Problematiche di carattere geologico ed idrogeologico preliminari alla progettazione

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1 Seminario tecnico PROGETTARE LE DISCARICHE: ASPETTI TEORICI E PRATICI Organizzato da: Con il patrocinio di: Problematiche di carattere geologico ed idrogeologico preliminari alla progettazione Roma, 4 Maggio 2011 Dott. Geol. Matteo Capelli

2 Indice degli argomenti 1. Introduzione 2. Discarica: definizione 3. Classificazione 4. Ammissibilità dei rifiuti 5. Criteri costruttivi e gestionali (discariche RnP) 6. Caso di studio: valutazione della barriera geologica naturale per il progetto di un impianto di stoccaggio di rifiuti non pericolosi.

3 Introduzione L ambito di competenza del Geologo nella progettazione, delle discariche, non è sempre chiaro. Tale ruolo è spesso non riconosciuto nella sua complessità. Per poter stabilire quali siano le competenze in gioco relativamente alla progettazione di un impianto di discarica occorre preliminarmente definire che cosa è una discarica. A tal fine si rende necessario il riferimento alla Direttiva europea 31/99/CE ed al Decreto Legislativo 13 gennaio 2003 n.36 che ne è l applicazione a livello nazionale e, al cui articolato, si fa richiamo nel seguito.

4 Discarica: definizione 1/2 Che cos è una discarica? art. 2 D.Lgs. 36/2003 Discarica è un area adibita a smaltimento dei rifiuti mediante operazioni di deposito sul suolo o nel suolo, compresa la zona interna al luogo di produzione dei rifiuti adibita allo smaltimento dei medesimi da parte del produttore degli stessi, nonché qualsiasi area ove i rifiuti sono sottoposti a deposito temporaneo per più di un anno. È importante sottolineare come la discarica in sé, non venga definita quale impianto, bensì venga posto l accento sulla sua natura di luogo fisico idoneamente predisposto e attrezzato per le finalità richieste e in rapporto diretto (come vedremo nel seguito) con le caratteristiche fisiche al contorno (di carattere anche geologico).

5 Discarica: definizione 2/2 Che cosa non è una discarica? art. 2 D.Lgs. 36/2003 gli impianti in cui i rifiuti sono scaricati al fine di essere preparati per il successivo trasporto in un impianto di recupero, trattamento o smaltimento e lo stoccaggio di rifiuti in attesa di recupero, trattamento per un periodo inferiore a tre anni come norma generale o lo stoccaggio di rifiuti in attesa di smaltimento per un periodo inferiore a un anno.

6 Classificazione art. 4 D.Lgs. 36/ Discarica per Rifiuti Inerti (nel seguito RI); 2.Discarica per Rifiuti non Pericolosi (nel seguito RnP); 3.Discarica per Rifiuti Pericolosi (nel seguito RP). La classificazione delle discariche introduce una differenziazione che è funzione del tipo di rifiuti che dovrà ospitare, ma che si traduce poi in una pluralità di caratteristiche diverse (costruttive e prestazionali). In ogni caso, l oggetto principale della norma è sempre il sito destinato al deposito dei rifiuti, in rapporto con l ambiente fisico circostante.

7 Ammissibilità Discarica RnP art. 7 comma 3 D.Lgs. 36/2003 rifiuti urbani (D.M. 27/09/2010); rifiuti non pericolosi di qualsiasi altra origine che soddisfano i criteri di ammissione dei rifiuti previsti dalla normativa vigente (D.M. 27/09/2010); rifiuti pericolosi stabili e non reattivi che soddisfano i criteri di ammissione previsti dal decreto di cui al comma 5 (D.M. 27/09/2010);

8 Criteri costruttivi e gestionali Allegato 1 D.Lgs. 36/ Ubicazione 2. Protezione delle matrici ambientali 3. Controllo delle acque e gestione del percolato 4. Protezione dei terreni e delle acque: - Criteri generali; - Barriera geologica; - Copertura superficiale finale. 5. Controllo dei gas 6. Stabilità 7. Protezione fisica degli impianti 8. Dotazione di attrezzature e personale 9. Modalità e criteri di coltivazione

9 Ubicazione 1/4 CRITERI TOTALMENTE ESCLUSIVI (luoghi dove non si possono realizzare discariche) aree individuate ai sensi dell'articolo 17, comma 3, lettera m), della legge 18 maggio 1989, n. 183; aree individuale dagli articoli 2 e 3 del decreto del Presidente della Repubblica 8 settembre 1997, n. 357; territori sottoposti a tutela ai sensi del decreto legislativo 29 ottobre 1999, n. 490; aree naturali protette sottoposte a misure di salvaguardia ai sensi dell'articolo 6, comma 3, della legge 6 dicembre 1991, n. 394; aree collocate nelle zone di rispetto di cui all'articolo 21, comma 1, del decreto legislativo 11 maggio 1999, n. 152.

