Valutazione delle condizioni di stabilità di una discarica di

3 rd Meeting of the Geology and Information Technology Group, Offida 33-5/6/2008
Valutazione delle condizioni di stabilità di una
discarica di R.S.U. eseguita mediante metodi
numerici alle differenze finite (FLAC 5
5, Itasca)
Il collasso della discarica di RSU sita in
località La Torre, nel comune di Teramo.
A. Merri, G.P Beretta & S. Fagnani
Un vers ty of Milan,
University
M lan,
Department of Earth Science “Ardito Desio”,
Milan, Italy
PRESENTAZIONE DEL SITO
Discarica LA TORRE
Inizio attività:
attività: Agosto 1995
Calanchi
•Discarica
collinare..
collinare
realizzata
in
ambiente
•Morfologia del sito di tipo calanchivo.
calanchivo.
Caratteristiche
discaricacostituito da
•Substrato della
geologico
Tipologia
rifiuti non pericolosi
(RSU)
argilliti discarica
azzurre : leggermente
sabbiose
2
sottilmente
stratificate,
pressochè
Superficie
discarica
(m ):
3
impermeabili
(Formazione
Laga).
Volume
stoccabile
da progetto della
inizialeLaga)
(m ):.
3
•L
L’area
area non
presenta
fenomeni
Incremento
volumetrico
approvato
(m ): di
3
instabilità
gravitativa
profonda
profonda.
.
Volume
totale
stoccato (m
):
Capacità
deposito
(t): presenza di
•Non ètotale
stata
rinvenuta
Profondità
max corpo
discarica:
(m)
falde idriche
e i terreni
coinvolti
sono
pressochè
impermeabili.
.
Anno
di inizioimpermeabili
attività:
Anno di chiusura discarica:
Nr anni di deposito:
24.000
220.000
Calanchi
190 000
190.000
406.000
320.000
17
1995
2006
11
Fosso Fontecchio
CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE
•La discarica è stata realizzata
all’interno di un impluvio secondario
del fosso Fontecchio
Fontecchio..
CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE
•La discarica è stata realizzata
all’interno di un impluvio secondario
del fosso Fontecchio
Fontecchio..
•Riprofilatura
morfologica
del
versante mediante realizzazione di
una serie di gradonate aventi
pendenza non superiore ai 45
45°°.
•Realizzazione di un argine basale.
basale.
•Impermeabilizzazione
di
fondo
realizzata con una membrana di
HPDE ad alta densità sovrapposta
ad uno strato d’argilla e ricoperta
con terreno permeabile
permeabile..
CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE
•La discarica è stata realizzata
all’interno di un impluvio secondario
del fosso Fontecchio
Fontecchio..
•Riprofilatura della morfologia del
sito mediante realizzazione di una
serie di gradonate aventi pendenza
non superiore ai 45
45°°.
Pozzi estrazione biogas
Pozzo estrazione
percolato
Sigillatura
definitiva
Fasi di colmata
Barriera di fondo
•Realizzazione di un argine basale.
basale.
•Impermeabilizzazione
di
fondo
realizzata con una membrana di
HPDE ad alta densità sovrapposta
ad uno strato d’argilla e ricoperta
con terreno permeabile
permeabile..
•Coltivazione
C
eseguita per strati
sovrapposti e compattati, ricoperti
da
uno
strato
di
terreno
impermeabile.
impermeabile
p
.
•Sigillatura definitiva del corpo
discarica
con
una
copertura
multistrato in grado di isolare i rifiuti
•Sistema di pozzi di captazione e
smaltimento del biogas e del
percolato..
