SISTEMI FOGNARI

La fognatura a gravità, nota anche come a scorrimento libero, è una soluzione fondamentale per lo smaltimento delle acque reflue, in cui il movimento del liquido è garantito esclusivamente dalla pendenza della tubazione. Questo principio si basa sulle leggi dell’idraulica, in particolare sull’azione della forza di gravità. Il parametro chiave della progettazione è la pendenza minima dei tubi, regolamentata dalle norme edilizie statali dell’Ucraina. Secondo le norme ДБН В.2.5-64:2012 “Impianto idrico e fognario interno” e ДБН В.2.5-75:2013 “Fognatura. Reti e impianti esterni”, per tubi di diametro 50 mm la pendenza minima è di 0,03 (3 cm per metro), per tubi da 100 mm di 0,02 (2 cm per metro), e per 150 mm e oltre di 0,008 (0,8 cm per metro). Il rispetto di questi valori è di importanza critica per garantire la capacità autopulente della tubazione, che previene la formazione di intasamenti e depositi. Una pendenza insufficiente causa la sedimentazione delle particelle solide, mentre una pendenza eccessiva provoca un deflusso rapido della fase liquida senza il trasporto dei solidi, il che causa anch’esso intasamenti.

Il calcolo delle pendenze dipende anche dalla velocità del flusso dell’acqua, che deve essere compresa tra 0,7 e 1,0 m/s per gli scarichi domestici. A velocità inferiori a 0,7 m/s si verifica la sedimentazione, mentre a velocità superiori a 1,0 m/s si ha un’usura accelerata dei tubi e un’alterazione del regime idraulico. Per i tubi della fognatura esterna si utilizzano spesso tubi in cloruro di polivinile (PVC) di classe di rigidità SN4 o SN8, che ne garantisce la resistenza ai carichi esterni del terreno. I tubi interni sono generalmente realizzati in polipropilene (PP) per la loro migliore resistenza termica e le proprietà di isolamento acustico. La scelta corretta dei materiali e dei diametri, secondo la norma ДСТУ Б В.2.5-30:2007 “Fognatura. Portate di calcolo delle acque reflue”, garantisce un regime idraulico ottimale e la durabilità del sistema. La lunghezza totale dei tratti con un’unica pendenza non dovrebbe superare i 10-12 metri fino al successivo pozzetto di ispezione o cambio di direzione.

Nel contesto della progettazione, è importante considerare che ogni curva o deviazione del tubo riduce l’efficienza dello scorrimento libero. Si raccomanda pertanto di utilizzare il numero minimo di curve e, quando necessario, di impiegare due raccordi da 45° invece di uno da 90° per ridurre le perdite idrauliche e minimizzare il rischio di intasamenti. Secondo le norme ДБН, nei tratti rettilinei delle tubazioni, nonché nei punti di cambio di direzione, di diametro o di collegamento, devono essere previsti pozzetti di ispezione. Ciò consente di effettuare il controllo, la pulizia e la manutenzione del sistema, elemento chiave per garantirne l’affidabilità per l’intera durata dell’esercizio.

La fognatura in pressione è la soluzione ottimale nei casi in cui l’uso di un sistema a gravità è impossibile o economicamente svantaggioso. Ciò riguarda i terreni con morfologia complessa, un livello elevato della falda freatica, una distanza significativa dalle reti centralizzate o la necessità di sollevare gli scarichi a una quota maggiore. L’elemento centrale del sistema in pressione è la stazione di pompaggio fognaria (SPF), che può essere sia locale (per una singola casa) sia collettiva (per complessi residenziali o centri abitati). La scelta del tipo e della potenza dell’apparecchiatura di pompaggio è una fase chiave della progettazione.

Nella progettazione della SPF occorre considerare le portate massime e minime delle acque reflue in arrivo, per garantire un funzionamento efficiente delle pompe ed evitare avviamenti/arresti troppo frequenti. Per le utenze private si utilizzano generalmente SPF compatte con una o due pompe sommergibili, dotate di un meccanismo trituratore (per gli scarichi fecali). La pressione nella tubazione in pressione può raggiungere 0,6-1,0 MPa (6-10 atmosfere), pertanto per la sua posa si utilizzano tubi ad alta resistenza, come il polietilene a bassa densità (PEAD) delle serie PE100 o PE80, con pressione nominale PN10 o PN16. Questi tubi si caratterizzano per un’elevata resistenza alla corrosione, ai danni meccanici e per la capacità di sopportare una pressione interna significativa. Il collegamento di tali tubi viene eseguito mediante saldatura a manicotto elettrico o saldatura di testa, il che garantisce tenuta e affidabilità delle giunzioni.