10 Ubicazione 2/4 CRITERI PARZIALMENTE ESCLUSIVI (dove di norma non vanno realizzate discariche) in aree interessate da fenomeni quali faglie attive, aree a rischio sismico di 1^ categoria così come classificate dalla legge 2 febbraio 1974, n. 64 (superato dalla normativa sismica vigente), e provvedimenti attuativi, e aree interessate da attività vulcanica, ivi compresi i campi solfatarici, che per frequenza ed intensità potrebbero pregiudicare l'isolamento dei rifiuti; in corrispondenza di doline, inghiottitoi o altre forme di carsismo superficiale; in aree dove i processi geologici superficiali quali l'erosione accelerata, le frane, l'instabilità dei pendii, le migrazioni degli alvei fluviali potrebbero compromettere l'integrità della discarica e delle opere ad essa connesse; in aree soggette ad attivita' di tipo idrotermale; in aree esondabili, instabili e alluvionabili; deve, al riguardo, essere presa come riferimento la piena con tempo di ritorno minimo pari a 200 anni. Le Regioni definiscono eventuali modifiche al valore da adottare per il tempo di ritorno in accordo con l'autorità di bacino laddove costituita.

11 Ubicazione 3/4.. La discarica può essere autorizzata solo se le caratteristiche del luogo, per quanto riguarda le condizioni di cui sopra, o le misure correttive da adottare, indichino che la discarica non costituisca un grave rischio ecologico.. Ovvero in seguito ad una valutazione del grado di rischio costituito dalla discarica in relazione alla presenza e intensità dei fattori sopra elencati. Per ciascun sito di ubicazione devono essere esaminate le condizioni locali di accettabilità dell'impianto in relazione a: distanza dai centri abitati; collocazione in aree a rischio sismico di 2^ categoria così come classificate dalla legge 2 febbraio 1974, n. 64, e provvedimenti attuativi, per gli impianti di discarica per rifiuti pericolosi sulla base dei criteri di progettazione degli impianti stessi; collocazione in zone di produzione di prodotti agricoli ed alimentari definiti ad indicazione geografica o a denominazione di origine protetta ai sensi del regolamento (CEE) n. 2081/92 e in aree agricole in cui si ottengono prodotti con tecniche dell'agricoltura biologica ai sensi del regolamento (CEE) n. 2092/91; presenza di rilevanti beni storici, artistici, archeologici.

12 Ubicazione 4/4 È chiaro come una valutazione idonea debba essere condotta da un professionista che abbia competenza sia in merito a: 1. problematiche fisiche del sito e tendenze evolutive; 2. caratteristiche costruttive e gestionali della discarica. Solo così sarà possibile valutare correttamente le interazioni tra le due componenti e individuare le eventuali azioni correttive che permettano di raggiungere il richiesto grado di sicurezza. È qui evidente come le caratteristiche fisiche del sito da prendere in considerazione rientrino tutte a pieno titolo nelle competenze del geologo e in parte lo siano anche a titolo esclusivo. Per quanto riguarda le caratteristiche costruttive e gestionali, le competenze del geologo sono molto spesso limitate ed in parte a titolo concorrenziale con altre figure professionali.

13 Protezione dei terreni e delle acque 1/7 Criteri generali L'ubicazione e la progettazione di una discarica devono soddisfare le condizioni necessarie per: impedire l'inquinamento delle matrici ambientali: terreno e acque (sotterranee e superficiali); assicurare un'efficiente raccolta del percolato. La protezione delle matrici ambientali deve essere realizzata durante: la fase operativa, mediante la combinazione di: barriera geologica; rivestimento impermeabile del fondo e delle sponde; sistema di drenaggio del percolato. la fase post-operativa, anche mediante copertura della parte superiore.

