Le discariche controllate

Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Le discariche controllate
Introduzione
La produzione di grandi quantità di rifiuti è una diretta conseguenza della vita urbana e del processo
produttivo delle società a tecnologia avanzata; nasce quindi l’esigenza di smaltire questi rifiuti e di
realizzare strutture dove accumularli.
La progettazione di discariche è un problema interdisciplinare che richiede di considerare aspetti
geotecnici, idraulici, chimici, ma anche problemi normativi.
La finalità di un sistema di contenimento dei rifiuti è quella di controllare ed impedire che nessuna
sostanza dannosa raggiunga la biosfera e l’idrosfera in quantità inaccettabili, definite nelle
competenti normative nazionali.
Con riferimento all’aspetto più rilevante per l’ingegnere geotecnico, cioè la protezione delle risorse
idriche sotterranee e di superficie, tale finalità è raggiunta realizzando con successo l’interruzione
del ciclo idrologico naturale, secondo lo schema di figura1:
Figura 1: Ciclo idrologico relativo ad una discarica controllata
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La discarica è costituita da tre elementi principali:
•
Copertura finale a bassa permeabilità che limiti l’infiltrazione dell’acqua meteorica sulla massa
dei rifiuti;
•
Rivestimento di base a bassa permeabilità che impedisca o ritardi la fuoriuscita del percolato;
•
Sistema di raccolta e rimozione del percolato.
In condizioni di vita attiva della discarica, cioè nel periodo in cui i rifiuti vengono accumulati, parte
delle precipitazioni che avvengono interessano i rifiuti, e si crea il percolato: è necessario evitare
che il percolato interessi i terreni di fondo e la falda; si rende quindi indispensabile una barriera che
impedisca il passaggio del percolato, un rivestimento che isoli la discarica dal terreno circostante.
Un altro elemento indispensabile è un sistema di drenaggio e allontanamento del percolato, che
deve trovarsi al di sopra della barriera impermeabile.
Questi due elementi sono fondamentali sia nella vita attiva della discarica, sia in fase di chiusura.
In fase di chiusura, cioè quando la discarica raggiunge la massima possibilità di stoccaggio, è
necessario porre in opera la copertura.
Il ciclo idrologico non viene del tutto interrotto dalla presenza della discarica, ma viene variato;
parte del percolato filtra nel terreno, esiste quindi una percentuale di inquinamento sulla base della
quale è necessario dimensionare i sistemi di rivestimento.
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Aspetti da considerare nel progetto
Le più importanti operazioni da compiere nel progetto di una discarica sono:
•
Scelta del sito e sua caratterizzazione geotecnica di dettaglio
•
Definizione della geometria ottimale della discarica
•
Scelta tra rivestimento naturale ( possibilità di utilizzare il terreno in sito come barriera
idraulica, che dipende dalle caratteristiche idrogeologiche e stratigrafiche del terreno e richiede
un’indagine geotecnica molto accurata)e rivestimento costruito ( che può essere realizzato con
materiali naturali o materiali artificiali).
•
Verifica che il rivestimento scelto soddisfi i requisiti minimi di normativa e verifica
dell’idoneità del materiale utilizzato per realizzarlo:
1. Dei materiali artificiali è necessario conoscere la compatibilità chimica con il percolato e le
caratteristiche di resistenza e deformabilità dei geosintetici, la conducibilità idraulica e la
porosità dei materiali usati come dreni e filtri, la trasmittività e la permeabilità dei materiali
usati come barriere
2. Sui materiali naturali, e in particolare sulle argille compattate, si distinguono tre fasi di
controllo: accertamento in laboratorio dell’idoneità del materiale a realizzare uno strato di
materiale compattato a bassa conduttività idraulica, accertamento in laboratorio e in
cantiere dell’attuazione delle procedure che garantiscono la riuscita del prodotto finito,
certificazione del prodotto finito. A tale proposito si rivela fondamentale la realizzazione
dei campi prova, che consentono di ottimizzare le operazioni costruttive e di raggiungere il
risultato finale con maggior sicurezza.
•
L'efficienza del sistema di protezione della discarica controllata è fortemente condizionata,
oltre che dagli elementi che fungono da barriera tra il percolato e il terreno circostante
(geomembrane e strati di terreno a bassa conduttività idraulica posti sul fondo e sulle scarpate
delle discariche), anche dal sistema di rivestimento, cioè l'insieme di barriera impermeabile e
sistema di raccolta e rimozione dei percolato. La quantità di percolato che può filtrare
attraverso la barriera impermeabile è direttamente proporzionale non solo alla conducibilità
idraulica di questa, ma anche al battente di percolato al di sopra del limite superiore della
barriera; di qui l'importanza di realizzare un sistema di raccolta e rimozione del percolato
efficiente nel tempo (anche per molti anni dopo la chiusura della discarica) e in grado di
minimizzare il battente idraulico del percolato sull'impermeabilizzazione. Inoltre un efficiente
sistema di rimozione del percolato è anche efficace relativamente alla concentrazione dello
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stesso, riducendo quindi il rischio di passaggio per diffusione. Nei sistemi di rivestimento
doppio si hanno due sistemi di raccolta e rimozione dei percolato. Quello inferiore o
secondario è anche chiamato “sistema di controllo e rimozione delle perdite del rivestimento
primario”; in teoria esso dovrebbe ricevere quantità di percolato minime, o addirittura nulle,
tuttavia è buona norma progettarlo nell'ipotesi che debba sostituirsi completamente a quello
primario, in caso di rottura di questo.
•
Dopo che la discarica è stata riempita, occorre realizzare un sistema di copertura multistrato,
con l'intento di isolare i rifiuti dall’ambiente e ridurre drasticamente l'infiltrazione dell'acqua di
superficie nel corpo della discarica Anche i materiali, naturali ed artificiali, utilizzati per il
sistema di copertura, vanno sottoposti a controlli di idoneità simili a quelli eseguiti sui materiali
dei rivestimenti, ma rispetto a questi ultimi ci sono due differenze fondamentali: non va
accertata la compatibilità con il percolato e le pressioni di confinamento sono molto inferiori,
dovendo sopportare solo i modesti carichi dovuti alla copertura ed ai veicoli di cantiere.
L'efficienza della copertura può essere seriamente compromessa a seguito degli assestamenti
della massa dei rifiuti.
•
Un altro aspetto da tenere in conto nell’analisi delle prestazioni della discarica dopo la sua
chiusura è il comportamento meccanico dei rifiuti: le modalità di messa a dimora dei rifiuti
sono molto importanti anche durante la fase attiva della discarica, influenzando sia la stabilità
della massa dei rifiuti considerata a sé stante, sia la stabilità d’insieme della massa dei rifiuti e
del sistema di rivestimento. A questo proposito rivestono particolare importanza le
caratteristiche di resistenza al taglio all’interfaccia dei diversi strati che compongono il sistema
di rivestimento (figure 2 e 3).
Figura 2: Strati che compongono una discarica
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Figura 3: Stabilità di una discarica
•
E’ inoltre importante provvedere ad una forma attiva di controllo: la manutenzione sistematica
della copertura e delle opere di allontanamento dell'acqua superficiale e di aggottamento del
percolato da prevedere in alcuni casi anche dopo la chiusura dell'impianto.
•
Un buon progetto richiede anche un'accurata realizzazione di tutti quei particolari in
corrispondenza dei quali potrebbe venir meno la continuità e l'integrità dei sistemi di
rivestimento e della copertura.
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La scelta del sito
La scelta del sito dovrebbe essere il risultato di una serie di valutazioni socio economiche,
ambientali e tecniche che si inquadrano in una vera e propria analisi di impatto ambientale; tuttavia
il più delle volte la scelta del sito è basata di fatto sulla disponibilità dell'area. E' auspicabile che
questo 'criterio di selezione' sia superato e che la scelta dei sito scaturisca da una analisi
interdisciplinare il cui scopo è quello di individuare il migliore dei siti proposti.
Innanzitutto è opportuno distinguere 3 fasi temporali di indagine: vagliatura dei siti; indagine
iniziale dei siti selezionati; indagine dei siti possibili.
•
La vagliatura dei siti (site screening) consiste nell'analisi di un insieme iniziale di siti con lo
scopo di pervenire ad un numero più ristretto di siti probabili. Questa operazione è
generalmente possibile solo se la scelta è affidata ad un ente governativo il quale dispone di siti
alternativi. Laddove la sola possibilità è rappresentata dalla espansione di una discarica
preesistente, oppure nel caso di una vasca di raccolta nell'ambito di un sito industriale, la
vagliatura dei siti non ha ragione d'essere.
Poichè l'operazione di 'screening' coinvolge generalmente un numero elevato di siti, essa non
può prevedere indagini ad alto costo, pertanto essa si basa principalmente su dati reperibili in
letteratura, su mappe e foto e sulle osservazioni raccolte nel corso di sopralluoghi. I principali
fattori da considerare sono il clima, la sismicità dell'area, la stratigrafia del terreno, la falda e la
disponibilità sul sito di materiali utilizzabili nella esecuzione dei rivestimenti e delle coperture.
-
Le condizioni climatiche possono giocare un ruolo importante nella valutazione dell'idoneità
dei sito; il criterio che una barriera impermeabile abbia una permeabilità inferiore a 10-7 cm/s
non è significativo in regioni in cui la ricarica naturale è meno di quella quantità:in aree in
cui le precipitazioni sono scarse e l'evapotraspirazione è elevata, un buon modo di operare e
la costruzione e manutenzione di una copertura efficiente possono assicurare il buon
funzionamento della discarica.
-
Le caratteristiche stratigrafiche dei sito sono ugualmente importanti poichè la presenza di
strati naturali a bassa permeabilità di spessore adeguato, interposti tra la base della discarica e
il massimo livello di falda, costituisce una ulteriore difesa contro la contaminazione della
stessa.
-
Le informazioni sulla falda devono riguardare principalmente: la massima escursione del suo
livello, che condiziona la profondità di posa della base della discarica; la presenza e la
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capacità di acquiferi utilizzati e/o utilizzabili, compresa la disponibilità di fonti alternative di
acqua potabile; la capacità degli acquiferi di diluire e attenuare il percolato.
Ciascuna informazione relativa ai diversi fattori è quindi classificata secondo graduatorie e
sistemi reperibili in letteratura.
L'operazione di screening consentirà di eliminare i siti meno adatti, indicando quelli per i quali
è giustificato investire denaro e tempo in ulteriori indagini.
•
La fase di indagine iniziale da eseguire solo sui siti selezionati ha lo scopo di fornire un
aggiornamento quantitativo dei dati utilizzati per le valutazioni in fase di screening,
consentendo una ulteriore e più precisa individuazione dei siti su cui approfondire la indagine
per la scelta finale del miglior sito.
Le indagini della fase iniziale e di quella successiva seguono di fatto le stesse procedure e
finalità differenziandosi principalmente per la quantità e il dettaglio dei dati concernenti
principalmente la stratigrafia del terreno, le caratteristiche degli acquiferi superficiali e profondi
e le caratteristiche fisiche e mineralogiche dei materiali utilizzabili per la realizzazione della
copertura e dei rivestimenti.
Finalmente sul sito prescelto si eseguiranno le ulteriori eventuali indagini suggerite dalle particolari
caratteristiche dei sito e dell'intervento da realizzare.
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Caratterizzazione geotecnica dell’area destinata ad accogliere la
discarica
Indipendentemente dai criteri con cui si è pervenuti alla localizzazione della discarica, è necessario
conoscere in modo completo le caratteristiche del terreno di fondazione, onde verificare che non
sussistano problemi di stabilità e/o di cedimenti tali da compromettere l'integrità dei rivestimenti
così da favorire la dispersione dei contaminanti.
Occorre pertanto che già in fase di localizzazione siano stati precisati i seguenti aspetti:
•
presenza di cavità,
•
esistenza di faglie attive e/o potenzialmente attive,
•
fenomeni localizzati di subsidenza,
•
manifestazioni di instabilità di pendii naturali o artificiali.
