PROGETTARE LA COPERTURA DELLE DISCARICHE CON SISTEMI GEOSINTETICI. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

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1 PROGETTARE LA COPERTURA DELLE DISCARICHE CON SISTEMI GEOSINTETICI ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

2 INDICE ARGOMENTI A. UTILIZZO DI SISTEMI GEOSINTETICI IN DISCARICA B. INQUADRAMENTO NORMATIVO C. APPROCCIO PROGETTUALE PER I SISTEMI DRENANTI D. APPROCCIO PROGETTUALE PER I SISTEMI DI RINFORZO E. CASI STUDIO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

3 UTILIZZO DI SISTEMI GEOSINTETICI FONTE: WWW. geosyntheticsmagazine.com ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

4 UTILIZZO DI SISTEMI GEOSINTETICI ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

5 UTILIZZO DI SISTEMI GEOSINTETICI ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

6 NORMATIVA ITALIANA A livello normativo, l Italia ha recepito la Direttiva Comunitaria 1999/31/CE, solamente nel 2003, con il Decreto Legislativo 13 gennaio 2003, n. 36. L allegato 2 pto. 2.2 del D.Lgs 36/2003 asserisce: [..] al fine di garantire l'isolamento del carpo dei rifiuti dalle matrici ambientali, la discarica deve soddisfare i seguenti requisiti tecnici: sistema di regimazione e convogliamento delle acque superficiali; impermeabilizzazione del fondo e delle sponde della discarica; impianto di raccolta e gestione del percolato; impianto di captazione e gestione del gas di discarica (solo per discariche dove sono smaltiti rifiuti biodegradabili); sistema di copertura superficiale finale della discarica. [ ] ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

7 NORMATIVA ITALIANA Relativamente al sistema di copertura superficiale finale, nell Allegato 1 del Decreto Legislativo vengono specificate le caratteristiche che la stratigrafia dovrà disporre per ottemperare alle seguenti funzioni: isolare il corpo rifiuti dall'ambiente esterno; minimizzare la quota delle infiltrazioni d'acqua all interno del corpo rifiuto; ridurre al minimo l attività antropica per interventi di manutenzione; minimizzare l innescarsi di fenomeni erosivi; garantire sufficiente resistenza agli assestamenti provocati dai fenomeni di subsidenza localizzata a seguito della degradazione del rifiuto; Ai punti e dell All.1, vengono dettagliati i requisiti minimi che il sistema deve disporre a seconda se si tratti di una discarica per inerti o per rifiuti pericolosi/non pericolosi (vedi tabella successiva). ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

8 RIFIUTI INERTI Allegato 1 - pto IMPIANTI PER RIFIUTI INERTI 1. strato superficiale di copertura con spessore >= 1 m che favorisca lo sviluppo delle specie vegetali di copertura ai fini del piano di ripristino ambientale e fornisca una protezione adeguata contro l'erosione e consenta di proteggere le barriere sottostanti dalle escursioni termiche; 2. strato drenante con spessore >=0.5 m in grado di impedire la formazione di un battente idraulico sopra le barriere di cui ai successivi punti 3) e 4); 3. strato minerale superiore compattato di spessore >= 0.5 m e di bassa conducibilità idraulica. 4. strato di regolarizzazione per la corretta messa in opera degli elementi superiori e costituito da materiale drenante. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

9 RIFIUTI INERTI 1 m Strato superficiale di copertura 0,5 m GCD Strato drenante 0,5 m Strato minerale compattato var Strato regolarizzazione GCD: geocomposito drenante ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

10 RIFIUTI PERICOLOSI E NON PERICOLOSI Allegato 1 - pto IMPIANTI PER FIUTI NON PERICOLOSI E PER RIFIUTI PERICOLOSI 1. strato superficiale di copertura con spessore 1 1 m che favorisca lo sviluppo delle specie vegetali di copertura ai fini del piano di ripristino ambientale e fornisca una protezione adeguata contro l'erosione e di proteggere le barriere sottostanti dalle escursioni termiche; 2. strato drenante protetto da eventuali intasamenti con spessore 0.5 m in grado di impedire la formazione di un battente idraulico sopra le barriere di cui ai successivi punti 3) e 4); 3. strato minerale compattato dello spessore 0,5 m e di conducibilità idraulica di 10-8 m/s o di caratteristiche equivalenti, integrato da un rivestimento impermeabile superficiale per gli impianti di discarica di rifiuti pericolosi; 4. strato di drenaggio del gas e di rottura capillare, protetto da eventuali intasamenti, con spessore 0.5 m; 5. strato di regolarizzazione con la funzione di permettere la corretta messa in opera degli strati sovrastanti ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

