PROBLEMATICHE GEOLOGICHE: CONTROLLO QUALITÀ DELLE BARRIERE IMPERMEABILIZZANTI Dott. Geol. Raffaele...

PROBLEMATICHE GEOLOGICHE:CONTROLLO QUALITÀ DELLE

BARRIERE IMPERMEABILIZZANTI

Dott. Geol. Raffaele Isolani - CSADott. Ing. Tommaso Pandolfi – CSA

Dott. Geol. Daniele Biondi – Gruppo HERA

Società Certificata ISO 9001:2000


SOMMARIO DELLA PRESENTAZIONE

1) Procedure di Controllo Qualità di strati di argilla compattata per l’impermeabilizzazione del fondo di discariche controllate

• Introduzione Normativa

• Il Programma di Controllo Qualità: FASE DI PROGETTO e FASE DI COSTRUZIONE

• Prescrizioni tecniche minime per la selezione e la posa in opera del materiale minerale

2) Caso di studio: discariche del comparto HERA – SOTRIS Ravenna – Applicazione della Procedura di Controllo Qualità

• Caratteristiche progettuali delle barriere

• Fase di costruzione

• Fase di Progetto

- Accertamento dell’idoneità del materiale

- Campo prova

- Preparazione della superficie di posa dello strato argilloso

- Costruzione dello strato minerale di impermeabilizzazione

- Impermeabilizzazione sintetica con Geomembrana in HDPE

- Definizione del campo di accettazione


PROCEDURE DI CONTROLLO QUALITÀ DI STRATI DI ARGILLA COMPATTATA PER

L’IMPERMEABILIZZAZIONE DEL FONDO DI DISCARICHE CONTROLLATE

Decreto Legislativo 13 gennaio 2003, n. 36“Attuazione della direttiva 1999/31/CE relativa alle discariche di rifiuti”

ALLEGATO 1 p.to 2.4.2 Barriera geologia

“Il substrato della base e dei fianchi della discarica deve consistere in una formazione geologica naturale che risponda ai requisiti di permeabilità e spessore almeno equivalente a quello risultante dai seguenti criteri:

- discarica per rifiuti non pericolosi: k ≤ 1*10-9 m/s e s ≥ 1m;

- discarica per rifiuti pericolosi: k ≤ 1*10-9 m/s e s ≥ 5 m.”

“La barriera geologica qualora non soddisfi naturalmente le condizioni di cui sopra, può essere completata artificialmente attraverso un sistema barriera di confinamento opportunamente realizzato che fornisca una protezione equivalente.”

Un sistema di confinamento artificiale può essere costituito da una barriera minerale in argilla

compatta. Su tale barriera può essere applicata una procedura di Controllo Qualità.

“Per Controllo Qualità si intende l’insieme delle operazioni che un progettista od un

proprietario gestore deve eseguire per garantire all’autorità preposta al controllo e quindi alla

collettività che l’impianto funzionerà efficacemente secondo quanto previsto nel progetto”



L’IMPERMEABILIZZAZIONE DEL SUOLO DI DISCARICHE CONTROLLATE

Prescrizioni tecniche minime per la scelta dei materiali da impiegare e macchinari per

la messa in opera nella realizzazione di strati a bassa conducibilita’ idraulica:

a) Selezione del materiale:

Percentuale di fine > 70%

Indice di plasticità ≥ 10%

Assenza di sostanza organica, radici e torba

b) Posa in opera del materiale:

Spessore del singolo strato non superiore ai 20 cm

Disgregazione del materiale in elementi < 50mm con fresa meccanica

Compattazione con rullo a piastre

Grado di saturazione > 75%



L’IMPERMEABILIZZAZIONE DEL SUOLO DI DISCARICHE CONTROLLATE

Il “Programma di Controllo Qualità” si articola in:

FASE DI PROGETTO

FASE DI COSTRUZIONE

Accertamento dell’idoneità del materiale

Campo prova

Preparazione della superficie di posa

Costruzione dello strato minerale di impermeabilizzazione

CASO DI STUDIO: DISCARICHE COMPARTO HERA – SOTRIS Ravenna

APPLICAZIONE DELLA PROCEDURA DI CONTROLLO QUALITA’


CARATTERISTICHE PROGETTUALI - Planimetria identificazione aree di intervento

Sup = 46.000 mSup = 46.000 m22

Su

p =

15.

