FGN-0006 · Fognature · Livello Intermedio
Quale grado di riempimento adottare nel dimensionamento di una condotta fognaria
Criteri pratici per scegliere il rapporto tra tirante idrico e diametro, conservando capacità residua, aerazione e regolarità del deflusso.
Ultimo aggiornamento: 2026-09-01
In sintesi
Il grado di riempimento di una condotta fognaria circolare è espresso dal rapporto h/D tra il tirante idrico e il diametro interno. La sua scelta non dipende soltanto dalla portata smaltibile, ma anche dalla necessità di conservare un franco, favorire l'aerazione, limitare il rischio di funzionamento in pressione e assorbire le incertezze della stima idrologica e delle condizioni di esercizio.
Un valore h/D pari a 0,70 costituisce un riferimento progettuale frequente per molte condotte, ma non rappresenta una prescrizione universale. Il valore ammissibile deve essere verificato rispetto al tipo di rete, al diametro, alle condizioni di valle e alle regole dell'ente gestore. Per i diametri minori possono essere richiesti limiti più cautelativi, mentre valori prossimi a 0,80 richiedono una motivazione e verifiche più approfondite.
Introduzione
Le condotte fognarie a gravità vengono normalmente dimensionate per funzionare a pelo libero. La portata di progetto deve quindi transitare lasciando una parte della sezione libera, anziché occupare stabilmente l'intero diametro.
La porzione non occupata dall'acqua costituisce un margine utile per l'aerazione della rete, per le oscillazioni della superficie libera e per gli incrementi di portata non perfettamente rappresentati dal calcolo. Riduce inoltre la probabilità che piccole variazioni delle condizioni di valle determinino il passaggio al funzionamento in pressione.
Stabilire il grado di riempimento massimo è perciò una vera scelta progettuale e non un semplice passaggio numerico.
Che cosa si intende per grado di riempimento
Per una condotta circolare il grado di riempimento è generalmente espresso dal rapporto:
h/D
dove h è il tirante idrico misurato dal fondo della condotta e D è il diametro interno.
Un valore h/D = 0,50 indica che il livello raggiunge metà diametro; h/D = 0,70 indica che l'acqua occupa in altezza il 70% del diametro; h/D = 1,00 corrisponde al riempimento geometrico completo.
Il parametro deve essere sempre riferito al diametro interno effettivo. L'uso del diametro nominale o del diametro esterno può produrre errori, soprattutto per tubazioni con spessori differenti in funzione del materiale o della classe di rigidità.
Grado di riempimento h/D di una condotta circolare e confronto tra alcuni livelli di riferimento.
Perché non si dimensiona normalmente a sezione piena
Dimensionare una condotta a gravità affinché la portata di progetto coincida con la capacità a sezione piena elimina quasi interamente il margine disponibile.
In esercizio possono intervenire scostamenti rispetto alle ipotesi di calcolo: portate maggiori del previsto, ingressi parassiti, depositi, deformazioni, riduzione della sezione utile, variazioni di scabrezza, rigurgiti o livelli elevati nel recapito. Se la condotta è già prossima al completo riempimento, anche una variazione modesta può generare sovraccarico e pressurizzazione.
La presenza di aria non garantisce da sola la sicurezza idraulica, ma rappresenta un elemento importante per il funzionamento regolare di una rete concepita a pelo libero.
Il rapporto h/D non coincide con la percentuale di portata
Nelle sezioni circolari parzialmente riempite, area bagnata e raggio idraulico variano in modo non lineare con il tirante. Di conseguenza, un grado di riempimento del 70% non corrisponde al 70% della portata a sezione piena.
A parità di pendenza e scabrezza, utilizzando una formula di moto uniforme come Gauckler-Strickler o Manning, per h/D = 0,70 la portata è indicativamente pari a circa l'84% della portata di riferimento a sezione piena. Per h/D = 0,80 il rapporto è prossimo al 98%.
La portata a pelo libero raggiunge inoltre un massimo quando il tirante è poco inferiore al diametro, indicativamente intorno a h/D = 0,94. Questo risultato geometrico non rende opportuno progettare stabilmente in tale campo: vicino alla sommità la condotta è più sensibile alle perturbazioni e al passaggio dal moto a pelo libero al moto in pressione.