11 RIFIUTI NON PERICOLOSI 1 m Strato superficiale di copertura 0,5 m GCD Strato drenante 0,5 m Strato minerale compattato 0,5 m GCD Strato drenante biogas var Strato regolarizzazione GCD: geocomposito drenante ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

12 RIFIUTI PERICOLOSI 1 m Strato superficiale di copertura 0,5 m 0,5 m GCD GMB Strato drenante Strato minerale compattato 0,5 m GCD Strato drenante biogas var Strato regolarizzazione GCD: geocomposito drenante GMB: geomembrana sintetica in HDPE ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

13 PROBLEMI NORMATIVI in termini di stratigrafie, cio che afferma e sancisce la legge non risulta compatibile con le geometrie delle discariche esistenti prima del entrata in vigore del decreto stesso; l approvvigionamento di materiali naturali (quali argilla, ghiaia) in determinati contesti geografici costituisce certamente una voce di costo nel computo delle lavorazioni non trascurabile (da intendersi sia come costi diretti che come costi indiretti); ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

14 PROBLEMI NORMATIVI ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

15 NORMATIVA PROGETTAZIONE NTC 2008 DM 14/01/2008 (GAZZETTA UFFICIALE n. 29 del 04/02/2008) Circolare n. 617 del 26/02/2009 Istruzioni per l applicazione delle nuove norme tecniche per le costruzioni di cui al decreto ministeriale 14 gennaio 2008 CAP. 6 - PROGETTAZIONE GEOTECNICA PAR DISCARICHE CONTROLLATE DI RIFIUTI E DEPOSITI DI INERTI [..] in particolare, nel caso di barriere composite, devono essere valutate le condizioni di stabilità lungo le superfici di scorrimento che comprendano anche le interfacce tra i diversi materiali utilizzati [ ] ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

16 NORMATIVA PROGETTAZIONE STATO LIMITE DI ESERCIZIO - SLE STATO LIMITE ULTIMO SLU La verifica si imposta nel rispetto della seguente condizione: E d <= R d Ed = è il valore di progetto dell effetto delle azioni; Rd = è la resistenza di progetto, valutata in base ai valori di progetto della resistenza dei materiali e ai valori nominali delle grandezze geometriche interessate ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

17 NORMATIVA PROGETTAZIONE ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

18 NORMATIVA PROGETTAZIONE ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

19 NORMATIVA PROGETTAZIONE Gli approcci progettuali consentiti dalle nuove NTC per la verifica agli stati limite ultimi sono: APPROCCIO 1: due combinazioni combinazione 1: (A1 + M1 + R1) amplificazione dei carichi combinazione 2: (A2 + M2 + R2) riduzione delle resistenze APPROCCIO 2: una combinazioni combinazione 1: (A1 + M1 + R3) ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

20 II PARTE SISTEMI DRENANTI SINTETICI II PARTE PROGETTARE UN SISTEMA DRENANTE SINTETICO CONCETTI INTRODUTTIVI ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

21 INTRODUZIONE In discarica (fondo e strato di copertura) è necessario prevedere a progetto delle soluzioni tecniche che siano in grado di drenare liquidi/aeriformi. Solitamente si è soliti utilizzare materiali naturali (inerti). Non sempre è tecnicamente sostenibile. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

22 INTRODUZIONE ~ Perché un geocomposito drenante venga accettato come alternativa ad uno strato di inerte, è necessario dimostrarne l equivalenza idraulica ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

23 DEFINZIONE DI DRENANTI SINTETICI Definiti anche geospaziatori (dall inglese geospacer), sono caratterizzati da una struttura tridimensionale interna ad elevato indice di vuoti a cui viene accoppiato uno o due elementi filtranti in tessuto non tessuto. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

24 CLASSIFICAZIONE TERRENI ARGILLE (particelle < 2 micron) LIMI (particelle da 2 a 50 micron) SABBIE (particelle da 50 micron a 2 millimetri) GHIAIE (particelle > 2 millimetri) Le argille ed i limi possono essere considerati impermeabili impermeabili. I limi medi e grossolani e le sabbie fini di media e bassa permeabilità. Le sabbie e le ghiaie materiali ad elevata permeabilità. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