Oltre ciò è necessario che in fase di progettazione siano note: le caratteristiche di resistenza al
taglio del terreno, indispensabili per le analisi di capacità portante dell'insieme terreno-discarica e
di stabilità delle pareti laterali della discarica e le caratteristiche di deformabilità dei terreno, per
la valutazione dei cedimenti totali e differenziali che si avranno sotto il carico rappresentato dalla
massa dei rifiuti, e che possono influenzare l'efficienza dei rivestimenti.
La progettazione geotecnica di una discarica, e conseguentemente l'indagine geotecnica che la
precede, va eseguita con la stessa cura riservata ad altre strutture sensibili ai cedimenti, con in più
una attenzione speciale a due aspetti di particolare rilievo:
•
i1 regime e le caratteristiche fisico-chimiche delle acque sotterranee;
•
le caratteristiche macrostrutturali dei terreno di fondazione, quali la presenza di giunti,
fessurazioni da essiccamento e lenti di materiale grossolano, che determinano una
conducibilità idraulica del terreno di fondazione nel suo insieme di alcuni ordini di grandezza
superiore a quella dell'elemento di terreno sottoposto alla determinazione della conducibilità
idraulica in laboratorio.
Particolarmente nel caso in cui si intenda utilizzare il terreno in sito quale barriera idraulica,
occorre che sia stata eseguita una accurata indagine sulle caratteristiche macrostrutturali del
terreno di fondazione, da verificare comunque mediante un’attentissima ispezione degli scavi
durante le fasi costruttive. Ne consegue che il progetto della geometria ottimale della discarica non
può prescindere dal tipo di rivestimento che si intende adottare né dalle sequenze di riempimento
della discarica
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Geometria ottimale della discarica
I1 progetto della discarica persegue, nel rispetto delle condizioni di sicurezza, l'obiettivo della
massima quantità di rifiuti nella minima quantità di superficie.
I fattori che vincolano la scelta della geometria ottimale della discarica sono:
•
La massima altezza della discarica rispetto al piano di campagna può essere soggetta alle
limitazioni imposte da eventuali vincoli locali; in mancanza di queste è determinata
esclusivamente dalle pendenze dei sistema di chiusura.
•
La normativa impone che tra la base della discarica e il massimo livello di falda deve esserci
una distanza minima che dipende dal tipo di rifiuti da smaltire.
•
La pendenza delle scarpate deve essere tale da garantire la stabilità nel tempo della discarica.
L'unica possibilità di ottimizzazione del volume utilizzabile, a parità di superficie, è quella di
disporre il fondo della discarica parallelo alla superficie piezometrica privilegiando, in assenza di
vincoli locali, il maggior sviluppo della stessa nella direzione di deflusso delle acque sotterranee.
Il problema della determinazione della pendenza delle scarpate sembrerebbe apparentemente
esaurirsi nella analisi di stabilità a breve e a lungo termine delle pareti della discarica, (analizzate in
assenza delle impermeabilizzazioni e dei rifiuti) nella ricerca della configurazione più ripida e nel
contempo sicuramente stabile. Nella realtà il tema è molto più complesso, infatti:
•
la stabilità del terreno di fondazione destinato ad accogliere la discarica (base e scarpate) è una
condizione necessaria ma non sufficiente a garantire la stabilità della discarica considerata nel
suo insieme;
•
esistono casi ben documentati di rotture avvenute lungo i rivestimenti compositi che hanno
completamente compromesso la funzionalità della discarica: questi tipi di rotture, verificatisi
nella fase di attività della discarica, sono state influenzate anche dalla sequenza e dal modo di
mettere a dimora i rifiuti.
•
Generalmente si eseguono analisi di stabilità nel piano, ma non è detto che un’analisi di stabilità
piana sia rappresentativa della stabilità della discarica perché la tridimensionalità geometrica
complica il problema.
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Normativa e progetto
1. Principi generali.
Il recepimento e l’attuazione delle direttive comunitarie sui rifiuti ( 91/156/CEE ), sui rifiuti
pericolosi ( 91/689/CEE ), sugli imballaggi e sui rifiuti di imballaggio ( 94/62/CE ) , si sono
recentemente concretizzati nel Decreto Legislativo n° 22 del 5 febbraio 1997, più conosciuto come
il “Decreto Ronchi”. Esso, abrogando quasi completamente le precedenti Leggi in materia, si
propone di disciplinare la gestione dei rifiuti al fine di assicurare un’elevata protezione
dell’ambiente e della salute dell’uomo, introducendo il principio di responsabilizzazione e di
cooperazione di tutti i soggetti coinvolti nella produzione, nella distribuzione, nell’utilizzo e nel
consumo di beni da cui si originano i rifiuti, in conformità con la filosofia del “chi inquina, paga”.
Inoltre vengono individuati dei principi informatori sui quali basare l’attività e la legislazione delle
Amministrazioni :
• in via prioritaria devono essere adottate iniziative dirette a favorire la prevenzione e la
riduzione della produzione di rifiuti e della pericolosità degli stessi ;
• deve essere perseguita la riduzione dello smaltimento finale dei rifiuti attraverso tecniche di
reimpiego, riciclaggio, recupero ;
• lo smaltimento deve essere effettuato in condizioni di assoluta sicurezza e deve costituire la
fase residuale della gestione, in modo tale che i rifiuti da avviare a tale trattamento siano il più
possibile ridotti.
Si pone poi nel 1° gennaio 1999, il termine oltre il quale la realizzazione e la gestione di nuovi
impianti di incenerimento potranno essere autorizzate solo se il relativo processo di combustione
sarà accompagnato da recupero energetico con una quota minima di trasformazione del potere
calorifico dei rifiuti in energia utile, calcolata su base annuale, stabilita con apposite norme
tecniche. Inoltre sarà vietato smaltire i rifiuti urbani non pericolosi in regioni diverse da quelle
dove gli stessi sono prodotti.
Il Decreto si propone di fare per prima cosa chiarezza sui termini e sulle distinzioni ; innanzitutto
viene proposta una serie di categorie generiche di rifiuti, ciascuna identificata con la lettera Q ed
un numero compreso fra 1 e 16, in modo tale che si definisca “ rifiuto” qualsiasi sostanza od
oggetto che rientri nelle categorie e di cui il detentore si disfi o abbia deciso o abbia l’obbligo di
disfarsi. Unitamente a ciò viene presentato un elenco dei rifiuti che rientrano nelle categorie sopra
descritte, nel quale ogni voce è pienamente definita da un codice a sei cifre. Tale elenco, noto più
comunemente come Catalogo europeo dei rifiuti (CER), è non esaustivo e pertanto oggetto di
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periodica revisione e di modifiche, conformemente alle disposizioni comunitarie. Tuttavia, un
materiale figurante nel catalogo non è in tutte le circostanze un rifiuto, ma solo quando soddisfa la
definizione.
E’ da rimarcare, come esempio della dinamica della lista, che al codice CER 19 00 00 corrisponde
la voce generica “ Rifiuti da impianti di trattamento rifiuti, impianti di trattamento acque reflue
fuori sito e industrie dell’acqua”, la cui sezione a due cifre 19 01 00 raggruppa i “rifiuti da
incenerimento o pirolisi di rifiuti urbani ed assimilabili da commercio, industrie ed istituzioni”; le
sottosezioni a quattro cifre sono:
• 19 01 01 ceneri pesanti e scorie;
• 19 01 02 materiali ferrosi separati dalle ceneri pesanti;
• 19 01 03 ceneri leggere;
• 19 01 04 polveri di caldaia;
• 19 01 05 residui di filtrazione prodotti dagli impianti di trattamento dei fumi;
• 19 01 06 acque reflue da trattamento dei fumi ed altre acque reflue;
• 19 01 07 rifiuti solidi derivanti dal trattamento fumi;
• 19 01 08 rifiuti di pirolisi;
• 19 01 09 catalizzatori esauriti, ad esempio per l’abbattimento degli NOX ;
• 19 01 10 carbone attivo esaurito dal trattamento dei fumi.
Successivamente i rifiuti sono classificati, secondo l’origine, in rifiuti urbani e rifiuti speciali, e,
secondo le caratteristiche di pericolosità, in rifiuti pericolosi e rifiuti non pericolosi.
Sono rifiuti urbani:
1. i rifiuti domestici, anche ingombranti, provenienti da locali e luoghi adibiti ad uso di civile
abitazione;
2. i rifiuti assimilabili agli urbani; è competenza dello Stato la determinazione dei criteri qualitativi
e qualiquantitativi per l’assimilazione, ai fini della raccolta e dello smaltimento, dei rifiuti
speciali non pericolosi ai rifiuti urbani, sono comunque considerati tali tutti i rifiuti provenienti
dallo spazzamento delle strade, ovvero, di qualunque natura e provenienza, giacenti sulle strade
ed aree pubbliche o sulle strade ed aree private comunque soggette ad uso pubblico o sulle
spiagge marittime e lacuali e sulle rive dei corsi d’acqua ;
3. i rifiuti vegetali provenienti da aree verdi, quali giardini, parchi ed aree cimiteriali, i rifiuti
provenienti da esumazioni ed estumulazioni.
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Sono rifiuti speciali:
1. i rifiuti da attività agricole e agro - industriali;
2. i rifiuti derivanti dalle attività di demolizione, costruzione, nonché i rifiuti pericolosi che
derivano dalle attività di scavo;
3. i rifiuti da lavorazioni industriali;
4. i rifiuti da lavorazioni artigianali ;
5. i rifiuti da attività commerciali ;
6. i rifiuti da attività di servizio;
7. i rifiuti derivanti dalla attività di recupero e smaltimento di rifiuti, i fanghi prodotti dalla
potabilizzazione e da altri trattamenti delle acque e dalla depurazione delle acque reflue e da
abbattimento di fumi;
8. i rifiuti derivanti da attività sanitarie;
9. i macchinari e le apparecchiature deteriorati ed obsoleti;
10. i veicoli a motore, rimorchi e simili fuori uso e loro parti;
Sono pericolosi i rifiuti non domestici precisati in un apposito elenco, ai sensi della direttiva
91/689/CEE, nel quale ogni tipo è definito in conformità con il codice CER, le sezioni e
sottosezioni. A titolo esemplificativo, si nota che, del codice 19 00 00 e della sezione 19 01 00, sono
da ritenersi pericolosi i tipi:
• 19 01 03 ceneri leggere;
• 19 01 04 polveri di caldaie;
• 19 01 05 residui di filtrazione prodotti dagli impianti di trattamento fumi;
• 19 01 06 acque reflue da trattamento dei fumi ed altre acque reflue;
• 19 01 07 rifiuti solidi derivanti dal trattamento fumi;
• 19 01 10 carbone attivo esaurito dal trattamento dei fumi.
E’ altresì vietato miscelare categorie diverse di rifiuti pericolosi, oppure rifiuti pericolosi con rifiuti
non pericolosi. Continuando con la tecnica della definizione per appartenenza ad una lista, il
Decreto specifica che per smaltimento si intendono le operazioni pratiche nominate come di
seguito:
D1 - deposito sul o nel suolo ( discarica);
D2 - trattamento in ambiente terrestre come la biodegradazione di rifiuti liquidi o fanghi nei suoli;
D3 - iniezioni in profondità ( es. iniezione di rifiuti pompabili in pozzi, in cupole saline o faglie
geologiche naturali;
D4 - lagunaggio (ad es. scarico di rifiuti liquidi o di fanghi in pozzi, stagni o lagune, ecc.);
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D5 - messa in discarica speciale (es. sistemazione in alveoli stagni separati, ricoperti o isolati gli uni
dagli altri e dall’ambiente);
D6 - scarico dei rifiuti solidi nell’ambiente idrico eccetto l’immersione;
D7 - immersione, compreso il seppellimento nel sottosuolo marino;
D8 - trattamento biologico non specificato altrove nel presente elenco, che dia origine a composti o
a miscugli che vengono eliminati secondo uno dei procedimenti elencati nei punti da D1 a D12;
D9 - trattamento fisico - chimico non specificato altrove nel presente elenco, che dia origine a
composti o a miscugli eliminati secondo uno dei procedimenti elencati nei punti da D1 a D12 es.
evaporazione, essiccazione, calcinazione);
D10 - incenerimento a terra;
D11 - incenerimento in mare;
D12 - deposito permanente (es. sistemazione di contenitori in una miniera, ecc.);
D13 - raggruppamento preliminare prima di una delle operazioni di cui ai punti da D1 a D12;
D14 - ricondizionamento preliminare prima di una delle operazioni di cui ai punti da D1 a D13;
D15 - deposito preliminare prima di una delle operazioni di cui ai punti da D1 a D14, escluso il
deposito temporaneo, prima della raccolta, nel luogo in cui sono prodotti .
