NT-0002 · Fognature · Livello Intermedio

Quale coefficiente di scabrezza assegnare alle tubazioni fognarie

Criteri per scegliere un valore coerente con la formula di calcolo, il materiale, lo stato della condotta e le condizioni di esercizio.

Ultimo aggiornamento: 2026-08-21

In sintesi

Il coefficiente di scabrezza rappresenta la resistenza opposta dalle pareti della condotta al moto della corrente. La sua scelta influenza la velocità, la portata convogliabile, il grado di riempimento e le perdite di carico calcolate.

Non esiste però un unico valore valido per un determinato materiale in ogni situazione. Il parametro deve essere coerente con la formula adottata e deve tenere conto non soltanto della superficie interna della tubazione nuova, ma anche di giunti, disallineamenti, depositi, incrostazioni, deformazioni, allacciamenti, pozzetti e condizioni prevedibili durante la vita utile.

La presente nota propone un criterio operativo per assegnare il coefficiente di scabrezza nelle verifiche e nel dimensionamento delle reti fognarie, evitando sia valori eccessivamente ottimistici sia maggiorazioni prive di una motivazione tecnica.

I coefficienti di Manning, Strickler e Colebrook-White non sono intercambiabili. Prima di inserire un valore è necessario verificare formula, simbolo e unità di misura richiesti dal software.

Gli intervalli riportati nella nota sono orientativi. Il valore di progetto deve essere verificato rispetto alla fonte tecnica pertinente, al prodotto impiegato e alla condizione della condotta.

Nei tratti prossimi al limite di capacità è opportuno ripetere il calcolo con almeno un valore di scabrezza più gravoso e confrontare grado di riempimento, velocità e quota piezometrica.

Introduzione

La scabrezza è uno dei parametri che incidono direttamente sulla capacità idraulica di una condotta. A parità di diametro, pendenza e grado di riempimento, una maggiore resistenza al moto determina velocità e portate inferiori; una resistenza minore produce invece valori superiori.

Nel progetto di una rete fognaria il coefficiente viene spesso selezionato da una tabella in funzione del materiale. Questo passaggio, pur necessario, non è sufficiente. Le tabelle descrivono generalmente condizioni convenzionali e non rappresentano automaticamente la condotta reale, soprattutto quando si analizzano reti esistenti o si valutano prestazioni a lungo termine.

La scelta deve quindi rispondere a tre domande:

1. quale legge di resistenza viene utilizzata; 2. quale condizione fisica della condotta si vuole rappresentare; 3. quale grado di cautela è appropriato rispetto allo scopo del calcolo.

Un valore può essere corretto per una tubazione nuova, rettilinea e ben posata, ma risultare ottimistico per una rete con numerosi giunti, allacciamenti sporgenti, depositi o difetti geometrici. Viceversa, assumere indiscriminatamente valori molto penalizzanti può condurre a sovradimensionamenti non giustificati.

Il coefficiente dipende dalla formula adottata

Il termine "coefficiente di scabrezza" non identifica un parametro unico. Formule differenti impiegano grandezze differenti, con significato, dimensioni e andamento non intercambiabili.

Nella formula di Gauckler-Manning-Strickler la resistenza può essere espressa mediante il coefficiente di Manning n oppure mediante il coefficiente di Strickler K. Le due grandezze sono legate, nel sistema coerente di unità comunemente adottato, dalla relazione:

K = 1 / n

Un valore maggiore di n indica una condotta idraulicamente più resistente; un valore maggiore di K indica invece una condotta più liscia. È quindi indispensabile verificare quale coefficiente richieda il software o la formula utilizzata.

Nella relazione di Colebrook-White viene normalmente assegnata una scabrezza assoluta equivalente k o ks, espressa come lunghezza, per esempio in millimetri. Essa interviene attraverso la scabrezza relativa k/D e non può essere convertita in modo univoco in un coefficiente di Manning senza specificare almeno diametro, regime di moto e condizioni idrauliche.

Anche il fattore di attrito della formula di Darcy-Weisbach è una grandezza distinta. Copiare un numero da una tabella senza controllare formula, simbolo e unità di misura è pertanto un errore concettuale prima ancora che numerico.