25 CLASSIFICAZIONE TERRENI Area A e B: terreni argillosi - drenaggio non necessario, permeabilità molto bassa (kv< m/s) Area D: terreni sabbiosi - drenaggio non necessario, permeabilità molto alta (kv> m/s) Area C: terreni limo sabbiosi - drenaggio necessario ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

26 PRESTAZIONI IDRAULICHE DELL INERTE La portata smaltibile da uno strato di materiale granulare avente una conducibilità idraulica k soggetto ad un gradiente idraulico i è fornito dalla relazione di Darcy Q = kia [m3/s] t = spessore L = larghezza = 1 q = kit [m3/s m] Il ks del terreno più permeabile che richieda un drenaggio è di ca.ks. = 5 x 10-5 m/s ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

27 CALCOLO PRESTAZIONI IDRAULICHE DELL INERTE q = k*i*t k = 5 X 10-5 m/s i = 0,04 (circa 2 ) t = 0,5 m [m3/s m] [m2/s] q = 5*10-5 x 0,04 x 0,5 = 0,1*10-5 [m2/s] ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

28 TRASMISSIVITA IDRAULICA DI UN GEOSINTETICO Il geocomposito drenante dovrà garantire una portata idraulica specifica superiore alla portata ottenuta per lo strato di materiale inerte, nelle medesime condizioni al contorno (in termini di gradiente idraulico e pressione applicata). PORTATA IDRAULICA SPECIFICA = TRASMISSIVITA IDRAULICA Si calcola in laboratorio secondo la norma UNI EN ISO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

29 APPARECCHIATURA DI MISURA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

30 APPARECCHIATURA DI MISURA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

31 DEFINIZIONE DI TRASMISSIVITA IDRAULICA Esprime la quantità d acqua che il materiale riesce a trasportare longitudinalmente nell unità di tempo per unità di larghezza al gradiente i = 1 assumendo un flusso laminare. Viene espressa in (m 3 /s m - m 2 /s oppure l/s m). 1 m 3 = 10 3 l θ = k * t k = permeabilità nel piano del gtx (m/s) t = spessore del prodotto (m) ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

32 PERMEABILITA DEL FILTRO L acqua penetra nel geocomposito in direzione perpendicolare attraverso il geotessile filtrante. La permeabilità in direzione perpendicolare è data da (legge di Darcy): k = q * t / 10 5 Dove: k = permeabilità (m/s) t = spessore del gtx (mm) = 1 mm q = capacità filtrante (l/m2 s) = 100 l/m2 s k = 10-3 m/s ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

33 PARAMETRI INFLUENZANO LA TRASMISSIVITA A. PRESSIONE APPLICATA SUL PRODOTTO (kpa) B. GRADIENTE IDRAULICO (geometria del piano di posa) orizzontale verticale obliqua ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

34 PRESSIONE APPLICATA A. DRENAGGIO VERTICALE P = k A *γ*h *H H B. DRENAGGIO ORIZZONTALE P = γ*s s ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

35 GRADIENTE IDRAULICO i = sen(β) I = 0,04 β = 2 I = 0,1 β = 5 I = 1 β = 90 ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

36 ESEMPIO DI SCHEDA TECNICA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

37 ESEMPIO DI SCHEDA TECNICA Dove: q amm = q nom FS 1 1 * FS2 * FS3 * FS q nom = portata specifica nominale del GCD calcolata secondo EN ISO (l/sm); q amm = portata specifica ammissibile del GCD; FS1 = fattore di danneggiamento che tiene in considerazione il fenomeno dell intrusione del geotessile all interno dell anima drenante; FS2 = fattore di danneggiamento che tiene in considerazione il fenomeno del creep dei materiali polimerici; FS3 = fattore di danneggiamento che tiene in considerazione il fenomeno del clogging di natura chimica; FS4 = fattore di danneggiamento che tiene in considerazione il fenomeno del clogging di natura biologica; ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

