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Yusuf Morrone Geologia Ambientale www anisn.it /Geologia 2000

Capitolo 6. Azione del Mare e Difesa delle Coste

Movimenti acque marine. Sono di tre tipi: onde, maree, correnti. Le maree sono periodici innalzamenti e abbassamenti del livello marino paragonabili in lunghezza alla circonferenza terrestre e di altezza variabile. Considerando un oceano uniforme ricoprente la Terra, lo spostamento verticale si trova come μ = -Vm/g, con Vm il potenziale di marea sviluppato matematicamente in funzione del raggio terrestre e latitudine, mentre g é la gravita. Da Vm si può ricavare la componente orizzontale (che causa i dislivelli della marea) e verticale delle forza di marea. Il tempo di flusso é uguale a quello di riflusso uguale a 6 ore 12 primi e 37 secondi. Se un bacino presenta un periodo proprio pari a ½ , 2/3, 2/5 rispetto a quello dell’onda di marea si verifica un fenomeno di risonanza ovvero si ha una oscillazione forzata (coscillazione di marea) come avviene per le maree adriatiche innescate dalle autonome ioniche. Se maree e coscillazioni hanno un carattere permanente, le sesse sono sempre di breve periodo ovvero dovute ad una causa occasionale generica (vento, risucchio a causa della pressione atmosferica, fenomeni sismici). Le correnti si formano ogni volta che si ha un dislivello tra due punti situati allo stesso potenziale. Tale dislivello di pochi mm, si genera per anomalie di densità (correnti di gradiente), per venti costanti (correnti dideriva), per diversa salinità (correnti termoaline). Esistono poi le correnti legate alle maree, sesse, moto ondoso. Le onde sono movimenti irregolari delle acque derivanti dal movimento di particelle d’acqua attorno ad un centro di oscillazione lungo una traiettoria chiusa. Il vento é la causa principale del moto ondoso e le onde gravitazionali assumano la forma definitiva classica quando la velocità eguaglia quella del vento. La forma matematica viene approssimata a quella di un onda sinusoidale di Airy: v = / T = velocità = lunghezza d’onda / periodo.

L’energia connessa con l’onda interessa uno spessore 0,5 , per cui quando lo spessore d’acqua dal fondo é 0,5 , la forma dell’onda inizia ad essere asimmetrica per poi frangersi sulla costa. Molto importanti sono le correnti legate al moto ondoso dato che sono tra gli agenti più importanti nella morfologia costiera, (longshore currents o correnti litoranee) che corrono parallele alla costa con andamento a zig-zag. Tale andamento deriva dalla componente parallela alla riva dell’energia cinetica legata al moto ondoso. Cliff erosion. La differente erodibilità delle rocce costiere forma promontori e rientranze a baia, ed altre particolari morfologie associate come grotte, archi, isolotti, scogli. Le coste alte dal punto di vista geotecnico presentano solo problemi di stabilita dei versanti. Per cui é bene studiare la stratificazione, fessurazione, e la presenza di faglie recenti. Alcune coste alte sono il risultato di antiche frane, per cui é necessario evidenziare bene tutto il corpo e la antica superficie di scivolamento.

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Erosione differenziata

Gli interventi che si eseguono sulle placche piu fragili calcarenitiche sono: rete metallica, gunite, ancoraggi, regimazione delle acque superficiali (interventi su terraferma) e difese aderenti e/o barriere frangiflutti (interventi a mare). Coste basse e sedimenti. La spiaggia é la zona litorale costituita da materiale sciolto soggetto a moto ondoso. Una spiaggia si divide in varie parti: spiaggia sommersa, avanspiaggia, retrospiaggia.

I sedimenti clastici spesso rotolano lungo la retrospiaggia e avanspiaggia a causa del moto ondoso in acque basse. Le coste sabbiose invece iniziano già con dune fisse a monte a causa del vento e proseguono fin nella zona sommersa formando anche terrazze. La deposizione di materiale sabbioso avviene dove é presente un ostacolo e la sedimentazione nel tempo può portare alla formazioni di barre, cordoni litoranei tomboli (ovvero cordoni litoranei sormontati da dune e famosi quelli di Orbetello e Feniglia che collegano la costa con il Monte Argentario, in passato un’ isola) e stagni costieri. I depositi fini trasportati in sospensione tendono a depositarsi fuori dal campo di azione dell’onde frangenti (offshore). Delta. Risulta da un attivo deposito di sedimenti fluviali e fluvio-marini, tali da far avanzare la linea di costa verso il mare. Le foci fluviali vi appaiono multiple perché i fiumi in questo ambiente tendono a ramificarsi. Nel delta di un grande fiume si hanno depositi ricchi di sabbia presso i rami fluviali, e fangosi tra un ramo e l’altro. Arretramento della costa. Rappresenta il processo inverso del delta ovvero la linea di costa avanza verso monte. Avviene per azione regressiva dell’alveo del corso principale vicino alla costa (per diverse ragioni tracui anche una mancanza di trasporto solido), per azione demolitrice del moto ondoso sulle coste alte per scalzamento alla base di una falesia, o per materiale facilmente erodibile. Difesa. Nelle coste rocciose si eseguono opere aderenti che sono: scogliere di massi, gabbionate, muri di calcestruzzo oppure si eseguono moli normali al vento e all’onda; altre opere sono i frangiflutti emersi o sommersi, trasversali o longitudinali. Per le opere di pietra occorrono materiali grossi e resistenti e qualora non trovandoli si usa calcestruzzo di varie forme adatte (classici i tetraprodi e cubi). Lungo le spiagge si ricorre a costruzioni analoghe ma avendo qui importanza il movimento dei detriti sia in direzione parallela che trasversa ai litorali, bisogna considerare l’insieme di spiagge tra due promontori o capi.

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Ogni opera costruita di traverso alla spiaggia, ostacola il trasporto longitudinale dei detriti e questi si ammassano a ridosso dei moli o pennelli. Quest’ultimi sono costruiti in varia forma e fatti da: sacchi di sabbia, massi naturali o artificiali, palancole in ferro, palizzate di legno, gabbionate, e possono esser fissi o modificabili. La lunghezza di un pennello va determinata in base all’allineamento che si vuole attribuire alla futura spiaggia, tenuto presente che la linea di riva tenderà a disporsi perpendicolarmente alla risultante annua del moto ondoso. Pennelli singoli vengono utilizzati per fare aumentare localmente la lunghezza della spiaggia sopraflutto per la difesa di imboccature portuali o lagunari, mentre un sistema di pennelli si adotta per proteggere una striscia estesa di spiaggia o anche per realizzarla diminuendo il versamento artificiale. Il ripascimento artificiale (land reclamation) avviene con materiale di riporto per annullare o rendere positivoil bilancio volumetrico dei sedimenti. La spaziatura tra pennelli é 2 o 3 volte la lunghezza dei pennelli stessi. Le barriere frangiflutti foranee parallele alla riva sono strutture costruite a una certa distanza dalla battigia per proteggere una area costiera (figura precedente a sinistra).

Ripascimento artificiale a sinistra e sezione diga foranea a destra.

Geologia delle opere portuali. Si distingue tra porti aperti su mari a grande sviluppo di marea, che di solito non richiedono opere di difesa essendo situati in estuari fluviali lagune o stagni marini, e porti aperti su mari a piccolo sviluppo di marea che richiedono la costruzione di una o più dighe. Le dighe possono essere costruite parallelamente alla costa (foranee) o radicate alla riva. Si distinguono 4 tipi di porti: con una diga (foranea), con due dighe convergenti o parallele (radicate alla riva in genere), con due dighe convergenti ed un antemurale (protezione imboccatura del porto), con una diga principale ed una secondaria. Le dighe si realizzano a gettata o a pareti verticali, ed esistono anche miste con struttura verticale fondata su gettata. Le opere a gettata si costruiscono sovrapponendo con un certo angolo di scarpa, massi naturali o artificiali eventualmente con rivestimento esterno. Studi geotecnici dei fondali sono necessari per evitare subsidenze pericolose. Le dighe, con eventuali moli associati e radicati a terra, riducono l’energia del moto ondoso a causa di riflessioni e rifrazioni delle onde, ma comunque si può avere sempre del trasporto solido a causa delle correnti litoranee; in tal caso si eseguono nel tempo dei dragaggi in porto.

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Capitolo 7. Zone Climatiche Estreme

Deserti. Presentano poca pioggia che risulta inferiore all’evaporazione, con processi erosivi legati al vento. Periodicamente si ha anche un’ erosione legata alle piogge eccetto in zone completamente aride senza pioggia. Wadis o arroyos. Sono vallate semiaride normalmente secche ma che si riempiono d’acqua dopo intense piogge. Le strade sono progettate per essere inondate mentre normalmente si usano gabbioni per prevenire fenomeni di sottoescavazioni. Erosione selettiva. Risulta dovuta alla alterazione delle parti deboli delle rocce da parte del vento e acque piovane che lasciano forme geomorfiche tipiche come: inselberg (monte-isola), mesa e archi naturali.

Wadi presente in un deserto roccioso detto hamada o pietroso detto serir; mesa costituito da strati orizzontali ed infine un pan di zucchero (Rio) di rocce resistenti granitiche detto inselberg (monte-isola). Nelle zone semiaride l’azione del vento insieme a quella termoclastica provoca i tafoni e gli archi.

Desertificazione. Risulta dovuta all’aumento di zone aride rispetto alle zone con vegetazione a causa di cambiamenti climatici, deforestazione, ed aumento di Sali nel terreno per evaporazione dell’acqua di irrigazione.Zone pendenza larghezza processi sedimenti drenaggio rischi Montagna > 12 ° erosione rocce gole alluvioni Pediment 2-12° 1-2 km conoide ghiaie wadis idrocostipamento Piana alluvionale < 2° 1 -10 km conoide sabbie wadis superf. erosione eolica Playa < 0,5° bacino silt, sale lago tempor. erosione eolica

Profilo trasversale lungo una tipica zona desertica.

Sedimenti desertici. Sono principalmente alluvial fans costituiti da sedimenti alluvionali e colate fangose che vengono da montagne che terminano con una vallata wadis. Con playas invece s’intende depositi soffici di silt e argilla con evaporiti come il gesso e sale. Le zone costiere dette a sabkha sono simili. In tali zone perfenomeni di capillarità il sale presente nella falda, che interessa formazioni siltose, puo risalire per 3 m fino ad interessare sovrastrutture stradali ed edifici. In tal caso le strutture in calcestruzzo devono essere impermeabili; i pali di fondazione possono avere le armature rivestite di materiale epossidico anticorrosivo Tutte le fondazioni superficiali sono bitumate e hanno anche un rivestimento supplementare gommoso. Con il termine duricrust si intende un deposito di concentrazione di Sali formatesi per evaporazione dell’acqua di falda ed il piu comune é il calcrete (caliche) formato da calcite di spessore 1m, che sta sopra a sedimenti non

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consolidati. Questo duricrust non deve essere confuso con il rockhead di buona capacita portante. Dune. Sono forme tipiche dell’accumulazione eolica dei deserti sabbiosi (erg). Queste si iniziano a formare quando un ostacolo qualsiasi si interpone causando un abbassamento della velocita del vento. Hanno un profilo con pendenza minore sul lato esposto al vento e struttura incrociata a stratificazione obliqua. La capacita di trasporto solido del vento é proporzionale al cubo della sua velocita. Un vento saturo di sabbia può trasportare migliaia di tonnellate per kmq. Una tempesta di sabbia di 500 km di diametro può mettere in movimento 100 milioni di tonnellate di sabbia. Il movimento si svolge per 95% nei primi 25 cm dalla superficie, sia in sospensione nell’aria sia per saltazione dei granuli. Gli accumuli eolici sono rappresentati dalle dune mobili e dai depositi fissi. Le dune mobili possono essere del tipo trasversale alla direzione del vento (barcane) o del tipo longitudinale (seif o irq). I depositi eolici fissi traggono origine da ostacoli emergenti dal suolo (cespugli, rocce, pareti rocciose) e si accrescono finché l’inclinazione delle pareti non raggiunge i 34° pari all’angolo di attrito interno della sabbiasciolta. Le dune costiere sono per lo piu depositi fissi, paralleli alla fonte di approvvigionamento, che il ventotende a moltiplicare in più ordini, a mano a mano che la fila precedente si é completata. La velocità di spostamento delle dune mobili é da qualche metro a qualche decina di metro all’anno. La difesa dal seppellimento sotto accumuli eolici di strade ed edifici si può realizzare in 4 modi: distruggendo o stabilizzando le dune mobili (si usano escavatori e trasportatori a nastro per la rimozione del materiale, oppure si eseguono incisioni o trincee trasversali o longitudinali per alterare la simmetria della duna), deviando il trasporto eolico (si usano schermi metallici, di legno, e muratura disposti obliquamente o a V, oppure siepi fatte con materiale permeabile come fronde di palma in vari ordini sopraelevati tra loro), fissando la sabbia all’origine (la piantagione con piante erbacee, cespugliose e arboree é un metodo valido lungo le zone costiere e si esegue in filari o secondo reticoli a maglia rettangolare, mentre un metodo in passato e meno usato adesso, era quello di arrestare le dune mobili con aspersioni di petroli leggeri più penetranti ), agevolando il trasporto solido (si creano superfici lisce dove la sabbia abbia difficoltà a fermarsi, cosi in una strada piana la sabbia scorre via e si forma solo un sottile strato lungo il lato sottovento, mentre se le autostrade hanno la sopra-elevazione da un lato rispetto all’altro non si forma nessuna coltre sabbiosa).

