrimento dell’acqua verso tubi e serbatoi di raccolta. Da qui, successivamente, l’acqua può essere prelevata con una pompa e utilizzata per l’irrigazione.

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