Il valore 0,70 come riferimento progettuale
Per molte condotte fognarie esterne si assume frequentemente un grado di riempimento massimo h/D pari a circa 0,70. Il valore lascia un franco pari al 30% del diametro e rappresenta un compromesso tra utilizzazione della sezione e margine di esercizio.
Deve però essere considerato un riferimento iniziale, non una regola valida in ogni situazione. Alcune linee guida richiedono limiti più restrittivi per le tubazioni di piccolo diametro, ad esempio h/D non superiore a 0,50 per D fino a 400 mm, valori intermedi per diametri compresi tra 400 e 600 mm e h/D non superiore a 0,70 per diametri maggiori.
Altri criteri affiancano al rapporto h/D un franco verticale minimo. L'adozione finale deve pertanto rispettare il disciplinare dell'ente gestore, le condizioni poste dall'amministrazione competente e gli specifici requisiti del progetto.
Quando può essere opportuno un limite pari a 0,50
Un limite h/D pari a 0,50 è particolarmente cautelativo e viene spesso adottato o prescritto per condotte di piccolo diametro.
La scelta consente di conservare una porzione significativa della sezione libera e limita la sensibilità a ostruzioni, depositi e immissioni concentrate. Può essere utile nelle reti nere, dove la portata presenta forti variazioni giornaliere e il trasporto di materiali solidi richiede attenzione alle condizioni di esercizio.
Non bisogna tuttavia ritenere che un minore riempimento garantisca automaticamente l'autopulizia. A parità di condotta, portate ridotte possono produrre tiranti e tensioni tangenziali insufficienti. La verifica del riempimento massimo deve quindi essere affiancata alla verifica delle condizioni minime di deflusso.
Quando valutare un limite prossimo a 0,80
Un valore h/D prossimo a 0,80 utilizza quasi interamente la capacità a pelo libero della condotta e lascia un franco geometrico ridotto. Può essere preso in esame quando lo consentono le prescrizioni applicabili e quando portate, condizioni di valle, scabrezza e margini di sicurezza sono definiti con adeguata affidabilità.
Non dovrebbe essere assunto come valore automatico per ridurre il diametro. Occorre verificare almeno la sensibilità alle portate, il comportamento nei nodi, la presenza di rigurgiti, la quota del recapito e la possibilità di transitori o onde di riempimento.
Se il risultato del calcolo è molto vicino al limite, l'adozione del diametro commerciale superiore è spesso più robusta rispetto all'utilizzo completo della sezione teoricamente disponibile.
Differenze tra fognature nere, miste e meteoriche
Nelle fognature nere il grado di riempimento massimo deve essere valutato insieme alle portate minime, alla capacità di trasporto dei solidi, alla ventilazione e agli ingressi parassiti. Un elevato margine di capacità non elimina il rischio di sedimentazione durante le ore di bassa portata.
Nelle fognature meteoriche la portata di progetto dipende dal tempo di ritorno, dal modello afflussi-deflussi e dal tempo di corrivazione. Il franco deve assorbire le incertezze idrologiche e non può sostituire le verifiche per eventi più gravosi di quello adottato nel dimensionamento.
Nelle fognature miste occorre considerare sia il funzionamento in tempo secco sia quello durante gli eventi meteorici. La scelta deve essere coordinata con scolmatori, vasche, sollevamenti e capacità del sistema a valle.
Grado di riempimento e franco verticale
Il rapporto h/D esprime un franco relativo. Due condotte con lo stesso grado di riempimento possono però avere franchi verticali molto differenti.
Con h/D = 0,70, una condotta DN 300 presenta un franco geometrico di circa 90 mm, mentre una DN 1000 presenta circa 300 mm. Per questo motivo alcune linee guida prescrivono, oltre al rapporto massimo, anche un franco minimo espresso in centimetri.
Nei piccoli diametri può quindi risultare determinante il limite sul grado di riempimento; nei grandi collettori è opportuno controllare contemporaneamente sia h/D sia il franco verticale disponibile.
Grado di riempimento e velocità
La velocità in una condotta circolare parzialmente riempita non varia in proporzione diretta al tirante. Aumentando h/D, il raggio idraulico cresce e la velocità può superare quella calcolata prendendo come riferimento la sezione completamente piena in moto uniforme.