percolato
Substrato
RSU
GEOTESSILE
HDPE
STRATO DRENANTE
Rifi ti
Rifiuti
Strato drenante (25 cm)
Membrana in HDPE
Strato argilla sottotelo (20 cm)
Substrato
16 Marzo 2004
CONDIZIONE DI INSTABILITA’:
SEGNALI PREMONITORI
14 - 29 Gennaio 2006
• Spostamenti del corpo discarica
10 cm/giorno verso valle
• Instabilità superficiale e localizzata
• Fuoriuscite di percolato dal profilo di
copertura
•Danneggiamento della gronda di monte

infiltrazione nel corpo discarica
FRANA - 17 Febbraio 2006
Cinematica
tracce di frizione  probabile scivolamento in
corrispondenza della Barriera di fondo
Fianco
destro
Fianco
sinistro
Tracce di frizione
ARGINE
Fosso Fontecchio
Substrato
Colmata di monte
ACCUMULO
Fosso Fontecchio
Il disseto si configura come uno scivolamento rotazionale che ha
coinvolto l’intera massa di RSU stoccati
MODELLAZIONE NUMERICA DEL DISSESTO
METODO IMPIEGATO:
IMPIEGATO:
• FDM – Metodo alle Differenze Finite  FLAC 5, Itasca
Obiettivi dell’analisi numerica:
•Ricostruire le condizioni presenti al momento del collasso.
•Comprendere i meccanismi di rottura e indagare il cinematismo
d l collasso.
del
ll
•Ricostruire un modello di flusso all’interno del corpo discarica
che permetta di valutare l’efficacia
l efficacia del sistema di captazione e
raccolta del percolato.
l efficacia degli interventi previsti per la stabilizzazione
•Testare l’efficacia
del movimento franoso e per il ripristino ambientale del sito.
•Affinare la definizione dei parametri geotecnici dei materiali
coinvolti attraverso una procedura di back analysis.
SEZIONI e MODELLO GEOMETRICO
N
SEZIONE 1
SEZIONE 2
SEZIONE 3
25 m
N
La modellazione è stata eseguita sulle sezioni più rappresentative del corpo
discarica, secondo le direzioni più sfavorevoli alla stabilità.
MODELLO GEOLOGICO CONCETTUALE DELLE TRE SEZIONI
STUDIATE
N
S
 La sez.
sez. 3 presenta le condizioni più
sfavorevoli::
sfavorevoli
• Spessori maggiori di RSU stoccati
stoccati;;
Sezione 1
S -E
N -O
•Orientata
secondo
la
massima
penden a del dissesto,
pendenza
dissesto parallelamente
alla direzione dei movimento;
movimento;
•È
la più rappresentativa
condizioni del dissesto.
dissesto.
Sezione 2
S -SE
N -NO
45°°
45
Sezione 3
delle
 Osservazioni
• Elevate
pendenze
costituenti il fondo;
fondo;
dei
gradini
• Basso rapporto tra la larghezza delle
bancate e lunghezza delle scarpate
MATERIALI e MEZZI IN STUDIO: definizione del
modello geotecnico
1:2000
Copertura sommitale (provvisoria)
5 Colmate di RSU
Argine
Strati di copertura
delle colmate
Pozzo
Barriera di fondo
(argilla compattata + geomembrana)
C
Caratterizzazione
tt i
i
dei
d i materiali
t i li presenti
presenti:
ti:
Substrato
→
Campagna indagini
geognostiche
Bariera di fondo
Copertura sommitale
Pozzo
Relazioni
tecniche
Rifiuti Solidi Urbani →
Materiali eterogenei
• Analisi CNR ((1994);
)
• Documentazione bibliografica;
• Studio parametrico effettuato
mediante procedure di back analysis
Modello ElastoElasto-Plastico & Criterio di rottura di Mohr
Mohr--Coulomb
Parametrizzazione geotecnica dei
materiali
RSU
• Peso di volume
• Modulo di volume K
• Modulo di taglio G
• Angolo d’attrito
•Coesione
•Permeabità
(
(KN/m³)
)
(Pa)
(Pa)
(°)
(KPa)
(cm/s)
S b
Substrato
((argilliti)
illi i)
27
8,8e9
4,3e9
25°
30
1e-8
8,50
,
5e5
5e5
25°
5
1e-5
Guaina HDPE
• Spessore
(mm)
• Peso
P
di volume
l
(KN/ ³)
(KN/m³)
• Res. a trazione (snervamento) (MPa)
• Res. a trazione (rottura)
(MPa)
• Modulo elastico
(MPa)
• Angolo d’attrito all’interfaccia membrana/argilla
• Angolo d’attrito all’interfaccia membrana/RSU
20
9 80
9,80
17
28
930
10°/18°
30°
Costruzione ed elaborazione
dei modelli numerici
Fasi di lavoro:
• Costruzione della griglia per le discretizzazione del
modello geologico.
geologico
• Implementazione del modello idrogeologico e
definizione delle diverse condizioni di saturazione, a
partire dalle condizioni al contorno imposte
imposte.
