Perché tavolta le piogge mettono in “crisi” il sistema fognario?

Il sistema fognario è il sotto-servizio che si occupa dello smaltimento delle acque di scarto che produciamo con le nostre attività quotidiane, ma è anche lo stesso sistema che si occupa del corretto allontanamento delle acque meteoriche, cioè quella parte delle precipitazioni atmosferiche che rimane al suolo non venendo assorbita né evaporando. Si osservano spesso eventi meteorici estremi in grado di mandare in crisi l'intera rete fognaria: in questi casi, l'acqua si accumula sulle strade e defluisce con lentezza. Si tratta di un errore di progettazione della fognatura? Quali sono i motivi per cui questo accade e come si possono prevenire queste situazioni?

La portata di una fognatura

Prima di andare oltre, per capire bene il problema dobbiamo comprendere il concetto di portata di una fognatura. La portata rappresenta il quantitativo di fluido che passa nell'unità di tempo in una data sezione della fogna. In generale, ogni istante di tempo in una rete fognaria abbiamo a che fare con due valori di portata:

• quella che defluisce, in ragione delle acque reflue e quelle meteoriche che arrivano dentro alla fogna;
• quella che effettivamente può defluire, che dipende essenzialmente da come è stata progettata la fognatura, in particolare la dimensione della sezione e la sua pendenza lungo lo sviluppo.

Appare evidente che quando la domanda (cioè la portata che defluisce) supera la capacità (ovvero la massima portata che può defluire) si instaura un problema nella rete che si tramuta in un accumulo di acqua che, in casi estremi, può risalire in superficie o comunque trovare percorsi alternativi di ruscellamento diversi dalla fognatura. In questi casi il sistema fognario va in crisi, restandoci fintanto che i volumi di acqua da smaltire non rientrano in quelli che la fognatura è in grado di gestire. Il concetto è essenzialmente analogo a quello del traffico sulle strade, per esempio quando un restringimento della carreggiata causa di un ingorgo di veicoli.

non perderti questo articolo

I problemi del sistema fognario del Burj Khalifa

Le principali cause della crisi del sistema fognario

Ma perché nei fatti si può arrivare ad una condizione di sovra-afflusso di acqua nella fognatura? Fermo restando il fatto che un errore di progettazione può sempre essere presente, limitiamoci qui a spiegare perché, anche nelle ipotesi in cui il progetto e la realizzazione della fognatura siano eseguiti a regola d'arte, ci si può trovare di fronte a tali problemi in particolari condizioni avverse.

Manutenzione scarsa o assente

Il primo motivo per cui questo fenomeno accade dipende sostanzialmente da problemi di cattiva manutenzione del sistema fognario.

Perché? le acque reflue che transitano nei canali fognari trascinano elementi solidi anche di grandi dimensioni. In generale, infatti, le acque reflue contengono particelle che possono reagire tra loro e formare degli agglomerati solidi che si depositano sul fondo del canale (perché troppo pesanti per essere trascinati dalla corrente) oppure aderiscono alle sue pareti laterali. Nel tempo, quindi, può verificarsi una riduzione della sezione del canale, che è quindi causa di una riduzione di portata. Questo avviene magari in qualche punto della rete e non su lunghezze estese, ma è comunque abbastanza per causare ostruzioni e ridurre la capacità del sistema di far defluire elevati quantitativi di acqua in caso di piogge forti.

La manutenzione ordinaria e straordinaria del sistema fognario è quindi la base del corretto funzionamento della rete di smaltimento.

La stima degli eventi meteorici

Il fenomeno fisico su cui però si ha maggiore incertezza è la conoscenza del quantitativo di pioggia che precipiterà nel tempo durante un evento meteorico. I valori delle portate di acque di scarico sono più semplici da prevedere, perché sostanzialmente noti una volta che si conosce il numero di utenze che la fognatura serve. Diventa invece complicato avere un valore preciso della portata meteorica. Per tale ragione, il progetto di un sistema fognario si basa su metodi probabilistici che, per loro natura, mantengono una fonte di incertezza stabilita a priori. Questa, a sua volta, potrebbe in linea di principio compromettere il funzionamento del sistema. Si accetta implicitamente un rischio – ovviamente ridotto – che eventi meteorici avversi mandino in crisi il sistema fognario. Per intenderci, è la stesso principio che si applica anche alle costruzioni antisismiche.

La definizione delle portate pluviali si basa sulla caratterizzazione della cosiddetta legge di pioggia, ovvero una relazione che ci dice quanto sarà l'altezza di pioggia in funzione della durata dell'evento meteorico. Questa legge si basa su osservazioni empiriche fatte nel corso degli anni. Quindi, per come è concepito, il modello accetta il fatto che la previsione fatta potrebbe non restituire la verità, ma anzi un valore di pioggia atteso minore. Il tempo medio che intercorre tra due eventi che comportano una crisi del sistema fognario si chiama periodo di ritorno e contraddistingue il progetto della rete: più questo valore è alto, meno rischio di fallimento ci si attende.

Le soluzioni: il calcolo delle fognature

Nella pratica professionale si ricorre principalmente a due metodi per il dimensionamento delle fognature, ognuno dei quali porta in conto alcune ipotesi di base per essere sviluppato. Appare evidente che quanto più queste ipotesi si allontanano dalla realtà, tanto più il dimensionamento che ne deriva può essere sbagliato. Senza soffermarci sugli aspetti tecnici del caso, che richiederebbero nozioni approfondite di matematica e idraulica, cerchiamo di capire quali sono i due metodi e quali ipotesi di calcolo principali si portano dietro.

• Metodo della corrivazione. Tiene conto del fatto che tra l'arrivo a terra dell'acqua meteorica e il suo ruscellamento fino alla fogna intercorre un certo tempo. Questo, sommato al tempo di percorrenza della fogna stessa, è detto tempo di corrivazione. Tramite la conoscenza di questo tempo si ricava la portata che deve attraversare la fogna.
• Metodo dell'invaso. Non considera il ruscellamento e la percorrenza della fognatura, ma solo il fenomeno di accumulo che si verifica dentro alla rete per effetto dell'acqua che vi arriva e non riesce a essere smaltita in tempo.

In entrambi i metodi è implicita l'ipotesi che la massima portata che ruscella e arriva alla fogna (corrivazione) oppure viene trattenuta nella fogna (invaso) sia quella definita dalla legge di pioggia. Tuttavia, nella definizione della legge si accetta che una tale portata possa essere superata, soprattutto perché non si ha mai estrema certezza della massima portata che si potrà un giorno verificare.

Appare evidente che è una combinazione dei vari fattori qui esposti a generare una crisi del sistema. Eventi meteorici estremi sono attesi, ma devono essere eventi rari! Se invece il problema diventa persistente, la crisi del sistema fognario è da associare prevalentemente alla mancanza di una corretta manutenzione.