Analogamente, si può parlare di recupero quando si tratta delle operazioni sotto riportate:
R1 - utilizzazione principale come combustibile o come altro mezzo per produrre energia;
R2 - rigenerazione/recupero di solventi;
R3 - riciclo/recupero delle sostanze organiche, comprese le operazioni di compostaggio ed altre
trasformazioni biologiche ;
R4 - riciclo/recupero dei metalli o dei composti metallici;
R5 - riciclo/recupero di altre sostanze inorganiche;
R6 - rigenerazione degli acidi e delle basi;
R7 - recupero dei prodotti che servono a captare gli inquinanti;
R8 - recupero dei prodotti provenienti dai catalizzatori;
R9 - rigenerazione od altri reimpieghi degli oli;
R10 - spargimento sul suolo a beneficio dell’agricoltura o dell’ecologia;
R11 - utilizzazione di rifiuti ottenuti da una delle operazioni indicate da R1 a R10;
R12 - scambio di rifiuti per sottoporli ad una delle operazioni indicate da R1 a R11;
R13 - messa in riserva di rifiuti per sottoporli a una delle operazioni indicate nei punti da R1
a R12,
escluso il deposito temporaneo, prima della raccolta, nel luogo in cui sono prodotti.
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L’articolo 57 riguardante le disposizioni transitorie, afferma che le precedenti norme regolamentari e
tecniche che disciplinano la raccolta, il trasporto e lo smaltimento dei rifiuti, restano in vigore sino
all’adozione delle specifiche norme adottate in attuazione del nuovo decreto. A tal fine ogni
riferimento ai rifiuti tossici e nocivi si deve intendere riferito ai rifiuti pericolosi. Pertanto, allo stato
attuale, le indicazioni tecniche in materia di discariche, interessanti nel contesto della presente
trattazione, sono da ricercarsi nella Delibera del Comitato interministeriale del 27 luglio 1984,
recante le disposizioni per l’applicazione dell’art.4 del D.P.R. 10 settembre 1982, n° 915 .
2. Le discariche controllate nella normativa italiana.
In figura 4 vengono schematicamente indicati gli elementi costitutivi di una discarica controllata
così come sono definiti comunemente, ed ai quali si fa riferimento nelle indicazioni normative che
seguono.
Sono previste tre classi di discariche in funzione dei tipi di rifiuti che in esse vengono messi a
dimora : discariche di prima, seconda e terza categoria. Quelle di seconda categoria sono
ulteriormente suddivise in sottoclassi : tipo A, tipo B, tipo C, per complessivi cinque gruppi : 1, 2A,
2B, 2C, 3. Passando dalla prima alla terza categoria la complessità di allestimento dell’impianto
cresce con l’aumentare del livello di tossicità dei rifiuti per l’ambiente. Evidentemente i rifiuti che
devono essere smaltiti in un particolare tipo di discarica, possono anche essere smaltiti in una
discarica di ordine superiore, ma non in una di ordine inferiore ; ragioni di ordine economico
sconsigliano in genere questa soluzione. In tabella 1 i rifiuti sono suddivisi in funzione della
categoria di discarica prevista.
Figura 4
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Per quanto riguarda l’ubicazione, nessuna indicazione è prevista nella scelta del sito per discariche
di tipo 2A, ove vengono messi a dimora i materiali inerti. Per tutti gli altri tipi di discariche il
legislatore si è invece preoccupato che vengano mantenute le distanze di sicurezza dalle zone di
approvvigionamento idrico delle acque destinate ad uso potabile, dai centri abitati e dall’alveo di
piena di laghi, fiumi e torrenti. Tali distanze sono da definirsi volta per volta in base alle
caratteristiche geologiche ed idrogeologiche del sito in esame. Per le discariche di tipo 2B è inoltre
previsto un franco di 100 cm tra il massimo livello di escursione della falda ed il fondo della vasca
della discarica. Viene invece categoricamente definito un veto nell’ubicazione delle discariche di
seconda categoria , tipo 2C, e di 3 categoria in aree geologicamente a rischio, quali :
• zone sismiche di prima categoria ;
• aree vulcaniche attive, ivi compresi i campi solfatarici ;
• zone in corrispondenza di doline, inghiottitoi o altre forme carsiche superficiali,
• zone sottoposte a vincoli idrogeologici .
Le discariche controllate
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Categoria
1
2A
2B
2C
3
Rifiuti smaltibili
• RSU ;
• rifiuti assimilabili agli urbani ;
• rifiuti per i quali lo smaltimento non dia luogo ad emissioni o effluenti più
pericolosi di quelli derivanti dallo smaltimento di rifiuti urbani ;
• rifiuti che non sono stati contaminati da sostanze classificate come pericolose
ai sensi di legge , o da diossine e/o furani ;
• fanghi non pericolosi derivanti da impianti di depurazione di scarichi
esclusivamente civili.
•
•
•
•
•
rifiuti speciali inerti ;
rifiuti provenienti da demolizioni, costruzioni e scavi ;
materiali ceramici cotti ;
vetri di tutti i tipi ;
rocce e materiali litoidi da costruzione ;
rifiuti sia speciali che pericolosi tali che :
• alcune voci dell’elenco delle sostanze tossiche e nocive dell’allegato al DPR
915, come i residui catramosi derivanti da operazioni di distillazione, siano in
concentrazioni inferiori ad 1/100 delle concentrazioni limite imposte dal
suddetto DPR ;.
• sottoposti a prova di cessione producano un eluato conforme ai limiti di legge
(n° 319/76), limitatamente ai metalli compresi nell’allegato al DPR 915 (ad
esempio :Pb, Cd, Hg) ;
• rifiuti contenenti polveri o fibre di amianto in concentrazioni fino a 10000
mg/Kg .
rifiuti speciali :
• residui derivanti da lavorazioni industriali, artigianali, agricole, commerciali e
di servizi che non siano chiaramente assimilabili agli RSU ;
• residui derivanti dall’attività di trattamento dei rifiuti e depurazione degli
effluenti ;
• contenenti le già citate sostanze appartenenti all’elenco dell’allegato al DPR
915, in concentrazioni inferiori 10 volte le rispettive concentrazioni limite.
rifiuti speciali :
• ospedalieri e simili, liquidi, comburenti ;
• infiammabili ;
• tutti i rifiuti in grado di reagire con l’acqua o con acidi e basi deboli, con
sviluppo di gas e vapori tossici e/o infiammabili ;
• rifiuti pericolosi contenenti le suddette sostanze dell’allegato al DPR 915 in
concentrazioni 10 volte superiori le relative concentrazioni limite, per i quali
non risultino adottabili diversi e adeguati sistemi di smaltimento.
Tabella 1
Per tutti i tipi di discariche devono essere effettuate indagini geologiche, sul suolo e sottosuolo, atte
a definire il grado di stabilità originaria del substrato o quella indotta da opere artificiali ; tali
Le discariche controllate
16
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
indagini servono per prevenire eventuali rischi di franamento delle pareti (argini, fronti di cava,
scarpate) e cedimenti del fondo che potrebbero provocare alterazioni nel funzionamento dei sistemi
di impermeabilizzazione. Per le discariche di prima categoria e seconda tipo 2C, è inoltre previsto
un controllo volto ad evitare pericoli di spostamento e deformazione delle opere idrauliche
realizzate per il drenaggio delle acque meteoriche ; ciò in quanto il cattivo funzionamento di tali
opere renderebbe difficile il contenimento dei quantitativi di percolato.
Diverse soluzioni tecniche, dettate dal crescente grado di tossicità dei rifiuti, sono poi state previste
ai fini della protezione delle acque, sia di superficie sia profonde, dall’inquinamento ad opera del
percolato che accidentalmente può fuoriuscire dal corpo dei rifiuti. Tabella 2 testimonia come
nessuna disposizione riguardi le discariche di tipo 2A e 2B, in quanto i rifiuti stoccati nelle stesse
sono composti da sostanze che per loro natura non danno origine a percolati tossici. Nelle discariche
di prima categoria nelle quali vengono smaltiti gli RSU non risultano automaticamente obbligatori
né le impermeabilizzazioni artificiali né il drenaggio dei percolati. In effetti, la Regione di
competenza può rilasciare un’autorizzazione provvisoria allo smaltimento se opportune indagini
idrogeologiche dimostrano che lo spessore, la permeabilità, la capacità di ritenuta e di assorbimento
degli strati interposti tra i rifiuti e le acque siano tali da escludere qualsiasi tipo di inquinamento.
Solo in caso contrario è necessario predisporre un’impermeabilizzazione artificiale e un sistema di
drenaggio e captazione del percolato che rispondano ai requisiti specificati in tabella 2. Fatta salva
questa differenza tra la possibilità e l’obbligo categorico all’impermeabilizzazione artificiale e alla
predisposizione di un sistema di drenaggio e captazione, che distingue le discariche di prima
categoria da quelle 2C, le procedure tecniche ed i parametri di riferimento risultano simili. A titolo
esemplificativo, in figura 5 è riportato qualitativamente un doppio sistema di rivestimento di fondo
realizzato in una discarica di seconda categoria tipo C in Italia.
Nessun sistema di drenaggio e captazione del percolato è previsto per le discariche di tipo 2A e 2B
in quanto i rifiuti in esse stoccati, per loro natura, non danno origine a composti in concentrazioni
tali da essere fonte inquinante delle acque di superficie o profonde.
Alcun sistema è previsto nemmeno per le discariche di terza categoria in quanto, a causa della loro
elevata tossicità per l’ambiente i rifiuti devono essere rinchiusi in contenitori provvisti di sistemi di
sicurezza che escludano qualsiasi fuoriuscita di sostanze inquinanti.
Le discariche controllate
17
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Categoria
1
Prevenzione delle acque dall’inquinamento
per gli impianti privi di impermeabilizzazione artificiale e captazione del percolato :
• è necessario accertare che lo spessore, la permeabilità, la capacità di ritenzione e di
assorbimento degli strati di terreno, siano tali da preservare le acque
dall’inquinamento.
per gli impianti impermeabilizzati mediante materiali artificiali :
• lo spessore e le caratteristiche di resistenza del manto devono essere tali da
impedire la fuoriuscita del percolato ;
• il fondo deve trovarsi al di sopra del livello di massima escursione di falda con un
franco di almeno 150 cm ;
• il manto deve essere protetto dagli agenti atmosferici e da pericoli di
danneggiamento durante l’esercizio della discarica ;
• il manto deve essere posto su uno strato di terreno spesso 100 cm e permeabilità
inferiore a 10 - 6 cm/sec.
• devono essere adottati sistemi di captazione del percolato, i cui scarichi devono
risultare conformi ai limiti di accettabilità di cui alla legge n° 319/76.