• Valutazione delle condizioni di stabilità nelle condizioni
di saturazione p
precedentemente ricavate.
(analisi disaccoppiata)
Definizione delle
condizioni
del tipo
di grigliaalcontorno:
in funzione delle
caratteristiche
tt idel
ti modello
h geometriche
t i stati
h del
dapplicati
l modello:
d appositi
ll
•Ai limiti
sono
vincoli che
impediscono
gli spostamenti
orizzontali
(carrelli).
La griglia è stata
opportunamente
infittitae everticali
deformata
nella
zona
d interesse
in modo
daIndividuazione
allat li
•Validazione
V lidd’interesse
i
d
dell modello
d ll 
I adattarsi
di id
ial meglio
di eventuali
geometria
del problema.
anomalie nello
stato tensionale dovute alla non corretta
discretizzazione del modello geometrico
geometrico.
JOB TITLE : Model Sez_3
(*10**2)
FLAC (Version 5.00)
3.250
LEGEND
6-Jun-06 17:23
step 16
2.778E+01 <x< 4.722E+02
1.847E+01 <y< 4.629E+02
2.750
2.250
Grid plot
0
1E 2
1.750
Beam plot
100
150
200
250
300
350
400
450
Equilibratura iniziale del modello: effettuata sul
versante
t riprofilato,
i fil t senza considerare
id
il corpo di
discarica.
i
→ Definizione dello stato di tensionale propedeutico
all’abbancamento dei rifiuti.
JOB TITLE : Equilibratura modello: sforzo principale massimo
FLAC (Version 5.00)
LEGEND
(m)
Maximum principal stress
-2.50E+06
-2.00E+06
-1.50E+06
1 50E+06
-1.00E+06
-5.00E+05
0.00E+00
3.250
2.750
Contour interval= 5.00E+05
Boundary plot
0
2.250
1E 2
1.750
100
150
200
250
(m)
300
350
400
450
Modellazione della geomembrana di
impermealizzazione basale:
• Inserita nel modello come elemento strutturale “Beam
Beam
element” connesso mediante interfacce ai RSU
soprastanti e allo strato di argille
g
sottostanti.
Spessore
Densità
Res a traz. a snerv
Res a traz. a rottura
Modulo elastico
2 mm
980 kg/m3
17 MPa
28 MPa
930 MPa
• Permette di simulare la resistenza meccanica della
membrana:
→ Valutazione della possibilità di rottura.
• Permette di simulare la resistenza al taglio mobilizzabile al
contatto membrana/substrato e membrana/RSU (proprietà
delle interfacce)
→ Valutazione della tendenza a sviluppare scivolamento in
corrispondenza dell’interfaccia.
Spessore
Densità
Res a traz. a snerv
Res a traz. a rottura
Modulo elastico
2 mm
980 kg/m3
17 MPa
28 MPa
930 MPa
• Permette la visualizzazione e l’analisi degli sforzi e
delle deformazioni sviluppati lungo la geomembrana di
impermeabilizzazione basale.
→ Individuazione dei punti critici.
Aggiunta, per strati successivi, delle bancate di RSU
La fase di coltivazione della discarica è stata simulata
idealizzando il processo reale in 5 fasi di riempimento.
• Permette di simulare l’assestamento e la compattazione del
deposito durante la fase di messa in posto dei rifiuti.
• Valutazione delle condizioni di equilibrio in seguito
all’aggiunta di ogni strato.
• Le
L d
deformazioni
f
i i rilevate
il
t iin questa
t ffase sono d
dell’ordine
ll’ di d
dell
metro e simulano il naturale assestamento in fase di
coltivazione.
JOB TITLE : Model Sez_3
(m)
FLAC (Version 5.00)
User-defined Groups
Rock:shale
User:waste1
User:waste2
User:waste3
User:waste4
User:waste5
325
275
225
175
100
150
200
250
(m)
300
350
400
450
Modello idrogeologico
g
g
•
•
•
•
•
Definizione
f
delle condizioni al contorno.