38 GHIAIA VS DRENANTE SINTETICO i = grad. idr. = 0,04 (2 ) K ghiaia RENDIMENTO IDRAULICO di uno strato di 50 cm di GHIAIA ghiaia = m/s; s = spess. = 0,5 m; s = spess. terr.. = 1 m; s GCD GCD = 20 mm g terr. RENDIMENTO IDRAULICO del GCD terr. = peso spec. = 18 kn/m 3 ; P = s*g = 18 kn/m 2 ~ 20 kpa; ghiaia = K*i*s =0,1*10-5 m3 / s*m Q ghiaia Q ghiaia - 2 ghiaia = K*i*s =0,1*10 l / s*m Q ghiaia ghiaia = K*i*s =0,1*10-2 l / s*m Trasmissività nominale Q GCD/20 kpa GCD/20 kpa = 1,10 l / s*m Trasmissività ammissibile Q GCD/20 kpa GCD/20 kpa = 0,36 l / s*m ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

39 REQUISITI ESSENZIALI 1. COMPRESSIONE DEL NUCLEO: l anima drenante deve poter evitare una riduzione significativa del suo spessore nel tempo e sotto determinate condizioni di carico; 2. COMPENETRAZIONE DEL FILTRO: è necessario evitare la compenetrazione del geotessile filtrante all interno dell anima, riducendo in questo modo la capacità drenante del geocomposito; 3. INTASAMENTO E COMPRESSIONE DEL FILTRO: è necessario evitare che il filtro si intasi e si comprima, dovendo pertanto soddisfare due criteri: CRITERI DI RITENZIONE: evita la fuoriuscita delle particelle di terreno (fenomeno di sifonamento); CRITERI DI PERMEABILITA : deve essere in grado di garantire il passaggio dell acqua; ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

40 COMPRESSIVE CREEP Spessore (mm) Dreni collassabili Dreni comprimibili Pressione (kpa) ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

41 COMPRESSIVE CREEP ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

42 COMPENETRAZIONE DEL FILTRO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

43 CRITERIO DI RITENZIONE Fornisce il diametro significativo dei pori del filtro Of a partire dalle caratteristiche del terreno (coefficiente di uniformità Cu e densità relativa Dr). 1< C u < 3 C u > 3 D r < 50% O f < C u d 50 O f < 9 d 50 / C u 50% < D r < 80% O f < 1,5 C u d 50 O f < 13,5 d 50 / C u D r > 80% O f < 2 C u d 50 O f < 18 d 50 / C u Criterio di Giroud ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

44 CRITERIO DI PERMEABILITA Il criterio di permeabilità di un geotessile è rappresentato dalla seguente relazione matematica: g n k f 10 * k terreno Dove: K g = permeabilità normale del geotessile (m/s); n = parametro variabile dalle caratteristiche del prodotto; K terreno = permeabilità del terreno (m/s) ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

45 II PARTE SISTEMI DRENANTI SINTETICI III PARTE PROGETTARE UN SISTEMA DRENANTE SINTETICO ESEMPI PRATICI DI DIMENSIONAMENTO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

46 DIMENSIONAMENTO DI UNO STRATO DRENANTE Nel caso in cui i dati di pioggia fossero disponibili, mediante la ricostruzione della LSSP, sarebbe possibile stabilire il dato idraulico relativo alla portata in ingresso al GCD e quindi essere in grado di valutarne la sostenibilità tecnica della proposta. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

47 DIMENSIONAMENTO DI UNO STRATO DRENANTE Si ipotizzi di aver ricostruito la LSPP, e di essere in grado di esplicitarla attraverso i valori dei due parametri a e n. h = a * r t n Siccome ciascuna curva è in funzione del tempo di ritorno (T), è necessario focalizzare l attenzione su una curva a tempo di ritorno fissato (T*), che per il presente campo di applicazione, potrebbe essere compresa tra i 10 e i 25 anni. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

48 DIMENSIONAMENTO DI UNO STRATO DRENANTE Assegnato tempo di ritorno, dividendo l altezza di precipitazione (mm) per la durata (h), si ottiene l intensità di pioggia j (mm/h) critica ricercata: j = h r = a * t n 1 t È possibile correlare l intensità di pioggia j, con la portata specifica di pioggia qr, attraverso la seguente relazione, consentendo la quantificazione della portata di progetto per unità di superficie. q pioggia = 2,777*10 7 * j [m/s oppure m3/sm2] ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

