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Dipartimento di Ingegneria Civile

Appunti dalle lezioni su: “ASPETTI GEOTECNICI NELLA PROGETTAZIONE

DELLE DISCARICHE”

Ing. Johann Facciorusso

A.A. 2003/2004 Corso di Geotecnica Ambientale – Prof. Ing. Teresa Crespellani

Corsi di Laurea Specialistica in Ingegneria per la Tutela dell’Ambiente e del Territorio e Ingegneria Civile

ASPETTI GEOTECNICI NELLA PROGETTAZIONE DELLE DISCARICHE


1. ORIGINI E SVILUPPI DELL’INGEGNERIA GEOTECNICA AMBIENTA-

LE La sensibilità dell’ingegneria geotecnica nei confronti delle problematiche ambientali, quali lo smaltimento dei rifiuti e quindi la progettazione delle discariche, il trattamento dei siti inquinati, l’inquinamento delle falde idri-che, ecc. è stata alquanto scarsa fino alla fine degli anni ’70. Fino ad allo-ra, ad esempio, non erano ben chiare le conseguenze a lungo termine per l’ambiente circostante (terreno e acqua di falda) della presenza di discari-che di rifiuti non controllate, nella maggior parte dei casi realizzate senza studi di fattibilità e di impatto ambientale preliminari e in assenza di una base progettuale ingegneristica o di un background di esperienze sul campo sufficientemente ampio, con la convinzione che fosse sufficien-temente un terreno di fondazione argilloso per creare una barriera nei confronti di tutti quegli agenti contaminanti presenti nei rifiuti.

L’ingegneria geotecnica ambientale, intesa come disciplina, nell’ingegneria geotecnica, che si occupa dello studio di tutti quei feno-meni connessi all’inquinamento del terreno e dell’acqua di falda e degli interventi finalizzati a prevenire, o limitare tali condizioni di inquinamen-to o al recupero di siti già inquinati, si è sviluppata a partire dalla fine de-gli anni ‘70, con un ritmo e una rapidità sorprendenti, soprattutto negli USA, e nei paesi più industrializzati, dove la quantità di beni prodotti, nei vari settori, e quindi di rifiuti accumulati (come indicato in Tabella 1 con riferimento alla situazione dei paesi più industrializzati, e in Figura 1, con riferimento alla situazione locale della Provincia di Firenze), ha reso sempre più urgente affrontare i problemi connessi con il trattamento e lo smaltimento dei rifiuti, sia essi di origine industriale o civile, sia essi di natura pericolosa o meno.

In particolare negli USA i primi studi, effettuati da compagnie pri-vate o da istituti nazionali, finalizzati ad una progettazione razionale di “strutture di contenimento dei rifiuti” (discariche controllate) compren-siva dello studio di tutti i fenomeni connessi con la degradazione dei ri-fiuti e l’attacco degli agenti chimici in essi contenuti, hanno origine con la valutazione di impatto ambientale delle centrali nucleari, soprattutto in relazione allo smaltimento ultimo delle scorie radioattive.

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Tabella 1 – Quantità di rifiuti chimici in alcuni paesi industrializzati (espressi in tonnellate e pro capite, in kg/persona)

Nazione Popolazione (x 106)

Rifiuti prodotti (x 106 ton)

Rifiuti prodotti pro capite (kg/pers)

Svizzera 6.4 0.1 16 Danimarca 5.1 0.1 20

Canada 23.9 1 42 Svezia 8.3 0.5 60 Olanda 14.1 1 71 Italia 57 5 88

Regno Unito 56 5 89 Francia 53.7 5 93

Germania Ovest 61.6 6 97 Belgio 9.9 1 101

Stati Uniti 227.7 40 176

Figura 1 – Prospetto della quantità di rifiuti prodotti (espressi in kg/ab per anno) nella Provincia di Firenze per l’anno 1999

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Ma fu a partire dai primi anni ’80 che l’ingegneria geotecnica am-bientale subì una svolta e un’accelerazione significativa, quando enti go-vernativi, rappresentati dalle “Agenzie ambientali”, avvertirono la neces-sità di emanare normative sulla progettazione delle discariche, che si rive-larono, sin nelle prime versioni, particolarmente restrittive conducendo le tecniche progettuali a livelli di complessità e di sofisticazione mai rag-giunti prima, e che richiesero competenze e professionalità specifiche nel campo, che non si esaurivano nella fase di progettazione realizzazione della struttura, ma riguardavano anche la fase di gestione e controllo suc-cessive. Fu proprio in questa occasione che vennero coinvolti, e con le maggiori responsabilità, gli ingegneri geotecnici, anche se in realtà le competenze richieste nel campo delle discariche sono più vaste (geologi, chimici, agronomi, ingegneri civili con varie specializzazioni, dall’ingegneria sanitaria a quella idraulica e ambientale), dovendo garanti-re non solo la comprensione del fenomeno dell’inquinamento del terreno e delle falde, ma anche fornire soluzioni ingegneristicamente affidabili, fattibili e possibilmente economiche. L’adeguata preparazione di questi tecnici è indispensabile soprattutto per i paesi con un’industrializzazione emergente, per evitare tutti quegli errori già commessi in passato nei pae-si più industrializzati.

Negli anni successivi, con l’emanazione di normative ancora più re-strittive, apparve chiaro come in realtà erano le agenzie ambientale a gui-dare e a decidere l’evoluzione in materia di progettazione di discariche o di trattamento e recupero di siti inquinati, e come i tecnici si “limitasse-ro” ad adeguarsi e a cercare di sviluppare e implementare le soluzioni progettuali imposte

2. QUADRO NORMATIVO Per quanto detto nel precedente paragrafo conoscere i riferimenti nor-mativi nazionali sull’argomento è indispensabile soprattutto quando, l’evoluzione tecnologico-scientifica in tema di progettazione di discariche è stato una conseguenza dell’emanazione di tali normative.

2.1 USA La Normativa vigente negli USA è senza dubbio una delle più complesse e complete sull’argomento, nonché una delle più avanzate, per cui deve essere considerata come un riferimento per tutti gli altri paesi. In partico-lare esistono due leggi fondamentali di riferimento, con i relativi emen-damenti: una riguardante le nuove discariche, recante norme sullo smal-timento dei rifiuti solidi, e nota come “RCRA” (Resource Conservation and Recovery Act) con gli emendamenti “HSWA” (Hazardous and Solid Waste Amendments) per i rifiuti solidi pericolosi (Subtitle C) e non pericolosi (Su-btitle D) e una riguardante la bonifica delle vecchie discariche e più in ge-

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nerale dei siti inquinati, “CERCLA” (Comprehensive Enviromental Response, Compensation and Liability Act), nota anche come “Superfund” (in quanto connessa a un cospicuo finanziamento per la bonifica di tutti quei siti in-quinati per i quali non era stato possibile individuare i responsabili o tali responsabili non fossero in grado di pagare), poi superata da “SARA” (Superfund Amendments and Reauthorization Act)

Ovviamente nelle Normative i rifiuti classificati come pericolosi sono quelli percepiti come i più dannosi e che quindi richiedono la mag-giore attenzione e quindi le norme più restrittive. Il problema consiste nel definire quando un rifiuto si possa classificare come pericoloso e nell’attribuire ad esso una definizione chiara, univoca e facilmente com-prensibile, basta su prove ampiamente riconosciute, affidabili e facilmen-te riproducibili.

Secondo il RCRA i rifiuti pericolosi costituiscono un sottoinsieme dei rifiuti solidi, ed un rifiuto solido, secondo una definizione voluta-mente ampia e indefinita nei suoi termini, è un materiale, ad eccezione di quelli specificamente esclusi, che: 1. viene smaltito o abbandonato in luoghi per lo smaltimento; 2. viene bruciato, incenerito o riciclato, oppure 3. viene considerato come un rifiuto

Un rifiuto è considerato pericoloso, quando soddisfa uno dei se-

guenti criteri: 1. il rifiuto è esplicitamente incluso in una lista di rifiuti pericolosi (for-

nita dalla normativa stessa); 2. il rifiuto è una mistura contenente rifiuti pericolosi (“ogni rifiuto mesco-

lato con un rifiuto pericoloso è un rifiuto pericoloso”); 3. il rifiuto è derivato dal trattamento, stoccaggio o smaltimento di un

rifiuto pericoloso (“ogni rifiuto che era pericoloso una volta, lo è sempre”); 4. il rifiuto presenta almeno una delle caratteristiche dei rifiuti pericolo-

si: a) infiammabilità (il rifiuto presenta un rischio di infiammabilità

quando viene maneggiato durante le normali operazioni di routi-ne, e ha una temperatura di infiammabilità minore di 60°C oppu-re non è un liquido ma è in grado di generare un incendio a causa di reazioni chimiche spontanee dei suoi costituenti);

b) corrosività (il rifiuto presenta un PH ≤ 2 oppure un PH ≥ 12.5 oppure corrode l’acciaio a una velocità maggiore di 6 mm/anno a 58°C);

c) reattività (il rifiuto è chimicamente instabile e può causare violente reazioni);

d) tossicità (valutata sulla base di un test standardizzato, TCLP, “To-xicity Characteristic Leaching Procedure”, elaborato dall’EPA, “Envi-

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ronmental Protection Agency”, in cui il rifiuto solido polverizza-to viene mescolato a un liquido, con rapporto 20:1, e successi-vamente la fase solida e liquida separate per centrifugazione e fil-trazione, e sulla fase liquida vengono cercati le sostanze conside-rate tossiche secondo un’apposita lista (Tabella 2) e confrontato il quantitativo trovato con i valori limite indicati nella medesima tabella.

Tabella 2 – Sostanze tossiche e valori limite consentiti dall’EPA

Non vengono considerati nella classificazione dei rifiuti pericolosi i

rifiuti domestici (detti anche rifiuti solidi urbani) e le piccole quantità di rifiuti pericolosi.

È assolutamente vietato negli USA smaltire rifiuti pericolosi senza un adeguato trattamento preliminare, ed è per tale motivo che la quantità di rifiuti pericolosi smaltiti in discariche è notevolmente diminuito col tempo rispetto alla quantità che invece viene distrutta per incenerimento.

Invece il volume dei rifiuti solidi urbani smaltiti in discarica è rima-sto grosso modo costante o aumentato leggermente (il riciclo dei rifiuti ha contribuiti a rallentare la crescita del volume di rifiuti da smaltire ma non a ridurne la quantità, per cui le discariche sono e rimarranno anche in futuro il mezzo primario per lo smaltimento di questo tipo di rifiuti).

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2.2 Italia

2.2.1 Rifiuti In Italia il quadro normativo in materia di rifiuti è costituito dal “D.Lgs. 5 febbraio 1997, n. 22 (1).Attuazione delle direttive 91/156/CEE sui rifiuti, 91/689/CEE sui rifiuti pericolosi e 94/62/CE sugli imballaggi e sui rifiuti di imballaggio”, più comunemente noto come “Decreto Ronchi”.

Tale decreto ha profondamente cambiato i punti di riferimento normativo modificando radicalmente i presupposti e gli obiettivi nella gestione dei rifiuti. Innanzitutto il Decreto individua i seguenti come obiettivi prioritari: ♦ la prevenzione ♦ la riduzione della produzione ♦ la riduzione della pericolosità da perseguirsi mediante un complesso di indicazioni tecnico-economiche come: lo sviluppo di tecnologie pulite la promozione di strumenti economici l’immissione sul mercato di prodotti che non contribuiscano o con-

tribuiscano il meno possibile (per la fabbricazione, uso e smaltimen-to) ad incrementare: • la quantità dei rifiuti • il volume dei rifiuti • la pericolosità dei rifiuti • i rischi di inquinamento

lo sviluppo di tecniche per l’eliminazione di sostanze pericolose con-tenute nei rifiuti destinati al recupero o allo smaltimento la determinazione di condizioni di appalto che valorizzino capacità e competenze tecniche nella prevenzione della riduzione dei rifiuti la promozione di accordi e contratti di programma finalizzati alla pre-venzione e riduzione della quantità e pericolosità dei rifiuti.

Ai fini di una corretta gestione dei rifiuti il decreto impegna le auto-

rità competenti a favorire la riduzione dello smaltimento finale dei rifiuti attraverso: • il reimpiego e il riciclaggio • le altre forme di recupero per ottenere materia prima dai rifiuti • l’adozione di misure economiche e la determinazione di condizioni di

appalto che prevedano - l’impiego dei materiali recuperati dai rifiuti al fine di favorire il mercato dei materiali medesimi

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• l’utilizzazione principale dei rifiuti come combustibile o come altro mezzo per produrre energia

• lo smaltimento (discarica) dei rifiuti deve essere effettuato in condi-zioni di sicurezza e costituisce la fase residuale della gestione dei ri-fiuti.

Il decreto precisa inoltre che lo smaltimento dei rifiuti è attuato con

il ricorso ad una rete integrata e adeguata di impianti di smaltimento, che tenga conto delle tecnologie più perfezionate, al fine di: realizzare l’autosufficienza nello smaltimento dei rifiuti urbani non

pericolosi in ambiti territoriali ottimali; permettere lo smaltimento in uno degli impianti appropriati più vicini

al fine di ridurre i movimenti dei rifiuti tenendo conto degli impianti specializzati;

utilizzare i metodi e le tecnologie più idonei a garantire un alto grado di protezione dell’ambiente e della salute pubblica.

Anche la classificazione dei rifiuti è stata notevolmente semplifica-

ta, dividendo i rifiuti secondo l’origine in: urbani speciali

e secondo le caratteristiche in: pericolosi non pericolosi

Per la definizione di tali categorie si rimanda all’Allegato 1.

La gestione dei rifiuti urbani viene garantita, come già detto, in am-biti territoriali ottimali (ATO), i quali, salvo diversa disposizione stabi-lita con legge regionale, corrispondono con il territorio provinciale (Fi-renze rientra nell’ATO6, cui corrisponde gran parte del territorio provin-ciale, come mostrato in Figura 2). In Appendice 1 viene riportato il testo completo della legge, mentre in Appendice 2 viene descritta sommariamente la struttura della legge e fo-calizzati alcuni punti.

2.2.2 Discariche Come previsto dal Decreto Ronchi, è stato successivamente emanato un Decreto Legge specifico in materia di discariche : ”Decreto Legislativo 13 gennaio 2003, n.36. Attuazione della Direttiva 1999/31/CE relativa alle discari-che di rifiuti” che supera la precedente legge : “13 settembre 1984, n. 253” . Il testo della legge e dei suoi allegati è riportato in Appendice 3.