Captazione d’acqua nelle zone semi-desertiche. In pratica si cercano falde acquifere e in tale ambito tre sono le principali tecniche: - drenaggi orizzontali : trincee, gallerie drenanti ; - mediante pozzi verticali : pozzi semplici, campo pozzi ; - mediante dighe sepolte. Le trincee drenanti sono simili a quelle che vengono usate per consolidare i terreni collinari. Trovano uso spesso nelle zone sub-aride africane e asiatiche costruite parallelamente alla linea di costa per intercettare le acque di falda che vanno al mare: la debole velocità é compensata dalla lunghezza delle opere. Il materasso filtrante sviluppato sia verticalmente che in estensione é perpendicolare al movimento dei filetti liquidi della falda. Le gallerie filtranti di sezione ovale o rettangolari, che sono rivestite se il terreno é franoso, sono messe ai piedi dei versanti ad una certa distanza dalle pareti. Sono dirette secondo il senso di moto delle falde anziché trasversalmente come prima. In passato sono state usate, sempre nelle regioni sub-aride con sviluppi per centinaia di km complessivi. I perfori orizzontali sono comunemente usati per drenare i terreni instabili con opere disposte in serie o a raggiera da una piattaforma di perforazione. Per la captazione ad uso

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idropotabile trova rara applicazione e di solito é associata alla realizzazione di pozzi verticali di grande diametro, dal cui fondo si dipartono a raggiera, i sondaggi orizzontali attrezzati con tubi drenanti (pozzi Ranney). I pozzi verticali isolati semplici in zone rurali non sono altro che grossi scavi circolari verticali cementati superiormente e rivestiti in mattoni alla base, che funge da protezione delle pareti e da filtro per i terreni permeabili. Nelle formazioni rocciose compatte, l’acqua dell’acquifero entra direttamente nel foro non sostenuto in un pozzo tipico verticale. Nelle formazioni sciolte alluvionali, la mancanza del rivestimento provoca un’ostruzione più o meno veloce. Per evitare questo, nel foro è inserita una colonna di tubi avvitati tra loro, che, in corrispondenza dei livelli acquiferi è dotata d’aperture per l’entrata dell’acqua. In questo modo si ottengono i seguenti vantaggi: si stabilizzano le pareti del foro, si riduce l’entrata di sabbia, si minimizza la resistenza idraulica in fase di pompaggio. Una camera del pozzo completa presenta il motore elettrico dell’elettropompa sommersa con relativa tubazione di mandata con saracinesca e valvola di ritegno.Nei sedimenti alluvionali sui quali scorrono fiumi e torrenti si trova sempre una corrente subalvea costituita da un vero e proprio corso d’acqua sotterraneo che si sposta con velocità dipendente dalla pendenza e dalla permeabilità delle alluvioni (sono state misurate velocità da 0,3 a 16 metri al giorno). Questo corso sotterraneo esiste anche quando il corso superficiale è scomparso (uèd sahariani). In pianura le correnti subalvee sono generalmente in contatto immediato con il corso d’acqua, in montagna o in collina l’alternarsi di alluvioni e di tratti di letto impermeabili comporta correnti subalvee spesso assai profonde e talvolta in pressione. La cattura di queste correnti subalvee può avvenire tramite dighe sepolte.

Diga sepolta o di subalveoLe dighe sepolte si eseguono sbarrando con un diaframma impermeabile (muro sottofondato) la sezione di una valle ospitante un acquifero alluvionale. La captazione avviene tramite tubi drenanti alla base o tramite pozzi nella parte antistante. Vengono usate in climi semi-aridi ma possono usarsi ovunque dove vi é un corsod’acqua a regime variabile (Calabria). Costanti idrologiche del terreno. La forza matriciale (capillarità + adsorbimento) concorre a formare la tensione superficiale dell’acqua nel terreno (nei suoli salini bisogna aggiungere anche la pressione osmotica). Questa tensione (pressione negativa) puo variare molto e generalmente nelle condizioni compatibili con l’accrescimento delle piante non supera le 25 atm. Si definisce pF dell’acqua nel terreno il logaritmo in base 10 della tensione espressa in centimetri d’acqua. Cosi una tensione di 1 atm corrispondentea 1000 cm di acqua e’ pari a pF =3. Le costanti sono: Capacita massima: rappresenta l’acqua di saturazione che riempe tutti i pori. Capacita di campo o ritenzione: rappresenta la massima quantità di acqua che un suolo può trattenere quandosi trova nella condizione di poter scolare liberamente. La quantità rispetto a prima e’ diminuita di poco per terreni argillosi, ovvero di molto per quelli sabbiosi (pF = 2.5). Punto di appassimento: supponiamo di togliere acqua tramite l’evaporazione ad un terreno a capacita di campo. La tensione aumenta come notato dal grafico seguente. Ad un certo punto il potere di assorbimento delle piante diventa uguale, poi inferiore , alla forza con cui l’acqua e’ trattenuta dal suolo. L’acqua che vi resta e’ inutilizzabile dalle piante Il punto di appassimento per la maggior parte delle piante e’ intorno a 16 atm (pF = 4.2). Punto di igroscopicita: il suolo può perdere ancora acqua oltre il punto di appassimento e ad un certo punto si

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stabilisce un equilibrio con l’umidità atmosferica. Per una umidità dell’aria pari al 50% , la tensione e’ costante e corrisponde ad un pF = 6.5. L’acqua disponibile AD per le piante e’ pari alla capacita di campo CC meno il punto di appassimento PA.

Curve di ritenzione. Tra punto appassimento e ritenzione vi e’ l’acqua disponibile per le piante. Umidità media 5% per sabbia e 25% per l’argilla.

Acqua disponibile AD in mm come funzione del tipo di terreno e profondità.

Una volta valutata l’evapotraspirazione bisogna considerare il coefficiente colturale Kc per valutare l’evapotraspirazione della coltura ETc.

Es.: Calcolare ETc di una coltura di mais nella prima decade di giugno (coefficiente colturale Kc = 0.7) e nella prima decade di agosto (Kc = 1,15), sapendo che nella vasca evaporimetrica di classe A (coefficiente climatico Kv = 0.75) sono evaporati rispettivamente nelle due decadi 8 e 10 mm /giorno (diminuzione del livello di acqua nella vasca)Nella prima decade di giugno la ETc è pari a 42 mm (8 mm/g * 0.75 * 0.7 * 10 gg)Nella prima decade di agosto la ETc è pari a 86 mm (10 mm/g * 0.75 * 1.15 * 10 gg) Non e’sempre necessario che l’irrigazione supplisca al deficit ETc - P perché, come detto, esiste l’acqua disponibile AD ed é per questo che si é considerato precedentemente ETP – ETR. La riserva utilizzabile e’ pari al volume di acqua esplorabile dalle radici tra punto di ritenzione e punto di appassimento. Ad esempio il contenuto di umidita massima, calcolato come nella geotecnica delle terre, del terreno agrario detto capacità di campo CC vale 35% mentre l’umidità limite al di sotto della quale le piante subiscono stress idrico vale 20 %, ed é detto punto di appassimento PA. L’acqua utile o disponibile per le piante sarà AD = CC – PA = 35 - 20 = 15%. La risorsa facilmente utilizzabile per una coltura si scrive:

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RFU ≈ 0,5 AD = 0,5 * 15 = 7,5%. Conoscendo lo spessore del terreno agrario pari a 60 cm scriviamo il volume di adacquamento: 10 000 * 0,6 * 7,5 % = 450 m3/ ha.Tecniche irrigue. In una irrigazione il volume di adacquamento netto (VA n) corrispondente a riempire tuttii micropori dipende dal punto critico colturale PPC (valore leggermente superiore a PA) e dalla profondità del terreno. L’efficienza si definisce come: E = volume utile alla coltura (mm) /volume erogato (mm). Un altro parametro importante della tecnica irrigua e l’intensità di adacquamento espresso come: IA (mm/h) = portata erogatore (L/h) /area media dominata dall’erogatore (m2). Dopo un adacquamento, in assenza di piogge, i consumi per evapotraspirazione della coltura determinano un giornaliero abbassamento dell’umidità del terreno, che gradualmente ritornerà al punto critico colturale, rendendo necessario un nuovo intervento irriguo. Il tempo che intercorre fra due adacquamenti successivi si chiama turno irriguo (T) e corrisponde ai giorni impiegati all’evapotraspirazione della coltura a consumare il volume di adacquamento, immagazzinato nello strato utile del terreno: Turno T (giorni) = Volume di adacquamento netto VA.n (mm) / Evapotraspirazione effettiva ETc (mm/giorno) . L’ultimo elemento tecnico della gestione irrigua è infine costituito dall’orario odurata dell’adacquamento (O), in quanto indica esattamente il tempo necessario per eseguire questa operazione. Nel calcolare O occorre tenere conto anche delle perdite di acqua che si verificano durante l’adacquamento; dovremo pertanto erogare un volume di adacquamento lordo (VA.l), così definito: VA l = Va n / E A questo si calcola l’orario : O (h) = Volume adacquamento lordo (mm/h) / intensita (mm/h).

Esempio: su un terreno di medio impasto con PCC = 40% AD presenta gli apparati radicali attivi che raggiungono una profondità di 40 cm. Si pone un impianto stazionario a pioggia,

con gli irrigatori a cerchio disposti a triangolo con L = 20 m e d = 18 m. La portata degli irrigatori vale Q = 0.5 litri/ sec con E = 0.8 ed infine ETc = Kc ( ETP ) = 5,7 mm /giorno. Dal diagramma di AD per medio impasto e profondità 40 cm si trova 67 mm, quindi

VA n = 67* ( 1 - 0.4) = 40 mm T = 40 / 5,7 = 7 giorni VA l = 40 /0.8 = 50 mm IA = (0.5 *3600 )/20 *18 = 1800 (litri/ora) / 360 (m2) = 5 mm/ora O = 50 /5 = 10 ore

Esempio. Nel caso di un irrigatore semovente si deve calcolare la velocità di avanzamento tramite la seguente relazione: v (m/ora) = portata (litri/ora) /larghezza fascia di competenza (m) * Va l (mm) In condizioni massime l’irrigatore semovente eroga 5,2 m3/ora e la fascia di competenza e’ 32 m per cui utilizzando come prima VA l = 50 mm. Velocita avanzamento = 5200 /32 * 50 = 3,25 m/ora

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IA = 5200 / 32 *3,25 = 50 mm/ora Una intensità di 50 mm/ora e’ molto maggiore del coefficiente di permeabilità Ki di un terreno di medio impasto (valore massimo del franco 1,25 cm/ora = 12,5 mm/ora) per cui si avranno dei ristagni di acqua con condizioni asfittiche e quindi il metodo non e’ proponibile.

Esempio. Consideriamo ora una coltura irrigata a goccia ovvero un’ irrigazione localizzata che non bagna l’intera superficie della coltura.

In questo caso dobbiamo calcolare il diametro bagnato funzione della portata erogata dal punto goccia in funzione del terreno dal seguente diagramma.