Scabrezza del materiale e scabrezza idraulica equivalente

La rugosità microscopica della parete interna è solo una delle componenti della resistenza complessiva. Nel calcolo di una condotta reale il valore assegnato assume spesso il significato di scabrezza idraulica equivalente, cioè di parametro capace di rappresentare con una legge semplificata l'insieme delle dissipazioni distribuite.

Tra i fattori che possono aumentare la resistenza effettiva rientrano:

• irregolarità dei giunti e piccoli disassamenti;
• ovalizzazioni o deformazioni della sezione;
• raccordi non perfettamente sagomati;
• immissioni laterali sporgenti;
• depositi di sabbia, fanghi o materiale grossolano;
• incrostazioni e fenomeni di corrosione;
• radici e altri ostacoli;
• deterioramento della superficie interna;
• tratti con posa non regolare o contropendenze locali.

Le perdite localizzate prodotte da pozzetti, curve, salti, confluenze e cambi di sezione non dovrebbero essere nascoste automaticamente dentro il coefficiente di scabrezza. Quando il modello lo consente è preferibile rappresentarle mediante elementi e coefficienti specifici. Una scabrezza maggiorata può essere usata come semplificazione globale soltanto se la scelta è dichiarata e coerente con il livello di dettaglio dell'analisi.

Valori orientativi e loro corretta interpretazione

I valori tabellari devono essere considerati intervalli orientativi, non proprietà immutabili del materiale. Per la formula di Manning, manuali tecnici riportano frequentemente, per condotte nuove e regolari, valori nell'ordine di:

- tubazioni plastiche lisce: n circa 0,009-0,011; - gres o argilla vetrificata: n circa 0,012-0,014; - calcestruzzo ben realizzato: n circa 0,011-0,013; - condotte metalliche lisce: n circa 0,011-0,013; - condotte corrugate: valori sensibilmente maggiori, dipendenti dalla geometria della corrugazione e dal diametro.

Questi intervalli non costituiscono una prescrizione universale. Il valore da adottare deve essere verificato rispetto alla documentazione tecnica del prodotto, alla norma o al capitolato applicabile, alla qualità di posa e allo scenario da simulare.

Nelle verifiche di reti esistenti non è corretto attribuire automaticamente alla condotta il valore nominale del materiale nuovo. L'ispezione, la manutenzione, l'età, la presenza di sedimenti e la storia di esercizio possono avere un peso maggiore della rugosità originaria.

Per Colebrook-White, indicazioni progettuali adottate in alcuni standard distinguono inoltre fra condotte meteoriche e condotte nere, assegnando alle seconde una scabrezza equivalente maggiore per rappresentare condizioni operative più gravose. Tali valori devono essere utilizzati soltanto nel contesto metodologico e normativo dal quale provengono.

Condotte nuove

Per una condotta nuova il punto di partenza può essere il valore dichiarato dal produttore o indicato dalla letteratura tecnica per il materiale e la tipologia di parete. Il progettista deve però verificare se tale valore descrive una singola tubazione in laboratorio oppure una condotta posata, completa di giunti e opere accessorie.

Nel dimensionamento è opportuno considerare almeno:

• regolarità della superficie interna;
• sistema di giunzione;
• tolleranze di posa;
• diametro e forma della sezione;
• possibilità di deformazione;
• natura delle acque convogliate;
• rischio di deposito;
• frequenza e modalità di manutenzione;
• orizzonte temporale della verifica.

Un valore prossimo alla condizione di parete nuova può essere appropriato per verifiche puntuali di una condotta liscia e ben controllata. Per il dimensionamento della rete nel suo complesso è generalmente più robusto adottare un valore che rappresenti la condizione di esercizio attesa, motivando l'eventuale margine rispetto al dato nominale.

Condotte esistenti

Nelle reti esistenti la scabrezza dovrebbe essere valutata sulla base di informazioni osservabili. Sono particolarmente utili:

• videoispezioni;
• rilievi geometrici e altimetrici;
• misure di livello e portata;
• evidenze di depositi o rigurgiti;
• registri di pulizia e manutenzione;
• materiale, anno di posa e tecnica costruttiva;
• segnalazioni di occlusioni, infiltrazioni o radici.

