PROIECTAREA SISTEMULUI DE ACOPERIRE FINALĂ A DEPOZITULUI ECOLOGIC DE DEȘEURI URBANE DE LA FRĂTEȘTI – GIURGIU [305172]

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI

FACULTATEA DE INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE

Programul de studii: INGINERIE ȘI MANAGEMENT ÎN PROTECȚIA MEDIULUI

PROIECTAREA SISTEMULUI DE ACOPERIRE FINALĂ A [anonimizat]:

Prof. dr.ing. Gheorghe VOICU

Masterand: [anonimizat]

2018

CUPRINS

Introducere privind depozitarea ecologică a [anonimizat], [anonimizat] a [anonimizat], asupra mediului înconjurător. Dezvoltarea urbanistică și industrială a localităților, precum și creșterea generală a [anonimizat]. [anonimizat], provocând, [anonimizat], a aerului și a apei. [anonimizat], [anonimizat]-se mari dezechilibre în cadrul lanțurilor trofice.

[anonimizat], [anonimizat].

Deșeul reprezintă orice substanță sau obiect pe care deținătorul îl aruncă ori are intenția sau obligația să îl arunce[5].

După impactul pe care îl au asupra mediului deșeurile pot fi :

-[anonimizat];

-deșeuri periculoase care prin riscul crescut de aprindere și/sau explozie ori prin acțiunea lor corozivă și a altor proprietăți au un impact semnificativ asupra mediului înconjurator;

-[anonimizat] [7].

După sursa și locul de generare acestea pot fi:

deșeuri urbane;

deșeuri industriale neurbane (miniere de ex.);

deșeuri agricole și horticole.

[anonimizat], [anonimizat] [2].

În categoria deșeurilor municipale intră:

deșeurile menajere de la populație;

[anonimizat];

deșeurile stradale;

deșeurile din grădini și parcuri;

deșeurile din piețe;

deșeurile voluminoase.[6].

Categoriile de deșeuri menționate anterior se regăsesc încadrate conform prevederilor HG nr. 856/2002 (privind evidența deșeurilor și pentru aprobarea listei cuprinzând deșeurile inclusiv deșeurile periculoase) la codurile:

20 [anonimizat], instituții inclusiv fracțiile colectate selectiv;

15 ambalaje, [anonimizat], [anonimizat] – cu excepția ambalajelor din deșeurile industriale și a codurilor 15 02 02 și 15 02 03[6].

Conform prevederilor Strategiei Naționale de Gestionare a Deșeurilor, [anonimizat], [anonimizat]blice, unități comerciale și de la operatori economici, străzi, parcuri, spații verzi, la care se adaugă și deșeurile din construcții și demolări rezultate din amenajări interioare ale locuințelor colectate de operatorii de salubritate .[8]

În structura deșeurilor municipale din România, cea mai mare pondere o au deșeurile menajere (circa 81%), în timp ce deșeurile stradale și deșeurile din construcții și demolări au aproximativ aceeași pondere – 10%, respectiv 9%. Peste 90% din aceste deșeuri sunt eliminate prin depozitare.[1]

Conform Eurostat și Agenției Europene de Mediu (AEM), deșeurile solide municipale (MSW) includ mai ales deșeuri menajere (deșeuri domestice), adăugându-li-se deșeurile din comerț (deșeuri din locații folosite în întregime sau în principal pentru comerț sau afaceri sau pentru sport, relaxare, educație sau agrement), deșeurile nepericuloase din industrie și deșeurile din clinici și spitale, care sunt similare ca natură și compoziție deșeurilor menajere, colectate de către sau în numele autorităților municipale și eliminate prin intermediul sistemului de gestionare a deșeurilor.

Compoziția deșeurilor municipale poate varia de la o municipalitate la alta, depinzând de sistemul local de gestionare a deșeurilor. În general, deșeurile solide municipale sunt formate din deșeuri organice, hârtie, plastic, sticlă, metale, lemn, textile și alte materiale, cum ar fi cauciucul și pielea. Deșeurile solide municipale includ, de asemenea, deșeul verde din grădini și parcuri, cum ar fi iarba, florile tăiate și crenguțele de la gardurile vii curățate.

Un depozit este definit ca un amplasament pentru eliminarea finală a deșeurilor prin depozitare pe sol sau în subteran, inclusiv;

spații interne de depozitare a deșeurilor, adică depozite în care un producător de deșeuri execută propria eliminare a deșeurilor la locul de producere;

o suprafață permanent amenajată (adică pentru o perioadă de peste un an) pentru stocarea temporară a deșeurilor [2].

În funcție de tipurile de deșeuri care sunt acceptate la depozitare, acestea se clasifică în:

-depozite pentru deșeuri periculoase- clasa a;

-depozite pentru deșeuri nepericuloase- clasa b;

-depozite pentru deșeuri inerte – clasa c.

Depozitele de deșeuri se mai pot clasifica și din punct de vedere al tipului de fermentare la care sunt supuse deșeurile eliminate, în următoarele categorii [8]:

anaerob,

ecologic anaerob,

ecologic anaerob modernizat,

semi-aerob,

aerob.

Tabelul 1.1. Caracteristicile depozitelor în funcție de tipul de fermentare

Eliminarea deșeurilor menajere urbane se realizează în depozite nepericuloase care sunt amenajate/construite cu respectarea prevederilor legislației naționale, respectiv europeane.

În România depozitarea rămâne principala opțiune de eliminare a deșeurilor municipal.

Fig.1.2. Tipurile de depozite după modul de fermentare a deșeurilor

2. Organizarea structurală a unui depozit ecologic pentru deșeuri municipale

Funcționarea corespunzătoare a unui depozit ecologic pentru eliminarea deșeurilor municipale – urbane, este asigurată de prezența pe amplasamentul acestuia a următoarelor instalații și echipamente:

– poartă de acces și sistem de pază și supraveghere;

– echipamente de cântărire și de înregistrare a cantității de deșeuri, birou de intrare, zona de livrare a cantităților mici de deșeuri;

– echipamente de verificare și prelevare a probelor de deșeuri, laborator;

– drumuri interioare ale depozitului;

– garaje, ateliere și locuri de parcare pentru utilaje;

– echipament pentru curățarea roților utilajelor de transport;

– birouri administrative, vestiare și grupuri sanitare;

– zone pentru depozitarea deșeurilor;

– instalații pentru tratarea levigatului;

– instalații pentru colectarea și evacuarea gazului de depozit.

În vederea funcționării în bune condiții a unui depozit ecologic de deșeuri urbane solide, la proiectarea acestuia și achizițioanrea utilajelor și echipamnetelor care se vor amplasa aici se va ține cont de: mărimea, durata de funcțioanre stabilită, cantitatea de deșeuri/zi, frecvența de transport și de alte cerințe legale, astfel încât să asigure o funcționare corespunzătoare.

În fig 2.1. este prezentată organizarea structurală a unui depozit de deșeuri nepericuloase [8]

Poartă de acces și sistem de pază și supraveghere;

Proiectarea și construirea căii principale de acces către depozit dinspre drumul public, precum și a întregii zone de acces, se realizează în funcție de [3]:

numărul de utilaje care transportă deșeuri;

frecvența cu care acestea intră în depozit;

mărimea și tipul utilajelor.

Accesul pe depozit se marchează printr-un panou amplasat la intrarea dinspre drumul public. La proiectarea unui depozit de deșeuri se va prevedea un spațiu pentru staționarea mijloacelor de transport a acestora pentru a se evita blocarea drumului de accces.

Sistemul de supraveghere poate fi compus din următoarele componente [8]:

-porți și garduri confecționate din materiale corespunzătoare, se recomandă o înălțime minină de 2 m și o supraînălțare de sârmă ghimpată;

-sistem de supraveghere întregului depozit prin intermediul camerelor video;

-sistem de pază și securitate asigurat de personal competent, instruit special;

-sistem de avertizare sonoră și luminoasă în caz de pătrunderi neautorizate.

Echipamente de cântărire și de înregistrare a cantității de deșeuri, birou de intrare, zona de livrare a cantităților mici de deșeuri

În vederea determinării cantității de deșeuri care se depun în celula/celulele depozitului este necesar dotarea amplasamentului cu un cântar tip platformă sau cu 2 care se montează în paralel (câte unul pentru fiecare sens de mers, intrare – ieșire).

În general se recomandă ca platforma de cântarire să aibă o capacitate de circa 50 tone și să fie amplasată într-o zonă ușor accesibilă, în siguranță, indiferent de condițiile meteorologice și conectată la un sistem de înregistrare a cantității de deșeuri. Utilajele trebuie să fie dirijate obligatoriu către cântare (prin marcarea traseului, garduri, panouri, bariere).

Fig. 2.1. Organizarea structurală a unui depozit de deșeuri nepericuloase []

În cazul cantităților mici de deșeuri (maxim 1 mc) care ajung la depozitare, acestea se vor cântări cu echipamente de capacitate corespunzătoare. Deșeurile livrate în cantități mici (de maxim 1 mc) sunt sortate și descărcate în containerele amplasate în zona special amenajată, ce va fi poziționată în perimetrul de acces a depozitului.

Pentru verificarea, înregistrarea mijloacelor de transport respectiv a deșeurilor care ajung la depozitare echipamentele de cântărire sunt deservite de un salariat al a cărui funcție se numește responsabiil cu preluarea deșeurilor. Cabina operatorului responsabil cu preluarea deșeuri se va amenaja lângă cântar.

Echipamente de verificare și control al deșeurilor, laborator, zonă de securitate

Efectuarea controlului de recepție se va realiza cu un echipament pentru control vizual al deșeurilor și prelevarea probelor (rampa hidraulică /platfomă) realizată în zona de acces, imediat după cântar. Pentru prelevarea probelor se utilizează recipienți și ustensile speciale, precum și echipament pentru protecția muncii.

Deșeurile care nu sunt acceptate la depozitare se vor stoca temporar într-o zonă de securitate care va fi amenajată lângă cântar. Motivele pentru care deșeurile nu sunt accaeptate la depozitare pot fi documentele de transport nu sunt întocmite corespunzător și/sau tipurile de deșeurile nu sunt menționate în documentele de autorizare a funcționării depozitului – autorizația de mediu.

Apele din precipitații colectate de pe suprafața zonei de securitate sunt dirijate către o instalație de epurare, în funcție de caracteristicile specifice amplasamentului și de cerințele avizului/autorizației de gospodărire a apelor emise de autoritatea competentă.

Drumurile în incinta depozitului/Drumurile pentru funcționare

Drumurile din incinta depozitului se realizează conform cerințelor specifice și trebuie menținute permanent în stare de funcționare. Drumul de acces între poartă și zona de acces se construiește cu dublu sens, cu respectarea cerințelor specifice pentru drumurile cu trafic greu.

Drumul perimetral poate fi cu sens unic sau cu dublu sens, iar pe părțile laterale se vor amenaja rigole pentru colectarea apelor pluviale care spală acest drum. Lățimea minimă a drumului este de 3 m pentru funcționarea cu o bandă și de 5,75 m pentru dublu sens. Acesta asigură [4]:

accesul către celulele care se construiesc, pe timpul amenajării depozitului;

accesul pe timpul funcționării către celulele de depozitare,

verificarea stării de integritate a gardului perimetral;

verificarea și întreținerea rigolei perimetrale de colectare a apei pluviale;

verificarea taluzului final al depozitului;

verificarea și întreținerea stațiilor de colectare a gazului;

verificarea și întreținerea puțurilor pentru gaz de pe taluzurile inferioare;

verificarea și întreținerea conductelor pentru levigat.

Zonele de circulație între cântar, zona de control și zona de livrare a cantităților mici de deșeuri se stabilizează cu beton sau bitum.

Accesul către zona de depozitare se realizează prin drumuri cu dublu sens, cu o lățime minimă de 5,5 m. La amenajarea acestuia se pot utiliza moloz, pietriș sau plăci de beton în vederea stabilizării. La realizarea căilor de acces se pot utiliza numai deșeuri necontaminate din construcții și demolări.

