Un acquedotto è un'opera, più o meno complessa, costruita per trasportare acqua da un posto ad un altro per soddisfare vari scopi: uso potabile, uso irriguo, uso industriale. La parola deriva dai due termini della latino aqua ("acqua") e ducere ("condurre").
Costruttivamente può essere realizzato in vari modi: con canali artificiali, con tubazioni o con soluzioni miste.
Nel caso di canali il funzionamento può essere solo a pelo libero, nel caso di tubazioni anche in pressione.
Per gli acquedotti potabili, si preferisce il funzionamento in pressione, perché da maggiore garanzia di igienicità, anche se in Puglia è stato realizzato all'inizio del Novecento il Canale Principale dell'Acquedotto Potabile del Sele - Calore, tuttora in esercizio, che funziona a pelo libero.
Molti acquedotti attraversano il paesaggio con dei ponti o somiglianti a dei piccoli fiumi. Acquedotti abbastanza larghi possono essere utilizzati da imbarcazioni. Sono tipi particolari di ponti, che anziché far superare ostacoli a strade e ferrovie, trasportano acqua. Ma, mentre con i ponti stradali si possono raggiungere punti più elevati rispetto al percorso di base, la cosa è ovviamente impossibile per l'acquedotto.
Anche se di abitudine si associa l'acquedotto all'Antica Roma, in realtà la loro invenzione risale ad alcuni secoli prima, quando, nel Medio Oriente, antichi popoli come i babilonesi e gli egiziani costruirono dei sofisticati impianti di irrigazione.
Gli acquedotti di stile romano furono usati sin dal VII secolo a.C., quando gli Assiri costruirono una struttura di calcare alta 10 m e lunga 300 per trasportare l'acqua attraverso una valle fino alla capitale Ninive per una lunghezza totale di 80 km.
I Romani costruirono numerosi acquedotti per portare acqua ai centri abitati e alle industrie. La stessa città di Roma ebbe la più grande concentrazione di condotte idriche con 11 acquedotti costruiti nell'arco di cinque secoli, con una lunghezza complessiva di circa 350 km. Solo 47 km di questi erano costruiti in superficie, la maggior parte erano sotterranei (l'acquedotto Eifel in Germania ne è un esempio classico). Il più lungo degli acquedotti romano viene considerato quello costruito nel II secolo a.C. per approvvigionare Cartagine attraverso una condotta da 141 km.
Gli acquedotti romani erano delle costruzioni molto sofisticate il cui standard qualitativo e tecnologico non ebbe uguali per oltre 1000 anni dopo la caduta dell'Impero Romano. Essi erano costruiti con tolleranze minime: ad esempio la parte di acquedotto a Ponte del Gard in Provenza ha un gradiente di soli 34 cm per km (1:3000) scendendo di soli 17 m nella sua intera lunghezza di 50 km. La propulsione è interamente garantita dalla gravità, trasportando un grande quantitativo d'acqua in modo molto efficiente (il citato Ponte del Gard ne veicolava 20.000 m³ al giorno).
A volte, quando si incontrano depressioni maggiori di 50 m lungo il percorso, vengono utilizzati i sifoni inversi, condotte a gravità utilizzate per superare il dislivello, in uso anche ai giorni nostri, quando gli ingegneri idraulici utilizzano questa metodologia per gli impianti idrici e fognari.