000

mS

up

= 1

5.00

0 m

22




CARATTERISTICHE PROGETTUALI – Pacchetto di impermeabilizzazione del fondo

- Fondo discarica

Rifiuti

Strato drenante (ghiaia sp. 50 cm)

Geotessile di protezione

Geomembrana in HDPE (sp. 2,5 mm)

Argilla compattata (sp. 100 cm)



Materiali terrosi compattati

- Scarpate della discarica

Rifiuti

Strato drenante (ghiaia sp. 50 cm)

Geotessile di protezione


Geocomposito bentonitico



Materiali terrosi compattati




FASE DI PROGETTO – Accertamento dell’idoneità del materiale

- Individuazione delle cave di prestito del materiale argilloso

Cava discarica TRE MONTI – Imola (BO)

Formazione geologica: argille marnose grigio azzurre

Età Pleistocene inferiore.

Cava CABE - loc. Masrola, comune di Borghi (FC)

Formazione geologica: “Marne di Antognola”

Età Oligocene sup. – Miocene inf.





- Qualificazione del materiale

Umidità in cava 29,1%Umidità in sito dopo trasporto e abbancamento 20,9 ÷ 25,1%

Ghiaia 0%Sabbia 2%Limo 45 ÷ 54%Argilla 44 ÷ 53%

Limite liquido 43 ÷ 45%Limite plastico 20 ÷ 21%Indice di plasticità 22 ÷ 25%

Classificazione USCS CLClassificazione AASHTO A7-6

Contenuto in carbonati 27%

Limiti di Atterberg

Calcimetria

CAVA TRE MONTI

Classificazione AGI: Limo con Argilla e Argilla con Limo

Determinazione umidità naturale

Analisi Granulometrica

Umidità in cava 14,5%Umidità in sito dopo trasporto e abbancamento 13,2%

Ghiaia 7%Sabbia 3%Limo 46%Argilla 44%

Limite liquido 89%Limite plastico 26%Indice di plasticità 63%

Classificazione USCS CHClassificazione AASHTO A7-6

Contenuto in carbonati 15,1%Calcimetria

Classificazione AGI: Limo con Argilla debolmente ghiaioso

Determinazione umidità naturale

CAVA CABE

Analisi Granulometrica

Limiti di Atterberg



- Prove di costipamento e determinazione della massa volumica realeCava TRE MONTI

Diagramma AASHO Modificato

1,450

1,500

1,550

1,600

1,650

1,700

1,750

1,800

1,850

1,900

1,950

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Umidità (%)

de

nsi

tà d

el s

ecc

o (

Kg

/dm

c)

Densità del secco [kg/dmc] Umidità ottima [%]1.770 16.041.785 15.05

2,701Determinazione della massa volumica reale [g/cm3]

Media su 5 determinazioni

Cava CABEDiagramma AASHO Modificato

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Umidità (%)

de

nsi

tà d

el s

ecc

o (

Kg

/dm

c)



Densità del secco [kg/dmc] Umidità ottima [%]1.801 16.00

2,78Determinazione della massa volumica reale [g/cm3]

Media su 5 determinazioni





- Prove di permeabilità in cella edometrica

Cava TRE MONTIProve di permeabilità in cella edometrica

1,00E-09

1,00E-08

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Umidità %

Co

nd

uc

ibili

tà id

rau

lica

(c

m/s

ec

)

Massimo valore accettabile k= 5E-9 [cm/sec]

Cava CABEProve di permeabilità in cella edometrica

1,00E-09

1,00E-08

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Umidità %

Co

nd

uc

ibili

tà id

rau

lica

(c

m/s

ec

)

Massimo valore accettabile k= 5E-9 [cm/sec]





- Definizione del campo di accettazioneCava CABE

Campo di accettazione

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Umidità (%)

de

nsi

tà d

el s

ecc

o (

Kg

/dm

c) 90% AASHO mod

Curva St 100% per Gs = 2,78 g/cmc


w = 22%

Cava TRE MONTICampo di accettazione

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Umidità (%)

de

nsi

tà d

el s

ecc

o (

Kg

/dm

c)

90% AASHO mod



w = 22%

St > 75% per evitare i rischi di aumento della permeabilità in presenza di materiali troppo tenaci da essere

compattati.

gd > 90% AASHO mod. per evitare un aumento dei vuoti che possono indurre maggiori conducibilità idrauliche.

w compreso tra l’ottimo Proctor modificato wopt + 6% per mitigare i rischi e gli effetti delle fessurazioni di ritiro.