Permeabilità e porosità dei RSU sono state ricavate in
letteratura.
letteratura
Si è tenuto conto dei meccanismi di saturazione tipici
questi depositi
p
stratificati dove bancate di RSU sono
di q
alternate a sottili livelli di materiale argilloso (copertura
degli strati giornalieri) che rappresentano livelli a bassa
permeabilità in corrispondenza dei quali il flusso del
percolato viene deviato.
Valutazione degli
g effetti di una non ottimale p
protezione
del corpo discarica dalle acque provenienti da monte.
Efficacia del sistema di captazione del percolato.
Modello idrogeologico:
E
Esempi
i di modelli
d lli sviluppati
il
i
Risultati della modellazione
numerica
Saturazione parziale del corpo
discarica.
• Il modello riproduce una condizione di saturazione nella
parte sommitale della discarica e permette
permette, nel
contempo, il drenaggio parziale della parte bassa.
• Il modello raggiunge l’equilibrio mostrando deformazioni
massime di circa 1
1,5
5m
m.
• È evidente una zona di taglio a forma blandamente convessa
che attraversa il corpo rifiuti impostandosi in prossimità del
gradino inferiore.
inferiore
• Le deformazioni sono per lo più interne all’ammasso di RSU.
dell interfaccia risultano
• Gli scivolamenti in corrispondenza dell’interfaccia
esigui e limitati ai tratti più ripidi.
Riduzione della resistenza all’interfaccia
membrana / argille
•
•
•
•
Il modello non va all’equilibrio → condizione di instabilità
La superficie di scivolamento si colloca in corrispondenza
dell’interfaccia fra la membrana e le argille sottostanti.
Numerose superfici di taglio secondarie intersecano e dislocano il
p discarica.
corpo
Condizione di instabilità globale del corpo rifiuti, con dislocazioni
secondarie all’interno della massa in generale scivolamento.
Innalzamento del livello di saturazione
• Perdita di efficacia del canale di gronda  infiltrazione acque
dal versante  ll’innalzamento
innalzamento del livello di saturazione
saturazione.
•
•
•
In queste condizioni il modello indica collasso generalizzato del
corpo discarica.
di
i
La zona di concentrazione delle deformazioni per taglio definisce
una superficie di scivolamento continua impostata alla base del
corpo dei RSU che raccorda le sommità dei gradoni
gradoni, emergendo
nella parte superiore del corpo discarica.
Il collasso genera quindi un cedimento generalizzato dell’ammasso
di RSU causato dal maggior peso del materiale saturo e dall
dall’effetto
effetto
destabilizzante esercitato dalla pressioni del fluido nei pori.
CONCLUSIONI
• I modelli evidenziano come il comportamento del dissesto sia
fortemente dipendente dalle condizioni di saturazione
all’interno dell’ammasso.
• Con
C bassi
b
i lilivelli
lli di saturazione
t
i
i modelli
d lli giungono
i
all’equilibrio accumulando però deformazioni non trascurabili,
simulando così un comportamento assimilabile ad una
deformazione di tipo viscoso.
• Aumentando il livello di saturazione i modelli indicano invece
collasso
ll
generalizzato,
li
t con coinvolgimento
i
l i
t d
dell’intero
ll’i t
corpo
discarica, come realmente osservato in seguito all’evento
parossistico del 17 febbraio 2006.
• Le superfici di scivolamento si collocano alla base del corpo
dei rifiuti e non interessano mai il substrato.
CONCLUSIONI
• La condizione di scivolamento della membrana in HDPE in
corrispondenza del contatto fra la membrana e le argille
sottostanti (situazione realmente osservata su terreno),
risulta ben riprodotta dai modelli solo introducendo parametri
di resistenza al taglio molto bassi (Φ=10/15°) all’interfaccia
membrana/argille.
• Tali valori sono realistici solo ammettendo che il contenuto
d’acqua dello strato di argille al di sotto della membrana sia
piuttosto elevato. Tale condizione potrebbe essersi generata
in seguito ai limitati fenomeni di scivolamento, interni alla
massa dei rifiuti, che hanno coinvolto e danneggiato il canale
di gronda a monte della discarica
discarica. Gli stessi fenomeni di
scivolamento potrebbero anche aver coinvolto in piccola
parte la membrana, minandone l’integrità e permettendo al
fl id di iinfiltrarsi
fluido
filt
i all di sotto.
tt