La massima velocità relativa si presenta indicativamente intorno a h/D = 0,80. Questo comportamento spiega perché il limite di riempimento debba essere coordinato con le verifiche di velocità minima e massima.
Una condotta può rispettare il limite h/D alla portata di progetto e risultare comunque critica per sedimentazione alle portate ordinarie oppure per velocità eccessive nei tratti molto pendenti.
Il ruolo delle condizioni di valle
Il grado di riempimento ricavato con il moto uniforme rappresenta la condizione associata a una condotta prismatica con pendenza, geometria e scabrezza costanti. Nella rete reale il tirante può essere controllato dalle condizioni di valle.
Livelli elevati nel recapito, confluenze, restringimenti, pozzetti, salti, cambi di pendenza e tratti sottodimensionati possono generare profili di rigurgito e portare il livello al di sopra di quello uniforme.
Nei tratti potenzialmente influenzati da valle non è sufficiente verificare h/D con una singola formula locale: occorre eseguire il calcolo del profilo idraulico o una simulazione della rete.
Il funzionamento in pressione è una verifica diversa
Quando h/D raggiunge 1,00 la condotta non dispone più di superficie libera. Se la linea piezometrica sale oltre la generatrice superiore, il moto diventa in pressione e il calcolo deve considerare carichi piezometrici, perdite distribuite e localizzate, pozzetti ed eventuali fuoriuscite.
La capacità a sezione piena calcolata con una formula di moto uniforme non descrive da sola il comportamento di una rete sovraccarica. Nei modelli dinamici il passaggio tra pelo libero e pressione richiede una rappresentazione specifica.
È quindi importante non interpretare h/D maggiore o uguale a 1 come un normale grado di riempimento ammissibile di progetto per una condotta prevista a gravità.
Un esempio di scelta
Si consideri una condotta circolare per la quale la portata di progetto è Qp = 0,20 m³/s. Se si adotta come limite h/D = 0,70, la scala di deflusso fornisce indicativamente Q/Qr = 0,84, dove Qr è la portata di riferimento a sezione piena calcolata con la stessa pendenza e scabrezza.
La condotta scelta dovrà quindi avere una portata Qr almeno pari a:
Qr = 0,20 / 0,84 = 0,238 m³/s circa.
Si seleziona il diametro commerciale immediatamente adeguato e si ricalcola il tirante effettivo per Qp. Successivamente si verificano velocità, franco, condizioni di valle e comportamento alle portate minime o agli scenari più gravosi, secondo il tipo di rete.
L'esempio mostra perché non sia corretto dimensionare il diametro confrontando direttamente Qp con la sola capacità a sezione piena.
Analisi di sensibilità
Quando il diametro ottenuto dipende in modo significativo dal limite scelto, è utile confrontare più scenari, ad esempio h/D = 0,50, 0,70 e 0,80.
Per ciascuno scenario si determinano diametro commerciale, tirante effettivo, velocità, franco e capacità residua. Il confronto rende esplicito il vantaggio economico di un diametro minore e il corrispondente aumento della sensibilità idraulica.
È opportuno ripetere la verifica variando anche scabrezza, portata e livello di valle. Se piccole variazioni determinano il completo riempimento, la soluzione possiede un margine progettuale insufficiente.
Errori frequenti
Tra gli errori più comuni nella scelta e nella verifica del grado di riempimento rientrano:
- assumere h/D = 0,70 come prescrizione universale;
- confondere il grado di riempimento con il rapporto tra portata e portata a sezione piena;
- utilizzare il diametro esterno o nominale invece del diametro interno;
- dimensionare direttamente a sezione piena senza un margine motivato;
- applicare lo stesso limite a reti nere, miste e meteoriche senza valutarne il funzionamento;
- trascurare le prescrizioni del gestore;
- verificare soltanto la portata massima e ignorare le condizioni di autopulizia;
- non considerare rigurgiti e livelli di valle;
- interpretare il superamento di h/D = 1 come una normale verifica a pelo libero;
- scegliere il diametro teorico senza ricalcolare il tirante nel diametro commerciale.
Una procedura pratica
Una procedura operativa può essere articolata nei seguenti passaggi:
1. definire il tipo di rete e gli scenari di portata da verificare; 2. individuare le norme, le linee guida e le prescrizioni dell'ente gestore applicabili; 3. assumere un limite iniziale h/D coerente con diametro, funzione della condotta e livello di affidabilità dei dati; 4. calcolare la capacità della sezione con pendenza, diametro interno e scabrezza adottati; 5. determinare il tirante corrispondente alla portata di progetto, senza assimilare h/D a Q/Qr; 6. selezionare il diametro commerciale e ripetere la verifica; 7. controllare il franco relativo e quello verticale; 8. verificare velocità, tensione tangenziale o altri criteri di autopulizia alle portate significative; 9. valutare rigurgiti, nodi e condizioni di valle con un modello adeguato quando necessario; 10. eseguire un'analisi di sensibilità su portata, scabrezza e grado di riempimento; 11. documentare nel progetto il criterio adottato e la sua fonte.
Riferimenti tecnici e limiti di applicazione
La UNI EN 752:2017 costituisce il riferimento generale per i requisiti funzionali, la pianificazione, la progettazione, l'esercizio e la riabilitazione dei sistemi di drenaggio e fognatura esterni agli edifici.
I valori numerici del grado di riempimento sono spesso specificati nei regolamenti e nelle linee guida dei gestori. A titolo esemplificativo, le Linee guida per la progettazione, realizzazione e collaudo delle reti fognarie nell'ATO della Provincia di Pavia indicano generalmente h/D circa pari a 0,70, h/D inferiore a 0,80, un franco minimo e un limite più cautelativo per i piccoli diametri. Il Regolamento d'utenza di Pavia Acque adotta limiti differenziati, pari a 0,50 fino a 400 mm, 0,60 tra 400 e 600 mm e 0,70 oltre 600 mm.
Questi valori illustrano criteri tecnici ricorrenti ma non sostituiscono le prescrizioni applicabili al singolo intervento. Prima del dimensionamento definitivo occorre verificare il regolamento vigente del gestore competente e distinguere le reti esterne dagli impianti di scarico interni agli edifici, disciplinati da riferimenti specifici.
Conclusioni
Il grado di riempimento deve consentire alla portata di progetto di transitare conservando un margine coerente con il tipo di rete e con le incertezze del calcolo.
Il valore h/D = 0,70 rappresenta un riferimento frequente, ma la scelta corretta deriva dal confronto tra prescrizioni del gestore, diametro, franco, velocità, condizioni di valle e comportamento alle diverse portate. Per le condotte di piccolo diametro può essere necessario adottare valori più cautelativi; l'uso di h/D vicino a 0,80 richiede invece verifiche più approfondite.
Il criterio più robusto consiste nel fissare un limite motivato, dimensionare la condotta, ricalcolare il tirante effettivo nel diametro commerciale e verificare l'intero sistema, non soltanto il singolo tratto in moto uniforme.
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Domande frequenti
Che cos'è il grado di riempimento di una condotta fognaria?
È il rapporto h/D tra il tirante idrico h e il diametro interno D della condotta. Indica quale frazione dell'altezza della sezione è occupata dall'acqua.
È sempre corretto adottare h/D = 0,70?
No. È un riferimento progettuale frequente, ma il limite deve essere coerente con il tipo di rete, il diametro, il franco richiesto, le condizioni di valle e soprattutto le prescrizioni del gestore competente.
Un riempimento del 70% corrisponde al 70% della portata a sezione piena?
No. In una sezione circolare area bagnata e raggio idraulico variano in modo non lineare. A parità di pendenza e scabrezza, per h/D = 0,70 la portata è indicativamente circa l'84% della portata di riferimento a sezione piena.
Perché per le tubazioni piccole si può adottare h/D = 0,50?
Il limite più cautelativo conserva maggiore capacità residua e riduce la sensibilità a ostruzioni, depositi e immissioni concentrate. Può inoltre essere imposto dalle linee guida del gestore.
Si può dimensionare una fognatura a sezione completamente piena?
Una condotta prevista a gravità viene normalmente dimensionata lasciando superficie libera e un margine di capacità. Il funzionamento in pressione è una condizione diversa e richiede verifiche specifiche della linea piezometrica e dei possibili sovraccarichi.
Il rispetto del grado di riempimento garantisce l'autopulizia?
No. Occorre verificare separatamente le condizioni di velocità, tensione tangenziale o altri criteri di trasporto dei solidi alle portate effettivamente significative, comprese quelle minime.