FASE DI PROGETTO – Campo prova

- Spessore del materiale steso per singolo strato

Lo spessore degli strati stesi prima della compattazione non deve superare uno spessore complessivo > di 25 cm, al fine di avere degli spessori degli strati che al termine della compattazione non superino mai i 20 cm.





- Pretrattamento del materiale di cava

Pretrattamento del materiale argilloso consistente in un numero di passate di fresa agricola pari a 4, al fine di ridurre le zolle a dimensioni inferiori a 50 mm.

Tale procedura è altresì idonea a permettere la perdita di umidità del materiale, che si presenta nelle condizioni in posto con una umidità eccedente rispetto ai valori definiti con il campo di accettazione adottato.





- Compattazione dello strato

La compattazione dei singoli strati deve essere realizzata attraverso il passaggio di un rullo compattatore a piastre ad azione vibrante, con un numero di passate non inferiore a 6, procedendo ad una velocità non superiore a 4 km/h.

Mezzo utilizzato:

Compattatore BOMAG

20 ton





- Verifica della compattazione dello strato e della conducibilità idraulica

Prova di densità in sito con volumometro a sabbia

Prova permeabilità in pozzetto a base circolare di diametro 25 cm confinato mediante packer

Prova di permeabilità Boutwell





- Verifica della presenza di difetti nello strato compattato

CAMPO PROVA DISCARICA PROVINCIA DI PISA

Identificazione difetto macrostrutturale da campo prova: superficie di interstrato prodotta da rullo compattatore liscio

CAMPO PROVA DISCARICHE HERA - SOTRIS

Assenza di difetti di compattazioneCompattazione realizzata con rullo compattatore a piastre





- Definizione delle procedure di lavorazione dell’argilla compattata1) Pretrattamento consistente in un numero di passate di fresa agricola pari a 4, al fine di ridurre le zolle a dimensioni inferiori a 5 cm. Tale procedura è altresì idonea a permettere la perdita di umidità del materiale, che si presenta nelle condizioni in posto con una umidità eccedente rispetto ai valori definiti con il campo di accettazione adottato.

2) Spessore complessivo degli strati prima della compattazione < di 25 cm, al fine di avere degli spessori degli strati che al termine della compattazione non superino mai i 20 cm.

3) Compattazione dei singoli strati con rullo compattatore a piastre ad azione vibrante, con un numero di passate non inferiore a 6 procedendo a velocità < 4 km/h.

4) Nei periodi di interruzione della lavorazione, ad esempio nei fine settimana, al fine di limitare il processo di fessurazione per disseccamento, l’ultimo strato realizzato dovrà essere interessato da una fresatura superficiale, spessore circa 5 cm, con successivo passaggio di un rullo liscio che rimuova completamente le cavità lasciate dal rullo a piastre.

5) Alla ripresa dei lavori si dovrà procedere ad una innaffiatura ed alla fresatura della parte superficiale dell’ultimo strato realizzato prima di poter nuovamente riportare il materiale per la realizzazione dello strato successivo.

6) In considerazione dei tempi decisamente lunghi necessari per il collaudo della tenuta idraulica dei vari strati di argilla compattata attraverso prove di permeabilità in sito Tipo Boutwell, che potrebbero rallentare i lavori di realizzazione della barriera minerale, si ritiene opportuno di utilizzare alternativamente prova di permeabilità in sito in pozzetto circolare superficiale tipo E-19 [Bureau of eclamation U.S. Dep. of Int. (1974)] di diametro non inferiore a 25 cm e profondità fino a 100 cm eseguita con strumentazione capace di mantenere un carico idraulico costante per almeno 3 giorni in ogni condizione metereologica e misurare coefficienti di permeabilità con valori anche inferiori a 1x10-9 m/sec.




FASE DI COSTRUZIONE – Preparazione della superficie di posa

- Lavori di costruzione degli argini e dei rilevati per portare il fondo alla quota di progetto

• Qualificazione del materiale di cava: Il terreno per la formazione degli argini e per portare alle quote di progetto il fondo della discarica deve essere di tipo idoneo, classificato ai sensi della norma CNR-UNI 10006: A4, A5, A6.

• Determinazione del grado di compattazione: il materiale deve essere compattato in strati di spessore massimo 40 cm fino al raggiungimento almeno del 90% della gd - max del secco ottenuta tramite prova Proctor Modificata (AASHO Mod.).