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Figura 2 – Delimitazioni degli ambiti territoriali 5 e 6 per la Provincia di Firenze

Le finalità della legge (Art.1) sono già quelle dichiarate nel Decreto Ronchi in merito alla gestione dei rifiuti (vedi All.1), l’ oggetto della leg-ge (Art. 1) è il seguente: “...il presente decreto stabilisce requisiti operativi e tecnici per i rifiuti e le discariche, misure, procedure e orientamenti tesi a prevenire o a ridurre il più possibile la ripercussioni negative sull'ambiente, in particolare l'inquinamento delle acque superficiali, delle acque sotterranee, del suolo e dell'atmosfera, e sull'am-biente globale, compreso l'effetto serra, nonché i rischi per la salute umana risultanti dalle discariche di rifiuti, durante l'intero ciclo di vita della discarica.” 1. La definizione data di discarica (Art. 2) è : “l’area adibita a smaltimento dei rifiuti mediante operazioni di deposito sul suolo o nel suolo, compresa la zona interna al luogo di produzione dei rifiuti adibita allo smaltimento dei medesimi da parte del 1 Si sottolinea come le disposizioni previste dalla Legge debbano essere ritenute valide per l’intero ci-clo di vita della discarica, dalla fase di progettazione e realizzazione, alla fase di gestione operativa e di gestione e controllo post-operativi (dopo la chiusura della discarica).

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produttore degli stessi, nonché qualsiasi area ove i rifiuti sono sottoposti a deposito temporaneo per più di un anno. Sono esclusi da tale definizione gli impianti in cui i rifiuti sono scaricati al fine di essere preparati per il successivo trasporto in un impian-to di recupero, trattamento o smaltimento, e lo stoccaggio di rifiuti in attesa di recupero o trattamento per un periodo inferiore a tre anni come norma generale, o lo stoccaggio di rifiuti in attesa di smaltimento per un periodo inferiore ad un anno”. Per ciò che riguarda l’ambito di applicazione (Art.3) vengono specifi-cati i casi a cui non si ritengono applicabili le norme della legge (deposito di fanghi non pericolosi di dragaggio di corsi d’acqua, deposito di terra non inquinata o rifiuti inerti utilizzati per il riempimento, etc.). Le discariche vengono classificate (Art.4) in − discarica per rifiuti inerti − discarica per rifiuti non pericolosi − discarica per rifiuti pericolosi Per quanto riguarda la definizione di rifiuti e la loro classificazione rima-ne quella stabilita dal Decreto Ronchi e lo smaltimento in discarica viene differenziato unicamente sulla base della pericolosità (e non sulla base dell’ origine). Vengono invece definiti come rifiuti inerti : “i rifiuti solidi che non subiscono alcuna trasformazione fisica, chimica o biologica significativa; i rifiuti inerti non si dissolvono, non bruciano, né sono soggetti ad altre reazioni fisiche o chi-miche, non sono biodegradabili e, in caso di contatto con altre materie, non comportano effetti nocivi tali da provocare inquinamento ambientale o danno alla salute umana. La tendenza a dar luogo a percolati e la percentuale inquinante globale dei rifiuti, nonché l'ecotossicità dei percolati devono essere trascurabili e, in particolare, non dan-neggiare la qualità delle acque, superficiali e sotterranee”. Vengono stabiliti gli obiettivi programmatici di riduzione del quantita-tivo di rifiuti biodegradabili da collocare in discarica (Art. 5), definiti come “qualsiasi rifiuto che per natura subisce processi di decomposizione aerobica o anaerobica, quali, ad esempio, rifiuti di alimenti, rifiuti dei giardini, rifiuti di carta e cartone”. Vengono elencati i rifiuti non ammessi in discarica (Art. 6): rifiuti allo stato liquido, rifiuti esplosivi, corrosivi, sanitari pericolosi a rischio infet-tivo (come classificati e individuati dal Decreto Ronchi o da altre dispo-sizioni successive), etc., precisando che è vietato diluire o miscelare i ri-fiuti solo al fine di renderli conformi ai criteri di ammissibilità, e vengono stabiliti i criteri di ammissibilità (Art. 7) dei rifiuti, rimandando ad una specifica legge “Decreto 13 marzo 2003, Criteri di ammissibilità dei rifiuti in di-scarica” (il cui testo è riportato in Appendice 4). Si precisa inoltre che:: 1) i rifiuti possono essere collocati in discarica solo dopo trattamento (ad

eccezione dei rifiuti inerti per il quale il trattamento non sia tecnica-mente fattibile o dei rifiuti per il quale trattamento risulta inutile);

2) nelle discariche per inerti sono ammessi solo i rifiuti inerti che soddi-sfano i criteri della suddetta legge;

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3) nelle discariche per rifiuti non pericolosi possono essere ammessi: i ri-fiuti urbani, i rifiuti non pericolosi di qualsiasi altra origine che soddi-sfano i criteri di ammissione previsti dalla suddetta legge; i rifiuti peri-colosi stabili e non reattivi che soddisfano i criteri di ammissione pre-visti dalla suddetta legge;

4) nelle discariche per rifiuti pericolosi possono essere ammessi solo i ri-fiuti pericolosi che soddisfano i criteri della suddetta legge.

Segue poi una parte prettamente tecnica riguardante:le modalità di prepa-razione della domanda di autorizzazione per la costruzione e l’esercizio di una discarica (Artt. 8 – 10), le procedure di ammissione, di chiusura e di gestione operativa e post-operativa (Artt. 12 e 13), preci-sando che il gestore è “ il soggetto responsabile di una qualsiasi delle fasi di ge-stione di una discarica, che vano dalla realizzazione e gestione della discarica fino al termine della gestione post-operativa compresa; tale soggetto può variare dalla fase di preparazione a quella di gestione successiva alla chiusura della discarica”. Di particolare importanza ai fini progettuali è l’Allegato 1, ove sono ri-portati i criteri costruttivi e gestionali degli impianti di discarica, con rife-rimento alle discariche per rifiuti inerti, alle discariche per rifiuti non pe-ricolosi e pericolosi ed ai depositi sotterranei di rifiuti. Questi ultimi sono classificati come “un impianto per il deposito permanente di rifiuti situato in una cavità geologica profonda, senza coinvolgimento di falde o acquiferi, quale una miniera di potassio o sale”. Faremo riferimento a tali norme nei paragrafi successivi, una volta entrati nel merito della progettazione delle discari-che. Infine nell’Allegato 2 sono riportati i piani di gestione operativa, di ripri-stino ambientale, di gestione post-operativa, di sorveglianza e controllo, finanziario.

2.2.3 Bonifica dei siti inquinati Per quanto riguarda il trattamento e la bonifica dei siti inquinati, che non è l’argomento di queste dispense, si rimanda al testo della legge, riportato in Appendice 5 :”Decreto 25 ottobre 1999, n. 471; Regolamento recante criteri, procedure e modalità per la messa in sicurezza, la bonifica e il ripristino ambientale dei siti inquinati, ai sensi dell'articolo 17 del decreto legislativo 5 febbraio 1997, n. 22, e successive modificazioni e integrazioni”

3. CARATERISTICHE DEI RIFIUTI I rifiuti classificati come speciali secondo la normativa italiana sono gene-ralmente i meno consistenti in termini di quantità, rispetto a quelli urba-ni, ma sicuramente i più vari per il tipo di materiali e la loro origine spe-cie se si fanno riferimento anche a vecchie discariche esistenti (e quindi a rifiuti prodotti in epoche diverse). Molti di questi rifiuti sono una combi-nazione di materiali diversi, e possono essere da molto alcalini a molto

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acidi, ricchi di metalli o di sostanze organiche o di entrambe. Nel caso specifico dei liquidi organici, ad esempio, essi possono essere solubili nell’acqua o non solubili (nella realtà a bassissima solubilità), e questi ul-timi possono essere leggeri (con peso specifico inferiore a quello dell’acqua) o densi (con peso specifico maggiore, e anche i più difficili da rimuovere ad esempio nella falde inquinate). In Tabella 3 sono riportati i dati sulla produzione di rifiuti speciali (non pericolosi) nella Provincia di Firenze (espressi in ton) per gli anni 1993 e 1996, suddivisi per tipologie di rifiuto. I rifiuti urbani sono meno variegati nelle tipologie, ed hanno una distri-buzione percentuale estremamente variabile soprattutto a causa delle at-tività di recupero e di riciclaggio, che influiscono, oltre che sulla quantità anche sulla composizione di tali rifiuti. Tali rifiuti hanno la proprietà di decomporsi col tempo, specie se smaltiti in discariche, e produrre gas (biogas), come il metano, o liquidi (percolato), questi ultimi derivanti direttamente dal rifiuti, mediante decomposizione o reazione chimica, e da fenomeni di consolidazione che avvengono nel terreno e dall’attraversamento di acqua di infiltrazione. Per tali motivi nella proget-tazione di una discarica la parte relativa alla raccolta e al controllo dei gas prodotti e del percolato è di particolare importanza. Tabella 3– Dati sui rifiuti speciali nella Provincia di Firenze (in ton) per gli anni 1993 e

1996 (con riferimento alle categorie definite nel Piano Regionale) Codice Rifiuto

Descrizione Rifiuti prodotti 1993 (ton)

Rifiuti prodotti 1996 (ton)

A1 Soluzioni e/o miscele acquose con inquinanti

4904 10747

A2 Soluzioni e/o miscele acquose con inquinanti

80019 137278

A3 Soluzioni e/o miscele acquose basi-che

1040 2240

A4 Soluzioni e/o miscele acquose acide 484 258 A5 Soluzioni saline 898 369 B0 Sostanze e composti organici non a-

logenati 2128 1577

C0 Sostanze e composti organici alogena-ti

85 182

D0 Oli grassi animali e vegetali 5277 2428 F1 Fanghi prevalentemente inorganici 41352 8380 F2 Fanghi prevalentemente organici 40413 89118 G0 Metalli, non metalli, ossidi, anidridi,

idrossidi,... 7209 11044

H0 Rifiuti solidi speciali 21055 23904 K0 Rifiuti solidi speciali assimilabili a

RSU 42718 40868

L0 Rifiuti ospedalieri 9669 3944 M0 Rifiuti inerti 52449 116949

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In Tabella 4 sono riportati le stime , per il 2003, sulla composizione mer-ceologica dei rifiuti solidi urbani e assimilati, suddivisa in aree ad urba-nizzazione intensiva (Comune di Firenze e principali Capoluoghi) ed e-stensiva. Mentre in Figura 3 è riportato un grafico raffigurante l’andamento nel tempo della quantità di rifiuti solidi urbani prodotti per l’ATO6 (espressa in ton). Tabella 4– Composizione merceologica dei rifiuti per l’ATO6 sulla base delle stime effettua-

te per l’anno 2003, distinte per aree ad urbanizzazione intensiva ed estensiva. RSU Aree ad urbanizzazione

intensiva (%) Aree ad urbanizzazione

estensiva (%) Vetro 2.6 4.3

Organico 26.8 29.0 Plastica 14.5 17.0 Carta 21 21.5

Legno/tessili 5.3 9.7 Sovvalli 20.5 10.6 Metalli 5.2 2.6 Varie 4.0 5.3

Figura 3 – Andamento nel tempo della quantità di RSU prodotti nell’ATO6 (in ton) os-servato e stimato (fino al 2007)

4. EVOLUZIONE NELLA PROGETTAZIONE DELLE DISCARICHE La discarica è il luogo di smaltimento definitivo di tutti quei rifiuti indesiderati o non utilizzati. Fino a qualche decennio fa’ quasi tutte le discariche erano discariche non controllate all’aperto (“unegineered open dumps”), realizzate in tutti quei luoghi che meglio si prestavano per conformazione topografica (depressioni, piane alluvionali, ecc.) o per condiziono di inutilizzo (cave

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abbandonate). Solo successivamente si è passati ad una sistemazione più consapevole dei rifiuti in celle interrate e coperte giornalmente da terreno e delimitate inferiormente con una barriera impermeabile, generalmente costituita dal terreno naturale presente in sito, per poi passare negli anni più recenti, grazie all’impulso determinato dalle normative, a delle vere e proprie unità di contenimento (discariche controllate) progettate e rea-lizzate in modo razionale sia per quando riguarda gli aspetti ingegneristici (relativi alle barriere, in terreno naturale e/o in geosintetici, semplici o multiple, ai sistemi di raccolta e gestione del percolato e dei gas) che quelli organizzativi (riguardo alla scelta del sito, alla cernita preventiva dei tipi di rifiuti da smaltire, alla fase esecutiva di realizzazione, con prepara-zione di campi prova, alla gestione e al controllo della discarica durante il riempimento e dopo la chiusura, ecc.).

5. FINALITÀ DI UNA DISCARICA Non sempre è facile definire gli obiettivi con cui viene realizzata una di-scarica per i numerosi e vari soggetti e interessi coinvolti; infatti dal pun-to di vista del proprietario l’obiettivo primario è quello di smaltire i rifiuti ad un costo che possa essere sostenuto dai cittadini ma che consenta un discreto margine di guadagno, mentre per i cittadini l’obiettivo primario è quello di minimizzare l’impatto ambientale (e nella maggior parte dei casi che la discarica venga realizzata il più lontano possibile!), infine per il progettista l’obiettivo principale è quello di raggiungere un compromesso tra soluzioni ingegneristiche, nel rispetto dei requisiti minimi richiesti dal-la normativa vigente, e costi.

In ogni caso al di là degli interessi delle singole parti l’obiettivo principale di una discarica è contenere i rifiuti in modo da proteg-gere la salute pubblica e l’ambiente come indicato in tutte le normati-ve sull’argomento (compreso quella italiana).

Ovviamente ogni impresa comporta un rischio di fallimento, l’obiettivo del progettista è minimizzare il rischio che la discarica non si comporti secondo le aspettative e in ogni caso predisporre in fase di rea-lizzazione un sistema di monitoraggio che consenta di controllare la di-scarica sia durante il riempimento che soprattutto dopo la chiusura. Ge-neralmente il rispetto dei requisiti minimi di legge si assume sufficiente per minimizzare tale rischio e tale da soddisfare tutti gli obiettivi specifici delle parti interessate.

Quando si parla di malfunzionamento di una discarica ci si riferisce alla presenza di eventuali perdite, cioè alla filtrazione di percolato nel ter-reno sottostante; siccome è impossibile realizzare rivestimenti totalmente ed eternamente impermeabili, il problema da affrontare non è legato al verificarsi o meno di tali perdite, ma alla loro entità in un determinato

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periodo di tempo e all’effetto sull’ambiente circostante, che dovranno es-sere resi minimi.

6. ITER PROGETTUALE L’iter progettuale relativo alla realizzazione di una discarica è general-mente complesso e lungo e comprende le seguenti fasi: 1. localizzazione del sito (vagliatura dei siti, indagine a grande scala, inda-

gine di dettaglio, scelta del sito, verifica della disponibilità, valutazione di impatto ambientale e richiesta e concessione dei permessi);

2. caratterizzazione geotecnica di dettaglio (caratteristiche di resistenza e deformabilità del terreno di fondazione, regime idraulico sotterraneo e caratteristiche di permeabilità microscopiche e macroscopiche);

3. progettazione (definizione del tipo, volume, geometria della discarica, tipologie e numero di barriere, tipologia e dimensioni della copertura, presenza e caratteristiche del sistema di raccolta e rimozione del per-colato, modalità di messa in opera dei materiali e particolari esecutivi)

4. controlli in corso di realizzazione (campi-prova), durante la fase attiva della discarica e dopo la chiusura (sistemi di monitoraggio).

