Dewatering: Water & Wastewater. Fabio Stevanato Simone Zanessi. Italian Dewatering Management

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1 Dewatering: strumenti e soluzioni mirate al drenaggio dei terreni, e in tutte le applicazioni nelle quali si renda necessario la movimentazione temporanea delle acque Fabio Stevanato Simone Zanessi Italian Dewatering Management

2 Argomenti: sintesi Le tecniche di drenaggio: generalità Indagini preliminari : prove in foro e prove di portata Drenaggio passivo : aggottamento diretto Drenaggio orrizzontale: passivo Drenaggio orizzontale: attivo Pozzi di accumolo disperdenti Pozzi profondi Impianti wellpoint Effetti indotti dagli scavi in falda Monitoraggio remoto dell emungimento October 20,

3 Tecniche di drenaggio: generalità L acqua costituisce uno degli aspetti più pervasivi che occorre considerare nella progettazione e nella costruzione di edifici. Abbastanza frequentemente la presenza di acqua nel terreno richiede una pianificazione attenta dei procedimenti di cantiere. Il problema più ricorrente è quello di allontanare, temporaneamente o definitivamente, l acqua dalle aree interessate dalla costruzione. October 20,

4 Cosa prevede la legge? DM 11/03/1988 DEI LAVORI PUBBLICI Norme tecniche riguardanti le indagini sui terreni e sulle rocce..., punto L, emungimenti da falde idriche. Si applica alle opere ed agli interventi riguardanti l estrazione di acqua dal sottosuolo. Nel progetto delle opere di emungimento si deve accertare che queste siano compatibili con le caratteristiche dell acquifero e che eventuali conseguenti cedimenti della superficie del suolo siano compatibili con la stabilità e la funzionalità dei manufatti presenti nella zona interessata dall emungimento. Il progetto deve stabilire anche i mezzi e le modalità di estrazione, in modo da evitare che con l acqua venga anche estratto il terreno o la sua frazione più fina Professionista incaricato: Geologo, Ingegnere Idraulico e Geotecnico

5 Tecniche di drenaggio: generalità In particolare i sistemi di trattamento dell acqua presi in considerazione in questa unità sono temporanei, impiegati al fine di consentire le operazioni di costruzione sotto il piano campagna. Quando il sistema di allontanamento dell acqua cessa di essere utilizzato l acqua torna ad occupare il terreno e le opere che vi sono esposte devono risultare essere progettate e realizzate convenientemente. Esempio di drenaggio attivo: pozzi & wellpoint Esempio di drenaggio passivo: vasche di accumulo o canalette di accumulo October 20,

6 TECNICHE DI DRENAGGIO: generalità Sono a disposizione differenti tecniche allo scopo di prosciugare, ridurre il livello della falda; esse vanno poste in relazione alle condizioni che occorre assicurare per lo svolgimento di opere sotto la quota del piano campagna e in particolare: 1.l esigenza di drenare preventivamente il terreno; 2.il controllo o la riduzione dell acqua presente nel terreno; 3.l esigenza di rimuovere o deflettere la superficie della falda; 4.l esigenza di migliorare le caratteristiche meccaniche del terreno al livello di fondazione. October 20,

7 TECNICHE DI DRENAGGIO: introduzione Le principali condizioni che influenzano la scelta della tecnica di prosciugamento più idonea riguardano: 1.le caratteristiche idrogeologiche del terreno e dell acquifero (stratigrafia, granulometria di ogni strato ecc.); 2.le caratteristiche della falda (soggiacenza, portata, pressione); 3. disponibilità di adeguati ricettori dell acqua di emungimento; 4. October 20,

8 TECNICHE DI DRENAGGIO: introduzione In relazione alle condizioni, si rendono operabili tecnicamente ed economicamente differenti dispositivi ognuno dei quali presenta vantaggi e svantaggi. October 20,

9 PROVE PRELIMINARI: test Obiettivo delle prove è determinare le caratteristiche idrogeologiche dell acquifero (K, T, S) e stimare le portate ottimali emungibili attraverso: La grandezza idrodinamica più importante: K permeabilità [m/sec]; Trasmissività T [m2/s] : è indice della capacità di condurre acqua nell acquifero; Il coefficiente di immagazzinamento S : èindicedi capacità di liberare acqua; Raggio d influenza (metri): limite oltre il quale non è più apprezzabile la depressione piezometrica conseguente al pompaggio della falda.

