UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA
CLS “Scienze e tecnologie per l’ambiente e il territorio”
Corso di depurazione chimica
BARRIERE IMPERMEABILI PER LA
MESSA IN SICUREZZA DI UN
SITO CONTAMINATO
Francesca Scaggiante
SISTEMI DI CONTENIMENTO
D.M. 471/99
possono essere impiegati come:
Misure di messa in
sicurezza di emergenza
Messa in sicurezza
permanente
In un contesto di bonifica con
misure di sicurezza
BONIFICA CON MISURE DI SICUREZZA: pur applicando le migliori
tecnologie disponibili a costi sostenibili non è possibile raggiungere le
concentrazioni limite previste dal D.M. 471/99.
MESSA IN SICUREZZA D’EMERGENZA: è una misura provvisoria
quando si verificano eventi accidentali in attesa delle operazioni di
bonifica.
 intercettare e isolare gli inquinanti sversati
 impedire la loro diffusione verso matrici ambientali adiacenti
 impedire il contatto diretto con la popolazione
MESSA IN SICUREZZA PERMANENTE: sono interventi destinati a
permanere per un tempo indefinito. E’ comune nel caso di discariche
incontrollate.
MESSA IN SICUREZZA DI UN SITO: non è classificabile come
sistema di bonifica o ripristino in quanto non favorisce la riduzione
della concentrazione delle sostanze inquinanti (ad eccezione del
sistema “pump and treat”)
Si realizza mediante SISTEMI DI ISOLAMENTO (barriere
impermeabili) finalizzati a contenere la diffusione degli
inquinanti.
Tra i sistemi di isolamento si distinguono:
 BARRIERE FISICHE
 BARRIERE IDRAULICHE
BARRIERE FISICHE
Tra le barriere fisiche si distinguono:
 SISTEMI DI ISOLAMENTO SUPERFICIALE
 SISTEMI DI ISOLAMENTO DEL FONDO
 BARRIERE VERTICALI
BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale
Vengono utilizzati per:
 limitare l’infiltrazione di acque meteoriche
riduzione del
rischio di contaminazione del suolo e della falda sottostante
 limitare le emissioni di gas (composti tossici o maleodoranti).
Questi sistemi si sono dimostrati efficaci nel contenere
idrocarburi, VOC, SVOC, materiali radioattivi.
 prevenire la fuoriuscita superficiale di contaminanti (diffusione
capillare)
 protezione dall’azione erosiva di agenti atmosferici
 resistenza a condizioni climatiche critiche (gelo-disgelo,
escursioni termiche)
 consentire il recupero dell’area degradata
BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale
DIVERSE REALIZZAZIONI IN RELAZIONE A :
materiale da
isolare
durata dell’intervento
destinazione d’uso del suolo
BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale
COPERTURE TEMPORANEE:
a- con terreno superficiale: strati ottenuti con terreno
presente in sito, livellato e compattato + strato di terreno
vegetale
b- coperture transitabili: strato di regolarizzazione +
geomembrana (teli HDPE, LDPE, PVC) + strato di protezione
(geotessile + terreno transitabile)
c- coperture non transitabili: strato di regolarizzazione +
geomembrana (teli PVC, LDPE)
BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale
COPERTURE PERMANENTI:
a- asfaltatura: sistema adottato in corrispondenza di aree
transitabili (siti industriali, parcheggi, strade)
b- copertura superficiale impermeabilizante: sistema
adottato ad esempio per aree verdi; costituito da strato
di regolarizzazione + barriera impermeabile (geocomposito
bentonitico o argilla compattata) + strato di terreno
vegetale. Strato superficiale pendenza 3-5%. Può essere
necessario uno strato drenante dei gas o delle acque
meteoriche
tipologia costruttiva seguente
BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale
L’EVOLUZIONE TECNOLOGICA DEI SISTEMI DI
COPERTURA SUPERFICIALE
c- copertura superficiale composita:
BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale
PARTENDO DAL PIANO DI CAMPAGNA:
 copertura vegetale: viene installata per incrementare
l’evapotraspirazione, ridurre l’erosione generata dagli agenti atmosferici,
migliorare la stabilità del terreno e l’aspetto estetico del paesaggio
 terreno di copertura: materiale non compattato che consenta lo sviluppo
della vegetazione. Funzione di accumulo di acqua e nutrienti, protezione
degli strati sottostanti, deflusso delle acque superficiali (pendenza 3-5%)
 strato di drenaggio delle acque meteoriche: ha lo scopo di rimuovere
l’acqua che si infiltra attraverso lo strato superficiale e ridurre il carico
sopra lo strato impermeabile; è costituito da sabbia e ciottoli ed ha una
pendenza del 2%, oppure da geocompositi drenanti (georeti + geotessile
filtrante)
 strato di protezione: ha lo scopo di proteggere lo strato impermeabile ed è
costituito da un geotessile di adeguato spessore e resistenza
BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale
 strato impermeabilizzante: ha lo scopo di prevenire l’infiltrazione
delle acque meteoriche nella zona contaminata
Può essere costituito da materiali naturali (con elevato tenore di argilla
come ad esempio miscele di sabbia e bentonite compattate) o da
materiali sintetici come geomembrane con teli di HDPE, LDPE o PVC
(i cui supporti polimerici possono essere impregnati con asfalto o
bitume) eventualmente installati tra due strati di materiale geotessile.