Poniamo la portata 1,3 litri/ora e per un terreno franco abbiamo D = 0.8 m = 80 mm. Tenendo conto della distanza tra le linee L = 120 cm, la percentuale di area bagnata vale PAB = 80/120 = 0,66. Essendo da prima

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AD = 67 mm (67 litri/ m2 di suolo bagnato) e considerando la percentuale di area bagnata per ogni m2 della superficie colturale avremo AD = 67 * 0.66 = 44 mm. Tenendo conto che PPC = 40 % AD possiamo valutare : VA n = 44 (1- 0.4) = 26,4 mm T = 26,4 /5.7 = 4.6 giorni VAl = 26,4 /0.9 = 29.3 mm IA = Q /d L = 1,3 / 0.4 *1,2 = 2,7 mm/ora O = 29,3 /2,7 = 10,8 ore

Lo stesso studio visto per un terreno agrario può farsi anche per l’irrigazione del verde urbano.Le reti irrigue : canalizzazioni e condotte.I canali d’irrigazione hanno di solito forma trapezia; solo per le canalette rivestite si impiega talvolta la forma rettangolare o semicircolare e semiellittica. Come è noto, il dimensionamento di un canale si conduce, per tentativi, sulla base delle formule di Leonardo e Castelli, Chézy e Bazin

Q = A v; v = B (Ri) 0,5 ; B = 87/ 1 + ( y / R 0.5 )

Assegnando il coefficiente di Bazin B e quello di scabrezza y si ricava il raggio idraulico R quindi ponendola pendenza i, si valuta la velocità; nota la sezione bagnata A si valuta la conseguente portata Q. Nel progetto e nella costruzione di un canale in terra bisogna tener conto di una serie di avvertenze:- nei canali trapezi, ad eccezione talvolta di quelli di piccole dimensioni, non si adottano sezioni di minima resistenza che condurrebbero a larghezze del fondo troppo ristrette;- in ogni caso si deve tener conto di un “franco” (Fig.seguente ), da un massimo di 0,5 m per i grossi canali aun minimo di 0,15 m per i più piccoli.

- la pendenza delle sponde varia da 1:1 per terreni argillosi a 1:3 per terreni sabbiosi; per canali di piccole dimensioni si tende tuttavia a fare sponde più ripide.- la velocità media dell’acqua deve essere contenuta, per evitare erosioni, entro 0,5 m/s, per i terreni sabbiosied 1 m/s per i terreni argillosi; in caso di pendenze elevate bisogna pertanto interporre dei salti; d’altra parte la velocità non deve neppure essere troppo bassa per evitare depositi eccessivi in presenza di acquetorbide (orientativamente, se si vuole evitare i depositi dei limi e, a maggior ragione, delle argille, la velocità deve superare gli 0,3 - 0,5 m/s passando da canali piccoli a canali grandi).- la banchina deve essere abbastanza larga da consentire il passaggio delle macchine per la manutenzione; è opportuno però che il traffico normale sia indirizzato su una viabilità lungo i canali di drenaggio dove vi sono minori possibilità di danni.- la superficie delle banchine deve essere inclinata verso l’esterno per l’evacuazione delle acque di pioggia.Per le condotte invece si ricerca il diametro. L’equazione del moto uniforme nei canali secondo Chezy può anche scriversi: R i / v2 = 1 / B2 da cui i = v2 / R B2

Con misure sperimentali sulle condotte circolari il Darcy, partendo da quella di Chezy, ha considerato la cadente piezometrica: i = Y/L = ( 0,00164 + 0,000042 / D) Q 2 / D5

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Esempio 1: si consideri un acquedotto (in alto a sinistra) a solo servizio di estremità avente lunghezza L = 5 km, carico idraulico ∆ (delta) = 120 m e carico residuo R = 20 m; portata Q = 60 litri/min.

Risoluzione: Perdita di carico : Y = ∆ - R = 120 - 20 = 100 m; fissiamo un tentativo di diametro D* = 40 mm = 0.04 m. K1 = (0.00164 + 0,000042 / D* ) = 538 10 – 5 Per tubi vecchi in genere si raddoppia il valore di K1. La portata viene espressa Q = 60 litri/min = 0.06 m3/ 360 sec = 0,001 m3/ sec D ** = (K1 * Q 2 L / Y ) 0.2 = ( 538* 10 – 5 0,001 2 * 5000 / 100 ) = 0,048 m . Essendo in commercio tubi da 40 mm e 50 mm, utilizzeremo questi ultimi.

Esempio 2: progettiamo una condotta con sollevamento (in alto a destra). Per l’acquedotto sono assegnati L = 500 m, H = 50 m e Q = 0.005 m3/sec si determini il diametro della condotta, nonché la prevalenza della pompa e potenza. Usiamo tubi metallici e applicando la formula semplificata di Bresse: D = 1,15 (Q ) 0.5 = 1,15 ( 0,005)0.2 = 0,0805 m = 80,5 mm. Assumiamo il diametro commerciale 80 mm. La perdita di carico vale : Y = K1 L ( Q2 / D 5) = 16, 5 m La prevalenza della pompa: P = H + Y = 50 + 16,5 = 66,5 m La potenza della pompa si scrive: Q = 1000 Q P / n = 1000 *0,005 * 66,5 / 0,6 = 550 Watt Il valore n = 0.6 é il rendimento operativo della pompa.

Abbiamo gia visto che irrigare troppo può portare al ristagno e specialmente nei terreni argillosi. Per ovviare a questo problema si usano alcune tecniche agronomiche: l’affossatura, la baulatura e il drenaggio. La prima consiste nel realizzare piccole canalette e convogliarle in un pozzetto disperdente. La baulatura consiste nel mettere il terreno superficiale a dorso di mulo per facilitare lo sgrondo nelle canalette. Infine il drenaggio si realizza con trincee rettangolari a breve profondita costituite da un tubo fenestrato con ghiaino attorno e poi sopra il materiale di scavo costipato. La distanza tra i tubi varia tra 5 - 6 metri.

Permafrost in zone periglaciali. Rappresenta il terreno sempre gelato e lo spessore varia da regione a regione, per esempio in Siberia e Alaska con temperatura media annua dell’aria tra – 7 e – 16 °C, la base del permafrost si é trovata a 300-600 m di profondità. Nelle regioni continentali subartiche si puo ritrovare un permafrost inferiore ai 50 m che può essere continuo o discontinuo (dove quà e là si ritrovano tratti non gelati) o sporadico (plaghe limitate di ghiaccio dentro suoli e roccia). Strato attivo. Lo spessore superficiale del permafrost é detto strato attivo (fino a 6 m ) dove l’acqua può passare dallo stato liquido a solido e viceversa con il cambio delle stagioni. Le piante possono crescere quando vi é acqua ma le radici si sviluppano in orizzontale quando al di sotto vi é il ghiaccio permanente. Tipiche forme sono pingo e palsa ovvero collinette a cupola di non grandi dimensioni. I pingo sono alti al massimo 50 m si ritrovano in terreni sabbiosi o siltosi e sono costituiti al nucleo da una massa lenticolare di ghiaccio che ha sollevato il materiale superficiale. I palsa sono alti sui 10 m e presentano varie lenti di più

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piccole dimensioni in materiale torboso. Ice heave. Sono dislocazioni verticali dovuti al ghiaccio nello strato attivo. I cunei di ghiaccio (ice edge), sono costituiti da lamine verticali e quelli fossili (eta glaciale wurm) si ritrovano riempiti da detriti. Nello strato attivo si hanno fenomeni di crioturbazione ovvero in autunno il congelamento inizia dall’alto e via via procede fino a raggiungere il basso dove il terreno é sempre gelato; durante questo processo le pressioni deformano il terreno molle superficiale provocando piegamenti in varie direzioni. Talus. Accumulo di frammenti di detriti (falda di detrito) per alterazione meccanica delle rocce (gelo-disgelo), con angolo di riposo sui 37°. Molte falde di detrito fossili del Pleistocene sono inattive nei climi attuali, e spesso coperte da vegetazione. Argilla con selce. Causata da soliflusso di una miscela di suoli residuali e ciottoli terziari di selce o pietra focaia (varietà di silice a frattura concoide) come avviene spesso in Gran Bretagna. Soliflusso. Può essere anche lungo 1000 m, e si muove su un pendio di 2° spesso comunemente 2-4 m. Si verifica su rocce sedimentarie come argilliti e chalk in Gran Bretagna. Permafrost Engineering. Subsidenza, scorrimenti e ice heave si hanno per terreni argillosi quando il ghiaccio si scioglie mentre le sabbie sono generalmente stabili al disgelo. Pali. Nel ghiaccio stabile generalmente raggiungono i 10 m di profondità. Gravel pad. Le strade vengono sopraelevate con rilevati granulari di alcuni metri con trucioli di legno come isolanti per il ghiaccio.

Interventi in zone periglaciali

La Glaciazione quaternaria. Il quaternario viene definito in due periodi: Pleistocene e Olocene che segna lafine della glaciazione wurmiana (10000 anni) e l’inizio del post-glaciale. Serie continentale Marina10000 Anni fa Post glaciale flandriano Olocene 17000 Wurm 27000 riss tirenniano250000 mindel milazziano 1.000.00 gunz siciliano

1800000 donau calabriano Pleistocene

villafranchiano inf. piacenziano Pliocene

Secondo Milankovitck per cause astronomiche e precisamente per variazione dell’inclinazione dell’asse di rotazione terrestre passante da 21° a 24° si é avuto un abbassamento della temperatura media terrestre di 4-6°C. Al tempo furono circa 60 milioni di Km3 i ghiacci contro gli attuali 20 milioni. Il terziario finisce con il pliocene e precisamente con la facies a molassa continentale del villafranchiano inferiore (serie marina del piacenziano) essendo il superiore corrispondente alla fase glaciale Donau. Durante i periodi glaciali si è avuta una regressione marina mentre nelle fasi interglaciali (riss-wurm, mindel-riss, gunz-mindel, donau-

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gunz) delle ingressioni marine. A causa di ciò abbiamo dei terrazzi marini (sopra e sotto l’attuale livello marino). Qualora si rinvengono terrazzi più alti dell’interglaciale riss-wurm vuol dire che si sono avuti movimenti epirogenetici (equilibrio verticale idrostatico della crosta terrestre). Erosione glaciale. Un ghiacciaio di densità 0,84 gr/cm3, si distingue in una parte superiore di accumulo, ove la neve persiste sempre ed alimenta il ghiacciaio, ed una inferiore detta di ablazione ove il ghiaccio subisce perdite per fusione ed erosione. Il movimento é uno scorrimento plastico laminare facendo assimilare il ghiacciaio ad una massa viscosa che si deforma in movimento paragonabile al ferro portato all’incandescenza. Oltre a questo movimento che interessa la massa, il ghiacciaio scivola in blocco sul substrato roccioso per la presenza di un velo di acqua tra ghiaccio e roccia. L’erosione é legata all’esarazioneovvero all’attrito durante il movimento, alla divaricazione di fessure di roccia, alla frantumazione per azione del gelo-disgelo. Le forme tipiche di erosione glaciale sono: valli ad U, fiordi, circhi o nicchie, gradini, roccemontonate.

Forme tipiche: Ci = circo, Vs = valle sospesa, G = gradino di confluenza, VG = valle glaciale ad U.

Depositi glaciali. Il trasporto del materiale eroso puo avvenire lungo il fondo (morene di fondo), lungo i fianchi della massa glaciale (morene laterali), o in sospensione (morene mediane). Le morene sono un miscuglio eterogeneo di materiali e quelle terminali tendono ad assumere una configurazione ad arco e costituiscono nel loro insieme un fascio di collinette. Durante la fase di ritiro il ghiacciaio non scompariva subito ma la sua fronte sostava per un dato tempo formando delle fasce (morene di ritiro) simili alle morene terminali ma meno spesse e discontinue. Il drumlin o sheet moraine é una collinetta ovale, tipica nel nord America, dolcemente arrotondata con asse longitudinale parallelo alla direzione del movimento antico glaciale. I drumlins in gruppi si ritrovano in posizione arretrata rispetto alle morene terminali. Altri importanti depositi sono quelli fluvioglaciali che consistono di strati di argilla, limo sabbia selezionati e abbandonati dai torrenti d’acqua di fusione dalle masse d’acqua adiacenti o sotto il ghiacciaio. Infine depositisabbiosi-ghiaiosi di fronte sono detti outwash. Grossi torrenti scavano tunnel nel ghiacciaio stagnante ed il loro depositi formano corpi allungati detti esker.