2A
nessuna indicazione
2B
nessuna indicazione
2C
3
tutti gli impianti devono essere impermeabilizzati con uno strato di manto artificiale
in modo che :
• lo spessore e le caratteristiche di resistenza del manto siano tali da impedire la
fuoriuscita del percolato per almeno 150 anni dal fondo e 50 anni dalle pareti ;
• il fondo deve trovarsi al di sopra del livello di massima escursione di falda con un
franco di almeno 200 cm ;
• il manto deve essere protetto dagli agenti atmosferici e dai pericoli di
danneggiamento durante l’esercizio di discarica ;
• il manto deve essere posto su uno strato di terreno spesso 200 cm e a permeabilità
inferiore a 10 - 7 cm/sec. ;
• devono essere adottati sistemi di captazione del percolato, i cui scarichi devono
risultare conformi ai limiti di accettabilità di cui alla legge 319/76.
i rifiuti solidi devono essere riposti in recipienti :
• a chiusura ermetica e ad elevata resistenza meccanica e chimica in relazione al
contenuto e agli agenti atmosferici ;
• provvisti di idonee chiusure per impedire la fuoriuscita del contenuto,
• provvisti di accessori e dispositivi atti ad effettuare in condizioni di sicurezza le
operazioni di riempimento e svuotamento ;
• provvisti di mezzi di presa per rendere sicure ed agevoli le operazioni di
movimentazione ;
• posti su supporti che li tengano staccati dal fondo, per rendere evidenti eventuali
perdite ;
• sistemati in bacini di cemento impermeabilizzati ;
• sistemati in maniera di agevolare le operazioni di ispezione ;
i rifiuti liquidi devono essere stoccati :
• in bacini con capacità pari a 1/10 della capacità complessiva dei recipienti
immagazzinati e comunque uguale a quella del recipiente più grande ;
• in serbatoi provvisti di opportuni dispositivi antitraboccamento ;
in buone condizioni di ventilazione.
Tabella 2
Le discariche controllate
18
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
La natura dei rifiuti e dei sistemi di stoccaggio adottati, fanno sì che le discariche di tipo 2A, 2B, e
3, non danno luogo ad emissioni gassose in atmosfera, per cui non è previsto dalla normativa alcun
sistema di raccolta del biogas. Per quanto riguarda gli altri due tipi, contrariamente a quanto si è
visto per i percolati, il sistema di captazione e recupero del biogas è obbligatorio per tutte le
discariche di prima categoria, mentre è previsto solo per quelle di tipo 2C i cui rifiuti siano tali da
far prevedere la formazione del biogas stesso.
Figura 5
Nei casi per i quali la captazione è richiesta, il gas può essere riutilizzato attraverso apposito
impianto, bruciato in torcia, o disperso direttamente nell’atmosfera.
Quest’ultimo caso, previsto per discariche di ridotte dimensioni, viene autorizzato dalla Regione
qualora venga accertato che tale dispersione non comporti pericoli per la salute dell’uomo e/o
dell’ambiente.
Le discariche controllate
19
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
I processi di produzione dei percolati sono strettamente regolati dalla presenza di acqua nei rifiuti,
dovuta sia ad umidità originaria sia ad infiltrazione laterale dal suolo o dalla superficie ; i
quantitativi totali prodotti risultano comunque in particolar modo legati alla percentuale di
infiltrazioni di acque meteoriche.
Categoria
1
2A
2B
2C
3
Modalità di esercizio
occorre :
• limitare la superficie dei rifiuti esposta agli agenti atmosferici ;
• procedere per strati sovrapposti e compattati di limitata ampiezza in modo da favorire
il recupero immediato e progressivo dell’area ;
• provvedere alla ricopertura giornaliera dei rifiuti con uno strato di materiale
protettivo;
• se necessario effettuare operazioni di disinfestazione e derattizzazione.
È comunque vietato :
• bruciare i rifiuti disposti in discarica ;
• la cernita manuale dei rifiuti.
• l’accumulo de rifiuti deve essere attuato con criteri di elevata compattazione per
evitare successivi fenomeni d’instabilità ;
• è vietato lo scarico di rifiuti polverulenti soggetti a trasporto eolico in assenza di
specifici sistemi di contenimento atti ad impedire il trasporto stesso .
• l’accumulo de rifiuti deve essere attuato con criteri di elevata compattazione per
evitare successivi fenomeni d’instabilità ;
• deve essere prevista la ricopertura ;
• è vietato lo scarico di rifiuti polverulenti soggetti a trasporto eolico in assenza di
specifici sistemi di contenimento atti ad impedire il trasporto stesso
• i rifiuti solidi messi a discarica vanno deposti in strati compattati e sistemati in modo
da evitare, lungo il fronte di avanzamento, pendenze >30 % ;
• i rifiuti che possono dar luogo a dispersioni di polveri o ad emanazioni moleste
devono essere al più presto ricoperti con strati di materiali adeguati ;
• stoccare in aree distinte rifiuti tra loro incompatibili ;
• è vietato bruciare i rifiuti deposti in discarica.
• i rifiuti incompatibili devono essere stoccati in modo da evitare qualsiasi contatto tra
loro ;
• durante lo stoccaggio provvisorio, i recipienti devono essere contrassegnati da
etichette indicanti natura e pericolosità dei rifiuti contenuti ;
• i recipienti che hanno contenuto rifiuti pericolosi e non destinati ad essere impiegati
per gli stessi tipi di rifiuti devono essere sottoposti a trattamento di bonifica ;
• è comunque vietato utilizzare questi recipienti per contenere prodotti alimentari.
Tabella 3
Allo scopo di contenere i quantitativi di percolato da drenare e trattare, nei casi nei quali è previsto
un sistema di drenaggio e captazione (discariche di tipo 1 e 2C ), le acque meteoriche devono essere
Le discariche controllate
20
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
allontanate dall’area dell’impianto a mezzo di idonee canalizzazioni, da dimensionare sulla base
delle piogge intense con un tempo di ritorno di 10 anni. Tale drenaggio delle acque superficiali è
previsto per tutto il periodo di conduzione e in genere ha termine alla chiusura dell’attività di
discarica. E’ d’uso, infatti, alla fine delle attività di smaltimento, durante la fase di chiusura e
risistemazione dell’area, ricoprire i rifiuti con un manto impermeabile che impedisca il passaggio
delle acque nei rifiuti messi a dimora.
In tabella 3 sono invece riportate le modalità di esercizio previste per ogni categoria di discarica al
fine di evitare danni e molestie all’ambiente, alla popolazione residente ed al personale addetto ai
lavori.
Per quanto riguarda la sistemazione finale dell’area, per le discariche di tipo 2A è sufficiente
presentare in sede di richiesta di autorizzazione un piano di recupero che sia conforme alle
previsioni riportate negli strumenti urbanistici vigenti o adottati.
Per le discariche 1, 2B e 2C è prevista la copertura finale con un materiale impermeabilizzante (uno
strato di argilla di spessore adeguato) per evitare ulteriori infiltrazioni di acque meteoriche nel corpo
della discarica e limitare così la produzione di nuovo percolato. Su tale livello impermeabilizzante
deve essere posto un secondo strato di terreno vegetale, sistemato a prato, dello spessore di 100 cm
e con pendenze che favoriscano il rapido deflusso delle acque meteoriche.
Nulla è detto a riguardo della sistemazione delle aree adibite a discarica di terza categoria.
Evidentemente i rischi per l’ambiente e le popolazioni, insiti nei rifiuti stoccati, sconsigliano un
qualsiasi riutilizzo di tali aree a nuove destinazioni d’uso.
3. Indicazioni tecniche dalle norme vigenti in altri Stati.
Innanzitutto risulta interessante analizzare brevemente i contenuti della Direttiva CEE
approvata
dal Comitato Europeo nel 1995 ed in via di recepimento da parte degli stati membri, relativamente
ai componenti delle discariche controllate. In estrema sintesi sono indicate tre tipologie di
discariche: per rifiuti pericolosi, per rifiuti non pericolosi, per rifiuti inerti. Si riportano in tabella 4
le prescrizioni relative all’impermeabilizzazione di fondo, al sistema di drenaggio del percolato ed
al sistema di copertura finale.
Le discariche controllate
21
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Rivestimento di
fondo
TIPOLOGIA DI DISCARICA
Rifiuti inerti
Rifiuti non pericolosi
Rifiuti pericolosi
Strato minerale
spessore ≥ 1m
spessore ≥ 1m
spessore ≥ 5 m
impermeabile
k ≤ 10 - 5 cm/s.
k ≤ 10 - 7 cm/s.
k ≤ 10 - 5 cm/s.
Geomembrana
---
richiesta
richiesta
Rimozione
---
≥ 0,5 m
≥ 0,5 m
percolato
Copertura
TIPOLOGIA DI DISCARICA
Rifiuti inerti
Rifiuti non pericolosi
Rifiuti pericolosi
captazione biogas
---
richiesto
non richiesto
Geomembrana
---
non richiesta
richiesta
Strato minerale
---
richiesto
richiesto
---
≥ 0,5 m
≥ 0,5 m
---
≥1m
≥1m
Strato di
impermeabile
Strato drenante
Terreno di
copertura
Tabella 4
Sempre per ciò che riguarda il rivestimento di fondo, nelle figure 6, 7, 8, sono illustrati i requisiti
minimi richiesti rispettivamente dalla normative statunitense, tedesca ed austriaca, nel caso di
discarica per RSU ed in quello di impianto di smaltimento per rifiuti pericolosi.
Anche per i sistemi di copertura finale esistono differenti soluzioni esecutive; si possono ad
esempio confrontare la stratificazione tipica proposta dal Comitato Tecnico Europeo (ETC8),
rappresentata in figura 9, con quella standard per rifiuti pericolosi secondo la normativa USA
(figura 10).
Le discariche controllate
22
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Figura 6
Le discariche controllate
23
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Figura7
Le discariche controllate
24
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Figura 8
Le discariche controllate
25
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Figura 9
Figura 10
Le discariche controllate
26
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
STATO
AUSTRIA
BELGIO
EUROPA (ETC8)
FRANCIA
GERMANIA
PORTOGALLO
IMPERMEABILIZZAZIONE DI FONDO TIPOLOGIA DI RIFIUTI
argilla compattata 0.6 m ,
geomembrana e geotessile protettivo.
rifiuti urbani e rifiuti
pericolosi pretrattati.
doppio strato minerale di 0.8 m e 1 m,
geomembrana e geotessile protettivo.
1 due strati minerali sono separati da uno
strato drenante di controllo.
rifiuti pericolosi con potenziale
tossico complesso.
impermeabilizzazione multistato: strato
minerale (3 strati) di 1.8 m, 1.2 m, 0.8 m,
separati da drenaggi di controllo,
geoniembrana e geotessile protettivo.
rifiuti pericolosi con alto e
complesso potenziale tossico al
disopra di acquiferi limososabbiosi.
argilla compattata 1 m, goemembrana e
geotessile protettivo.
rifiuti urbani e pericolosi.
argilla compattata 0.75 m ,
geomembrana e strato protettivo.
rifiuti urbani ed inerti.
argilla compattata 3 m , geomembrana
e strato protettivo.
rifiuti pericolosi,
argilla naturale in sito 5 m e
geomembrana.
terreno 5 m
rifiuti industriali.
argilla compattata 0.5 m.
rifiuti urbani non pericolosi.
argilla compattata 0.75 m, geomembrana
e strato protettivo.
rifiuti urbani più pericolosi.
argilla compattata 1.5 m,
geomembrana e strato protettivo.
rifiuti pericolosi
argilla conipattata 1 m,
geomembrana e strato protettivo.
rifiuti urbani e pericolosi.
rifiuti urbani.
SVIZZERA
argilla compattata 0.8 m.
tutti i rifiuti tranne gli inerti.
REGNO UNITO
argilla compattata 1 m.
tutti i rifiuti tranne gli inerti.
argilla compattata 0.6 m e
geomembrana.
doppio strato: argilla compattata 0.9 m
e geomembrana separati da strato
drenante di controllo.
rifiuti urbani.
USA (EPA)
Le discariche controllate
rifiuti pericolosi.
27
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Sistemi di rivestimento
Il dimensionamento del sistema di rivestimento dipende principalmente dal tipo di rifiuti messi in
discarica.
