Stabilitatea pe pante a sistemelor de etansare-drenaj de suprafata la depozitele de deseuri. Studiu de caz

Inchiderea depozitelor de deseuri neconforme, a haldelor de steril sau a altor forme necontrolate de depozitare a deseurilor solide este impusa prin legislatia nationala si europeana. Pentru unele tipuri de depozite neconforme, in scopul accelerarii inchiderilor au fost abordate norme simplificate de acoperire, ceea ce a favorizat, printre altele, realizarea de proiecte minimale, care nu iau in considerare multe aspecte legate de comportarea sistemelor de etansare-drenaj utilizate pentru acoperire.

Articolul de fata isi propune sa prezinte problematica generala a stabilitatii pe pante a sistemelor de inchidere, modul lor de analiza si de investigare a comportarii diferitelor interfete implicate. Este prezentat, de asemenea, un studiu de caz al unei alunecari produse la o inchidere de halda de steril minier, prin intermediul caruia se demonstreaza inca o data necesitatea analizarii stabilitatii pe pante, a efectuarii de incercari pentru determinarea parametrilor de frecare la interfata, in cadrul unui proiect de inchidere de depozit de deseuri. Plecand de la acest studiu de caz au fost efectuate mai multe incercari de forfecare directa la interfata dintre diferite materiale geosintetice sau dintre materialele geosintetice si materialele din corpul haldei sau straturi minerale de acoperire.

Depozitele de deseuri sunt constructii care acopera suprafete foarte mari. Daca proiectarea lor este defectuoasa, pot aparea accidente ce pot avea un impact major asupra mediului inconjurator. Desi in Romania numarul acestor accidente este mic, deoarece si numarul de depozite de deseuri conforme este foarte mic, iar cele neconforme nu sunt urmarite, asta nu inseamna ca proiectarea lor se poate face pe baza de proiecte tip, minimale. Este recomandat ca aceste proiecte sa contina investigatii detaliate, atat ale amplasamentului, cat si ale tuturor materialelor ce vor intra in alcatuirea viitorului depozit de deseuri, nu sa fie bazate doar pe date din literatura de specialitate.

In Romania exista un numar mare de depozite de deseuri neconforme, de halde de steril si alte forme neconforme de depozitare a deseurilor solide. Deoarece inchi­de­rea lor se doreste a fi realizata cat mai repede si cat mai ieftin, aceasta se face prin proiecte minimale, care nu examineaza si comportarea mate­rialelor care intra in alcatuirea unor asemenea sisteme de inchidere.

PROBLEME LEGATE DE STABILITATEA DEPOZITELOR DE DESEURI

Un depozit de deseuri isi poate pierde stabilitatea intr-una din eta­pele sale de viata, si anume: in timpul executiei lucrarilor de terasa­mente, al instalarii sistemelor de etansare, in timpul depozitarii deseurilor (faza de exploatare) sau dupa inchiderea depozitului. In conformitate cu legislatia romana, sistemele de etansare-drenare a depozitelor de deseuri sunt multistrat, adica sunt alcatuite din mai multe straturi de materiale pamantoase si materiale geosinte­tice. De aceea, unul dintre factorii importanti in determinarea poten­tialelor cedari este conlucrarea dintre aceste materiale. In plus, pot aparea si cedari de tip geotehnic, clasice, in functie de caracteristicile amplasamentului si de natura si asezarea deseurilor. In figura 1 sunt prezentate cateva tipuri de cedare a depozitelor de deseuri.

Stabilitatea depozitelor de dese­uri este influentata de o varietate mare de factori, deoarece in alcatuirea lor intra un numar mare de interfete care pot duce la cedari locale. In continuare vor fi prezentati o serie de factori ce influenteaza stabilitatea depozitelor de deseuri [1]:

• rezistenta la frecare la interfata dintre materialele geosintetice;
• rezistenta la frecare dintre mate­rialele geosintetice si pamanturi;
• rezistenta la forfecare interna a geocompozitelor bentonitice (daca este cazul);
• rezistenta la forfecare a dese­urilor;
• rezistenta la forfecare a materialelor din baza si de pe taluzuri;
• panta si inaltimea excavatiilor in debleu;
• inaltimea si panta masei de deseuri;
• eforturile normale;
• presiunea interstitiala din porii materialelor;
• stratificatia terenului de fundare;
• nivelul apei subterane;
• hidrologia zonei in care se afla amplasamentul;
• conditiile de inghet;
• eforturi dinamice si/sau seismice.

Metode de analiza a stabilitatii pantelor

Aceste metode se impart in doua mari categorii: metoda echilibrului limita si metoda elementului finit. Metoda echilibrului limita se ba­zeaza pe echilibrarea fortelor care acti­o­neaza asupra masei alunecatoare. Ea se rezuma la determinarea unui factor de siguranta care este egal cu suma fortelor ce se opun pierderii de stabilitate, impartit la suma fortelor care conduc la pierderea stabilitatii. Daca acest factor este mai mic de 1, inseamna ca panta este instabila, iar daca factorul este mai mare de 1 inseamna ca panta este stabila.