Molte delle esperienze accumulate dagli antichi romani vennero perse durante il Medioevo e in Europa la costruzione di acquedotti conobbe una interruzione fino al XIX secolo, fatta eccezione per il solo Regno di Sicilia dove, dalla conquista islamica, si ampliò la rete idrica per le coltivazioni e per i giardini privati. Nei primi anni del regno venne realizzato il complesso architettonico della Zisa a Palermo, una sorta di monumentale fontana, che fungeva anche da palazzo di rappresentanza, alimentata da un acquedotto interrato e che con una serie di cascatelle faceva proseguire il medesimo all'esterno, dove giungeva in un ricco giardino. Molte tecniche idrauliche importate dai musulmani rimasero ancora in uso fino agli anni sessanta del XX secolo, la cui terminologia è di derivazione islamica[1], specie per la coltivazione degli agrumi. Un'altra interessante eccezione è costituita dal cosiddetto Ponte delle Torri a Spoleto, un altissimo ponte-acquedotto in muratura (82 m) di cui si è ipotizzata la realizzazione nel XIII secolo. Per il resto dell'Europa l'approvvigionamento di acqua venne garantito principalmente tramite lo scavo di pozzi, ma questo metodo creava gravi problemi di salute pubblica quando le falde acquifere risultavano contaminate.
Ruderi dell'acquedotto benedettino a
Catania. L'opera era dotata di sfiatatoi e sifoni inversi per mantenere una pressione costante. Alimentava diverse proprietà (tra gli altri anche i terreni che sarebbero diventati l'attuale
Giardino Bellini) e collegava la
Timpa di Leucatia al
plesso monastico di città.
Rare le eccezioni precedenti al XIX secolo, quindi, tra cui l'acquedotto New River, aperto nel 1613 in Gran Bretagna per rifornire di acqua potabile fresca la città di Londra coprendo una distanza di 62 km, e in Sicilia l'acquedotto benedettino che approvvigionava il convento di San Nicola a Catania percorrendo oltre 6 km e l'acquedotto Biscari, voluto dal Principe Ignazio Paternò Castello per la realizzazione della risaia più estesa del Regno. Delle due strutture siciliane la prima venne concessa nel 1649 a titolo gratuito al senato civico, in sostituzione dell'approvvigionamento cittadino dal fiume Amenano, del lago di Nicito e delle cisterne e pozzi privati, in cambio della manutenzione della stessa. L'acquedotto alimentava almeno una decina di mulini gestiti dai frati benedettini e concessi in enfiteusi, prima di giungere al maestoso convento. La struttura voluta nel XVIII secolo dal Principe Biscari, invece, non superava i due km di estensione e durò soltanto finché non fu in vita lo stesso principe. Per entrambe le strutture, realizzate in conci di pietra lavica, mattoni e ghiara, si fece largo uso di ponti di ispirazione romana e nel caso dell'acquedotto Biscari erano stati realizzati due livelli di archi.
Lo sviluppo di canali fornì un ulteriore spunto alla costruzione di acquedotti. Tuttavia, la costruzione di acquedotti su vasta scala non riprese fino al XIX secolo per la nuova necessità di alimentare città in rapida crescita e industrie assetate d'acqua. Lo sviluppo di nuovi materiali (come il calcestruzzo e la ghisa) e di nuove tecnologie (come il motore a vapore) consentirono significativi miglioramenti. Per esempio, la ghisa permise la costruzione di sifoni invertiti più grandi e resistenti a maggiori pressioni, mentre pompe a vapore ed elettriche permisero un considerevole aumento della quantità e velocità del flusso d'acqua. L'Inghilterra primeggiava nel mondo per la costruzione di acquedotti, con gli esempi notevoli costruiti per trasportare l'acqua a Birmingham, Liverpool e Manchester.
In Italia, fra 1823 e 1851, a più riprese, venne costruito a Lucca un acquedotto di foggia simile a quelli dell'antica Roma. Il suo architetto, Lorenzo Nottolini, progettò l'opera lunga circa 3,25 km per portare l'acqua del Monte Pisano nella città toscana ponendo alle sue estremità due tempietti che servivano all'approvvigionamento e alla gestione della struttura.
Gli acquedotti in assoluto più grandi sono stati costruiti negli Stati Uniti per approvvigionare le più grandi città. Quello di Catskill porta l'acqua a New York coprendo una distanza di 190 km, ma è superato in grandezza da quelli dell'ovest dello stato, il più importante dei quali è l'Acquedotto del Colorado, cioè quello che collega il Colorado all'area urbana di Los Angeles situata 400 km più a ovest.
