FGN-0008 · Fognature · Livello Intermedio
Quale velocità minima garantire per evitare sedimentazioni
Criteri pratici per verificare il trasporto dei solidi nelle condotte fognarie considerando portata, tirante, pendenza, tensione tangenziale e frequenza delle condizioni autopulenti.
Ultimo aggiornamento: 2026-09-02
In sintesi
Il valore di 0,5 m/s è frequentemente utilizzato come primo riferimento per limitare i depositi nelle condotte fognarie, ma non rappresenta una soglia universale capace di garantire in ogni situazione l'autopulizia.
La verifica deve specificare la portata alla quale la velocità viene calcolata e considerare natura dei solidi, tirante, diametro, pendenza, scabrezza e frequenza delle condizioni di flusso. Nei casi più delicati è opportuno affiancare alla velocità la tensione tangenziale al fondo. Se le condizioni richieste non sono raggiungibili, il progetto deve prevedere soluzioni geometriche, dispositivi di lavaggio o una manutenzione programmata.
Introduzione
Le acque reflue e meteoriche possono trasportare sabbie, materiali organici, fibre, grassi e altri solidi. Se la corrente non possiede energia sufficiente, una parte di questi materiali si deposita sul fondo, riduce progressivamente la sezione utile e aumenta il rischio di ostruzioni, cattivi odori e fenomeni settici.
Per questo motivo il dimensionamento delle condotte fognarie non deve limitarsi alla verifica della portata massima. Occorre valutare anche il funzionamento alle portate ordinarie e stabilire se, con adeguata frequenza, si sviluppano condizioni capaci di limitare o rimuovere i depositi.
La cosiddetta velocità di autopulizia rappresenta un criterio semplice, ma deve essere utilizzato conoscendone significato e limiti.
Che cosa si intende per velocità minima
La velocità media della corrente è definita dal rapporto:
v = Q / A
dove Q è la portata e A è l'area della sezione effettivamente bagnata.
La velocità minima di progetto è il valore assunto come riferimento per valutare se la corrente possiede una capacità sufficiente a limitare la sedimentazione o a rimobilitare parte dei materiali depositati.
Non deve essere calcolata utilizzando automaticamente l'area della condotta piena. Nelle reti a gravità l'area bagnata dipende dal tirante corrispondente alla portata considerata.
Effetto della velocità della corrente sul deposito e sulla rimobilitazione dei solidi in una condotta fognaria.
Il riferimento di 0,5 m/s
Il valore v = 0,5 m/s è frequentemente richiamato nella pratica italiana come riferimento indicativo per le acque nere. Le Linee guida per la progettazione delle reti fognarie nell'ATO della Provincia di Pavia richiamano il valore di 50 cm/s per la portata nera media, sulla base delle istruzioni ministeriali del 1974.
Gli indirizzi 2024 di Pavia Acque prescrivono, per i collettori misti nelle comuni condizioni di pianura, la verifica di una velocità non inferiore a 0,5 m/s con la portata nera di punta, prevedendo dispositivi di lavaggio quando il controllo non è soddisfatto.
Il valore costituisce quindi un riferimento concreto, ma deve essere associato alla portata e al campo di applicazione indicati dalla fonte. Altri gestori o disciplinari possono richiedere criteri differenti o valori più elevati.
Perché 0,5 m/s non è una soglia universale
Due correnti con la stessa velocità media possono avere capacità di trasporto differenti. Il risultato dipende dal tirante, dal raggio idraulico, dalla pendenza, dalla forma della sezione e dalle caratteristiche dei materiali presenti.
Sabbie minerali, sostanze organiche, grassi, fibre e sedimenti coesivi non si comportano nello stesso modo. Anche rugosità, giunti, difetti di posa e biofilm possono favorire l'accumulo.
Di conseguenza, il superamento numerico di 0,5 m/s non dimostra da solo l'assenza futura di depositi, così come un valore leggermente inferiore non implica necessariamente un'ostruzione immediata. Il criterio deve essere interpretato nel contesto della rete.
Prevenire il deposito e rimuovere il deposito
È utile distinguere due obiettivi diversi:
- evitare che le particelle trasportate si depositino durante il deflusso;
- rimobilitare materiali che si sono già accumulati sul fondo.
La seconda condizione può richiedere un'azione idraulica maggiore, soprattutto quando il sedimento è rimasto a lungo nella condotta, si è compattato o presenta componenti coesive e organiche.