Una caratteristica importante dei sistemi in pressione è l’assenza della necessità di rispettare le pendenze della tubazione, il che semplifica il tracciato e riduce il volume degli scavi. Tuttavia, i sistemi in pressione richiedono un’alimentazione elettrica regolare e la manutenzione dell’apparecchiatura di pompaggio. Fonti di alimentazione di riserva o sistemi di commutazione automatica su un’altra pompa sono obbligatori per garantire un funzionamento ininterrotto. Inoltre, occorre prevedere valvole di intercettazione (valvole di non ritorno) per impedire il riflusso delle acque reflue quando la pompa si arresta. Tutti questi aspetti sono regolamentati dalla norma ДБН В.2.5-75:2013 e richiedono un calcolo ingegneristico preciso per garantire un’elevata affidabilità e ridurre al minimo la resistenza del calcestruzzo nelle strutture della SPF.

Una progettazione efficiente dei sistemi fognari inizia con un calcolo accurato della portata e dei parametri idraulici, fondamentale per garantire un funzionamento ininterrotto. Per i sistemi a gravità, sono fondamentali la determinazione delle portate di calcolo delle acque reflue, la velocità del flusso e le pendenze. Secondo la norma ДБН В.2.5-64:2012, le portate di calcolo delle acque reflue si determinano in base al numero di apparecchi sanitari e alle loro caratteristiche, tenendo conto dei coefficienti di contemporaneità d’uso. Ad esempio, per gli edifici residenziali si assume un consumo medio di acqua per persona, moltiplicato per il numero di abitanti, con coefficienti correttivi.

Il diametro della tubazione viene scelto in modo da garantire una capacità di portata sufficiente per i flussi massimi, mantenendo al contempo una velocità di flusso ottimale per l’autopulizia. Per la fognatura domestica, il diametro delle colonne interne è generalmente di almeno 100 mm, gli scarichi dai WC sono di 100 mm, mentre quelli da lavabi e docce sono di 50 mm. Le reti esterne, a seconda del numero di allacciamenti e del volume totale degli scarichi, possono avere un diametro da 150 mm a 400 mm e oltre. Il calcolo idraulico viene eseguito con le formule di Chézy-Manning o altre relazioni empiriche che tengono conto del coefficiente di scabrezza del materiale dei tubi (per i tubi in PVC/PP è pari a 0,009-0,011), del diametro e della pendenza.

Per i sistemi in pressione, il calcolo della potenza delle pompe è prioritario. Esso comprende la determinazione della prevalenza statica (differenza di quota tra il punto di raccolta e quello di scarico), delle perdite di carico per attrito nella tubazione (che dipendono dal diametro, dalla lunghezza, dalla velocità del flusso e dal coefficiente di scabrezza) e delle perdite localizzate (su curve, saracinesche). La prevalenza totale della pompa deve superare la somma di tutte queste perdite con un certo margine (10-15%). È inoltre importante determinare correttamente il diametro ottimale della tubazione in pressione, che consenta di minimizzare le perdite di pressione e, di conseguenza, ridurre il consumo energetico delle pompe, il che incide direttamente sui costi di esercizio (TCO). La scelta di materiali come il PEAD PE100 PN16 garantisce la durabilità del sistema in condizioni di alta pressione. Tutte le soluzioni progettuali devono essere motivate da calcoli idraulici e conformi ai requisiti della norma ДБН В.2.5-75:2013.

La qualità dell’installazione è un fattore determinante per la durabilità e l’affidabilità di qualsiasi sistema fognario. Per la fognatura a gravità, è di importanza critica il rispetto preciso delle pendenze di progetto. La posa dei tubi viene effettuata su una base preparata – di norma un letto di sabbia dello spessore di 10-15 cm, che garantisce una distribuzione uniforme del carico e previene la deformazione dei tubi. I tubi devono essere fissati saldamente, in particolare nei punti di curva e di ingresso nell’edificio. I collegamenti dei tubi in PVC o PP vengono eseguiti mediante guarnizioni in gomma e giunti a bicchiere, che garantiscono la tenuta e una certa mobilità in caso di dilatazioni termiche.

Nella posa della fognatura a gravità sotto le peculiarità delle fondazioni, occorre prevedere guaine (custodie) protettive di diametro maggiorato (di 20-30 mm) per evitare il contatto dei tubi con la struttura in cemento della fondazione e proteggerli da eventuali cedimenti o deformazioni. Lo spazio tra il tubo e la guaina viene sigillato con materiali elastici impermeabili. I pozzetti di ispezione, parte integrante delle reti a gravità, vengono installati sui tratti rettilinei ogni 30-50 metri, nonché nei punti di cambio di direzione o di diametro della tubazione. La loro profondità e struttura (generalmente in anelli di cemento armato o elementi polimerici) devono essere conformi ai requisiti delle norme ДБН.