49 DIMENSIONAMENTO DI UNO STRATO DRENANTE Nel caso in cui la superficie che si sta considerando non dovesse essere orizzontale, sarà necessario correggere la relazione che definisce la portata di progetto, attraverso la seguente relazione: Q pioggia Q pioggia Q pioggia q progetto = = = *cos( α) = A A A cos( α) q pioggia *cos( α) Dove: Q 3 pioggia = portata di pioggia insiste sull area A, da drenare [m /s]; A = superficie orizzontale su sui insiste [m 2 ]; α = angolo di inclinazione della superficie considerata [ ]. [m3/s m2] ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

50 DIMENSIONAMENTO DI UNO STRATO DRENANTE Il passaggio successivo è quello di valutare la quota parte della portata specifica che intercetta la superficie di riferimento, si infiltri nello strato di terreno e raggiunga il GCD. Per poter considerare questo fattore, occorre introdurre il fattore di infiltrazione λ. q progetto = q pioggia * cos( α ) * λ [m3/s m2] ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

51 DIMENSIONAMENTO DI UNO STRATO DRENANTE Il passaggio finale è poi quello di considerare la lunghezza L del tratto considerato, ottenendo la portata di progetto su cui valutare le prestazioni del GCD. Q = q * L = q * cos( α ) * λ * progetto progetto pioggia * L [m3/s m] ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

52 II PARTE SISTEMI DRENANTI SINTETICI IV PARTE PROGETTARE UN SISTEMA DRENANTE SINTETICO STRATO DI INTERCETTAZIONE BIOGAS ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

53 STRATO DI INTERCETTAZIONE DEL BIOGAS Per poter affrontare tecnicamente la questione relativa la captazione del biogas prodotto all interno della discarica mediante un GCD, è necessario introdurre anche la relazione di conversione che consente di ottenere la trasmissività equivalente del gas (LFG landfill gas) in termini di valore della trasmissività idraulica del GCD riferita all acqua. θ H20 = µ µ LFG H20 γ γ H20 LFG θ LFG ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

54 STIMA DI PRODUZIONE ANNUA BIOGAS Verificata la possibilità di trattare il gas disponendo dei valori di laboratorio relativi all acqua, il passaggio successivo è quindi quello di stimare il tasso di produzione di biogas. Calcolare questo parametro è estremamente difficile e soggetto come anticipato a numerose approssimazioni, visto il numero di variabili da cui dipende il valore finale della grandezza considerata. Alcune valutazioni di carattere approssimativo riportano per l Italia valori compresi tra i 2,5 m 3 /t/ anno e 7,5 m 3 /t/ anno. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

55 STIMA DI PRODUZIONE ANNUA BIOGAS Q gas = rgashmedia rifiuto γ rifiuto Dove: Q gas = portata specifica di biogas [m 3 /s/m 2 ] r gas = tasso di produzione di biogas [m 3 /kg/anno]; H media rifiuto = altezza media del rifiuto stoccato in discarica [m]; γ rifiuto = peso specifico del rifiuto [kn/m 3 ]. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

56 STIMA TRASMISSIVITA RICHIESTA Il passaggio successivo è poi quello di valutare il valore richiesto relativo di trasmissività del GCD, affinché il sistema sintetico sia in grado di intercettare e drenare la Q gas definita al punto precedente. θ gas required = Q γ 2 gas gas L ugas max 8 Dove Q gas = portata specifica di biogas [m 3 /s/m 2 ]; γ 3 gas = peso specifico del gas [kn/m ]; u gas max = pessione massima del gas sotto copertura [kpa]; L = distanza tra i collettori drenanti [m]; ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

57 STIMA TRASMISSIVITA AMMISSIBILE Valutata la trasmissività richiesta del GCD, è necessario applicare la solita procedura che sconta il valore richiesto (required) mediante opportuni fattori correttivi per ottenere il valore ultimo di esercizio (ultimate) (relativo al comportamento del prodotto nel lungo periodo). θ ulitmate gas = θ required gas 5 i= 1 FS i 5 FS i= 1 i = FS IN * FS CR * FS CC * FS BC * FS OVERALL FS IN = fattore correttivo all intrusione del geotessile all interno dell anima drenate; FS CR = fattore correttivo dovuto al fenomeno del creep; FS CC = fattore riduttivo al fenomeno del chemical clogging; FS BC = fattore riduttivo al fenomeno del biological clogging; FS OVERALL = fattore riduttivo generale; ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

58 STIMA TRASMISSIVITA AMMISSIBILE Il passaggio finale è poi quello di applicare la relazione di equivalenza che permette di ottenere il valore di trasmissività del gas rispetto alla trasmissività dell acqua: θ H20 = µ µ gas H20 γ γ H20 gas θ gas ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