Zona atelierelor de întreținere și reparații, depozitul de combustibil, locul de parcare pentru utilaje se amenajează conform cu normele legale în vigoare, ținând seama de cerințele specifice determinate de tipul utilajelor care lucrează pe un depozit de deșeuri.

Zona pentru depozitarea deșeurilor

Amenajarea primară a zonelor pentru depozitarea deșeurilor cuprinde 2 operații de bază:

impermeabilizarea bazei și a marginilor depozitului;

realizarea sistemului de drenare și evacuare a levigatului.

Sistemul de impermeabilizare a depozitelor de deșeuri se alege în funcție de factorii următori:

natura deșeurilor ce vor fi depozitate;

condițiile hidrogeologice și natura suprafeței amplasamentului;

solicitările care pot apare în timpul exploatării;

natura și caracteristicile materialului utilizat.[8]

La stabilirea soluției de realizare a impermeabilizării se ține seama și de caracteristicile naturale ale amplasamentului, dar în special de condițiile geologice și hidrogeologice ale barierei geologice naturale.

Bariera geologică pentru impermeabilizare unui depozit de deșeuri trebuie să fie de o grosime mai mare de 1 m și un coeficient de permeabilitate (k)<10-9m/s.

În cazul în care aceste condiții nu sunt îndeplinite de către bariera geologică naturală, atunci sistemul de impermeabilizare se completează cu un strat de argilă sau din alt material natural cu proprietăți echivalente.

Stratul natural de impermeabilizare va fi completat cu un strat din material geosintetice care va fi format din geomembrană, geotextile și straturi de drenare, care să conducă la o structură a fundului depozitului după impermeabilizare conform următoarei scheme [8, 3].

Fig. 2.2. Structura sistemului de impermeabilizare a unui depozit

Tipul de impermeabilizare utilizat este stabilit în funcție de natura deșeurilor ce se vor depozita și gradul de etanșare.

Instalații pentru tratarea levigatului

Levigatul este definit ca un deșeu lichid generat în timpul activităților de depozitare a deșeurilor solide prin pătrunderea/percolarea apelor meteorice în/prin corpul depozitului, separarea apei conținute în deșeurile depozitate și descompunerea deșeurilor biodegradabile depozitate [4].

Instalațiile pentru tratarea levigatului trebuie să reducă concentrațiile indicatorilor specifici levigatului la valorile stabilite în normativele privind condițiile de evacuare a levigatului epurat în apă de suprafață respectiv stație de epurare orășănească sau canalizare.

În funcție de condițiile locale specifice, caracteristicile levigatului și de receptorul în care se evacuează acesta, epurarea levigatului se realizează în două tipuri de instalații, și anume:

– instalație de epurare proprie depozitului, care să permită evacuarea levigatului direct în receptorul natural, cu respectarea legislației în domeniu privind valoarea indicatorilor de calitate a efluentului;

– instalație de preepurare a levigatului pentru a fi evacuat într-o stație de epurare a apelor uzate orășenești, cu respectarea prevederilor actelor de reglementare emise de autoritatea competentă de gospodărirea apelor și de operatorul de servicii publice.

Autoritatea competentă pentru protecția mediului poate aproba recircularea levigatului, cu condiția respectării stricte a cerințelor cantitative (volumul maxim de levigat care se poate recircula), calitative (concentrațiile maxime admise ale indicatorilor caracteristici levigatului recirculat) și de monitorizare stabilite prin studii tehnice prealabile și numai pentru o perioadă determinată de timp, care nu poate depăși 6 luni de la punerea în funcțiune a depozitului.

Poluanții care se regăsesc în levigat sunt: compuși organici biodegradabili și nebiodegradabili, compuși volatili urât mirositori, compuși toxici organici sau anorganici, amoniac și ioni nitrat, sulfuri și materii solide în suspensie.

Principalele procedee care se pot utiliza pentru tratarea levigatului sunt: biologice aerobe, de membrană, oxidare chimică, adsorbție, precipitare, coagulare-floculare, stripare, evaporare și uscare. La stabilirea procedeelor de tratare a levigatului se are în vedere:

-compoziția levigatului și concentrațiile poluanților;

-cantitatea de levigat generată;

-modalitatea de evacuare a levigatului tratat (apă de suprafață sau sistem de canalizare);

-costurile de construire a unei stații de tratare proprii, sau posibilitatea descărcării levigatului la o stație de epurare orășănească;

-modalitatea de eliminare a reziduurilor de la tratarea levigatului.

Procedeele de tratare prezentate anterior sunt alese și combinate în funcție de specificul fiecărui caz în parte, astfel încât să se realizeze o tratare optimă a levigatului, din punct de vedere tehnic și economic. Combinația de procedee de tratare aplicată trebuie să asigure îndepărtarea azotului amoniacal, substanțelor organice biodegradabile și nebiodegradabile, organice clorurate și sărurilor minerale

Tratarea levigatului se realizează cu ajutorul echipamentelor speciale, modulare, care se aleg în funcție de specificul fiecărui caz în parte.

Posibilele tehnici de tratarea a levigatului sunt:

– biologică: aerobă, anaerobă, aerobă prelungită pentru eliminarea azotului, decantarea într-un iaz;

– fizico – chimică: coagulare – floculare, flotație – precipitare, ultrafiltrare, evaporare.

Alte procedee fizico –chimice care pot fi aplicate sunt:

striparea cu aer pentru eliminarea amoniacului;

adsorbția pe cărbune activ pentru îndepărtarea urmelor de compuși organici;

osmoza inversă pentru eliminarea azotului amoniacal, a materiilor dizolvate, a particulelor coloidale sau aflate în suspensie și a metalelor grele.

Desfășurarea proceselor de tratare a levigatului se controlează prin măsurători fizico-chimice și biologice specifice, în scopul stabilirii următoarelor aspecte:

crearea și menținerea condițiilor de reacție corespunzătoare;

dozarea reactivilor;

consumul de energie electrică;

calitatea levigatului tratat după fiecare treaptă de tratare și la punctul de evacuare din instalația de tratare.

Instalații pentru colectarea și evacuarea gazului de depozit

Gazul de depozit este definit ca un amestec de metan, bioxid de carbon și gaze de descompunere; (în mod normal gazul de depozit conține: 45 – 60% vol. CH4 și 40 – 55% vol. CO2) [4]. Acesta se formează în urma descompunerii anaerobe a deșeurilor biodegradabile eliminate prin depozitare.

Colectarea și evacuarea controlată a gazului de depozit generat într-un depozit de deșeuri menajare se realizează pentru a preveni emisia de gaz cu efect de seră în atmosferă care are consecințe negative asupra mediului, evitarea autoaprinderii, mirosurilor neplăcute, pericolului de explozie și pentru valorificarea acestuia prin transformare în energie electrică. Cantitatea de gaz de depozit generată variază în funcție de vârsta depozitului, tipul deșeurilor depozitate și modul de operare.

Descompunerea substanțelor organice și formarea gazului de depozit are loc în câteva faze, cu o tranziție fluidă de la o fază la alta. Depinzând de durata de depozitare și de condițiile de mediu procesele pot apare la diferite momente în depozit.

Faza 1 – proces aerob: oxigenul din aerul rezidual este consumat în deșeurile depozitate într-o perioada de câteva săptămâni. Substanțele care pot fi descompuse ușor (zaharuri, proteine) sunt separate în molecule mici.

Faza 2 – fermentație acidă anaerobă: compușii intermediari produși la faza 1 sunt transformați în H2, CO2 și acid acetic. La pasul următor produșii inițiali sunt descompuși (proteine, carbohidrați, grăsimi) în acizi organici (acid acetic) și alcool. Pe durata acestui proces se consuma N2. Intervenția asupra deșeurilor depozitate pe durata fazei a 2-a poate conduce la formarea unor mirosuri neplăcute cauzate de formarea acizilor organici cum ar fi acizii butanici, acetici, propionici etc. Materialele au un puternic caracter acid. Acizii organii sunt eliminați prin intermediul apei care se infiltrază (valoare scăzută a pH-ului, concentrații ridicate ale CBO5, COT, COD și ionilor metalici).

Faza 3 – fermentația anaerobă instabilă a metanului: acizii și alcooli formați în Faza 2 servesc drept materie primă și sunt descompuși în continuare în metan, dioxid de carbon și apă, funcție de modul de depundere a deșeurilor în depozit. Această fază va începe la aproximativ 2 luni de la depozitarea deșeurilor. Chiar și substantele care nu pot fi descopuse ușor cum ar fi ligninele (celuloza), rășinile, grăsimile, ceara, uleiurile, keratinele (coarne, păr) încep să se descompună. Singurele substanțe care rămân în apa infiltrată în această fază vor fi cele greu de descompus cum ar fi compușii azotului organic și concentrații mici de metale.

Faza 4 – fermentația anaerobă stabilă a metanului: în această fază toate substanțele care pot fi descompuse organic vor fi degradate. Raportul CH4/CO2 rămâne constant. Procesele biologice și chimice care au loc pe durata acestei faze corespund proceselor de la faza 3 și pot dura zeci de ani

Fazele 5 – 8 faza de penetrare a aerului, faza dioxidului de metan, faza dioxidului de carbon, faza aerului: pe durata acestor faze procesele biologice sunt în general încheiate. Nu se mai consumă oxigen și concentrația acestuia crește până când în faza aerului se ajunge la aceleasi concentrații ca și în mediul înconjurator. Compoziția gazului de depozit la un moment dat permite aprecierea stadiului în care se găsește depozitul.

Dimensionarea instalației de degazare se face pe baza prognozei producerii gazului de depozit. Sistemul de degazare trebuie să fie construit astfel încât să se garanteze siguranța construcției și sănătatea personalului de operare. Întregul sistem de colectare a gazului trebuie construit perfect etanș față de mediul exterior și trebuie să fie amplasat izolat față de sistemele de drenaj și evacuare a levigatului, respectiv a apelor din precipitații.

Poziționarea elementelor componente ale sistemului de colectare a gazului nu trebuie să afecteze funcționarea celorlalte echipamente, a stratului de bază ori a sistemului de acoperire al depozitului.

O instalație activă de extracție, colectare și tratare a gazului este alcătuită din următoarele componente (figura 4):

puț de extracție a gazului, cuprinzând conducte de drenaj;

conducte de captare a gazului;

stații de colectare a gazului;

conducte de eliminare și conductă principală de eliminare a gazului;

separator de condensat;

instalație de ardere controlată a gazului/instalație pentru valorificarea gazului – instalație de siguranță pentru arderea controlată;

componente de siguranță.

Fig. 2.3. Schema sistemului de colectare a gazului de depozit [4]

Stații de colectare a gazului – numărul acestora se stabilește în funcție de dimensiunea depozitului, numărul puțurilor de colectare și distribuția lor. Costrucțiile acestor stație sunt complet închise, prevăzute cu spații de aerisire (în pereți se montează cel puțin 2 grătare de aerisire cu dimensiunile 50 x 50 cm) și asigurate împotriva accesului persoanelor neautorizate

Avertizarea asupra pericolelor care pot apare în zon este obligatorie; acest lucru se realizează prin montarea de panouri de avertizare cu privire la prezența gazului de depozit și menționarea interdicțiilor legate de fumat și foc.

Amplasarea stațiilor colectare a gazului se face întotdeauna în afara zonei impermeabilizate a bazei, respectiv suprafeței depozitului și trebuie să fie accesibile direct de pe drumul perimetral. Rigolele pentru colectarea apei din precipitații se amplasează între corpul depozitului și stațiile de colectare.

Conducta principală de eliminare a gazului (conducta perimetrală de gaz) face legătura între stațiile de colectare a gazului de depozit, iar traseul acesteia este stabilit din faza de proiectare și nu se amplasa în zona de impermeabiilizare a suprafeței depozitului și nici pe sub drumurile de acces și rigolele de colectare a apelor din precipitații.

