Comportamento di geomembrane esposte su dighe in calcestruzzo e muratura Daniele Cazzuffi.

Comportamento di geomembrane esposte su

dighe in calcestruzzo e muratura

Daniele Cazzuffi

Introduzione

Introduzione

Prelievi da dighe

Invecchiamento artificiale

Modello di Arrhenius

Vita residua

Conclusioni

•Prima installazione di una geomembrana su una diga: Contrada Sabetta, Italia, diga in materiali

sciolti, 32 m, 1959. Geomembrana in poliisobutilene (PIB) da 2 mm protetta con lastre in calcestruzzo

•Prima installazione di una geomembrana in polivinilcloruro (PVC): Canada, diga Terzaghi, 1960. Geomembrana in PVC da

0,8 mm, coperta con argilla

•Prima installazione di una geomembrana esposta: Lago Baitone, Italia, diga in muratura, 37 m, 1971. Geomembrana in poliisobutilene

(PIB)

•Prima installazione di una geomembrana in PVC esposta: Lago

Miller, Italia, diga in muratura,11 m, 1976. Geomembrana in PVC da 2 mm

•Prima installazione di un geocomposito esposto: Lago Nero, Italia, diga in

calcestruzzo,45 m, 1981. Geomembrana in PVC da 2 mm esposta e geotessile in

poliestere (PET) da 350 g/m2

INQUADRAMENTO STORICO

Introduzione

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

INQUADRAMENTO STATISTICO

• più di 180 dighe al mondo, di tutti i tipi, impermeabilizzate con geomembrane (dati ICOLD, International Commission on Large Dams)

• Massima altezza raggiunta su dighe in RCC nel mondo: Diga di Miel, Colombia, 188 m, 2002. Geomembrana in PVC, esposta

• Massima altezza raggiunta su dighe in materiali sciolti nel mondo: Diga di Bovilla, Albania, 91 m, 1996. Geomembrana in PVC, protetta con lastre in calcestruzzo

Introduzione

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

RIPRISTINO DI DIGHE IN CALCESTRUZZO E MURATURA

Vengono presentati due esempi di interventi di ripristino con geomembrane su dighe italiane:

• diga in calcestruzzo (Lago Nero, 1929)

• diga in muratura (Camposecco, 1930)

Campioni di geomembrane sono stati prelevati da 16 dighe situate nell’arco alpino e nell’Appennino Ligure. Per ogni diga, sono stati prelevati campioni ad intervalli di tempo regolari, in modo da tenere sotto controllo l’evoluzione delle proprietà delle geomembrane nel tempo.

Prelievi da dighe

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

Prelievi da dighe

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

Sui campioni di geomembrana prelevati dalle varie dighe, si sono svolte le seguenti prove:

• analisi termogravimetrica;

• contenuto di plastificanti;

• spessore nominale;

• massa areica;

• durezza shore A;

• densità;

• flessibilità a freddo;

• stabilità dimensionale;

• trazione;

• permeabilità al vapor d’acqua.

Prelievi da dighe

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

Contenuto di plastificanti per geomembrane in PVC applicate su dighe.

Prelievi da dighe

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

0 5 10 15 20 25 30

Tempo trascorso dall’applicazione (anni)

Con

tenu

to d

i pla

stifi

cant

i (%

)

MillerLago NeroPian SapeioPantano d'AvioBaitoneCamposeccoCeresole Reale

Prelievi da dighe

Resistenza longitudinale a trazione per geomembrane in PVC applicate su dighe.

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30


Res

iste

nza

long

itudi

nale

a t

razi

one

[MP

a]

Miller

Lago Nero

Pian Sapeio

Baitone

Camposecco

Ceresole Reale

Pantano

Prelievi da dighe

Deformazione longitudinale a rottura per geomembrane in PVC applicate su dighe.

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30


Def

orm

azi

one

long

itudu

nal

e a

rott

ura

(%

)

Miller

Lago Nero

Pian Sapeio

Pantano d'Avio

Baitone

Camposecco

Ceresole Reale

Campioni di geomembrana in PVC sono stati inoltre esposti ad un invecchiamento artificiale in forno.

Questo tipo di invecchiamento, grazie alle elevate temperature in gioco, riesce ad accelerare l’evoluzione della struttura fisica della geomembrana ed in particolare la velocità della perdita di plastificante dovuta al fenomeno di diffusione.

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

Invecchiamento artificialein laboratorio

In particolare, i campioni di geomembrana in PVC sono stati esposti in forno alle tre temperature rispettivamente di 65 °C, 80 °C e 95 °C. Queste temperature sono state scelte in modo da soddisfare le due seguenti condizioni:

• essere sufficientemente diverse (T=15°C) in modo da riscontrare un’apprezzabile variazione delle proprietà della geomembrana tra una temperatura e l’altra;

• essere sufficientemente elevate (T>60°C) in modo da poter osservare una variazione delle proprietà della geomembrana in tempi non lunghissimi (ordine di grandezza: uno o due anni).

