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Nell'ampliamento della discarica di Bulera (PI), un sistema di barriera con 5 m di strato di argilla non era fattibile e quindi, grazie all'uso dei geosintetici, è stato possibile costruire una barriera più sottile e realizzare così l'opera
Introduzione
Nel 2016 è stato deciso l'ampliamento della discarica di Bulera, in provincia di Pisa, per ulteriori 640.000 m3 di rifiuti pericolosi da stoccare sul corpo rifiuti della vecchia discarica. Per raggiungere questo obiettivo, è stato necessario affrontare molti problemi che sono stati efficacemente risolti utilizzando i geosintetici:
- la barriera intermedia inclinata era, allo stesso tempo, il capping del vecchio corpo rifiuti e il fondo del nuovo. È stato necessario studiare un sistema multistrato con geosintetici tale da soddisfare requisiti idraulici, meccanici e statici. Con approccio analogo è stato progettato anche il capping finale;
- poiché la discarica si sviluppa lungo il fianco di una collina, sono stati analizzati diversi possibili fenomeni di collasso. Da queste analisi è emersa la necessità di realizzare un rilevato rinforzato al piede della discarica per assicurare la stabilità del volume aggiuntivo di rifiuti;
- la nuova vasca per il trattamento del percolato doveva essere realizzata sul vecchio corpo rifiuti saturo d'acqua. È stata quindi studiata una bonifica geotecnica del fondo per assicurarne la stabilità;
- a causa della presenza di terreni scadenti in tutta l'area, è stato necessario rinforzare la base delle strade interne con appositi geocompositi di rinforzo per consentire il traffico di mezzi pesanti;
- per proteggere le scarpate dei rilevati stradali e il terreno di copertura del capping sono stati previsti geosintetici per il controllo dell'erosione.
Problematiche progettuali e soluzioni con geosintetici
Bonifica geotecnica della fondazione del serbatoio
Prima di costruire la nuova vasca al piede della discarica, è stato necessario rimuovere oltre 10.000 m3 di rifiuti. Lo scavo, rimasto aperto per lungo tempo, è stato esposto agli agenti atmosferici che hanno causato l'accumulo di acqua sul fondo, che è così diventato fangoso e di difficile accesso per i mezzi di cantiere.
È stato quindi necessario studiare una bonifica geotecnica del fondo, caratterizzata dalle seguenti fasi: rimozione dei primi 10 cm di terreno; posa del geotessile nontessuto HaTe B 1200 W MF di 1.200 g/m2 e resistenza al punzonamento ≥ 13 kN; posa di due strati di geogriglie in poliestere Fortrac 80 T (resistenza minima a trazione 80 kN/m) disposte ortogonalmente; posa di uno strato di 40 cm di aggregato 40-70 mm; posa di un geotessile nontessuto a protezione del successivo sistema barriera composto da un doppio geocomposito bentonitico ruvido NaBento RL-N e una membrana ruvida in HDPE di spessore 1,5 mm, protetta da un ulteriore geotessile nontessuto di 1.200 g/m2.
Argine rinforzato
Per stabilizzare il nuovo cumulo di rifiuti, è stato necessario costruire un argine rinforzato alto 8 metri, lungo 250 m e con un'inclinazione esterna di 60°, fondato sui rifiuti esistenti. La progettazione strutturale del rilevato è stata eseguita secondo il metodo degli Stati Limite. Sono state eseguite analisi di stabilità interna, composta e globale in condizioni statiche e sismiche. Le superfici di scorrimento circolari e poligonali (secondo il metodo di Bishop e Janbu rispettivamente) sono state studiate considerando diversi specifici scenari e anche un livello critico di percolato.
Per le combinazioni di carico e i fattori di sicurezza si sono seguite le NTC 2018 mentre, a causa della mancanza di normative italiane sui geosintetici di rinforzo, è stata utilizzata la normativa inglese BS 8006 per determinare la resistenza di progetto a lungo termine delle geogriglie, secondo la seguente formula:
La resistenza TD è calcolata riducendo la resistenza caratteristica a trazione a breve termine (determinata secondo la EN ISO 10319) per fattori di riduzione che tengono conto del creep (RFCR), del danneggiamento meccanico in fase di posa (RFID), degli agenti atmosferici (RFW), degli effetti chimici e ambientali (RFCH) e dell'estrapolazione dei dati (fs). Il rilevato è stato realizzato con argilla avente le seguenti caratteristiche: k = 10-9 m/s, φ'= 27°, c'= 20 kPa, γ=18,5 kN/m3 ed è stato rinforzato con geogriglie in poliestere Fortrac T di resistenza a breve termine variabile tra 35 e 600 kN/m. La resistenza di progetto a lungo termine delle geogriglie TD è stata ottenuta utilizzando i fattori di riduzione certificati dal Certificato Hapas 13/H197.
