Probleme de stabilitate ale depozitelor de deseuri. Esecuri si invataminte

Problemele legate de depozitarea deseurilor fac parte din domeniul Geotehnicii Mediului, o subramura a Stiintelor pamantului si a Geotehnicii, dezvoltata incepand cu anii ’80. Depozitul de deseuri, indiferent de tipul de deseu depozitat, este o structura care, in mare parte, este una de tip geotehnic, date fiind particularitatile elementelor sale constitutive, materialele utilizate, metodele de proiectare etc. Astfel, depozitele de deseuri au in alcatuire multe tipuri de pante, naturale sau antropice, pentru care proiectarea trebuie sa includa analize de stabilitate adecvate: diguri de contur si de compartimentare, taluzurile de la baza celulelor de depozitare, pantele sistemului de inchidere, pante in interiorul masei de deseuri depozitate in timpul exploatarii etc. Inaintea impunerii in legislatie a obligativitatii utilizarii unor anumite materiale, inclusiv geosintetice, pentru etansarea de baza a depozitelor de deseuri, stabilitatea depozitelor de deseuri era considerata o problema minora, deseurile alunecate fiind doar repozitionate. Odata ce materialele geosintetice de etansare, precum geomembranele, au aparut in alcatuirea depozitelor de deseuri, acestea puteau fi deteriorate de miscarea masei de deseuri si atunci problema a capatat o mai mare importanta. Problematica instabilitatii pantelor este usor diferita pentru depozitele noi de deseuri si pentru cele existente (neconforme, care trebuie inchise).

Astfel, in cazul noilor depozite de deseuri, problemele incep cu chiar amplasamentul acestora (adesea terenuri care nu au putut fi utilizate pentru alte scopuri), care de multe ori prezinta fenomene de instabilitate, dar care nu sunt corect investigate si care incep sa se manifeste odata incepute lucrarile de executie. De asemenea, specifice pentru noile depozite care prezinta sisteme de etansare – drenaj de baza si pe taluz sunt fenomenele de instabilitate ale acestor sisteme: pante prea abrupte, cedari ale sistemelor de etansare si drenaj, alunecarea sistemului de etansare pe taluz etc. In timpul operarii depozitului pot aparea cedari interne, in masa de deseuri, sub forma unor alunecari de-a lungul sistemelor de etansare, din cauza umiditatii mari a acestora, a pantelor prea abrupte sau a controlului insuficient al depozitarii. In Romania, proiectarea depozitelor noi de deseuri se face in conformitate cu HG 349/2005 privind depozitarea deseurilor si cu Normativul tehnic privind depozitarea deseurilor aprobat prin Ordinul Ministerului Mediului nr. 757/2004, care au transpus legislatia europeana in materie, dar oferind detalii extrem de precise, de tip „reteta” nu totdeauna aplicabile sau chiar incorecte.  Dupa 15 de ani de utilizare s-a constatat ineficienta acestui mod de abordare, deoarece o „reteta” poate fi aplicata de oricine, pe orice amplasament, chiar si fara experienta si fara cunostinte ingineresti de specialitate. Ca rezultat, suntem confruntati cu tot mai multe accidente, cu proiecte fara calcule geotehnice, fara investigatii adaptate etc.

In ceea ce priveste depozitele existente, Romania are inca multe astfel de gropi de gunoi neautorizate care trebuie inchise si care sunt susceptibile adesea la fenomene de instabilitate, fie inainte de inchidere, fie in timpul sau chiar dupa inchidere. In aceste cazuri deseurile sunt de regula afanate, saturate cu levigat si au caracteristici de rezistenta foarte scazute, ceea ce face ca fenomenele de instabilitate sa fie foarte probabile. Pentru inchiderea acestor gropi de gunoi menajer, halde de deseuri industriale etc. proiectarea geotehnica este aproape inexistenta de multe ori, aceste aspecte de stabilitate pe pante nefiind luate in considerare.

Este de mentionat aici si Ghidul Ministerului Transporturilor, Constructiilor si Turismului pentru proiectarea depozitelor de deseuri cu materiale geosintetice, GP 107-2004, care se refera la modul de proiectare al depozitelor noi de deseuri care contin materiale geosintetice.