Una rete può quindi tollerare brevi periodi a bassa velocità se raggiunge con sufficiente frequenza condizioni capaci di rimuovere gli accumuli iniziali. Il criterio progettuale deve chiarire quale dei due obiettivi si intende verificare.
A quale portata deve essere verificata
Una velocità minima ha significato soltanto se è riferita a una portata definita.
Nelle fognature nere possono essere considerate la portata media, la portata minima, la portata di punta o una portata superata con una determinata frequenza. La scelta deve seguire il disciplinare applicabile e rappresentare il comportamento reale degli utenti serviti.
Nelle fognature miste la verifica di autopulizia viene normalmente riferita alle portate nere in tempo secco, perché non è prudente affidare il funzionamento ordinario esclusivamente agli eventi di pioggia.
Nelle reti meteoriche occorre invece valutare quali eventi si verificano abbastanza frequentemente da produrre un effettivo lavaggio e quali materiali vengono trascinati dalle superfici scolanti.
Portata minima, media e di punta
Durante le ore di minima utilizzazione, soprattutto nei tratti di testa, la portata può essere molto ridotta o intermittente. Pretendere il rispetto continuo di una velocità prefissata può risultare impossibile.
La portata media descrive una condizione globale ma non rappresenta necessariamente le oscillazioni all'interno della giornata. La portata nera di punta produce velocità maggiori e può essere utilizzata, quando previsto, per verificare la capacità periodica di ripresa dei sedimenti.
Nella relazione di calcolo devono essere riportati il valore della portata, il criterio con cui è stata determinata e la frequenza o durata attesa della condizione utilizzata per la verifica.
Il ruolo della tensione tangenziale
La capacità della corrente di agire sul materiale presente al fondo può essere descritta attraverso la tensione tangenziale media:
τ = ρ · g · R · i
dove ρ è la densità del fluido, g è l'accelerazione di gravità, R è il raggio idraulico e i è la pendenza motrice.
La tensione tangenziale misura l'azione media esercitata dalla corrente sul contorno bagnato ed è spesso più direttamente collegata all'inizio del movimento dei sedimenti rispetto alla sola velocità media.
Il valore minimo da assumere non è universale: dipende dalle caratteristiche dei solidi e dal criterio tecnico adottato. Quando richiesto dal gestore o quando la rete presenta condizioni critiche, è opportuno verificare sia velocità sia tensione tangenziale.
Velocità e tensione tangenziale non sono equivalenti
La velocità dipende dal rapporto tra portata e area bagnata; la tensione tangenziale dipende invece da raggio idraulico e pendenza.
Nei piccoli tiranti una corrente può presentare una velocità media apparentemente accettabile ma agire su una porzione limitata del fondo. Viceversa, una corrente con velocità moderata e tirante adeguato può esercitare una tensione significativa.
Per questo motivo non è sempre corretto trasformare una soglia di tensione in un unico valore equivalente di velocità valido per qualsiasi diametro e grado di riempimento.
Influenza del diametro
A parità di portata e pendenza, un diametro maggiore tende a produrre un tirante relativo più basso. Il sovradimensionamento può quindi aumentare il margine rispetto alla portata massima ma peggiorare le condizioni ordinarie di trasporto dei solidi.
Il problema è particolarmente importante nei tratti iniziali delle reti nere e nelle fognature miste, dove il diametro viene spesso determinato dalle portate meteoriche mentre in tempo secco transita soltanto la componente nera.
Diametro, pendenza e velocità minima devono essere verificati congiuntamente. L'adozione del diametro commerciale superiore non è sempre idraulicamente neutra.
Influenza della pendenza
Nel moto uniforme la velocità aumenta con la radice quadrata della pendenza. Con la formula di Gauckler-Strickler:
v = K · R^(2/3) · i^(1/2)
Aumentare la pendenza può quindi migliorare la capacità di trasporto, ma può comportare maggiori profondità di scavo e velocità eccessive alle portate elevate.
La pendenza minima non deve essere scelta soltanto per ottenere un valore di velocità. Occorre controllare l'intero profilo, le quote del recapito, le tolleranze di posa e i limiti massimi connessi al materiale della condotta.
Influenza della scabrezza e dello stato della condotta
Il coefficiente di scabrezza influenza il valore calcolato della velocità. Una tubazione nuova e regolare può fornire risultati più favorevoli rispetto a una condotta con giunti imperfetti, deformazioni, incrostazioni o depositi.
