Sistemi di drenaggio con georeti e geocompositi

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1 Sistemi di drenaggio con georeti e geocompositi Piergiorgio Recalcati, Tenax SpA, Viganò (LC) Seminario IMPIEGO SOSTENIBILE DEI GEOSINTETICI NELLE COSTRUZIONI SAIE Bologna, 14 Ottobre 2015

2 Georeti Strutture costituite da due o più serie sovrapposte di fili (di spessore compreso tra 1 e 7 mm) che si incrociano con angolo costante (in genere compreso tra 60 e 90 ) in modo da formare aperture regolari costanti (tra 3 e 20 mm d'ampiezza). Sono prodotte per estrusione di polimeri termoplastici (polietilene ad alta densità o polipropilene) e la saldatura delle due serie di fili viene realizzata per parziale compenetrazione nei punti di contatto, quando il polimero è ancora allo stato semifluido.

3 Processo produttivo delle georeti Processo di estrusione

4 Tipologia di georete Georeti

5 Geocompositi per il drenaggio Strutture costituite dall'unione di una Georete e uno o due strati di Geotessile, termosaldati su una o entrambe le facce della Georete. In tale associazione di prodotti la Georete ha funzione drenante, i due strati di geotessile hanno funzione filtrante. Talvolta i geocompositi per il drenaggio possono essere costituiti da un geotessile, con funzione di filtro, e da una geomembrana, con funzione di elemento impermeabile di tenuta.

6 Geocompositi per il drenaggio Geocompositi

7 APPLICAZIONI DISCARICHE CONTROLLATE MURI DI SOSTEGNO GALLERIE E METROPOLITANE BASI STRADALI E FERROVIARIE PIAZZALI, PARCHEGGI GIARDINI E CAMPI SPORTIVI

8 Discariche controllate: drenaggio in copertura

9 Muri di sostegno

10 Basi stradali o ferroviarie

11 Drenaggio e protezione della membrana in galleria

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13 I geocompositi in molte applicazione sostituiscono materiali drenanti granulari. In questo caso l impiego dei geosintetici può garantire spessore e pesi ridotti (molto importante per il drenaggio delle coperture piane); costi di conferimento, trasporto ed installazione minori; parametri prestazionali misurabili, certificabili e progettabili ; soluzioni tecnicamente equivalenti. Importanti riduzioni delle emissioni

14 A titolo di esempio, un geocomposito drenante può sostituire facilmente uno strato di 500 mm di ghiaia. geocomposito drenante materiale granulare spessore [mm] carico applicato [kpa] superficie coperta con 1 trasporto (ghiaia V = 10 m³) [m²] N trasporti per coprire m² A questi conteggi vanno aggiunti i minori costi ambientali legati alle cavazioni, i ridotti spessori delle strutture in calcestruzzo per le coperture, nonché i costi per il conferimento a discarica nel caso di strutture in scavo.

15 ASPETTI PROGETTUALI Scelta dei geocompositi drenanti Un geocomposito drenante o una georete vengono proposte come alternativa a strati di materiale granulare; in base alle informazioni che si possiedono, il geocomposito può essere scelto in base a due principi progettuali: ESSERE EQUIVALENTE ALLO STRATO DI GHIAIA CHE SOSTITUISCE (cioè assicurare un portata idraulica equivalente) ASSICURARE CHE POSSA SMALTIRE IL QUANTITATIVO D ACQUA CHE SI PUO INFILTRARE DURANTE UNA PIOGGIA CRITICA DI PROGETTO DI INTENSITA NOTA.

16 Equivalenza con la ghiaia La portata idraulica di un materiale granulare può essere determinata a partire dalla geometria della superfice piezometrica. Per lunghezze molto maggiori rispetto allo spessore, la reale forma della superfice piezometrica è in realtà pressochè lineare. Un approccio semplificato (ma conservativo) è consigliabile

17 La portata massima che può essere trasmessa da uno strato di materiale di sezione A, con conducibilità idraulica k sottoposto ad un gradiente idraulico i è data da Q = k A i [m³/s] Equivalenza con la ghiaia Per una sezione di larghezza unitaria, la portata specifica vale: q = k t i [m³ /sec m] Dove t = spessore della ghiaia Il geocomposito deve assicurare una portata idraulica maggiore o uguale a q, nelle medesime condizioni (gradiente e pressione normale).

18 Smaltimento della pioggia Detta j [mm/h] l intensità di pioggia critica, la portata di pioggia unitaria su un metro quadro di superfice di orizzontale q [m³/s/m²] vale q = j Mentre la portata totale Q (su tutto lo sviluppo del pendio) vale 7 Q 7 = j cos α f L Dove a, L = angolo d inclinazione e sviluppo del pendio f = coefficiente di infiltrazione COME IN PRECEDENZA, LA PORTATA DEL GEOCOMPOSITO DEVE ESSERE > Q

19 Condizioni locali L intensità di pioggia unitaria locale è data q r = P/A con: P = precipitazione [m³/s]; A = superficie orizzontale [m²]; q r = pioggia unitaria [m³/s/m²].

20 Poichè le superfici su cui vengono posti i gecompositi drenanti sono inclinate, la superfice effettiva diviene: q f = = P P/A cos f α = P/(A/cos /A = q r α cos ) α = con: q f = pioggia unitaria lungo il pendio [m³/s/m²] α = inclinazione pendio A f = superficie inclinata

21 Tipologia di copertura Il volume di pioggia che raggiunge il sistema di drenaggio non è la totalità della precipitazione, dal momento che una parte di essa ruscella in superficie. La portata che si infiltra vale q d = q f f = q r cos α f con: f = coefficiente di infiltrazione; q d = volume di acqua che raggiunge il sistema drenante[m³/s/m²].