7. SCELTA DEL SITO La scelta del sito per l’ubicazione di una discarica costituisce una delle fasi più delicate, che richiede un’attenta analisi e la valutazione di aspetti più propriamente tecnici, di carattere idrologico, geologico, geotecnico e climatico, di aspetti logistici, legati alla vicinanza delle sorgenti di rifiuto, alla rete di trasporti, e infine di aspetti sociali, legati all’impatto ambienta-le.

Nella realtà è proprio quest’ultimo aspetto, e quindi in ultima ana-lisi la disponibilità del sito, quello che condiziona maggiormente la scelta, in quanto sebbene si avverta la necessità delle discariche e vi sia la con-sapevolezza che il riciclaggio o il semplice trattamento dei rifiuti da soli non siano sufficiente per risolvere il problema, nessuno desidera una di-scarica vicino casa. Il problema principale da affrontare è quindi la sensi-bilizzazione e soprattutto l’informazione, su come sono realizzate le nuove discariche, come operano e i livelli di sicurezza che possono ga-rantire. In ogni caso, la tendenza, una volta ubicata una discarica, è quella di costruire nuove discariche sopra (espansione verticale) o a fianco di discariche già esistenti oppure in siti che già ospitano altre discariche. In linea teorica comunque un sito si considera ideale per l’ubicazione di una discarica, quando: è situato vicino alle sorgenti dei rifiuti che dovrà ospitare; è collegato da un’efficiente rete di trasporti; non si trova in un’area morfologicamente depressa o in una piana al-

luvionale;

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è caratterizzato da terreni di fondazione resistenti (per garantire la stabilità della struttura) e impermeabili; presenta una situazione idrogeologica e climatica favorevole.

La procedura da seguire per la scelta del sito si sviluppa in tre fasi

temporalmente distinte: vagliatura dei siti (site screening), indagine inizia-le dei siti selezionati (I fase) e indagine di dettaglio sui siti possibili (II fa-se).

La fase di screening consiste in un analisi su vasta scala su un nu-mero elevato di siti (qualora essi siano disponibili) allo scopo di pervenire ad un più ristretto numero di siti più probabili, si basa su indagini a basso costo (basate su dati di letteratura, mappe o foto su ampia scala già di-sponibili, ecc.) finalizzate alla caratterizzazione dei seguenti aspetti: − condizioni climatiche (climi troppo umidi e piovosi si considerano po-

co adatti, mentre sono preferibili climi più aridi con scarse precipita-zioni ed elevata evapotraspirazione, dove però è necessaria un’accurata progettazione delle barriere impermeabili e della copertura per garanti-re il corretto funzionamento della discarica);

− caratterizzazione della sismicità dell’area; − caratterizzazione stratigrafica (finalizzata all’individuazione di strati di

materiale a bassa permeabilità e di spessore adeguato da interporre tra la base della discarica e il massimo livello di falda);

− condizioni di falda (presenza e capacità degli acquiferi, confinati o in pressione nell’area, loro utilizzabilità a fini potabili, o disponibilità di fonti alternative e massima oscillazione del livello di falda);

Sulla base di tali criteri viene scelto un numero più ristretto di siti più probabili su cui investire con indagini di dettaglio, per aggiornare e incrementare le informazioni già disponibili, sulla base delle quali restrin-gere ulteriormente la scelta ad un insieme di siti possibili tra cui sceglie-re il sito più adatto. In entrambe le fasi vengono programmate, con livel-lo di dettaglio e in quantità differenti, indagini mirate alla caratterizzazio-ne stratigrafica e idrologica del sito, e alla verifica della disponibilità sul posto di materiale utilizzabile per la realizzazione delle barriere e della copertura e delle corrispondenti proprietà fisiche e mineralogiche.

Nella normativa italiana (decreto 13 gennaio, 2003, All.1) vengono

fornire una serie di indicazioni generali circa la scelta del sito, per ciascu-no dei tipi di discarica previsti. Ad esempio per le discariche per inerti sono escluse: “ le aree in corrispondenza di doline, inghiottitoi o altre forme di car-sismo superficiale; le aree dove i processi geologici superficiali quali l'erosione accelerata, le frane, l'instabilità dei pendii, le migrazioni degli alvei fluviali potrebbero compro-mettere l'integrità della discarica; le aree esondabili, instabili e alluvionabili;.le aree naturali protette..”. Inoltre si precisa che : “Per ciascun sito di ubicazione devono

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essere valutate le condizioni locali di accettabilità dell'impianto in relazione ai seguenti parametri: distanza dai centri abitati; fascia di rispetto da strade, autostrade, gasdot-ti, oleodotti, elettrodotti, cimiteri, ferrovie, beni militari”. Criteri più restrittivi vengono applicati per le discariche per rifiuti non pericolosi (sono esclu-se anche zone interessate da faglie attive, aree sismiche di prima catego-ria, aree vulcaniche, etc.). Anche per queste discariche si considerano gli stessi parametri di accettabilità precedente citati per le discariche di inerti (considerando però anche l’eventuale presenza di produzioni agricole e alimentari protette, la presenza di beni storici, artistici e archeologici, etc.). Nel caso dei rifiuti pericolosi non sono accettate deroghe alle pre-scrizioni sopra citate, negli altri casi a livello regionale tali prescrizioni possono essere superate purché non vengano meno le finalità di prote-zione ambientali generali che hanno ispirato la legge stessa.

Indicazioni più specifiche sono fornite nei piani di gestione dei ri-fiuti previsti dal decreto Ronchi, ad esempio nel Piano Provinciale relati-vo alla Provincia di Firenze, per la scelta dei siti degli impianti di smalti-mento definitivo vengono elencati una serie di fattori “escludenti” sulla base dei quali vengono identificate le zone idonee, prima a grande scala, limitandosi a quei soli fattori determinabili a tale scala (“macroindividua-zione”) e poi a piccola scala (“individuazione di dettaglio”), considerando anche quei fattori che richiedono per la loro identificazione indagini di dettaglio. In Figura 4 è riportata, per il territorio di competenza dell’ATO 6, una carta con l’esclusione di tutte le zone non considerate idonee per le discariche sulla base dei fattori escludenti considerati per tutti gli im-pianti di smaltimento definitivo (rappresentati dalle aree a quota maggio-re di 600 m, a distanza minima di 200 m da pozzi ad uso idropotabile, a-ree a rischio idraulico, aree di contenimento del rischio idraulico, ecc) e di una serie di altri fattori, specifici per le discariche, che sono: − prevalenza di suoli a bassa permeabilità; − limitata presenza di insediamenti abitativi nel raggio di 500 m; − distanza dai centri abitati preferibilmente superiore a 1000 m; − viabilità di avvicinamento idonea al passaggio di un limitato numero di

mezzi pesanti. Invece non costituiscono un limite la presenza di eventuale instabi-

lità nei versanti (qualora possa essere risolta in fase di costruzione) o di zone con colture di pregio di estensione limitata e l’assenza o l’inidoneità della viabilità di accesso alla discarica, qualora essa possa essere potenzia-ta o realizzata in fase di costruzione.

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Figura 4 – Delimitazione delle aree escluse (fattori escludenti) nella localizzazione di siti possibili per discariche nell’ATO 6

In Figura 5 sono riportate le ipotesi di localizzazione di nuove di-scariche (oltre ad altri impianti di smaltimento) insieme a quelle preesi-stenti.

8. CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA DEL SITO PRESCELTO Una volta che il sito è stato prescelto è necessario programmare una serie di indagini, in sito e in laboratorio, per meglio quantificare le proprietà geotecniche (fisiche e meccaniche) del terreno di fondazione della disca-rica e/o del terreno presente in sito utilizzato nella realizzazione delle barriere e della copertura, da aggiungersi ai dati già disponibili e reperiti in fase di localizzazione del sito, recanti informazioni generali sulla pre-senza di cavità nel terreno, di faglie attive e potenzialmente attive, di pos-sibilità di fenomeni di subsidenza o manifestazioni di instabilità dei pen-dii. In particolari devono esser definite:

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le caratteristiche di conducibilità idraulica (sia in laboratorio con rife-rimento alla microstruttura del materiale, che in sito con riferimento alla macrostruttura, e quindi ala presenza di giunti, discontinuità del materiale) del terreno di fondazione e del terreno utilizzato nella rea-lizzazione delle barriere e della copertura; le caratteristiche di resistenza (per verifiche della capacità portante del

complesso terreno-discarica, verifiche di stabilità delle pareti laterali) e di deformabilità del terreno di fondazione (per la stima dei cedimenti totali e differenziali sotto il peso dei rifiuti); il regime e le caratteristiche fisico-chimiche delle acque sotterranee.

Figura 5 – Localizzazione di impianti di smaltimento definitivo esistenti e previsti per l’ATO 6

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9. PROGETTAZIONE DI UNA DISCARICA: COMPONENTI PRINCIPALI Come già ricordato nel Par. 5, al di là delle soluzioni progettuali adottate, gli obiettivi primari che devono essere conseguiti nella realizzazione di una discarica sono: 1. minimizzare l’infiltrazione d’acqua nei rifiuti attraverso la copertura o

le pareti laterali; 2. raccogliere e rimuovere i gas e il percolato prodotti; 3. minimizzare il rilascio di percolato nel terreno sottostante.

Tali obiettivi vengono perseguiti predisponendo la discarica rispet-tivamente di: 1. un sistema di copertura; 2. un sistema per la raccolta e la rimozione del percolato e dei gas; 3. un sistema di rivestimento costituito da una o più barriere impermea-

bili Nel già citato ”Decreto Legislativo 13 gennaio 2003, n.36” si stabilisce che : “L'ubicazione e le caratteristiche costruttive di una discarica devono soddisfare le con-dizioni necessarie per impedire l'inquinamento del terreno, delle acque freatiche e delle acque superficiali e (nel caso di discariche per rifiuti non pericolosi e perico-losi) per assicurare un'efficiente raccolta del percolato (che è invece facoltativa nel caso di discariche per inerti).” Nel caso di discariche per inerti: “La protezione del suolo, delle acque freatiche e delle acque superficiali deve essere realizzata mediante la combinazione di una bar-riera geologica e di un eventuale rivestimento della parte inferiore durante la fase di esercizio e mediante l'aggiunta a chiusura della discarica di una copertura della parte superiore durante la fase post-operativa. Qualora la barriere geologica non pre-senti le caratteristiche di seguito specificate, la protezione del suolo, delle acque sotter-ranee e delle acque superficiali deve essere realizzata attraverso il completamento della stessa con un sistema barriera di confinamento.” Nel caso di discariche per rifiuti non pericolosi e pericolosi: “La protezione del suolo, delle acque sotterranee e di superficie deve essere realizzata, durante la fase operativa, mediante la combinazione della barriera geologica, del rivestimen-to impermeabile del fondo e delle sponde della discarica e del si-stema di drenaggio del percolato, e durante la fase post-operativa anche me-diante copertura della parte superiore. Al fine di garantire l'isolamento del corpo dei rifiuti dalle matrici ambientali, la discarica deve soddisfare i seguenti requisiti tec-nici: − sistema di regimazione e convogliamento delle acque superficiali; − impermeabilizzazione del fondo e delle sponde della discarica; − impianto di raccolta e gestione del percolato; − impianto di captazione e gestione del gas di discarica (solo per discariche dove sono

smaltiti i rifiuti biodegradabili); − sistema di copertura superficiale della discarica.”

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9.1 Sistema di contenimento di base (liner system): semplice e doppio Per ciò che riguarda il sistema di contenimento di base esso si

compone di una o più barriere impermeabili e di un sistema per la raccolta e la rimozione del percolato.

Per quanto riguarda le barriere impermeabili può essere utilizzato direttamente il terreno naturale presente in sito, qualora presenti adegua-te caratteristiche di impermeabilità (Figura 6a). Tale tipo di barriera, mol-to utilizzata in passato, non è più consentita dalle normative anche per-ché non esistono terreni completamente impermeabili o che non presen-tino zone a permeabilità più elevata in corrispondenza di giunti o frattu-re. Un altro tipo di barriera è costituito da pareti verticali isolanti (cut off walls), spesso accoppiate con una barriera in terreno naturale presente in sito (Figura 6b), e ancora oggi molto utilizzate soprattutto nella bonifica dei terreni per isolare la contaminazione del suolo. Infine vi sono le bar-riere “costruite” (Figura 6c), che, descritte nelle loro proprietà generali dalle normative nazionali, possono essere realizzati secondo modalità dif-ferenti a seconda dei materiali utilizzati e di quanto si vogliano migliorare i requisiti minimi richiesti. Ad esempio si possono utilizzare materiali ar-tificiali (geomembrane, GM), materiali naturali (argilla compattata, AC), strati compositi (GM + AC), geocompositi (geosintetici e bentonite, GCL).

a)

b)

c)

copertura

Barriera di terreno naturale

terreno

terreno

rifiuti

rifiutimuri “cut off ”

Rivestimento “costruito”

rifiuti

Barriera di terreno naturale

Figura 6 – Tipi di barriere: terreno naturale (a), terreno naturale con muri “cut off” (b), rivestimento costruito (c)

20


9.1.1 Requisiti minimi richiesti dalle Normative Negli USA il RCRA stabilisce i requisiti minimi del sistema di con-

tenimento di base per i rifiuti pericolosi (Sottotitolo C), che consiste in una doppia barriera impermeabile (Figura 7a): con una barriera pri-maria costituita generalmente da una geomembrana e una barriera se-condaria composita, formato da una geomembrana accoppiata con uno strato di argilla compattata. Sopra il primo rivestimento è previsto uno strato per la raccolta del percolato (dreno in materiale naturale o geosin-tetico) e tra le due barriere uno strato (formato generalmente da georeti) per l’individuazione di eventuali perdite di percolato attraverso il primo rivestimento.

Nel caso di discariche per rifiuti non pericolosi (Sottotiolo D) è sufficiente una sola barriera composita (sistema di contenimento di base semplice) con uno strato drenante per la raccolta e la rimozione del percolato (Figura 7b).