La ora actuala, in practica, exista trei metode de analiza prin echilibrul limita. Acestea sunt: metoda pantei infinite, metoda penei si metoda fasiilor (fig. 2).

Pe de alta parte, metoda elementului finit este o procedura numerica in care masa de pamant considerata este impartita intr-un numar de elemente interconectate. Fortele sunt calculate pentru fiecare element in parte. O data ce se cunosc fortele, se pot determina eforturile din material (fig. 3).

STUDIU DE CAZ

In continuare se prezinta un studiu de caz prin intermediul caruia se va arata, inca o data, importanta unei analize riguroase a stabilitatii sistemelor de etansare multistrat instalate pe panta. Aceasta analiza ar trebui sa contina un studiu al fiecarei interfete care va intra in alcatuirea unui astfel de sistem.

In cadrul studiului de caz, se prezinta inchiderea unei halde de deseuri solide inerte, provenite de la un iaz de decantare. Iazul avea un taluz cu panta de 1:3, fara berme si o lungime cuprinsa intre 50 m si 120 m. Alcatuirea sistemului de inchidere este urmatoarea: peste materialul din corpul iazului este amplasata o geomembrana rugoasa din HDPE, peste care a fost instalat un geocom­pozit de drenaj, alcatuit din geotextil + georetea drenanta + geo­textil, si deasupra un strat de ecologizare de 0,35 m grosime, alcatuit din steril minier.

O proiectare deficitara a dus la alunecarea geocompozitului de drenare pe geomembrana si ruperea lui (fig. 4). In urma accidentului a fost conceput un program experimental pentru a determina cauzele acestuia. El a continut incercari de forfecare directa la fiecare interfata care a intrat in alcatuirea sistemului, dar si incercari de exfoliere pe materialul geocompozit.

Geomembrana este una rugoasa pe o fata, fiind instalata cu rugozitatea in sus. S-a observat ca rugozitatea nu este uniforma pe toata suprafata, fiind zone in care poate fi considerata neteda.

Geocompozitul de drenaj prezinta doua geotextile netesute subtiri, consolidate termic, intre care exista o georetea din HDPE. Cele trei elemente ale ansamblului sunt solidarizate prin puncte de lipire izolate, parti din ruloul pus la dispozitie fiind deja dezlipite.

In cadrul programului experimental au fost efectuate un total de 5 seturi de incercari de forfecare directa, pe urmatoarele configuratii:

1. materialul din strat de ecologizare (forfecare interna);
2. materialul din corpul iazului (forfecare interna);
3. sistemul complet de etansare, format din materialul din corpul iazului + geocompozit + geomembrana + materialul din strat de ecologizare. Frecarea a avut loc pe interfata dintre geocompozitul de drenaj (geotextilul inferior al acestuia) si materialul din corpul iazului;
4. sistemul complet de etansare, format din materialul din strat de ecologizare + geocompozit de drenaj + geomembrana + materialul din corpul iazului. Frecarea a avut loc intre interfata geomembranei si materialul din corpul iazului;
5. frecare la interfata geocompozit de drenaj (geotextilul acestuia) – geomembrana.

In figura 5 este prezentat apa­ratul de forfecare directa cu caseta mare in care au fost realizate incercarile si un exemplu de configuratie analizata.

Incercarile de forfecare directa au fost facute cu viteza de 1 mm/min, iar eforturile normale aplicate au fost de 100, 200, 300 kPa. In urma acestor incercari au rezultat unghiurile de frecare interna (f) si coeziunea celor doua materiale pamantoase (c), respectiv unghiurile de frecare la interfata ale celor 3 interfete ana­lizate (d). Acestor valori li s-a aplicat un coeficient partial de siguranta de 1,25, in conformitate cu Eurocod 7, obtinandu-se valorile de calcul pre­zentate in tabelul 1.

Se observa ca unghiurile de frecare pe cele trei interfete implicate variaza intre 14° si 19°, ceea ce inseamna ca interfetele dintre geo­membrana si corp iaz, respectiv dintre geomembrana si geocompozitul de drenaj sunt potential instabile, iar cea de-a treia, interfata geocompozit – strat de ecologizare, este la limita.

Plecand de la aceste valori s-a calculat analiza stabilitatii intre­gului sistem pe panta. In figura 6 este prezentata schema care a stat la baza calculului. In urma calculelor a rezultat ca stabilitatea geomembranei este asi­gurata. In schimb, geocompozitul de drenaj ar trebui sa preia o forta de tractiune foarte mare (cca. 100 kN/ml de latime de material) din cauza lungimii mari a pantei (120 m). Intrucat aceasta forta depaseste rezistenta la tractiune a geocompo­zitului de drenaj, ar fi trebuit executata o transee de ancorare intermediara.