Anche se indubbiamente gli acquedotti sono delle grandi opere di ingegneria, la notevole quantità d'acqua che trasportano possono creare delle grosse problematiche ambientali a causa dell'impoverimento dei corsi d'acqua.
Storicamente, innumerevoli società agricole hanno costruito acquedotti per irrigare le coltivazioni. Archimede inventò la vite di Archimede per sollevare l'acqua usata nell'irrigazione delle terre coltivabili.
Un altro uso molto diffuso degli acquedotti è l'approvvigionamento di grandi città con acqua potabile. Alcuni famosi acquedotti romani riforniscono ancora oggi la città di Roma. In California, USA, tre grandi acquedotti trasportano acqua per centinaia di miglia fino all'area di Los Angeles. Due provengono dall'area di Owens River e il terzo da Colorado River.
In tempi più recenti, gli acquedotti sono stati utilizzati per scopi di navigazione commerciale consentendo alle chiatte fluviali di superare i dislivelli. Durante la Rivoluzione Industriale del XVIII secolo, molti acquedotti furono costruiti come parte del generale boom nella costruzione di canali artificiali.
Nei moderni progetti di ingegneria civile, dettagliati studi e analisi del flusso in canale aperto sono comunemente richiesti a supporto di sistemi di controllo delle inondazioni, sistemi di irrigazione, e grandi sistemi di fornitura idrica quando un acquedotto anziché una condotta è la soluzione preferita. L'acquedotto è un modo semplice per trasportare acqua da altre parti del territorio.
[modifica] Parti di un moderno acquedotto potabile
L'acquedotto a uso potabile è un'opera civile costituita da più parti funzionali che assolvono funzioni differenti:
[modifica] Opere di presa e di trattamento delle acque
La prima di queste strutture è l'opera di presa, in corrispondenza della quale avviene la captazione dell'acqua dal ciclo naturale. Tali opere differiscono tra loro a seconda che le acque captate siano di superficie (fiumi, laghi, eccetera) o sotterranee (sorgenti, pozzi, ecc.).
Subito a valle delle opere di presa generalmente vengono realizzati tutti gli impianti di trattamento delle acque necessari per renderle idonee al consumo umano (normalmente:impianto di potabilizzazione nel caso di captazione di acque superficiali e impianti di semplice disinfezione (clorazione) per le acque sotterranee).
[modifica] Opere di adduzione
serbatoio pensile a fungo in calcestruzzo armato
Le acque potabili vengono trasportate dalle condotte adduttrici (opere di adduzione) che funzionano sia in pressione che a pelo libero (come il Canale Principale dell'Acquedotto del Sele-Calore gestito dall'Acquedotto Pugliese).
Lungo il tracciato di una condotta adduttrice in pressione vengono realizzate varie opere d'arte necessarie per l'esercizio e la manutenzione delle stesse.
Le principali sono:
- gli scarichi: ubicati nei punti più depressi del profilo idraulico. Nell'omonimo pozzetto, realizzato in calcestruzzo armato, viene realizzata una derivazione chiusa da una saracinesca che una volta aperta permette lo svuotamento della condotta adduttrice. L'acqua dello scarico viene convogliata, tramite un'apposita condotta, in fossi o collettori vicini. Nel caso in cui la configurazione del terreno dovesse richiedere condotte di scarico molto lunghe perché si possa trovare un idoneo recapito finale, si preferiscono ai suddetti scarichi, denominati scarichi liberi, quelli definiti scarichi a pompa , che per come sono realizzati, permettono lo scarico a gravità della maggior parte del sifone da vuotare, direttamente sul terreno nelle vicinanze dell'opera, ma ne lascia una certa parte all'interno della condotta, che viene eliminata a mezzo di una pompa.