Depositi di un ghiacciaio visti in pianta

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Glacial till. Termine generico di un deposito morenico non stratificato; eseguendo un taglio si ritrova inizialmente in alto una zona detta morena di ablazione non consolidata con 10 % al massimo di argilla, quindi un deposito di acque correnti ed infine alla base la morena di fondo con 10-40% di argilla e con blocchi di roccia erosa dal movimento (trovanti di roccia e se di grandi dimensioni definiti massi erratici). Tale struttura presenta grandi problemi nella ricerca di acqua che deve concentrarsi nella zona mediana dei depositi di acque correnti fortemente inclinati, con meno argilla. I paleoalvei (antichi alvei fluviali) sono per lo più riempiti di sedimenti glaciali o di altro tipo (alluvioni o conoidi di apporto laterale, materiale di frana) e da essi nascosti. La fenomenologia per cui si originano le valli epigenetiche deriva dal fatto che il corso d’ acqua é obbligato a spostarsi e a scavare un nuovo letto, di solito in valli strette descrivendo una brusca ansa.

Valle epigenetica con morene a sinistra e diverse tipi di valli per confronto a destra.

I pericoli derivanti da sbarrare con dighe valli epigenetiche sono rappresentati da: spinta idrostatica sui materiali sciolti dell’alveo sepolto con possibilità di sfondamento, erosione dei medesimi ove bagnati dall’invaso, sifonamento degli stessi per progressione asportazione di particelle ad opera delle acque filtranti dal serbatoio, instabilità del setto roccioso che separa la vecchia valle dalla nuova, specie se é sollecitato lateralmente da una diga ad arco. Questi materiali quindi devono essere impermeabilizzati. I provvedimenti da fare sono di solito realizzati con l’esecuzione di una paratia continua (rigida in calcestruzzo o deformabilein cemento-bentonite) o dalla costruzione di schermi (o veli) di iniezioni cementizie attraverso fori di sonda. Non di rado si é obbligati anche a consolidare il setto roccioso con iniezioni di cemento e ancoraggi profondi. Se si volesse costruire direttamente su depositi glaciali, normalmente si considera una pressione di sicurezza SBP = 400 KPa per morene di fondo consolidate e meno di 100 KPa per morene di ablazione superficiali. La presenza di massi erratici non consente la battitura di pali e palancole. Infine bisogna considerare che zone stagnanti vicino ai drumlins possono presentare depositi lacustri argillosi-limosi con torba di forte subsidenza. Questi sedimenti in Norvegia e Canada sono molto sensitivi e definiti quick clays.

Scoscedimenti a uncino.

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Le lame (creep) superficiali dette ad uncino provocano una inversione dell’immersione degli strati e possono indurre in errore quando gli strati sono a reggipoggio (figura sopra a sinistra) o a franapoggio più inclinati del pendio (destra), specie per alternanze di arenarie, argilloscisti e marne. Sono molto pericolosi per le spalle di ponti e dighe e si ritrovano in una valle quando da una parte si hanno strati a franapoggio e dall’altraa reggipoggio. Secondo G.Dal Piaz tali scoscendimenti si ritrovano spesso in zone attualmente temperate nelle valli glaciali quaternarie dato che le cause sono da ricercarsi nel mancato appoggio dei ghiacciai sulle rocce. Per K.Terzaghi si possono anche ritrovare in zone tropicali a causa delle forti piogge che inducono lame di scorrimento superficiale che per induzione uncinano gli strati. Quando si é in campagna si pensa subito ad una sinclinale, (pero facendo misure con bussola da geologo lungo il corso del fiume si vede che quello che potrebbe essere l’asse della sinclinale segue fedelmente la sinuosità della valle, il che indica che non si tratta di un asse) o alla presenza di una faglia. Inoltre gli strati non presentano alterazioni chimiche masi presentano intatti il che potrebbe far pensare che le condizioni della roccia sono ottime. Dato che il fenomeno degli scoscendimenti ad uncino non é visibile facilmente, é necessario studiare le valli laterali trattandosi di motivi monoclinali.

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Capitolo 8. Ambiente, Energia e Sviluppo sostenibile

L’importanza delle problematiche ambientaliI Decreti principali relativi all’attuazione di alcune direttive CEE in materia di ambiente sono:- DPR 203/88 in materia di qualità dell’aria- DPR 236/88 in materia di qualità dell’acqua- Studi sulla Valutazione di impatto ambientale (VIA) prima con la Legge 146/94 e poi con il DPR

12.04.96- Legge 183/89 sulla formazione dei Piani di bacino e di assetto idrogeologico- Legge 10/91 relativa al risparmio energetico- Legge n. 447/95 Legge quadro sull’inquinamento acustico, che prevede la creazione di veri e propri

piani di azzonamento acustico- Decreto del Ministro dell’ambiente n° 381/98 sull’inquinamento elettromagnetico

DPR 203/1988: qualità dell’aria.A seguito delle direttive CEE 80/779 e 82/884 riguardo a certi inquinanti prodotti da impianti industriali. I valori limiti di qualità dell’aria sono stati imposti come: biossido di zolfo S02 pari a 80 microgrammi/m3 (mediana annuale delle concentrazioni in 24 ore), biossido di sodio NO2 a 200 microgrammi/m3.Inquinamento atmosferico di fondo. Risulta quello non localizzato presso la sorgente o nel pennacchio trasportato dal vento ma diffuso su vasta scala e presente con basse concentrazioni di inquinanti a carattere cronico. Ha le seguenti origini: - industrie, che lo diffondono nella troposfera mediante le ciminiere (che negli ultimi anni hanno triplicato la loro altezza per diminuire gli effetti nocivi a livello piu locale);- aree metropolitane, che con il traffico pendolare produce le cappe di smog;- autostrade, sempre piu trafficate e quelle nelle valli sono a maggiore rischio di ristagno e concentrazioni di inquinanti;- linee aeree, che diffondono inquinanti nell’alta troposfera e tropopausa, quindi direttamente nelle o sopra lenuvole.L’inquinamento di fondo ha le seguenti manifestazioni: deposizione secca di polveri, pioggia acida, acidificazioni del suolo al piede dell’albero, aumento della nuvolosità e foschia dato che il particolato funge da nuclei di condensazione, ed infine formazione di nebbie acide.Principali inquinanti. Alla fine degli anni 1980 in ordine decrescente di emissione si aveva: S02 (industria, traffico veicolare ed aereo), N0x (industria e centrali termoelettriche), O3 e composti fotochimici (si formanonella bassa atmosfera per interazione fra raggi UV e inquinanti detti radicali liberi e molto tossici per la vegetazione), metalli pesanti e soprattutto Pb e Cd (industria, traffico, inceneritori), HCl (inceneritori e vetrerie), HF (industria ceramica), diossine (industria plastica), tensioattivi (fogne nei fiumi e poi in mare), fitofarmaci (agricoltura).Se una pioggia normale naturale presenta (per la CO2 disciolta) un PH = 5,5, una pioggia acida puo scendere comunemente a 4,5 -3,5 e le nebbie acide a 2,5. Piogge rosse con vento di scirocco contengono polveri che tamponano l’acidità. Le piogge acide al suolo producono una diminuzione di nutrienti di metalli leggeri qualiK e Mg e riduzione della resistenza al freddo per la micoflora e deficit nella traspirazione delle piante e quindi nell’assorbimento radicale. DPR 236/1988: qualità dell’acqua.Nella direttiva CEE 80/778 si definiscono le zone di rispetto (200 m) per i pozzi, prese di sorgenti, in cui é vietato l’insediamento di fognature e pozzi perdenti, e le zone di protezione che si riferiscono ai bacini imbriferi e al ricarico delle falde. Bisogna eseguire controlli regolari per le acque e i requisiti di qualita sono:

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torbidita: espressa come SiO2 max ammessa = 10 milligr/litrotemperatura °C = 25cloruri Cl- = 25 milligr/litro solfati SO4 -- = 250 milligr/litrodurezza totale °Francesi = 15-50Ammoniaca NH4 = 0,5 milligr/litroNitrati NO3 = 50 milligr/litroCromo Cr = 50 milligr/litroCadmio Cd = 5 milligrammi/litro Tali valori si riferiscono anche alle acque di scarico che vengono inviate ai fiumi e quindi alle zone di protezione.Inquinamento e biologia dell’acqua. L’inquinamento delle acque é di origine: naturale, domestica, agricola, industriale. La naturale é dovuta alle piene che trasportano a valle detriti, carcasse di animali, legname, residui della vegetazione; quello domestico dovuto alle fogne ai detergenti ai grassi; quello agricoloai fitofarmaci ed infine quello industriale é dovuto all’eliminazione di prodotti chimici e di scarti delle lavorazioni o anche per raffreddare con acqua i macchinari legati alla produzione di energia elettrica (centralitermoelettriche). L’inquinamento idrico si ha per: assenza di ossigeno, presenza di sostanza chimiche, temperatura troppo elevata.L’olio galleggia sull’acqua e disturba la penetrazione dei raggi del sole ed anche i detersivi rientrano in quei prodotti che inibiscono l’autodepurazione delle acque. I metalli pesanti sono tossici per la flora e fauna acquatica cosi come valori di PH lontani dalla neutralità; infine l’aumento della temperatura dell’acqua fa diminuirà la solubilità dell’ossigeno disciolto. L’alta temperatura favorisce la crescita dei batteri con il conseguente consumo di ossigeno.I fenomeni aerobici si hanno quando i microrganismi attaccano la sostanza organica con un processo detto catabolismo che consiste nell’ossidazione delle molecole complesse trasformate in CO2, acqua, nitrati, solfati con sviluppo di energia. Questa permette ai microrganismi di moltiplicarsi per quel processo detto anabolismo. L’insieme dei due processi é detto metabolismo. I fenomeni anaerobici, avvengono in assenza diossigeno e sono prodotti da batteri anaerobici che trasformano le molecole complesse in molecole più semplici senza ossigeno come metano, acido solfidrico e fosfine. Riescono anche a formare anidride carbonica con l’utilizzo dell’ossigeno contenuto nei nitrati solfati e fosfati.Le acque sotterranee sono preziose perché forniscono acque agli acquedotti. Quando il terreno sovrastante é impermeabile le acque di falda sono ben protette perché non si hanno infiltrazioni dall’alto in basso; ma anche nel caso di terreni permeabili soprastanti si ha una protezione fisica (effetto filtro dello strato sabbioso soprastante) una protezione chimica (scambio di ioni) e biologica (i batteri aerobi attaccano le sostanze organiche trasformandole in prodotti non inquinanti). Nel caso dei metalli pesanti (specialmente cromo esavalente) la protezione naturale non avviene e si ha un pericolo grave per le acque di falda. Parlando delle acque di scarico spesso si sente parlare di BOD e COD. Questi sono due indici di inquinamento legati al fabbisogno di ossigeno che ha l’acqua per depurarsi. Il BOD = biological oxygen demand, é la quantita di ossigeno (ppm) utilizzata per una ossidazione totale delle sostanze contenute nel campione che possono essere depurate per via biologica. Il COD = chemical oxygen demand, é la quantita diossigeno (ppm) utilizzata per l’ossidazione totale delle sostanze contenute nel campione e comprende la parte di inquinamento depurabile per via biologica (BOD test che dura 5 giorni ed é per questo che si parla diBOD5 ) e quella che si puo annullare solo chimicamente. Oltre alle valutazioni con analisi chimiche del BOD5 e COD la valutazione dell’inquinamento si esegue con test ittici (si diluisce il campione inquinato con acqua pura e si introducono specie ittiche selezionate per verificare il comportamento), e test microbiologici (valutazione dei batteri coliformi presenti, espresso come numero /cm3 di acqua.