10 TECNICHE DI DRENAGGIO: portata delle acque drenate Approccio metodologico Idrogeologia variabile rispetto a: 1. permeabilità 2. stratigrafia 3. gradienti 4. regime idraulico 5. alimentazione: da infiltrazione di acque di pioggia fondo scavo da acquiferi sottostanti asciutto Progetto idraulico e dimensionamento dell impianto di drenaggio Dewatering: soluzioni per il drenaggio dei suoli e per le applicazioni October 20,

11 PROVE PRELIMINARI: prove in foro I valori Sono trovati prove fanno puntuali e non offrono valori idraulici del tutto riferimento corretti dell acquifero ad una in quanto non indagano una zona zona vasta. di terreno localizzata e possono Δh 1 essere poco Δh 2 Δh rappresentativi in Δh 3 situazioni stratigrafiche complesse. Il carattere puntuale può essere superato dalla possibilità di eseguirne un numero elevato. F S F S D 1 D 2 D 3 K 1 K 2 K 3 h 2 R R Video: H 0

12 INDAGINI PRELIMINARI: prove di pompaggio Tali prove sono considerate le più affidabili, visto il grande volume di terreno interessato; duplica esattamente le condizione di emungimento durante la realizzazione dello scavo: freatimetro Ricostruzione del grafico Q - t (portata- tempo) Ricostruzione del grafico -t (abbassamenti - tempo) Ricostruzione del grafico Q - (portata-abbassamenti) F S h 2 r w h r h 1 L Schema pozzo - Piezometro

13 INDAGINI PRELIMINARI: modalità di esecuzione 1. Installazione in pozzo di una pompa 2. Installazione di piezometri di monitoraggio 3. Possibilità di misurare in continuo gli abbassamenti di livello in pozzo 4. Possibilità di regolazione e controllo portata 5. Allontanamento acque emunte 6. Criteri di scelta della durata (almeno 72 ore) Test: misurazione del regime idraulico freatico

14 DISPOSIZIONE POZZO-PIEZOMETRI: generalità POZZO: il pozzo dovrebbe attraversare tutto lo spessore dell acquifero in modo da considerare un moto di filtrazione orizzontale. DRENO artificiale deve avere permeabilità superiore a quella del terreno circostante. PIEZOMETRI: il numero e la disposizione dipendono dalle caratteristiche dell acquifero (confinato o non confinato); in genere vicino al pozzo e a qualsiasi profondità (confinato).

15 TECNICHE DI DRENAGGIO: logistica di cantiere Alcuni dei componenti usati frequentemente sono: pompe centrifughe. Elettriche o a gasolio/benzina hanno una produzione che può andare da 50 a 5000 litri al minuto; pompe a immersione; perforatori a rotazione, a rotopercussione; trasportatori dotati di bracci idraulici condotte di aspirazione; filtri di aspirazione (puntali dei wellpoint). October 20,

16 TECNICHE DI DRENAGGIO: il drenaggio passivo Il drenaggio per aspirazione diretta rappresenta il sistema di drenaggio Drenaggio più semplice mediante ed economico pompa autoin casi: adescante di superficie all interno di palancolati metallici molto ristretti d impiego; scavi poco estesi; battenti idraulici ridotti (50 cm); terreni limosi e argillosi a bassa permeabilità; terreni stabili ghiaiosi. Il pericolo più frequente è il formarsi di vie preferenziali di scorrimento d acqua con il conseguente spostamento di particelle solide Drenaggio che mediante rende precaria pompa la stabilità delle scarpate e del sommergibile terreno circostante. L aspirazione diretta può ottenersi sia con pompe superficiali auto- adescanti che con pompe sommergibili.

17 TECNICHE DI DRENAGGIO: il dreno orizzontale passivo a gravità Per drenaggi una stima con della abbassamenti capacità della drenante falda possono pari a circa essere usati cm, dei si ricorrere grafici che a trincee mettono drenanti. in relazione la portata, le perdite di carico ed il Il diametro terreno viene del materiale tagliato di drenante preferenza di trasversalmente una trincea. alla direzione di deflusso della falda, con l obiettivo di Se incanalare vi è l esigenza l acqua di aumentare di falda, convogliandola l effetto drenante verso è possibile punti di sollevamento aggiungere ai e/o dispositivi allontanamento. predetti una pompa centrifuga Parametri autoadescante di esecuzione munita in funzione di della Depressore portata (pompa di del evacuazione vuoto) con progettata un incremento sono: della il diametro portata della ed tubazione, una diminuzione la pendenza, dei tempi la sezione di della drenaggio. trincea. October 20,