59 CASI APPLICATIVI ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

60 CASI APPLICATIVI ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

61 V PARTE SISTEMI DI RINFORZO V PARTE PROGETTARE UN SISTEMA DRENANTE SINTETICO SISTEMI DI RINFORZO VERIFICHE MECCANICHE ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

62 INTRODUZIONE Volendo propendere per un sistema di copertura definitivo geosintetico, occorrerà preliminarmente verificare che lo stato tensionale che si genererà all interfaccia tra ogni strato sintetico, risulti compatibile con le caratteristiche meccaniche dei materiali previsti a progetto. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

63 DATI DI INPUT Per impostare tali verifiche occorre definire i seguenti parametri: geometria della scarpata su cui andrà prevista l installazione del sistema (lunghezza, pendenza); caratteristiche del terreno di copertura finale (spessore, peso specifico, coesione, angolo di attrito); caratteristiche meccaniche dei materiali geosintetici previsti nel pacchetto di chiusura (resistenza a trazione ammissibile, angolo di attrito all interfaccia superiore ed inferiore, adesione superiore ed inferiore, spessore ); ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

64 DATI DI INPUT Il peso dell ammasso di terreno (W) previsto sopra l ultimo geosintetico previsto, si calcola nel seguente modo: W = γ s L Dove: γ = peso specifico del terreno [kn/m 3 ]; s = spessore del terreno di riporto [m]; L = lunghezza della scarpata [m]; W = peso del terreno di riporto [kn/m]. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

65 DATI DI INPUT Detta β la pendenza della scarpata, il peso proprio W si può scomporre nelle due componenti normale (W N ) e parallela (W P ) al pendio: W = W cos ( β ) W P = W W N ( ) sen β Mediante dei tests specifici (UNI EN ISO prova di taglio diretto e UNI EN ISO ) è possibile definire le caratteristiche, per ciascuna interfaccia, in termini di angolo di attrito (δ) e adesione (a) che consentiranno di eseguire le verifiche meccaniche di integrità dei prodotti. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

66 TEST DI TAGLIO DIRETTO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

67 TEST DI TAGLIO DIRETTO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

68 TEST DI TAGLIO DIRETTO FONTE: MANASSERO AT AL ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

69 SFORZI TANGENZIALI Una volta noti gli stati tensionali tangenziali ti di tutte le interfacce, sarà sufficiente per ogni materiale considerato, eseguire il seguente controllo: τ max > ( τ τ ) sup inf Dove: τ max = T max s T max = resistenza a trazione massima ammissibile del geosintetico considerato [kn/m]; s = spessore del geosintetico considerato [m]; t max = tensione massima ammissibile del geosintetico considerato [kpa]; FONTE: MANASSERO AT AL ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

70 SFORZI TANGENZIALI Solitamente, per impostare il problema in favore di sicurezza, si trascura il fattore adesione (a) sviluppando la verifica di integrità meccanica nel seguente modo: T T i sup i inf ( β ) tan( δ ) = W cos i sup ( β ) tan( δ ) = W cos i inf La tensione indotta sul singolo strato geosintetico sarà pertanto: σ i = T i sup T s i i inf Oppure ragionare in termini di forza a trazione: T i = Ti sup Ti inf ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

71 SFORZI TANGENZIALI L interpretazione del segno della tensione va interpretata nel seguente modo: σ i σ σ i > 0 < 0 il geosintetico sarà sottoposto ad uno sforzo di trazione; il geosintetico sarà sottoposto ad uno sforzo di compressione; Chiaramente nel caso in cui il geosintetico fosse sottoposto a sforzo di trazione, occorrerà verificare se non eccede la sua massima capacità di resistenza. Il passaggio finale consiste nel calcolare il fattore di sicurezza associato: FS = T max T i ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

72 VI PARTE VERIFICHE ALLO SCIVOLAMENTO VI PARTE PROGETTARE UN SISTEMA DRENANTE SINTETICO SISTEMI DI RINFORZO VERIFICHE ALLO SCIVOLAMENTO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

73 MODELLO CONCETTUALE FISICO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

74 MODELLO CONCETTUALE FISICO L=lunghezza del pendio; t=spessore del terreno; W=peso del terreno; N = componente normale al piano di W; Fs=componente parallela al piano di W; PP=spinta passiva al piede; Rg=resistenza del geosintetico di rinforzo; φ=coefficiente di attrito all interfaccia critico; β=inclinazione del pendio. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