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Trattamento reflui. Le acque di scarico inquinate devono essere sottoposte, prima del trattamento vero e proprio, ad un pretrattamento.Il pretrattamento consiste in una o più operazioni fisiche o meccaniche. Scopo del pretrattamento è quello diseparare elementi che per natura o dimensione renderebbero difficoltoso il buon funzionamento dell’impianto di depurazione. Le operazioni di pretrattamento più note sono :- Grigliatura- Dissabbiatura- DisoleazioneSi distingue tra griglie :- fisse o mobili- diritte o curve- verticali o inclinate- a pulizia manuale o motorizzata.Distinzione in grigliatura : luce libera fra le sbarre delle griglie- 3 - 10 mm grigliatura fine- 10 - 25 mm grigliatura media- 30 – 100 mm grigliatura grossolana o pre-grigliaturaLa velocità media dell’acqua attraverso le griglie è compresa tra 0,60 ed 1 m/s. Vmax = 1,2 – 1,50 m/s.La disabbiatura si esegue usando vasche a sezione rettangolare nelle quali la velocità dell'acqua diminuisce eresta costante per l'intera lunghezza. In genere, gli oli liberi (cioè non emulsionati) ed i grassi che si trovano nelle acque reflue sono più leggeri dell'acqua e quindi tendono a galleggiare: pertanto, riducendo la velocità di efflusso delle acque, si favoriste la separazione degli oli e dei grassi. L'American Petroleum Institute (A.P.I.) ha elaborato apposite norme per il dimensionamento delle vasche utilizzate, oltre che per un'eventuale sedimentazione, per separare gli oli ed i grassi. Le vasche, se sono dimensionate secondo le indicazioni precisate - consentono di separare particelle oleose aventi un diametro almeno uguale a 100 micron. I trattamenti veri e propri si distinguono: Trattamenti primari : decantazione (o sedimentazione), coagulazione, flottazione; hanno per scopo l’eliminazione di elevate percentuali di sostanze sedimentabili e parte delle sostanze in sospensione.Trattamenti secondari: depurazione biologica, precipitazione chimica.Trattamenti terziari : adsorbimento, filtrazione, defosfatazione, denitrificazione, sterilizzazione. La vasca di sedimentazione primaria sfrutta la formula di Stokes, che esprime la velocità di sedimentazione: v = g * (Y1 - Y2) * d 2 / 18 n g = 9,81, Y1 = massa volumica della particella (kg/m3), Y2 = massa volumica della torbida (kg/m3), d = diametro della particella sedimentata (m), n = viscosità del fluido (kg/m *sec)Le particelle sono considerate sferiche ed il liquido in quiete, per cui non si può utilizzare direttamente nel dimensionamento degli impianti ma risulta utile per estrapolare le prove di laboratorio da impianti pilota.Considerando A la sezione del fondo vasca la portata specifica risulta v = Q/A espressa in m3 /m2 * ora indipendente dall’altezza h dell’acqua nella vasca. Ponendo v = 0,2 - 0,4 mm/sec, si trova Q/A = 0,9 – 1,8 m3/ m2 * ora e quindi il tempo di ritenzione: t = A h/Q = 2 – 6 ore. In genere il diametro o larghezza del fondo: b = 2 - 10 m, mentre l’altezza di acqua h = 2 - 4 m.Quando l’acqua ha in sospensione particelle molto fini (diametro meno di 10 micron) o colloidi che non sedimentano facilmente si ricorre alla coagulazione/flocculazione. Il processo di coagulazione (detto anche flocculazione) consiste nello sciogliere nell’acqua da trattare sali di ferro o di alluminio, i quali idrolizzandosi danno luogo ad idrati fioccosi insolubili ed attenuano le forze elettrostatiche repulsive. Tali idrati sedimentano facilmente, trascinando le particelle in sospensione. Questi fiocchi possono essere ingranditi variando la temperatura e il PH o eseguire una agitazione (agitatori ad elica).

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Per flottazione si intende la separazione e la raccolta sulla superficie libera, dei materiali in sospensione in un liquido: tale separazione si ottiene mediante bolle d’aria o di gas molto piccole che inglobano le particelleda eliminare e le portano in superficie eliminate poi con raschiatori a catene. La depurazione biologica si divide in: anaerobica ed arerobica (letti batterici o filtri percolatori, fanghi attivi). Serve per ridurre azoto, fosforo e rimozione sostanze organiche (COD, BOD) con stabilizzazione dei fanghi. La tipica depurazione anaerobica é quella eseguita dalla fossa settica o fossa Imhoff (questa consistein una camera di sedimentazione superiore ed una camera sottostante di raccolta fanghi).

fossa Imhoff

Il liquame grezzo civile (case, villini, alberghi, ecc.) ha mediamente un valore di BOD5 = 400 mg/litro. Una fossa Imhoff può abbattere solo il 30% del carico organico e arriverebbero nella rete fognaria 280 mg/litro, quindi a monte della fossa deve porsi un filtro anaerobico idoneo per ridurre il carico organico. L’asporto dei fanghi da una fossa Imhoff deve essere fatta ogni 6 mesi. La fossa é costituita da una parte superiore che rappresenta la vasca di sedimentazione primaria e una parte inferiore destinata alla digestione di fanghi. Il liquame entrando incontra un paraschiume che lo costringe a passare sotto di esso ed a entrare nella vasca di sedimentazione; qui incontra un secondo paraschiume che intercetta le particelle rimaste in sospensione; in seguito il liquame risale e imbocca il canale di scarico.Il letto percolatore in maniera semplice é un vasca cilindrica dell’altezza di alcuni metri dove all’interno del quale vi é del pietrisco. Il liquame proveniente dalla sedimentazione primaria e quindi gia chiarificato, viene distribuito a spruzzo sulla superficie del pietrisco per mezzo di alcuni bracci rotanti. L’ambiente con ossigeno favorisce l’adsorbimento della sostanza organica sulle superfici del pietrisco. La pellicola biologica che ricopre il pietrisco é una mucillagine bruna spessa 1- 3 mm di microorganismi anaerobici. Alla base canalette filtranti convogliano il liquame depurato verso un sedimentatore finale.Il processo dei fanghi attivi viene eseguito utilizzando reattori. In questi avviene una fermentazione per la presenza di batteri riduttori con rilascio di gas NH4 + CO2 (reattore SBR) o produzione di gas metano (gasometro a 3 membrane). Gli impianti realizzati con tecnologia SBR (reattori Batch), sono particolarmenteadatti per il trattamento dei reflui domestici di piccole e medie comunità ed in modo particolare degli scarichiindustriali, in quanto poco sensibili alle variazioni di carico idraulico ed organico.In un sistema SBR il ciclo di trattamento è suddiviso generalmente in 4 distinti periodi temporali, cui corrispondono diverse fasi del processo: Alimentazione, Reazione, Sedimentazione e Scarico.

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Il BOD (biological oxigen demand) é la quantità di ossigeno utilizzata per una ossidazione totale delle sostanze che possono essere depurate per via biologica. Si misura quanto ossigeno consuma un campione in ppm per i giorni di prova ( in genere 5 giorni e da qui BOD5) Il COD (chemical oxygen demand) é lo stesso di prima utilizzando un ossidante formato da acido solforico e bicromato di potassio. Si scalda il tutto e si misura la quantità di bicromato utilizzato. Il COD comprende il BOD ed é la parte che può essere depurata solo chimicamente.Il Decreto legge 152 del 11/05/1999 considera:

- scarichi nel suolo : acque depurate con BOD5 max 20 mg/L;- scariche nelle acque superficiali : acque depurate con BOD5 max 40 mg/L;- scarichi nelle reti fognarie: acque parzialmente depurate con BOD5 max 250 mg/L ;- scarichi nelle falde: non sono ammessi scarichi nemmeno se depurate.

Il dimensionamento dell’impianto di trattamento dei reflui deve essere fatto in base al numero degli AE (abitanti equivalenti). Il D.lgs 152/2006 definisce che: 1 A.E. corrisponde ad un carico organico giornaliero pari a 60 gr di BOD5 / giorno.Per scarichi da insediamenti essenzialmente residenziali:• 1 AE ogni mq. 35 di superficie utile lorda (o frazione) negli edifici di civile abitazione (oppure 1 AE per 100 m3 di volume abitativo).Qualora i nutrienti (fosforo, azoto) sono ancora eccessivi si esegue il trattamento terziario ovvero la denitrificazione e defosforazione. La disenfezione é essenziale per l’abbattimento della carica microbica in uscita dall’impianto. L’abbattimento dei batteri avviene tramite la clorazione (ipoclorito di sodio) o tramite ozonizzazione (ozono O3) che impiega scariche elettriche per formare ozono dall’aria. Infine il processo involve il trattamento e smaltimento dei fanghi. Il trattamento coinvolge la diminuzione del contenuto d’acqua: essiccamento, centrifugazione, filtro - pressa. Le modalità di smaltimento riguarda: smaltimento in discarica, riutilizzo in agricoltura tal quale o previo compostaggio (scarti vegetali + deiezioni di animali + litotamnio nei reattori insieme ai fanghi), riutilizzo nella produzione di laterizi e asfalti, incenerimento. In Italia prevale lo smaltimento in discarica. VIA. La Valutazione di Impatto Ambientale nazionale viene introdotta in Italia in base alle disposizioni della direttiva del Consiglio della Comunità Europea n° 85/337 del 1985 modificata ed integrata dalla direttiva CEE 97/11. Secondo la normativa comunitaria i progetti (pubblici e privati) che possono avere un effetto rilevante sull'ambiente, inteso come ambiente naturale e ambiente antropizzato, devono essere sottoposti a valutazione di impatto ambientale. Il recepimento in Italia prevede una divisione delle competenze: le opere elencate nell’Allegato 1 sono di competenza del Ministero dell’Ambiente (raffinerie, centrali termiche, acciaierie integrate, impianti chimici, autostrade, porti commerciali, ecc.), quelle dell’Allegato 2 (progetti rurali, recupero terre al mare, estrazione carbon fossile, ecc.) sono di competenza regionale e le regioni, a loro volta, delineano le competenze provinciali e comunali. Un progetto sottoposto a VIA si applica nella fase di ingegneria preliminare (D.lgs 152/06) che definitiva (D.Lgs 04/08). La VIA è una procedura tecnico-amministrativa composta da uno studio tecnico (SIA), da una procedura amministrativa e infine, da un esito.

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Gli studi di impatto ambientale (SIA) non devono ridursi alla sola descrizione, ma devono fornire all’autoritàcompetente gli elementi di valutazione sui quali decidere, e comprendono: * un quadro programmatico (dove si rimanda all’analisi e agli esiti dello studio di prefattibilità ambientale); * un quadro progettuale dove si evidenziano: - la fase di descrizione del progetto, con cicli produttivi e residui previsti nell’ambiente globale (atmosfera, idrosfera, biosfera, antroposfera); - la fase di individuazione e stima degli impatti del progetto sull’ambiente (dovuti all’esistenza del progetto stesso,alla utilizzazione delle risorse, alle interferenze sull’ambiente e ai metodi di previsione per valutare queste sui componenti ambientali) e una descrizione delle misure per attenuare gli effetti negativi; - la fase di valutazione generale da parte del proponente dell’opera o intervento da realizzare previa la definizione dei metodi e criteri di scelta. Tempi e realizzazione dei costi e un riassunto non tecnico di sintesidi cui sopra; * un quadro ambientale: monitoraggio e controlli, settori ambientali e quadro complessivo degli impatti.Una VIA in quanto processo di decisione, cioè di scelta, esplica le sue maggiori potenzialità in presenza di una pluralità di alternative, fra le quali scegliere; ciò pone il problema di definire le alternative di progetto, ivi compresa ovviamente l’alternativa zero (l’alternativa di non far nulla). Metodici matematici di ricerca operativa come l’analisi multi-criteri oppure l’indice di valore permettono di stabilire quale e’ la scelta migliore.Una VIA in quanto processo di decisione, cioè di scelta, esplica le sue maggiori potenzialità in presenza di una pluralità di alternative, fra le quali scegliere; ciò pone il problema di definire le alternative di progetto, ivi compresa ovviamente l’alternativa zero (l’alternativa di non far nulla).Esempio di studio di VIA: analisi multicriterialeProgetto di costruzione: variante stradale al centro abitato di Castel Nuovo, Val di Cecina. Il tracciato dovra essere scelto tra 7 alternative: A1 = alternativa zero (ovvero non si fa nulla); A2 = progetto ANAS che involve notevoli movimenti terra con rilevati alti 10 m in zona con vincolo idrogeologico; A3 = tracciato che si sviluppa ad una quota piu elevata rispetto a tutti gli altri, ma piu di metà attraversa zoneboscate sotto vincolo paesaggistico;A4 = tracciato per lo piu su rilevati alti 4 m dove per un tratto di 380 m si ha uno scavo che interessa una zona in erosione in atto; A5 = tracciato simile a prima ma con spessori dei rilevati minori ma lunghezza maggiore che attraversano zone in erosione con maggiori interventi consolidanti; A6 = tracciato piu corto per la vicinanza dall’abitato, ma che attraversa zone a pericolosita geomorfologica 4 (carta stabilita dei terreni = franosa) e quindi non conforme al Piano Territoriale di Coordinamento Provinciale; A7 = tracciato che deriva dall’unione del tracciato A3 e A4 che é buono dal punto di vista geologico e interferisce poco con le aree boscate ma si hanno però piu curve.