Rinforzo delle strade interne
Le strade interne non asfaltate dovevano essere in grado di consentire il passaggio continuo di veicoli pesanti (50 t) su un sottofondo costituito da 1 m di argilla (cu = 70 kPa), posato al di sopra del vecchio corpo di rifiuti. Per garantire un'adeguata capacità portante ed evitare la formazione di ormaie è stato necessario prevedere un geosintetico di rinforzo alla base dei 50 cm del cassonetto stradale. Per calcolare la resistenza necessaria del geosintetico è stato utilizzato il metodo di Jaecklin e Floss, che ha portato alla scelta della geogriglia composita in poliestere Basetrac Duo-C PET 65 B15 (resistenza a breve termine 65 kN/m) accoppiata ad un geotessile nontessuto in polipropilene.
Sistema barriera di fondo
Dal momento che l'ampliamento della discarica è stato progettato aggiungendo ulteriore volume al di sopra del vecchio corpo di rifiuti, la Regione Toscana ha imposto la costruzione di una barriera intermedia che doveva fungere da capping per la vecchia discarica e da fondo della nuova. In conformità con il D.Lgs. 36/2003 era richiesto uno strato di argilla minerale con permeabilità k ≤ 10-9 m/s e uno spessore minimo di 5 m. Dal momento che per questioni tecniche, ambientali ed economiche la realizzazione di una barriera di 5 m di spessore non era percorribile, le autorità regionali hanno permesso al progettista di trovare soluzioni alternative che garantissero prestazioni analoghe o superiori. È stato quindi progettato dal punto di vista idraulico e statico un sistema barriera equivalente, costituito da uno strato di 1 m di argilla abbinato ad uno speciale geocomposito bentonitico.
La progettazione ha quindi portato alla definizione e all'approvazione di un sistema barriera costituito da (dal basso verso l'alto):
- vecchi rifiuti;
- geotessile nontessuto in PP da 300 g/m2 con funzione di separazione;
- 100 cm di argilla con k ≤ 10-8 m/s;
- geocomposito bentonitico NaBento RL-N 5500 F (WB) con superfici irruvidite (elevata resistenza al taglio interno ed esterno);
- membrana ruvida in HDPE di spessore 2,5 mm;
- sulle superfici orizzontali: geotessile nontessuto in PP da 1.200 g/m2 HaTe B 1200 W MF e 50 cm di aggregati con funzione drenante;
- sulle scarpate: geocomposito drenante Pozidrain 6S500D/NW8 con funzione di drenaggio e di protezione;
- nuovi rifiuti.
L'equivalenza è stata dimostrata con due metodi considerando tre battenti idraulici (0,3 m, 0,5 m e 1,0 m) in modo da poter identificare le caratteristiche tecniche minime richieste per il geocomposito bentonitico. Il criterio di calcolo dell'equivalenza si è basato su due metodologie:
1. equivalenza dell'indice di flusso, espresso in m3/m2/s: rappresenta il flusso d'acqua per unità di superficie e di tempo che attraversa lo strato. Questo è il metodo più vicino alla realtà perché si riferisce a un parametro fisico che può essere misurato direttamente in laboratorio. Considerando lo strato di argilla di 5 m di spessore e k ≤ 10-9 m/s, l'indice di flusso che non doveva essere superato dallo strato equivalente era di 1,06 10-9 m3/m2/s per H1 = 0,3 m; 1,1 10-9 m3/m2/s per H2 = 0,5 m e 1,25 10-9 m3/m2/s per H3 = 1,0 m;
2. metodo di Koerner: sono stati utilizzati i parametri caratteristici di input del metodo, ovvero la permeabilità e lo spessore del geocomposito saturo dopo l'espansione controllata. La permeabilità necessaria per il geocomposito bentonitico è stata calcolata secondo la formula di Darcy, variando il battente d'acqua idraulico da 0,3 m a 1 m e lo spessore del GCL dopo un'espansione controllata da 9 mm a 13 mm.