Modul nesatisfacator in care se realizeaza adesea proiectarea geotehnica a depozitelor de deseuri a dus la multe fenomene de instabilitate, cu distrugeri, pierderi materiale, afectarea mediului inconjurator etc., din care cateva exemple sunt prezentate mai jos.

Exemple de investigare si proiectare geotehnica necorespunzatoare 

Ca exemplu de „reteta” de proiectare, normativul mentionat mai sus impune ca pantele depozitelor de deseuri sa fie de maximum 1:3 dar numai pentru sistemul de inchidere. Evident, aceasta prevedere nu exonereaza proiectantul de a realiza analize de stabilitate in conditiile specifice amplasamentului si lucrarii, in diferite situatii care pot aparea. Figura 1 (stanga) prezinta celula unui nou depozit de deseuri cu o panta proiectata prea abrupta, de 2:3, pentru o inaltime de 28 m. O simpla analiza de stabilitate a stratului de drenaj care urma a fi pus in opera pe aceasta panta a aratat urmatoarele valori ale factorului de stabilitate, rezultand unele situatii instabile:

• in uscat F_s = 1,22, stabil;
• nivel apa orizontal, F_s = 0,92, instabil;
• conditii seismice, F_s = 0,96, instabil;
• in uscat cu utilaje urcand pe panta, F_s = 1,22, stabil;
• nivel apa orizontal si utilaje urcand pe panta, F_s = 0,95, instabil;
• in uscat cu utilaje coborand pe panta, F_s = 1,16, stabil.

De asemenea, geocompozitul bentonitic cu functie de etansare care urma a fi instalat pe panta (figura 1 – dreapta) ar fi fost tensionat pentru aceasta inclinare a pantei cu 85 kN/m, peste rezistenta sa la tractiune. Ca urmare, a fost necesara remodelarea pantei la o inclinare de 1:3, introducerea unei berme, dar si armarea stratului de drenaj cu o geogrila pentru punerea in siguranta.

Figura 2 (stanga-sus) prezinta o alta situatie in care nu s-au luat masurile adecvate si rezultatul a fost alunecarea stratului de etansare – drenaj si sfasierea materialelor geosintetice. Este vorba despre inchiderea unui depozit existent cu o panta a inchiderii de 1:3, deci conforma cu prevederile normativului, dar fara analize geotehnice si cu lungime mare a pantei, de 50 – 120 m fara berme.

Incercarile de forfecare realizate la interfata diferitelor materiale (figura 2 dreapta-sus) in contact au aratat ca unghiul de frecare pe aceste interfete este de 14° – 19° (pentru 18° inclinarea pantei). Forta de intindere pe care geocompozitul de drenaj (care s-a sfasiat) ar fi trebuit sa o preia era de 108 kN/m, mult peste rezistenta sa. De asemenea, incercarile efectuate au aratat ca geocompozitul de drenaj avea o rezistenta la cojire prea mica, iar componentele se dezlipeau foarte usor (figura 2 jos). Evident, aceste elemente ar fi trebuit sa rezulte din proiectare si panta sa fie mai lina / cu 2 – 3 berme si transee de ancorare a materialelor geosintetice pe aceste berme.

Figura 3 (stanga) prezinta un alt exemplu de proiectare necorespunzatoare, dar si de executie deficitara, a unor diguri pentru un nou depozit de deseuri.

Astfel, digurile au fost construite dintr-o argila locala necorespunzatoare si fara compactare adecvata, ceea ce a dus la cedarea lor, ele trebuind a fi demolate si reconstruite din aceeasi argila locala, dar tratata cu lianti hidraulici (var si cenusa) (figura 3 – mijloc si dreapta).

Figura 4 prezinta situatia unui depozit existent important de deseuri menajere, a carui inchidere era in curs de executie cand s-a produs o alunecare majora prin masa de deseuri. Acest accident a provocat si o poluare masiva a mediului si ameninta si un drum national din vecinatate. Analiza efectuata a aratat ca investigatia geotehnica a constat din doar cateva foraje de numai 6 m adancime, dispuse in jurul gropii de gunoi, ca atare nu a existat o cunoastere corespunzatoare a caracteristicilor geotehnice ale terenului de sub deseu, a caracteristicilor hidrogeologice si nu a existat o analiza de stabilitate a pantei. Analizele de stabilitate realizate ulterior au aratat ca nivelul ridicat de levigat datorat absentei unui sistem de drenaj, coroborat cu supraincarcarea la partea superioara a pantei au fost cauzele alunecarii, dar, de fapt, lipsa unei investigatii si proiectari geotehnice corespunzatoare pot fi considerate adevaratele cauze. Depozitul a necesitat masuri de drenare si de consolidare mecanica costisitoare.