Matrice dei criteri e attributiCriteri attributi A1 A2 A3 A 4 A5 A6 A7 ambientali flora 5 2 1 3 3 4 4 - fauna 5 2 1 3 3 4 4 - movimenti terra 5 1 1 1 1 3 4 - impatto paesaggistico 3 1 1 3 2 3 3 - inquinamento idrico 5 1 2 3 3 3 3 - inquinamento acustico 1 4 3 3 3 2 3 - inquinamento atmosferico 2 4 3 3 3 3 3 - pericolosita geomorfologica 1 2 3 3 1 1 4 - aree di interesse naturalistico 5 3 1 4 2 4 5 economici costi costruzione 5 2 2 1 1 3 4 - costi manutenzione 3 2 2 1 2 2 3 - influenza su attivita agricole 5 1 2 2 2 3 3

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Criteri attributi A1 A2 A3 A 4 A5 A6 A7 sociali benessere e salute 1 4 3 3 3 2 3 - accettabilita 1 2 2 3 3 2 4

Come si puo notare per A1 (non fare niente) si hanno valori bassi degli indici per il sociale ma valori alti per l’ambiente soprattutto per fauna e flora. Cosi per elevati movimenti di terra in A2 si ha 1 per movimenti terramentre per A5 e A6 che passano in zone instabili si ha 1 per la pericolosità geomorfologica. A questo punto si fa il confronto a coppie:Matrice delle priorita - ambiente economico sociale sistema somma peso ambiente -- 1 0,5 1 2,5 2,5/6 = 0,417 economico 0 -- 0 1 1 0,167 sociale 0,5 1 -- 2,5 0,417 - Tot: 6 1

Ora bisogna assegnare ai vari attributi i pesi in modo che la somma dia di nuovo 1. Si rifa lo stesso metodo delle matrice delle priorità e ad esempio per il sociale:

- benessere accettabilita sistema somma pesoBenessere -- 0,5 1 1,5 0,5 Accettabilita 0,5 -- 1 1,5 0,5 - Tot: 3 1

Quindi si valuta il peso finale che per il sociale : W fin = 0,417 x 0,5 = 0,208 che va moltiplicato per i valori della tabella iniziale in modo da avere i valori della matrice di valutazione finale. L’alternativa A7 é quella con punteggio più alto, quindi la migliore, come mostra la seguente tabella completa.

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Energie rinnovabili e risparmio energetico. Energia solare. Il sole irradia nello spazio una potenza di 3,86. 10 23 KW ed arrivano al limite dell’atmosfera 173000. 1012 Watt; a causa della riflessione dell’atmosfera (30% di albedo) entra solo il 70% ed una parte di questa si perde poi per assorbimento arrivando al suolo 90000. 1012 Watt. Questa può essere captata e trasformata in calore o energia elettrica. I sistemi solari termici sono capaci di trasformare la radiazione solare in calore mentre i sistemi fotovoltaici trasformano direttamente la radiazione in energia elettrica. Nel primo caso si hanno i pannelli solari (lastra di vetro con piastra assorbente di alluminio ed un sistema di tubi di rame in cui vi é il termovettore e quindi lo strato isolante di base) per il riscaldamento, mentre nel secondo i moduli fotovoltaici costituiti da celle fotovoltaiche (una cella é costituita da 2 strati di materiali silicei drogati in cui si genera un campo elettrico che orienta il flusso degli elettroni eccitati dalla luce del sole). L’analisi di una utenza, per quanto riguarda i benefici ambientali ed economici, si fa valutando: il tempo di ritorno economico e la riduzione annua di CO2.Esempio: per riscaldare 1 litro di acqua da 13° a 43°C si necessita una energia di 0,0348 KWh; una doccia giornaliera é costituita da 60 litri ovvero per una abitazione monofamiliare di 4 persone il consumo annuale diventa: 4 x 60 x 365 gg x 0,0348 = 3328 KWh /annoUn pannello solare di 1 m2 produce 750 KWh /m2 anno per cui 4 m2 x 750 = 3000 KWh/ annoPer valutare il ritorno economico, consideriamo che si sostituisce uno scaldabagno (0,18 eur / KWh). Quindi costo impianto solare 2450 eur, aggiungendo 20 % IVA si ha 2940 eur. Il risparmio per il non utilizzodi scaldabagno 3000 KWh x 0,18 = 540 eur, per cui il ritorno economico vale: 2940 / 540 = 5,4 anni. Se si considera la detrazione irpef del 36 % si riduce a 3,5 anni. Le emissioni evitate di CO2 si valutano in 385 kg/anno e considerando 20 anni di vita per l’impianto, in totale si hanno 7700 kg.Per i sistemi fotovoltaici é importante l’orientamento (verso sud) per massimizzare l’energia solare raccolta. Più difficile é trovare l’inclinazione dei moduli ed in genere si segue la regola empirica : latitudine del luogo meno dieci gradi. Il sistema é costituito dai moduli e da un BOS (balance of system) ovvero il resto del circuito a cui i moduli sono collegati e che presenta una efficienza di 75-85%. La quantità di energia solare incidente al limite dell’atmosfera nell’unita di tempo é detta costante solare ed in media E0 = 1367 Watt/m2 (potenza di irraggiamento su una superficie mentre KWh é una quantità di calore dato che 1KWh = 860 Kcal). L’unita di misura impiegata é il watt di picco Wp in ben determinate condizioni standard : 1000 W/m2 e temperatura 25°C.Una cella fotovoltaica da 100 cm2 produce sotto soleggiamento di 1 KW/m2 e 25°C una corrente di 3 ampere ed una tensione elettrica di 0,5 volt ovvero una potenza di 1,5 Wp. Consideriamo moduli per 20 m2 ovvero 2000 celle e quindi 2000 x 1,5 = 3000 KWp che consentono di ricoprire il fabbisogno annuo di una casa monofamiliare di 3000 KWh/anno.Consideriamo un impianto fotovoltaico da 2600 KWp ed il proprietario vende l’energia a 0,445 eur a KWp prodotto, ovvero guadagna 1157 euro. Il costo evitato dell’energia consumata é 2600 x 0,18 = 468 eur all’anno. Quindi verranno pagati alla società elettrica 400 x 0,18 = 72 eur piu 31 eur di spese fisse. Il vantaggio economico totale annuo: 1157 + 468 – 72 – 31 = 1522 eur.Il costo dell’impianto con IVA 20% é 16 600 eur.Tempo di ritorno dell’investimento: 16600/ 1522 = 10,9 anniLa vita dell’impianto é sui 30 anni per cui si hanno vantaggi economici per 20 anni.L’energia eolica. Deriva dallo sfruttamento dell’energia cinetica del vento. In passato usata per produrre energia meccanica per far muovere i mulini oggi é utilizzata per produrre energia elettrica.La potenza in Watt degli aerogeneratori é funzione del cubo della velocità del vento e per v = 5 m/s si ha P = 100 KW , mentre oltre 15 m/sec la potenza diviene costante.Gli aerogeneratori possono essere ad asse orizzontale (asse del rotore é parallelo alla direzione del vento con le pale che ruotano come quelle del mulino) o ad asse verticale (asse rotore perpendicolare alla direzione del vento e meno frequenti). Il tipo più diffuso é quello ad asse orizzontale con tre pale lunghe 20 metri che in presenza di una velocità media del vento di 25 km/h, produce 300 KW ovvero 300 x 24 h x 365 gg =

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2628000 KWh/anno. Moltiplichiamo per il rendimento di potenza della macchina 0,3 x 2628000 = 788400 che diviso per 3000 (consumo di una casa monofamiliare) si hanno 263 famiglie. Una fattoria del vento con 30 aerogeneratori da 300 KW l’uno coprono le esigenze di più di 7000 famiglie. Per ubicare le centrali eoliche é preferibile trovare zone con venti costanti come cime di montagne, passi montani, zone costiere. I lavori prevedono: viabilità di accesso, piazzole per gli aerogeneratori, fondazioni, cavidotti interrati inclusi quelli di messa a terra, montaggio della torre tramite conci prefabbricati alta sui 50-60 m, montaggio navicella che contiene il rotore-generatore, montaggio eliche.La lista dei permessi e dei nulla osta é lunga ed a volte si sono costruite centrali avviate ma non completamente approvate. Il problema maggiore é l’emergenza visiva e l’impatto acustico dovuto al movimento del rotore. L’analisi dell’impatto visivo va fatto ricorrendo al supporto del piano regionale o provinciale paesistico che permette di stabilire un indice numerico all’impatto paesaggistico dovuto al progetto.Le biomasse. Sono costituite da sostanza organica non fossile disponibile e reperibile in forma solida e liquida. Le principali biomasse sono: residui zootecnici, rifiuti organici urbani, scarti agroindustriali, specie vegetali coltivate per lo scopo.Si ricorda che la fotosintesi clorofilliana: n (CO2 ) + n (H2O) + luce (CH2 O) n + n (O2)e un processo che permette alle piante la produzione di carboidrati sfruttando la luce del sole.Durante la combustione la reazione vista avviene al contrario con produzione di calore. Quindi bruciando legna e residui legno-cellulosi agro-forestali si forma calore con produzione di energia termica e /o elettrica, invece con la digestione anerobica di sottoprodotti agricoli putrescibili o reflui zootecnici si forma biogas con produzione di energia termica e /o elettrica ed infine con piante zuccherine per fermentazione alcolica si produce etanolo e di conseguenza miscele con benzine.La legge finanziaria n° 449/1997 permette di detrarre nella dichiarazione dell’Irpef, il costo dell’intera spesa sostenuta per il recupero del patrimonio edilizio e risparmio energetico e quindi anche per l’installazione di stufe alimentate a biomassa con efficienza almeno del 70% come la calorina /F pellet che é una caldaia per l’acqua calda alimentata da pellets, gusci di nocciole e di mandorle, ecc. Attualmente le centrali elettriche a più alto rendimento sono quelle a ciclo combinato. Questo consite nel bruciare il combustibile con aria in pressione e nell’immettere i prodotti in una turbina a gas; uscendo dalla turbina i gas sono ancora caldi ed inviati ad uno scambiatore di calore dove riscaldano l’acqua e producono vapor acqueo pressurizzato che viene immesso in una turbina a vapore dalla quale poi esce vapore freddo convogliato alle torri di raffreddamento. Con questo metodo si raggiungono rendimenti di impianto del 60% ovvero il 40% dell’energia viene buttata via alla temperatura ambiente. Si puo ovviare a cio con la cogenerazione prelevando questa energia termica degradata e portarla a 90°C tramite combustione di biomasse e quindi riscaldare acqua. Un inceneritore (combustione di rifiuti solidi urbani) produce dei gas che vengono inviati ad un motore endotermico a biogas collegato ad un alternatore per la produzione di energia elettrica e nello stesso momento intorno al motore vi é un sistema dove l’acqua viene riscaldata ed inviata in un circuito che va alleabitazioni (teleriscaldamento).Esempio: dato un motore endotermico che consuma 8 m3 di biogas all’ora, calcolare la potenza elettrica del generatore accoppiato, sapendo che il rendimento meccanico del motore é 33%Il potere calorifico effettivo del biogas é 5500 Kcal /m3 per cui il calore sviluppato all’ora:E = 8 m3 . 5500 = 44000 KcalIl lavoro prodotto in un ora: W = 0,33. 44000 . 4,185 KJ / kcal = 60766 KJLa potenza meccanica del motore: P = W/t = 60766 KJ /3600 secondi = 16,88 KJ /s = 16880 WLa potenza del generatore accoppiato al motore vale: Pel = 0,9 .16,88 = 15,192 KWSe si vuole calcolare il calore disponibile per il riscaldamento dell’acqua dobbiamo considerare un fattore di recupero di 0,6 ovvero E = 44000. 0,6 = 26400 KcalIl volume di acqua che puo essere riscaldato, da 10°C a 70°C, in un ora risulta: V = E / dT