Per poter garantire l'equivalenza con tutti i battenti idraulici di progetto è stato necessario adottare uno speciale geocomposito bentonitico, il NaBento RL-N 5500 F (WB) avente le seguenti caratteristiche: peso unitario della bentonite sodica 5.500 g/m2, spessore minimo di 9 mm (prima dell'espansione controllata) e permeabilità massima k ≤ 1,25 10-11 m/s sotto un battente idraulico di 1 m. Un'altra importante caratteristica prestazionale di questo GCL è l'elevata resistenza al taglio interno ed esterno, grazie alle sue superfici irruvidite e al processo di produzione. Questi parametri meccanici sono rilevanti in quanto vengono utilizzati nelle analisi di stabilità a lungo termine del nuovo corpo di rifiuti posato sopra la barriera intermedia inclinata.
Geocompositi drenanti
I geocompositi drenanti sono stati previsti sulla barriera intermedia (lungo le scarpate dei rilevati esterni e interni, che fungono da argini tra le varie celle) e sul capping finale, sopra la barriera impermeabile, per drenare l'acqua piovana che si infiltra attraverso il terreno di copertura.
Il geocomposito drenante nella barriera intermedia ha due funzioni: accelerare il drenaggio del percolato verso lo strato drenante orizzontale realizzato con 50 cm di aggregati e proteggere la membrana in HDPE. Il geocomposito drenante è sottoposto a una pressione di circa 320 kPa (ovvero ad una colonna di rifiuti di 20 m di spessore) e quindi è stato scelto il Pozidrain 6S500D/NW8, in grado di drenare efficacemente con pressioni a lungo termine fino a 500 kPa.
Per il capping, in cui la pressione di esercizio a cui il geocomposito drenante è sottoposto è dell'ordine di 20 kPa, è stato scelto il Pozidrain G, costituito da un reticolo drenante cuspidato in HDPE tra due strati di geotessile nontessuto di filtrazione. La struttura drenante fornisce un'uguale capacità drenante attraverso le nervature longitudinali e trasversali e ne è stata dimostrata l'equivalenza idraulica con 50 cm di ghiaia, così come richiesto dalla normativa vigente. Il geocomposito svolge anche una funzione di protezione e, grazie alla sua struttura finestrata, l'angolo di attrito all'interfaccia con il terreno di copertura è particolarmente elevato, il che rende il materiale adatto all'uso su capping inclinati.
Capping finale
Il capping non è ancora stato realizzato ma la progettazione è già stata eseguita, seguendo un approccio analogo a quello della barriera intermedia. Per quanto riguarda il geocomposito bentonitico è stato scelto il NaBento RL-N, sufficiente a soddisfare i requisiti normativi dal punto di vista idraulico. Per garantire stabilità al capping, si è deciso di adottare anche in questo caso un materiale con superfici ruvide ed elevata resistenza al taglio interno. A causa dell'inclinazione delle scarpate e degli angoli di attrito all'interfaccia tra gli strati, è stato comunque necessario aggiungere la geogriglia di rinforzo tridimensionale Fortrac 3D-120 per assicurare la stabilità del terreno di copertura. Il capping è stato quindi così progettato e approvato:
1) geotessile nontessuto in PP da 300 g/m2 con funzione di separazione;
2) 30 cm di argilla con k ≤ 10-8 m/s;
3) geocomposito NaBento RL-N con k ≤ 5,0 10-11 m/s e spessore 7 mm;
4) membrana ruvida in HDPE di spessore 1,5 mm;
5) geocomposito drenante per acque piovane Pozidrain G;
6) geogriglia di rinforzo tridimensionale antiscivolamento Fortrac 3D-120;
7) terreno di copertura di spessore 1 m;
8) biorete in cocco Bionet HC/40 per il controllo dell'erosione;
9) idrosemina e piantumazione.
Conclusioni
La progettazione dell'ampliamento della discarica di Bulera (PI) ha comportato la soluzione di numerosi problemi di diversa natura che sono stati risolti con successo utilizzando diversi tipi di geosintetici. L'articolo descrive le problematiche più importanti che si sono affrontate e i criteri adottati per la scelta di ogni soluzione. Ogni applicazione è stata progettata e calcolata tenendo conto della specificità del contesto. In questo progetto, un sistema di barriera con 5 m di strato di argilla non era fattibile e quindi, grazie all'uso dei geosintetici, è stato possibile costruire una barriera più sottile e realizzare così l'opera. I rapporti di prova e i certificati di prodotto sono stati essenziali per l'adozione di dati affidabili in ingresso utilizzati per la progettazione. La versatilità e l'affidabilità che caratterizzano i progetti con geosintetici hanno permesso di trovare soluzioni economiche e sostenibili rispetto a quelle convenzionali.
Bibliografia
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