In mod normal, nu sunt admise innadiri in directie transversala pe panta, dar asa s-a procedat pe teren, in acest caz. Innadirile ar fi trebuit verificate la forta de tractiune. Rezultatul a fost ca innadirile au cedat, fiind si impropriu executate.

Din observatiile facute pe ampla­sament a rezultat ca geocompozitul de drenaj nu a avut rezistenta necesara pentru preluarea fortelor mari de tractiune rezultate din panta foarte lunga.

Pentru a investiga rezistenta interna a geocompozitului de drenaj, s-a incercat intai testarea sa in aparatul de forfecare. S-au umplut ambele cutii ale aparatului cu placi din lemn, pentru a putea aduce planul de forfecare la interfata dintre geotextilul superior si georetea.

Incercarea a luat sfarsit atunci cand caseta superioara a avut o depla­sare de 95 mm. Curba efort de forfecare – deplasare rezultata (fig. 7a) a fost crescatoare pana la sfarsitul incercarii, fara a prezenta un maximum. De asemenea, s-a observat ca geo­textilul superior s-a alungit, iar desprinderea de pe georetea nu s-a facut in totalitate (fig. 7b). S-a concluzionat ca acest tip de incercare nu este adaptat pentru determinarea rezistentei interne a unui astfel de material.

In continuare, geocompozitul de drenaj a fost testat prin incercarea de exfoliere, conform SR EN ISO 13426-2, pentru determinarea rezistentei interne. Pentru aceasta incercare s-a folosit aparatul Testometric FS 300HT din laboratorul de materiale de constructii al UTCB.

Incercarea s-a facut pe probe cu dimensiuni de 200 mm x 200 mm care au fost exfoliate in prealabil pe o lungime de 100 mm, pentru a permite prinderea probei in aparat (fig. 8a). Dupa prinderea probei in aparat s-a efectuat incercarea pana la exfolierea completa (fig. 8b).

S-au efectuat un total de 5 incercari, din care au rezultat valorile rezistentei la exfoliere din tabelul 2.

In concluzie, in urma incercarilor se poate constata neuniformitatea imbinarii dintre geotextil si georetea, acest lucru putand fi observat si la materialul din care s-au prelevat probele, deoarece in el existau sectiuni unde geotextilul era dezlipit de pe georetea.

CONCLUZII

Utilizarea materialelor geosinte­tice la depozitele de deseuri a permis reducerea semnificativa a impactului asupra mediului si marirea volumului de deseuri depozitate. Introducerea lor in legislatie si normativele tehnice a reprezentat un pas important, dar conditia este ca ele sa fie proiectate si utilizate corect.

In general, ar trebui facute analize de stabilitate ale depozitelor de deseuri in diferite etape, precum excavatia, constructia, operarea si inchiderea depozitului. Astfel, ar trebui efectuate urmatoarele tipuri de analize: analiza de stabilitate pentru situatia de excavatie, analiza de stabilitate a sistemului de etansare-drenaj de baza pe taluzurile depo­zi­tului, analiza stabilitatii masei de deseuri in timpul umplerii depozitului, analiza de stabilitate a sistemului de etansare-drenaj de suprafata pe taluzuri si analiza de stabilitate dupa inchiderea depozitului. Daca aceste analize ar fi facute corespunzator, cu siguranta numarul accidentelor ar fi mult redus.

Studiul de caz prezentat a subli­niat, inca o data, importanta unei proiectari corecte a inchiderilor depozitelor de deseuri (si, in general, a sistemelor instalate pe pante), care trebuie sa se faca pe baza unor valori corecte ale frecarii la interfata dintre diferitele materiale implicate. Determinarea lor se poate face prin incercari de forfecare directa (cu caseta mare) sau cu ajutorul planului inclinat. Pentru produsele geocompozite este necesara determinarea rezistentei interne, de exemplu prin exfoliere.

BIBLIOGRAFIE

1. Xuede Qian, Robert M. Koerner, Donald H. Gray (2002), Geotechnical aspects of landfill design and construction;
2. Hari D. Sharma, San­ge­eta P. Lewis (1994), Waste Containment Systems, Waste Stabilization, and Landfills: Design and Evaluation;
3. Fredlund, D. G., Krahn, J., (1977), Comparison of Slope Stability Methods, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 14, p. 429;
4. GP 107-04, Ghid privind pro­iectarea depozitelor de deseuri cu materiale geosintetice;
5. Pantel, G., 2011, Actual Issues On Geosynthetic Materials Used In Landfills. Case Studies, Buletinul UTCB, seria Mathematical Modelling in Civil Engineering, Vol. 7, No. 4, p. 207.

Autori:
prof. univ. dr. ing. Loretta Batali,
dr. ing. Gheorghe Pantel – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti, Facultatea de Hidrotehnica, Departamentul de Geotehnica si Fundatii

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 119 – octombrie 2015, pag. 42