Figura 11: Esempi di rivestimento per discariche per rifiuti solidi urbani
Nel caso di rifiuti solidi urbani (o assimilati) la normativa italiana richiede i requisiti minimi
riportati nella figura 11a.
Nella figura 11b è riportato il sistema di rivestimento utilizzato recentemente in una discarica nel
Nord della California, dalla quale risulta un sostanziale accordo nella filosofia di progetto: una
barriera composita costituita da una geomembrana posata direttamente su uno strato di terreno
caratterizzato da una conduttività idraulica < 10-6 cm/sec. La differenza sostanziale è nello spessore
minimo dello strato di terreno. A tale riguardo è buona norma non utilizzare meno di tre sottostrati
e spessori totali dell'impermeabilizzazione inferiori a 60 cm, in quanto questo è indicato come lo
spessore minimo che, in presenza di una corretta realizzazione dello strato, è in grado di garantire
conducibilità idrauliche non superiori a quelle richieste in questo tipo di realizzazioni (fig.12).
Le discariche controllate
28
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Figura 12: Influenza dello spessore sulla conduttività idraulica
Laddove non si utilizzi la geomembrana, occorre disporre di uno strato di materiale naturale più
spesso caratterizzato da conducibilità idraulica inferiore. Sono significative a riguardo le recenti
racccomandazioni dello stato del Wisconsin (USA) sempre relative a discariche per rifiuti solidi
municipali. Esse richiedono l'uso di rivestimenti di argilla in grado di trattenere il percolato e
proteggere la falda per un periodo superiore a 15 anni. In assenza di barriere naturali, costituite da
strati argillosi di spessore e conducibilità idraulica adeguati, è raccomandato l'uso di un
rivestimento di argilla compattata di almeno 150 cm di spessore, avente conduttività idraulica non
superiore a 10-7 cm/s (fig. 11c). E' interessante notare che tali raccomandazioni non si limitano a
indicare requisiti minimi di tempi, spessori finali e permeabilità, ma interessano anche aspetti
esecutivi relativi a:
- spessore degli strati e materiali messi in opera per costruire il rivestimento;
- caratteristiche del tappeto granulare di drenaggio posto sopra il rivestimento;
- dimensionamento del sistema di raccolta del percolato.
Se si confrontano le tre soluzioni in figura 4 è possibile osservare che la soluzione c) è più onerosa
delle soluzioni a) e b), richiedendo maggiori volumi di terreno compattato (che si traducono in un
minor stoccaggio di rifiuti) e caratteristiche di conduttività idraulica più restrittive (che si
traducono in una più accurata messa in opera dello strato compattato). Risultano pertanto evidenti i
Le discariche controllate
29
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
vantaggi dell'impiego di una geomembrana posta al di sopra dello strato a bassa permeabilità,
direttamente a contatto con esso.
Figura 13: Rivestimento di base
In questa ottica si pongono le recentissime proposte dei comitato europeo ETC8 (1991), riportate
nella figura 13, che raccomandano anch'esse la barriera di tipo composito (geomembrana più strato
di argilla compattata).I rivestimenti riportati sulle raccomandazioni di ETC8 sono da intendersi
come stratigrafia di base che nel caso di utilizzo per stoccaggio di rifiuti o materiali
particolarmente pericolosi devono essere integrati da ulteriori strati, mantenendo l'approccio base
esposto. Questa elasticità nelle raccomandazioni è stata decisa in quanto le stesse si rivolgono a più
Paesi con esperienze molto diverse nel campo dello smaltimento dei rifiuti .
Tenendo conto che in Italia occorre comunque soddisfare le raccomandazioni della vigente
normativa, i requisiti minimi da soddisfare permangono quelli rappresentati nella figura 14.
Premettendo che la soluzione di figura 14b, se correttamente realizzata, offre adeguate garanzie di
sicurezza, riteniamo che meriti una citazione il sistema di rivestimento raccomandato dall'U.S.EPA
(U.S. Environmental Protection Agency) per la realizzazione delle discariche per rifiuti tossici o
nocivi.
Le discariche controllate
30
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Figura 14: Normativa italiana, requisiti minimi dei rivestimenti costruiti
Nel caso di rifiuti tossici o nocivi EPA (1987) raccomanda una barriera doppia costituita da un
rivestimento di base composito e da un rivestimento superiore con geomembrana o composito
(fig.15).
Le discariche controllate
31
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Figura 15: Schema di un sistema di rivestimento doppio
Queste barriere si collocano all'interno di un sistema di rivestimento (liner system) generalmente
così costituito (dall'alto verso il basso):
- uno strato filtrante;
- un sistema primario per la raccolta e l’allontanamento dei percolato;
- una geomembrana primaria;
- un sistema di controllo, raccolta e allontanamento delle perdite;
- una barriera composita posta sopra il terreno locale.
La barriera composita è costituita da una geomembrana posata direttamente a contatto di uno strato
di terreno naturale compattato di bassa conduttività idraulica (k < 10-7 cm/s).
Le discariche controllate
32
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
La normativa EPA richiede inoltre che nei sistemi di rivestimento di base la geomembrana abbia
uno spessore minimo di 0.75 mm, oppure di 1.12 mm nel caso in cui si prevede che possa essere
lasciata esposta e non protetta per più di 30 giorni. Questi spessori possono essere non adatti per
tutti i tipi di geomembrane, che si differenziano per il materiale che le costituisce. Più in generale lo
spessore richiesto dipenderà dalle specifiche caratteristiche dei sito, da aspetti connessi con la
installazione e costruzione, dal sistema di giunzione, dalla durabilità a lungo termine.
La scelta dei tipo di geomembrana deve essere guidata principalmente dalla sua accertata capacità
di resistere all'attacco chimico del percolato e alle sollecitazioni meccaniche. Le condizioni di
sollecitazione devono essere esaminate sia al fondo che sulle pareti della discarica. Sulle pareti il
geosintetico deve sostenere il proprio peso e le forze di attrito generate dalla massa dei rifiuti
sovrastante. Alla base le sollecitazioni possono essere generate da eccessive deformazioni del
terreno di fondazione e dai carichi dovuti alla massa di rifiuti sovrastante. Nel caso di geomembrane
esposte possono risultare critiche le forze di sollevamento dovute al vento.
Tra le raccomandazioni più restrittive per rifiuti solidi urbani si segnalano quelle dei New York
DEC, dove anche la prima barriera è un sistema composito geomembrana + strato di argilla. Con
riferimento all'esempio di figura 16 tale proposta prevede inoltre geomembrane in HDPE di
spessori di 1.5 mm, superiori a quelli richiesti dall'EPA. La figura 9 mette inoltre in evidenza la
possibilità di realizzare il monitoraggio della zona di terreno non saturo posto sotto la discarica.
Figura 16: Esempio di sistema di rivestimento doppio composito
Le discariche controllate
33
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
I sistemi di rivestimento possono in sintesi essere costituiti da:
•
Barriera geologica, nel caso in cui il terreno in sito sia idoneo a conferire le caratteristiche di
impermeabilità richieste;
•
Barriera artificiale costruita dall’uomo, che può essere realizzata tramite materiali naturali
(argille compattate), materiali artificiali (geomembrane), sistemi misti ( geomembrane e argille
compattate), oppure materiali compositi (geosintetici e bentonite).
Le caratteristiche che deve possedere un sistema di rivestimento sono le seguenti:
•
Impermeabilità (ridotta conducibilità idraulica);
•
Diminuire la diffusione molecolare;
•
Duttilità (i cedimenti differenziali devono essere assorbiti senza perdita di funzionalità);
•
Stabilità (nelle scarpate possono esistere problemi negli strati di argilla compattata e
all’interfaccia tra argilla compattata e geosintetici);
•
Stabilità chimica.
Nei sistemi di rivestimento misti costituiti da geomembrana e argilla compattata è necessario
utilizzare alcuni accorgimenti:
1. La geomembrana (generalmente in HDPE) deve essere posta tra il drenaggio e l’argilla
compattata, non sotto l’argilla compattata perché se si compatta l’argilla sopra la
geomembrana, quest’ultima si può danneggiare: la geomembrana è funzionale se è integra, se è
danneggiata non ha alcuna funzione;
2. La normativa italiana prevede per le discariche di II categoria un sistema di controllo delle
perdite sotto la geomembrana, ma, nel caso di fori nella geomembrana, lo strato drenante
distribuisce il percolato su tutta la barriera d’argilla; è quindi opportuno non mettere strati
drenanti tra geomembrana e argilla compattata. Si utilizzano quindi i sistemi di rivestimento
doppi, ma questo comporta la presenza di più interfacce, e quindi esistono più problemi
esecutivi e problemi di stabilità all’interfaccia;
3. Sulle scarpate può esistere solo la geomembrana perché il percolato viene raccolto sul fondo, e
questo consente di raccogliere una maggiore quantità di rifiuti.
Le discariche controllate
34
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Si elenca in tabella 5 un confronto tra le caratteristiche di geomembrane e argille compattate:
Argilla compattata
Spessa
Geomembrana
Sottile
Permeabile (la percolazione può essere predetta Impermeabile (le perdite non sono facilmente
con la legge di Darcy)
prevedibili perché dipendono dall’integrità)
Attenua il flusso di percolato (a meno che i Se è forata non attenua il flusso di percolato
difetti non siano tutti in serie)
Si autocollega (compenetrazione tra argilla e Saldature per collegare i fogli
argilla)
Pendenze dolci
Pendenze sensibili
Può essiccarsi (fratture dove si insinua il Non si essicca (non dovrebbe danneggiarsi per
percolato)
effetto di sbalzi di temperatura se posta in opera
con cura)
Tabella 5
Si rende quindi necessario utilizzare i due rivestimenti accoppiati in modo da realizzare un’efficace
barriera impermeabile.
Le discariche controllate
35
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Processi di costruzione
Sono qui di seguito sintetizzati le fasi da seguire per la costruzione dei rivestimenti di argilla
compattata; tali controlli hanno lo scopo di verificare che: i materiali utilizzati siano idonei; i
metodi di costruzione siano corretti; i rivestimenti e le coperture siano adeguatamente protette
durante e dopo la costruzione.
1. Idoneità del materiale
-
Quantità di fine (passante al vaglio 200 ASTM) > 30%
-
Indice di plasticità 10% ÷ 40%
-
Quantità di ghiaia (trattenuto al vaglio 4 ASTM) < 10-20%, con granuli di dimensioni non
superiori a 2.5-5.0 cm
-
Le zolle di terreno secche e dure sono difficili da compattare e dovrebbero essere
polverizzate meccanicamente prima di aggiungere acqua.
-
Se al terreno deve essere aggiunta bentonite, la miscela terreno-bentonite dovrebbe essere
lavorata in modo accurato dopo che il terreno è stato polverizzato adeguatamente
2. Contenuto d'acqua
-
All'atto della compattazione il terreno non deve essere troppo secco, altrimenti si ottengono
valori di conducibilità idraulica troppo elevati, né deve essere troppo umido perchè si
avrebbero difficoltà di compattazione e possibilità di fessurazioni per essiccamento; pertanto
è necessario che il terreno abbia un contenuto d'acqua compreso in un campo di valori
idoneo, individuato con i criteri indicati da Daniel e Benson (vedere in seguito).
-
Piccoli aggiustamenti dei contenuto d'acqua possono essere fatti facilmente prima della
compattazione; grandi aggiustamenti (più del 3%) non dovrebbero essere fatti
immediatamente prima di compattare perché il terreno deve avere il tempo di umidificare o
seccare uniformemente; in questo caso, si raccomanda di bagnare o essiccare il terreno in
un'area destinata allo scopo, avendo cura di mescolare il terreno durante la fase di
bagnatura (o essiccamento) e di attendere il tempo necessario affinché il terreno raggiunga
una sufficiente uniformità; il terreno così preparato, se non immediatamente messo in
opera, va protetto.