22 La portata totale che deve essere smaltita dal sistema vale: Q = q L 1 = q L d d d con: L = sviluppo del pendio [m]; Q d = portata di progetto [m³/s/m]. Q = j cosα f L

23 Determinazione della capacità drenante: EN ISO 12958

24 Gradiente idraulico Il gradiente idraulico è definito come rapporto tra il dislivello piezometrico tra sezione di monte e di valle e la lunghezza del percorso di drenaggio. i h = δ L con: δh = dislivello piezometrico tra sezione di monte e di valle[m]; L = percorso di drenaggio [m]. Nell ipotesi di un moto lineare, tale valore corrisponde al seno dell angolo sotteso tra la linea di massima pendenza ed il piano orizzontale. Con i=sen β β = inclinazione del pendio

25 I gradienti idraulici previsti dalla normativa EN rappresentano tre possibili geometrie:

26 I risultati della prova sono espressi in termini di : trasmissività capacità drenante unitaria per unità di gradiente; Θ = (q / B) / i Portata specifica - capacità drenante unitaria sotto uno specifico gradiente idraulico. Q = (q/b)

27 I risultati sono riassunti in diagrammi con in ascissa la pressione normale, in ordinata la portata idraulica unitaria misurata dall'apparecchiatura di prova. 1.0E-03 HYDRAULIC FLOW RATE, [m²/sec] 1.0E E-05 HYDRAULIC GRADIENT i = 1.00 i = 0.50 i = COMPRESSIVE STRESS, [kpa]

28 Se il gradiente i di progetto è indicato nei diagrammi di trasmissività, si può allora scegliere quel geocomposito che, sotto un carico verticale σ v e un gradiente i abbia una portata maggiore o uguale a Q.

29 Portata sotto un carico di 1.00 m di terreno, su un pendio inclinato a 30. q= 20 kpa ca., i = 0.50, Q=3.00E-04 m²/sec/m = 0.3 l/sec/m 1.0E-03 HYDRAULIC FLOW RATE, [m²/sec] 1.0E E-05 HYDRAULIC GRADIENT i = 1.00 i = 0.50 i = COMPRESSIVE STRESS, [kpa]

30 Se il gradiente i di progetto è differente, allora è possibile calcolare una portata equivalente. L equivalenza tra la portata al gradiente reale e quella al gradiente misurato si può calcolare tramite la formula di Chezy, valida per calcolare la velocità media, e quindi la portata, in un canale aperto con moto stazionario: v = dove: χ Rj v è la velocità media [m/s] χ χ è il coefficiente di scabrezza [m 1/2 /sec] R è il raggio idraulico [m] j è la cadente piezometrica, assimilabile al gradiente Q = v A, in cui A = sezione idraulica (dimensione dei canali aperti)

31 La portata idraulica sotto due gradienti differenti i 1 e i 2 vale Q i1 = A χ R 1/2 i 1 i/2 Q i2 = A χ R 1/2 i 2 i/2 Il rapporto tra le due portate è pertanto Q i1 /Q i2 = (i 1 /i 2 ) ½

32 Sotto queste ipotesi è quindi possibile calcolare la portata specifica per il gradiente immediatamente superiore a quello reale mediante la relazione (Cancelli e Rimoldi, 1989): i Q = Q 1 i 1 i con Q i1 = portata specifica indicata nel diagramma [m²/s]; Q = portata specifica per il gradiente i [m²/s]; i 1 = gradiente idraulico, tra quelli misurati per normativa e presenti nei diagrammi, immediatamente superiore a quello reale; i = gradiente reale.

33 Portata sotto un carico di 1.00 m di terreno, su un pendio inclinato a 15 ; i=sen 15 = 0.26; q= 20 kpa ca., i = 0.50, Q=3.00E-04 m³/sec/m = 0.3 l/sec/m Q i=0.26 =3.00E-04x(0.26/0.5) 1/2 = 3.00E-04x0.27=8.10E-05 m³/sec/m 1.0E-03 HYDRAULIC FLOW RATE, [m²/sec] 1.0E E-05 HYDRAULIC GRADIENT i = 1.00 i = 0.50 i = COMPRESSIVE STRESS, [kpa]

34 La prova EN ISO è una prova indice di breve termine; non può essere utilizzata per definire portate di progetto a lungo termine. GRI Standard GC8 Standard Guide (2001) for Determination of the Allowable Flow Rate of a Drainage Geocomposite prove di trasmissività aventi durata pari a 100 ore, sotto condizioni prossime a quelle di progetto (contatti con terreno). Prove di creep di compressione (durata ideale ore) FS = θ θ allow req ' d GRI -GC8 Dalle verifiche

35 θ allow = θ100 RF RF RF CR CC BC 1 θ Trasmissività calcolata dopo 100 ore di applicazione del carico RF CR Fattore di riduzione per creep RF CC Fattore di riduzione per intasamento chimico RF BC - Fattore di riduzione per intasamento biologico I fattori riduttivi devono essere determinati in base a prove e devono tenere conto della reale condizione cui sarà sotttoposto il materiale

36 Grazie per l attenzione