Conducta principală de eliminare trebuie să poată fi reglată de la căminele în care sunt amplasate separatoarele de condensat, pentru a putea interveni în cazul în care apar defecțiuni. Conductele se instalează la adâncimi mai mari decât adâncimea de îngheț specifică zonei, dar nu la mai puțin de 80 cm.

Separatorul de condensat/colectarea condensatului

Condensatul este reprezentat de vaporii de apă din gazul generat în corpul depozitului, ce condensează din cauza diferenței de temperatură dintre spațiul exterior și interiorul celulei de depozitare a deșeurilor. Gazul de depozit saturat cu vapori de apă duce la formarea de condensat în sistemul de conducte. Separatoarele de condensat realizează separarea gazului de depozit de apa de condens; acestea se instalează în conducta principală de eliminare a gazului, în punctele cele mai joase, în cămine subterane cu acces. Căminele trebuie să fie impermeabile față de apa freatică și să fie calculate static pentru a fi rezistente la forțele care le-ar putea deplasa.

Condensatul astfel colectat se evacuează printr-un dispozitiv tip sifon, într-un recipient care trebuie să fie întotdeauna plin cu condensat, pentru evitarea pătrunderii aerului în conducta principală de gaz, atunci când se pompează condensatul. Distanța între separatorul de condensat și rezervorul de condensat trebuie calculată astfel încât să se asigure că vacuumul din conducta principală de eliminare a gazului nu determină absorbția condensatului înapoi în sistemul de conducte. Căminele trebuie să poată fi controlate în orice moment, pentru a supraveghea nivelul condensatului.

Rezervorul de condensat – colectează condensatul evacuat de la toate separatoarele. Este interzisă recircularea condensatului în corpul depozitului. Volumul acestui rezervor trebuie calculat pentru a stoca temporar cel puțin cantitatea de condensat care se adună în 14 zil. Din punct de vedere constructiv rezervorul trebuie să fie impermeabil și rezistent pe termen lung, astfel încât să se evite pătrunderea condensatului în sol sau în apa freatică și prevăzut cu un indicator de preaplin.

Instalația de tratare/valorificare a gazului de depozit

Metodele de tratare/valorificare a gazului de depozit se aleg în funcție de concentrația CH4 și de cantitatea de gaz de depozit captată într-o perioadă de determinată de timp. Principalele posibilităti de tratare/valorificare a acestuia sunt: filtrare biologică, ardere controlată, generare abur respectiv, energie electrică.

După ultimul cămin de separare a condensatului se instalează exhaustorul și instalația de ardere sau de valorificare a gazului. Aceste instalații se calculează și se construiesc în funcție de posibilitățile de obținere a energiei electrice sau a energiei termice.

La arderea controlată a gazului se ține cont de cerințele legale referitoare la nivelul emisiilor și protecția calității aerului. O instalație de valorificare a gazului trebuie să conțină și o instalație de siguranță pentru arderea controlată, pentru a asigura arderea gazului în eventualitatea apariției unei defecțiuni la instalația de valorificare. În acest caz instalația de ardere controlată se dimensionează la 60% din cantitatea de gaz captată de pe depozit. Gazul de depozit conține, în plus față de componentele principale (CH4 și CO2), urme de compuși halogenați, sulf, fosfor etc. Aceste componente pot distruge instalațiile de valorificare și tratare a gazului, ele influențând și calitatea emisiilor. Îndepărtarea acestor elemente se poate face prin intermediul unor filtre biologice sau cu cărbune activ, respectiv prin spălare sau oxidare catalitică a gazului.

Garaje, ateliere și spații de parcare pentru utilaje

Pentru funcționarea corespunzătoare a unui depozit sunt necesare următoarele:

– buldozere, care pot fi prevăzute cu diferite tipuri de șenile profilate și lame care sunt folosite pentru distribuirea deșeurilor, aplicarea straturilor de acoperire, nivelarea suprafeței depozitului, realizarea drumurilor;

– încărcătoare care sunt folosite pentru distribuirea deșeurilor, preluarea deșeurilor neacceptate, lucrări mici de nivelare, curățarea drumurilor, realizarea drumurilor;

– compactor picior de oaie care este folosit pentru compactarea deșeurilor menajere și a celor voluminoase, mărunțirea deșeurilor;

– compactoare cu role care sunt folosite pentru compactarea deșeurilor minerale, mărunțirea deșeurilor, reducerea spațiilor libere dintre acestea și realizarea unei suprafețe relativ netede și stabile;

– scrapere sunt folosite pentru distribuirea deșeurilor minerale în cantități mari, realizarea drumurilor, realizarea straturilor minerale ale sistemelor de impermeabilizare la bază și la suprafață;

– excavatoare hidraulice care sunt folosite, în special la realizarea bazei depozitului, realizarea drumurilor și instalațiilor de drenaj, realizarea impermeabilizării suprafeței

– tocător care este folosit pentru tocarea deșeurilor voluminoase, cum ar fi lemn și plastic dur, deșeuri provenite din grădini (crengi, tufișuri etc.).

Alături de utilajele menționate anterior pentru construirea/fucționarea în bune condiții a amplasamentului unui depozit de deșeuri menajere mai sunt folosite tractoare, remorci, basculante. Operatorul care deservește depozitului trebuie să – și asigure un număr suficient din fiecare tip de utilaj, ținând cont și de riscurile de defectare a acestora.

Reparațiile echipamentelor și utilajelor care sunt folosite la operarea unui depozit de deșeuri sunt realizate în cadrul atelierelor proprii. Proiectarea acestora se realizează astfel încăt să fie asigurate:55

încălzirea, iluminarea, ventilația și alimentarea cu apă;

suficient spațiu pentru manevrarea pe orizontală și verticală a utilajelor;

bancuri de lucru și spații pentru depozitarea uneltelor;

spații de stocare conforme cu normele legale pentru amplasarea buteliilor de gaz și depozitarea substanțelor toxice periculoase;

facilități de protecție contra incendiilor;

sisteme de securitate pentru a împiedica accesul persoanelor neautorizate.

Echipamentul pentru curățarea roților autovehiculelor[3]

Depozitele de deșeuri menajare trebuie să fie dotate cu echipamente pentru curățarea roților mijloacelor de transport a deșeurilor, înainte de intrarea pe drumurile publice. Curățarea roților se poate realiza umed sau uscat. Varianta va fi aleasă de către propiectantul depozitului în funcție de caracteristicile specifice depozitului.

Birourile administrative și construcțiile sociale se vor amplasa la distanță fața de zona de acces celula de eliminare a deșeurilor,

Construcțiile sociale cuprind vestiare, toalete, dușuri, chiuvete, sala de mese, bucătărie pentru pregătirea hranei, sala de prim ajutor.

3. Legislația națională și europeană în domeniul acoperirii finale (și închiderii) depozitelor de deșeuri

Prin actele normative naționale și europene menționate în continuare sunt stabilite cerințele legale atât pentru desfășurarea activității de depozitare a deșeurilor, cât și pentru realizarea, monitorizarea, închiderea și urmărirea postînchidere a depozitelor.

3.1.Legislația europeană privind depozitarea (inclusiv acoperirea finală a depozitelor) și acceptarea deșeurilor la depozitare:

– Directiva nr. 1999/31/EC privind depozitarea deșeurilor, publicată în Jurnalul Oficial al Comunității Europene (JOCE) nr. L 182 din 16 iulie 1999;

Obiectivele principale ale acesteia sunt stabilirea măsurilor, procedurilor și liniilor directoare pentru prevenirea sau reducerea efectelor negative asupra mediului și mai ales poluarea apelor de suprafață, a apelor subterane, a solului, aerului și a mediului în general, inclusiv efectul de seră, precum și orice alte riscuri ulterioare pentru sănătatea umană pe care le pot avea activitățile de depozitare a deșeurilor pe durata întregului ciclu de viață al acestora;

– Decizia Consiliului 2003/33/CE stabilind criteriile și procedurile pentru acceptarea deșeurilor la depozite ca urmare a art. 16 și anexei II la Directiva 1999/31/CE, publicată în Jurnalul Oficial al Comunității Europene (JOCE) nr. L11 din 16 ianuarie 2003;

În cadrul acestei decizii sunt stabilite condițiile și criteriile pe care trebuie să le îndeplinească anumite clase de deșeuri pentru a fi acceptate la eliminare pe cele trei categorii de depozite;

– Directiva 2000/60/CE a Parlamentului European și a Consiliului din 23 octombrie 2000 de stabilire a unui cadru de politică comunitară în domeniul apei, publicată în Jurnalul Oficial al Comunităților Europene (JOCE) seria L nr. 327 din 22 decembrie 2000 și Directiva 2007/60/CE a Parlamentului European și a Consiliului din 23 octombrie 2007 privind evaluarea și gestionarea riscurilor la inundații, publicată în Jurnalul Oficial al Uniunii Europene (JOUE) seria L nr. 288 din 6 noiembrie 2007;

– Directiva Consiliului nr. 91/271/CEE privind epurarea apelor uzate urbane, publicată în Jurnalul Oficial al Comunităților Europene (JOCE) nr. L 135/1991, modificată de Directiva Comisiei nr. 98/15/CE privind câteva solicitări stabilite în anexa I la Directiva Consiliului nr. 91/271/CEE , publicată în Jurnalul Oficial al Comunităților Europene (JOCE) nr. L 67/1998, și de Regulamentul Parlamentului European și al Consiliului nr. 1882/2003/CE de adaptare la Decizia Consiliului nr. 1999/468/CE a dispozițiilor privind comitetele care asistă Comisia Europeană în exercitarea competențelor de executare prevăzute de actele care fac obiectul procedurii menționate la art. 251 din Tratatul CE, publicat în Jurnalul Oficial al Comunităților Europene (JOCE) nr. L 284/2003.

3.2. Legislația națională privind depozitarea (inclusiv acoperirea finală a depozitelor)

și acceptarea deșeurilor la depozitare:

– Hotărârea Guvernului nr. 349/2005 privind depozitarea deșeurilor, publicată în Monitorul Oficial, Partea I nr. 394 din 10/05/2005 prin care se stabilește cadrul legal pentru desfășurarea activității de depozitare a deșeurilor, pornind de la faza de proiectare, construcție, autorizare, exploatare, închidere, monitorizare atât pe perioadă de funcționare cât și post – închidere.

– Ordin M.M.G.A. nr. 95/2005 privind stabilirea criteriilor de acceptare și a procedurilor preliminare de acceptare a deșeurilor la depozitare și lista națională de deșeuri acceptate în fiecare clasă de depozit de deșeuri, publicat în Monitorul Oficial, Partea I nr. 194 din 08/03/2005,

Acest ordin stabilește condițiile și criteriile pe care trebuie să le îndeplinească anumite tipuri de deșeuri pentru a fi acceptate la eliminare pe cele trei tipuri de depozite.

– Ordinul ministrului mediului și gospodăririi apelor nr. 757/2004 pentru aprobarea Normativului tehnic privind depozitarea deșeurilor, publicat în Monitorul Oficial, Partea I nr. 86 din 26/01/2005, modificat prin Ordinul ministrului mediului și gospodăririi apelor nr. 1230/2005 publicat în Monitorul Oficial, Partea I nr. 1101 din 07/12/2005;

Prin acest act normativ sunt stabilite cerințele și măsurile operaționale și tehnice pentru depozitarea deșeurilor în scopul prevenirii sau reducerii cât de mult posibil a efectelor negative asupra mediului și sănătății umane, generate de depozitarea deșeurilor, pe toată durata de exploatare a unui depozit.Acesta reprezintă cea mai bună tehnică disponibilă la nivel național pentru depozitele de deșeuri.