Lo strato di argilla compattata deve avere uno spessore minimo di 0.9 m (nel caso di rifiuti pericolosi) e 0.6 m (per i rifiuti non pericolosi) e una conducibilità idraulica minore di 1x10-7 cm/s, le geomembrane de-vono avere uno spessore minimo di 0.76 mm, mentre lo strato di dre-naggio adoperato per la raccolta del percolato deve avere una conducibi-lità maggiore di 1 cm/s e lo strato di controllo delle perdite deve essere in grado di rilevare perdite entro 24 ore.

a)

b)

barriera primaria(geomembrana)

geomembrana

geomembrana

argilla compattata

argilla compattata

barriera secondariacomposita

barriera composita

sistema di raccolta erimozione primario sistema di raccolta e

rimozione secondario

sistema di raccolta erimozione secondario

Figura 7 – Requisiti minimi richiesti dall’US EPA per il sistema di contenimento di base di discariche per rifiuti pericolosi (a) e non pericolosi (b)

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Per quanto riguarda la Normativa italiana (”Decreto Legislativo 13 gen-naio 2003, n.36.) le indicazioni progettuali circa i requisiti minimi richiesti per il sistema di contenimento di base sono : per le discariche per rifiuti inerti: è sufficiente una barriera geologica “determinata da condizioni geologiche e

idrogeologiche al di sotto e in prossimità di una discarica tali da assicurare una ca-pacità di attenuazione sufficiente per evitare rischi per il suolo e le acque superficiali e sotterranee” (conducibilità idraulica k ≤ 1 x 10 -7 m/s; spessore ≥ 1 m); la barriera geologica, qualora non soddisfi naturalmente le condizioni

di cui sopra (accertate mediante apposita indagine in sito) , può essere completata artificialmente attraverso un sistema barriera di confi-namento opportunamente realizzato che fornisca una protezione e-quivalente. il piano di imposta di una eventuale barriera di confinamento deve es-

sere posto al di sopra del tetto dell'acquifero confinato o della quota di massima escursione della falda, nel caso di acquifero non confinato, con un franco di almeno 1,5 metri. la barriera messa in opera artificialmente deve avere uno spessore non

inferiore a 0,5 metri. per le discariche per rifiuti non pericolosi e pericolosi: il substrato della base e dei fianchi della discarica deve consistere in

una formazione geologica naturale che risponda a requisiti di permea-bilità e spessore almeno equivalente a quello risultante dai seguenti cri-teri: · discarica per rifiuti non pericolosi: k ≤ 1 x 10-9 m/s e s ≥ 1 m; · discarica per rifiuti pericolosi: k ≤ 1 x 10-9 m/s e s ≥ 5 m ; la barriera geologica, qualora non soddisfi naturalmente le condizioni

di cui sopra (accertate mediante indagini e perforazioni geognostiche) può essere completata artificialmente attraverso un sistema barriera di confinamento opportunamente realizzato che fornisca una protezione equivalente; per tutti gli impianti deve essere prevista l'impermeabilizzazione del

fondo e delle pareti con un rivestimento di materiale artificiale posto al di sopra della barriera geologica, su uno strato di materiale minerale compattato. Tale rivestimento deve avere caratteristiche idonee a resi-stere alle sollecitazioni chimiche e meccaniche presenti nella discarica. ll piano di imposta dello strato inferiore della barriera di confinamento

deve essere posto al di sopra del tetto dell'acquifero confinato con un franco di almeno 1,5 m, nel caso di acquifero non confinato, al di so-pra della quota di massima escursione della falda con un franco di al-meno 2 m.

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le caratteristiche del sistema barriera di confinamento artificiale sono garantite normalmente dall'accoppiamento di materiale minerale com-pattato (caratterizzato da uno spessore di almeno 100 cm con una conducibilità idraulica k ≤ 10-7 cm/s, depositato preferibilmente in strati uniformi compattati dello spessore massimo di 20 cm) con una geomembrana. l'utilizzo della sola geomembrana non costituisce in nessun caso un si-

stema di impermeabilizzazione idoneo; la stessa deve essere posta a di-retto contatto con lo strato minerale compattato, senza interposizione di materiale drenante. particolari soluzioni progettuali nella realizzazione del sistema barriera

di confinamento delle sponde, che garantiscano comunque una prote-zione equivalente, potranno eccezionalmente essere adottate e realiz-zate anche con spessori inferiori a 0,5 m, a condizione che vengano approvate dall'Ente territoriale competente; in tal caso dovranno esse-re previste specifiche analisi di stabilità del sistema barriera di confi-namento.

9.2 Sistema di copertura (cover system) Il sistema di copertura per una discarica può consistere in più strati (Fi-gura 8): − uno strato superficiale per il controllo dell’erosione (prodotta dal ven-

to e dalla pioggia) e, laddove le condizioni climatiche lo consentono, per la crescita di vegetazione;

− uno strato di protezione, con il duplice scopo di isolare i rifiuti e i componenti della discarica dall’aggressione degli agenti esterni e di immagazzinare l’acqua che filtra attraverso lo strato superficiale per poi restituirla tramite evaporazione o evapotraspirazione attraverso le piante:

− uno strato di drenaggio, necessario soprattutto per quei siti caratteriz-zati da climi piovosi, per allontanare velocemente l’acqua di infiltra-zione in modo che non contribuisca alla formazione del percolato, per ridurre il carico idraulico che agisce sulle barriere e che favorisce la percolazione e per ridurre quindi anche la pressione dell’acqua che può determinare fenomeni di instabilità nella copertura;

− uno strato di barriera (non necessario per siti con clima arido) costitui-to da una singola geomembrana o da uno strato di terreno a bassa permeabilità o da una barriera geocomposita (geomembrana/terreno), o, più recentemente, da un geocomposito bentonitico (GCL);

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− uno strato di raccolta dei gas, necessario soprattutto in discariche per rifiuti che tendono a decomporsi e a produrre gas pericolosi per la sa-lute e/o per il corretto funzionamento della discarica stessa.

Figura 8 – Schema di copertura superficiale di una discarica

strato superficiale

strato diprotezione

strato di drenaggio

strato dibarriera

raccolta gas

La Normativa italiana specifica che la copertura finale di una disca-rica deve rispondere ai seguenti criteri: − isolamento dei rifiuti dall'ambiente esterno; − minimizzazione delle infiltrazioni d'acqua; − riduzione al minimo della necessità di manutenzione; − minimizzazione dei fenomeni di erosione; − resistenza agli assestamenti ad a fenomeni di subsidenza localizzata e deve essere realizzata mediante una struttura multistrato costituita, dall'alto verso il basso, almeno dei seguenti strati: per le discariche per rifiuti inerti: 1) strato superficiale di copertura con spessore ≥1 m che favorisca lo

sviluppo delle specie vegetali di copertura ai fini del piano di ripristi-no ambientale e fornisca una protezione adeguata contro l'erosione e consenta di proteggere le barriere sottostanti dalle escursioni termi-che;

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2) strato drenante con spessore ≥0,5 m in grado di impedire la forma-zione di un battente idraulico sopra le barriere di cui ai successivi punti 3) e 4);

3) strato minerale superiore compattato di spessore ≥0,5 m e di bassa conducibilità idraulica;

4) strato di regolarizzazione per la corretta messa in opera degli elemen-ti superiori e costituito da materiale drenante

per le discariche per rifiuti non pericolosi e pericolosi: 1) strato superficiale di copertura con spessore ≥ 1 m che favorisca lo

sviluppo delle specie vegetali di copertura ai fini del piano di ripristi-no ambientale e fornisca una protezione adeguata contro l'erosione e di proteggere le barriere sottostanti dalle escursioni termiche;

2) strato drenante protetto da eventuali intasamenti con spessore ≥ 0.5 m in grado di impedire la formazione di un battente idraulico sopra le barriere di cui ai successivi punti 3) e 4);

3) strato minerale compatto dello spessore ≥ 0.5 m e di conducibilità idraulica di ≥ 108 m/s o di caratteristiche equivalenti, integrato da un rivestimento impermeabile superficiale per gli impianti di discarica di rifiuti pericolosi;

4) strato di drenaggio del gas e di rottura capillare, protetto da eventuali intasamenti, con spessore ≥ 0.5 m;

5) strato di regolarizzazione con la funzione di permettere la corretta messa in opera degli strati sovrastanti.

9.3 Forma e volume di una discarica Una delle prime questioni da affrontare nella progettazione di una

discarica, una volta individuato il sito, è stabilire se la discarica verrà rea-lizzata interamente al di sopra del piano di campagna (Figura 9a), al di sotto (Figura 9c) o in parte al di sopra e in parte al di sotto (Figura 9b).

La prima configurazione è preferibile soprattutto quando la falda è molto superficiale e comporta molte facilitazioni in fase costruttiva, in quanto tutte le operazioni di messa in posa dei rivestimenti e di costru-zione dei sistemi di drenaggio avvengono a livello del piano di campagna, e garantisce agevolazioni anche dal punto di vista progettuale, nella rea-lizzazione dei sistemi di raccolta e del percolato, che in tal caso viene drenato verticalmente per gravità. D’altra parte le discariche interamente al di sopra del piano di campagna sono più evidenti e procurano quindi un peggiore impatto ambientale. Invece le discariche interamente o in parte al di sotto del terreno, oltre ad essere meglio mimetizzabili, consen-tono un riutilizzo del terreno sovrastante, una volta chiusa la discarica e messa in posa la copertura; inoltre rendono disponibile il materiale di e-scavazione che può essere eventualmente riutilizzato in fase di costru-

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zione o copertura e cosa più importante consentono l’allocazione di un maggior volume di materiale.

rifiuti

a)copertura

barriera

rifiuti

b)copertura

barriera

rifiuti

c)copertura

barriera

Figura 9 – Differenti tipi di disposizione di una discarica rispetto al piano di campagna

Per quanto riguarda la forma geometrica da adottare (inclinazione e altezza delle pareti, profondità della base, ecc.) si considera ottimale quel-la che garantisce lo stoccaggio del massimo volume di rifiuti nella minima superficie, che quindi minimizzando l’ingombro areale consen-te però lo sfruttamento del massimo volume disponibile (per cui la solu-zione ottimale è quella di discarica interamente al di sotto del piano di campagna e con una forma del tipo riportato in Figura 10). Ovviamente nel perseguire tale obiettivo, è necessario rispettare tutte le condizioni che garantiscono la sicurezza e la stabilità della discarica, e che quindi ne vincolano la geometria, e che sono i seguenti: • la massima altezza della discarica rispetto al piano di campagna, H, che

è generalmente condizionata dai vincoli locali (legati a considerazioni di impatto ambientale), in assenza dei quali è invece condizionata dalle pendenze scelte per il sistema di copertura e quindi da considerazioni di stabilità;

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• la distanza tra la base della discarica e la massima altezza raggiunta dal-la falda, D, che è generalmente fissata dalle normative e dipende dal tipo di rifiuti (in tal caso per ottimizzare il volume disponibile per lo stoccaggio generalmente viene disposto il fondo parallelamente alla superficie piezometrica con il maggiore sviluppo nella direzione di de-flusso delle acque sotterranee);

• la pendenza delle scarpate, α, che deve essere un compromesso tra sfruttamento del massimo volume disponibile (configurazione più ri-pida) ed esigenze di stabilità (pendenza non superiore ad un certo limi-te) a breve e a lungo termine da verificare in assenza di rifiuti e rive-stimenti.

D

H

α

Figura 10 – Geometria tipica di una discarica e variabili di progetto

Nella maggior parte dei casi le discariche non vengono realizzate in un corpo unico, ma in più celle adiacenti, autonome e indipendenti, completate e chiuse in tempi differenti. Le ragioni sono molteplici: di na-tura economica in quanto una volta ottenuto il permesso, per limitare i costi di investimento iniziali, può essere opportuno limitarsi a occupare solo una porzione del sito; di natura logistica, in quanto le operazioni di costruzione sono più semplificate per piccoli volumi, ed infine di natura operativa, in quanto come già detto più volte, minore è il tempo in cui una discarica è operativa (cioè tanto prima viene coperta) e maggiori so-no i vantaggi soprattutto per i materiali che costituiscono i rivestimenti che non rimangono così esposti agli agenti atmosferici troppo a lungo.

Le normative possono fissare un limite minimo di volume per la re-alizzazione di una discarica (600.000 m3 per il Piano Regionale della To-scana) ed un tempo medio di vita (12 anni).

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10. BARRIERE DI TERRENO IN ARGILLA (clay liners) Si tratta di barriere realizzate con terreno a bassa permeabilità, pre-

valentemente argilloso, ma che può contenere, anche in grandi quantità, altre componenti (ad esempio sabbia) purché la permeabilità complessiva risultante sia bassa. In particolare si possono distinguere: 1. barriere naturali presenti in sito (naturally occurring clay liners); 2. barriere di argilla compattata (compacted clay liners); 3. barriere di geocompositi bentonitici (geosynthetic clay liners)

Lo scopo di tali barriere è, teoricamente, quello di impedire (nella

pratica di rallentare) il flusso dell’acqua, in modo da minimizzare l’infiltrazione dell’acqua nei rifiuti (quando vengono utilizzate nel sistema di copertura) o il rilascio del percolato nel terreno sottostante la discarica (se utilizzati nel sistema di rivestimento). Per conseguire tali obiettivi la permeabilità della barriera deve essere bassa e rimanere tale per un lungo periodo di tempo; il problema più importante da risolvere consiste nella misura di tale permeabilità, sia locale che estesa all’intero strato.

10.1 Barriere naturali

Sono formazioni presenti naturalmente in sito, caratterizzate da bassa conducibilità idraulica (minore od uguale a 1 10-7÷1 10-6 cm/s), a com-ponente prevalentemente argillosa, al di sopra o all’interno delle quali vengono sepolti i rifiuti. Possono costituire anche l’unica barriera esisten-te (specie per vecchie discariche, ma, a seconda del tipo di rifiuti e quan-do consentito dalla normativa vigente, anche per nuove discariche).

L’aspetto più critico nell’uso di questo tipo di barriera è la misura della permeabilità e soprattutto della sua continuità, in quanto la presenza di imperfezioni e discontinuità strutturali a livello macroscopico può in-crementare notevolmente la permeabilità globale rispetto a quella misura-ta localmente e dipendente solo dalla composizione del terreno.

Generalmente vengono effettuate prima indagini a scala più vasta di carattere geologico e stratigrafico finalizzate anche alla caratterizzazione dell’idrogeologia regionale (pozzi esplorativi, indagini geofisiche superfi-ciali e in foro, ecc.), seguite poi da indagini più mirate consistenti in pro-ve di permeabilità in laboratorio (con tutti i limiti di rappresentatività che tali prove comportano, non essendo in grado di rilevare le discontinuità presenti nella macrostruttura del deposito e fornendo quindi dei valori della permeabilità generalmente inferiori a quelli effettivamente presenti in sito) e in sito (a carico variabile e costante). Queste ultime sono indi-spensabili per caratterizzare accuratamente la permeabilità del rivestimento e soprattutto la sua continuità, e devono essere eseguite in numero dipendente dalla complessità idrogeologica del sito,

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ro dipendente dalla complessità idrogeologica del sito, dall’accuratezza richiesta, dai fondi disponibili, ecc. (generalmente ne vengono effettuate da 10 a 20), con l’accortezza di sigillare bene il foro al termine della pro-va per non compromettere l’integrità idraulica del rivestimento.

Essendo molto difficile caratterizzare in maniera completa e conti-nua la conducibilità idraulica di uno strato di terreno o di roccia naturali, è opportuno che tale barriera non venga mai utilizzata da sola.