Possibili sistemi intermedi (argilla compattata e geomembrana o
geocomposito bentonitico)
 strato di regolarizzazione: per favorire la messa in opera degli strati
superiori
MATERIALE CONTAMINATO DA ISOLARE
BARRIERE FISICHE-isolamento superficiale
c- barriera capillare: sistema di impermeabilizzazione basato
su una struttura costituita da due strati sovrapposti
Terreno di copertura
Strato capillare: costituito da sabbia fine
Blocco capillare: ghiaia
Vantaggi:
I.
Costi modesti
II.
Resistenza alle condizioni climatiche (gelo, aridità…)
III.
Barriere adattabili a cedimenti differenziali della massa sottostante
di rifiuti.
BARRIERE FISICHE-isolamento del fondo
Sono strutture orizzontali realizzate per contenere la fonte inquinante.
Trovano largo impiego nelle discariche controllate (fondo trattato prima
della posa dei rifiuti).
Si interviene con la sostituzione totale o parziale del terreno
sottostante e con l’iniezione del materiale impermeabilizzante (miscele
di vari componenti a seconda del grado di impermeabilizzazione che si
vuole ottenere).
Possibile aggiunta di additivi plastificanti o fluidificanti.
Due tecniche principali:
I.
Iniezione per fratturazione idraulica
II. Iniezione per permeazione
BARRIERE FISICHE-isolamento del fondo
INIEZIONE PER FRATTURAZIONE IDRAULICA:
Apertura di un sistema di fenditure orizzontali al fondo di fori di
sondaggio verticali
Iniezione in pressione di un fluido cementante attraverso le
aperture orizzontali
La pressione del getto crea delle fratturazioni
Il fluido iniettato si espande attraverso le fratturazioni
- Vantaggi: velocità di esecuzione, bassi costi realizzazione
- Svantaggi: difficile il controllo preciso della miscela di espansione
APPLICAZIONE IN SITUAZIONI DI EMERGENZA
BARRIERE FISICHE-isolamento del fondo
INIEZIONE PER PERMEAZIONE:
Il fluido impermeabile, a differenza del caso precedente, viene
iniettato ad una pressione inferiore a quella di rottura del
terreno
Vengono riempiti i macropori (applicazione a terreni a
granulometria medio-alta)
Permeabilità variabile, continuità inaffidabile
BARRIERE FISICHE-isolamento verticale
La profondità della barriera dipende da quella dell’acquifero e da
stratificazioni del sottosuolo.
Tre possibili alternative sistemi a diversa efficienza
I.
Cinturazione parziale a monte della zona inquinata: la barriera
impedisce il raggiungimento della zona inquinata; drenaggio a valle
della barriera
Barriera
verticale
Direzione
del flusso
Zona contaminata
Pozzi emungenti
BARRIERE FISICHE-isolamento verticale
II.
Cinturazione parziale a valle della zona inquinata: viene realizzata
quando non sono possibili gli altri due sistemi; non viene contrastato il
flusso dell’acqua ma si contiene e si recupera il percolato (pozzi di
emungimento o trincee di drenaggio)
Barriera
verticale
Direzione
del flusso
Zona contaminata
Pozzi emungenti
BARRIERE FISICHE-isolamento verticale
III.
Cinturazione completa: è la configurazione più sicura ma anche la più
costosa. Se associata all’impermeabilizzazione superficiale e del fondo isola
idraulicamente in modo completo la fonte inquinante.