-Legea nr. 107 din 25 septembrie 1996 legea apelor, publicată în Monitorul Oficial, Partea I nr. 244 din 08/10/1996,

-HG nr. 188 din 28 februarie 2002 pentru aprobarea unor norme privind condițiile de descărcare în mediul acvatic a apelor uzate, publicată în Monitorul Oficial, Partea I nr. 187 din 20/03/2002

4. Structura și construcția acoperirilor temporare și finale a depozitelor ecologice de deșeuri

4.1. Aspecte generale ale realizării acoperirii temporare și finale a depozitelor ecologice de deșeuri

Acoperirea finală a unui depozit de deșeuri reprezintă amplasarea, după umplerea unei celule, a unui sistem final de impermeabilizare pentru limitarea infiltrațiilor de apă în deșeuri și către interiorul instalației de colectare a levigatului.

La alegerea sistemului de impermeabilizare se ține seama de tipul și cantitatea deșeurilor depozitate, de condițiile hidrogeologice, natura suprafeței amplasamentului, solicitările ce pot apărea în timp, natura și caracteristicile materialului utilizat și mediiile anuale ale cantitățile de ape pluviale specifice zonei .

Sistemul de impermeabilizare trebuie să asigure etanșietatea întregului depozit și să ofere:

controlul fluxurilor de lichide și gaze;

împiedicarea aparației fluxurilor lichide sau gazoase;

reducerea caracterului nociv al deșeurilor;

garantarea unei durate de funcționare a depozitului mai mare față de perioada de nocivitate puternică a deșeului;

asigurarea recultivării amplasamentului;

reintegrarea peisagistică;

asigurarea stabilității mecanice.

Fig. 4.1. Exemplu de acoperire finală a depozitelor de deșeuri [8]

Acoperirea finală a depozitelor de deșeuri se poate realiza în funcție de obiectivele de performanță ale acesteia:

acoperire permeabilă;

acoperire semipermeabilă;

acoperire impermeabilă;

acoperire cu recirculare.

Fig. 4.2. Modele structurale pentru acoperirea finală a depozitelor de deșeuri [8]

Principalele funcții ale straturilor acoperirii finale sunt: suport pentru cuvertură vegetală, ranforsare mecanică/protecție, filtrare, drenarea apei din precipitații etanșietate, drenajul biogazului.

Fig. 4.3. Schema de principiu pentru acoperirea impermeabilă [8]

Prin realizarea sistemului de acoperire a deșeurilor se realizează minimizarea infiltrațiilor de apă pluvială în corpul deșeurilor, promovarea drenajului de suprafață și maximizarea descărcărilor de apă pluivială, controlul circulației gazului și separarea fizică între deșeuri.

Fig.4.4. Funcțiile straturilor de acoperire finală impermeabilă

Scopul realizări unui sistem de impermeabilizare a suprafeței unui depozit de deșeuri este protecția de durată și constantă împotriva

formării de mirosuri;

levigării poluanților în apa subterană;

migrării gazului în atmosferă;

apariției incendiilor;

deteriorării stratului de vegetație de la suprafață din cauza gazului de depozit;

înmulțirii insectelor și păsărilor

Fig. 4.5. Schema de principiu pentru acoperirea semipermeabilă [8]

Fig.4.6. Funcțiile straturilor de acoperire finală semipermeabilă [8]

Fig.4.7. Exemplu de acoperire finală pentru depozite de deșeuri [8]

Sistemul de acoperire trebuie să realizeze a izolare a deșeurilor față de apa pluvială și în același timp să asigure o umiditate optimă în interiorul masei deșeurilor care să favorizeze descompunerea materiei organice. În plus trebuie să se realizeze integrarea zonei depozitului în contextul peisagistic natural.

Întregul sistem de impermeabilizare trebuie să prezinte o construcție adecvată clasei de depozit și să îndeplinească următoarele cerințe generale:

să rețină și să asigure scurgerea apei din precipitații,

să formeze o bază stabilă și rezistentă pentru vegetație,

să prezinte siguranță împotriva deteriorărilor provocate de eroziuni,

să fie rezistent la variații mari de temperatură (îngheț, temperaturi ridicate),

să împiedice înmulțirea animalelor (șoareci, cârtițe),

să fie rezistent pe termen lung și etanș față de gazul de depozit

să fie circulabil și ușor de întreținut.

Prin realizarea unui acoperiri de suprafață, peste deșeurile depuse, după terminarea funcționării acestuia, se poate evita continuarea deplasării substanțelor dăunătoare spre exterior.

Criteriile de proiectare a acoperirii finale trebuie să aibă în vedere: minimizarea infiltrației din precipitații; asigurarea unui bun drenaj de suprafață; rezistența la eroziune; controlul migrației gazelor din depozit; separarea deșeurilor de agenții de contaminare; protecția estetică; utilizarea stratului de acoperire.

Reducerea infiltrațiilor din precipitații la un sistem de acoperire bine proiectat se realizeaza printr-un drenaj de suprafață foarte bun care să minimizeze scurgerile de suprafață, pierderile de sol și eroziunile, să mărească transpirația plantelor din stratul vegetal de acoperire și să reduca percolațiile.

Stabilirea unui strat vegetal sănătos este vitală pentru protejarea sistemului de acoperire impotriva eroziunii. Trebuie, însă, plantate specii de plante cu rădăcină scurtă pentru a nu periclita straturile filtrante de dedesubt.

Pentru închiderea depozitului se recomandă mai multe soluții cuprinzând etanșări cu materiale minerale, cu geosintetice sau etanșari combinate.

O problemă care apare este cea a apei provenite din precipitații care trebuie colectată și evacuată cât mai repede de pe suprafața impermeabilizată a depozitului, pentru a evita toate efectele negative.

4.2. Sistemul de acoperire finală după normativele din România și din lume

Așezarea ultimului strat al sistemului de impermeabilizare la suprafața se realizează numai atunci când tasările corpului depozitului sunt într-un stadiu la care nu mai pot determina deteriorarea acestui sistem. În perioada principală de tasare se poate realiza o acoperire temporară.

Sistemul de acoperire trebuie să realizeze o izolare a masei deșeurilor față de apele pluviale și, în același timp în cazul deșeurilor biodegradabile, să asigure o umiditate optimă în interiorul masei acestora, care să favorizeze descompunerea materiei organice. [3,4]

În ceea ce privește gazul de depozit, sistemul de acoperire trebuie să asigure atât prevenirea pătrunderii aerului în masa de deșeuri, cât și evacuarea controlată a gazului de fermentare printr-un sistem de conducte și puțuri.

Fig. 4.8. Sistem de acoperire finală a unui depozit de deșeuri nepericuloase [8]

4.2.1. Sistemul de acoperire finală după normativele din România

În România acoperirea finală a depozitelor de deșeuri este reglementată prin Ordinul Ministrului mediului și gospodăririi apelor nr. 757/2004 pentru aprobarea Normativului tehnic privind depozitarea deșeurilor, cu modificările și completările ulterioare

Sistemul de acoperire finală / impermeabilizare a unui depozit de deșeuri menajere trebuie sa îndeplinească următoarele cerințe:

să fie rezistent pe termen lung și etanș față de gazul de depozit;

să rețină și să asigure scurgerea apei din precipitații;

să formeze o baza stabilă și rezistentă pentru vegetație;

să prezinte siguranță împotriva deteriorărilor provocate de eroziuni;

să fie rezistent la variații mari de temperatură (îngheț, temperaturi ridicate);

să împiedice înmulțirea animalelor (șoareci, cârtițe);

să fie circulabil;

să fie ușor de întreținut. [1]

Structura de acoperire finală trebuie să aibă o rezistență structurală suficientă, stabilă și dinamică (inclusiv seismică), astfel încât să nu se deterioreze.

Cerințele minime cu privire la proiectarea și construirea sistemului de acoperire finală a depozitelor de deșeuri menajere sunt menționate în actul normativ menționat anterior.

Modelele structurale ale sistemelor de acoperire finale pentru depozite de deșeuri menajare sunt redate în figurile 4.9., 4.10., 4.11.

Fig. 4.9. Sistem de acoperire finală pentru depozit de deșeuri nepericuloase [3, 4]

Așezarea ultimului strat al sistemului de impermeabilizare la suprafață se realizează numai atunci când tasările corpului depozitului sunt într-un stadiu la care nu mai pot determina deteriorarea acestui sistem.

Sistemul de acoperire finală prezentat în figura 4.9. este format din:

-strat de susținere cu grosime minimă de 50 cm care are rol de drenare a gazului de depozit generat de la fermentarea deșeurilor depozitate; acesta va avea un coeficient de permeabilitate mai mare sau egal cu 1 x 10-4 m/s.

-2 straturi de argilă fiecare cu o grosimede 25 cm, cu un coeficient de permeabilitate mai mic de 5 x 10-9 m/s;

-geotextil de protecție cu o densitatea mai mare sau egală cu 400 gr/m2 ;

-strat de drenaj pentru apa din precipitații cu o grosime de nimim 30 cm, se pot folosi drept materiale de construcție pietriș sau balastru;

-geosintetic permeabil;

-strat de pământ argilos cu nisip sau pietriș, carea are o grosime de 85 cm, care nu se compactează;

-strat de sol fertil cu grosime de nimim 15 cm pe care se plantează gazon și/sau vegetație rezistentă la eroziune.

Fig. 4.10.. Sistem de acoperire finală pentru depozit de deșeuri nepericuloase [3, 4]

Sistemul de acoperire finală prezentat în figura 4.10. este format din:

-strat de susținere cu grosime minimă de 30 cm care are rol de drenare a gazului de depozit generat de la fermentarea deșeurilor depozitate; acesta va avea un coeficient de permeabilitate mai mare sau egal cu 1 x 10-4 m/s;

-geocompozit cu rol de impermeabilizare, care va avea o greutate specifică mai mare sau egală cu 6000 gr/m2;

-strat de drenaj pentru apa din precipitații cu o grosime de nimim 30 cm, cu un coeficient de permeabilitate de minim 1 x 10-3 m/s, se pot folosi drept material de construcție pietrișul;

-geosintetic permeabil;

-strat de pământ argilos cu nisip sau pietriș, carea are o grosime de 85 cm, care nu se compactează;

-strat de sol fertil cu grosime de nimim 15 cm pe care se plantează gazon și/sau vegetație rezistentă la eroziune.

Sistemul de acoperire finală prezentat în figura 4.11. este format din:

-strat de susținere cu grosime minimă de 30 cm care are rol de drenare a gazului de depozit generat de la fermentarea deșeurilor depozitate; acesta va avea un coeficient de permeabilitate mai mare sau egal cu 1 x 10-4 m/s;

-impermeabilizare sintetică formată dintr-o polietilenă de înaltă densitate cu o grosime de minim 2 mm;

-geotextil de protecție care va avea o greutate specifică mai mare sau egală cu 1000 gr/m2;

-strat de drenaj pentru apa din precipitații cu o grosime de nimim 30 cm, cu un coeficient de permeabilitate de minim 1 x 10-3 m/s, se pot folosi drept material de construcție pietrișul;

-geosintetic permeabil;

Fig. 4.11. Sistem de acoperire finală pentru depozit de deșeuri nepericuloase [3, 4]

-strat de pământ argilos cu nisip sau pietriș, carea are o grosime de 85 cm, care nu se compactează;

-strat de sol fertil cu grosime de nimim 15 cm pe care se plantează gazon și/sau vegetație rezistentă la eroziune.

Materialul de drenare trebuie să fie stabil pe taluzuri și să se aplice uniform pe întreaga suprafață a depozitului. Mărimea granulelor materialului de drenare trebuie să fie cuprinsă între 4 mm și 32 mm.

Stratul de drenaj se amenajează până la marginea rigolei perimetrale a sistemului de colectare a apei de la baza depozitului. În cazul depozitelor cu suprafață mare, pantă mică și timp lung de scurgere a apei din precipitații, se amenajează conducte de scurgere în stratul de drenaj, pentru ca apa să poată fi evacuată direct în rigola perimetrală. Între stratul de recultivare și stratul de drenaj trebuie să nu existe pericolul de sufuziune, astfel încât în stratul de drenaj să nu ajungă granule sau particule foarte fine, care să modifice valoarea permeabilității.