Se sono disponibili misure sufficientemente affidabili, il parametro può essere calibrato entro un intervallo fisicamente plausibile. La calibrazione non deve però trasformare la scabrezza in un parametro correttivo universale: un valore anomalo può indicare errori nelle quote, nelle portate, nelle condizioni al contorno, nella geometria o nella rappresentazione delle perdite localizzate.

In assenza di misure è preferibile definire almeno due scenari: uno rappresentativo della condizione ordinaria e uno più gravoso, associato a deterioramento o deposito plausibile. Il confronto consente di capire se il risultato progettuale dipende in modo critico dall'ipotesi di scabrezza.

Effetti della scabrezza sui risultati

Nella formula di Manning, mantenendo costanti area bagnata, raggio idraulico e pendenza energetica, la portata è inversamente proporzionale al coefficiente n. Un aumento del 10% di n determina quindi, nelle stesse condizioni geometriche e idrauliche, una riduzione della portata calcolata di circa il 9%.

In una rete reale la risposta può essere più complessa perché cambiano il grado di riempimento, i rigurgiti, l'attivazione dei nodi e la ripartizione delle portate. La scabrezza può influenzare:

• velocità e portata massima convogliabile;
• tirante e grado di riempimento;
• quota piezometrica;
• estensione dei tratti in pressione;
• capacità residua della rete;
• rischio di sedimentazione;
• tempi di propagazione dell'onda;
• frequenza e volume degli sfioramenti nei modelli dinamici.

L'effetto è spesso più rilevante nei tratti a bassa pendenza, prossimi alla saturazione o idraulicamente dominanti. Per questo motivo una semplice analisi di sensibilità è generalmente più informativa della scelta di un valore apparentemente molto preciso.

Scabrezza, depositi e capacità autopulente

Scabrezza e sedimentazione sono fenomeni collegati ma non equivalenti. Il coefficiente di scabrezza descrive la resistenza idraulica della condotta; la verifica di autopulizia riguarda invece la capacità della corrente di limitare l'accumulo o di mobilitare il materiale depositabile.

Un deposito stabile modifica la geometria utile, il perimetro bagnato e la resistenza al moto. Rappresentarlo soltanto aumentando n può non essere sufficiente, soprattutto quando lo spessore è significativo. In tali casi è più corretto modellare, quando possibile, la riduzione della sezione disponibile e utilizzare una scabrezza coerente con la superficie effettivamente bagnata.

Analogamente, una velocità elevata calcolata con una parete molto liscia non garantisce da sola l'assenza di depositi. La valutazione deve considerare portate minime, intermittenza degli scarichi, caratteristiche dei solidi, pendenza, tensione tangenziale e regime operativo della rete.

Procedura operativa per la scelta

Una procedura progettuale sintetica può essere articolata nei seguenti passaggi.

1. Identificare la formula di resistenza utilizzata dal metodo o dal software e verificare simbolo e unità del parametro richiesto.

2. Definire lo scopo del calcolo: predimensionamento, verifica di progetto, analisi di una rete esistente, simulazione di esercizio o valutazione di uno scenario degradato.

3. Classificare ogni tratto per materiale, tipologia di parete, diametro, età, stato e sistema di giunzione.

4. Selezionare un intervallo iniziale da fonti tecniche pertinenti, evitando conversioni automatiche tra coefficienti appartenenti a formule diverse.

5. Correggere l'ipotesi in base a posa, giunti, depositi, deformazioni, manutenzione e condizioni previste durante la vita utile.

6. Rappresentare separatamente le perdite localizzate quando il modello e i dati disponibili lo consentono.

7. Eseguire almeno una verifica di sensibilità con un valore meno favorevole, concentrandosi sui tratti prossimi ai limiti di capacità.

8. Calibrare il parametro quando sono disponibili misure di livello o portata, senza compensare con la scabrezza errori presenti in altri dati del modello.

9. Documentare nel rapporto di calcolo fonte, valore, formula, unità, condizione rappresentata ed eventuali maggiorazioni adottate.