10.2 Barriere di argilla compattata La materia prima utilizzata per questo tipo di barriere è costituita dal ter-reno naturale che può essere eventualmente addizionato con materiali la-vorati (quali ad esempio la bentonite) o sintetici (ad esempio polimeri). Il materiale viene preparato e poi steso sul terreno in “fogli” che successi-vamente vengono compattati meccanicamente. Lungo le pareti laterali della discarica tali fogli possono essere disposti parallelamente al pendio (solo per pendenze inferiori 2.5÷3 :1 come indicato in Figura 11a) o oriz-zontalmente (adottando per gli strati una lieve pendenza verso l’interno, Figura 11b, in modo da non facilitare l’infiltrazione del percolato nell’interfaccia tra gli strati). La prima soluzione generalmente viene pre-ferita in quanto riduce notevolmente l’effetto sulla permeabilità comples-siva di eventuali zone caratterizzate da materiale scadente o da una non perfetta connessione tra gli strati.

a)

materiale scadente

materiale scadente

pendenza

b)

Figura 11 – Disposizione degli strati di argilla compattata lungo le pareti laterali di una discarica, parallelamente al pendio (a) e orizzontalmente (b)

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Lo scopo della compattazione è quello di amalgamare i “grumi” in una massa omogenea in modo da eliminare gli spazi e i vuoti presenti ed arrivare quindi, se le caratteristiche del materiale di partenza lo consento-no, ad un coefficiente di permeabilità inferiore od uguale a 1 10-7 cm/s.

A parità del tipo di terreno utilizzato le condizioni di umidità iniziali e le modalità di compattazione influiscono notevolmente sul risultato fi-nale in termini di permeabilità, in particolare, come dimostrato da nume-rose prove di laboratorio (Figura 12), una bassa conducibilità idraulica è più facile da raggiungere partendo da terreno umido con un contenuto d’acqua ottimale (per facilitare l’amalgama dei grumi di terreno) e appli-cando un’elevata energia di compattazione (per frantumare ed omoge-neizzare anche i grumi più resistenti).

cond

ucib

ilità

idra

ulic

a (c

m/s

)

peso

secc

o (P

CF)

contenuto d’acqua (%)

energia di compattazione

crescente

energia di compattazionecrescente

contenutod’acquaottimale

Figura 12 – Effetto del contenuto d’acqua del terreno e dell’energia di compattazione sulla conducibilità idraulica finale raggiungibile

Il materiale da utilizzare, generalmente reperito in sito, deve posse-dere dei requisiti minimi per garantire il raggiungimento dei valori deside-rati del coefficiente di permeabilità, e cioè: − percentuale di fine (calcolata sul passante al setaccio N.200) ≥ 20 ÷

30%; − indice di plasticità ≥ 7 ÷ 10%; − percentuale di ghiaia (determinata al setaccio N.4) ≤ 30%; − dimensione massima delle particelle pari a 25 ÷ 50 mm.

30


Si possono adottare anche criteri più restrittivi (a seconda del tipo di terreno), mentre ad esempio per il contenuto di ghiaia si può ammette-re anche una percentuale fino al 50 ÷ 60% senza compromettere la per-meabilità finale raggiungibile dopo la compattazione, in quanto le parti-celle d’argilla tendono comunque ad occludere i vuoti, l’unico rischio è costituito dalla frammentazione dei clasti che si può verificare durante la compattazione (per cui è preferibile rimanere al di sotto del 30%). Inoltre è opportuno che non vengano utilizzati terreni troppo plastici (con valori dell’indice di plasticità maggiori del 30 ÷ 40%) che tendono a formare agglomerati molto duri quando sono secchi e diventano molto viscosi quando sono umidi.

Qualora il terreno disponibile in sito non presenti tutte le caratteri-stiche richieste deve essere mescolato ad esempio con bentonite per rag-giungere la permeabilità desiderata, considerando che anche piccoli quan-titativi possono abbassare notevolmente la permeabilità del terreno di va-ri ordini di grandezza (Figura 13).

Figura 13 – Effetto della bentonite sulla conducibilità idraulica di un terreno

bentonite (%)

cond

ucib

ilità

idra

ulic

a (c

m/s

)

Per quanto riguarda la messa in opera degli strati si procede , quan-do il terreno lo richiede, ad operazioni preliminari per la rottura degli ag-glomerati più grossi e duri, per la rimozione di ciottoli o pezzi di roccia e per aumentare, se richiesto, il contenuto d’acqua naturale e la permeabili-tà, mescolando il terreno con acqua e additivi. Quindi vengono stesi i “fogli” di materiale sciolto con uno spessore non superiore a 230 mm (aggiungendo alla fine piccoli quantitativi d’acqua per compensare le per-dite per evaporazione) e poi vengono compattati utilizzando apparecchi che agiscono staticamente (preferibili) o vibratori, con caratteristiche a-deguate in termini di peso, lunghezza e forma del rullo (che può essere

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parzialmente o totalmente penetrante) e con un minimo numero di pas-saggi (ad esempio 5), in funzione del tipo di terreno (ad esempio un ter-reno secco con agglomerati duri richiede un compressore molto più pe-sante rispetto a un terreno umido e più tenero)

È molto importante che i vari strati (o fogli) di argilla compattata vengano sovrapposti e accoppiati in modo da eliminare zone ad elevata permeabilità in corrispondenza dell’interfaccia di ciascun strato per evita-re di collegare idraulicamente discontinuità eventualmente presenti in ciascun strato. A tale scopo è opportuno che la superficie di ciascun stra-to dopo la compattazione rimanga ruvida.

Inoltre durante la preparazione di ciascun strato è opportuno pro-teggere il materiale dall’essiccazione, che può produrre nell’argilla crepe e quindi vie idrauliche preferenziali, e dal congelamento che può modifica-re la struttura del terreno incrementandone la permeabilità. A tal scopo si possono ad esempio adoperare teloni isolanti.

Per l’utilizzo di questo tipo di barriere è di fondamentale importan-ze eseguire dei test di controllo di qualità sia sul materiale di costruzione utilizzato (che deve presentare le caratteristiche prima citate) che sul pro-cedimento di compattazione (che deve dimostrarsi adeguato per il rag-giungimento della permeabilità desiderata). In particolare deve essere sti-mato il range ottimale per il contenuto d’acqua naturale che il materiale deve possedere, nonché l’energia di compattazione migliore per un’ effi-cace compattazione (rappresentata in termini di peso secco raggiunto dal materiale dopo la compattazione) e l’influenza sul rivestimento dell’aggressione di particolari agenti chimici.

10.3 Geocompositi bentonitici (GCL)

Questo tipo di barriere, di produzione relativamente recente e di uso sempre più diffuso in questo campo, sono costituite da un sottile strato di argilla (bentonite), eventualmente mescolata con sostanze adesive, frapposto tra due geotessili oppure incollato ad una geomembrana (e quindi con lato libero). In Figura 14 sono riportati alcune tra le tipologie più comuni di GCL, ciascuna di esse contiene approssimativamente 5 kg/m2 di bentonite ed è realizzata in pannelli di larghezza 4 ÷ 5 m e lun-ghezza 25 ÷ 60 m, arrotolati e poi, una volta portati sul posto, svolti e sovrapposti come indicato in Figura 15 in modo che, quando l’acqua at-traversa lo strato di bentonite, essa rigonfi autosigillando i pannelli. In questo modo non è necessaria alcuna cucitura e i pannelli possono essere installati agevolmente e rapidamente. Una volta stesi i pannelli non de-vono essere esposti a piogge per evitare che l’argilla rigonfi in maniera eccessiva impedendo che i pannelli si autosigillino.

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bentonite

bentonite con adesivo

bentonite con adesivo

geotessile non tessuto

a)

geotessile non tessuto

geotessile tessuto

poliestere

membrana di polietilenead alta densità

fibre di collegamento

b)

c)

Figura 14 – Tipi di geocompositi bentonitici in commercio: a) BENTOFIX ® e BEN-TOMAT ®; CLAYMAX ®; c) GUNDSEAL

La conducibilità idraulica di tali barriere è stata misurata in laborato-rio (in permeametri a pareti flessibili) a differenti valori della pressione di confinamento e su differenti tipi di GCL, ottenendo (Figura 16) dei valo-ri compresi tra 1 10-10 e 1 10-8 cm/s, con notevoli differenze tra un mo-dello e l’altro (da imputarsi probabilmente alle diverse procedure di pro-va adottate).

È stato sperimentato come un rivestimento in GCL conservi una permeabilità molto bassa anche quando viene attraversato da un’ampia gamma di agenti chimici con acqua pulita , qualora la bentonite sia stata preventivamente idratata.

Un’altra proprietà dei geocompositi bentonitici è quella di essere in grado di “autoripararsi” quando vengono danneggiati da punture acci-dentali o da fenomeni di essiccazione e congelamento/scongelamento; infatti quando la bentonite è idratata rigonfia riempiendo gli eventuali fo-ri presenti nel geosintetico o nella geomembrana e analogamente, qualora dopo l’idratazione la bentonite si secchi dando luogo a crepe e fessura-

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zioni, essa, una volta reidratata è in grado di ritornare alle condizioni di permeabilità iniziali anche dopo più cicli; lo stesso accade all’alternarsi di fasi di congelamento/scongelamento.

a)

b)

c)

Figura 15 – Modalità di installazione e di connessione tra i pannelli di GCL per i tipi ri-portati in Figura 14

cond

ucib

ilità

idra

ulica

(cm

/s)

pressione di confinamento (kPa)

Figura 16 – Conducibilità idraulica misurata per alcuni tipi di GCL

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Molto spesso i pannelli di GCL non vengono utilizzati da soli, bensì accoppiati con una geomembrana; in tal caso, come è stato sperimentato da prove di laboratorio, se si utilizzano i pannelli con il geotessile su en-trambi i bordi (Figura 15 a e b), l’altra trasmissività del geotessile può fa-vorire il flusso laterale d’acqua in caso di punture o danneggiamenti pre-senti nella geomebrana incrementando notevolmente la conducibilità i-draulica del sistema geomebrana/GCL (anche se tanto maggiore è la pressione di confinamento e tanto di più il flusso laterale attraverso il ge-otessile si riduce), mentre la bentonite perde la sua funzione autosigillan-te. La situazione migliora notevolmente se si utilizzano GCL con geotes-sili solo da un lato accoppiando la geomembrana dall’altro (Figura 17).

geomembrana

geomembrana

puntura

puntura

flusso laterale attraverso il geotessile

flusso laterale all’interfacciageomembrana/bentonite

molto piccolo

a)

b)

Figura 17 – Cattivo (a) e buon (b) accoppiamento tra geomembrana e GCL

Infine è stata misurata la resistenza a taglio dei GCL con prove di taglio diretto drenate su campioni idratati e con basse velocità di defor-mazione con i risultati indicati in Tabella 5.

Tabella 5 – Parametri di resistenza per vari tipi di GCL esaminati

GCL Coesione c’ (kPa)

Angolo di resistenza al taglio φ’ (°)

BENTOMAT ® 30 26 CLAYMAX ® 4 9 GUNDSEAL 8 8

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I pannelli di GCL vengono molto spesso utilizzati come alternativa all’argilla compattata nei rivestimenti geocompositi, sia nella barriera primaria (per discariche a doppia barriera) che nel sistema di copertura, più raramente si utilizzano da soli o nella barriera secondaria.

I vantaggi, rispetto all’argilla compattata, sono la maggiore facilità e rapidità di installazione, il fatto che richiedono attrezzature leggere per la messa in opera (non correndo il rischio di danneggiare gli altri compo-nenti del sistema di rivestimento) e che vengono installati allo stato secco (non essendo perciò vulnerabili all’essiccazione durante l’esposizione e non producendo col tempo , una volta installati, acqua per effetto della consolidazione sotto il peso dei rifiuti, come invece accade per l’argilla compattata).

Gli svantaggi consistono nella mancanza di pratica ed esperienza (essendo il prodotto relativamente recente), nella maggiore vulnerabilità alle punture (dato il loro esiguo spessore), nel comportamento ancora difficile da definire quando sono accoppiati ad una geomembrana, nella loro minore capacità di attenuazione del flusso di percolato e nelle scarse conoscenze circa la stabilità della bentonite idratata.

11. GEOMEMBRANE (geomembrane liners) Secondo quanto definito dall’American Society for Testing and Materials (ASTM) le geomembrane sono “membrane di rivestimento sintetiche a permeabilità molto bassa o barriere utilizzate con altri materiali derivanti dall’ingegneria geotecnica per controllare la migrazione di fluidi all’interno di strutture, sistemi e progetti costruiti”. Esse sono utilizzate esclusivamente come barriere per liquidi e vapori ed hanno un’ampia applicazione nei campi dell’ingegneria ambientale e dei trasporti, nonché dell’ingegneria geotecnica, in particolare, per quello che ci interessa più direttamente, nelle strutture di contenimento dei rifiuti.

Le geomembrane costituiscono un sottoinsieme dei geosintetici (di cui fanno parte anche i geotessili, le georeti, le geogriglie e i geocomposi-ti, rappresentati in Figura 18, che sono invece utilizzati prevalentemente come sistemi di drenaggio data la loro elevata permeabilità) e sono com-posti costituiti prevalentemente da resine polimeriche mescolate, in percentuali che variano dal tipo di geomembrana, con additivi (antiossi-danti, ecc.), plastificanti (per accentuarne il comportamento duttile) e ca-riche (materiali inerti come carbone per migliorarne le caratteristiche meccaniche) secondo delle specifiche tecniche industriali. Le categorie di polimeri generalmente utilizzate sono due: elastomeri terminduriti da cui derivano le geomembrane elastomeriche (poco utilizzate per la diffi-coltà nell’ effettuare cuciture sui singoli elementi) e i plastomeri, da cui derivano le geomembrane plastomeriche o di tipo termoplastico (dove i polimeri vengono inizialmente fusi per poi riacquistare la loro struttura

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originale una volta rimossa la sorgente di calore), che sono le più utilizza-te. Poi vi sono le geomembrane di tipo bituminoso.

Figura 18 – Tipi di geosintetici utilizzati per il drenaggio nelle discariche: georeti (a), geo-compositi come foglio di drenaggio (b) e come collettore laterale (c)

La geomembrana prende generalmente il nome dalla resina da cui viene ottenuta (polietilene ad alta densità, HDPE, polietilene a densità molto bassa, VLDPE, cloruro di polivinile, PVC, ecc.) e possono essere omogenee o dotate di un elemento di rinforzo (metallico o sintetico) all’interno del loro spessore.

Le geomembrane vengono utilizzate nei sistemi di rivestimento delle discariche generalmente non da sole ma come parte di un rivesti-mento composto costituito da geomembrane accoppiate ad esempio ad

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uno strato di argilla compattata o naturale oppure a pannelli geosintetici di argilla (GCL). Le combinazioni col tempo sono diventate sempre più complesse e in taluni casi ridondanti per effetto delle normative, come ad esempio negli USA, dove, sulla base di alcuni esperimenti sulla conduci-bilità di alcuni tipi di terreni argillosi nei confronti di vari tipi di solventi organici nell’acqua, e’ stato stabilito che “la prevenzione (per mezzo delle geo-membrane) piuttosto che la mitigazione (attraverso le barriere di terreno in argilla) dell’infiltrazione del percolato produce per le discariche di rifiuti pericolosi migliori ri-sultati in campo ambientale nei confronti dell’inquinamento”.