Pe stratul de drenaj pentru apa din precipitații se aplică un strat separator, pentru a împiedica pătrunderea componentelor din stratul de recultivare în stratul de drenaj.

La utilizarea materialelor de drenare artificiale trebuie să se probeze funcționalitatea hidraulică și rezistența pe termen lung a materialului. [10]

Geotextilele utilizate sunt din materiale rezistente pe termen lung, cum ar fi polipropilena (PP) sau polietilena de înaltă densitate (PEHD), cu masa pe unitatea de suprafață ≥ 400 gr/m2. [3, 4]. Aceste materiale trebuie să permită pătrunderea apei și să respecte cerințele de calitate conform prevederilor standardelor în vigoare.

Nu este permisă utilizarea materialelor reciclate. Se poate renunța la utilizarea stratului de separare, dacă este probată siguranța la sufuziune.

Alternativ la stratul mineral de drenaj se poate folosi un strat geosintetic de drenaj. Acesta trebuie să fie alcătuit din materiale PEHD și să fie rezistent în timp la presiunea exercitată de stratul de recultivare și de drumurile de acces pe depozit. Geotextilul de filtrare trebuie să fie microbiologic rezistent., conform EN 12225, și corespunzător pentru folosirea în instalații de drenaj, conform EN 13252.

Stratul de recultivare

Stratul de recultivare se realizează cu o grosime totală mai mare sau egală cu 1,00 m. La realizarea stratului de recultivare, utilajele pot utiliza doar căile de circulație amenajate în acest scop. Acesta nu se compactează.

Stratul de recultivare constă dintr-un strat de reținere a apei (d ≥ 85 cm), din stratul de sol vegetal (d ≥ 15 cm), precum și din vegetație (gazon).

Plantarea tufișurilor este permisă numai după 2 ani de la plantarea gazonului. Pot fi plantate numai specii de tufișuri cu rădăcini scurte. Materialul pentru stratul de reținere a apei constă din nisip ușor coeziv și din pietriș. [3, 10]

Normativ

4.2.2. Sistemul de acoperire finală după Agenția de Protecție a Mediu

din Statele Unite ale Americii

Închiderea depozitelor de deșeuri solide și periculoase în Statele Unite ale Americii este în mare măsură reglementată prin Legea de Conservare și Recuperare a Resurselor (RCRA) sau prin reglementări similare ale statului care se suprapun pe cele din RCRA. [5] Totodată, la nivel federal au fost stabilite criteriile de închidere în cadrul Regulamentului Federal nr. 258.60. [11, 12]

Conform acestor criterii proprietarii sau operatorii tuturor depozitelor de deșeuri trebuie să instaleze un sistem de acoperire finală care să fie proiectat să minimizeze infiltrarea apei și eroziunea ulterioară a suprafeței acestuia.

Acoperirile finale recomandate în RCRA utilizează un strat de barieră rezistivă ca obstacol primar la percolarea în deșeurile de bază și sunt deseori denumite acoperiri finale "convenționale" în industria deșeurilor solide (periculoase și nepericuloase). În funcție de tipul de căptușeală de bază care stă la baza deșeurilor din depozit, stratul de barieră dintr-o acoperire convențională poate consta dintr-un sol cu granulație fină având o conductivitate hidraulică scăzută saturată sau o "barieră compozită" constând dintr-o geomembrană de 1-2 mm grosime) sub formă de sol cu granulație fină (USEPA 1992). [13]

Conform reglementărilor federale acoperirile finale trebuie proiectate și construite astfel încât:

-să se asigure o minimizare pe termen lung a migrării lichidelor prin îndiguirea închisă;

-să fie funcțională cu întreținere minimă;

-să promoveze drenajul și să minimizeze eroziunea sau abraziunea acoperirii finale;

-să asigure stabilitate, astfel încât integritatea acoperirii finale să fie menținută;

-să aibă o permeabilitate mai mică sau egală cu permeabilitatea oricărui sistem de căptușeală inferioară sau a subsolurilor naturale prezente sau o permeabilitate nu mai mare de 1 × 10-5 cm / sec, sa va folosi oricare dintre acestea care este mai mică;.

-să minimizeze infiltrația apei prin depozitul de deșeuri închis prin utilizarea unui strat de infiltrare care conține un minim de 18 inch (46 cm) de material de pământ;

-să minimizeze eroziunea stratului final prin utilizarea unui strat de eroziune care conține minimum 6 inch (15 cm) de material de pământ capabil să susțină creșterea plantelor native. [12]

Fig. 4.12. Sistem de acoperire finală a depozitelor de deșeuri conform criteriilor RCRA [14]

La nivelul fiecărui stat se poate aproba un proiect alternativ de acoperire finală care țină cont atât de cerințele federale cât și de cele ale statului unde este amplasat depozitul de deșeuri.

Aprobarea proiectului alternativ de acoperire se poate realiza numai după consultarea publicului în special pentru depozitele care depun zilnic 20 tone de deșeuri solide. Proiectul alternativ de acoperire trebuie să șină cont de:

– caracteristicile comunităților mici;

– de condițiile climatice și hidrogeologice ale zonei/statului unde sunt amplasate;

– protejarea sănătății polulației și a mediului. [11, 12]

Stratul de sol cu granulație fină (de obicei de 450 mm grosime) este compactat pentru a obține o conductivitate hidraulică suficient de scăzută (<10-5 sau <10-7 cm/s, în funcție de proprietățile stratului de bază în depozitul de deșeuri). Alternativ, poate fi înlocuit un strat de argilă compactată (cu un material subțire) cu greutate specifică de 3,5-6,0 kg/m2 – bentonită între două geotextile. În majoritatea cazurilor, este necesară realizarea de acoperiri convenționale pentru a satisface specificațiile materialelor, dar nu sunt supuse unui criteriu de performanță, cum ar fi o rată maximă de percolare. [13]

De asemenea, RCRA include o prevedere care permite ca acoperirile alternative finale care sunt "echivalente" cu acoperirea convențională recomandată în ceea ce privește rata de percolare (adică rata de percolare din capacul alternativ trebuie să fie mai mică sau egală cu cea de pe capacul convențional) (US Codul regulamentelor federale, secțiunea 258.60 (b) (1)). [13]

Fig 4.13. Secțiune printr-un depozit de deșeuri

Datorită costului relativ ridicat al acoperirilor convenționale și a întrebărilor privind durabilitatea pe termen lung a straturilor de barieră cu granulație fină compacte, a fost acordată o atenție deosebită prevederilor privind acoperirile finale alternative.

Cele mai multe dintre modelele alternative se bazează pe principiile de stocare a apei (adică, controlând percolarea apei în perioade de precipitații ridicate și evapotranspirație în perioade de precipitații scăzute) și sunt deseori denumite "acoperiri finale cu evapotranspirație". Un strat de pământ cu granulație fină este adaugat uneori peste un strat de sol grosier pentru a crește capacitatea de stocare a apei din acoperire.[13]

Acoperirea finală prin utilizarea acestor principii este adesea menționată ca acoperire finală "alternativă" în industria deșeurilor solide.

Aspecte privind acoperirea finală a depozitelor de deșeuri la nivelul statului Ohio

Bazat pe diverse orientări federale și experiența Agenției de Protecție a Mediului (EPA) Ohio cu privire la realizarea închiderilor de depozite de deșeuri, aceasta a recomandat ca proiectarea unui sistem de acoperire finală, să fie format din: [12]

-primul strat cu permeabilitate redusă – realizat din pământ recompactat cu o permeabilitate maximă de 1×10-7 cm/sec și cu o grosime de 2 picioare (61 cm);

-cel de-al doilea strat cu permeabilitate redusă – realizat dintr-o membrană flexibilă cu (cu o grosime minimă de 40 mm, sau mai mult dacă este necesar pentru o sudură reușită, dacă se utilizează HDPE sau 40 mm dacă se folosește alt material adecvat). [12]

Un strat cu permeabilitate redusă poate fi construit din pământ natural prin compactarea acestuia la o specificație cerută sau din materiale sintetice

Stratul sintetic cu permeabilitate redusă poate fi construit fie dintr-o singură garnitură de membrană flexibilă (FML), fie dintr-o singură garnitură de argilă geosintetică (GCL), fie dintr-o combinație a ambelor. Materialele sintetice trebuie să poată rezista oricăror tensiuni mecanice, chimice și termice previzibile, în timpul perioadei de construcție și în timpul utilizării anticipate pe termen lung. Acestea trebuie instalate în conformitate cu procedurile recomandate de producător. [12]

-strat de drenaj – realizat din pământ cu grosimea de cel puțin 12 inch (30 cm) cu o permeabilitate minimă de 1×10-2 cm/sec sau un geosintetic echivalent; transmisivitatea hidraulică minimă de 3×10-5 m2/sec pentru materiale sintetice, panta minimă să fie de 1%, iar conductivitate hidraulică minimă de 1×10-2 cm/sec pentru materiale granulare cu grosimea minimă de 1 picior (30,5 cm).

Dacă se folosește un strat de drenaj geosintetic, stratul vegetativ / îngheț al solului trebuie să aibă o grosime de cel puțin 30 inch (77 cm) sau o grosime de 36 inch (92 cm) după cum este necesar.

-strat de protecție – realizat din pământ vegetal cu o grosime de cel puțin 18 inch (46 cm) / protecție împotriva înghețului. (Notă: 18 inch din stratul de protecție a solului combinat cu stratul de drenare de 12 inch asigură un total de 30 inch de protecție împotriva înghețului din sol. Unele zone din Ohio necesită 36 inch de sol pentru protecție împotriva înghețului.)

Sisteme alternative de acoperiri finale trebuie să aibă o rezistență structurală suficientă, stabilă și dinamică (inclusiv seismică), astfel încât să nu se deterioreze.

Stratul de suprafață poate consta din orice material (cum ar fi betonul, asfaltul etc.), care va servi cel mai bine scopului unei soluții alternative pentru acoperirea finală. Trebuie să fie rezistent la intemperii și ușor de întreținut și reparat. Acesta trebuie să fie proiectat și construit cu pante suficiente pentru a asigura îndepărtarea eficientă a precipitațiilor luând în considerare și eroziunea.

Stratul de protecție poate fi construit din orice material de sol curat care va satisface acest scop. Trebuie să aibă o grosime suficientă pentru a asigura protecție pe baza adâncimii anticipate a înghețului și a tipului de material utilizat la construcția straturilor subiacente.

O soluție pentru acoperirea finală poate avea unul sau mai multe straturi cu permeabilitate redusă.

Proiectele finale de acoperire care utilizează o geomembrană și un strat de sol recompensat asigură o protecție mai mare și sunt mai eficiente hidraulic decât oricare tip de strat singur.

Acoperirea finală a depozitelor de deșeuri poate cu permeabilitate redusă sau impermeabile.

Acoperirile finale impermabile trebuie să includă două straturi separate de permeabilitate redusă (cel puțin una dintre ele trebuie să fie o geomembrană suficient de puternică pentru a permite sudarea suprapusă fără a crea fisuri sau găuri – o polietilenă HDPE de minim 40 de milimetri HDPE sau echivalent), un strat de drenaj, un strat de protecție și un strat de suprafață. [12]

Acoperirile finale cu permeabilitate redusă trebuie să includă cel puțin un strat cu permeabilitate redusă, un strat de drenaj, un strat de protecție și un strat de suprafață. [12]

În cazul depozitului municipal de deșeuri solide Misoulla, Montana, SUA, proiectarea pentru realizarea sistemului de acoperire a constat în:

-evaluare preliminară – stabilirea obiectivului de performanță și căutarea de argumente că o acoperire a echilibrului de apă poate avea succes în locația propusă, se analizează așteptările autorității de supraveghere și constrângerile impuse de proprietar;

-caracterizarea siturilor – caracterizarea solurilor și vegetației disponibile pentru realizarea acoperirii finale;

-evaluarea depozitării – se estimează grosimea necesară a acoperirii finale prin determinarea cantității de apă care trebuie stocată și a capacității capacului pentru a stoca apa.