18 TECNICHE DI DRENAGGIO: pozzi di accumulo con una benna mordente applicata al braccio di un In escavatore. terreni grossolani si procede allo scavo di pozzi La benna mordente penetra freatici rivestiti con tubi in nel tubo, apre le proprie cemento di diametro di 1,0 m valve, scava il materiale innestati con connessioni rimuovendolo dal fronte del maschi/femmina. tubo che affonda sotto il Le proprio profondità peso raggiunte sono per dell ordine l'asportazione di 6,0 10,0 della sabbia Mt. e dipendono e della ghiaia dal nella metodo quale è di scavo immerso; impiegato che può essere eseguito: Installazione di pozzo di accumulo: fase preparatoria di posa di anelli in calcestruzzo autoaffondanti Video: October 20,

19 TECNICHE DI DRENAGGIO: pozzi di accumulo

20 TECNICHE DI DRENAGGIO: pozzi di accumulo La scelta della pompa è vincolata da: caratteristiche dell acquifero e quindi dalla portata di filtrazione all interno dello scavo; dalle caratteristiche geometriche dello scavo e del pozzo; Esempio di drenaggio mediante pozzo di accumulo dalla disponibilità di energia elettrica; dalle perdite di carico indotte dalla distanza tra scavo e punti di recapito delle acque emunte; Motopompe Esempio autoadescanti di drenaggio mediante vuoto-assistite Elettropompe pozzo di sommergibili Modello accumulo BWV-DS October 20,

21 TECNICHE DI DRENAGGIO: pozzi profondi In caso di battenti superiori ai 10 metri si ricorre alla realizzazione dei pozzi profondi. La progettazione viene sviluppata in relazione alla geologia del sottosuolo, alle quantità e caratteristiche chimico fisiche dell acqua da asportare e deve fra l altro esplicitare: il metodo di perforazione; il tipo e la lunghezza del filtro da impiegare (a ponte, a spirale continua, fresati sul corpo del PVC o PE, eseguiti in opera) e la sua profondità di collocazione; October 20,

22 TECNICHE DI DRENAGGIO: pozzi profondi la granulometria dei drenaggi eventualmente gettato. seguenti fasi: perforazione con i seguenti metodi: a percussione a rotazione (a circolazione diretta o inversa). posa delle tubazioni e dei filtri; getto del drenaggio eventuale; cementazione e isolamento. October 20,

23 TECNICHE DI DRENAGGIO: il sistema wellpoint Schematicamente I condotti di aspirazione sono l'impianto wellpoint riuniti in un collettore a da suauna volta è costituito collegato adserie unadi pompa che condotti di aspirazione mette in depressione i condotti (diam. 1 pollice e di aspirazione. ¼ o, 1 pollice e ½) dotato all estremità di un filtro attraverso il quale avviene l aspirazione. Dewatering: soluzioni per il drenaggio dei suoli e per le applicazioni October 20,

24 CONO DI DREPRESSIONE: abbassamento e gestione della falda freatica Humus Sabbia Limo II flusso di falda verso i punti di aspirazione risulta così deviato; ogni wellpoint modifica la superficie d acqua generando un conoide in asse sul punto di aspirazione e con il vertice rivolto verso il basso. Argilla Ghiaino K = 10-2 K = 10-4 K = 10-5 K = 10-1 Quota di fondo scavo Quota di falda October 20,

25 TECNICHE DI DRENAGGIO: il sistema wellpoint L ampiezza del cono dipende da valori variabili a seconda della tipologia di terreno su cui si opera: cono chiuso: [basso raggio di influenza] terreni impermeabili (argilla, limi, ecc.); cono aperto: [elevato raggio di influenza] terreni molto permeabili (sabbie, ghiaie, ecc.). h 1 D h 2 F S L Raggio d influenza: funzione della permeabilità e dell abbassamento October 20,

26 Drenaggio attivo mediante wellpoint (drenaggio freatico) Predisposizione del foro di alloggiamento del filtro wellpoint mediante trivella oledinamica e asta Importante preventivare le caratteritiche del mezzo operativo dove applicare la trivella oledinamica: lo sbraccio utile October 20,

27 Drenaggio attivo mediante wellpoint (drenaggio freatico) Infissione del filtro wellpoint mediante Jetting (con lavaggio foro) October 20,

28 Drenaggio attivo mediante wellpoint inconvenienti e soluzioni: il prefiltro Sezione funzionale del filtro Strati di limi e argille permeabili attraversati da strati di falde freatiche Cedimento delle pareti del micropozzo wellpoint Video: October 20,

29 Drenaggio attivo mediante wellpoint inconvenienti e soluzioni: il prefiltro Inserimento di sabbia [0.2 Mc/cadauno] Strati di limi e argille permeabili attraversati da strati di falde freatiche October 20,

