13/05/2024
Servizi a Rete

Ingegnerizzazione ed efficientamento delle reti di acquedotto: dalla pianificazione alla realizzazione degli interventi rinnovativi

Dal magazine - edizione marzo/aprile 2024

Matteo Cima e Francesca Mazzieri – J+S Spa

Complici gli stimoli dati da ARERA e dal Recovery Plan, le attività di pianificazione ed efficientamento dei sistemi acquedottistici negli ultimi anni hanno conosciuto un periodo di forte sviluppo, che si auspica possa costituire un volano per l’adeguamento a medio termine dei sistemi italiani ai migliori standard internazionali, e per renderli resilienti anche alle prospettive di cambiamento climatico in atto. Certamente questa fase ha consentito un forte sviluppo del relativo comparto di ingegneria, che ha portato a validare soluzioni innovative coadiuvate da nuove tecnologie e strumenti.

Sulla base di numerose esperienze recenti, anche in ambito delle opere finanziate dal Pnrr, J+S ha definito un proprio approccio tecnico-ingegneristico all’ambito della rigenerazione dei sistemi di acquedotto. La metodologia si fonda su un’esperienza completa che va dalla modellazione idraulica, alla pianificazione generale degli interventi, alla progettazione esecutiva e direzione lavori di singole opere. 

L’approccio è stato applicato agli obiettivi di riduzione delle perdite idriche, ottimizzazione dei consumi, supporto alle decisioni, mantenimento della qualità del servizio e controllo degli indicatori ARERA. La definizione di tali interventi si basa su un’approfondita conoscenza del singolo sistema, attuata tramite sofisticati modelli di simulazione (nella direzione del digital twin), elaborati sulla base dei dati fisici di rilievo, monitoraggio delle grandezze idrauliche, ricerca perdite. 

Modellazione e Piani idrici generali dei sistemi complessi

Ciascun Gestore necessita di analizzare in dettaglio i propri sistemi e di definirne le linee di sviluppo ed efficientamento con orizzonte di breve (interventi urgenti), medio e lungo periodo. L’attività di analisi dello stato attuale e pianificazione viene ottimizzata attraverso la redazione di complessi studi idraulici redatti a scala di singolo bacino tramite modellazione matematica

Il risultato consiste nella redazione di un programma interventi di tipo infrastrutturale e gestionale, corredato da indicazioni di costo e da indici di priorità di realizzazione: il Piano Idrico Generale

La fase di pianificazione richiede quindi lo studio dei sistemi e una massiva campagna di monitoraggio temporaneo di portate e pressioni (e dei transitori) finalizzata alla taratura del modello matematico. La modellazione idraulica dello stato di fatto, il cui cardine è l’attività di calibrazione, fondamentale per fornire ai tecnici uno strumento affidabile, individua le insufficienze idrauliche e le inefficienze energetiche, ma è anche in grado di supportare le attività di ricerca perdite e individuazione generale di anomalie di comportamento, ponendo le basi per la successiva simulazione di scenari di progetto

Gli interventi di adeguamento infrastrutturale, ottimizzazione energetica, creazione di zone a pressione controllata e distrettualizzazione della rete delineano nella pianificazione generale la risoluzione delle criticità. Tali azioni peraltro costituiscono una parte fondamentale del quadro di interventi previsti dalla misura M2 C4-I4.2 del PNRR.

Progettazione interventi infrastrutturali

Il PNRR ha finanziato specifici progetti e azioni da intraprendere da parte dei gestori con scopo ultimo di ridurre le perdite idriche introducendo sistemi di controllo avanzati e digitalizzati. Il cuore di queste azioni è costituito dall’attività di ingegneria, la cui origine come detto è la fase di modellazione. I progetti finanziati riguardano interventi di ingegnerizzazione delle infrastrutture (strumenti di misura, di regolazione e di controllo come WMS) e la sostituzione delle condotte esistenti ammalorate. La metodologia adottata pertanto è in grado di supportare tali progetti, attraverso un uso intenso dello strumento di simulazione, che consente di testare differenti scenari e definire le linee di potenziamento, adeguamento ed efficientamento.

La progettazione degli interventi muove dalla pianificazione generale, e si sviluppa normalmente secondo l’ordine di priorità degli interventi definita dal piano, che ha permesso lo studio del sistema e l’individuazione delle esigenze quali i potenziamenti di rete, le interconnessioni, i tratti di rete da sostituire, gli strumenti di regolazione e misura. La proposta di risanamento della rete di distribuzione è fondata su un approccio di manutenzione predittiva, attuato attraverso la simulazione numerica e un codice di calcolo euristico. La pianificazione generale, dettagliata in virtù della fase iniziale di modellazione e analisi prestazionale, è volta all’incremento della resilienza della rete tramite la sostituzione mirata delle tratte critiche.