Barriera
verticale
Direzione
del flusso
Zona contaminata
Pozzi emungenti
BARRIERE FISICHE-isolamento verticale
In base alla tecnologia utilizzata si distinguono diverse TIPOLOGIE
COSTRUTTIVE:

TIPOLOGIA 1: prevede lo scavo e l’asportazione del terreno e il
suo rimpiazzo con miscele impermeabilizzanti (diaframmi plastici)

TIPOLOGIA 2: prevede lo spiazzamento del terreno e
l’immissione di miscele impermeabilizzanti, o l’infissione di
palancole o manufatti prefabbricati (diaframmi sottili)

TIPOLOGIA 3: prevede la riduzione della permeabilità in situ
BARRIERE FISICHE-isolamento verticale-tipologia 1
TIPOLOGIA 1: SCAVO
ASPORTAZIONE
MISCELE IMPERMEABILIZZANTI
RIMPIAZZO CON
DIAFRAMMA PLASTICO
Fase 1: scavo della trincea
Fase 2: riempimento della trincea con un fluido per il sostegno delle pareti:
Miscela fangosa
acqua- bentonite
DIAFRAMMI BIFASE
(diaframma plastico continuo
terreno bentonite)
Miscela cementobentonite
DIAFRAMMI MONOFASE
(diaframma plastico continuo
cemento-bentonite)
BARRIERE FISICHE-isolamento verticaletipologia 1
DIAFRAMMI MONOFASE (diaframma plastico continuo cementobentonite):
Barriere utilizzate per interventi di cinturazione verticale importanti, in
cui il fluido viene lasciato indurire all’interno della trincea per effetto
dell’idratazione del cemento che forma una massa impermeabile
(consistenza argillosa).
Profondità raggiungibile: 30/40 m.
Costi maggiori (cemento portland), il terreno deve essere trattato
Permeabilità: 10-8/10-10 m/s.
Attacco chimico: acidi e basi forti, ione solfato
sostituzione parziale
comento portland ceneri volanti (6/8%) processi combustione.
BARRIERE FISICHE-isolamento verticaletipologia 1
DIAFRAMMI BIFASE (diaframma plastico continuo terreno-bentonite):
la miscela con funzione di sostegno viene sostituita da quella definitiva costituita da
terreno-acqua-bentonite in rapporti in peso diversi a seconda della frazione
granulometrica fine.
Profondità massima: 30m.
Permeabilità: 10-9/10-10 m/s.
La miscela a contatto con acidi e basi forti e soluzioni fortemente saline genera un
aumento di permeabilità variabile fra 2 e 10 volte
misure idrauliche.
DIAFRAMMI COMPOSITI:
all’interno dello strato cemento-bentonite o terreno-bentonite (prima che solidifichi)
viene inserita una barriera per incrementare la funzione impermeabilizzante
(HDPE).
BARRIERE FISICHE-isolamento verticaletipologia 2
TIPOLOGIA 2: CREAZIONE DI CAVITA’ SPIAZZANDO IL TERRENO
Rientrano in questa tipologia costruttiva:
1. DIAFRAMMI SOTTILI (A TRAVE INFISSA):
 infissione di una trave metallica con sezione di avanzamento a
doppio T (spessore 5-8 cm);
 recupero della trave e riempimento dello spazio con una miscela
fangosa (cemento-bentonite);
 ripetizione e formazione di un muro continuo;
BARRIERE FISICHE-isolamento verticaletipologia 2
TIPOLOGIA 2: CREAZIONE DI CAVITA’ SPIAZZANDO IL TERRENO
2. PANNELLI METALLICI: è prevista l’infissione di pannelli metallici
(palancole) o strutture formate con due principali tecniche esecutive.
 Palizzata tradizionale: pali assemblati fuori terra e poi infissi nel
terreno. Le connessioni costituiscono un limite del sistema. Profondità
10-20 m. Permeabilità non inferiori a 10-4/10-5 cm/s
 Palizzata con giunti formati da pali di iniezione: fori del diametro di 0,3
metri vengono riempiti con una miscela sigillante e prima che questa si
indurisca vengono infissi i pali. Profondità: 15 m. Permeabilità 10-9/10-10
cm/s
BARRIERE FISICHE-isolamento verticaletipologia 3
TIPOLOGIA 3: RIDUZIONE DELLA PERMEABILITA’ IN SITU
 infissione nel terreno di un sistema multiplo di alberi ronanti (3) con eliche
miscelatrici che consentono il rimescolamento del terreno;
 attraverso le cavità all’estremità inferiori degli alberi viene iniettata una miscela
fangosa a base di bentonite e acqua o bentonite-acqua-cemento;
 ripetizione fino ad ottenere una barriera continua;
Vantaggi:
-Bassi costi di realizzazione: mancanza di scavi
trattamento del
terreno.
-Non c’è pericolo per gli operatori.
-Rapidità di esecuzione, sistema subito funzionale.
-Riutilizzo pannelli.
Svantaggi:
-Attacco chimico (rivestimenti polimerici, zincatura).