Le geomembrane trovano larga applicazione anche nel campo dei rivestimenti per i serbatoti o i canali di trasporto dell’acqua (soprattutto per i paesi con i maggiori rischi di siccità) o nel campo della protezione dell’acqua potabile dall’inquinamento, e anche nella prevenzione dell’inquinamento prodotto dal trasporto di acque di scarico e prodotti chimici (prevalentemente nei paesi industrializzati), anche se il maggior impulso nella diffusione mondiale, nella produzione e nell’evoluzione tecnica di questo tipo di materiali è ancora prodotto dal loro utilizzo nel-le discariche.

Le geomembrane necessitano sempre di controlli di qualità (realiz-zati secondo appositi test standardizzati) sia in fabbrica in fase di realiz-zazione che prima dell’utilizzo per il controllo delle proprietà fisiche, meccaniche, chimiche, biologiche e termiche. Le geomembrane possono andare incontro a fenomeni di degradazione che possono essere in parte evitati adoperando materiali e procedure di realizzazioni adeguati e pro-teggendole, una volta posizionate in sito, dagli agenti atmosferici, mentre alcuni fenomeni, come la degradazione per ossidazione (che può rendere il materiale meno duttile e più fragile e quindi più sensibile ai movimenti del terreno, cedimenti, ecc.) sono inevitabili e diventano anche più mar-cati a temperature elevate.

12. BARRIERE COMPOSITE (geomembrane/clay composite liner) Come indicato anche dalle normative, l’utilizzo di barriere composite (geomembrana/argilla), che accoppiano le performance delle geo-membrane con quelle dell’argilla compattata, nella realizzazione delle barriere di contenimento secondarie delle discariche per rifiuti pericolosi (o primario per le discariche di rifiuti non pericolosi), è assai frequente. Le geomembrane da sole, se fossero intatte e prive di difetti, sarebbero di per sé sufficienti a fermare l’infiltrazione dell’acqua, essendo praticamen-te impermeabili (l’acqua le attraversa per diffusione a velocità estrema-mente basse), nella realtà esse, oltre ad una scarsa resistenza meccanica, data il loro spessore, possono presentare dei difetti di costruzione (come forellini o fessure) o causati durante la messa in opera (punture acciden-tali o giunzioni non perfette tra i fogli) che è difficile evitare soprattutto

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quando le superfici in questione sono molto vaste. L’utilizzo di uno stra-to di argilla compattata sottostante consente di limitare gli effetti di tali infiltrazioni, infatti, come indicato in Figura 19, nel caso di utilizzo della sola geomembrana (Figura 19a), l’infiltrazione avviene attraverso i fori, anche se limitatamente alle aperture, con velocità elevata senza essere contrastata; nel caso di barriera realizzata col solo terreno (Figura 19 b), l’infiltrazione avviene in maniera uniforme su tutta la superficie, anche se con velocità molto basse e infine nel caso di accoppiamento dei due rive-stimenti l’acqua si muove facilmente attraverso i fori, incontrando però la resistenza dello strato di terreno sottostante a bassa permeabilità (Figura 19 c). L’efficienza della barriera così ottenuta può essere anche 100 volte superiore (in termini di portata di infiltrazione) a quella della geomem-brana o del terreno utilizzati singolarmente, e comunque superiore anche nei casi in cui nello strato geocomposito la geomembrana presenti dei di-fetti e il terreno sottostante sia relativamente permeabile.

Geomembrana

a) b) c) d)

Filtrazione rapidaattraverso il difetto

Filtrazione lentasu tutta la superficie

Filtrazione lenta attraversouna piccola area

terreno a bassa permeabilità

geotessile o terrenoad elevata permeabilità

geomembrana difetto

Terrreno naturale Composito (geomembrana/terreno)

filtrazione estesa

Figura 19 – Effetti dell’infiltrazione dovuta alla presenza di difetti in diversi tipi di barrie-ra

Per garantire il corretto funzionamento di una barriera geocompo-sita deve essere realizzato un ottimo contatto idraulico tra la geomem-brana e lo strato di terreno, che impedisca vie preferenziali di filtrazione in corrispondenza della superficie di separazione, per cui è da evitare l’uso di strati intermedi ad elevata permeabilità (Figura 19 d) realizzata ad esempio con un geotessile o un terreno granulare, mentre è opportuno che la superficie dello strato di terreno sia perfettamente lisciata e spiana-ta, così come che la geomebrana venga stesa senza pieghe. Infine è op-portuno rimuovere dalla parte superficiale dello strato di argilla eventuali elementi appuntiti che possono danneggiare la membrana (eventualmen-te frapponendo tra lo strato di argilla e la membrana uno strato sempre a bassa permeabilità ma di materiale selezionato).

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Uno dei principali problemi operativi connessi con la messa in po-sa di geocompositi è l’angolo di attrito tra geomembrana e argilla com-pattata (misurato utilizzando grosse scatole di taglio), che è generalmente basso (soprattutto quando si sviluppano pressioni dell’acqua interstiziale positive), per cui, per impedire lo scivolamento della membrana, è neces-sario intervenire per aumentare l’attrito (ad esempio con ancoraggi) o ri-durre gli sforzi di taglio mobilitati.

Un altro problema che si verifica quando il rivestimento viene la-sciato scoperto per lunghi periodi, è costituito dal fatto che ad esempio d’estate la geomembrana può raggiungere anche temperature di 65°C, fa-cendo seccare o crepare lo strato di argilla sottostante, mentre quando si raffredda l’umidità si condensa al di sotto generando un sottile strato di acqua nell’interfaccia tra membrana e terreno che attraverso le pareti la-terali può scendere e accumularsi al piede. Per cui è opportuno che la ge-omembrana venga coperta il prima possibile.

Rispetto alla configurazione minima prevista ad esempio dalla normativa americana, spesso anche il rivestimento primario delle discari-che per rifiuti pericolosi viene realizzato con una barriera in geocomposi-to, accoppiando quindi alla geomembrana anche in questo caso uno stra-to di argilla compattata, però limitatamente alla base, per le difficoltà che comporta per i macchinari la compattazione dello strato di argilla lungo le pareti della discarica e i rischi di danneggiamento di geosintetici sotto-stanti. Proprio per questo motivo spesso lo strato di argilla compattato viene sostituito con un più sottile rivestimento in geocomposito bento-nitico che ha il vantaggio, come già è stato detto, di richiedere macchinari più leggeri per la messa in opera e di essere costituito, oltre che da un ge-osintetico, da uno strato di argilla secca, che quindi non rilascia acqua du-rante la consolidazione, come invece avviene per l’argilla compattata, do-ve l’acqua raggiungendo lo strato drenante sottostante per l’individuazione delle perdite, può esser scambiato per percolato.

13. BILANCIO IDROLOGICO DI UNA DISCARICA Una delle analisi chiave che è necessario effettuare nell’ambito della pro-gettazione di una discarica è il bilancio idrologico che consente di sti-mare la percentuale delle precipitazioni, che interessano il sito, che effet-tivamente raggiunge i rifiuti e che quindi contribuisce alla formazione del percolato. Gli scopi di tale analisi sono molteplici: 1. stimare il potenziale produttivo di percolato della discarica; 2. valutare il comportamento del sistema di copertura, delle barriere di

impermeabilizzazione e dei dreni nel sistema di contenimento di base; 3. confrontare l’efficacia di differenti sistemi di contenimento e copertu-

ra;

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4. dimensionare il sistema di raccolta e di trattamento del percolato; de-terminare il battente idraulico al di sopra delle barriere e le eventuali perdite, per la scelta dei materiali più adeguati da utilizzare per i dreni e per le barriere e per la scelta delle pendenze ottimali per la base e per la copertura della discarica.

13.1 Componenti del ciclo idrologico Il dato di partenza in un bilancio idrologico è costituito dalle precipita-zioni (medie o riferite ad un periodo di tempo e stimate sulla base di re-gistrazioni effettuate in prossimità del sito) che devono essere scomposte nelle varie componenti del bilancio idrologico (espresse come percentuali della precipitazione totale), che rappresentano i vari fenomeni che con-tribuiscono a determinare il flusso dell’acqua nel sito in esame (Figura 20). In particolare una volta che le precipitazioni raggiungono la superfi-cie della discarica (P) insieme all’eventuale acqua di irrigazione (IR) e di ruscellamento superficiale (SR), l’acqua in parte : • viene intercettata dalla vegetazione presente e successivamente evapo-

ra; • viene immagazzinata temporaneamente sulla superficie sotto forma di

neve o ghiaccio (per i climi più freddi quando la temperatura lo con-sente) per poi sciogliersi ed evaporare;

• scorre lungo la superficie della copertura (ruscellamento o runoff) e si allontana dalla discarica (R)

• infiltra nel terreno (I = P+IR+SR-R) La porzione che si infiltra nel terreno in parte: viene restituita all’atmosfera dalle piante attraverso le radici per

evapotraspirazione (ET); evapora direttamente attraverso la superficie; viene immagazzinata nel terreno (AC); filtra attraverso il terreno di copertura superando la zona di evapora-

zione (più superficiale) determinando quindi un battente agente sulla barriera di rivestimento (AP1 = I - ET - AC).

Questa porzione di acqua in parte: − viene trattenuta da barriere di impermeabilizzazione (T) se presenti; − viene raccolta dal sistema di drenaggio, se è previsto nella copertura

(D); − raggiunge i rifiuti (AP2 = AP1 - T – D); La porzione di acqua che raggiunge i rifiuti, in parte: − viene assorbita (AR); − viene rilasciata insieme all’acqua invece prodotta dalla decomposizione

dei rifiuti (F).

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Per cui l’acqua che costituisce il percolato è data da AP2 –AR + F ed in parte viene raccolta dall’apposito sistema di raccolta (LC) e in parte passa attraversa la barriera come perdite (LM).

Figura 20 – Ciclo idrologico relativo ad una discarica

13.2 Metodi di analisi Per stimare le varie componenti del ciclo idrologico di una discarica si può seguire un metodo manuale (Thornthwaite) oppure adottare dei modelli numerici implementati al computer con appositi programmi (ad esempio il programma HELP, Hydrologic Evaluation of Landfill Per-formance).

13.2.1 Metodo manuale Nel metodo manuale si effettua una stima delle varie componenti del ci-clo idrologico per poi combinarle, secondo le equazioni riportate nel Pa-ragrafo precedente, per ottenere la quota effettiva di percolato. In parti-colare viene fatta una stima delle precipitazioni, P, a partire dai dati sulle precipitazioni medie mensili per il sito in esame (ed eventualmente anche dell’acqua di irrigazione, IR, e di ruscellamento superficiale, SR, che at-traversano l’area); quindi si ricava la quota media mensile di ruscellamen-to, R, determinato come percentuale delle precipitazioni P secondo un coefficiente, C, dipendente dalle caratteristiche del terreno di copertura,

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dalla vegetazione e dalla pendenza (Tabella 6). Una volta ricavata l’infiltrazione media mensile (I = P+IR+SR-R), viene stimata la quota di evapotraspirazione (ET), a partire da apposite tabelle, dove è funzione della temperatura media mensile e della latitudine del sito. Invece la ca-pacità di ritenzione del terreno di copertura (AC) dipende dal tipo di ma-teriali che lo compongono e dallo spessore, e si ricava da appositi grafici. Tabella 6 – Valori del coefficiente di ruscellamento C in funzione del tipo di copertura e del-la pendenza

Tipo di copertura Pendenze < 2% 2 ÷ 10% > 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

La differenza tra l’infiltrazione I e il potenziale di evaporazione ET

è molto importante; infatti quando tale differenza è negativa significa che il terreno ha una tendenza a seccarsi (se il terreno è già secco e quindi con un basso contenuto d’acqua non secca ulteriormente), se è positiva significa che il terreno ha una tendenza a diventare umido immagazzi-nando acqua e quindi incrementando il contenuto d’acqua fino ad un va-lore massimo che rappresenta la massima capacità di immagazzinamento (AC) del terreno oltre il quale l’acqua comincia a percolare verso il basso per gravità (AP1 = I - ET - AC). Quindi, a seconda del contenuto d’acqua naturale del terreno, la quantità I - ET, se positiva, contribuisce al percolato o all’immagazzinamento dell’acqua nel terreno di copertura.

13.2.2 Metodi numerici Tra i metodii numerici ad esempio si può citare il codice HELP, che si basa su un modello di analisi numerico pseudo-bidimensionale e pseudo-statico, che accoppia, in corrispondenza della base di ogni strato di dre-naggio, al di sopra della barriera impermeabile, un modello di infiltrazio-ne verticale attraverso la barriera e un modello di drenaggio laterale at-traverso il dreno. Mediante l’uso di tali modelli, stimata l’altezza del ma-teriale completamente saturo sopra il rivestimento, e quindi il battente i-draulico, il codice determina la quota che fluisce attraverso il dreno e raggiunge i sistemi di raccolta e quella che si infiltra attraverso la barriera come percolato o perdite . Tale modello quindi scompone il “budget” d’acqua inizialmente disponibile, fornito dalle precipitazioni e dal conte-nuto d’acqua naturale del terreno, nella stima delle varie componenti: il runoff superficiale, l’evaportaspirazione, l’immagazzinamento sotto for-

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ma di neve o ghiaccio, i cambiamenti nel contenuto d’acqua del terreno, il drenaggio attraverso ciascun sistema drenante e la percolazione attra-verso ciascuna barriera.

13.2.3 Esempio In Tabella 7 sono riportati i risultati di misure ottenute su otto cel-

le di una discarica (di cui 4 coperte e 4 scoperte) dal monitoraggio, per un certo periodo di tempo, del runoff superficiale (R) e della produzione di percolato (AP), riportati come percentuali delle precipitazioni, P, men-tre è stata calcolata la porzione delle precipitazioni destinate all’evapotraspirazione (ET) e all’immagazzinamento nel terreno (AC), adottando le equazioni riportate nel Paragrafo 13.2.1, da cui ET + AC = 100% - R- AP.

Dall’esame di tali dati si osserva innanzitutto l’estrema variabilità delle misure per le varie celle (da imputarsi probabilmente al fatto che al-cune sono coperte e altre no, alla differente profondità dei rifiuti e anche al tipo di rifiuti), differenze che comunque dovrebbero attenuarsi con la stabilizzazione dei rifiuti; inoltre la componente predominate del bilancio sta proprio nella quantità d’acqua evapotraspirata e immagazzinata, da 2.9 a 6.6 superiore a quella che contribuisce a determinare il percolato, mentre la componente più piccola è quella di ruscellamento. Tabella 7 – Misure della quota di ruscellamento (R) e di percolazione (AP) espresse in per-centuale di precipitazione per le celle di una discarica (Università del Wisconsin, Madison) e valori calcolati dell’evapotraspirazione (ET) e della capacità di ritenzione del terreno di co-pertura (AC).