I progetti esecutivi di sostituzione (oggi conformi al Dlgs 36/2023) possono comportare impatti significativi sul territorio urbano e sulle attività; occorre pertanto definire il tracciato ottimale di progetto, tenendo conto della presenza di sottoservizi (anche tramite clash detection con approccio BIM), di eventuali fasce di rispetto, ma anche della gestione della viabilità stradale in fase di esecuzione.

Una volta stabilita la posizione delle nuove condotte, viene definito lo schema idraulico per il ricollegamento delle tubazioni in progetto alla rete esistente, comprensivo di valvole, idranti, sfiati e scarichi. La scelta del posizionamento dei manufatti in fase di progettazione risulta fondamentale ed è attuata considerando in particolare: la costruzione dell’opera, il collaudo e la sua gestione, scenari di malfunzionamento per ridurre significativamente il disagio agli utenti. 

In alcuni casi, per la realizzazione di innesti e ricollegamenti di utenze sensibili (ospedali o grandi utenze) è necessario uno studio specifico prevedendo soluzioni di bypass eventualmente tramite uso di sistemi di tamponatura atte ad evitare ogni minima sospensione del servizio.

Aspetti salienti della Direzione dei lavori

La Direzione dei Lavori non può essere declinata al mero controllo delle lavorazioni previste dal progetto esecutivo, ma deve anche garantire, durante tutta l’esecuzione delle opere, il controllo dell’efficacia del progetto rispetto alle effettive condizioni della rete e degli impianti esistenti durante lo svolgimento dei lavori, sovraintendendo in modo attivo allo sviluppo delle attività atte a garantire la continuità del servizio idrico, anche per ridurre l’impatto degli stessi sull’indice M2 di ARERA. Fermo restando quelle che sono le specifiche attività di DL, che devono essere svolte in conformità con il DM 49/2018 ed il D.lgs. 36/2023, è necessario soffermarsi sull’importanza tecnica di supervisione della direzione lavori, che richiede la composizione di un “Ufficio Tecnico di DL” coadiuvato anche da un geologo.

Ad esempio, è noto come la sostituzione di porzioni di rete possa avere in fase esecutiva dei forti impatti sul servizio: il DL pertanto controlla e supervisiona l’ordine di esecuzione delle lavorazioni in accordo con la committenza, verificando l’effettivo impatto tramite simulazioni dirette di “Critical Links”, calate sull’effettivo proseguo del cantiere, che spesso non coincide con la previsione progettuale a causa di fattori non sempre controllabili.

Fondamentale, inoltre, per garantire il servizio alle utenze, è lo studio preventivo tramite modellazione degli impatti, dove il rischio di interruzione del servizio può coinvolgere interi bacini di utenza. Sono necessarie valutazioni della resilienza della rete attraverso simulazioni idrauliche specifiche per il dimensionamento dei by-pass e riporto degli allacci di utenza per non interrompere la fornitura idrica o variare significativamente pressione/portata di esercizio, lavorazione che viene svolta di concerto con le esigenze del gestore. 

Tale attività non può essere demandata alle imprese esecutrici ma deve essere governata dalla DL, a partire dal progetto esecutivo e declinata nella specificità del cantiere. Per migliorare la gestione del cantiere e con particolare riferimento ai tempi stringenti imposti dalle milestone PNRR, J+S ha sviluppato da tempo un software di gestione delle direzioni lavori web-based, strumento efficace anche per interfacciare DL, Stazione appaltante e impresa. Tale approccio permette anche il controllo sistematico dei principi del DNSH, tramite un tracciamento dei materiali di scavo e dell’applicazione dei CAM.

Sviluppi futuri

I possibili sviluppi futuri della procedura descritta precedentemente e attuata da J+S si focalizzano nella fase iniziale di individuazione delle aree oggetto di intervento, in particolare nell’implementazione di algoritmi finalizzati alla gerarchizzazione della rete in base a criticità e rischio di rottura

L’applicazione di appositi codici di calcolo, combinati alla modellazione idraulica, permette di evidenziare già in fase di pianificazione le aree particolarmente critiche in termini di vetustà generalizzata e rischio di rotture, da includere nella progettazione di interventi infrastrutturali e ottimizzazioni gestionali (grazie alla definizione sempre più accurata dei DMA e delle PMZ). 

Il PNRR ha dato una forte spinta a un percorso di digitalizzazione nelle reti che si è tradotto nell’implementazione di piattaforme che consentono di gestire, analizzare e supportare decisioni sulla base di una mole di dati significativa, quali Asset Management e WMS: ciò si traduce in un nuovo impulso in ambito di progettazione e modellazione grazie all’applicazione di strumenti innovativi (quali le simulazioni water quality, argomento di concreta applicazione recente). Allo stesso modo le tecnologie supportano le fasi di cantiere e direzioni lavori, che stanno passando da un approccio tradizionale a una efficace digitalizzazione dei controlli (si pensi all’applicazione delle tecniche BIM) dando concreti risultati in termini di contenimento dei tempi e di qualità delle opere.

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