14 Protezione dei terreni e delle acque 2/7 Barriera geologica secondo D.Lgs 36/2003 Immagine modificata da brochure Discariche e siti contaminati TeMa

15 Barriera geologica Il substrato della base e dei fianchi della discarica deve consistere in una formazione geologica naturale che risponda a requisiti di permeabilità e spessore almeno equivalente a quello risultante dai seguenti criteri: Conducibilità idraulica K 1x10-9 m/s (RnP & RP); Spessore s 1m(RnP); Spessore s 5m(RP). Protezione dei terreni e delle acque 3/7 La continuità e le caratteristiche di permeabilità della barriera geologica su tutta l'area interessata dalla discarica devono essere opportunamente accertate mediante indagini e perforazioni geognostiche. La barriera geologica, qualora non soddisfi naturalmente le condizioni di spessore e conducibilità idraulica può essere completata artificialmente attraverso un sistema barriera di confinamento opportunamente realizzato che fornisca una protezione equivalente.

16 Protezione dei terreni e delle acque 4/7 Barriera geologica Per tutti gli impianti deve essere prevista l'impermeabilizzazione del fondo e delle pareti con un rivestimento di materiale artificiale posto al di sopra della barriera geologica, su uno strato di materiale minerale compattato. Tale rivestimento deve avere materiale minerale compattato. Tale rivestimento deve avere caratteristiche idonee a resistere alle sollecitazioni chimiche e il confinamento deve essere posto al di sopra del tetto dell'acquifero confinato con un franco di almeno 1,5 m, nel caso di acquifero non confinato, al di sopra della quota di massima di escursione della falda con un franco di almeno 2 m.

17 Protezione dei terreni e delle acque 5/7 Barriera geologica La valutazione della barriera geologica naturale, in particolare, si compone di svariati aspetti tutti di competenza del geologo. definizione delle caratteristiche geometriche e di continuità della barriera geologica naturale; conducibilità idraulica e grado di protezione alla diffusione di inquinanti offerto dall acquicludo; presenza, estensione e caratteristiche idrauliche delle falde acquifere.

18 Protezione dei terreni e delle acque 6/7 Copertura superficiale secondo D.Lgs 36/2003 Immagine da brochure Discariche e siti contaminati TeMa

19 Protezione dei terreni e delle acque 7/7 Copertura superficiale La copertura superficiale finale come rappresentata nella figura precedente deve garantire l'isolamento della discarica anche tenendo conto degli assestamenti previsti ed a tal fine non deve essere direttamente collegata al sistema barriera di confinamento. La copertura superficiale finale deve essere realizzata in modo da consentire un carico compatibile con la destinazione d'uso prevista. In questo senso, la corretta scelta e accoppiamento di diversi materiali naturali e tecnologici, in funzione delle verifiche di stabilità del sistema di copertura di una discarica, sono tra le competenze che possono esser richieste ad un geologo/geotecnico nell ambito della progettazione.

20 Stabilità Nella fase di caratterizzazione del sito è necessario accertarsi a mezzo di specifiche indagini e prove geotecniche, che il substrato geologico, in considerazione della morfologia della discarica e dei carichi previsti, nonché delle condizioni operative, non vada soggetto a cedimenti tali da danneggiare i sistemi di protezione ambientale della discarica. Inoltre deve essere verificata in corso d'opera: la stabilità del fronte dei rifiuti scaricati; la stabilità dell'insieme terreno di fondazione-discarica. con particolare riferimento alla stabilità dei pendii ai sensi della normativa vigente tenendo conto dei normali assestamenti dovuti alla degradazione dei rifiuti.

21 Modalità e criteri di coltivazione Lo scarico dei rifiuti deve essere effettuato in modo da garantire la stabilità della massa di rifiuti e delle strutture collegate. I rifiuti vanno deposti in strati compatti e sistemati in modo da evitare, lungo il fronte di avanzamento, pendenze superiori al 30%. La coltivazione deve procedere per strati sovrapposti e compattati, di limitata ampiezza, in modo da favorire il recupero immediato e progressivo dell'area della discarica. L'accumulo dei rifiuti deve essere attuato con criteri di elevata compattazione, onde limitare successivi fenomeni di instabilità.