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni


Sui provini invecchiati per 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 e 96 settimane si sono svolte le seguenti prove:

- analisi termogravimetrica;- contenuto di plastificanti;- spessore nominale;- durezza Shore A; - densità;- flessibilità a freddo;- trazione.

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

Invecchiamento artificiale in laboratorio

Conte

nuto

di pla

stifi

canti

(%

)

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni


Contenuto di plastificanti per geomembrane in PVC soggette ad invecchiamento artificiale in laboratorio.

Tempo d’invecchiamento (giorni)

Sfo

rzo (

MPa)

Deformazione (%)

80°C

16 settimane


Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

Sfo

rzo longit

udin

ale

a s

nerv

am

ento

(M

Pa)

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni


Sforzo longitudinale a snervamento per geomembrane in PVC sottoposte ad invecchiamento artificiale in laboratorio.


Defo

rmazi

one long

itudin

ale

a r

ott

ura

(

%)

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni


Deformazione longitudinale a rottura per geomembrane in PVC sottoposte ad invecchiamento artificiale in laboratorio.


Modulo

tangen

te long

itud

inale

(G

Pa)

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni


Modulo tangente longitudinale per geomembrane in PVC sottoposte ad invecchiamento artificiale in laboratorio.


Il modello di Arrhenius consente di prevedere le velocità di reazione alle temperature di esercizio grazie ad una estrapolazione dei dati relativi a temperature più elevate. In particolare, per applicare l’approccio del modello di Arrhenius, è necessario procedere ad una stima dell’energia di attivazione sulla base dei dati ottenuti sui campioni invecchiati in forno.

A questo proposito, sono state considerate le tre seguenti proprietà meccaniche (in entrambe le direzioni longitudinale e trasversale):

-sforzo a snervamento Y ;

-deformazione a rottura r ;

-modulo tangente Et .


Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

Esempio di applicazione del modello di Arrhenius


Sfo

rzo longit

udin

ale

a s

nerv

am

ento

(M

Pa)

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni


Esempio di applicazione del modello di Arrhenius


Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni


65 °C

80 °C

95 °C

Ingrandimento

Esempio di applicazione del modello Arrhenius


(giorni-1)

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

65 °C80 °C95 °C

Applicando il modello di Arrhenius allo sforzo di snervamento, alla deformazione a rottura ed al modulo tangente (in entrambe le direzioni longitudinale e trasversale) è stato possibile stimare l’energia di attivazione media Ea/R:


Sforzo di snervamento

Modulo tangente

Deformazione a rottura

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

E’ stato quindi possibile estrapolare il comportamento a lungo termine delle geomembrane in PVC.

Le seguenti temperature sono state considerate rappresentative delle condizioni in sito sulle dighe:

Vita residua

Ai fini dell’applicazione del modello di Arrhenius, l’attenzione si è concentrata sulle massime temperature, pari rispettivamente a + 45°C (fuori acqua) e + 20°C (condizioni immerse).

Fuori acqua

Condizioni immerse

Max

+ 45°C + 20°C

Min - 20°C + 4°C

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

La previsione di vita residua è stata confrontata con i risultati dei campionamenti in sito. In particolare, il modello di Arrhenius è stato applicato alle due seguenti proprietà ritenute più significative ai fini del comportamento nel tempo:

- contenuto di plastificante;

- deformazione a rottura in direzione longitudinale.

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

Vita residua

•Esempio: diga di Camposecco

Cross section of

Camposecco Dam

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

Vita residua

Diga di Camposecco

Esempio: diga di Camposecco

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

Vita residua

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

5

10

15

20

25

30

35

29,4 36,2

Diminuzione del 50%

Diminuzione del 40%

Conte

nuto

di pla

stifi

canti

[%

]

Tempo d’invecchiamento (anni)

Diga di Camposecco Vita residua a 20°C Vita residua a 45°C

Diminuzione del 30%

22,6

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

Vita residua

0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

50

100

150

200

250

300

Diminuzione del 40%

30,1 37,5

Dimin. del 50%

Defo

rmazi

on

e lon

g.

a r

ott

ura

[%

]

Tempo d’invecchiamento (anni)

Diga di Camposecco Vita residua a 20°C Vita residua a 45°C

Diminuzione del 30%

22,9

Introduzione

Prelievi da dighe



Vita residua

Conclusioni

Conclusioni

•In generale si è riscontrato un buon comportamento nel tempo delle geomembrane esposte su dighe in calcestruzzo e in muratura, anche a notevoli altitudini

•Fondamentale è risultato il monitoraggio del comportamento nel tempo con prelievi regolari di campioni di geomembrane in sito e successive prove di laboratorio

•Promettenti vengono considerate le prime valutazioni di vita residua delle geomembrane sulle dighe attraverso il modello di Arrhenius

• Tali valutazioni devono necessariamente essere validate da un constante monitoraggio, sia con ispezioni, sia con prelievi in sito di campioni di geomembrana (fuori acqua ed in condizioni immerse)

Comportamento di geomembrane esposte su dighe in calcestruzzo e muratura Daniele Cazzuffi.

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