- gli sfiati[2]: ubicati nei punti di massima quota del profilo idraulico. Possono essere:
- liberi: in questo caso sono costituiti da una tubazione, terminante con un tratto ricurvo detto pastorale, collegata direttamente con la adduttrice e di altezza superiore alla linea dei carichi idrostatici (si utilizzano in condotte con basse pressioni interne)
- automatici : costituiti da un'apparecchiatura idraulica, denominata sfiato (air relief valve), dotata di sfere, che a seconda della pressione in condotta, si abbassano, permettendo la fuoriuscita dell'aria o si alzano chiudendo la condotta. Tali sfiati sono montati, all'interno di pozzetti in calcestruzzo armato, in derivazione alla condotta principale e sono preceduti da una saracinesca che permette il loro smontaggio senza interruzione del flusso.
Gli sfiati possono svolgere una o tutte e tre le seguenti funzioni:
-
- funzione di degasaggio: quando hanno la funzione di eliminare l'aria che si forma all'interno della condotta durante il suo esercizio che trascinata dall'acqua, si va raccogliendo nei punti alti del tracciato. Tali bolle d'aria, se non eliminate, formerebbero delle sacche che possono assumere dimensioni tali da ridurre significativamente il flusso idrico sino ad interromperlo;
- funzione volumetrica di svuotamento: durante le fasi di svuotamento permettono l'entrata di un volume d'aria tale da compensare il volume di liquido che fuoriesce dagli scarichi, evitando così pericolose depressioni interne. I problemi di depressione si possono verificare non solo durante normale gestione di una condotta (svuotamento e riempimento per la manutenzione della condotta) ma anche per situazioni eccezionali quali:
- rottura della condotta con notevole fuoriuscita d'acqua rispetto al valore di portata a regime;
- operazioni di scarico incontrollate ed accidentali della condotta;
- funzione volumetrica di riempimento: durante la fase di riempimento di una condotta permettono la fuoriuscita dell'aria esistente all'interno delle tubazioni vuote evitando così il pericolo della formazione di sacche d'aria.
- opere di interruzione o di disconnessione idraulica: sono costituite da serbatoi (anche pensili) di capacità limitata, che vengono costruite tutte le volte che è necessario annullare la piezometrica in un punto dell'adduttrice, sia per non sottoporre uno o più tratti di condotta a pressioni eccessive non compatibili con le caratteristiche delle tubazioni utilizzate, sia per permettere la derivazione di una o più condotte dall'adduttrice, in questo caso si parla di partitori. In alcuni casi si utilizzano anche per permettere l'esecuzione di misure idrauliche di controllo. Le derivazioni da adduttrici possono anche esser effettuate in carico senza la necessità di realizzare partitori.
- opere di accumulo: sono serbatoi di grande capacità, realizzati lungo il tracciato di condotte adduttrici molto estese, al fine di garantire una riserva idrica, per un dato periodo di tempo, nei tratti a valle dell'opera nel caso di interruzioni del flusso nel tronco di monte.
- tratte pensili: vengono realizzati per l'attraversamento aereo di fiumi, torrenti, zona in frana, ecc. Possono essere realizzati con:
- pontitubo: in cui si sfrutta l'autoportanza del tubo. Nel caso di tubi in acciaio la singola campata non può superare i 40 ÷ 50 m;
- ponti veri e propri: la condotta viene portata da ponti opportunamente realizzati.
- sottopassi: vengono realizzati per sottopassare strade, autostrade, ferrovie, piccoli corsi d'acqua ecc. Attualmente per la posa della condotta, il sostituzione dello scavo in trincea, vengono utilizzate tecnologie no dig che preservano l'integrità della sovrastruttura.
Le opere di adduzione alimentano i serbatoi urbani a servizio dei di uno o più abitati che, in base alla posizione rispetto alla rete di distribuzione, possono essere di due tipi:
I serbatoi urbani svolgono diverse funzioni quali:
- disconnessione idraulica tra adduzione (a portata costante nelle 24 ore) e distribuzione (a portata variabile nelel 24 ore);
- compenso nelle 24 ore, riserva idrica e anticendio;
- regolazione della piezometrica.