22 Caso di studio 1/11 Valutazione della barriera geologica naturale per il progetto di un impianto di stoccaggio di rifiuti non pericolosi nel Nord Italia Raccolta materiale bibliografico per la redazione di un Piano di Caratterizzazione (PdC) ambientale di un sito ai sensi del D.Lgs 152/2006: contesto urbanistico; evoluzione storica e ambientale del sito; contaminazione; geologia; idrogeologia; sismicità; dati geotecnici. RICOSTRUZIONE MODELLO GEOLOGICO-IDROGEOLOGICO PRELIMINARE ALLA GRANDE SCALA Redazione del PdC e programmazione delle indagini ambientali mirate alla ricostruzione sia del modello concettuale geologicoidrogeologico, sia di quello di contaminazione.

23 Caso di studio 2/11 Le indagini di caratterizzazione ambientale eseguite sono state: n. 277 sondaggi tra 5-30 m da p.c.; n. 35 saggi di scavo tra 2-3 m da p.c.; n. 57 piezometri e 3 pozzi (35 esistenti e 25 nuovi): - n.40 in acque di impregnazione riporti; - n.25 in 1^ falda (confinata); - n. 5 in 2^ falda (confinata); n. 3 test idraulici completi (prove di portata) e 60 Slug-test; n. 30 prove Lefranc nei primi tre livelli a bassa permeabilità. DEFINIZIONE DEL MODELLO GEOLOGICO- IDROGEOLOGICO ALLA SCALA DI SITO Questo cospicuo numero di indagini volute dagli Enti (maglia 50x50 m) hanno consentito lo sviluppo di un buon modello geologico-idrogeologico a scala di sito, confermando e il quadro conoscitivo espresso dal modello geologicoidrogeologico alla grande scala, desunto dai dati bibliografici acquisiti preliminarmente.

24 Caso di studio 3/11 Successione stratigrafica di sito, desunta dai risultati delle indagini: A 1 ) Terreni di riporto inerti; A 2 ) Terreni con sostanze della produzione del sito; B) Alternanze di sabbie debolmente limose e limi; ACQUIFERO EFFIMERO Sede di acque di impregnazione tra 0-1/3 m da p.c. (contaminato) C 1 ) Limi argillosi C 2 ) Argille brune, con rara presenza di torba; C 3 ) Argille limose e limi argillosi molti compatti; D) Sabbie fini debolmente limose; E) Alternanze di limi-argillosi e limi debolmente sabbiosi; F) Alternanze di sabbie, sabbie limose e limi sabbiosi 1 ^ ACQUICLUDO tra 1/3-5/8 m da p.c. 1 ^ ACQUIFERO tra 5/8-13/15 m da p.c. (non contaminato) 2 ^ ACQUICLUDO tra 13/15-20/23 m da p.c. 2 ^ ACQUIFERO tra 20/23-27/30 m da p.c. (non contaminato)

25 Caso di studio 4/11 I corpi acquiferi così individuati sono stati caratterizzati per l acquisizione dei parametri idraulici: Acque di impregnazione riporti: n.40 slug test, n.3 campagne di monitoraggio/6mesi; 1^ acquifero: n.20 slug test, n.2 test idraulici completi (a gradini+q costante di 90 ore ciascuno); n.3 campagne di monitoraggio/6mesi 2^ acquifero: n.5 slug test, n.1 test idraulico completo (a gradini+q costante di 24 ore); n.3 campagne di monitoraggio/6mesi; Barriera geologica (1^ acquicludo): l interpretazione con il metodo di Hantush dei 2 test a portata costante a 90 ore, unitamente a n.30 prove Lefranc, hanno permesso di stimare, preliminarmente, la conducibilità idraulica verticale e complessiva di questo livello a bassa permeabilità.

