Le infrastrutture verdi urbane per la mitigazione del rischio idraulico:

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Le infrastrutture verdi urbane per la mitigazione del rischio idraulico:

rain garden e tetti verdi

Simona Consoli, Daniela Vanella, Alessandro D’Emilio

Prof. Simona Consoli, Di3A, simona.consoli@unict.it

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Ciclo dell’acqua:

ambiente naturale ed urbano

http://www.blueplanet.nsw.edu.au/year-7-and-8-natural-and-urban-water-cycles/.aspx

rapido ed elevato deflusso superficiale

(impermeabilizzazione dei suoli) massima evapotraspirazione ed infiltrazione

parte della precipitazione viene intercettata dalla vegetazione

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Criticità ambientali e idrauliche indotte dall’urbanizzazione

• inadeguatezza della capacità di deflusso dei corsi d’acqua con conseguenti incremento del rischio d’inondazione, anche in presenza di precipitazioni di tempo di ritorno non particolarmente elevato;

• degrado qualità chimico-fisica delle acque e dei corpi idrici ricettori;

• impoverimento dell’ecosistema e degli habitat fluviali;

• perdita di funzione estetico-paesaggistica e ricreativa dei corpi idrici

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Deflusso superficiale in ambiente urbano

http://water.usgs.gov/edu/watercyclerunoff.html

Fattori meteorologici Caratterisitiche fisiche Tipo di precipitazione

(pioggia, neve, ghiaccio) Intensità della

precipitazione

Quantità e durata della precipitazione

Effetto isola di calore

Uso del suolo Topografia

Area di drenaggio

Superfici impermeabili (strade in asfalto, strutture antropiche)

Per stormwater si intendono le acque meteoriche che defluiscono su superfici urbanizzate (strade, tetti) spesso arricchendosi di sostanze chimiche e/o inquinanti

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Rischio idraulico in ambiente urbano

le superfici impermeabili:

• riducono l’opportunità di rimozione dei contaminanti dalle acque di pioggia attraverso processi naturali di infiltrazione ed evaporazione

• si prestano all’accumulo di inquinanti

gli inquinanti si accumulano sulle superfici impermeabili e vengono mandati in sospensione dai deflussi quando piove

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Rischio idraulico in ambiente urbano

http://wsud.co.za/wsud-for-south-africa/stormwater-management/101-2/

Rischio idraulico in ambiente urbano:

• incremento intensità di runoff

• incremento volume di runoff

• incremento velocità di runoff

• riduzione del livello di base (aumento erosione)

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Rischio idraulico in ambiente urbano

L'idraulica urbana ed i principi dell'invarianza idraulica (G. La Loggia)

Obiettivo delle strategie di intervento:

• ottenere l’invarianza idraulica (invarianza della portata di picco) e possibilmente anche quella idrologica (invarianza del volume di piena);

• controllare la qualità delle acque riducendone il contenuto inquinante

Impatto zero o invarianza idraulica

• impedire che lo sviluppo urbanistico conduca a futuri impatti idraulici e ambientali maggiori del presente

• adottare misure strutturali e non strutturali per riequilibrare lo stato attuale e tendere a condizioni simili al passato

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(PARTE SECONDA)

(PARTE TERZA)

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Art. 62 COPERTURE VERDI

1. Non costituiscono volume i maggiori spessori dovuti alla realizzazione di coperture verdi, siano esse sommitali o a quote intermedie. Tali maggiori spessori possono giungere ad un massimo di 40 cm (per lo strato di drenaggio e il terreno vegetale) e si aggiungono ai maggiori spessori consentiti dalla L.R.

22.04.2005 n.4 di cui i commi precedenti ART. 79 PERMEABILITÀ DEI SUOLI

1. … mitigare disagi e danni causati da eventi pluviometrici e dovuti, da una parte all’insufficienza della rete fognaria cittadina e dall’altra al grande volume di deflussi meteorici determinati dall’impermeabilizzazione del suolo conseguenza della crescita dell’edificato sia all’interno del territorio comunale che in quello dei comuni vicini.

2. … introducendo prescrizioni finalizzate a garantire la permeabilità del suolo di una aliquota del lotto edificabile ciò anche al fine di apportare benefici in termini di salubrità, microclima, aspetto della città e qualità della vita.

3. … almeno il 40% della superficie del lotto deve essere permeabile alle acque piovane e adibita a verde privato o altra destinazione compatibile.

4. ….

5. ….