Prove complessivamente svolte:

• Argini 145 determinazioni della densità in sito 159 determinazioni dell'umidità

• Fondo vasca 102 determinazioni della densità in sito 123 determinazioni dell'umidità

TIPO DI PROVA DA EFFETTUARE NORMATIVA DI

RIFERIMENTO

FREQUENZA

(per ogni cava di

approvvigionamento)

Peso specifico apparente di una terra in

sito (Densità secca in sito) e contenuto di

acqua a compattazione avvenuta.

CNR UNI

A. VI n° 22

Fondo:

1 ogni 2500 mq ogni

strato.

Argini:

1 ogni 50 ml ogni

strato.

gd-vascamedio = 1,678 kg/dm3 pari al 92,6% della gd-max

gd-arginimedio = 1,683 kg/dm3 pari al 92,4% della gd-max




FASE DI COSTRUZIONE – Strato minerale di impermeabilizzazione

- Programma Controllo Qualità - Prove previste

TIPO DI PROVA DA EFFETTUARENORMATIVA DIRIFERIMENTO

FREQUENZA

ClassificazioneAnalisi granulometrica per via umida e per sedimentazioneLimiti di Atterberg (Limite di ritiro, limite plastico, limite liquido, indice di plasticità)

CNR-UNI 10006CNR-UNI 10014

1 ogni 5.000 mc

Percentuale di passante al setaccio n° 200 ASTM 0.075 mm CNR-UNI 10006 1 ogni 5.000 mc

Percentuale di ghiaia (trattenuta al setaccio n° 10 ASTM 2mm) CNR-UNI 10006 1 ogni 5.000 mc

Limite liquido, limite plastico, indice di plasticità CNR-UNI 10014 1 ogni 5.000 mc

Contenuto di acqua prima della posa in opera(minimo una prova per giorno lavorativo)

CNR-UNI 10008 1 ogni 200 mc

Costipamento di una terra con il procedimento AASHO modificato (Proctor modificato) CNR A. XII n° 69 5 prove

Determinazione della massa volumica reale CNR-UNI 10010 5 prove

Peso specifico apparente di una terra in sito (Densità secca in sito) e contenuto di acqua acompattazione avvenuta.

CNR UNIA. VI n° 22

Fondo vasca 1° metro:1 ogni 1000 mq ogni

strato.

Prova di permeabilità in sito in pozzetto circolare superficiale tipo E-19 di diametro non inferiore a 25 cm e profonditàfino a 100 cm eseguita con strumentazione capace di mantenere un carico idraulico costante per almeno tre giorni inogni condizione meteorologica e misurare coefficienti di permeabilità con valori anche inferiori a 1 x 10 -9 m/sec

Bureau ofReclamation

U.S. Dep. of Int. 1974

Fondo vasca 1° metro:4 ogni sottosettore

al 4° strato e finale (+1.0 metro).





- DISCARICA SOTRIS IV STRALCIO - Programma Controllo Qualità - Prove effettuate

SOTRIS IV StralcioDeterminazione densità in sito 250Determinazione dell'umidità 366Misurazione della permeabilità 54Prove di classificazione 11Prove di costipamento AASHO mod. 3Determinazione massa volumica reale 3Determinazione densità in sito 238Determinazione dell'umidità 238Misurazione della permeabilità 48Prove di classificazione 10Prove di costipamento AASHO mod. 1Determinazione massa volumica reale 1Determinazione densità in sito 288Determinazione dell'umidità 327Misurazione della permeabilità 50Prove di classificazione 13Prove di costipamento AASHO mod. 1Determinazione massa volumica reale 1

Fondo vasca - 1° metro

Paramento arginale

Fondo vasca - 2° metro





- DISCARICA SOTRIS IV STRALCIO - Determinazione umidità del materiale – 1° metro

Metodo ASTM D4643 – Cantiere Tempo di esecuzione della prova: max 45 minutiMetodo UNI 10008 – Laboratorio Tempo di esecuzione della prova: 24 ore

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

NUMERO DELLE PROVE

UM

IDIT

A' (

%)

Umidità ASTM D4643 (%) Umidità UNI 10008 (%)

Il valore medio

dell’umidità, valutato su

250 determinazioni,

ottenuto con il metodo

ASTM D-4643 differisce da

quello UNI 10008 dello

0.04 %, mentre la

variazione media su

ciascuna determinazione è

di circa 0.5 %.