26 Caso di studio 5/11 Sintesi modello idrogeologico Estrema variabilità dei valori di K: K MIN =8,63E-09 m/s; K MAX =1,48E-04 m/s; K MEDIA =1,33E-06 m/s. Molti piezometri secchi; Estrema variabilità dei livelli. Omogeneità dei valori di K: K MIN =5,62E-06 m/s; K MAX =1,71E-04 m/s; K MEDIA6E-05 m/s (media e mediana coincidenti). Direzione stagionale prevalente = SE I MEDIO = 0,1% Sog. min top acquifero = 5 m da p.c. Sog. min top acquifero = 2 m dal top della barriera geologica nat. Sog. livello MIN=5,5 m; MAX=2,3 m da p.c. Omogeneità dei valori di K: K MIN =1,30E-06 m/s; K MAX =7,71E-05 m/s; K MEDIA 1,5E-05 m/s; Direzione stagionale prevalente = S-SE I MEDIO = 0,15% Sog. livello MIN=4,5 m; MAX=1,9 m da p.c.

27 Caso di studio 6/11 Valutazione spessore della barriera geologica naturale Nel sedime dell opera di progetto (460 x 80 m), il numero di punti indagine presenti si riduce a soli 17 sondaggi e 8 saggi di scavo, rispetto a quelli realizzati su tutto il sito in fase di caratterizzazione ambientale. Sulla base dei dati relativi alle sole indagini effettuate in questa area, è stato possibile definire lo spessore della barriera geologica naturale: C 1 ) Limi argillosi (spessore da 0,5-1 m) C 2 ) Argille brune (spessore da 1-2,5 m) C 3 ) Argille limose (spessore da 0-0,75 m) spessore MIN = 1,5 - MAX = 4,25 È rispettata la condizione relativa allo spessore (s 1m). 1 ^ ACQUICLUDO tra 1/3-5/8 m da p.c.

28 Caso di studio 7/11 Stima della conducibilità idraulica della barriera geologica utilizzando il metodo di Hantush-Jacob (Walton) La conducibilità La conducibilità idraulica verticale calcolata è pari a 1,30E-9 m/s (valore della mediana).

29 Caso di studio 8/11 Verifica idraulica dello stato di separazione tra le acque superficiali di impregnazione del riporto e la 1^ falda (barriera geologica naturale)

30 Caso di studio 9/11 Stima della conducibilità idraulica dello barriera geologica utilizzando i risultati delle prove Lefranc Schemi di filtrazione delle prove Lefranc La conducibilità idraulica verticale calcolata è pari a 2,06E-10 m/s (valore della media geometrica delle mediane relative ai litotipi C1, C2, C3). Schema adottato in campo per la determinazione della Kv

31 Caso di studio 10/11 Le 3 litologie (a bassa permeabilità) individuate, costituenti nel loro complesso la barriera geologica naturale sono risultate caratterizzate, singolarmente, da una variabilità degli spessori e delle caratteristiche di conducibilità idraulica. Per questo motivo sono stati realizzati ulteriori 15 sondaggi di cui: n.5 sondaggi con prelievo di campioni indisturbati per la determinazione della conducibilità idraulica da prove edometriche su ognuno dei 3 litotipi costituenti la barriera geologica naturale ; n. 10 sondaggi approfonditi fino alla base dei litotipi costituenti tale barriera, ubicati nei punti a minor spessore della stessa o in aree con presenza di un minor numero di indagini. I risultati di tali ulteriori approfondimenti, hanno confermato, nel sedime dell opera di progetto, lo spessore medio calcolato preliminarmente e la mancanza di zone a spessori significativamente ridotti (<1) o nulli. Il valore minimo dello spessore della barriera geologica naturale è risultato sempre superiore a 1m.

32 Caso di studio 11/11 Le caratteristiche puntuali di conducibilità idraulica relative alla barriera geologica naturale, ricavate da prove di laboratorio geotecnico e da prove in sito (Lefranc) sono state verificate attraverso 2 test idraulici a portata costante della durata di 90 ore ciascuno. Questo ha permesso di verificare il comportamento medio complessivo delle 3 litologie (C1, C2, C3) costituenti la barriera geologica in oggetto. Tipologia Prove P. Laboratorio P. Lefranc P. Portata C. Idraulica K v (m/s) n. dati 15(5xLit.) 10 2 Lit. C1 (mediana) 1,65E-09 8,25E-10 Lit. C2 (mediana) 2,05E-09 4,10E-10 Lit. C3 (mediana) 5,20E-11 2,60E-11 1,30E-09 media geometrica 5,60E-10 2,06E-10 1,30E-09 media geometrica 5,32E-10 Risulta rispettata anche la condizione relativa allo conducibilità idraulica K 1x10-9 m/s.