3. Preparazione della superficie
-
Prima di posare uno strato di argilla sul terreno in sito, questo deve essere adeguatamente
compattato.
-
Se lo strato di argilla da compattare è posto sopra uno strato compattato precedentemente, la
superficie di quest'ultimo dovrebbe essere scarificata fino ad una profondità nominale di 25
Le discariche controllate
36
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
mm prima di porre il terreno dello strato successivo. Lo scopo è quello di amalgamare i
livelli compattati minimizzando la possibilità che tra le interfacce dei livelli si creino vie
preferenziali di filtrazione.
-
Lo spessore dei livelli non deve essere troppo elevato, altrimenti la parte inferiore del livello
non risulterà compattata e i livelli non risulteranno compenetrati in modo efficace. Si
raccomanda che il livello di terreno sciolto non sia superiore a 25 cm; ad esso corrisponde
un livello compattato di circa 15 cm.
4. Compattazione
-
il miglior tipo di compattatore è, nella maggior parte dei casi, un rullo pesante a piede di
pecora con piedi di dimensioni tali da penetrare completamente il livello di terreno non
compattato.
-
Si raccomanda, per la maggior parte delle applicazioni, che il compattatore abbia un peso
statico di almeno 18 tonnellate in aree piatte e 14 tonnellate nel rivestimenti in pendenza (un
rullo più leggero è qualche volta necessario sulle scarpate per impedire le rotture dei
rivestimento).
-
Nel caso che la compattazione tra diversi strati non avvenga in successione, è buona norma
compattare lo strato con un rullo liscio in modo da rendere la superficie esterna esente da
imperfezioni dovute alla sagoma del rullo a piede di pecora. In seguito si scarificherà tale
superficie prima di realizzare lo strato successivo.
-
Nel caso di compattazione su scarpate sarà necessario considerare la pendenza ottimale della
scarpata considerando gli aspetti costruttivi e i requisiti di impermeabilizzazione richiesti (
figura 17).
Le discariche controllate
37
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Figura 17
-
Orientativamente, il minimo numero di passate suggerite è 5.
5. Protezione
-
Il terreno deve essere protetto dalla fessurazione per essiccamento e dai danni prodotti dal
gelo.
-
Spesso un rullo liscio è usato per compattare la superficie di un livello completato. Questo
crea una scorza superficiale che si rivela utile contro l'essiccamento e favorisce lo
spandimento e allontanamento dell'acqua in caso di temporale. La superficie liscia dovrebbe
essere corrugata con un disco prima di porre lo strato successivo.
-
In aggiunta, contro l'essiccamento, il terreno può essere umidificato periodicamente e/o
coperto temporaneamente con un telo di plastica.
-
La migliore protezione contro il ghiaccio è quella di coprire il rivestimento con terreno o con
rifiuti solidi.
6. Campi prova
-
Il modo migliore per verificare che i materiali e i metodi di costruzione producano l'effetto
desiderato è quello di costruire un campo prova.
-
E' raccomandato che il campo prova abbia una larghezza non inferiore a tre volte la
larghezza del compattatore e una lunghezza uguale o maggiore. Esso dovrebbe avere
idealmente lo stesso spessore di un rivestimento finito.
Le discariche controllate
38
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
-
E possibile controllare visivamente se il rullo utilizzato permette una buona compenetrazione
fra le zolle ed elimina le discontinuità fra i vari interstrati e quindi definire tutti quelli che
sono i parametri di compattazione: caratteristiche del rullo, velocità, spessore degli strati,
pretrattamento eventuale dell'argilla proveniente dalla cava prima della stesura e della
compattazione.
-
Sul campo prova inoltre si può operare sia con prove di laboratorio sia con prove in sito. Per
le prove di laboratorio sarà necessario prelevare un certo numero di campioni indisturbati su
cui effettuare misure di permeabilità, e rappresentativi per la determinazione della
granulometria, del contenuto d'acqua e dei limiti di Atterberg. Tuttavia, le prove di
laboratorio non sono adatte ad indagare gli aspetti costruttivi su grande scala; per analizzare
quest'ultimo aspetto è necessario ricorrere a prove in sito. Il campo prova è particolarmente
adatto per realizzare prove in sito anche estremamente sofisticate, operando con infiltrometri
o realizzando prove in vera grandezza (lisimetri); esso offre inoltre l'opportunità di valutare i
tests di controllo di qualità e di calibrare i dispositivo di misura.
-
Il valore di conducibilità idraulica in sito può essere determinato in molti modi, ma la tecnica
raccomandata è quella dell'allagamento, nel caso in cui si sia provveduto a costruire un
sistema di drenaggio al di sotto del campo prova, accompagnata da prove con infiltrometri. Il
rivestimento di prova può essere coperto con ghiaia su un'area limitata per avere
informazioni sulla relazione fra la conducibilità idraulica e le pressioni verticali agenti.
7. Frequenza dei controlli in corso d'opera
-
Un buon progetto non garantisce la buona riuscita dell'intervento se esso non è
accompagnato da una dettagliata specifica sui tipi di controlli da effettuare e sulla frequenza
di tali controlli.
Le discariche controllate
39
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
In sintesi le fasi di costruzione sono le seguenti:
•
Identificazione della cava;
•
Sondaggi, pozzetti, ecc;
•
Prove di laboratorio;
•
Scavo del terreno;
•
Correzioni preliminari sull’umidità, miscelazioni, rottura blocchi;
•
Accumulo, idratazione, ecc;
•
Trasporto all’area di costruzione, preparazione fondo;
•
Stendimento in strati, rottura delle zolle;
•
Correzioni finali sull’umidità, miscelazione, idratazione;
•
Compattazione, finitura delle superfici degli strati;
•
Prove di controllo qualità costruzione;
•
Eventuale compattazione (se necessaria).
Ulteriori aspetti di importanza notevole sono:
⇒ Mezzi per la compattazione;
⇒ Numero di passate;
⇒ Spessore e numero degli strati;
⇒ Collegamento tra gli strati;
⇒ Costruzione di scarpate inclinate.
Le discariche controllate
40
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Sistemi di raccolta e rimozione del percolato
Finalità
Durante la vita attiva della discarica e in minor misura dopo la chiusura, parte dell'acqua che cade
sulla unità attraversa i rifiuti dando origine ad un percolato che contiene costituenti chimici
rilasciati dai rifiuti. La quantità di percolato che si forma dipende dal sito in cui la discarica è
localizzata,la sua qualità dipende dal tipo di rifiuti.
Per impedire l'accumulo di percolato sul fondo della discarica, si realizzano dei sistemi di
convogliamento, raccolta e rimozione del percolato, destinato a eventuali successivi trattamenti di
depurazione.
Tali sistemi hanno una funzione certamente importante: la velocità di filtrazione in un mezzo
poroso di data conduttività idraulica è direttamente proporzionale al gradiente idraulico e quindi,
nel nostro caso, all'altezza del percolato sopra il rivestimento. Inoltre anche nel caso teorico di un
rivestimento a conducibilità idraulica tendente a zero (quale ad esempio una geomembrana senza
difetti), per effetto dei fenomeno della diffusione molecolare, parte delle componenti organiche
presenti nel liquido che ristagna sulla superficie del rivestimento attraversano comunque la
geomembrana e l'argilla compattata sottostante. Pertanto l'altezza e l'estensione reale del percolato
sulla barriera impermeabile sono fattori che incidono in modo importante sull’efficacia del
sistema. Il sistema di raccolta e rimozione del fluido di una discarica dovrebbe consentire di
mantenere l'altezza dei percolato sul rivestimento al di sotto di un prefissato limite massimo
(solitamente 30 cm). Nei sistemi di rivestimento di discariche per rifiuti tossici o nocivi, EPA e
New York DEC (fìg. 15 e 16) prevedono addirittura due sistemi di raccolta: il primario e il
secondario, quest'ultimo con funzioni di controllo di quello primario. Idealmente il secondario
dovrebbe ricevere quantità di percolato minime, o addirittura nulle, tuttavia è buona norma
progettarlo nella ipotesi che debba sostituirsi completamente a quello primario in caso di completa
rottura di questo.
Le discariche controllate
41
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Figura 18
Materiali
Fino a poco tempo fa, i sistemi di raccolta del percolato erano costruiti esclusivamente con materiali
naturali, ad esempio sabbie e ghiaie; oggigiorno, l'introduzione dei geosintetici consente una
maggiore libertà di progettazione. I geosintetici usati nel sistemi di raccolta sono:
•
i geotessili, con funzione di drenaggio, filtro e separazione di componenti strutturali;
•
le georeti, con funzione di drenaggio;
•
i tubi plastici, per la raccolta e la rimozione.
I materiali naturali sono ancora usati, sia indipendentemente che in combinazione con i geosintetici.
La tabella 6 elenca vantaggi e svantaggi di dreni in geosintetici e dreni in sabbia e ghiaia.
Geotessili (dreni artificiali)
Sabbia a ghiaia (dreni naturali)
Occupano minore spazio
Occupano più spazio
Semplici da ancorare, risolvendo problemi di
Sono soggetti a movimenti sotto carico
stabilità
Si intasano (intasamento biologico)
Si intasano
Tabella 6
Le discariche controllate
42
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Quando si ricerca un’elevata trasmissività associata ad un modesto ingombro è utile il ricorso alla
georete. Per effetto delle grandi aperture della rete, le georeti sono teoricamente meno soggette a
intasamento dei geotessili e dei terreni. La loro applicazione deve però tenere conto che spesso
sono associate con geotessili applicati da un solo lato (superiormente) o da entrambi i lati (anche
inferiormente) per impedire l'entrata del terreno e/o dei rifiuti nei vuoti della georete che ne
comprometterebbe l'efficienza. A tempi lunghi, in presenza di elevati carichi di compressione
dovuti alla massa dei rifiuti, il creep (la georete tende ad appiattirsi) e l’intrusione (i rifiuti o il
materiale di protezione sovrastante tendono ad occupare gli spazi vuoti della rete) rappresentano
dei potenziali svantaggi, che una adeguata progettazione può comunque minimizzare.
I geocompositi, che combinano le caratteristiche del geotessile e della georete, non sono
generalmente usati nei sistemi di raccolta del percolato al fondo delle discariche a causa della loro
resistenza alla rottura relativamente modesta. Possono invece risultare utili nei sistemi di raccolta
d'acqua superficiali, dove le pressioni normali applicate risultano basse.
I tubi in plastica sono usati per raccogliere il percolato e rimuoverlo rapidamente e sono progettati
per funzionare sia con i drenaggi naturali che con i geosinteci.
Considerazioni di progetto
Il progetto dei sistemi di raccolta del percolato è basato su:
•
flusso idraulico nei mezzi porosi,
•
resistenza chimica dei materiali,
•
resistenza meccanica rispetto ai carichi dovuti ai materiali sovrastanti e ai veicoli.
Poiché il dimensionamento è funzione della quantità di liquido da convogliare, è necessario
determinare la massima portata di aggottamento richiesta in un dato sito. Una previsione di questo
tipo richiede una analisi di bilancio idraulico (si veda più avanti); stimata la massima portata
richiesta, si procede al dimensionamento dello strato drenante.
Nel caso in cui si utilizzi materiale di drenaggio sintetico occorre basarsi sulle sue caratteristiche
fisiche e idrauliche attestate. Il dimensionamento idraulico dei tubi di convogliamento è di solito
ottenuto da soluzioni già sviluppate per lo specifico tubo utilizzato. Infine occorre tenere conto che
le pressioni agenti sul tubo producono deformazioni del tubo; per tubi di plastica è spesso accettato
un valore limite di schiacciamento pari al 20% dei diametro.
Le discariche controllate
43
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Caratteristiche dello strato drenante
Il dimensionamento dello strato drenante costituisce un vero e proprio progetto basato sul valore
della portata massima stimata attraverso un bilancio idraulico della discarica. Tuttavia, anche in
questo specifico campo, esistono delle indicazioni sui requisiti che lo strato drenante deve avere.