30 Drenaggio attivo mediante wellpoint inconvenienti e soluzioni: il prefiltro Dewatering October 20,

31 DRENAGGIO DEI SUOLI: effetti negativi indotti dall abbassamento della falda Esempio di Una scavernamenti mancata valutazione e preventiva cedimenti (progetto) diffusi nelle degli effetti dell abbassamento zone prossime ad di un falda (prove di cantiere pompaggio preliminari) può dare origine ad effetti collaterali anche gravi: subsidenza dei terreni [cedimento differenziato]. Generalmente l effetto di questa mancata analisi preventiva produce effetti gravi come nel caso delle fessurazioni delle strutture limitrofe all area di scavo. October 20,

32 DRENAGGIO DEI SUOLI: effetti negativi indotti dall abbassamento della falda SUGGERIMENTO: Inserire nel progetto, l utilizzo di opere provvisionali quali: palancole, pali, micropali, diaframmi, ecc. October 20,

33 SISTEMA DI POMPAGGIO: come valutare la scelta tra una pompa sommergibile o una autoadescante? ELETTROPOMPA: alte prevalenze (fino a 80 MT di geodetica) da superare; disponibilità di energia elettrica. AUTOADESCANTE: grosse portate ma prevalenze ridotte (limite fisico di altezza d aspirazione 7 metri con sistema del vuoto) October 20,

34 WELLPOINT: quali sono le informazioni preliminari per ottenere un corretto dimensionamento di un sistema wellpoint? È idrogeologia necessario conoscere: della zona: in modo particolare per un corretto la dimensionamento geometria dell area è necessario di scavo (perimetro avere un ordine ed estensione di grandezza lineare); della portata di filtrazione e del parametro la profondità idraulico massima più importante, di è necessario scavo; la conoscere tipologia di il scavo valore della (scarpata, permeabilità palancole, K (m/sec); relazione diaframmi, geotecnica micropali, in cui ecc.); sia indicata la distanza la stratigrafia dei punti del di terreno da drenare recapito in delle modo acque da poter emunte; scegliere valutare il corretto la capacità sistema idraulica d installazione. dei ricettori; October 20,

35 DRENAGGIO: valutare e dimensionare preventivamente i ricettori delle acque emunte Esempio di acque di emungimento: particolari di scarico delle acque emunte in corpi ricettori e soluzioni applicabili in aree urbane (dissabbiatore) October 20,

36 WELLPOINT: fino a che profondità un sistema wellpoint riesce a essere efficiente? Fino a circa 6 metri di profondità. In presenza di alte percentuali di limo, se si installa una sola fila di wellpoint, i metri si riducono a quattro. Si raggiungono profondità maggiori servendosi di più file disposte in parallelo (meglio conosciuti con il termine a gradoni ). esempio di drenaggio mediante impianto wellpoint infisso con la tecnica a gradoni La soluzione del wellpoint a gradoni permette di deprimere la falda fino ad un max di 10 metri. Per battenti maggiori occorre optare per i pozzi profondi. October 20,

37 WELLPOINT: Cosa succede se si ha un guasto al sistema di pompaggio di un wellpoint? Per il sistema wellpoint deve essere garantito un funzionamento di 24h/24h. Una regola fondamentale è quella di mantenere in funzione l impianto fino a lavori ultimati, o almeno fino a che il peso della struttura realizzata è maggiore o uguale alla spinta idraulica. L interruzione del pompaggio può creare seri problemi all opera che si sta realizzando: si può determinare, in rapporto alla permeabilità del terreno, un innalzamento più o meno rapido del livello della falda, con conseguenti allagamenti dello scavo. È possibile anche il verificarsi di fontanazzi la cui forza idraulica potrebbe compromettere fortemente la struttura fino a quel momento realizzata. Effetti di fontanazzi o sollevamento del fondo scavo per effetto della filtrazione October 20,

38 Dewatering: ampi campi di applicazione

39 Dewatering: bocche di porto M.O.S.E. (Venezia)

40 Dewatering: sistemi di monitoraggio remoto di tele-gestione delle fasi di Dewatering (Reti GSM,LAN,GPRS,UMTS) Gestione in tempo reale dei principali parametri d impianto: funzionamento e/o anomalie dei gruppi di pompaggio; livelli piezometrici all interno dello scavo e nelle zone limitrofe; portate di emungimento e portate di scarico; accensione e spegnimenti pompe d emergenza.

41 Vantaggi: sistemi di monitoraggio remoto riduzione dei costi di gestione degli impianti e manutenzione delle pompe; riduzione del personale presente in cantiere per il controllo del Dewatering; riduzione dei rischi di blocco pompe ed impianti con conseguente allagamento degli scavi ed interruzione lavori; ottimizzazione delle portate da smaltire e dei tempi di abbassamento della falda; basse competenze specifiche per la gestione; riduzione del tempo per la presa di decisioni.

42 grazie per l attenzione.