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Art. 80 INVARIANZA IDRAULICA

1. … sono vietate tutte le modificazioni della superficie del suolo che abbiano l’effetto, anche indiretto, di determinare un incremento della portata defluente dalla superficie del suolo verso la rete fognaria, la rete idrografica o artificiale o le sedi stradali

2. Nelle nuove edificazioni e trasformazioni del territorio, l’invarianza idraulica nelle portate di piena al colmo è ottenuta mediante….:

1. temporaneo accumulo delle acque meteoriche in idonee vasche di laminazione e scarico graduale…

2. dispersione nel suolo con soluzioni tecniche idonee di tipo diffuso (superfici permeabili) o concentrato (trincee d’infiltrazione, vasche d’infiltrazione, pozzi disperdenti, etc.);

3. sistemazioni a verde delle coperture «tetti verdi», con specie vegetali poso idroesigenti, e comunque provvedendo al fabbisogno idrico di tali aree esclusivamente con le acque piovane … e/ con il riuso delle «acque grigie».

3. ….

7. Le vasche per la raccolta delle acque piovane defluenti dalle coperture realizzate fuori terra computabili a fini volumetrici… parimenti… i maggiori spessori dovuti alla realizzazione delle coperture verdi, siano esse sommitali o a quote intermedie. Teli maggiori spessori possono giungere ad un massimo di 40 cm (per lo strato di drenaggio e il terreno vegetale)…

8. …

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ART. 110 PERMEABILITÀ DELLE AREE VERDI

1. Tutte le sistemazioni a verde pubblico dovranno essere realizzate con materiali e tecniche che garantiscono elevati livelli di permeabilità con particolare attenzione alle parti pavimentate. Apposito regolamento del verde disciplinerà nel dettaglio i materiali e le tecniche utilizzabili.

2. … bisognerà far confluire le acque defluenti… nelle aree verdi…

Art. 112 VERDE DI ARREDO STRADALE 1. …

2. … le aree verdi dovranno essere utilizzate per l’infiltrazione delle acque meteoriche, facendovi confluire le acque defluenti dalle aree vicine.

Art. 165 TETTO VERDE (O GIARDINO PENSILE)

1. Coltre di terreno erboso e/o giardino sulla sommità degli edifici o a quote intermedie realizzato per il raggiungimento degli obiettivi di compensazione, mitigazione e miglioramento ambientale.

2. Sino ad un massimo di cm. 40 il tetto verde non costituisce volume

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Art. 121 VERDE NEI PARCHEGGI 1. …

3. Le piante devono avere alla base spazi permeabili di sufficiente ampiezza costituiti da aiuole.

4. …

5. Ne parcheggi multipiano, dovrà essere previsto l’inserimento del tetto verde…

VERDE HI-TECH per Piazza Europa, Catania

http://www.harpogroup.it/verdepensile/media/press/v erde-hi-tech-piazza-europa-catania

Art. 122 PERMEABILITÀ DELLE AREE DI PARCHEGGIO

1. I parcheggi a raso cielo aperto devono tassativamente essere realizzati con almeno l’80% di superficie integralmente permeabile

(13)

http://uacdc.uark.edu/work/low-impact-development-a-design-manual-for-urban-areas

Low-impact development (LID)

si riferisce a sistemi e pratiche che utilizzano o mimano processi

naturali (infiltrazione, evapotraspirazione) per la gestione delle

stormwater al fine di conservare la qualità delle acque e degli habitat acquatici.

Canada e Stati Uniti

d’America (1990)

(14)

https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-10/documents/draftlongtermstormwaterguide_508.pdf

(15)

http://uacdc.uark.edu/work/low-impact-development-a-design-manual-for-urban-areas

(16)

https://storm.melbournewater.com.au/

Water-sensitive urban design (WSUD)

comprende:

• le migliori pratiche di pianificazione

• le migliori pratiche di gestione

• tecniche per la gestione delle stormwater

Medio Oriente ed Australia (1994)

“Design your development to protect river health”

strumento utilizzabile per modellare i trattamenti delle acque piovane (per singole abitazioni) in funzione degli obiettivi di qualità delle acque da raggiungere

(17)

http://www.bgs.ac.uk/research/engineeringGeology/urbanGeoscience/suds/what.html

Sustainable drainage system (SuDs)

• facile da gestire,

• richiede poco o nessun input di energia,

• resiliente

Regno Unito

(18)

Infrastrutture verdi urbane

http://www.minambiente.it/sites/default/files/archivio/allegati/natura_italia/valutazioni_proposte_infrastrutture_verdi.pdf

Le infrastrutture verdi urbane rappresentano un approccio alla pianificazione e progettazione di aree urbane nonché strumento della green economy per la valorizzazione dei servizi ecosistemici e della biodiversità.