In figura 5 este prezentat cazul unui alt depozit de deseuri existent, neconform, care era in curs de executie a sistemului de inchidere cand au fost constatate deplasari ale masei de deseuri si fisuri in stratul de inchidere. Proiectul de inchidere nu a cuprins nicio investigatie geotehnica, iar proiectul a fost realizat dupa „reteta”, fara analize de stabilitate. Investigatiile ulterioare, care au constat din 14 foraje de pana la 23 m adancime si 10 foraje de pompare, au aratat ca stratul de deseu era mult mai gros decat se estimase (aproape 20 m) si ca exista o groapa antropica umpluta cu gunoaie si levigat (figura 5 – dreapta). Analizele de stabilitate realizate prin metode clasice (echilibru limita) si numerice (elemente finite) au aratat ca suprafata de cedare critica este dezvoltata exclusiv in masa de deseuri si ca nivelul ridicat de levigat era factorul principal de instabilitate. Drenarea levigatului pana la +1,50 m deasupra cotei terenului natural de sub deseu (cu ajutorul unor drenuri verticale si orizontale) permite obtinerea stabilitatii in regim static, dar nu si in regim seismic, ca atare fiind necesara si o masura de consolidare mecanica (bancheta din pamant armat cu geogrile).

Concluzii

Recentele si multiplele fenomene de instabilitate manifestate la depozite de deseuri, noi sau vechi, m-au determinat sa analizez cauzele care au dus la aceste situatii. Din aceasta analiza au rezultat urmatoarele cauze principale:

• investigare geotehnica insuficienta / neadecvata a terenului si necunoasterea caracteristicilor deseului depozitat;
• executie slaba / neadecvata;
• proiectare geotehnica insuficienta / neadecvata / incorecta;
• amplasamente neadecvate, cu instabilitati;
• normative care impun o proiectare pe baza de „reteta”, care nu prevad in mod clar obligativitatea efectuarii de calcule geotehnice adaptate fiecarui amplasament, lucrare etc.

Rezolvarea situatiilor de instabilitate aparute presupun costuri mult mai mari decat daca proiectarea si executia ar fi fost realizate corespunzator de la bun inceput, antrenand si litigii in ceea ce priveste costurile suplimentare.

Este necesara o educatie suplimentara a proiectantilor acestor structuri in ceea ce priveste proiectarea geotehnica specifica depozitelor de deseuri, precum si o revizuire a normativelor din acest domeniu.

Nota: Acest text este extras din articolul: Loretta Batali – Slope stability aspects for municipal waste landfills. Case studies and numerical modelling, publicat si prezentat in sesiune plenara (panelist) la cea de-a XVII-a Conferinta Europeana de Mecanica Pamanturilor si Inginerie Geotehnica, ECSMGE 2019, Reykjavik.

Bibliografie

Batali, L., Carastoian, A., 2016, Slope Stability Analysis Using the Unsaturated Stress Analysis. Case Study, Procedia Engineering pg. 143, 284 – 291;

Batali, L., Carastoian, A., Popa, H., Pantel, G., 2017, Instability phenomena in municipal waste landfill. Numerical modeling in saturated and unsaturated conditions, Energy Procedia 112 (2017), pg. 481 – 488;

Batali, L., Popa, H., Pantel, G., Butnarciuc, N., Olinic, E., Manea, S., 2014, Associations geosynthetics – mineral materials used for civil engineering works, Romanian Journal of Materials 44 (3), pg. 272 – 282;

Sharma, H.D., Lewis, S.P., 1994, Waste containment systems, waste stabilization and landfills: design and evaluation. New York, John Wiley and Sons.

Autor:
prof. dr. ing. Loretta Batali – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti, Presedinte Filiala Bucuresti a Societatii Romane de Geotehnica si Fundatii

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 173 – septembrie 2020, pag. 28