realizzazione e risultati sperimentali

realizzazione e risultati sperimentali

Ing. Salvatore VOLO, Ph.D.

11 Giugno 2021

Con il termine pavimentazioni permeabili si individuano tutte quelle pavimentazioni, in conglomerato bituminoso, in cls o in materiali analoghi, dotate di elevata permeabilità, ovvero che consentono un rapido allontanamento delle acque dalla superficie di calpestio/rotolamento.

Pavimentazioni permeabili …. Cosa sono ?

Si tratta di una comune LID solitamente utilizzata con altre BMPs e inserita su aree con basso traffico veicolare preferibilmente dove si hanno pendenze modeste.

Nelle pavimentazioni permeabili è possibile distinguere due tipologie:

- pavimentazioni drenanti - conglomerati bituminosi drenanti (CBD)

(dal 1970 - Franklin Institute - Miscele bituminose ad elevate caratteristiche

di permeabilità e fonoassorbenza adottate prevalentemente in ambito extraurbano)

- pavimentazioni porose - materiali di diversa tipologia (PP XX)

(Sviluppate nell’ultimo decennio - Tali soluzioni si utilizzano prevalentemente nei posteggi d'auto, vialetti di accesso, rimessaggi etc.

Pavimentazioni permeabili …. Quali sono ?

Pavimentazioni permeabili …. Dove ?

Soluzioni

Composite

Le pavimentazioni porose come i CB drenanti consentono di ridurre il fenomeno dell'aquaplaning, oltre che a migliorare la visibilità sul bagnato (Stotz e Krauth, 1994). L'utilizzo delle pavimentazioni con massetti autobloccanti per le aree pedonali consentono anche di rendere tali elementi più visibili e più sicuri sia per i pedoni che per i guidatori, riducendo anche gli oneri di manutenzione per effetto delle riparazioni.

Applicazioni

Applicazioni ….. …. Dove ?

marciapiedi banchine banchine marciapiedi

L’introduzione delle BMPs consente, in una città come la

nostra, la permeabilizazione del 40 – 50 % della superficie della sede stradale esistente,

senza interferenze delle lavorazioni con il traffico

stradale esistente.

Pavimentazioni permeabili …. perché ?

1) Effetto di mitigazione delle portate di piena tramite fenomeno di ritenzione e detenzione

2) Miglioramento della qualità delle acque mediante processi di filtrazione o ritenzione idrica

3) Accumulo/conservazione dell'acqua e successivo potenziale reimpiego della stessa per usi diversi

4) Disponibilità di grandi superfici in ambito urbano a favore

della riduzione degli afflussi

Pavimentazioni permeabili: Esempi e tipologie

PRATI, la superficie è costituita da uno strato di terreno organico rinverdito a prato. La superficie viene costipata prima del rinverdimento. La % a verde 100%. adatti per:

campi gioco, percorsi pedonali o parcheggi saltuari

STERRATI INERBITI, strato di terreno organico mescolato con ghiaia senza leganti. Sup. seminata a prato prima del costipamento. Il verde raggiunge il 30%.

adatti per: parcheggi, piste ciclabili e pedonali, cortili, stradine .

GRIGLIATI IN CLS INERBITI, sono blocchi in cls con aperture a nido d’ape riempite con terreno organico e inerbite. Il verde supera il 40%. adatti per: parcheggi, strade d’accesso.

Pavimentazioni permeabili: Esempi e tipologie

GRIGLIATI PLASTICI INERBITI, sono grigliati in materie plastiche riempiti con terreno organico e inerbiti. Il verde supera il 90%.

adatti per: parcheggi, strade d’accesso

CUBETTI O MASSELLI CON FUGHE LARGHE INERBITE, realizzati con fughe larghe con l’ausilio di distanziatori. Il verde raggiunge il 35%. adatti per: parcheggi, piste ciclabili e pedonali, cortili, spiazzi, strade d’accesso, stradine.

STERRATI, la superficie viene realizzata con ghiaia di granulometria uniforme senza leganti. adatti per: parcheggi, piste ciclabili e pedonali, cortili, spiazzi, strade d’accesso, stradine.

Pavimentazioni permeabili: Esempi e tipologie

MASSELLI POROSI, formata da masselli porosi. Il riempimento delle fughe avviene con sabbia.

adatti per: stradine, strade e piazzali poco trafficati, piazzali di mercato, parcheggi, piste ciclabili e pedonali, cortili, terrazze, strade d’accesso.

CUBETTI O MASSELLI A FUGHE STRETTE, cubetti posati con fughe strette riempite con sabbia. adatti per: stradine, strade e piazzali poco trafficati, piazzali dei mercati, parcheggi, piste ciclabili e pedonali, cortili, terrazze, strade d’accesso, stradine.

Pavimentazioni permeabili: Dimensionamento idraulico

Istogramma piogge - idrogramma di piena

Vw= volume di stoccaggio acque di pioggia;

ΔQc= altezza di deflusso superficiale Ac= superficie dell’area contribuente P= altezza di precipitazione

Ap= superficie della pavimentazione permeabile K= permeabilità del sottofondo

T= Tempo di riemp. del volume di stoccaggio

Qrec= portata che defluisce dal sistema

Pavimentazioni permeabili: Dimensionamento idraulico

n = porosità

d_p = spessore strato di base e sub base

Vw può essere determinato tramite la relazione

d

VERIFICA DEL TEMPO DI DETENZIONE

Ts = tempo di max detenzione delle acque nella pavimentazione

, Mettendo a sistema le due equazioni e risolvendo

rispetto a d

si ottiene lo spessore minimo dello strato di BASE e SUB-BASE

d

≤ d

e comunque almeno 0,6 m sopra il livello idrico medio dell’acqua di falda

(la distanza tra il p.p.p. e la falda deve essere >0,60 metri)

Pavimentazioni permeabili: Dimensionamento Stradale

Modelli empirici e/o razionali dell’ingegneria stradale, quali ad esempio AASHTO Guide, permettono di tener conto delle sollecitazioni dinamiche e statiche generate del traffico veicolare.

Pertanto le dimensioni da attribuire alla pavimentazioni saranno quelle

che soddisfano entrambe le verifiche: IDRAULICA ; STRADALE.

Pavimentazioni permeabili: CSA – Norme Tecniche

Costipamento, sino ad ottenere una densità relativa non inferiore all’85% valore definito dalla relazione:

Dr =g_min g_situ ^×

g_situ-g_min

g_max -g_min ^*100

γsitu = peso specifico del secco valutato sulla superficie compattata.

γmax = peso specifico dell’unita di volume corrispondente al minimo addensamento ASTM D4254

γmin = peso specifico dell’unita di volume corrispondente al massimo addensamento ASTM D4253

Pavimentazioni permeabili: Stratigrafie di prova

OR3 – RI.3.2 – Sono state definite quattro differenti stratigrafie specifiche tecniche dei materiali costituenti le PP.

Identificativo del tipo di pavimentazione:

PP Pavimentazione permeabile

Identificativo tipologia strato usura:

MG Masselli grigliati;

MC Masselli chiusi;

MP Masselli porosi;

Identificativo dello scenario:

00 Scenario 0 – Materiali Tradizionali (sabbia di cava, etc);

01 Scenario 1 – Materiali Innovativi (sabbia di vetro fuso ASTM 8, zelbriti, etc);

02 Scenario 2 – Materiali Innovativi (sabbia di vetro fuso GIARE, etc);

Identificativo del numero progressivo della stratigrafia da testare:

NN Progressivo NN – Numero progressivi stratigrafia (01, 02, ….N).

Pavimentazioni permeabili: Test Laboratorio

Individuazione «migliore miscela» dal punto di vista : IDRAULICO e CHIMICO

• C_6 costituito dal 45% in peso di sabbia contenuta nel fuso ASTM No 8, 45% in peso da sabbia di vetro contenuta nel fuso ASTM No 8, 10% in peso di zelbriti; Rimozione superiore della sabbia:

3% di Azoto Ammoniacale 60% di Cadmio 41% di Cromo totale

67% di Piombo 23% di Rame 22% di Ferro

41% di Zinco

• C_11 costituito da sabbia di vetro la cui granulometria (Curva granulometrica GIARE), ottenuta sperimentalmente in laboratorio, è riportata in Tabella. → ELEVATO ABBATTIMENTO INQUINANTI

Diametro

setaccio (mm) ASTM Trattenuto [%]

4,75 4 13,78

2,36 8 54,40

1,19 16 74,09

0,84 20 87,15

0,5 35 100,00

Curva GIARE

Velocità di filtrazione supera del 80% la velocità di filtrazione della sabbia di cava tradizionale.

Pavimentazioni permeabili: Test - bed

PP_MG_00_01

Pendenza [%]

0.5% 2% 3%

Coefficiente di deflusso Sub-superficiale [-]

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8

i =98 mm/h i =17 mm/h

PP_MG_00_01

Masselli Grigliati

Pavimentazioni permeabili: Test - bed

Relativamente agli altri due strati di usura testati:

Masselli grigliati “Grigliato in Calcestruzzo – Pavarredo”

Masselli porosi “Mattonotto filtrante – Paver”

le prove condotte hanno evidenziato per entrambi gli strati di usura un’elevata permeabilità indipendentemente dagli strati filtranti.

Il massello grigliato ha maggiore capacità di detenzione, riesce ad immagazzinare temporaneamente più acqua negli spazi vuoti riempiti con sabbia vulcanica rispetto al massello poroso le cui fughe riempite di sabbia di fiume costituiscono un volume per un’unità di superficie decisamente inferiore .

Gli strati filtranti (sabbia grossolana e pietrisco “00”; miscela di sabbia, vetro e

zelbrite “01” ed sabbia di vetro “02”) confermano una buona permeabilità e capacità

di drenaggio per la precipitazione intensa ed una buona capacità di immagazzinamento

per le precipitazioni frequenti di modesta intensità.

Pavimentazioni permeabili: Sito Sperimentale

Università degli Studi di Palermo – Edificio 18

INT. 2 : Fascia di Bioritenzione

PAVIMENTAZIONE PERMEABILE

FASCIA FILTRO

Pavimentazioni permeabili: Sito Sperimentale

Scavo area per realizzazione pavimentazione Realizzazione strato di allettamento Inizio attività di scavo

Regolarizzazione dello strato di allettamento e realizzazione dei pozzetti di raccolta, misura e derivazione

Realizzazione degli strati profondi della pavimentazione con funzione di portanza e serbatoio idraulico

Realizzazione degli strati superficiali della pavimentazione con funzione allettamento / filtro / usura

Pavimentazioni permeabili: Sito Sperimentale

Prove in laboratorio e in situ POST opera

▪ Prove di laboratorio e in situ effettuate durante la realizzazione

▪ Analisi granulometrica per via umida di base e sub-base ALLEGATO 4

▪ Prova di resistenza alla frantumazione sul materiale strato filtro ALLEGATO 5

▪ Misure di densità in situ ALLEGATO 6

UNI EN 13055 -1:2003

Installazione di canale PALMER prefabbricato

1) SEZIONE DI INGRESSO della fascia di bioritenzione; ovvero acque provenienti dalla pavimentazione impermeabile esistente a tergo della fascia di bioritenzione;

2) SEZIONE DI USCITA dalla fascia di bioritenzione; ovvero acque a valle della stessa fascia che hanno subito il processo di filtrazione per presenza degli strati e della vegetazione;

3) SEZIONE IN INGRESSO della pavimentazione; ovvero acque di pioggia superficiali (praticamente nulle) che provengono dalla superficie della pavimentazione permeabile o dalla stessa cunetta superficiale che raccoglie le acque piovane che cadono direttamente sulla superficie utile della cunetta rettangolare;

4) SEZIONE DI USCITA IN USCITA dalla pavimentazione permeabile; ovvero acque profonde post filtrazione e trattamento, si tratta delle acque piovane cadute direttamente sulla superficie utile della pavimentazione che hanno subito il processo di “trattamento” per effetto del passaggio attraverso i differenti strati della pavimentazione permeabile.

Strumenti di misura e campionamento acque

INIZIO DELLE ATTIVITA’ DI MONITORAGGIO → 1 Gennaio 2014

Strumenti di misura Pluviometro OTT Pluvio2

La misurazione degli afflussi in ingresso viene effettuata mediante lettura da un pluviometro a celle di carico posizionato sopra l’edificio del dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Aereospaziale dell’università di Palermo, in zona limitrofa al sito sperimentale.

Particolare celle di carico

Evento 26 Marzo 2014 Variazione portate di pioggia

Ritardo onda di piena nel collettore di 3h 40m

PAV. ASCIUTTA (0,86 – 0,09) l/s Abbattimento 89,5%

PAV. BAGNATA (0,83 – 0,12) l/s Abbattimento 85,5%

Riduzione della portata che determina deflusso superficiale del 97%, da 0.86 l/s a 0.02 l/s.

Ph.D. Ing. Salvatore VOLO

salvo.volo@voloengineering.com

Grazie per la vostra attenzione

Il soggetto capofila PON: Università della Calabria Alcuni dei contenuti di questa presentazione fanno parte del seguente progetto PON:

Titolo del progetto PON: Servizio di gestione integrata e sostenibile del ciclo acqua – energia nei sistemi di drenaggio urbano Codice Progetto PON 01_02543