EPA (1985) ha indicato i seguenti criteri di progetto (tabella 7):
Spessore dello strato drenante
> 30 cm
Permeabilità dello strato drenante
> 10-2 cm/s
Pendenza dello strato drenante
>2%
Spaziatura dei tubi di raccolta
da 15 a 60 m
Tabella 7
Successivamente (EPA, 1989) il valore di permeabilità è stato ulteriormente elevato a 1 cm/s.
Un diverso approccio nella indicazione dei criteri di progetto è quello di Kmet et al. (1981) che
indicano (anche attraverso parametri adimensionali) i requisiti da soddisfare per ottenere
condizioni ottimali di efficienza dell'insieme 'strato drenante + base impermeabile"; tali requisiti
sono confrontati con quelli delle condizioni limite di accettabilità (tabella 8).
Condizione ottimale
Condizione limite
ka/kd
<1*10-4
5*10-4
Spessore rivestimento argilla
150 cm
60 cm
pendenza
5%
2%
Spaziatura tubi
15 m
45 m
Tabella 8
Oakley (1987) fa osservare che il criterio secondo cui la conducibilità idraulica dello strato drenante
sia > 10-2 cm/s (e ancor più nel caso di k > 1 cm/s) può non essere facilmente ottenuta in tutte le
situazioni a causa della natura regionale delle sabbie e delle ghiaie, e che pertanto è da preferire il
criterio basato sul rapporto delle permeabilità (efficienza globale del rivestimento) con riferimento
al valore ottimale. Ne risulta che nel caso di una barriera di argilla compattata con conduttività
Le discariche controllate
44
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
idraulica ka < 10-7cm/s, il criterio ottimale (ka/kd< 10-4) è soddisfatto con uno strato drenante avente
kd> 10-3 cm/s.
Affinchè il sistema di raccolta funzioni adeguatamente, il tappeto drenante deve mantenere il suo
valore originale di conducibilitá idraulica ed essere protetto da fenomeni di intasamento
significativi. I filtri possono essere realizzati sia con i materiali granulari sia con i geosintetici.
Figura 19
Aggottamento
L’allontanamento del percolato può essere realizzato in diversi modi:
•
tubi di spurgo verticali con pompe all’interno; il percolato viene allontanato dall’alto. E’ meglio
non utilizzare questo sistema poiché:
-
il fatto di avere molti tubi che arrivano in superficie dà problemi di gestione nella messa a
dimora dei rifiuti e nella loro compattazione;
•
-
le pompe potrebbero avere problemi di manutenzione;
-
i tubi si possono danneggiare a causa dell’assestamento dei rifiuti
Il sistema più comune per aggottare i liquidi consiste in un tubo posizionato lungo le pareti
laterali tra il rivestimento primario e quello secondario fino al punto più basso dei sistema,
costituito dal pozzetto di raccolta. Il tubo deve penetrare il rivestimento primario in sommità.
Una pompa a immersione è abbassata periodicamente attraverso il tubo per rendersi conto della
Le discariche controllate
45
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
quantità di fluido che entra nel sistema. La scelta di pompe recuperabili dipende dalla quantità
di liquido da rimuovere.
•
allontanamento del percolato per gravità con tubature che portano il percolato verso un
collettore esterno: quest’opera non è suscettibile a problemi di assestamento dei rifiuti, ma
necessita particolare attenzione in quanto l’attraversamento della barriera impermeabile può
generare perdite attraverso la stessa.
Dettagli strutturali
Ancoraggi, rampe di accesso, pozzi e penetrazioni sono tutti dettagli strutturali che richiedono
attenzione.
Nelle trincee di ancoraggio il geosintetico può essere sfilato o strappato. Koerner (1990) indica gli
approcci di calcolo per valutare la capacità di sfilamento per diverse configurazioni di ancoraggio.
La integrità e la continuità dei sistema di rivestimento devono essere garantite sull'intera area; con
riferimento a ciò particolare attenzione va posta sia a possibili danni prodotti dal traffico dei mezzi
pesanti sia a particolari situazioni a rischio, quali il posizionamento dei tubi per l'aggottamento del
percolato. I tubi verticali usati per accedere ai pozzi di raccolta primari del percolato possono essere
interessati da attriti negativi agenti sulle pareti esterne dei tubo a seguito dell'assestamento dei
rifiuti; ciò può determinare delle forze di punzonamento del tubo sulla geomembrana fino a
determinare la rottura.
Le modalità e la sequenza di messa in opera dei teli di geomembrana dovrebbero costituire una vera
e propria fase dei progetto, avente lo scopo di minimizzare la lunghezza delle giunzioni
disponendole, per quanto possibile, lungo la direzione delle scarpate e non trasversalmente ad esse.
Per garantire che il percolato si muova verso i drenaggi, è necessario dare una certa pendenza al
fondo compresa tra il 2 e il 5%; si utilizza uno strato di ghiaia di spessore >30 cm, permeabilità k>1
cm/s. Si possono inoltre utilizzare collettori primari e collettori secondari; in questo caso si
dispongono i collettori primari (di diametro 125 mm) meno frequenti (ogni 60 m), e quelli secondari
(di diametro >200 mm) più ravvicinati ( ogni 20 m); si dà la pendenza nelle due direzioni, in
particolare si dà pendenza minore ai collettori principali. Il collettore secondario generalmente è
contenuto nello spessore del sistema di drenaggio, ed è eventualmente avvolto in una calza di
geotessile; il collettore primario è più alto, e genera quindi un ringrosso che localmente può essere
alto 1 m.
Le discariche controllate
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Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Figura 20
Le discariche controllate
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Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Dimensionamento
Il progetto di un sistema di rivestimento comporta l'analisi dei bilancio idraulico della discarica, che
richiede la conoscenza di un insieme di dati meteorologici (precipitazioni, evapotraspirazione,
temperatura, ecc.)
Il bilancio idraulico consente di valutare la quantità di percolato che si deposita sul fondo della
discarica e che va raccolto e rimosso, LC, e quella che attraversa il rivestimento di base, LM. In
figura 10 sono indicati i fattori da considerare in un bilancio idraulico.
Figura 21
Le acque che possono penetrare nel corpo dei rifiuti, contribuendo alla formazione di percolato,
sono le acque di precipitazione, P, di irrigazione, IR, e di ruscellamento superficiale, SR.
La prima forma di protezione attiva è pertanto quella di dosare IR e convogliare in trincee drenanti
SR.
Una parte di (P+IR+SR) si allontana dalla discarica sotto forma di acqua di ruscellamento sulla
copertura, R, e pertanto l'infiltrazione I è data da I = (P+IR+SR) - R.
R può essere stimata mediante l’espressione R = C P, dove C è un coefficiente di ruscellamento
tabulato in funzione delle pendenze e dei tipo di copertura (tabella 9).
Le discariche controllate
48
Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Tipo di copertura
Pendenze (< 2%)
Pendenze (2 /10%)
Pendenze (>10%)
Inerbito
0.25
0.30
0.30
Terra liscia
0.60
0.65
0.70
A pascolo
0.25
0.30
0.35
Coltivata,impermeabile
0.50
0.55
0.60
Coltivata, permeabile
0.25
0.30
0.35
Tabella 9: Coefficiente di ruscellamento sulla copertura
E'quindi importante progettare la copertura in modo da favorire un ruscellamento che non intacchi
comunque la stabilità della copertura e controllare inoltre periodicamente che nella copertura non si
siano formati avvallamenti che favoriscano i ristagni d'acqua. Inoltre molto utile è l'utilizzo di
geomembrane all'interno del manto di copertura per le quali sono ipotizzabili, nel caso di integrità
della stessa, valori di C prossimi all'unità. Dell'acqua di infiltrazione una parte è trattenuta dal
terreno di copertura, AC, e una parte è soggetta ad evapotraspirazione, ET. Pertanto l'acqua che
penetra nel corpo dei rifiuti, AP, risulta essere: AP = I - (ET+AC).
I valori di ET sono stimati in funzione della temperatura media mensile e della latitudine dei sito; la
capacità di ritenzione AC è stimata in funzione dello spessore della copertura e dei materiali che la
compongono.
La quantità di percolato che raggiunge il fondo della discarica, LM+LC, equivale al valore di AP,
diminuito dell'acqua assorbita dai rifiuti, AR, e aumentato del fluido prodotto dai rifiuti, F.
Pertanto: LM+LC = (AP+F) - AR.
Le discariche controllate
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Sistemi di copertura
Finalità
Dopo che una discarica è stata riempita, occorre realizzare un sistema di copertura multistrato, con
l'intento di isolare i rifiuti dall'ambiente e ridurre drasticamente l'infiltrazione dell'acqua di
superficie nel corpo della discarica, così da minimizzare la formazione di percolato.
Requisiti
La copertura deve avere i seguenti requisiti:
•
essere efficiente nel tempo con una manutenzione minima (i problemi più comuni a proposito
sono la penetrazione di radici ed animali, la stabilità delle scarpate, il traffico, la subsidenza dei
rifiuti),
•
favorire il ruscellamento e il drenaggio dell'acqua fuori dei corpo dei rifiuti,
•
assorbire i cedimenti senza danni e senza diminuzione di funzionalità,
•
avere una permeabilità non inferiore a quella dei sistema di rivestimento di base,
•
soddisfare i requisiti minimi di normativa
Un requisito essenziale per avere una copertura efficiente nel tempo è quello di posare su una base
(essenzialmente la massa di rifiuti) che non subisca eccessivi cedimenti.
Tipologie
La copertura rappresenta la prima forma di difesa contro i fenomeni di inquinamento dovuti al
percolato (una sorta di difesa attiva, che con un termine medico definiremmo prevenzione della
malattia) e ad essa va data una giusta considerazione. Inoltre, la copertura deve avere una efficienza
globale, funzione della permeabilità e della capacità di drenaggio, non inferiore a quella dei
rivestimento di base, perché solo in questo modo si riducono drasticamente gli oneri di gestione
della discarica a chiusura avvenuta. Nonostante ciò, non sempre questo aspetto è tenuto in debito
conto, forse anche per la scarsa attenzione che gli dedicano le raccomandazioni della normativa
italiana che si limitano a suggerire quanto segue:
Le discariche controllate
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Corso di geotecnica nella difesa del territorio
…
-
nel caso delle discariche di categoria I: ... Al completamento della discarica dovrà essere
effettuata la copertura finale con materiale impermeabilizzante di spessore opportuno atto ad
impedire l'infiltrazione delle acque meteoriche nel corpo della discarica stessa...'
-
nel caso di discariche di categoria IIC e III: " ... A completamento della discarica dovrà essere
effettuata la copertura finale con materiale impermeabilizzante di spessore opportuno, atto ad
impedire l'infiltrazione delle acque meteoriche nel corpo della discarica stessa. Su tale copertura
deve essere posto uno strato di terreno naturale sistemato a prato di spessore non inferiore a 100
cm e con una pendenza atta a favorire il rapido allontanamento delle acque meteoriche...'
…
In ogni caso, dall'insieme delle considerazioni precedenti, risulta che la copertura deve essere
progettata, al pari dei rivestimento di base, in funzione del tipo di rifiuti in discarica.
Gli elementi essenziali di una copertura sono:
-
uno strato superiore piantumato che impedisca l'erosione e favorisca l’evapotraspirazione;
-
uno strato drenante sottostante che allontani dalla copertura il liquido infiltrato;
-
una barriera impermeabile che impedisca all'acqua di arrivare ai rifiuti.
La presenza della geomembrana nella copertura migliora le prestazioni della barriera impermeabile
e conseguentemente l'efficienza del sistema di drenaggio superiore. La sua scelta può essere fatta
con criteri diversi da quelli usati per le geomembrane dei rivestimenti. Infatti, la geomembrana della
copertura non è esposta al percolato, quindi non esistono problemi di compatibilità chimica; inoltre
la geomembrana della copertura è sottoposta a pressioni normali di gran lunga inferiori a quelle
agenti sulla geomembrana del rivestimento. Un ulteriore vantaggio è che sono molto più facili da
riparare perché più facilmente accessibili. Tuttavia la geomembrana della copertura potrebbe essere
soggetta a deformazioni più grandi a seguito dei cedimento dei corpo rifiuti.