La realizzazione di infrastrutture verdi promuove un approccio integrato alla gestione del territorio e determina effetti positivi anche dal punto di vista economico, nel contenimento di alcuni dei danni derivanti dal dissesto idrogeologico, nella lotta ai cambiamenti climatici e nel ristabilimento della qualità delle matrici ambientali, aria, acque, suolo.

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Categorie di

benefici specifici Vantaggi

Maggiore efficienza delle risorse

naturali

Mantenimento della fertilità del suolo Controllo biologico

Conservazione delle risorse di acqua dolce

Mitigazione dei cambiamenti climatici e di adattamento

Stoccaggio sequestro del carbonio Controllo delle temperature

Controllo dei danni meteo-climatici estremi Controllo dell’erosione

Prevenzione delle catastrofi

Riduzione del rischio di incendi boschivi Riduzione dei rischi di inondazione

Regolazione di flussi idrici

Infrastrutture verdi urbane

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Categorie di

benefici specifici Vantaggi

Gestione delle acque

Depurazione delle acque Approvvigionamento idrico

Riduzione dell’erosione del suolo

Aumento della fertilità e della produttività dei suoli Miglioramento attrattività del territorio

Benefici della conservazione e resilienza

Valore di esistenza ed eredità di habitat, delle specie e della diversità genetica

Multifunzionalità e resilienza dell’agricoltura e delle risorse forestali

Resilienza dei sistemi ecosistemici

Salute e benessere (tempo libero e turismo)

Regolamenti per la qualità dell’aria e per la diminuzione del rumore

Accessibilità a luoghi ameni

Miglioramento condizioni di salute e sociali Gamma e capacità di opportunità ricreative

Infrastrutture verdi urbane

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Infrastrutture verdi urbane

• sistemi che riducono il volume di drenaggio intercettando il runoff dai tetti per il successivo riuso o stoccaggio o evapotraspirazione (tetti verdi)

• sistemi di pre-trattamento per la rimozione di alcuni inquinanti (fossati vegetati o swales);

• sistemi di ritenzione, ritardano la velocità del runoff (rain garden, wetland)

• sistemi di infiltrazione (trincee di infiltrazione)

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Infrastrutture verdi urbane

- rain garden

-tetti verdi

rain garden

tetti verdi

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Infrastrutture verdi urbane: rain garden

http://www.kitsapgov.com/sswm/rain_gardens.htm

Per bacino di ritenzione si intende una depressione che raccoglie e rilascia lentamente le acque meteoriche che defluiscono da aree di drenaggio.

I rain gardens sono delle tipologie di bacini di ritenzione a piccola scala, servono a raccogliere il deflusso delle acque piovane da piccole aree, e sono efficaci quando usati per trattare le acque di dilavamento in zone urbane.

(24)

http://www.melbournewater.com.au/Planning-and-building/Stormwater-management/WSUD_treatments/Pages/Raingardens.aspx

I rain gardens sono sistemi di bio-ritenzione, costituiti da una depressione superficiale e da un substrato altamente poroso, che posa direttamente sul terreno in loco e in cui vengono messe a dimora specie vegetali. I rain gardens impiegano suolo, piante e microorganismi per favorire l’infiltrazione ed il trattamento biologico delle strorm water.

La realizzazione di un rain garden permette di risolvere in parte i problemi legati alla gestione delle risorse idriche in ambiente urbano apportando i seguenti vantaggi:

• riduce il carico inquinante ed i volumi di runoff;

• richiede poca manutenzione, riducendo il consumo di energia per la gestione del verde, essendo un giardino che si autosostiene per la maggior parte;

• fornisce un habitat per la fauna selvatica, e specie vegetali autoctone;

• contribuisce a migliorare la qualità dell’aria, mitigando il microclima urbano

Infrastrutture verdi urbane: rain garden

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le stormwater si infiltrano nel rain garden dalla superficie per

caduta e/o possono essere incanalate attraverso apposite tubazioni

SISTEMA DI IMPIANTO

Infrastrutture verdi urbane: rain garden

(26)

il mezzo poroso effettua l’azione filtrante e di risanamento, ad opera delle piante, dei microorganismi e del suolo.

La granulometria del suolo cresce dall’alto verso il basso.

SISTEMA DI IMPIANTO

Infrastrutture verdi urbane: rain garden

(27)

Juncus flavidus Goodenia ovata Lomandra longifolia Carex appressa

Le piante solitamente impiegate nei rain gardens o bacini di ritenzione sono specie perenni caratterizzate da un vasto sistema radicale fibroso. Queste devono essere in grado di tollerare stress idrici (condizioni di aridità alternate a periodi umidi).