Numero di cella

Periodo di misura (anni)

Runoff, R (% di P) ET + AC AP

(% di P) Celle coperte 4

1 4 5.4 67.7 26.9 2 5 6.0 67.1 26.9 3 3 9.1 73.6 17.3 8 9.8 67.5 22.7

Media 7.6 68.9 23.5 Deviazione standard 2.2 3.1 4.6

Celle scoperte 4 5 3.6 79.2 17.2 5 2 3.4 90.1 6.5 6 2 3.9 92.6 3.5 7 3 2.8 73.5 23.7

Media 3.4 83.9 12.7 Deviazione standard 0.5 9.1 9.4

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13.3 Influenza delle componenti del bilancio sui parametri di pro-getto Utilizzando sempre i modelli numerici disponibili è possibile studiare l’influenza di alcuni parametri di progetto di una discarica sulle singole componenti del bilancio idrologico, in modo da individuare i parametri su cui è più conveniente intervenire per ridurre la produzione di percola-to.

Una prima forma di protezione può comunque essere quella di ri-durre il volume d’acqua che affluisce alla discarica, scegliendo, in fase di ubicazione della discarica, siti con regimi climatici poco piovosi, e suc-cessivamente dosando l’irrigazione (IR) e convogliando il ruscellamento superficiale, SR, in apposite trincee drenanti.

Un elemento che influenza sensibilmente il bilancio idrologico è il sistema di copertura, che deve essere sempre progettato in modo tale da favorire il ruscellamento, senza intaccarne la stabilità, intervenendo sulla morfologia (che dovrà essere priva di avvallamenti o possibili punti di ri-stagno d’acqua), sulla geometria (pendenze e spessore), sulla natura dei terreni impiegati e sull’utilizzo di eventuali geomembrane (che possono rendere il coefficiente di ruscellamento, C, prossimo a 1). Spessore della copertura. È stato sperimentato come lo spessore della copertura a parità di altri parametri influenzi particolarmente la riparti-zione del bilancio idrologico, in particolare tanto più la copertura è sotti-le, e quindi tanto più la zona evaporativa superficiale tende a sovrapporsi con quella satura sottostante (che da luogo al carico idraulico agente sui dreni e sulle barriere), tanto maggiori sono le componenti di evapotraspi-razione e di runoff rispetto a quella di infiltrazione, mentre tanto maggio-re è lo spessore della copertura e tanto maggiore è il volume di terreno al di sotto della zona di evaporazione che saturato può dare luogo a carichi elevati e quindi maggiori percentuali di infiltrazione. Ovviamente per ga-rantire l’integrità della copertura, un sufficiente volume di immagazzina-mento dell’acqua per la vegetazione, la stabilità del terreno ed evitare fe-nomeni di erosione o di eccessiva esposizione delle barriere agli agenti atmosferici, il rivestimento non dovrà essere troppo esiguo. Vegetazione. La presenza di vegetazione riduce in genere il ruscellamen-to mentre incrementa l’evapotraspirazione (solo per terreni che garanti-scono lunghi percorsi di filtrazione e ampia capacità di immagazzinamen-to di acqua), senza influire significativamente sulle altre componenti del bilancio. Tipo di terreno di copertura. I terreni argillosi incrementano la compo-nente di ruscellamento e di evapotraspirazione, mentre riducono quella di drenaggio e di percolazione.

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14. SISTEMI DI RACCOLTA E RIMOZIONE DEL PERCOLATO E DEI GAS

(collection and removal systems) La generazione di gas e percolato nelle discariche è un fenomeno ben documentato che influisce notevolmente in fase di progettazione e di ge-stione della discarica. La raccolta di tali liquidi e del gas prodotto e la loro efficiente e periodica rimozione fuori e lontano dalla discarica (e il suc-cessivo trattamento e smaltimento finale in appositi impianti) costituisce un elemento molto importante per il corretto funzionamento di una di-scarica.

Il volume di gas prodotto, così come la sua composizione, e la composizione del percolato, dipendono strettamente oltre che dalla quantità, dalle caratteristiche dei rifiuti smaltiti nella discarica, mentre la quantità del percolato è strettamente legata anche all’idrologia superficia-le del sito e quindi alle condizioni climatiche, alla presenza di una falda, alle caratteristiche della copertura come è stato mostrato nel Paragrafo precedente, e si ricava effettuando il bilancio idrologico della discarica.

14.1 Composizione dei rifiuti

Con riferimento ai soli rifiuti solidi urbani e ad altri rifiuti non pericolosi2 è riportata in Tabella 8 una stima media della composizione dei rifiuti so-lidi urbani (espressa in percentuale del peso umido per ciascun compo-nente), e in Tabella 9 la loro composizione chimica, ancora più utile per determinare l’influenza della composizione dei rifiuti sulle caratteristiche del gas e del percolato che vengono prodotti attraverso un processo di decomposizione biologica. Responsabili di tale processo sono i batteri presenti nei rifiuti che cibandosi di alcuni dei loro costituenti li trasfor-mano in energia, quindi calore e temperatura, metano e altri elementi di scarto.

La degradazione dei rifiuti si sviluppa in 4 fasi (a cui corrispondo-no differenti composizioni del gas e del percolato prodotto): una fase ae-robica, una fase anaerobica acida, una fase di produzione accelerata di metano e una fase di produzione rallentata di metano.

Dall’esame della Tabella 9, dove per ciascun costituente chimico è riportato il potenziale di metano producibile (espresso in percentuale), si osserva che i costituenti maggiormente degradabili sono la cellulosa e l’emicellulosa, che sono anche i principali costituenti dei rifiuti solidi ur-bani.

2 La normativa americana, così come quella italiana, vieta lo smaltimento in discarica di rifiuti pericolo-si non trattati, anche se di fatto nelle vecchie discariche sono stati smaltiti rifiuti pericolosi e in quelle nuove in alcuni casi è concesso lo smaltimento di piccole quantità di alcuni tipi di rifiuti pericolosi in-sieme ai rifiuti non pericolosi

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Tabella 8 – Composizione media dei rifiuti soli urbani

Componente Percentuale del peso umido (%) Carta 40.0

Residui da giardino 17.6 Metalli 8.5

Plastiche 8.0 Organico 7.4

Vetro 7.0 Altri (gomma, tressuti, legno e rifiuti misti 11.6 Tabella 9 – Composizione chimica dei rifiuti solidi urbani e potenziale di metano producibi-le da ciascuno dei costituenti chimici

Costituente chimico

Percentuale del peso secco (%)

Potenziale di metano producibile

Cellulosa 51.2 73.4 Emicellulosa 11.9 17.1

Proteine 4.2 8.3 Lignina 15.2 0.0 Amido 0.5 0.7 Pectina < 3.0 -

Zuccheri solubili 0.35 0.5 Totale dei solidi volatili 78.6

Come già detto nel Paragrafo 13.1 il percolato è il risultato non so-

lo del processo di degradazione dei rifiuti, che ne determinano la compo-sizione chimica, ma anche dell’acqua eventualmente rilasciata per conso-lidazione dagli strati di argilla utilizzati per i rivestimenti e in massima parte dell’acqua proveniente dalle precipitazioni che infiltrandosi nel ter-reno riesce a raggiungere i rifiuti.

14.2 Composizione dei gas e del percolato prodotti da una disca-rica

Sulla base di risultati di test effettuati sia in sito che in laboratorio (su modelli in scala) si può affermare che i gas prodotti in una discarica con-tengono dal 50% al 70% di metano e CO2 e altri residui (quali idrocarbu-ri leggeri, idrogeno, solfuro di idrogeno, ecc.), che in volume si possono considerare insignificanti, ma che possono essere importanti nelle fasi di trattamento finali del gas prodotto. In ogni caso tale composizione si ri-ferisce alla fase finale di degradazione, in quanto ovviamente tali percen-tuali cambiano sensibilmente a seconda della fase di decomposizione in cui i rifiuti si trovano.

Più complicato è invece stabilire la composizione del percolato che varia, nelle sue componenti, anche di vari ordini di grandezza, al va-riare della discarica considerata e per la stessa discarica non è mai rappre-

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sentativo dello stato di decomposizione del rifiuto, ma di condizioni me-die ottenute a partire da rifiuti nelle diverse celle in diverso stato di com-posizione; questo rende la progettazione degli impianti di trattamento del percolato molto difficile e rende inevitabile ricorrere a serbatoi di imma-gazzinamento e vasche di equalizzazione. Un esempio relativo allo studio su 15 discariche nella Germania Ovest con età comprese tra 0 e 12 anni è riportato nella Tabella 10, dove sono riportate le concentrazioni dei vari elementi (distinguendo la fase anaerobica acida da quella di produzione del metano) e da cui si può osservare per ciascuno un’oscillazione in un ampio range. Tabella 10 – Dati sulla composizione del percolato derivanti da 15 discariche della Germa-nia Ovest relativi a due differenti fasi di degradazione dei rifiuti.

Costituente Media Range fase acetica min max

PH (-) 6.1 4.5 7.5 BOD5 (mg/l) 13000 4000 40000 COD (mg/l) 22000 6000 60000

BOD5/COD (-) 0.58 SO4 (mg/l) 500 70 1750 Ca (mg/l) 1200 10 2500 Mg (mg/l) 470 50 1150 Fe (mg/l) 780 20 2100 Mn (mg/l) 25 0.3 65 Zn (mg/l) 5 0.1 120

fase metanogenica PH (-) 8 7.5 9

BOD5 (mg/l) 180 20 550 COD (mg/l) 3000 500 4500

BOD5/COD (-) 0.06 SO4 (mg/l) 80 10 420 Ca (mg/l) 60 20 600 Mg (mg/l) 180 40 350 Fe (mg/l) 15 3 280 Mn (mg/l) 0.7 0.03 45 Zn (mg/l) 0.6 0.03 4

14.3 Principali componenti del sistema

Il sistema di raccolta e rimozione dei gas e del percolato prodotti da una discarica si compone di un sistema di raccolta primario e (per le discari-che a doppia barriera) di uno secondario, entrambi ubicati al di sotto dei rifiuti, e di un sistema di raccolta dell’acqua superficiale collocato nel si-stema di copertura al di sopra dei rifiuti (Figura 21).

Una volta collocati i rifiuti nella discarica il percolato tende a muoversi verso il basso per effetto della gravità fino a raggiungere il si-tema di raccolta primario (Primary Leachate Collection System) che

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consiste in un dreno (realizzato generalmente in ghiaia o con georeti) protetto da un filtro (in sabbia se il dreno è in ghiaia o costituito da un geotessile se il dreno è realizzato da georeti), fino a raggiungere, muo-vendosi lungo lo strato drenante, un’area di raccolta da cui viene rimosso mediante una pompa immersa attraverso un tombino o un tubo di gros-so diametro.

dreno per l’acquasuperficiale

dreno per il gas(sabbia o geotessile)

RIFIUTI

suolostrato di terreno vegetativofiltro (sabbia o geotessile)

filtro (sabbia o geotessile)strato di raccolta primaria

dreno di raccolta delle acque superficiali

(condotte perforate o geocomposito)

strato di raccolta secondaria

dreno (ghiaia o geocomposito)

dreno (ghiaia o georete)dreno (ghiaia o georete)

geomembrana

geomembrana primariageomembrana secondaria

argilla compattata o GCL

argilla compattata

Figura 21 – Sezione di una discarica che evidenzia i vari strati di drenaggio utilizzati nei sistemi di raccolta del percolato, del biogas e dell’acqua superficiale

Nel caso di discariche con doppio rivestimento viene realizzato tra le due barriere un secondo sistema di raccolta del percolato (Secon-dary Leachate Collection System) che viene utilizzato per segnalare even-tuali perdite nella barriera primaria, ed è costituito da uno strato di ghiaia o da georeti nel caso in cui la barriera primaria sia costituita da una sola geomembrana, mentre nel caso si tratti di una barriera composita geomembrana/argilla è necessario separare il dreno dall’argilla della barriera con un filtro (in sabbia se il dreno è in ghiaia o con un geotessile se il dreno è formato da georeti). Le eventuali perdite muovendosi lungo il dreno per effetto della gravità raggiungono una autonoma area di raccolta dove vengono rimossi (utilizzando condotte questa volta a pic-colo diametro essendo le quantità raccolte presumibilmente molto picco-le o inesistenti).

Infine al di sopra dei rifiuti nella copertura, immediatamente al di sopra dello strato barriera (generalmente realizzato da una barriera com-posta geomembrana/argilla compattata o GCL) viene realizzato un si-stema di raccolta dell’acqua superficiale (Surface Water Collection System) dove il materiale di drenaggio utilizzato è costituito da ghaia o da un “foglio” di geocomposito (geocomposite sheet drain), protetto dal terreno sovrastante mediante un filtro in sabbia (se il dreno è in ghiaia) o realiz-zato con un geotessile (se il dreno è un geocomposito). L’acqua fluisce

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per gravità verso il perimetro esterno della discarica dove viene raccolto e rimosso tramite un sistema di condotte perforate o un dreno collettore realizzato con un geocomposito (geocomposite edge drain).

I gas che vengono prodotti dalla decomposizione dei rifiuti che sa-lendo verso l’alto raggiungono la parte inferiore della copertura vengono raccolti e rimossi attraverso uno strato di drenaggio (immediatamente al di sotto dello strato barriera della copertura) realizzato in sabbia o con un sottile geotessile che convogliano i gas verso l’alto dove sono smaltiti da uno sfiatatoio o raccolti da un sistema di condotte che penetrano la co-pertura.

Per quanto detto, nel realizzare i sistemi di raccolta del percolato, dell’acqua superficiale e dei gas vengono sempre utilizzati dei dreni che possono essere realizzati con terreno naturale oppure sostituiti con geo-tessili (dei tipi indicati in Figura 18), l’uso dei quali è generalmente con-sentito dalle normative al posto del terreno qualora sia possibile dimo-strare che siano tecnicamente equivalenti. I vantaggi e gli svantaggi sono riportati in Tabella 11, da cui si può vedere che in generale i geotessili, in quanto più sottili, consentono di risparmiare spazio a favore del volume utile disponibile per lo stoccaggio dei rifiuti (con notevoli guadagni in termini economici).

La normativa italiana prevede per le discariche di rifiuti inerti, dove non sono previsti fenomeni di biodegradazione dei rifiuti, con conse-guente produzione di biogas, che , in relazione alle condizioni meteoro-logiche del sito, vengano prese tutte le misure adeguate per: − limitare la quantità di acqua di origine meteorica che penetra nel cor-

po della discarica; − impedire che le acque superficiali e sotterranee entrino nel corpo della

discarica. Qualora ritenuto necessario è anche previsto, ma non indispensabi-

le, un sistema di raccolta del percolato. Nel caso di discariche per rifiuti non pericolosi e pericolosi è previ-

sto sia un sistema di raccolta delle acque superficiali, che un sistema di raccolta e rimozione del percolato e dei biogas (nel caso siano presenti rifiuti biodegradabili).