Un insieme di raccomandazioni relative ai sistemi di copertura delle discariche dei rifiuti tossici o
nocivi è fornito dall'EPA (1989).
Le discariche controllate
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Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Figura 22: Schema di un sistema di copertura
Tale copertura consiste principalmente di (fig. 22):
-
uno strato di fondazione posto al di sopra dei rifiuti
-
uno strato di terreno compattato a bassa conduttività idraulica > 60 cm
-
una geomembrana di spessore > 0.5 mm
-
- uno strato drenante > 30 cm
-
un filtro naturale o in geotessile
-
uno strato di terreno vegetale finale > 60 cm
e diviene ancora più complessa (fig. 11) quando occorre prevedere anche:
-
una barriera biologica sotto lo strato di terreno vegetale finale
-
uno strato di raccolta gas sotto lo strato di terreno compattato a bassa conduttività idraulica.
Le discariche controllate
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Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Figura 23: Copertura con barriera biologica opzionale
Problemi comuni
I problemi più comuni che si possono riscontrare sono:
-
mancanza di adeguati sistemi di raccolta di biogas, e quindi sollevamento della copertura;
-
sprofondamento della copertura per cedimento dei rifiuti;
-
fessurazione dell’argilla compattata in seguito a cedimenti differenziali e rottura della
geomembrana;
-
problemi di stabilità dovuti allo scivolamento del terreno a contatto con la geomembrana;
-
mancanza di un adeguato drenaggio dell’acqua, che provoca la saturazione del terreno, e quindi
l’instabilità del terreno di copertura;
-
insufficiente spessore dello strato di protezione, e quindi vulnerabilità ai cicli gelo/disgelo,
essiccamento;
-
punzonamento delle geomembrane se non c’è un’adeguata separazione tra geomembrana e
drenaggio;
Le discariche controllate
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Corso di geotecnica nella difesa del territorio
-
erosione della copertura per effetto di acqua e vento, e quindi diminuzione dello spessore di
progetto
Considerazioni di progetto
Nel progettare un sistema di chiusura devono essere considerati tre aspetti:
•
la stabilità della copertura,
•
la resistenza al punzonamento,
•
la capacità del sistema di chiusura a sostenere le sollecitazioni dovute ai cedimenti.
La stabilità della copertura è influenzata dalla sua pendenza e dall'attrito al contatto tra la
geomembrana e lo strato drenante superiore. In alcune nuove realizzazioni lo strato drenante è una
georete su geomembrana con angolo di attrito tra le due superfici variabile da 8 a 10 gradi. Tali
bassi angoli di attrito possono determinare l'instabilità delle coperture. La presenza di un geotessile
sulla faccia superiore della geomembrana può determinare un sensibile miglioramento dell'attrito
tra geomembrana e materiale drenante superiore.
Le geomembrane di copertura devono resistere alla penetrazione dovuta a macchinari, massi, radici
e altri fenomeni naturali. Un geotessile posto sopra o sotto la membrana ne aumenta la resistenza al
punzonamento di 3-4 volte. Va ricordato che interporre un geotessile tra la membrana e lo strato di
argilla compattata ne compromette l'azione di barriera composita.
L'aspetto di maggior rilievo è forse l'influenza dei cedimenti della massa dei rifiuti che può
influenzare sia la geometria che la integrità dei sistema di chiusura; i cedimenti dei rifiuti solidi
urbani possono essere dell'ordine del metro dal momento della realizzazione della copertura; in un
caso il cedimento è stato di 12 m.
Il sistema drenante
Il sistema di raccolta e di allontanamento d'acqua di superficie è posto tra il terreno di copertura e
la barriera impermeabile. Il materiale drenante può essere composto di terreni granulari, georeti o
geocompositi, ma la maggior parte dei sistemi di drenaggio usa terreni granulari. Questo è
particolarmente importante nelle regioni fredde dove è necessario avere da 90 a 180 cm di terreno
sopra la geomembrana (problema della formazione dei ghiaccio). In tali casi, uno spessore di 30
cm di terreno granulare può costituire il collettore d'acqua.
Se non sono disponibili buoni materiali drenanti, se il sito è troppo esteso o se il materiale naturale
dovesse comportare spessori indesiderati, si può ricorrere a georeti o a geocompositi. il vantaggio
Le discariche controllate
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Corso di geotecnica nella difesa del territorio
dei geocompositi è la loro più elevata capacità di flusso rispetto alle georeti e ai materiali naturali. I
geocompositi hanno un'anima di polimeri protetti da filtri di geotessile. Benché molti dei polimeri
non possano sopportare percolati aggressivi, questo non è un requisito in un collettore superficiale
a contatto solo con l'acqua meteorica. La resistenza dei geocompositi è generalmente inferiore a
quella delle georeti, ma questo non è un problema dal momento che i massimi carichi da sostenere
sono probabilmente quelli dovuti alla attrezzatura usata per posare il terreno vegetale e per
inerbare.
Per errori nelle pendenze della chiusura può accadere che il sistema di drenaggio superficiale
intersechi il sistema di controllo e di aggottamento secondario, determinando una significativa
entrata d'acqua in esso. A ciò occorre porre rimedio nel più breve tempo possibile. Infiltrazioni
attraverso la copertura possono aversi in corrispondenza dei camini di sfogo per il gas.
Barriere biologiche
Una barriera biologica è uno strato di ghiaia, ciottoli e massi avente lo scopo di impedire che gli
animali che scavano il terreno possano danneggiare il sistema di copertura della discarica. In
generale gli animali non possono penetrare la geomembrana, ma possono allargare falle
preesistenti. La barriera biologica può essere composta da un filtro di ghiaia e ciottoli; lo spessore
di 1 metro dovrebbe essere sufficiente a impedire la penetrazione degli animali con l'eccezione
degli insetti più piccoli. In alcuni casi la barriera biologica può fungere anche da strato drenante.
Le barriere biologiche più spesse (4-5 m) sono quelle contro l'attività dell'uomo e devono essere
previste per rifiuti particolarmente a rischio come quelli nucleari.
Strato vegetativo
Esso ha lo scopo di impedire l'erosione al vento e all'acqua, minimizzare la percolazione e rendere
massima l'evapotraspirazione. Esso ha anche funzioni estetiche e favorisce un ecosistema chiuso
sulla sommità della discarica.
Una manutenzione particolarmente attenta è richiesta nel periodo immediatamente successivo al
completamente della copertura, quando maggiori sono le possibilità di perdita di vegetazione e di
formazione di cunicoli e canali nello strato vegetale più esposto.
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Aspetti particolari
La geomembrana della copertura non dovrebbe essere saldata alla geomembrana dei sistema
primario. Cedimenti differenziali nella copertura possono mettere in tensione la geomembrana e
determinare una separazione della saldatura favorendo l'entrata dell'acqua superficiale nel sistema di
captazione secondario.
Figura 24
Collettori di gas
La degradazione dei rifiuti può condurre alla formazione di gas trattenuto sotto la geomembr.ana di
copertura. Circa il 98% di gas prodotto è sia biossido di carbonio (C02) che metano (CH4). Essendo
CO2 più pesante dell'aria, esso si muoverà verso il basso e sarà rimosso insieme al percolato.
Tuttavia il metano, che rappresenta circa il 50% del gas generato, è più leggero dell'aria e pertanto
si muoverà verso l'alto fino alla barriera "impermeabile': se non si consente al gas di fuoriuscire si
creerà una pressione di sollevamento sotto di essa
Occorre pertanto prevedere uno strato di materiale granulare o di geotessile sotto la barriera
impermeabile; il gas che fluisce attraverso questo strato è portato all'esterno da un tubo. Poiché la
formazione di gas può avvenire per un periodo da 70 a 90 anni, occorre che il sistema sia tale da
mantenersi efficiente per tutto questo periodo.
Le discariche adibite esclusivamente a rifiuti nocivi sono relativamente recenti e il gas non è mai
stato notato in questi sistemi. Tuttavia, poiché possono essere necessari più di 40 anni perché il gas
si sviluppi e poiché gli effetti a lungo termine della formazione di gas non sono noti, l'uso dei
collettori di gas è fortemente raccomandato in considerazione anche dei costi molto modesti che
esso comporta.
Le discariche controllate
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Corso di geotecnica nella difesa del territorio
Considerazioni finali
La realizzazione di discariche controllate sicure è oggi certamente possibile.
Il requisito essenziale per raggiungere tale scopo è l'individuazione di tutti i fattori che possono
condizionare il risultato finale.
L'integrità e l'efficienza della barriera impermeabile al fondo e sulle pareti della discarica è un
fattore fondamentale, ma non è sufficiente da solo a proteggere il terreno e la falda dal percolato.
Uguale attenzione meritano i sistemi di raccolta e rimozione del percolato e la copertura finale.
Un miglioramento notevolissimo delle prestazioni è stato ottenuto negli ultimi anni grazie
all’accoppiamento dei materiali naturali con i geosintetici. Oggigiorno il sistema ideale per
realizzare una barriera impermeabile (sia dei rivestimento di fondo sia della copertura) è certamente
quello di accoppiare una geomembrana ad uno strato di terreno a bassa conduttività idraulica
(rivestimento composito).
Il ricorso alle geomembrane non ci esime tuttavia da un'attenta valutazione delle caratteristiche
idrauliche dello strato di terreno sottostante. Questo significa:
- una attenta indagine geotecnica nel caso in cui tale strato è costituito dal terreno in sito, con
particolare attenzione alle sue caratteristiche macrostrutturali;
- una attenta selezione dei materiali e delle modalità di compattazione nel caso in cui tale strato è
costituito di argilla compattata .
In realtà uno degli aspetti più importanti e qualificanti nella realizzazione di una discarica è proprio
il controllo di qualità che dovrebbe coinvolgere ogni singolo aspetto del progetto; in sequenza
temporale:
•
selezione del sito e sua caratterizzazione geotecnica di dettaglio;
•
progetto della discarica con particolare riferimento a:
a) caratteristiche geometriche dei sistemi di rivestimento e di copertura
b) caratteristiche dei materiali (naturali e artificiali) che si intende utilizzare
c) dettagli di progetto dei 'punti critici' per la continuità ed integrità dei sistema
•
costruzione della discarica, con particolare riferimento a:
a) rispondenza dei materiali (naturali e artificiali) alle caratteristiche previste in progetto
b) modalità di messa in opera e controllo del risultato finale
c) realizzazione dei 'punti critici'
•
utilizzo della discarica con particolare riferimento a:
Le discariche controllate
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Corso di geotecnica nella difesa del territorio
a) modalità di messa a dimora e compattazione dei rifiuti
b) protezione dei sistemi di rivestimento
c) efficienza dei sistema di raccolta e rimozione dei percolato
d) interventi eventuali di ripristino
•
chiusura della discarica, con particolare riferimento a:
a) controllo degli assestamenti della copertura
b) efficienza dei sistema di raccolta e rimozione del percolato
c) esami sulla qualità delle acque sotterranee.
Poiché il successo di una realizzazione è garantito solo in presenza di un attento controllo, è
auspicabile che si arrivi in tempi brevi alla creazione di strutture permanenti di garanzia di qualità e
di regolamentazione che coinvolga tutte le parti interessate a livello sociale, scientifico ed
economico, ovvero Amministrazioni Pubbliche, Università, Centri di Ricerca e Operatori
Economici; anche questi ultimi possono trarre vantaggio da una struttura destinata a controllarli.
Il buon funzionamento di una discarica controllata è il mezzo più semplice e convincente per la
realizzazione di nuove strutture di questo tipo con il consenso di tutte le parti sociali.
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