Utilizzare un coefficiente troppo ottimistico può condurre a sovrastimare la capacità autopulente. È opportuno considerare le condizioni future di esercizio e non soltanto la superficie del materiale appena prodotto.
Anche piccoli difetti locali possono trattenere i solidi pur in presenza di una velocità media teoricamente adeguata.
Differenze tra fognature nere, miste e meteoriche
Nelle fognature nere prevalgono materiali organici, fibre, grassi e solidi veicolati dagli scarichi. Le forti variazioni giornaliere rendono importante individuare una portata di verifica rappresentativa.
Nelle fognature miste, durante il tempo secco, una condotta dimensionata per la pioggia può funzionare con tiranti molto ridotti. Gli eventi meteorici possono contribuire al lavaggio, ma possono anche introdurre sabbie e detriti aggiuntivi.
Nelle fognature meteoriche i materiali dipendono dall'uso del suolo, dalla pulizia stradale, dalle caditoie e dalla presenza di aree non pavimentate. Eventi rari e intensi non garantiscono necessariamente il controllo dei depositi prodotti dagli eventi più frequenti.
L'importanza della durata e della frequenza
Raggiungere una determinata velocità per pochi secondi non equivale a mantenerla per un tempo sufficiente a trasportare il materiale lungo il tratto e attraverso i pozzetti successivi.
Una verifica completa dovrebbe considerare quanto spesso si raggiunge la condizione autopulente, per quanto tempo e lungo quale estensione della rete. Nei modelli dinamici queste informazioni possono essere ricavate dalle serie temporali di portata, velocità e tensione tangenziale.
Nei calcoli semplificati è almeno necessario dichiarare se la velocità è associata a una portata media, di punta o di progetto e motivare perché quella condizione è ritenuta significativa.
Pozzetti, confluenze e discontinuità
I depositi non si formano soltanto nei tratti rettilinei. Pozzetti con fondo non sagomato, immissioni controcorrente, bruschi cambi di direzione, salti, giunti sporgenti e variazioni di diametro possono creare zone di bassa velocità o ricircolo.
Una condotta può rispettare il criterio di velocità media e presentare comunque criticità localizzate. Le cunette dei pozzetti dovrebbero accompagnare il flusso e limitare zone morte e soglie.
Il controllo dell'autopulizia deve quindi comprendere anche la geometria dei nodi e non soltanto i risultati numerici dei singoli tratti.
Un esempio di verifica
Si consideri un tratto nel quale, alla portata scelta per la verifica, il calcolo idraulico restituisca:
Q = 15 l/s = 0,015 m³/s
A = 0,028 m²
La velocità media risulta:
v = Q / A = 0,015 / 0,028 = 0,54 m/s circa.
Il valore supera il riferimento di 0,5 m/s, ma la verifica non è ancora completa. Occorre controllare che Q rappresenti la portata richiesta dal disciplinare, valutare tirante e frequenza della condizione, verificare eventuali soglie di tensione tangenziale e accertare che pozzetti e tratti a valle non introducano zone di deposito.
L'esempio mostra perché il confronto con un solo numero debba essere accompagnato dalla descrizione delle condizioni di calcolo.
Quando la verifica non è soddisfatta
Se la velocità o la tensione tangenziale risultano insufficienti, le possibili misure comprendono:
- aumentare la pendenza, quando le quote lo consentono;
- riesaminare il diametro evitando sovradimensionamenti non necessari;
- adottare una cunetta o una sezione di magra nei grandi collettori;
- migliorare la continuità idraulica dei pozzetti;
- installare dispositivi di cacciata o lavaggio;
- prevedere punti di accesso adeguati per lo spurgo;
- definire una frequenza di ispezione e manutenzione coerente con il rischio;
- modificare il tracciato o ricorrere a un sollevamento nei casi non risolvibili a gravità.
La soluzione deve essere valutata insieme ai costi di costruzione, esercizio e manutenzione.
Analisi di sensibilità
È utile ripetere la verifica modificando portata, scabrezza e condizioni di riempimento entro intervalli plausibili.
Per ogni scenario si determinano velocità, tirante, tensione tangenziale e durata attesa. L'analisi consente di capire se il rispetto del criterio dipende da ipotesi molto favorevoli o se la soluzione mantiene un margine adeguato.
Particolare attenzione deve essere dedicata ai tratti in cui una piccola riduzione della portata fa scendere rapidamente il tirante e alle reti destinate a servire insediamenti realizzati per fasi.