L’installazione della fognatura in pressione presenta caratteristiche proprie. Poiché i tubi sono sottoposti a pressione costante, il requisito principale è la tenuta assoluta di tutte le giunzioni. Per i tubi in PEAD, i collegamenti più diffusi sono quelli saldati (a manicotto elettrico o saldatura di testa), che garantiscono la monoliticità della tubazione. Prima del riempimento con terra, è obbligatorio eseguire un collaudo idraulico del sistema alla pressione di esercizio, che deve essere superiore del 20-30% rispetto alla pressione massima di esercizio. La stazione di pompaggio (SPF) viene installata in uno scavo preparato in anticipo. In questo caso è importante garantirne un’impermeabilizzazione affidabile e l’ancoraggio per prevenire il galleggiamento in condizioni di falda freatica elevata. L’installazione di valvole di non ritorno all’uscita delle pompe è obbligatoria per prevenire il riflusso degli scarichi. Tutti i lavori devono essere eseguiti da specialisti qualificati nel rispetto delle schede tecnologiche e della documentazione progettuale, in conformità con le norme ДБН В.2.5-75:2013.

L’affidabilità di un sistema fognario non dipende solo dalla qualità dei materiali e dell’installazione, ma anche da una manutenzione efficace e da una prevenzione tempestiva. Per i sistemi a gravità, i problemi principali sono gli intasamenti, che possono essere causati da una pendenza errata, dall’introduzione di oggetti estranei o da depositi di grasso. La prevenzione regolare include l’uso di prodotti speciali per sciogliere i depositi di grasso e la pulizia meccanica (con cavo o metodo idrodinamico). È importante comprendere che lo scarico di rifiuti domestici, materiali edili o quantità eccessive di grasso nella fognatura ne riduce significativamente la durata di vita e provoca intasamenti frequenti. Un errore tipico è l’uso di tubi metallici nel terreno senza un’adeguata protezione anticorrosiva, il che ne causa il rapido deterioramento.

Per i sistemi in pressione, i problemi principali sono legati al funzionamento dell’apparecchiatura di pompaggio: usura delle parti mobili (giranti, guarnizioni), intasamento della pompa (in particolare senza meccanismo trituratore), guasto dei sensori di livello a galleggiante e interruzioni dell’alimentazione elettrica. La manutenzione regolare della SPF, che include l’ispezione visiva, la pulizia, il controllo del livello dell’olio nei riduttori (se presenti) e il test dei componenti elettrici, è garanzia del suo funzionamento duraturo. La frequenza della manutenzione dipende dall’intensità d’uso e dal tipo di scarichi, ma di norma viene effettuata ogni 6-12 mesi. Uno degli errori più comuni è ignorare l’allarme di livello di emergenza degli scarichi, il che può portare all’allagamento della SPF e a gravi danni all’apparecchiatura. L’uso di pompe di riserva o di sistemi di alimentazione ininterrotta aumenta significativamente l’affidabilità dei sistemi in pressione.

Per entrambi i tipi di sistema, la tenuta è un elemento critico. Qualsiasi perdita non solo provoca l’inquinamento del terreno e delle falde acquifere, ma può anche causare danni alle fondazioni dell’edificio a causa dell’erosione. Le prove di tenuta vengono generalmente effettuate dopo l’installazione e prima della messa in esercizio. Per i sistemi a gravità si tratta di prove con acqua a bassa pressione o con fumo, per quelli in pressione con la pressione di esercizio. Il rispetto di queste regole permette di evitare gravi problemi e costose riparazioni in futuro. I servizi di esercizio devono rispettare rigorosamente i programmi di lavori preventivi e reagire tempestivamente a qualsiasi anomalia nel funzionamento del sistema, utilizzando metodi diagnostici moderni, come l’ispezione televisiva delle tubazioni.

La scelta dei materiali e dei componenti corretti per il sistema fognario è fondamentale per la sua durabilità, affidabilità ed efficienza. Per la fognatura a gravità, sia interna che esterna, i più diffusi sono i tubi polimerici. La fognatura interna viene più spesso realizzata con tubi in polipropilene (PP), che presentano una buona resistenza termica (fino a 95°C), un basso livello di rumore durante lo scarico dell’acqua e resistenza chimica. Si collegano facilmente mediante giunti a bicchiere con guarnizioni in gomma, che garantiscono la tenuta anche in caso di piccole deformazioni termiche. I diametri variano da 32 mm a 110 mm.