-modelarea balanței de apă – se prezintă performanța acoperirii propuse în evaluarea stocării de apă pentru date meteorologice realiste folosind un model numeric care simulează absorbția variabilă a fluxului de apă a rădăcinilor într-un sistem multistrat cu o limită a fluxului climatic la suprafață; se redimensioanează grosimea acopririi, dacă este necesar.

-demonstrarea performanței – se efectuează o demonstrație a performanței pentru a valida faptul că proiectul îndeplinește obiectivul de performanță prin instrumentarea acoperirii sau construirea unei secțiuni de testare pe scară largă.

După discuțiile cu Departamentul de Calitate a Mediului din Montana (MDEQ, agenția de reglementare competentă asupra sitului) și revizuirea Ghidului de acoperire finală alternativă a MDEQ (v.9-11) au indicat faptul că sistemul de acoperire a acestui depozit trebuie să fie echivalent hidraulic cu acoperirea convențională cerută în Montana pentru celulele de depozitare a deșeurilor MSW care conțin un strat compozit.

Acoperirea convențională constă dintr-o barieră compozită cu o barieră compactă a solului care are o conductivitate hidraulică saturată de maxim 10-5 cm / s suprapusă de o geomembrană și de un strat vegetal de suprafață (figura 2).

După parcurgerea etapelor menționate anterior și discutarea diverselor aspecte în ceea ce privește rata de percolare echivalenta pentru acoperirile finale convenționale (care nu este stabilită, de către Departamentul de Calitate a Mediului din Montana, la nivel național) proiectul final pentru realizarea acoperirii depozitului de deșeuri din Missoula este format dintr-un strat monolit de echilibrare a apei, alcătuit dintr-un strat de stocare de 1,22 m acoperit de un strat de sol de 0,15 m. În anul 2011, s-a efectuat o demonstrație de teren cu un lizimetru care a fost realizată pentru a confirma faptul că acoperirea funcționează conform așteptărilor de la proiectare.[15]

4.3. Caracteristicile tehnice ale materialelor utilizate în construcția

sistemului de acoperire finală

Sistemul de acoperire finală / impermeabilizare trebuie să asigure etanșeitatea întregului depozit și să ofere controlul fluxurilor de lichide și gaze, împiedicarea apariției fluxurilor lichide sau gaze reducerea caracterului nociv al deșeului garantarea unei durate de funcționare a depozitului mai mare față de perioada de nocivitate puternică a deșeului asigurarea recultivării sitului și reintegrarea peisagistică, respectiv asigurarea stabilității mecanice.

Principalele funcții ale straturilor acoperirii finale sunt: suport pentru uvertura vegetală, ranforsare mecanică / protecție, filtrare, drenarea apei de ploaie, etanșeitate, drenajul biogazului, suport.

Pentru îndeplinirea acestor cerințe, stratul natural de etanșare al sistemului de acoperire se completează cu straturi din materiale geosintetice.

Pentru fiecare funcție, pot fi avute în vedere mai multe materiale. Alegerea acestora se face după criterii tehnico – economice.

Caracteristicile materialelor din care este realizat stratul de acoperire finală se stabilesc în funcție de:

natura și cantitatea de deșeuri depozitate pe amplasament;

condițiile de mediu natural;

gradul necesar de reducere a riscurilor pentru toți factorii de mediu;

utilizarea ulterioară a terenului.

În plus, pentru asigurarea tuturor condițiilor pentru menținerea stabilității și integrității stratului de acoprire, se va ține cont și de următoarele aspecte;

posibilitatea apariției tasărilor diferențiate a deșeurilor la limitele dintre celule sau contactul cu pereții depozitului, în special în cazul depozitării deșeurilor municipale biodegradabile – se va proiecta realizarea de grosimi suplimentare de material de acoperire sau de margini neregulate pentru compensarea tasărilor prognozate;

necesitatea ca profilul final al depozitului să respecte anumite condiții referitoare la panta suprafețelor (în corelație și cu natura deșeurilor depozitate) și la încadrarea în peisaj.

La baza taluzului, geomembrana trebuie să fie ancorată în mod corect, pentru a face față la solicitările mecanice și pentru a realiza o izolare corespunzătoare a masei de deșeuri. [6]

La realizarea sistemului de acoperire finale a unui depozit de deșeuri municipale se pot utiliza o serie de materiale, normativul privind depozitarea recomandă ca pentru amenajarea acestuia să se folosească:

– la stratul de susținere – moloz, pământ, cenușă reziduală, deșeuri minerale, sau materiale naturale dar granulația acestora să nu depășească 10 cm;

– la stratul protector pentru geomembrana de protecție – geotextile executate din materiale rezistente pe termen lung din polipropilenă, sau polietilenă de înaltă densitate, cu masa unitară de cel puțin 600 g/m2;

– la stratul de drenare al apei – pietriș / balastru – materialele trebuie să aibă permeabilitatea ≥ 1 10-3 m/s, iar conținutul maxim de carbonat de calciu să fie de 10% (unități de masă); granulele din strat trebuie să aibă mărimea cuprinsă între 4 și 32 mm, iar procentul de granule inferioare și superioare nu trebuie să depășească 3%;

– geotextilele de filtrare utilizate trebuie să fie confecționate din materiale rezistente pe termen lung, cum ar fi polipropilena (PP) sau polietilena (PE), cu masa pe unitatea de suprafață de minim 400 g/m2 .

Pentru taluzuri trebuie efectuat un calcul de siguranță a stabilității. Pentru taluzurile abrupte (1:3) se utilizează agregate concasate. La utilizarea straturilor artificiale de drenaj trebuie să se dovedească funcționalitatea hidraulică și rezistența pe termen lung a materialului.

– la stratul de recultivare – soluri care să permită pătrunderea rădăcinilor prin sol (implicit creșterea plantelor) și stabilitatea la eroziune și anume nisipuri argiloase, nisipuri slab lutoase, lut argilos,

Sistemele de închidere a depozitelor de deșeuri, bazate pe materiale geosintetice, oferă o soluție sigură, economică și ecologică pentru realizarea unor etanșări de înaltă calitate.

Proiectele de acoperire finală pentru depozitele de deșeuri nepericuloase trebuie să includă două componente pentru etanșare. Aceste elemente trebuie să se valideze reciproc, astfel că trebuie să aibă compoziții diferite. Combinarea unui geocompozit bentonitic cu o geomembrană reprezintă o abordare sigură, restrictivă, bine stabilită și recunoscută pentru realizarea de proiecte de succes, pe termen lung.

Caracteristicile fizice, mecanice, hidraulice și de durabilitate a geomembranelor se determină în conformitate cu prevederile "Normativului pentru utilizarea materialelor geosintetice la lucrările de construcții" indicativ, NP 075-02.

Caracteristicile impuse pentru utilizarea geomembranelor la depozitele de deșeuri nepericuloase trebuie să fie în conformitate cu SR EN 13257:2001.

Cerințele pentru geomembranele din PEHD sunt tabelele 4.1., 4.2., [3, 4]

Tabelul 4.1. Cerințe privind proprietățile fizice ale geomembranelor

Rezistența la întindere a geomembranelor se determină prin solicitare la întindere monoaxială pe eșantioane de formă în dublu T, de lățime constantă și în condiții de solicitare tridimensională. Aceasta se realizează în conformitate cu ISO R 527.

Tabelul 4.2. Valori orientative ale rezistenței la întindere a geomembranelor din PEHD

Rezistența la impact (șoc) se determină prin metoda Spencer, care constă prin căderea pe o mostră de geomembrană a unui pendul prevăzut la un capăt cu un con, măsurându-se energia la care se produce penetrarea. Geomembranele sunt foarte sensibile la degradare ca urmare a acțiunilor mecanice cum ar fi căderea unor obiecte grele.

Tabelul 4.3. Rezistențele la impact ale unei geomembrane PEHD de grosime g = 1 mm, în conformitate cu prevederile standardelor în vigoare

Pentru determinarea rezistenței la poansonare a geomembranelor se utilizează o mostră circulară fixată pe un inel, care este solicitată static la compresiune înregistrându-se forța la care se produce ruperea. Determinarea se efectuează în conformitate cu EN 12730:2001. Pentru geomembrane groase, forța la care se produce ruperea este de cca. 2200 N.

Rezistența la forfecare exprimată prin unghiul de frecare la interfața dintre geomembranele PEHD și diverse materiale este exemplificată în tabelul 4.4. Determinarea unghiului de forfecare se face în conformitate cu prEN 12957-1.

Tabelul 4.4. Rezistența la forfecare exprimată prin unghiul de frecare la interfața dintre geomembranele PEHD și diverse materiale

Rezistența la sfâșiere se determină pe probe de formă trapezoidală cu tăietura de inițiere sau pe probe de tip despicate. Valorile rezistențelor la sfâșiere variază între 20 N și 130 N pentru epruvetele trapezoidale confecționate din geomembrane subțiri și respectiv între 90 N și 450 N pentru geomembranele groase testate pe probe despicate. Determinarea rezistenței la sfâșiere se face conform: STAS 6127/87, STAS 4030-1/79 și EN 12310-2:2002.

Testarea rezistenței sudurilor de îmbinare a geomembranelor se face în conformitate cu: EN 12316-2:2000 și EN 12317-2:2000.

Rezistența la degradare chimică – geomembranele PEHD se testează prin imersare în diverse substanțe chimice pe o perioadă cuprinsă între 30 și 120 de zile. După această perioadă se repetă testele pentru determinarea caracteristicilor fizice și de rezistență ale geomembrane. Determinarea acestui tip dec rezistență se realizează în conformitate cu: STAS 6339/80, EN ISO 14030:2001, EN 1847:2001, EN ISO 175:2000.

Rezistența la degradarea termică și prin oxidare (rezistența la îmbătrânire) – geomembranele sunt sensibile la variațiile mari de temperatură precum și la acțiunea radicalilor de tip hidroperoxid, care trec în structura moleculară a polietilenei. Pentru combaterea acestor efecte se recomandă acoperirea cât mai rapidă a geomembranei puse în operă. Determinarea acestui tip dec rezistență se face în conformitate cu: EN 1107-2:2001, EN 1296:2000, prEN 495-5, ASTM D 5885-97, ENV ISO 1438:1999, ENV 12224 și prEN ISO 13438.

Rezistența la degradare prin acțiunea factorilor biologici – degradarea biologică se datorează în principal acțiunii bacteriilor, ciupercilor și animalelor. Geomembranele trebuiesc protejate împotriva acțiunii factorilor biologici atât în perioada de execuție cât și în perioada de exploatare a depozitului de deșeuri.

5. Problemele sistemului de acoperire finală a depozitelor de deșeuri

Factoriii care pot afecta sistemul de acoperire temporară și finală

Sistemele de acoperire finală la depozitele de deșeuri sunt proiectate și construite pentru a atenua riscul pe termen lung pe care acestea le reprezintă pentru mediu. Aceste sisteme acoperă o varietate de scopuri specifice: controlul infiltrației și percolației, promovarea scurgerii apei de pe suprafață, minimizarea eroziunii, prevenirea expunerii directe la om și ecologică a deșeurilor și controlarea emisiile de gaze și a mirosurile.[8]

Proiectarea sistemelor de acoperire a de depozitelor de deșeuri este specifică fiecărui amplasament și depinde de vechimea depozitului, cantitatea și tipul deșeurilor depozitate, utilizarea ulterioară a terenului. Acoperire finală a capacului poate varia de la un singur strat de sol la un sistem complex multistrat care include materiale sintetice.