[modifica] Opere di distribuzione
A valle del serbatoio urbano, generalmente viene realizzata una condotta di avvicinamento, denominata suburbana, che collega l'opera di accumulo alla rete di distribuzione idrica urbana.
La rete di distribuzione idrica urbana è costituita dall'insieme delle condotte, delle apparecchiature e dei manufatti necessari ad alimentare le utenze private, le collettività, i vari servizi pubblici, le aziende artigiane e la piccola industria inserita nel contesto urbano.
. Il punto (o i punti) in cui la suburbana si innesta nella rete di distribuzione viene denominato origine della distribuzione urbana o ODU.
La suburbana normalmente non ha erogazioni lungo il tracciato.
La rete di distribuzione moderna viene generalmente realizzata esclusivamente a maglie chiuse (quella a rete ramificata non è più utilizzata) perché garantisce i seguenti vantaggi:
- di natura gestionale: maggiore elasticità ed efficienza di funzionamento poiché non è necessario interrompere il flusso nel caso di fuori servizio di un singolo tronco;
- di natura igienica: maggiore garanzia di mantenimento della potabilità dell'acqua distribuita poiché con il sistema reticolare l'acqua è sempre in movimento e non si determinano pericoli di acqua morta come nelle ramificazioni aperte.
- di natura funzionale: il percorso possibile da un nodo della rete a qualsiasi altro non è unico.
Esistono anche reti miste costituite da un insieme di maglie chiuse e ramificazioni aperte.
Tuttavia negli ultimi anni si sta largamente diffondendo la tecnica della distrettualizzazione della reti, ossia si procede alla suddivisione della intera rete in porzioni minori al fine di migliorare la gestione e favorire il contenimento delle perdite idriche.
In una rete di distribuzioni a maglie chiuse si distinguono:
- una o più maglie principali, costituite da condotte di diametro maggiore;
- uno o più ordini di maglie secondarie di minor diametro;
- condotte minori per l'allacciamento alle utenze.
Secondo quanto prescritto dal dall'Allegato 8 del DPCM 4/3/96, una rete di distribuzione idrica adeguatamente dimensionata deve assicurare:
- nelle ore di punta del servizio ed al minimo livello idrico nel serbatoio, almeno 10 m di carico sulla copertura degli edifici;
- nelle ore di minimo consumo (ore notturne) ed al massimo livello nel serbatoio, un carico sulle tubazioni della rete ovunque inferiore a 70 m;
- il contenimento delle oscillazioni della linea piezometrica in rete durante l'esercizio entro un limite di 20÷30 m per evitare di sollecitare eccessivamente i giunti delle tubazioni.
Poiché attualmente la maggior parte delle utenze è dotata di sistema di autoclave, tali valori di pressione possono risultare eccessivi; in tal senso la carta del Sistema Idrico Integrato adottata dall'Acquedotto Pugliese prevede che il carico idraulico minimo deve essere non inferiore a 0,5 atmosfere misurate immediatamente a valle del rubinetto d'arresto posto immediatamente dopo il misuratore
[modifica] Impianti interni
Sulle condotte distributrici vengono realizzati gli impianti privati che collegano la rete di distribuzione all'impianto idrico a servizio delle singole utenze (condomini, ospedali, caserme, attività commerciali, ecc.).
[modifica] Acquedotti navigabili
- Acquedotto vicino a Roelofarendsveen, Paesi Bassi: trasporta il canale Ringvaart sopra l'autostrada A4 e il treno ad alta velocità (Hogesnelheidslijn o HLS) in costruzione, entrambe situate in territorio più basso del livello del canale (e sotto il livello del mare).