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V = 26400 / 70 - 10 = 440 dm3

L’energia idraulica. Sfrutta l’energia potenziale dell’acqua in quota o comunque da un dislivello.Si ricorda che il sole scalda l’acqua del mare e fa salire il vapor acqueo che acquista energia potenziale. Il vapore si condensa e cade al suolo sotto forma di piogge e neve. L’acqua che cade in montagna viene trattenuta dalle dighe per cui si conserva energia potenziale. Scendendo nelle condotte forzate l’acqua perde energia potenziale ed acquista energia cinetica in grado di far ruotare le turbine che azionano un alternatore (generatore di corrente alternata) che non é altro che un grosso magnete che viene fatto ruotare di fronte a delle spire di rame (il fenomeno dell’induzione elettromagnetica produce corrente elettrica in una spira di rame quando varia il flusso magnetico dentro la spira a causa di un movimento di un magnete) e svolge in pratica l’azione inversa di un motore sincrono presentando la stessa struttura di base. Il motore sincrono Rowan é sincronizzato con la frequenza (in Italia 50 herz) della tensione di alimentazione, solitamente trifasee puo essere utilizzato come alternatore. La potenza di un impianto vale: P = 9,81 μ QH (Watt)Con Q portata litri /sec e H salto disponibile in metri e mu = 0,6 - 0,8 rendimento dell’impianto.Gli impianti si classificano in base a Q (media portata 10 - 100 m3/sec) in base al salto H ovvero dislivello tralivello idrico a monte e livello turbina (media caduta tra 50 - 250 m) ed in base all’efflusso idrico. In quest’ ultimo caso si hanno:- impianto a bacino: si ha un bacino di accumulo a monte ovvero si utilizza una diga a gravita con le classiche condotte di derivazione e forzate;- impianto ad acqua fluente: la portata dell’acqua turbinata dipende dal flusso disponibile e lo sbarramento hasolo la funzione di provocare un salto idraulico quindi si possono utilizzare anche traverse lungo un fiume ovvero dighe di piccole dimensioni. La centrale può essere sul lato del fiume o ricavata dentro la diga, ed é divisa in due piani dove al primo piano ci sono le turbine e al piano superiore gli alternatori. I certificati verdi sono stati introdotti con il decreto di liberalizzazione D.lgs 79/1999 del settore elettrico come attuazione della direttiva europea 96/1992 CE e sono una forma di incentivazione di energia elettrica da fonti rinnovabili e si tratta di titoli negoziabili che corrispondono alla CO2 non prodotta. I grandi produttori di energia non rinnovabile (carbone, petrolio), sono obbligati ad acquistarli dato che devono immettere in rete una certa quantità di energia rinnovabile (era 2 % nel 2001, e tendente ad aumentare fino al7%). I Certificati Verdi possono essere richiesti in due modi: a consuntivo, in base all'energia netta effettivamente prodotta dall'impianto nell'anno precedente rispetto a quello di emissione; a preventivo, in base alla producibilità dell’impianto netta attesa. Esempio: P = 0,8. 9,8. 120 litri /sec. 20 m = 188352 W = 18,8 KWAssumiamo 13 KW di potenza riproducibile per cui 13 x 8760 h si hanno 113880 KW h /annoUn certificato verde vale 112 eur/ MWh ovvero 0,112 eur / KWh e quindi il ricavo dai certificati verdi a preventivo: 113880 x 0,112 = 12754 eur/anno. L’emissione dei Certificati Verdi a preventivo è subordinata alla presentazione di una garanzia a favore del GSE (gestore servizi energetici), sotto forma di fideiussione bancaria.L’energia geotermica. Deriva da un sistema geotermico che può essere definito come un sistema formato datre elementi: sorgente di calore, serbatoio, fluido La sorgente può essere una intrusione magmatica a temperatura superiore ai 600°C oppure é il normale calore terrestre dato che é noto che il gradiente geotermico in media vale 2,5- 3° / 100 m. Il serbatoio é il complesso di rocce calde permeabili ricoperto da rocce impermeabili nei quali i fluidi possono circolare ed é connesso con zone di ricarica di acqua piovana. Si usa spesso la classificazione di White (1973) :- sistemi geotermici ad acqua dominante: sono i piu diffusi ed il fluido é acqua a 125°- 225 °C;- sistemi a vapore dominante: dove il fluido é per lo piu vapore ad alta temperatura come The Geysers dove fuoriesce vapore secco surriscaldato (a 100 °C e pressione atmosferica l’acqua coesiste con il vapore in equilibrio ed il vapore è umido mentre se continuiamo a riscaldare si ha un surriscaldamento, la fase liquida scompare e si avrà al termine solo vapore secco).

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Metodi geofisici di superficie permettono di individuare potenziali serbatoi quindi tramite perforazioni si misurano le temperature in foro, in modo da calcolare in seguito se il serbatoio é produttivo ovvero se contiene una sufficiente quantità di fluidi. Gli impianti convenzionali richiedono fluidi con temperatura di 150 °C e sono disponibili nel tipo a contropressione e a condensazione.Nel primo tipo il fluido del pozzo é inviato ad un separatore acqua/vapore in modo che quest’ultimo é inviatoalla turbina a vapore, mentre il secondo tipo é più complesso, dato che presenta una impiantistica ausiliaria, ovvero dopo il separatore il vapore entra in un turbo-alternatore e quando esce va ad un condensatore ed in seguito alla torre di raffreddamento.La geotermia in passato si é utilizzata per la balneologia e il riscaldamento urbano, per usi agricoli e acquacoltura. Le pompe di calore sono motori, come i frigoriferi, e possono sfruttare la temperatura costante del terreno al di sotto di 15 m di profondità. Più la differenza tra temperatura esterna e temperatura costante del suolo è alta, migliore sarà il rendimento della pompa di calore. Infatti questa tecnologia è particolarmentediffusa nel nord dell’Europa dove, a causa dei climi estremamente rigidi, le tecnologie convenzionali avrebbero difficoltà di esercizio e costi di funzionamento più alti. Per trasferire il calore dal terreno agli edifici da riscaldare si utilizzano particolari scambiatori di calore detti sonde geotermiche: tubi ad U costituitida materiali con alta trasmittanza termica nei quali passa un liquido (generalmente una soluzione acqua-glicole, per evitare il congelamento in presenza di basse temperature superficiali) che assorbe il calore e lo porta in superficie. Le sonde possono essere di tre tipi: verticali, orizzontali, pali energetici. Nel primo caso si fanno perforazioni profonde (100-130 m) nel secondo si deve avere un terreno pianeggiante e le profondità sono modeste (fino a 5 m), ed infine il terzo caso, poco usato, si mettono le sonde nei pali di fondazione di un edificio.

Sonde verticali costituite da un tubo ad U verticale; quelle orizzontali a serpentina sono disposte nel terreno come sotto il pavimento e possono essere usate per fornire l’acqua calda. A rigore solo le sonde verticali sono geotermiche mentre le serpentine orizzontali sfruttano il calore del sole nel terreno superficiale.

Le prestazioni delle pompe di calore sono individuate dal: coefficiente relativo al solo compressore E e coefficiente relativo al compressore e mezzi ausiliari COP. Significa che se COP = 4, vuol dire che con l’energia elettrica spesa é possibile spostare (dalla sorgente fredda a quella calda) 4 KW di calore. Esempio: si vuole determinare la superficie richiesta interessata da sonde orizzontali (tubi in plastica nel terreno con disposizione orizzontale a serpentini con interasse 40 cm) atti a servire una pompa di calore di Q = 9000 watt nell’edificio. Si ha COP = 4 mentre il rendimento specifico del terreno é stato valutato in q = 20 W /m2 (terreno sabbioso secco 10-15, sabbioso umido 15-20, argilloso secco 20-25, argilloso umido 25-30). La potenza elettrica assorbita dalla pompa di calore: Pel = 9000 /4 = 2250 W; essendo tale potenza

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ceduta dalla pompa al fluido vettore dell’impianto, la potenza da scambiare con il terreno risulta Q ter = 9000 – 2250 = 6750 W. Per la messa in opera degli scambiatori é pertanto richiesta una superficie: S = Qter / q = 6750/20 = 337,5 m2

Sviluppo sostenibile. Il rapporto Bruntland “Our Common Future” (1987) fornisce la prima definizione di sviluppo sostenibile “ lo sviluppo sostenibile è uno sviluppo che soddisfa i bisogni del presente senza compromettere la possibilità delle generazioni future di soddisfare i propri bisogni “ Agenda 21. Nel 1992 si tenne l’Agenda 21 (21 riferito al secolo XXI) o summit di Rio “programma d’azioneper lo sviluppo sostenibile” in cui si affrontavano varie tematiche: demografia, commercio, tecnologie, sviluppo rurale, istituzioni internazionali, ecc. Il summit propose linee guide applicabili a livello globale nazionale e locale utili per amministrazioni e ONG per ogni area in cui vi é un processo antropico. I temi più importanti : - costruzione di un mondo più giusto (vita sostenibile per tutti che implica di ridurre la povertà nelle zone depresse e assicurare una vita equa e sana per tutti) ; - promozione di un mondo fertile e pulito (utilizzazione efficiente dell’energia, mantenendo le risorse naturali e una oculata gestione dei prodotti chimici e rifiuti tossici);- costruzione di un mondo prospero (crescita economica sostenibile). Il primo tema coinvolge un problema ambientale molto importante: l’aumento della popolazione.A causa dell’aumento della popolazione e della diminuzione della fertilità dei suoli la produzione di cibo é diminuita per abitante del 2% tra il 1980 e 1990. Se si dovesse avere questo trend alcuni studiosi pensano cheil limite di popolazione sulla terra sia sui 12 miliardi. Per quanto riguarda il metabolismo degli umani nella citta, l'approvvigionamento e il flusso di cibo possono essere espressi con la relazione: Nt – Sd = Nc - SpCon Nt, nutrienti totali necessari all’area urbana, Sd scarti nella distribuzione, Nc quantità nutrienti consumata ed Sp scarti nella preparazione di cibo. Per il primo scarto si verificano gli scarti dei mattatoi e mercati, mentre per il secondo il contenuto dei nutrienti nelle acque nere. Le grandi citta hanno scarti frequenti intorno al 17% gia solo nella distribuzione; ad esempio a New York la frutta si avariava gia al 50% prima di giungere ai consumatori. Man mano che le citta diminuiscono di abitanti, gli scarti si riducono. Evidentemente se si consuma troppo in una parte del mondo si muore di fame dall’altra, e quindi con vita sostenibile significa redistribuire meglio le demografie ed i consumi.Il secondo tema riguarda i mutamenti indotti dalle azioni dell’uomo sui sistemi naturali, in pratica per il bilancio tra le entrate e le uscite si possono avere 3 casi:- entrate = uscite es. estrazione di sale da una salina- entrate < uscite ; es. estrazione di minerali - entrate > uscite ; es inquinanti in un corpo d’ acquaLo sfruttamento incondizionato di giacimenti minerari può provocare problemi per le generazioni future ed a questo aspetto é relazionato anche l’aspetto energetico. Infatti in natura, perché si ricostruisca un deposito geologico deve passare molto tempo, quindi per sostenibilità energetica significa sfruttare e incentivare le fonti energetiche rinnovabili e pulite (energia solare, eolica, idraulica, geotermica e biomasse) nonché il risparmio energetico che induce un abbattimento dell’inquinamento. Le fonti rinnovabili permettono di ridurre l’aumento della C02 in atmosfera e il conseguente effetto serra che ha provocato: aumento delle temperature, aridità e diminuzione acqua potabile.Per valutare il mondo “fertile e pulito” é stata introdotta l’impronta ecologica che é un indicatore dell’impatto ambientale dell’azione dell’uomo. Puo essere definita come la superficie totale di ecosistemi terrestri e acquatici produttivi richiesta sia per produrre le risorse che la popolazione umana consuma sia per assimilare i rifiuti che produce. Confrontando l’impronta ecologica procapite con la disponibilità di biocapacità procapite (quella quantità di terra che effettivamente puo fornire risorse e ricevere rifiuti ad individuo) si puo calcolare il deficit ecologico procapite e capire se il livello dei consumi e sostenibile o