- DISCARICA SOTRIS IV STRALCIO - Prove di classificazione – 1° metro

Campione Prova n.ghiaia sabbia limo argilla LL LP IP

C266 14DS6 0 2 46 54 48 23 25

C476 96DS6 0 11 48 41 43 20 23

C486 112DS6 0 4 51 46 42 23 19

C556 133DS6 0 3 47 50 45 22 23

C566 152DS6 0 0 48 52 45 23 22

C586 173DS6 0 1 52 47 43 21 22

C606 190DS6 0 0 48 52 47 25 22

C616 203DS6 0 1 52 47 41 21 20

C626 214DS6 0 4 49 47 41 20 21

C636 229DS6 0 2 49 49 44 21 23

C646 248DS6 0 2 54 44 42 21 21

0% 3% 49% 48% 44% 22% 22%media

PROVE DI CLASSIFICAZIONE FONDO VASCA 1° METRO

Granulometria (%) Limiti (%)

Argilla48%

Limo49%

Sabbia3%

Ghiaia0%





- DISCARICA SOTRIS IV STRALCIO - Prove di densità – 1° metro

Prove eseguite: 250

Prove fuori dal campo di accettazione: 16 (6%)

Prove accettate con w > 22%: 11 (4%)

Prove < 90% AASHO mod.: 5 (2%)

Prove ripetute con esito positivo: 5

Prove rappresentative del lavoro: 245 (98%)

Azioni correttive intraprese:

• Incremento del numero di passate del rullo compattatore

• Fresatura dello strato e nuova compattazione

• Rimozione completa dello strato1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

1,75

1,8

1,85

1,9

1,95

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Umidità (%)

de

ns

ità

de

l se

cc

o (

Kg

/dm

c)

90% AASHO mod

Curva St 100% per Gs = 2,73 g/cmcCurva St 75% per

Gs = 2,73 g/cmc

w = 22%





- DISCARICA SOTRIS IV STRALCIO - Prove di densità – 1° metro

Verifica del grado di costipamento dello strato

Prova di densità in sito

Rimozione dello strato in presenza di un grado di

costipamento relativo < 90% della prova AASHO mod.

1,0E-08

1,0E-07

1,0E-06

1,0E-05

1,0E-04

1,0E-03

1ks

2ks

3ks

4ks

5ks

6ks

7ks

8ks

9ks

10

ks1

1ks

12

ks1

3ks

14

ks1

5ks

16

ks1

7ks

18

ks1

9ks

20

ks2

1ks

22

ks2

3ks

24

ks2

5ks

26

ks2

7ks

28

ks2

9ks

30

ks3

1ks

32

ks3

3ks

34

ks3

5ks

36

ks3

7ks

38

ks3

9ks

40

ks4

1ks

42

ks4

3ks

44

ks4

5ks

46

ks4

7ks

48

ks4

9ks

50

ks5

1ks

52

ks5

3ks

54

ksNumero prova

k [c

m/s

]

Limite Normativo (D.Lgs. 36/03)





- DISCARICA SOTRIS IV STRALCIO - Prove di permeabilità – 1° metro

2

1

12

2

2 ln8

1

lnH

H

ttL

DL

DL

dk

Formula di Cassan

Prova di permeabilità in pozzetto





Prove eseguite: 54

Prove con k > 1x10-7 [cm/s]: 4 (7%)

Prove ripetute dopo azione correttiva: 4

Azioni intraprese:

• Identificazione dell’area interessata da difetti

• Completa rimozione degli strati

• Ricostruzione della barriera minerale

• Ripetizione delle prove di permeabilità.

- DISCARICA SOTRISIV STRALCIOProve di permeabilità1° metro

Planimetria con ubicazione prove



- DISCARICA SOTRIS IV STRALCIO – Identificazione difetti strutturali



Operazioni di rimozione degli strati in presenza di difetti nella barriera minerale

Presenza di discontinuità interstrato causata da spessori dello strato troppo elevati

Presenza di blocchi di argilla non fresata di dimensioni decimetriche incluse in uno strato compattato


FASE DI COSTRUZIONE – Impermeabilizzazione sintetica

- DISCARICA SOTRIS IV STRALCIO – Prima e seconda geomembrana



La CSA ha svolto la funzione di Ente di Controllo

Indipendente nell’applicazione della Norma UNI

10567:1996 “Membrane in polietilene per

impermeabilizzazione di discariche controllate –

Criteri generali per la saldatura ed il Controllo

della Qualità dei giunti saldati”

PROBLEMATICHE GEOLOGICHE:CONTROLLO QUALITÀ DELLE

BARRIERE IMPERMEABILIZZANTI

Dott. Geol. Raffaele Isolani - CSADott. Ing. Tommaso Pandolfi – CSA

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