Per la fognatura a gravità esterna si utilizzano prevalentemente tubi in cloruro di polivinile (PVC) di colore arancione, che presentano una rigidità anulare maggiorata (SN4, SN8, SN10, SN16) e sono destinati alla posa interrata. La classe di rigidità SN4 è sufficiente per la maggior parte delle case private a profondità di posa ridotta (fino a 2 m), mentre SN8 e superiori si applicano per la posa sotto strade o a profondità significative. Anche questi tubi si collegano mediante bicchiere. Oltre ai tubi, si utilizzano raccordi: curve (45°, 90°, 67°), raccordi a T, ispezioni, riduzioni per altri diametri. Le ispezioni (aperture speciali per l’accesso alla tubazione) devono essere installate su ogni colonna e sui tratti rettilinei di lunghezza superiore a 10-12 m, come richiesto dalla norma ДБН В.2.5-64:2012.

Per i sistemi fognari in pressione si utilizzano tubi in grado di sopportare una pressione interna significativa. La soluzione migliore sono i tubi in polietilene a bassa densità (PEAD) delle serie PE80 o PE100 con SDR (Standard Dimension Ratio) da 26 a 11, corrispondente a una pressione di esercizio da PN 6,3 a PN 16. Minore è il valore di SDR, maggiore è la pressione di esercizio che il tubo può sopportare. Il collegamento dei tubi in PEAD viene eseguito mediante saldatura di testa, manicotti elettrosaldabili o giunzioni flangiate, il che garantisce elevata affidabilità e tenuta. Oltre ai tubi, per i sistemi in pressione i componenti critici sono le pompe fecali sommergibili (per la SPF), gli interruttori a galleggiante, le valvole di non ritorno e le saracinesche. Il corpo della SPF può essere realizzato in vetroresina rinforzata, polietilene o cemento armato, a seconda delle dimensioni e dei requisiti del progetto. La scelta di questi elementi deve essere conforme alle condizioni di esercizio e garantire un’elevata resistenza alla corrosione e resistenza meccanica, per sopportare l’ambiente aggressivo delle acque reflue.

I moderni sistemi fognari, in particolare quelli in pressione, sono sempre più integrati con sistemi di automazione e monitoraggio, il che consente di aumentarne significativamente l’efficienza e l’affidabilità e di ridurre i costi di esercizio. L’automazione della SPF include il controllo del funzionamento delle pompe in base al livello degli scarichi nella vasca di accumulo. A tale scopo si utilizzano sensori di livello a galleggiante o misuratori di livello a ultrasuoni. Ad esempio, il sistema può essere programmato per l’avvio alternato di due pompe (per un’usura uniforme), l’inserimento automatico della pompa di riserva in caso di guasto di quella principale, nonché l’inserimento di emergenza di entrambe le pompe in caso di livello di scarichi criticamente elevato.

I sistemi di monitoraggio consentono di seguire a distanza i parametri chiave del funzionamento della SPF: livello degli scarichi, corrente assorbita dalle pompe, temperatura dei motori, presenza di alimentazione elettrica e stato generale dell’apparecchiatura. I dati possono essere trasmessi tramite moduli GSM a una centrale operativa o inviati come messaggi SMS ai telefoni cellulari del personale responsabile. Ciò consente di reagire tempestivamente alle situazioni di emergenza, effettuare diagnosi e pianificare la manutenzione preventiva, riducendo al minimo il rischio di guasti e fermi macchina. Ad esempio, un aumento della corrente assorbita dalla pompa può indicare un intasamento o un’usura, che richiede un intervento immediato.

Per i sistemi a gravità, l’automazione è meno diffusa, ma può includere sistemi di monitoraggio del flusso e del livello nei punti critici (ad esempio, prima dell’ingresso nella rete cittadina o prima degli impianti di depurazione locali). Possono inoltre essere installati sensori per l’individuazione delle perdite. L’integrazione di questi dati in un sistema di gestione generale delle case modulari o di altri edifici consente di creare “case intelligenti” o “città intelligenti”, in cui tutti gli impianti tecnologici funzionano come un unico organismo interconnesso. Ciò non solo aumenta il comfort, ma contribuisce anche a un uso più razionale delle risorse e a una riduzione dell’impatto ambientale. L’uso di sistemi SCADA per grandi impianti consente di visualizzare l’intera rete, analizzare i dati e ottimizzare il funzionamento in tempo reale.