Pentru a minimiza percolarea, sistemele de acoperire utilizează de obicei straturi de barieră de conductivitate redusă. Aceste straturi de barieră sunt adesea construite din argilă compactată, geomembrane, căptușeli de argilă, geosintetice sau combinații ale acestor materiale. În funcție de tipul de material și metoda de construcție, conductivitățile hidraulice saturate pentru aceste straturi de barieră sunt de obicei între 1×10-5 și 1×10-9 cm/s. Sistemele de acoperire finală sunt menite să rămână în vigoare și să-și mențină funcțiile pe perioade mai lungi de timp.

Fig. 5.1. Exemple de acoperire finală pentru depozite ecologice de deșeuri [5]

Acoperirile finale servesc la izolarea materialelor reziduale de la receptorii și vectorii umani și ecologici. În plus, acestea servesc la reducerea cantității de infiltrare și la minimizarea generării de levigate. Minimizarea generării de levigat reduce nevoia de a gestiona lichidele și de a reduce potențialul contaminanților din depozitul de deșeuri pentru a influența mediul înconjurător, indiferent dacă sunt soluri, ape subterane sau apă de suprafață.

Acoperirile convenționale sunt proiectate să utilizeze materiale cu permeabilitate redusă (adică lut compactizat sau geomembrane) pentru a reduce sau elimina infiltrarea precipitațiilor în straturile de deșeuri, reducând astfel capul de pe căptușeală și potențialul de scurgere a contaminanților în mediul înconjurător. În timp ce conceptul este solid, practica a demonstrat că unele dintre cerințele existente pot fi în detrimentul realizării obiectivului de izolare a deșeurilor.

Conceptual, cel mai simplu tip de acoperire alternativă constă într-un strat de sol vegetal. Uneori denumită "acoperire pentru evapotranspirație" (ET), stratul unic de sol are avantajele de a fi simplu și potențial economic de a construi și de a menține și, într-un cadru adecvat și cu un design adecvat, poate fi foarte eficient. Principiul pe care funcționează o acoperire cu ET este că stratul de sol reține precipitațiile care ajungpe ele până când acestea sunt eliminate prin evapotranspirație. Dacă stratul de sol are o capacitate suficientă de stocare pentru a menține apa până când poate fi îndepărtată prin evapotranspirație, atunci nu se va realiza o percolare profundă (Hauser, Weand și Gill 2001a, Chadwick et al 1999, Somasundaram și colab., 1999) . În ciuda simplității aparente a designul, performanța adecvată a unei acoperiri ET depinde de o analiză atentă și robustă a variabilelor site-ului și de o procedură detaliată de proiectare.

În plus, sistemele de acoperire convenționale includ, în general, plante înrădăcinate și straturi suplimentare, cum ar fi straturile de suprafață pentru a preveni eroziunea; straturi de protecție pentru a minimiza deteriorarea prin îngheț / dezgheț; straturi drenaj interne; și straturile de colectare a gazelor.

Acoperirea finală a depozitelor de deșeuri trebuie să gestioneze 3 probleme:

-să impiedice ieșirea gazelor din depozit;

– să impiedice pătrunderea apelor din precipitații în corpul depozitului;

– să asigure colectarea și evacuarea apelor din depozit provenite din precipitații după închiderea acestuia.

Evacuarea gazelor presupune un strat foarte poros pentru colectarea gazelor de natură minerală și aeratoare în atmosferă sau sunt conduse la o conductă colectoare. Impiedicarea pătrunderii apei din precipitații se face printr-un strat impermeabii care poate fi mineral sau din geosintetice sau chiar combinate. Drenarea apelor din precipitații se face printr-un strat drenant putând fi un geotextile sau strat mineral (pietriș) sau deșeuri inerte (zguri, cenuși).

Factorii care pot afecta acoperirea finală a depozitelor de deșeuri sunt: exfiltrațiile, cutremurul, eroziunea, caracteristicile geologice, gravitația și activitățile de construcții, tipul se sol, stratificarea solului, pânză freatică, exfiltrațiile, și calculul pantelor.

Stabilitatea la alunecare a straturilor de acoperire finală

Pe versanții exteriori ai acoperirii finale ale unui depozit de deșeuri există posibilitatea alunecării materialelor depuse pentru etanșare sau pentru drenarea levigatului și a apelor din precipitații, mai ales atunci când aceste straturi de acoperire sunt depuse peste un material geosintetic. [16, 17]

Pot apare probleme în ceea ce privește stabilitatea pantelor în cazul unor mișcări de teren sau când pe marginea pantei solicitarea este mai mare decât în mod obișnuit (seisme, circulația unor vehicule cu greutate mare pe marginea taluzului). Mișcările de teren care sunt efective sau potențiale, caz în care studiul stabilității trebuie să indice suprafața cu coeficientul de siguranță minim.[12]

În general geomembranele care se regăsesc în straturile care formează acoperirea finală a unui depozit de deșeuri trebuiesc acoperite din următoarele motive:

protejarea împotriva oxidării;

protejarea împotriva degradării;

reducerea temperaturilor externe;

protejarea împotriva perforărilor cu gheață;

protejarea împotriva rupturilor cu obiecte ascuțite;

eliminarea tensiunilor de ridicare de către vânt;

protejarea împotriva stricăciunilor accidentale sau intenționate.[18]

Acoperirea se poate face cu un strat de pământ, care din nefericire are tendința să alunece gravitațional atunci când este amplasat pe taluz, deoarece rezistența la frecare este mai mică decât unghiul de frecare al pământurilor care formează ele însele taluzul.

La analizarea alunecărilor straturilor de acoperire finală se iau în calcul: geometria masivului, încărcările care se exercită asupra masivului, tensiunile care se exercită în masiv, rezistența la forfecare a pământurilor:

Deplasările în masa materialelor de drenaj, de etanșare sau de acoperire încep în momentul în care forța de deplasare tinde să fie mai mare decât forța de rezistență.

Calculul de stabilitate se bazează pe condițiile de echilibru:

Fs = ≥ 1,3 – 1,5

Fs = = = =

unde:

β – unghiul taluzului

δ – unghiul de frecare între membrană și stratul de acoperire

Ruptura va apărea la interfața stratului de acoperire, deoarece geomembrana este fixată la marginea superioară cu întindere orizontală și șanț de ancorare.

La valori mai mari decât 1 ale factorului de siguranță panta este stabilă, iar când valoarea acestuia se apropie de 1 apar condițiile critice și este iminentă rupere a pantei.

Determinarea factorului de siguranță la alunecare se bazează pe calculul mai multor suprafețe de alunecare dintre care cea mai probabilă este cea care corespunde valorii minime a factorului de siguranță.

Geometria masivului este caracterizată de panta medie a suprafeței de alunecare, geometria straturilor geologice, permeabilitatea solului. Forțele destabilizatoare în cazul alunecării sunt date de greutatea proprie a terenului, supraîncărcările, ancorările, forțele lui Arhimede sau hidrodinamice, seismele, în timp ce forțele de rezistență sunt date de rezistența la forfecare a pământului de-a lungul suprafeței de alunecare, definite de legea lui Coulumb: [8]

f = σ*tg

unde c – coeziunea, unghiul de frecare internă

Influența lungimii taluzului, a pantei, a grosimii sistemului de drenaj (sau a materialului de acoperire în cazul etanșării de suprafață) au condus la dezvoltarea a două metode de analiză a stabilității: metoda pantei infinite și metoda pantei finite (sau a penei).

Problemele referitoare la stabilitattea pantelor apar în cazul unor mișcări de teren sau când pe marginea pantei solicitarea este mai mare decât în mod obișnuit. Mișcările de teren sunt fie efective, fie potențiale, caz în care studiul de stabilitate trebuie să indice suprafața cu coeficientul de siguranță minim.

Într-un masiv omogem, suprafața de rupere poate fi asimilată cu un cerc. Calculul de echilibru care se face consideră că masivul se deplasează fără să se deformeze, în schimb într-un masiv eterogen suprafața de rupere este complexă, iar analiza stabilității nu se poate face decât împărțind blocul instabil în mai multe elemente care se studiază separat. La analizele de stabilitate se determină mai intâi forțele care acțoionează asupra masivului, unele din acestea fiind forțe destabilizatoare Fa, iar altele forțe de rezistență Fs.

5.2.1.Stabilitatea pantei infinite

Analiza stabilității pantei este esențială în analiza geotehnică și proiectarea structurilor pământului în special pentru construcțiile de baraj, drumuri, acoperiri depozite și alte tipuri de dig. Panta trebuie să fie stabilă pe parcursul vieți structurilor pământești permanente sau printr-o perioadă specială temporară. Pentru a preveni pierderile de vieți și proprietăți, inginerii trebuie să verifice dacă factorul de siguranță de pantă este adecvată pentru fiecare tip de structură pentru cea mai rea stare a solului.[19]

Cu toate acestea, analiza stabilității pantei se bazează pe ipoteza clasică a mecanicii solului, în care se presupun condiții complet saturate și complet uscate pentru solurile de sub și, respectiv, deasupra nivelului apei subterane. Analiza fără a ține seama de starea nesaturată a solului este simplă, dar poate duce la creșterea costurilor asociate construcției. Mai mult decât atât, structurile de pământ proiectate cu presupunerea unei stări complet solide a solului pot întâmpina o reducere a factorului de siguranță la umectare după terminarea construcției.

În analiza stabilității pantei, rezistența la forfecare a solului este o proprietate esențială. Deoarece rezistența la forfecare a solului, în special în condiții parțial saturate, poate varia în funcție de conținutul de apă sau de aspirația din soluri, factorul de siguranță al pantei structurilor pământului variază odată cu schimbarea sezonului.

Stabilitatea pantei infinită pentru solurile granulate

Analiza pentru panta infinită poate fi efectuată luând în considerare o felie de sol cu o lățime a unității, așa cum se arată în figura 5.1. Forțele de pe planul de alunecare sunt considerate a fi greutatea feliei de sol, forța normală (N), forța de forfecare rezistentă (T), aspirația (s) matrice și presiunea aerului porilor (ua). Forțele P se anulează reciproc, deoarece orice punct de pe pantă nu poate fi distins de nici unul din ei.

Tensiunea efectivă care este utilizată pentru a caracteriza comportarea mecanică a sa

Rezolvarea unui echilibru al forțelor normale pe planul de alunecare N = W * cosβ

Din definiția tensiunii normale σ =

înlocuind forța normală în ecuația de mai sus, obținem σ = W * cos2β

apoi obținem relația tensiunii efective normale σ = W * cos2β – s-ua -ua

Fig.5.2. Schema de calcul pentru stabilitatea pantei infinite [19]

Forța de alunecare pe planul de alunecare este dată de relația T = G * sinβ (N/m),

Iar tensiunea de forfecare este τ =

Înlocuind forța normală T rezultă τ = W * sinβ * cosβ

Factorul de siguranță, care este definit ca rezistență la forfecare la rația de forfecare, poate fi exprimată ca Fs = =

Înlocuid σ’ și τ, obținem factorul de siguranța ca fiind: Fs =

Rearanjând ecuația de mai sus, obținem Fs =

Inlocuind W = ƛz, obținem Fs =

În cazul în care avem un sol complet saturat, matricea de absorbție devine zero și golurile de aer ale porilor se înlocuiesc cu apă. Astfel, înlocuind ua cu uw și considerând s = 0, obținem ecuația factorului de siguranță ca fiind: Fs =

În cazul în care avem un sol complet uscat, parametrul tensiunii efective este 0, iar ecuația factorului de siguranță devine:

Fs =

Dacă se neglijează coeziunea solului (nisip complet uscat), precum și presiunea aerului din porii materialului, atunci relația se simplifică, iar factorul de siguranță devine: Fs =

Stabilitatea pantei finite (uscate și umede)

Stabilitatea pantei finite în cazul infiltrațiilor de apă paralele cu taluzul

Pentru a determina stabilitatea pantei finite în acest caz presupunem că există un strat de pământ sau de drenaj care este amplasat deasupra stratului de etanșare și sunt capabile să preia în siguranță întreaga cantitate de apă, atunci aceasta depinde de acarcteristicile amplasamentului și ale lucrării.[12]

În practică pot apare alunecări de teren datorate infiltrațiilor pe pantile acoperite, atunci când:

-straturile minerale au permeabilitate foarte scăzută;

-capacitatea inadecvată de drenaj la baza pantelor, unde cantitatea de apă este maximă;

-stratul de drenaj este colmatat cu particule fine, fie pe toată lungimea, fie la baza pantei;

-strat de drenaj înghețat la baza pantei și dezghețat la vârful pantei, provocâd forte hidrodinamice pe panta de gheață de la bază.