BARRIERE FISICHE-isolamento verticale
CONGELAMENTO DEL TERRENO IN SITU
Metodo innovativo per l’impermeabilizzazione laterale e di fondo; la barriera viene
realizzata congelando un opportuno volume di terreno attorno al sito.
 installazione di un sistema di tubazioni in acciaio inclinate (struttura a “V”);
 seconda serie di tubi affiancata alla prima ad una distanza tra 6 e 9 m;
 la porzione di suolo che congela è quella compresa nello spazio della struttura a
“V”
barriera dello spessore complessivo 12-15 m; la barriera si forma per
congelamento dell’umidità del suolo (possibilità di aggiungere acqua)
 tubi di refrigerazione attraversati da fluidi (azoto liquido); il sistema opera ad una T
–190°C.
TEMPI LUNGHI E COSTI ELEVATI
BARRIERE IDRAULICHE
Consentono l’isolamento di un sito contaminato (in particolare di una
discarica), anche mediante la separazione delle acque di falda dalla
zona inquinata (misure per il controllo della falda).
Si realizzano
I.
Pozzi di estrazione.
II.
Drenaggi (funzione simile ai pozzi di estrazione).
III. Pozzi di iniezione (o ricarica).
IV. Trincee di infiltrazione (funzione simile ai pozzi di iniezione).
BARRIERE IDRAULICHE-pozzi di estrazione e di
iniezione
Generalmente vengono utilizzati simultaneamente
POZZI DI ESTRAZIONE: sono localizzati a valle della zona
inquinata e lungo la direzione del flusso dell’acquifero; hanno la
funzione di captare ed estrarre l’acqua di falda. Il pompaggio deve
creare una depressione che interessi tutta la zona contaminata,
evitando la dispersione del pennacchio di contaminazione.
POZZI DI RESA: dopo l’estrazione l’acqua viene trattata e
scaricata a monte dei pozzi di estrazione, mediante i pozzi di resa
in un corpo idrico superficiale o immessa nuovamente nell’acquifero
da cui era stata captata.
POZZI DI RESA
POZZI DI ESTRAZIONE
barriera
Vantaggi:
I.
Adattabilità alla situazione geologica ed idrogeologica (falde
freatiche, confinate…) e alle diverse forme del pennacchio.
II.
Possibilità di variare le portate di estrazione e immissione a
seconda delle variazioni di velocità del flusso dell’acquifero.
III. Scarso pericolo per gli operatori (non si effettua scavo/trasporto del
terreno contaminato).
Svantaggi:
I.
Elevati costi di gestione e manutenzione
II.
Problemi operativi (fuga temporanea inquinanti), rendimenti ridotti
per acquiferi con basso valore di trasmissività.
BARRIERE IDRAULICHE-drenaggi
DRENAGGI
Costituiscono dei sistemi idraulici “continui” di captazione ed estrazione
della acque sotterranee contaminate (trincee drenanti munite di materiale
filtrante e raccolta posizionata al fondo).
Utilizzo in varie condizioni idrogeologiche, di eterogeneità ed anisotropia
del sottosuolo.
Preferiti ai pozzi di presa specie nel caso di acquiferi con coefficiente di
permeabilità basso
Utilizzo in combinazione con barriere verticali (eliminazione dell’inquinante
senza possibilità di ricircolo a valle, situazione di abbassamento del livello
di falda interno nel caso di una discarica con cinturazione perimetrale).
PORTO MARGHERA-interventi di messa in sicurezza di
emergenza e di confinamento strategico dei suoli
contaminati.
Con l’Accordo della Chimica è stato stabilito che il marginamento
costituisce sia un’opera di “messa in sicurezza di emergenza”che una
misura di sicurezza per le bonifiche che verranno attuate all’interno
delle aree marginate (D.M. 471/99).
Il sistema di messa in sicurezza è composto di tre attività:
1) Confinamento laterale (mediante palancole), spinto fino alla prima falda,
delle aree inquinate mediante marginamento dei canali industriali (lato
laguna) e retromarginamento
MACROISOLE IMPERMEABILI.
2) Drenaggio lungo il marginamento lato laguna.
3) Trasferimento delle acque raccolte ad una sezione di controllo e trattamento
(impianto di Fusina).
PORTO MARGHERA-interventi di messa in sicurezza di
emergenza e di confinamento strategico dei suoli
contaminati.
macroisole impermeabili
PORTO MARGHERA-interventi di messa in sicurezza di
emergenza e di confinamento strategico dei suoli contaminati.
Limite al flusso di acque
sotterranee dall’area a
monte
Limite all’inquinamento della
Laguna per fuoriuscita delle acque
sotterranee ed erosione dei
sedimenti
PORTO MARGHERA-interventi di messa in sicurezza di
emergenza e di confinamento strategico dei suoli
contaminati.
COSTI TOTALI (caratterizzazione del sito, messa in
sicurezza di emergenza, bonifica e ripristino,
monitoraggio e controllo degli interventi)
= 1,830,324,057 euro
COSTI PER LE OPERE DI CONFINAMENTO STRATEGICO
= 670,650,000 euro