Esempio di analisi di sensibilità

Si consideri un tratto verificato con la formula di Manning mediante tre scenari:

• scenario A: condotta nuova o in condizioni molto buone;
• scenario B: condizione ordinaria di esercizio;
• scenario C: condizione più gravosa, con maggiore resistenza equivalente.

Non è necessario moltiplicare indiscriminatamente i casi di calcolo. È sufficiente scegliere valori tecnicamente plausibili e confrontare gli indicatori decisivi: grado di riempimento, velocità, franco disponibile, quota piezometrica e capacità residua.

Se il tratto resta ampiamente verificato in tutti gli scenari, la scelta puntuale della scabrezza ha un'influenza limitata sulla decisione progettuale. Se invece una variazione contenuta modifica l'esito della verifica, il progetto è sensibile al parametro e richiede dati più affidabili, una motivazione più rigorosa o un margine progettuale maggiore.

L'analisi di sensibilità non sostituisce la corretta scelta del coefficiente, ma rende esplicita l'incertezza e impedisce che una decisione importante dipenda da un singolo valore tabellare assunto senza verifica.

Errori frequenti

Gli errori più comuni sono:

- confondere il coefficiente di Manning n con il coefficiente di Strickler K; - utilizzare una scabrezza assoluta di Colebrook-White come se fosse un coefficiente adimensionale; - non controllare l'unità di misura richiesta dal software; - applicare il valore della tubazione nuova a una rete esistente degradata; - adottare un unico valore per materiali e condizioni molto differenti; - usare la scabrezza per compensare quote, portate o geometrie incerte; - includere implicitamente tutte le perdite localizzate senza dichiararlo; - riportare valori con precisione eccessiva rispetto alla qualità dei dati; - scegliere sempre il valore più favorevole senza una verifica di sensibilità; - ritenere che un valore più cautelativo sia automaticamente più corretto.

Un coefficiente è tecnicamente difendibile quando la sua origine, il suo significato e la condizione che rappresenta sono chiaramente esplicitati.

Esperienze applicative con SofTCat Fogne

{TODO: inserire le esperienze maturate con SofTCat Fogne, specificando i valori normalmente adottati, le differenze tra reti nuove ed esistenti, eventuali casi di calibrazione e gli effetti osservati sui risultati di calcolo.}

Considerazioni progettuali

Il coefficiente di scabrezza non dovrebbe essere scelto come un dato automatico associato al solo nome del materiale. Esso è un parametro di modello che deve rappresentare una specifica condizione fisica e operativa.

Per una rete nuova è necessario distinguere il dato nominale della parete dalla resistenza equivalente della condotta posata e in esercizio. Per una rete esistente occorre privilegiare osservazioni, ispezioni e misure, utilizzando la calibrazione solo entro intervalli plausibili.

La scelta più trasparente consiste nel dichiarare la formula, la fonte, il valore e lo scenario rappresentato, accompagnando i tratti critici con un'analisi di sensibilità. In questo modo la scabrezza cessa di essere un numero tabellare inserito per consuetudine e diventa un'ipotesi progettuale verificabile.

Software correlati

• Fogne

Domande frequenti

No. Le tabelle forniscono valori orientativi. La scelta dipende anche dalla formula adottata, dal diametro, dai giunti, dalla posa, dallo stato della condotta e dalla condizione di esercizio da rappresentare.

Descrivono la medesima resistenza nell'ambito della formula di Gauckler-Manning-Strickler, ma hanno andamento inverso: a un aumento di n corrisponde una diminuzione di K. Devono quindi essere distinti chiaramente.

Non mediante una corrispondenza unica e indipendente dalle condizioni. L'equivalenza dipende almeno da diametro, regime di moto e configurazione idraulica.

Solo se lo stato reale giustifica tale ipotesi. In generale occorre considerare età, depositi, incrostazioni, giunti, deformazioni e risultati delle ispezioni.

Non necessariamente. Un valore prudenziale deve restare fisicamente plausibile e coerente con lo scenario. Un'eccessiva penalizzazione può mascherare altri errori o produrre sovradimensionamenti non motivati.

Indicando formula, coefficiente, unità di misura, fonte, condizione della condotta rappresentata, eventuali maggiorazioni e risultati dell'analisi di sensibilità.