75 APPROCCIO PROGETTUALE APPROCCIO 2: A1+M1+R3 ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

76 FORZA AGENTE Le forze agenti sul sistema sono rappresentate dalla componente della forza peso del terreno lungo il pendio. W = γ * t * L γ = peso specifico del terreno (kn/m 3 ); t = spessore dello strato di terreno (m); L = lunghezza del pendio (m) ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

77 AZIONE DELLE FORZE AGENTI LUNGO IL PIANO La componente parallela la pendio generata dalla forza peso è Ed Ed = Fs = W * sen ( β ) ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

78 FORZE RESISTENTI Le forze resistenti allo scivolamento sono: R d = F res γ R = ( R + Rg / γm Pp) / / + γr Assumendo sia per la resistenza del rinforzo gsy che per l angolo di attrito al interfaccia γm = 1,1 ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

79 CALCOLO RESISTENZA DI PROGETTO DEL RINFORZO Secondo la nuova normativa Rd >= Ed R d >= Ed ( + γ / γ R Rg / m + Pp) R >= F s R g >= γ γ m * ( R * s p F R P ) R g >= 1,10 (1,10 * F R P * s p ) R = N * tan( δd ) δ d = arctan(tan( δk) / γm) ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

80 CONDIZIONI SISMICHE In condizioni sismiche, variano sia le componenti Fs che R E d = Fs = W * sen( β ) + W * kh *cos( β ) + / W * kv * sen( β ) R d = F res γ R = ( R + Rg / γm Pp) / / + γr N = W * cos( β ) W * kh * sen( β ) + / W * kv *cos( β ) R = N * tan( δd) ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

81 CONSIDERAZIONI FINALI R g >= γ γ m * ( R * Fs R Pp ) Per ridurre in valore assoluto Rg possiamo: RIDURRE FS (dipende dalla geometria del problema) Fs = W * sen( β ) AUMENTARE R (dipende dall angolo di attrito all interfaccia) R = N * tan( δd) ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

82 ANCORAGGIO IN TRINCEA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

83 ANCORAGGIO IN TRINCEA FS ancor = FS * Rancor / Rg = FS * FS ancor ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

84 STABILITA BERMA FS taglio = FS * Rtaglio berma / Rg = FS * FS taglio berma ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

85 MODELLO DI STABILITA KOERNER ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

86 MODELLO DI STABILITA KOERNER Solitamente, quando si vuole introdurre preliminarmente il concetto di stabilità traslativo di un sistema composito, imposta una verifica all equilibrio limite per un pendio indefinito. Il piano di potenziale scivolamento è considerato avere una pendenza β, ed il sistema composito iniziale costituito da uno strato di terreno di spessore s posto sopra una geomembrana in HDPE. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

87 MODELLO DI STABILITA KOERNER La stabilità del sistema verrà chiaramente espressa mediante il rapporto tra le forze stabilizzanti e le componenti che invece tenderanno a rendere instabile il sistema, adottando il classico approccio del fattore di sicurezza: FS = forze stabilizzanti forze instabilizzanti FS = N W tan sen ( δ ) ( β ) = W cos W ( β ) tan( δ ) sen( β ) = tan tan ( δ ) ( β ) Le conclusioni che si possono trarre sono che la stabilità del sistema dipendono univocamente dai parametri geometrici del pendio e dalle caratteristiche all interfaccia presenti all interno del sistema composito. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

88 MODELLO DI STABILITA KOERNER In realtà, le condizioni al contorno sono alquanto differenti; ciò costringe necessariamente di complicare il modello introducendo la geometria del pendio definito. Il procedimento di calcolo che viene proposto è quello di Koerner (Koerner, Hwu -1991, Giroud e Beech 1989, Ling e Leshchinsky 1997). L approccio matematico seguito dal metodo di calcolo, si basa sulla teoria dell equilibrio limite, applicato ad un pendio definito. Concettualmente studia lo stato di equilibrio limite di uno strato di riporto di terreno, posto direttamente a contatto con una geomembrana liscia (viene considerata la superficie di contatto generalmente più critica). Koerner adotta il modello del doppio cuneo, lungo un tratto di versante di lunghezza L. Il terreno di ricoprimento ha uno spessore costante (t), e l interfaccia è caratterizzata dai due parametri a (adesione) e δ (angolo di attrito). Allo scopo di quantificare il livello prestazionale del sistema, viene definito un FS, dato dal rapporto tra le forze stabilizzanti e instabilizzanti, valutate lungo la linea di massima pendenza. ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