In particolare per ciò che riguarda le acque superficiali e il percola-to, si precisa che: − devono essere adottate tecniche di coltivazione e gestionali atte a mi-

nimizzare l'infiltrazione dell'acqua meteorica nella massa dei rifiuti.; − per quanto consentito dalla tecnologia, tali acque meteoriche devono

essere allontanate dal perimetro dell'impianto per gravità, anche a mezzo di idonee canalizzazioni dimensionate sulla base delle piogge più intense contempo di ritorno di 10 anni;

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Tabella 11 – Vantaggi e svantaggi nell’uso di terreno naturale o di geosintetici nella realiz-zazione dei dreni e dei filtri nei sistemi di raccolta e rimozione dei gas e del percolato

Tipo Vantaggi Svantaggi Mezzi di drenaggio

Condotte (perforate)

− uso comune − progettazione tradizionale − trasmissione rapida − non facilmente ostruibili

− occupano spazio verticale − deformazioni per creep − necessitano di filtro

Terreno (ghiaia)

− uso comune − progettazione tradizionale − durata

− occupano spazio verticale − trasmissione lenta − intasamento biologico − intasamento di particelle − necessitano di filtro in terreno − si muovono sotto carico

Georeti

− risparmiano spazio verticale − trasmissione rapida − non facilmente ostruibili − non si muovono sotto carico

− intrusione − deformazioni per creep − necessitano di filtro in geotessile − tecnologia nuova

Geocompositi

− risparmiano spazio verticale − trasmissione rapida − non facilmente ostruibili − non si muovono sotto carico

− intrusione − deformazioni per creep − necessitano di filtro in geotessile − tecnologia molto nuova

Mezzi di filtrazione

Terreno (sabbia) − uso comune − progettazione tradizionale − durata

− occupano spazio verticale − intasamento di particelle − intasamento biologico − si muovono sotto carico

Geotessili − risparmiano spazio verticale − facile installazione − non si muovono sotto carico

− intasamento di particelle − intasamento biologico − danneggiamento nell’installazione− tecnologia nuova

− il sistema di raccolta del percolato deve essere progettato e gestito in

modo da: 1) minimizzare il battente idraulico di percolato sul fondo della disca-

rica al minimo compatibile con i sistemi di sollevamento e di e-strazione;

2) prevenire intasamenti od occlusioni per tutto il periodo di funzio-namento previsto;

3) resistere all'attacco chimico dell'ambiente della discarica; 4) sopportare i carichi previsti.

− il percolato e le acque di discarica devono essere captati, raccolti e smaltiti per tutto il tempo di vita della discarica, secondo quanto stabi-lito nell'autorizzazione, e comunque per un tempo non inferiore a 30 anni dalla data di chiusura definitiva dell'impianto.

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Per quanto riguarda i biogas si stabilisce che: − le discariche che accettano rifiuti biodegradabili devono essere dotati

di impianti per l'estrazione dei gas che garantiscano la massima effi-cienza di captazione e il conseguente utilizzo energetico;

− la gestione del biogas deve essere condotta in modo tale da ridurre al minimo il rischio per l'ambiente e per la salute umana; l'obiettivo è quello di non far percepire la presenza della discarica al di fuori di una ristretta fascia di rispetto.

15. STABILITÀ DI UNA DISCARICA

15.1 Tipi di instabilità La stabilità di una discarica dipende da molti fattori: • le caratteristiche fisiche e meccaniche del terreno di fondazione; • le caratteristiche di resistenza e il peso dei rifiuti; • l’inclinazione delle pareti laterali; • i livelli di percolato e i movimenti all’interno della discarica (presenza

o meno di sistemi di rimozione); • il tipo di copertura e la sua resistenza all’erosione.

In ciascuno di questi casi la presenza dell’acqua costituisce un ele-mento destabilizzante, in quanto riduce la resistenza dei materiali ed in-crementa le forze destabilizzanti.

Le analisi di stabilità effettuate sulle discariche sono più complesse e meno affidabili di quelle effettuate sui rilevati di terreno, non potendo considerare i rifiuti come una massa omogenea ed essendo comunque difficile determinare il peso specifico e le caratteristiche di resistenza dei rifiuti, che in ogni caso variano ampiamente all’interno della massa della discarica e nel tempo per effetto dei fenomeni di biodegradazione e di assestamento della massa di rifiuti..

In una discarica si può verificare una potenziale instabilità nel ter-reno di fondazione, nei rifiuti o nel terreno di copertura e in ciascun caso si valuta in termini di fattore di sicurezza F, espresso come rapporto tra la resistenza disponibile lungo la potenziale superficie di rottura e la resi-stenza mobilitata.

In Figura 22 sono riportate due possibili situazioni di instabilità: una discarica realizzata su terreno duro o roccia (Figura 22 a), con un so-lo rivestimento (geomembrana) e un sistema di raccolta del percolato (quindi senza accumulo di percolato) dove la rottura può avvenire lungo il rivestimento (superficie abc) o, nel caso di pareti più ripide, lungo la su-perficie de; una discarica realizzata su terreno soffice che viene ampliata in direzione verticale (dal livello ab al livello cd) senza un sistema di rac-colta del percolato (quindi presumibilmente con un accumulo del perco-

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lato) dove la superficie potenziale di rottura può comprendere anche il terreno di fondazione.

Qualora le tensioni di taglio raggiunte superino in ampia misura la resistenza del terreno di fondazione (supposto di scarse qualità meccani-che) si possono verificare movimenti al piede che possono coinvolgere le strutture perimetrali (quali i sistemi di raccolta superficiali o eventuali muri di cutoff).

La rottura può anche avvenire in corrispondenza della copertura per scivolamento lungo un piano parallelo al pendio, ad esempio dovuta a saturazione (derivante da precipitazioni, crepe sulla copertura, scarso drenaggio,ecc) che incrementa il peso della copertura e ne riduce la resi-stenza per attrito lungo l’interfaccia (rispetto agli strati sottostanti).

Infine la rottura può anche avvenire per scivolamento lungo la su-perficie di contatto tra i vari elementi delle barriere o della copertura; in-fatti, se non vengono presi dovuti accorgimenti, la resistenza lungo la su-perficie di contatto tra alcuni elementi, quali geomembrane e georeti, op-pure geomembrane e strati di argilla compattata umida, costituiscono dei casi particolarmente critici.

terreno difondazione

accumulo delpercolatofiltrazione

potenziale superficie di rottura

potenziale superficie di rottura

possibile forma del pendio dopo la rottura

possibile geomtria del pendio dopo la rottura

condotte didrenaggio geomembrana

RIFIUTI

b)

a)

Figura 22 – Problemi di stabilità legati a una discarica su terreno duro (a) e all’espansione verticale di una discarica esistente su terreno soffice (b)

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15.2 Caratteristiche fisiche e meccaniche dei rifiuti Sebbene i rifiuti non costituiscano un materiale omogeneo assimilabile al terreno e la loro natura sia alquanto variegata, per potere utilizzare gli stessi criteri adottati per descrivere le condizioni di rottura del terreno (τf = c’ + σ’n tg φ’ dove τf è la resistenza al taglio lungo il piano di rottura, σ’n la tensione efficace normale rispetto al piano di rottura, c’ la coesione efficace e φ’ l’angolo di resistenza al taglio) si introducono dei parametri empirici (in quanto non hanno un diretto significato meccanico come i corrispondenti definiti per il terreno) per descrivere il comportamento meccanico dei rifiuti, e sono l’angolo di resistenza al taglio apparente, φa, e la coesione apparente, ca. Tali parametri vengono definiti in labo-ratorio, con apposite prove (taglio diretto o compressione laterale libera) assumendo come punto di rottura un livello deformativo considerato in-compatibile con la stabilità, in genere il 15 – 20% (in quanto a differenza del terreno nei rifiuti è possibile pervenire a deformazioni molto maggio-ri, senza raggiungere evidenti condizioni di collasso). Gli stessi parametri possono anche essere determinati indirettamente da analisi inverse effet-tuate su discariche che hanno manifestato condizioni di rottura o di grandi deformazioni, o, per pendii che non hanno manifestato condizio-ni di rottura, mediante analisi di stabilità inverse ottenute assumendo un fattore di sicurezza pari ad 1.

Il peso per unità di volume dei rifiuti dipende dalla loro compo-sizione, dalla compatibilità esistente tra i vari componenti e dalla loro ca-pacità di assorbimento d’acqua, dal contributo della copertura giornaliera, ecc. In Tabella 12 sono riportati alcuni valori di letteratura del peso per unità di volume per alcuni tipi di rifiuti. Occorre osservare che la presen-za e l’entità del riciclaggio incide notevolmente sulla composizione e quindi sul peso specifico dei rifiuti, sottraendo allo smaltimento general-mente i rifiuti più leggeri (carta, alluminio, ecc.) e rendendo il peso per unità di volume maggiore, anche del 30% rispetto ai valori riportati in Tabella 12, che quindi si possono ritenere validi per comunità caratteriz-zati da un limitato riciclaggio, mentre negli altri casi occorre determinare i valori direttamente caso per caso sulla base della composizione dei ri-fiuti. Inoltre dallo studio di vecchie discariche sulla base della loro età e delle deformazioni subite (per effetto delle riduzioni di volume dei rifiuti ad esempio in seguito a processi di degradazione) è presumibile attender-si un incremento del peso per unità di volume come anche indicato nella Tabella. Infine nel caso di incenerimento di rifiuti (effettuato per la ridu-zione del volume) i valori del peso specifico dei residui sono presumi-bilmente alti (16 kN/m3).

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Per quanto riguarda i valori della coesione apparente e dell’angolo d’attrito apparente i valori misurati dipendono sensibil-mente dalla composizione dei rifiuti e possono variare ampiamente al va-riare del tipo di rifiuti (come riportato in Tabella 13 a partire dai risultati di prove di taglio diretto drenate effettuate su alcuni tipi di rifiuto), ma anche nello stesso ammasso di rifiuti a seconda del campione analizzato. Ad esempio prove di taglio diretto effettuate su provini estratti dallo stesso insieme di rifiuti misti hanno dato valori di φa variabili tra 39° e 81°. Anche l’età del rifiuto può influire sui parametri di resistenza, in quanto generalmente invecchiando i rifiuti tendono a diventare più densi e resistenti, d’altra parte la decomposizione può produrre invece l’effetto esattamente opposto, per cui è sempre opportuno adottare in questi casi valori conservativi dei parametri di resistenza. Anche il riciclaggio influi-sce oltre che sulla composizione anche indirettamente sulla resistenza, rendendo i rifiuti, oltre che più pesanti, anche meno resistenti. Infine nel caso di residui di incenerimento si ottengono i valori più alti della resi-stenza, con angoli di resistenza al taglio apparenti fino a 45° (dovuti pro-babilmente all’angolarità delle particelle), in ogni caso, se non comprova-to da prove di laboratorio, non è mai opportuno adottare per i rifiuti an-goli di resistenza al taglio maggiori di quelli caratteristici di un terreno granulare equivalente.

Tabella 12 – Valori caratteristici del peso specifico per alcuni tipi di rifiuti

Tipo di rifiuto Peso per unità di volume (kN/m3)

RSU con compattazione da moderata abuona 4.7 ÷ 6.3 RSU con compattazione da buona ad eccellente 8.6÷ 9.4 RSU da discariche attive con accumulo di percolato 6.6 RSU da vecchie discariche 9.7 RSU dopo la degradazione e il cedimento della discarica 9.9÷ 11 Residui da incenerimento (non trattati) 7.2 ÷ 12.7 Residui da incenerimento (massima densità secca - compattazione standard) 13.5

Residui da incenerimento – vecchi e nuovi (densità in posto) 14.9 ÷ 16.6 Residui del legno (secchi) 2.3 Residui del legno (con un contenuto d’acqua del 64%) 3.8

Tabella 13 – Angolo di resistenza al taglio apparente, φa, e coesione apparente, ca, per alcu-ni tipi di rifiuto

Tipo di rifiuto

φa (°)

ca (kPa)

Rifiuti triturati 24 23 Vecchi rifiuti 33 16

Rifiuti artificiali 27 ÷ 41 0 Rifiuti artificiali freschi 36 0

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15.3 Resistenza lungo la superficie di scorrimento di materiali di-versi Nelle moderne discariche vengono molto spesso accoppiati, per realizza-re le barriere di rivestimento o la copertura, materiali geosintetici, quali geotessili, georeti o geomembrane, con strati di terreno. La stabilità della discarica viene in tal caso valutata anche in termini resistenza allo scivo-lamento lungo la superficie di separazione tra i due materiali utilizzati. L’angolo d’attrito, δ, in corrispondenza di tale “interfaccia” dipende dalla natura dei due materiali, dalle condizioni di umidità, dal tipo di resina del geosintetico, dalla sua tessitura superficiale e dalla sua rigidezza. Tale an-golo viene generalmente determinato con prove di taglio diretto (effet-tuate con scatole di taglio più grandi di quelle standard, con uno dei due materiali all’interno della parte fissa e l’altro nella parte mobile) e tra i va-lori di letteratura ottenuti, si ricorda ad esempio che i valori dell’angolo d’attrito tra una geomembrana e una sabbia oscillano tra 17° e 36°, men-tre per un geotessile su sabbia si hanno dei valori anche maggiori, tra 22°e 40° (che nel caso sabbie fini sono dello stesso ordine di grandezza dei terreni per l’effetto incastro che si viene a creare tra le particelle del terreno e le aperture nel geotessile). L’angolo d’attrito δ tra geomembra-ne e geotessili varia in un ampio range tra 6° e 24° (dello stesso ordine di grandezza di quello tra geomembrane e georeti); questi valori molto bassi possono essere responsabili di instabilità (soprattutto per discariche con pareti laterali ripide), per cui spesso i due elementi vengono fissati oppu-re si ricorre all’uso di geomembrane tessute con superficie scabra, di nuova produzione, che incrementano l’attrito dal 60% a più del 100%.

15.4 Metodi per l’analisi di stabilità dei pendii Una volta caratterizzato il comportamento meccanico dei rifiuti con gli stessi parametri e adottando gli stessi criteri di rottura tipici dei terreni, per l’analisi della stabilità delle discariche si applicano i tradizionali meto-di della geotecnica per pendii e rilevati (basati ad esempio sulla teoria dell’equlibrio limite). Ovviamente nella valutazione delle forze resistenti e instabilizzanti per il calcolo del fattore di sicurezza, si dovrà tenere conto della contemporanea presenza di terreno e di rifiuti, delle loro differenti proprietà, e dell’eventuale accumulo del percolato.

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Documents

Dipartimento di Ingegneria Civile - geotecnica.dicea.unifi.itgeotecnica.dicea.unifi.it/text_waste.pdf · Dipartimento di Ingegneria Civile Appunti dalle lezioni su: “ASPETTI GEOTECNICI