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meno. Ad esempio l’impronta ecologia media mondiale procapite é di 2,8 ettari, mentre la biocapacita mondiale procapite é di 2,2 ettari, quindi il deficit risulta di - 0,6 ettari; questo significa che stiamo depauperando le risorse terrestri e che dovremmo avere a disposizione già adesso ¼ di Terra in più. L’impronta ecologica suddivide il territorio ecologicamente produttivo in 6 aree: terreno per l’energia (scarti come CO2 emessa), terreno agrario (superfici arabile e di zone utilizzate non per alimentari come cotone, iuta, tabacco), pascoli (superfici dedicata all’allevamento, e di tutti i derivati come uova latte, lana), foreste (area per produzione di legname), superfici degradata (terreno ecologicamente improduttivo dedicato alle infrastrutture, abitazioni, aree servizi , ecc.), mare ( superficie marina necessaria alla crescita delle risorse ittiche consumate). In genere ad ogni territorio viene assegnato un’unica categoria anche se questo non é rigorosamente esatto si tratta di una approssimazione accettabile. Per rendere comparabili tra loro gli usi dei diversi tipi di terreno si usa l’ettaro equivalente che é pari a 0,3 ha di terreno arabile, 0,6 ha di foreste, 2,7 ha di pascoli, 16,3 ha di superficie marina. Il calcolo procede in questo modo :Si calcolano i consumi medi Cn (espressi in Kg/anno) per ogni bene o prodotto n consumato dalla popolazione residente. Si calcola la superficie Sn ( in ha ) necessaria per la produzione dello specifico bene nottenuta con la : S n = Cn / Pn ; dove Pn = produttività media annua (kg / ha anno). Nel caso dei territori per l’energia la produttività media Pn deve essere intesa come la quantità in Kg di sostanze inquinanti. Infine l’impronta ecologica si trova come sommatoria delle varie Sn ( beni consumati). Per il terzo tema invece sono stati considerati indicatori prettamente di tipo economico come :- PIL = prodotto interno lordo che in inglese é definto GPD (gross domestic product), che é il valore complessivo dei beni e servizi prodotti all’interno del Paese in un certo intervallo di tempo ( in genere in un anno) e destinati ad usi finali (consumi finali, investimenti, esportazioni nette). Matematicamente si scrive: PIL = C + I + G + (X - N). Dove C sono i consumi finali o le spese delle famiglie (la farina é un bene finale se venduta come farina mentre è un bene intermedio se venduta al panettiere per fare il pane, quindi il valore della farina in questo caso é incorporato nel valore finale del pane), I sono le spese per gli investimenti privati in beni durevoli (nuovi macchinari per le imprese, automobili per i privati), G le spese della pubblica amministrazione, X le esportazioni, ed M le importazioni. Se la crescita del PIL avviene a un tasso superiore a quello della popolazione, il tenore di vita del paese registra un miglioramento, e viceversa. In base a dati relativi al 1996 il PIL pro capite italiano (PIL diviso popolazione residente) è di quasi 20000 dollari statunitensi, quello del Giappone di quasi 35000, quello statunitense di circa 25000. - GPI = Genuin progress indicator : misura l'aumento della qualità della vita di una nazione, evidenziando l'incremento della produzione di merci e l'espansione dei servizi che hanno provocato realmente sul miglioramento del benessere della gente del paese. I fautori di GPI sostengono che misura più attendibilmente il progresso economico, poiché distingue fra sviluppo utile e sviluppo poco economico. Il confronto tra il PIL e il GPI é analogo alla differenza che c’è tra il Ricavo Totale di un'azienda e l'Utile essendo come noto: Utile = Ricavo - Spesa Di conseguenza, il GPI sarà zero se i costi finanziari del crimine, della riduzione delle risorse e terreni coltivabili e dell'inquinamento uguagliano i benefici finanziari nella produzione di beni e di servizi. Economia classica e ambientale. Gli individui assegnano alle risorse valori d’uso e concordano attraverso la produzione di leggi, di regole e attraverso le consuetudini, l’attribuzione ai soggetti (individui, associazioni di individui e la collettività) i diritti di uso dei beni. Da questi presupposti deriva la natura economica delle discipline che si occupano della valutazione di beni economici, tra le quali si colloca l’Estimo. Perchè un bene possa essere definito economico deve essere scarso, deve cioè essere limitata la suaaccessibilità e la sua possibilità di uso in funzione della domanda si uso del bene stesso, e su di esso deve essere possibile definire un diritto d’uso di uno o più individui, o di tutta la collettività. Per rarità si intende lascarsità del bene, in rapporto alla sua utilità. Se una popolazione di n individui beneficia di una utilità esplicata da un bene x, l’impossibilità di soddisfare la domanda di uso o di possesso di tutti gli n individui è

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http://it.wikipedia.org/wiki/Ricavo

http://it.wikipedia.org/wiki/Utile

http://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Utile_Netto&action=edit&redlink=1

http://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Ricavo_Totale&action=edit&redlink=1

http://it.wikipedia.org/wiki/PIL

http://www.peradam.it/peo/ipercorso/globalizzazione/Glob-800/globalizzazione/thurow-futuro-capitalismo.htm

http://www.peradam.it/peo/ipercorso/globalizzazione/Glob-800/globalizzazione/pil.htm


misura della scarsità del bene. Il tema della scarsità delle risorse trova ampia accoglienza nelle idee e nelle teorie dei padri della economia classica. Secondo Adam Smith (1723-1790) la ricchezza delle nazioni si fonda sulla costruzione di un equilibrio tra produzione e domanda, nel quale ciascun individuo è in grado di trovare il proprio benessere. Ma questo equilibrio è basato sulla disponibilità di risorse da trasformare in benieconomici. D. Ricardo 1770-1823 individua i seguenti elementi fondamentali, su cui si fonda la microeconomia, della produzione: · Terra (risorse naturali) · Lavoro (tecnologia e risorse umane) · Capitale Il diritto di uso di un bene può coincidere con la proprietà, l’usufrutto, l’affitto, una servitù e così via. In funzione della natura individuale o collettiva di chi esercita il diritto di proprietà i beni possono essere distinti in : - beni privati, liberi o di mercato. La loro proprietà è divisibile tra un numero discreto di soggetti, che possono trasmettere attraverso una espressione di volonta o un contratto. – beni pubblici o comuni. Un bene pubblico è di proprietà di un insieme di soggetti, che hanno tutti contemporaneamente diritti su di esso, ma non possono trasmetterli secondo la loro volontà. Non vale il principio di esclusività. La costa ad esempio è un bene demaniale, utilizzabile da una parte della collettività (i bagnanti, i pescatori, ecc) secondo regole imposte dalla legge. Un bene comune, un “common”, è un bene di uso della collettività la cui proprietà non è attribuibile in maniera certa. Una classificazione ulteriore riguarda i beni materiali, in funzione della loro modalità d’uso: - Beni diretti o di consumo - Beni strumentali o capitali I primi soddisfano un bisogno diretto, esplicabile attraverso la loro acquisizione (cibo, abbigliamento, alloggi, etc) mentre i secondi legati alla produzione di beni diretti (ad esempio, i materiali da costruzione. Il punto P, dove si incontrano curva di domanda e di offerta è il punto di equilibrio di mercato.Il fatto che vi siano più consumatori ad esprimere la domanda per uno stesso bene quindi induce ad un’abbassamento del punto di incrocio tra domanda e offerta. Il “risparmio” rappresentato dal fatto che all’aumentare della domanda si acquista ad un prezzo più basso viene detto surplus. I mercati possono essere, in una rappresentazione teorica: - di perfetta concorrenza: la domanda è rappresentata da un numero infinito di consumatori, e l’offerta da un numero infinito di produttori; - di monopolio: la domanda è rappresentata da un numero infinito di consumatori, e l’offerta da un solo produttore - di monopsonio: la domanda è rappresentata da un consumatore, e l’offerta da infiniti produttori. Esiste infine l’oligopolio, nel quale la domanda è rappresentata da un numero infinito di consumatori, e l’offerta da un numero limitato di produttori. Il modello di domanda e offerta rappresentato è stato ampiamente criticato. Il cosiddetto fallimento del mercato, è imputabile principalmente : - alla assenza di disponibilità immediata di informazione, alla impossibilità di adeguare istantaneamente l’offerta alla domanda; - alla limitata razionalità del consumatore (definizione dovuta al premio Nobel Simon, 1965). I mercati sono generalmente oligopolistici, quindi controllati da pochi produttori, e in tali modelli il prezzo è deciso più da politiche derivanti dalle competizioni interne agli organi direttivi dei soggetti produttori (le grandi società) che da questioni di equilibrio di mercato. Alle tradizionali critiche del modello economico neoclassico incentrate sul rapporto tra produzione, domanda, forma di mercato e informazione, con la nascita della cultura ambientale si sono aggiunte ulteriori considerazioni derivante dalla esistenza di un rapporto tra gli aspetti tipici dell’economia del mercato e il “mondo esterno”, inteso come portatore di risorse, come quelle ambientali, la cui esistenza è sicuramente

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influenzata, e spesso compromessa, dallo sviluppo del mercato stesso. Le prime critiche da questo punto di vista precedono addirittura la nascita dell’economia ambientale. T.Malthus mette a punto agli inizi dell’Ottocento la cosidetta teoria delle catastrofi denunciando per primo ilproblema della esauribilità delle risorse. Sulla base delle teorie di Malthus e Ricardo si elabora una concezione dinamica dell’economia basata su due assunti principali: - l’inevitabilità del conflitto tra crescita della popolazione e limitatezza delle risorse; - l’incapacità sostanziale del progresso tecnologico di compensare le perdite di produttività dovute all ‘esaurimento delle risorse. Da questo punto di vista i modelli dell’economia neoclassica e classica fondano la loro visione di sviluppo sul rapporto tra mercato produzione e domanda, sono risultati drammaticamente limitati alla luce della storia recente del nostro pianeta. Le risorse ambientali non sono sostituibili. Il benessere individuale è garantito daiprocessi produttivi che trasformano le risorse naturali in beni strumentali all’uomo. L’ideologia della crescitaillimitata si è trasferita nel processo di crescita urbana e territoriale producendo megalopoli e immense periferie. Questo processo non può prescindere dall’uso e dal consumo di risorse naturali. L’economia neoclassica considera le risorse naturali disponibili in quantità costante nel tempo. A questo proposito va fatta una precisazione: le risorse naturali sono esauribili, nel momento in cui il loro tasso di trasformazione supera la loro eventuale possibilità di rigenerazione come visto. Una trasformazione è sostenibile se incrementa almeno una forma di capitale (economico finanziario, sociale, naturale) senza decrementare gli altri. La stima del valore conservato o prodotto da una trasformazione per le generazioni future ci riconduce dalla sostenibilità al valore sociale complesso tipico dell’economia ambientale. I metodi di stima (beni che pur se sprovvisti di mercato, erogano un servizio per la collettività come litorali balneabili, servizi ricreativi nelle aree protette, aree di valore paesaggistico etc.) più frequenti si basano su: - prezzi edonici e individuazione di mercati surrogati; - individuazione del costo erogato dagli utenti per accedere al bene (costo del trasporto o metodo di Clawson) - individuazione della “disponibilità a pagare” (valutazione di contingenza) ; - metodi basati sulla disponibilità a rinunciare ad altri beni o servizi (monetizzabili) in favore del bene ambientale stimato (costo - opportunità).

Il metodo dei “ prezzi edonici “ é una tecnica utilizzata spesso per il settore immobiliare. Essa parte dalla constatazione che la diversità dei valori ambientali fa variare i prezzi degli immobili e cerca di stabilire quindi la parte da attribuirsi all'ambiente nelle differenze di prezzo degli immobili. Di solito si usa la tecnica della regressione multipla su una serie di valori immobiliari situati in località aventi caratteristiche ambientali differenziate. La “ valutazione di contingenza” si basa sulla determinazione della disponibilità a pagare (Willingness to Pay o WtP) con la quale si costruisce una curva di domanda rispetto al prezzo. Il principio cardine è quello dell’interrogazione diretta basata sulla richiesta di una disponibilità a pagare individualmente una somma in denaro per la conservazione di un bene ambientale o culturale. L’interrogazione avviene in varie forme. Ciascuna di esse presenta vantaggi e svantaggi.

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