Infrastrutture verdi urbane: rain garden

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Rain garden: progettazione

1) Fissare il valore di intensità di pioggia (H_rain) che si desidera controllare,

2) Determinare l'area di drenaggio (A) (aree impermeabili, come: tetto, vialetti, cortili, e passerelle che drenano nel rain garden),

3) Dimensionare il rain garden in funzione del volume di stormwater (V) che si desidera trattare per fissata H_rain:

4) Calcolare l’area del rain garden (A_r):

http://doee.dc.gov/sites/default/files/dc/sites/ddoe/publication/attachments/Rain%20Garden%20Rebate%20Sizing%20exercises.pdf

**V = A * H**

_rain

A

_r

= V/h

_r ^h^r = profondità del rain garden

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http://raingardenalliance.org/right/calculator

A_r = 13.9 m²

1941.18 litri

H_rain=1.5’’ (38.1 mm )

Rain garden: progettazione

Area di drenaggio = 400 ft² (37 m²) suolo limoso

pendenza moderata n. 1 tubi pluviali

Audubon Society of Western Pennsylvania, ASWP

(30)

Rain garden: progettazione

http://raingardenalliance.org/right/calculator

A_r = 23.2 m²

3077.7 litri

Area di drenaggio = 400 ft² (37 m²) suolo limoso

pendenza moderata n. 1 tubi pluviali

Audubon Society of Western Pennsylvania, ASWP

H_rain=2.5’’ (50.8 mm)

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Le coperture a verde pensile, o tetti verdi, ricreano comunità vegetali sui tetti di palazzi, capannoni, centri commerciali, aree industriali ecc..

Offrono numerosi vantaggi e benefici energetici, economici, costruttivi, ambientali e sociali, quali isolamento termico degli edifici, riduzione dei volumi delle acque di deflusso, mitigazione dell’effetto “isola di calore”, miglioramento della qualità dell’aria, assorbimento di CO₂, conservazione della biodiversità, miglioramento delle componenti estetiche del paesaggio ecc. (Nardini et al., 2012).

Infrastrutture verdi urbane: tetti verdi

http://www.arpa.fvg.it/cms/istituzionale/servizi/biodiversita/Approfondimenti/Infrastrutture-verdi.html#ancora1

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I tipi di progettazione di coperture vegetalizzate sono due: il verde estensivo e il verde intensivo.

Verde estensivo Verde intensivo

è un rivestimento semplice e ideale sia per tetti piani che inclinati. Ha una capacità di carico ridotta in quanto la sua vegetazione è di tipo superficiale pari a 15/20 cm di profondità

è applicabile sui tetti piani con portanza superiore ai 150 kg. In questo caso la varietà vegetativa sarà enorme e si tratta di una vera e propria conversione del terrazzo in un ambiente ricco di piante

Infrastrutture verdi urbane:

tipologie di tetti verdi

(33)

Tali coperture possono determinare un aumento non solo del valore percettivo, ma anche del valore ecologico e ambientale dei luoghi. Infatti, se correttamente progettati e realizzati, sono in grado di attivare processi "a favore della biodiversità", avviando la formazione di contesti in grado di favorire molte specie animali e vegetali spontanee (ecosistemi prossimo-naturali) anche in aree densamente edificate (ISPRA 2012).

Infrastrutture verdi urbane: tetti verdi

http://www.arpa.fvg.it/cms/istituzionale/servizi/biodiversita/Approfondimenti/Infrastrutture-verdi.html#ancora1

(34)

L’impiego del verde pensile contribuisce a numerosi benefici:

• attenuazione del deflusso superficiale delle acque piovane in ambiente urbano che in parte vengono assorbite dal terreno e in parte vengono restituite al ciclo idrologico naturale mediante la traspirazione con riduzione del rischio di alluvioni urbane (e.g. Mentens et al., 2006);

• azione coibentante assicurando una minor dispersione termica in inverno e garantendo il mantenimento della temperatura in estate. Questa riduzione degli sbalzi termici assicura un abbattimento dei costi di riscaldamento e condizionamento e dell’effetto isola di calore urbana (e.g. Takebayashi and Moriyama, 2007);

• isolamento acustico notevole (e.g. Van Renterghem et Booteldooren, 2009);

• riduzione dell’inquinamento atmosferico (e.g. Yang et al., 2008);

• fornire habitat alla fauna selvatica e valorizzazione della biodiversità (e.g.