89 MODELLO DI STABILITA KOERNER Per determinare il fattore di sicurezza (F.S. F.S.) è necessario definire le seguenti grandezze, relative alla parte del cuneo attivo (A) e passivo (P). Per la parte attiva avremo: W A = γh 2 L h 1 senβ tanβ 2 N C a A = W cosβ = c a A L h senβ ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

90 MODELLO DI STABILITA KOERNER Impostando le condizioni di equilibrio in direzione verticale, si perviene alla seguente espressione: E A senβ = W A N A cosβ N A tan δ + C F.S. a senβ E A = (F.S.) ( W ) ( ) A NA cosβ NA tan δ + Ca senβ( F.S. ) senβ ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

91 MODELLO DI STABILITA KOERNER Per la parte passiva, avremo invece le seguenti grandezze: W P = γh 2 sen2ββ N p = W + E senβ P P C ch = senβ ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

92 MODELLO DI STABILITA KOERNER Da cui impostando la relazione di equilibrio in direzione orizzontale, si ottiene: C + N P tan φ EP cos β = F.S. E P = cosβ C + W P tan φ ( F.S. ) senβtan φ ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

93 MODELLO DI STABILITA KOERNER Impostando infine la condizione al contorno di uguaglianza EA = EP, si ottiene una equazione di secondo grado del tipo ax2 + bx + c = 0, con x = F.S., la cui soluzione è: F.S. = b + b 2a 2 4ac a ( W N cosβ) β = cos A A ( W N cosβ) senβ φ + b = [ tan A A ( N tan δ + C ) senβ β + A a cos + senβ( C + WP tan φ)] c ( ) 2 N tan δ + C sen β φ = tan A a ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

94 MODELLO DI STABILITA KOERNER CON RINFORZO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

95 MODELLO DI STABILITA KOERNER CON RINFORZO La resistenza T considerata nel modello di calcolo è la resistenza ammissibile calcolata a partire dalla nominale, applicando degli opportuni fattori di sicurezza. T allow = T ult F.C. inst F.C. 1 creep F.C. ch / bio ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

96 MODELLO DI STABILITA KOERNER CON RINFORZO FS = b + b 2 4ac 2a a = b ( Wa Nacos( β) Tammsen( β) cos( β) [( W N cos( β) T sen( β) sen( β)tan( φ) + ] = a a amm ( N tan( δ) + C ) sen( β)cos( β) + sen( β) ( C + W tan( φ) ) ] a a p c = 2 ( N tan( δ) C ) sen ( β)tan( φ) a + a ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

97 VII PARTE CASI STUDIO VII PARTE CASI STUDIO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

98 VII PARTE CASI STUDIO DISCARICA RAVENNA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

99 DISCARICA HERA RAVENNA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

100 DISCARICA HERA RAVENNA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

101 DISCARICA HERA RAVENNA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

102 DISCARICA HERA RAVENNA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

103 DISCARICA HERA RAVENNA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

104 DISCARICA HERA RAVENNA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

105 VII PARTE CASI STUDIO DISCARICA LATINA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

106 DISCARICA LATINA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

107 DISCARICA LATINA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

108 DISCARICA LATINA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

109 VII PARTE CASI STUDIO DISCARICA CALTANISSETTA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

110 DISCARICA CALTANISSETTA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

111 DISCARICA CALTANISSETTA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

112 VII PARTE CASI STUDIO DISCARICA GRECIA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

113 DISCARICA GRECIA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

114 DISCARICA GRECIA ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

115 VII PARTE CASI STUDIO DISCARICA BALCANI ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

116 DISCARICA BALCANI ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

117 DISCARICA BALCANI ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

118 VII PARTE CASI STUDIO MESSA IN SICUREZZA PERMAMENTE VENETO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

119 MESSA IN SICUREZZA VENETO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

120 MESSA IN SICUREZZA VENETO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

121 VII PARTE CASI STUDIO DISCARICA AV MI-TO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

122 DISCARICA MILANO ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio

123 GRAZIE DELL ATTENZIONE ing. MASSIMILIANO NART - ROMA 4 maggio