Errori frequenti
Tra gli errori più comuni nella verifica della velocità minima rientrano:
- assumere 0,5 m/s come garanzia universale di assenza dei depositi;
- non indicare la portata cui si riferisce la velocità;
- calcolare v con l'area della sezione piena invece che con l'area bagnata effettiva;
- verificare soltanto la portata massima meteorica;
- ignorare durata e frequenza della condizione autopulente;
- trascurare natura e quantità dei solidi;
- utilizzare una scabrezza troppo favorevole;
- sovradimensionare il diametro senza verificare le basse portate;
- considerare equivalenti velocità e tensione tangenziale;
- ignorare pozzetti, discontinuità e difetti di posa;
- non prevedere misure gestionali quando la verifica non può essere soddisfatta.
Una procedura pratica
Una procedura operativa può essere articolata nei seguenti passaggi:
1. individuare il tipo di rete e i materiali solidi presumibilmente presenti; 2. acquisire il criterio di velocità o tensione tangenziale prescritto dal gestore; 3. definire esplicitamente la portata da utilizzare nella verifica; 4. calcolare il tirante e l'area bagnata effettiva nel tratto; 5. determinare la velocità media mediante v = Q/A; 6. calcolare, quando richiesto, la tensione tangenziale al contorno; 7. valutare frequenza e durata delle condizioni capaci di rimobilitare i depositi; 8. controllare diametro, pendenza, scabrezza e geometria dei pozzetti; 9. ripetere la verifica per le condizioni più sfavorevoli e per le fasi di sviluppo della rete; 10. introdurre misure geometriche, dispositivi di lavaggio o manutenzione programmata se necessario; 11. documentare nella relazione dati, formule, criteri e risultati.
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.
Le Linee guida per la progettazione delle reti fognarie nell'ATO della Provincia di Pavia richiamano la velocità indicativa di 0,5 m/s per le acque nere e sottolineano che il valore deve essere valutato rispetto a sedimenti, materiale della condotta e condizioni del progetto.
Gli indirizzi 2024 di Pavia Acque prescrivono nei collettori misti la verifica di v non inferiore a 0,5 m/s con la portata nera di punta e, in caso di esito negativo, la previsione di dispositivi di lavaggio.
Queste indicazioni mostrano l'importanza di associare il valore alla portata e all'ambito applicativo. Prima del dimensionamento definitivo occorre consultare il regolamento vigente del gestore competente.
Conclusioni
Il valore di 0,5 m/s rappresenta un riferimento pratico frequente, ma non deve essere interpretato come una soglia assoluta valida per ogni rete.
La verifica deve utilizzare l'area bagnata corrispondente a una portata esplicitamente definita e considerare diametro, pendenza, scabrezza, natura dei solidi, durata del flusso e geometria dei nodi. Nei casi critici il controllo della tensione tangenziale fornisce un'informazione complementare importante.
Quando le condizioni autopulenti non sono raggiungibili, il progetto deve dichiararlo e prevedere soluzioni tecniche o gestionali capaci di controllare il rischio di sedimentazione.
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Domande frequenti
Qual è la velocità minima da garantire in una condotta fognaria?
Il valore di 0,5 m/s è un riferimento frequente, ma non è universale. Deve essere associato alla portata richiesta dal gestore e verificato rispetto a diametro, tirante, pendenza, solidi trasportati e condizioni di esercizio.
A quale portata deve essere calcolata la velocità minima?
Dipende dal criterio applicabile. Può essere richiesta alla portata media, alla portata nera di punta o a un'altra condizione significativa. La portata utilizzata deve essere sempre dichiarata nella relazione.
Superare 0,5 m/s garantisce che non si formeranno depositi?
No. Il rischio dipende anche da natura dei solidi, tensione tangenziale, durata del flusso, geometria dei pozzetti, scabrezza e difetti locali della condotta.
Velocità minima e tensione tangenziale sono la stessa cosa?
No. La velocità è il rapporto tra portata e area bagnata, mentre la tensione tangenziale descrive l'azione della corrente sul contorno. Possono fornire indicazioni differenti, soprattutto con piccoli tiranti.
Perché un diametro troppo grande può favorire i depositi?
A parità di portata, una condotta più grande può funzionare con un tirante molto basso e condizioni meno efficaci per il trasporto dei solidi.
Che cosa si può fare se la velocità minima non è raggiunta?
Si possono riesaminare pendenza e diametro, migliorare i pozzetti, adottare sezioni di magra o dispositivi di lavaggio e programmare ispezione e pulizia della rete.