Dunnett et al., 2008; Gedge and Kadas, 2005).

Infrastrutture verdi urbane: tetti verdi

Justyna Czemiel Berndtsson Green roof performance towards management of runoff water quantity and quality: A review Ecological Engineering, Volume 36, Issue 4, 2010, 351–360, http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoleng.2009.12.014

(35)

Infrastrutture verdi urbane: tetti verdi

https://www.architetturaecosostenibile.it/architettura/criteri-progettuali/tetti-verdi-piante-475/

Un tetto verde cambia il deflusso delle acque piovane rispetto ad un tetto rigido attraverso l'abbassamento

(attenuazione) ed il ritardo del picco del deflusso (c'è un

intervallo di tempo tra il picco da un tetto rigido e un tetto verde per lo stesso evento di pioggia).

Questo perché un certo volume di acqua viene trattenuto dal tetto verde (Berndtsson, 2010)

tetto verde tetto

convenzionale

(36)

Sporobolus heterolepis

Antennaria dioica Juniperus chinensis var.

sargentii

Phlox sublata Phlox subulata

Calamintha Nepeta ssp. Nepeta

Sporobolus heterolepis

Phlox subulata Rhus aromatica

(37)

feltro strato di drenaggio ed

aereazione telo filtrante

substrato

http://www.habitage.it/2733/posa-del-verde-pensile/

elemento di protezione alla penetrazione delle radici

Infrastrutture verdi urbane: tetti verdi

le coperture a verde pensile possono essere realizzate non solo

sulle costruzioni di nuova realizzazione, ma anche su quelle già esistenti previa verifica delle caratteristiche tecniche della

struttura. In ogni caso, le moderne tecniche di realizzazione del verde pensile prevedono

l'impiego di sistemi con ridotti spessori di substrato, quindi

compatibili con una grande varietà di edifici esistenti

sistema di impianto

norma UNI 11235:2015

(38)

substrato

può essere eventualmente integrato con un elemento

impermeabilizzante a garanzia della tenuta all’acqua e tenuta alle radici

Infrastrutture verdi urbane: tetti verdi

sistema di

impianto

(39)

strato di drenaggio ed aereazione telo filtrante

substrato

realizzato al fine di esercitare un’azione di ritenzione idrica

sufficiente a creare un effetto volano fino al nuovo apporto d’acqua

feltro

Infrastrutture verdi urbane: tetti verdi

sistema di

impianto

(40)

feltro telo filtrante substrato

elemento di protezione alla penetrazione delle radici strato di drenaggio ed

aereazione

la funzione è quella di garantire, anche in caso di completa

saturazione degli strati sovrastanti, la

presenza di ossigeno per le radici

Infrastrutture verdi urbane: tetti verdi

sistema di

impianto

(41)

aereazione substrato

deve essere

opportunamente

calibrato in base al tipo di granulometria del terreno utilizzato ed innescare, all’interno dello strato terroso, la formazione di un filtro naturale, denominato

“filtro rovescio”, atto ad evitare la

movimentazione delle particelle più minute negli strati più bassi, situazione,

quest’ultima, che porterebbe ad una

riduzione prestazionale dell’intera struttura

telo filtrante

Infrastrutture verdi urbane: tetti verdi

sistema di

impianto

(42)

elemento di protezione alla penetrazione delle radici substrato

• bassa comprimibilità nel tempo;

• elevata ritenzione idrica: garanzia di

riduzione degli apporti irrigui di acqua;

• ideale rapporto acqua-aria per lo sviluppo dell’apparato radicale;

• elevata capacità di ritenzione dei

nutrienti: cui consegue una

riduzione degli apporti di fertilizzanti;

• manutenzione ridotta

Infrastrutture verdi urbane: tetti verdi

sistema di

impianto

(43)

- caratteristiche del tetto verde:

numero e tipologia degli strati,

tipologia di copertura verde e vegetazione, geometria del tetto,

pendenza del tetto,

esposizione del tetto rispetto alla radiazion solare, età del tetto;

- condizioni meteorologiche:

velocità del vento, temperatura ed umidità dell’aria, lunghezza dei periodi di siccità,

caratteristiche degli eventi piovosi (intensità e durata)

- proprietà del suolo:

la tessitura del suolo così come l’umidità del suolo iniziale offrono utili indicazioni sulla capacità di ritenzione del tetto verde

Fattori che influenzano le capacità di ritenzione dei tetti verdi

(Berndtsson, 2010)

(44)

Le infrastrutture verdi urbane per la mitigazione del rischio idraulico: