Progettazione di un rain garden: la guida tecnica
La gestione delle acque piovane nelle nostre città: ecco 3 esempi pratici di progettazione di un rain garden da scaricare gratuitamente
Come tutti oramai ben sappiamo il forte impatto delle attività umane, e l’inquinamento da esse prodotte, ha accelerato notevolmente negli ultimi decenni il surriscaldamento terrestre ed il cambiamento climatico globale.
Gli effetti di tutto ciò sono ben visibili nel mondo: basti pensare all’aumento esponenziale degli eventi pluviometrici estremi (inondazioni, incendi, frane, piogge acide, ecc..).
Opportunità e strategie per gestire efficacemente questi rischi già esistono e possono essere sviluppate/implementate, su scala locale o internazionale, grazie anche alle nuove tecnologie sostenibili ed ambientalmente compatibili.
Vediamo dunque, nel focus di questa settimana, delle applicazioni pratiche di tali principi: alcuni esempi di progettazione di rain garden (un progetto semplificato e uno più complesso/giardino bioretention) con tre esempi pratici da scaricare gratuitamente.
Progetto di un rain garden complesso – panoramica
Che cosa è un rain garden?
In generale per rain garden si intende un avvallamento o depressione (naturale o artificiale) che raccoglie l’acqua di ruscellamento, ossia l’acqua che viene raccolta da tetti, strade, marciapiedi e altre superfici urbane impermeabili o semipermeabili. Questo avvallamento, e gli strati sotto la superficie, permettono un parziale o totale smaltimento dell’acqua in un sistema di drenaggio sotterraneo (e spesso anche il suo riciclo/riutilizzo ai fini irrigui).
Ma con il termine rain garden viene indicato anche un tipo di progetto con uno strato di “vivente” che permette di filtrare sostanze inquinanti, pesticidi, fertilizzanti, ecc, portati dal deflusso delle acque, prima di entrare negli scarichi: infatti è stato stimato che fino al 70% dell’inquinamento nei fiumi e nei laghi proviene dalla pioggia che “lava” le aree urbane.
E’ per questo che i progetti più complessi di rain garden sono spesso indicati come “bioretention” (laghetti, aree ai margini di strade/ferrovie, giardini e così via): spazi verdi che vengono utilizzati per “ripulire” l’acqua di ruscellamento.
Idrografia e gestione delle acque piovane
Un rain garden permette il controllo del deflusso delle acque meteoriche attraverso sistemi di ingegneria naturalistica che consentono un insieme di azioni atte a ridurre i rischi relativi al deflusso incontrollato delle acque piovane.
Un primo passo necessario nella gestione delle acque piovane è comprendere il modo in cui l’acqua interagisce con il territorio, con la sua orografia, la sua stratigrafia, la vegetazione e le costruzioni presenti.
E’ poi da tener presente che un approccio efficace alla gestione delle acque piovane deve basarsi su un’analisi idrografica approfondita.
Ad esempio, è essenziale prevedere in anticipo i volumi coinvolti negli eventi piovosi. Un evento piovoso è spesso caratterizzato da un breve picco iniziale di un volume d’acqua molto elevato. Nel caso in cui il volume dell’acqua superi la capacità del sistema fognario, vi è il rischio di allagamenti. Altra causa comune di allagamento è l’inadeguata manutenzione che può creare un’ostruzione (cioè blocchi del flusso d’acqua dovuti a detriti) e di conseguenza l’inefficienza del sistema di trasporto dell’acqua.
Le aree urbane sono caratterizzate da strutture, edifici, strade e superfici generiche che limitano la quantità di acqua scaricata e filtrata dal terreno, determinando così un significativo aumento dei volumi d’acqua superficiali. Inoltre, superfici come le strade diventano un percorso preferenziale in cui il flusso aumenta rapidamente la velocità e il potenziale di devastazione.
Diverso rapporto infiltrazioni vs deflusso tra superfici urbane e naturali
Risposta del drenaggio urbano ai cambiamenti climatici
Come mostrato durante la “11 ° Conferenza Internazionale Urban Drainage Modelling”, la crisi climatica potrebbe avere un ruolo sostanziale nei cambiamenti del modello delle precipitazioni. Ad esempio, è stato previsto che ci sarà un aumento del numero e dell’intensità delle “precipitazioni estive estreme”.
Di conseguenza, una nuova valutazione dei rischi deve essere fatta, in particolare per i suoi effetti sul sistema dell’acqua potabile e su quello delle acque reflue.
In molte aree del mondo, il calcolo di ingegneria di drenaggio si è finora basato sul presupposto che le statistiche sulle piogge rimarranno le stesse in futuro, mantenendo le stesse tendenze del passato e del presente.
Per considerare correttamente i cambiamenti climatici, i dati sulle precipitazioni devono essere moltiplicati per un fattore che include un aumento previsto dell’intensità della pioggia. Sulla base di questi presupposti, un nuovo piano può essere sviluppato tenendo in considerazione:
- la progettazione di nuovi sistemi di fognatura
- la manutenzione, l’aggiornamento e l’adattamento dei sistemi esistenti.
La soluzione rain garden si inserisce perfettamente in questa seconda (e più economica) categoria di lavori.
Possibili conseguenze di un’errata gestione delle acque piovane
Progettazione di un rain garden: due diverse soluzioni
Al fine di attenuare questi problemi sono state immaginate diverse soluzioni: in questo Focus realizzeremo un progetto completamente funzionale con due opzioni.
E’ opportuno tener presente che ogni soluzione proposta va riadattata alle condizioni locali, considerando fattori climatici, normative locali, la disponibilità di materiali e così via. Per quanto ci siamo prefissi, in questo esempio assumeremo che tutti i tipi di indagini precedenti siano già stati condotti e considerati nelle prime fasi del processo di progettazione.
Progetto di rain garden semplificato
Progettazione di rain garden semplificato
Un rain garden nella sua forma molto semplice è un sistema progettato per catturare l’acqua di deflusso, reindirizzando il flusso dalla superficie al sottosuolo, attivando alcune reazioni che trattano e purificano l’acqua.
La semplicità del progetto lo rende applicabile praticamente ovunque, anche negli spazi privati, per catturare quantità molto piccole di acqua. Ad esempio, può essere trovato nei cortili proprio nella direzione dell’uscita dell’incanalamento (vedi immagini qui sotto).
Progetto di un rain garden | pianta
Come è possible osservare, l’acqua piovana che proviene dal sistema del tetto, dopo essere stata raccolta, viene convogliata attraverso il percorso di ciottoli e quindi verso il rain garden.
Per definire un criterio di dimensionamento per un piccolo rain garden abbiamo necessità di alcune informazioni di base, facilmente reperibili:
- l’area di drenaggio del tetto;
- il numero di pluviali;
- la pendenza del terreno;
- il tipo di suolo;
- la quantità di pioggia.
In questo esempio supponiamo di avere un tetto di 200 mq con 4 pluviali: quindi ogni pluviale serve una superficie di 50 m².
Progetto di rain garden semplificato | sezione
Quindi, considerando le seguenti linee guida:
- per pendenze pari o inferiori al 4%, lo stagno dovrebbe essere di circa 10 centimetri;
- per pendenze tra il 5% e il 7% lo stagno dovrebbe essere di circa 15 centimetri;
- per pendenze tra l’8% e il 12% lo stagno dovrebbe essere di circa 20 centimetri;
- per pendenze superiori diventa troppo complesso utilizzare questa tipologia di rain garden.
Supponiamo che abbiamo una pendenza del 6% e un laghetto profondo 15 centimetri.
La qualità del suolo determinerà la velocità con cui l’acqua viene assorbita dal sottosuolo: un terreno sabbioso drenerà l’acqua più velocemente di un terreno limoso e un terreno argilloso drenerà l’acqua molto lentamente rispetto alle altre due categorie.
In questo caso considereremo un terreno limoso.
Per quanto riguarda la quantità d’acqua, consideriamo una media di 5 centimetri di pioggia per evento.
Data la seguente formula:
estensione rain garden = superficie tetto x quantità di pioggia / profondità del giardino
nel nostro esempio avremo:
50 m² * 0,05 m = volume di acqua = 2,5 m³
2,5 m³ / 0,15 = estensione raingarden = 16,7 m²
Quindi il nostro rain garden dovrà essere di almeno 16,7 m².
Il corrispondente progetto BIM del rain garden è disponibile, per il download gratuito, al termine di questo articolo. All’interno del file è presente anche la tabella dei volumi per il calcolo delle opere in terra.
L’immagine qui sotto mostra un esempio di progettazione di un rain garden su piccola scala in un contesto più urbanizzato. In mancanza di spazio disponibile, questo sistema di raccolta può risultare molto utile.
Esempio di semplice soluzione per un rain garden in area urbanizzata
Download del modello di rain garden semplificato
| Scarica il modello 3D (.edf file) di un progetto di rain garden semplificato #1 |
| Scarica il modello 3D (.edf file) di un progetto di rain garden semplificato #2 |
Progettazione complessa di rain garden
In un contesto altamente urbanizzato, può sembrare difficile applicare questi concetti, poiché i maggiori volumi di acqua coinvolti possono richiedere anche una superficie più ampia dello stagno: questo ostacolo può essere superato solo aumentando la capacità di drenaggio degli strati sottostanti lo stagno.
L’obiettivo di questo approfondimento è semplicemente quello di fornire una guida con consigli utili sulla progettazione del rain garden; per questo motivo tralasceremo tutti gli aspetti di calcolo e le norme e i regolamenti relativi (dovendoli considerare a livello locale).
Tuttavia, supponiamo che la superficie del giardino sia di circa il 2% dell’area urbana impervia, uno stagno dovrebbe essere profondo 10-30 cm e una conduttività idraulica 100-300 mm / ora.
Vediamo alcune caratteristiche di progettazione.
Progetto complesso di rain garden | sezione trasversale con misurazione e stratigrafia verticale
In questo esempio di rain garden inizieremo progettando una sezione di scavo di 2,75 m x 1,40 m (esclusi i volumi occupati da elementi strutturali), con un rivestimento impermeabile sia sui lati che sul fondo.
Dobbiamo catturare l’acqua piovana di deflusso che arriva dalla strada da un lato e dalla pista ciclabile e dal marciapiede dal lato opposto.
Il flusso di acqua verrà convogliato nel giardino attraverso i fori di scarico che rappresentano anche i limiti più alti che l’acqua può raggiungere prima che il sistema di ‘troppo pieno’ inizi a funzionare.
Ricordiamo che il ‘troppo pieno’ drenerà l’acqua senza alcun trattamento.
Un utile componente aggiuntivo può essere quello di costruire una piccola trincea di manutenzione proprio sotto i fori dello scarico. Questo pre-trattamento intercetterà e manterrà i sedimenti che altrimenti potrebbero ostruire il biofiltro, accorciando la sua durata e compromettendo le prestazioni complessive.
Il primo piano tecnico che l’acqua incontrerà è l’area filtro. E’ qui che la presenza di vegetazione diventa importante.
Questo piano dovrebbe essere scelto considerando le proprietà strutturali dei materiali e la conduttività idraulica, in genere tra 100 e 300 mm / ora.
Scopo principale dev’essere quello di consentire il drenaggio dell’acqua e quindi contenere meno del 3% di limo e argilla (i materiali vengono lavorati mediante lavaggio in modo da rimuovere argilla e frazioni di limo).
Chiaramente è opportuno creare un substrato per sostenere l’espansione delle radici delle piante, ed anche per promuovere un ricco ambiente microbiologico.
Considerando il sistema radicale della varietà di piante scelta, lo spessore di questo strato non dovrebbe essere superiore a 40 e 60 cm.
Appena sotto lo strato di biofiltro, deve essere implementato anche uno strato di transizione. Quest’area funge da filtro che impedisce la migrazione verticale dei materiali che compongono il biofiltro nell’area di drenaggio; essa deve essere composta da sabbia ben calibrata con meno del 2% di particolato fine.
Al fine di agevolare il drenaggio, ogni strato inferiore deve avere maggiore conduttività idraulica rispetto a quello immediatamente superiore. Lo spessore minimo di questo strato dovrebbe essere di 10 cm.
Lo strato sul fondo della stratificazione è il sistema di drenaggio, costituito da aggregati fini (dimensione della ghiaia da 2 a 7 mm). La funzione principale di questa zona è quella di raccogliere e trasportare l’acqua piovana trattata e, infine, in questo particolare progetto a strati, di trattenere e immagazzinare una riserva d’acqua accessibile alla vegetazione durante i periodi di siccità.
Lo spessore di questa zona (temporaneamente) sommersa dovrebbe essere tra 45 e 50 cm (è richiesto un minimo di 30 cm). Lunghi periodi senza eventi piovosi avranno ovviamente un impatto negativo sulla vegetazione. Per questo motivo, è fondamentale stimare il periodo operativo della zona sommersa e si può prendere in considerazione questa semplice formula:
tempo di deflusso dell’acqua (giorni) = porosità del mezzo x profondità zona sommersa (mm) / tasso di evapotraspirazione rate (mm / giorno)
La conduttività idraulica del sistema qui è superiore alla zona di transizione sovrapposta: in questa zona può anche essere installato un tubo di raccolta come parte della presa sollevata.
Un componente aggiuntivo fortemente raccomandato in questo sistema è lo “scarico rialzato” che permette di creare una vasca sommersa che consente di filtrare e convogliare l’acqua in eccesso.
Download del modello di rain garden complesso
| Scarica il modello 3D (.edf file) di un progetto complesso di rain garden |
Progettazione di un rain garden: vegetazione
Come detto le piante sono elementi essenziali nei sistemi bioretention.
È difficile definire una varietà di vegetazione che può essere piantata in tutte le condizioni climatiche in tutto il mondo; per tal motive in questo esempio metteremo in evidenza alcuni principi base da tenere in considerazione quando si sceglie la vegetazione.
La regola principale: è necessario piantare varietà e specie locali.
Le piante autoctone sono fondamentalmente in sintonia con l’ambiente; quindi reagiranno meglio alle variazioni climatiche, agli attacchi di parassiti e alla concorrenza di erbacce infestanti. In poche parole sono più resistenti.
Altro aspetto fondamentale da considerare sono le caratteristiche delle radici. Le migliori prestazioni sono strettamente proporzionali alla lunghezza delle radici, ma anche all’elevata presenza di radici sottili ed una superficie generale di contatto tra radici e suolo.
Inoltre, una buona pratica consiste nell’utilizzare un’alta densità di impianto combinata con un’elevata diversità di specie e tipi. Diverse piante possono variare nelle loro prestazioni in relazione alla variazione del tempo durante il cambio di stagione. Anche la capacità di sottrarre sostanze nutritive, minerali e metalli può variare considerevolmente tra le diverse piante.
Queste sono solo alcune delle considerazioni più importanti da fare. Uno studio separato e localizzato della componente vegetale è essenziale per una prestazione più elevata del sistema.
In conclusione, abbiamo descritto un paio di tipologie di rain garden; esistono tuttavia molte altre varianti possibili in termini di forma, dimensione e complessità.
Ad esempio, nell’immagine che segue è possibile vedere un giardino pluviale su larga scala che è ancora più efficiente del primo modello descritto in precedenza, con alcune funzionalità utilizzate anche nel tipo di progetto complesso (il progetto completo può essere scaricato gratuitamente di seguito).
Progetto complesso di rain garden | sezione
Progetto complesso di rain garden | rivestimento geofrabrico
Download modello di un progetto di rain garden
In questa sezione trovi i link per scaricare i file dei progetti, le slide di presentazione ed il software di progettazione architettonica utilizzato per creare il modello BIM.
Slide su come progettare un rain garden