- Acquedotto Gouwe, vicino Gouda, Paesi Bassi: porta il fiume Gouwe sopra l'autostrada A12, che si trova su un territorio più basso del livello del fiume.
- Acquedotto Holmes sul canale Derby a Derby, costruito da Benjamin Outram a singola arcata con una lunghezza di 44 piedi, è stato il primo acquedotto in ghisa, anticipando di poco l'acquedotto di Longdon-on-Tern sul canale di Shrewsbury, costruito da Thomas Telford e lungo 186 piedi, a volte descritto come il primo acquedotto navigabile in ghisa al mondo su larga-scala.
- L'acquedotto di Pontcysyllte porta il canale Llangollen sopra il fiume Dee nel nord del Galles, e fu progettato da Thomas Telford e aperto nel 1805.
- L'Union Canal in Scozia ha molti acquedotti, incluso l'acquedotto Slateford che porta il canale sopra Water of Leith, l'acquedotto Almond sopra il fiume Almond a Ratho ed il notevole acquedotto Avon sopra il fiume Avon. Questo è il secondo acquedotto in lunghezza dell'intero Regno Unito.
- In anni recenti la costruzione dell'acquedotto Lichfield ha spinto il governo britannico ad approvare una legislazione che impedisca il rinnovamento di una strada costruita nel percorso di un canale senza la predisposizione di un tunnel o di un acquedotto atto all'attraversamento.
- Il canale Bridgewater è trasportato attraverso il più basso canale Manchester Ship dall'acquedotto Barton Swing - una forma di ponte rotante. Una sezione dell'acquedotto lunga 234 piedi ruota di 90 gradi per permettere alle navi di passare lungo il canale Manchester Ship.
[modifica] Acquedotti romani
[modifica] Altri acquedotti
il Ponte delle Torri a Spoleto
- Ponte delle Torri di Spoleto, Italia - XIII secolo.
- Acquedotto di Teruel, Spagna
- Central Arizona Project Aqueduct
- Acquedotto Carolino, Italia - costruito fra il 1753 e il 1862, patrimonio dell'umanità dal 1997
- Chirk Aqueduct, Galles - costruito fra 1796 e 1801
- Pontcysyllte Aqueduct, Galles - costruito fra 1795 e 1805
- Acquedotto Roquefavour, Francia - costruito fra 1842 e 1847
- Aqueduc St-Clément, Montpellier, Francia - XVII secolo
- Acquedotto del Colorado, USA - 1932-1941
- Acquedotto delle Acque Libere, Lisbona, Portogallo - XVIII secolo
- Acquedotto storico di Genova, Genova, Italia - XVII secolo in poi
- Acquedotto Leopoldino, Livorno, Italia - costruito a partire dalla fine del XVIII secolo
- Acquedotto Pugliese, Bari, Italia - Canale Principale dell'Acquedotto del Sele - Calore realizzato dal 1915 in poi
- Acquedotto del Peschiera-Capore. Roma - costruito tra il 1937 e gli anni ottanta del Novecento.
- Grande fiume artificiale, Libia - entrato in funzione nel 1989.
- Acquedotto romano, Capezzano
- UNI EN 805:2002 - Approvvigionamento di Acqua - Requisiti per sistemi e componenti all'esterno di edifici" indica le linee guida per la progettazione delle reti idriche
- D.M. LL.PP. del 12.12.1985 - Norme tecniche per le tubazioni
- ^ I termini dialettali saja, cafisu, gebbia (indicanti unità di misura o specifiche architetture idriche) ad esempio sono di derivazione islamica e provengono rispettivamente da sāqiya, qafiz, jabh.
- ^ Normativa di riferimento:
- UNI EN 1074-1:2001. Valvole per la fornitura di acqua - Requisiti di attitudine all'impiego e prove idonee di verifica - Requisiti generali
- UNI EN 1074-4:2002 Valvole per la fornitura di acqua - Requisiti di attitudine all'impiego e prove idonee di verifica - Sfiati d'aria
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