În cazul ridicării apei paralel cu suprafața taluzului poate apare o încărcare a penelor active și pasivă, atunci când pământul plasat deasupra geomembranei are inițial o permeabilitate prea mică.

Fig. 5.3. Schema forțelor ce acționeză asupra unei pante supusă infiltrațiilor de apă [8]

Asupra penei active de pe geomembrană acționează forțele de greutate ale solului saturat, aflat în contact direct cu geomembrane și greutatea stratului de sol umed aflat la partea superioară. În secțiune laterală ambele straturi au formă trapezoidală, astfel că greutatea penei active va fi.

GA =

GA =

unde, ɣsat – greutatea volumică a pământului saturat (kN/m3)

ɣt – greutatea specifică a solului în stare umedă deasupra stratului saturat (kN/m3)

H – înălțimea taluzului, măsurată de la bază (m)

h – grosimea soluli de acoperire perpendiculae pe pantă (m)

hw – înălțimea suprafeței libere a apei în stratul de sol saturat (m)

β – unghiul de înclinare a pantei(0)

Greutatea penei pasive este dată de greutatea celor 2 volume de secțiune triunghiulară:

Gp = *

Gp =

Rezultanta presiunii interstițiale ce acționează perpendicular pe panta Un se calculează ca suma de forțe uniform distribuită pe (H/sinβ) și triunghiular distribuită pe (h/sinβ), presiunea apei având valoarea ɣw*hw*cosβ:

Un =

Un =

unde ɣw – greutatea volumică a apei sau lichidului de saturație (kN/m3)

Rezultanta presiunii interstițiale la suprafța dintre cele 2 pene este:

Uh =

iar rezultanta presiunii interstițiale de sub pana pasivă Uv este data de relația:

Uv = =

Izolând cele 2 pene ca 2 corpuri distincte (nedeformabile), în lipsa forțelor de adeziune dintre geomemebrană și stratul de sol, ecuațiile de echilibru pentru pana activă sunt:

EA + NA*tgδ + Uh*cosβ – GA*sinβ = 0

NA – GA*cosβ – Uh*sinβ + Un = 0

astfel că rezultă, EA = GA*sinβ – GA*cosβ*tgδ – Uh* inβ*tgδ + Un*tgδ- Uh*cosβ

pentru panta pasivă ecuațiile de echilibru, în lipsa forțelor de coeziune de la interfața orizontală cu solul de jos, sunt:

Np*tgφ – Uh-Ep*cosβ = 0

Np – Ep*sinβ – Gp + Uv= 0

Astfel că forța de legătură interioară Ep este: Ep =

Din egalitatea Ep = EA, rezultă că condiția de stabilitate a stratului de drenaj:

GA*cosβ*tgδ+Uh*cosβ+Uh*sinβ*tgδ-Un*tgδ+

Factorul de stabilitate (raportul dintre forțele rezistente și forța care creează destabilizarea) este dat de relația:

Fs =

Stabilitatea pantei cu acoperire întărită (ranforsată)

Calculul echilibrului limită al forțelor implicate în analiza stabilității pantei de lungimre finită pentru o acoperire de grosime constantă peste un strat din geosintetic armat se face în ipoteza că nu sunt prezente forțe de infiltrație, iar metoda gradientului (pantei hidraulice) se poate utiliza pentru a determina transmisivitatea necesară a geocompozitului de drenaj.[8]

Acoperirea poate beneficia de un geotextil/georețea/geogrilă de grosime cunoscută depusă peste geomembrană cu coeficient ridicat de frecare (geomembrană cu striuri). În cazul unui geosistetic de drenaj, grosimea acestuia poate fi calculată atât din condiția de rezistență cât și din condiția de asigurare a transmisivității lichidului drenat.

Greutatea penei active de lățime egală cu unitatea, ținând seama de volumul acesteia este: GA = (h2

Forța de adeziune pe unitatea de lățime a penei active este dată de relația:

Ca = ca+ (L-)

unde ca este forța unitară (elementară) de adeziune

Pana pasivă are forma unui triunghi dreptunghic în secțiune laterală, ipotenuza (baza) acestuia fiind suma dintre (h/tgβ) și (h*tgβ), iar înălțimea h , astfel că greutatea acesteia va fi :

Gp =

Fig. 5.4. Geometria pantei și forțele ce acționează pe o pantă cu acoperire întărită [8]

Forța de coeziune C a penei pasive în lungul planului de cedare poate fi calculată cu relația: C = c*r

unde, c este forța unitară de coeziune a pămîntului (N/m2)

Reacțiunea normală a planului înclinat este Na = GA * cosβ

Rezistența admisibilă la tracțiune a geosinteticului armat (Tadm) se calculează cu relația:

Tadm = Tefectiv /(fin * ffl * fcb * fcus)

unde, fin – factor de reducere datorat condițiilor de instalare,

ffl – factor de corecție datorat fluajului

fcb – factor de corecție datorat colmatării chimice

fcus – factor de corecție datorat îmbinărilor (cusăturilor)

Forța de randorsare unitară se determină cu relația T = FR = Tadm *1 (N/m)

Din egalitatea celo 2 forțe de legătură interioară, la interfața verticală dintre cele 2 pene (activă și pasivă), se determina condiția de stabilitate a pantei.

Dacă forța de legătură Ep are expresia Ep = (Gp *tgφ + C) / (cosβ-sinβ *tgφ),

forța EA are expresia: EA = GA *sinβ – GA *cosβ *tgφ – Ca – T

Condiția de asigurare a stabilității penei active ține seama de rezistența datorată ranforsării și este: GA *cosβ *tgδ + Ca +T + (Gp *tg + C) / (cosβ – sinβ *tgφ) ≥ GA *sin β

Iar factorul de siguranță la alunecarea pantei are expresia:

Fs =

https://theconstructor.org/geotechnical/stability-of-slopes/2632/

Ancorarea geomembranei și acoperirii finale și elemente de calcul

Proiectarea ancorării geomembranei trebuie să prevină ruperea acesteia datorată întinderii sub greutatea materialului de pe zona înclinată. Raportul de ancorare (RA) dat de raportul dintre tensiunea admisibilă a geomebranei și tensiunea de întindere la ancorare, trebuie deasemenea determinat în această etapă. Pentru un raport de ancorare impus se poate calcula raportul de ancorare sau geometria ancorării.[8]

Pot apare diferite cazuri, astfel:

RA > 1 – geomembrana rezistă la condițiile de lucru

RA = 1 – proiectarea este ehilibrată

RA < 1 – există riscul ca geomebrană să se rupă datorită tensiunii de întindere

Ancorarea orizontală este utilizată, de obicei, pentru etanșarea canalelor, în timp ce ancorarea în V (sau șanț cu profil triunghiular) și cea în rigolă/șanț de ancorare sunt utilizate în cazul depozitelor de deșeuri și pentru rezervoare (sau lacuri), dacă există spațiu suficient.

În cazul ancorării în rigolă/șanț de ancorare cu profil dreptunghiular, geomembrana acoperă panta laterală și trece peste partea de sus a taluzului pe o distanță scurtă, apoi se termină pe verticală în jos într-un șanț săpat de un excavator sau mașină pentru realizarea tranșeelor.

Ancorarea orizontală a geomembranei – prin acoperire este proiectată pentru a împiedica vântul și apa să circulă sub geomembrană, dar nu este concepută pentru a permite geomembranei să rămână tensionată. Proiectarea ancorării ar trebui să permită retragerea geomembranei înainte de rupere la întindere. Acest lucru se reflectă direct în raportul de ancorare RA,

RA =

unde: RA este raportul de ancorare; Tg.adm – tensiunea admisibilă a geomembranei dată de normative; Tc – tensiunea de calcul pentru ancorarea orizontală

La ancorarea prin acoperire, capătul geomembranei trece peste marginea de sus a taluzului și este acoperit pe o lungime L cu un strat de pământ de grosime d, care menține geomembrana în poziția întins.

Fig 5.5. Secțiune transversală a ancorării orizontale, tensiunile și forțele implicate [8]

Tensiunea admisibilă a geomembranei dată de normative ține seama de rezistența admisibilă a acesteia la rupere și de grosimea stabilită anterior:

Tg.adm = σ adm * t

iar rezistența admisibilă are în vedere un factor de siguranță supraunitar Cs

σadm =

unde: σadm – tensiunea admisibilă a geomembranei; t – grosimea geomembranei; σr – tensiunea de rupere a geomembranei

Presiunea materialului de acoperire deasupra geomembranei are o distribuție dreptunghiulară, dar presiunea (apăsarea) pe teren dată de tensiunea din geomembrană pe zona de acoperire are o distribuție triunghiulară, în punctul de inflexiune (la marginea taluzului) aceasta putând fi calculată cu relația:

pg =

Echilibrul forțelor în punctul de sus al geomembranei este dat de relația:

T*cosβ = FUσ+ FLσ+ FLT

Sau T*cosβ = (μU+ μL)* ɣ*d*L+0.5 μL*pg*L

unde: FUσ – forța de forfecare de deasupra geomembranei datorată solului de acoperire (pentru solurile de acoperire subțiri va apărea fisurarea acestora la întindere și această valoare va fi neglijată); FLσ – forța de frecare de sub geomembrană datorată solului de acoperire; FLT – forța de frecare de sub geomembrană dată de componenta pe verticală a lui T; σ n – presiunea solului de acoperire (tensiunea normală) pe geomembrană (σ n = ɣ*d); ɣ – greutatea specifică a solului; d – grosimea solului de acoperire; L – lungimea de ancorare (încastrare); μL = tg(ΦL) – coeficientul de frecare a solului cu geomembrana (sub aceasta); μU = tg(ΦU) – coeficientul de frecare a solului de acoperire cu geomembrana (deasupra geomembranei); β – unghiul de înclinare a pantei laterale.

Calculând componentele și înlocuind în relația de mai sus rezultă:

Tc = , (N/m)

În cazul ancorării geomembranei în rigolă dreptunghiulară, aceasta poate fi îndoită doar pe o ramură a rigolei sau pe ambele ramuri (îndoire dublă), caz în care există un bloc de sol care o acoperă în întregime în zona rigolei. Pentru cazul îndoirii simple, în zona rigolei forțele rezistente de frecare se manifestă pe ambele fețe ale geomembranei, pe adâncimea rigolei.

Fig. 5.6. Secțiunea transversală a zonei de ancorare în rigolă – secțiunea ancorei,

tensiunile și forțele de rezistență corespunzătoare, [8]

Blocul de sol de acoperire poate rămâne pe loc în momentul alunecării geomembranei (dacă aceasta rezistă la întindere și nu se rupe) sau se poate deplasa odată cu geomembrana dacă frecarea superioară este suficient de mare.

De reținut că factorul de siguranță este plasat pe forța T a geomembranei, care este folosită ca o valoare admisibilă. Pentru adâncimea rigolei și lungimea de ancorare se pot alege perechi de valori care să asigure stabilitatea geomembranei pe taluz.

Relația de calcul pentru tensiunea admisibilă a geomembranei, dată de condițiile de ancorare este:

T cosβ = (μU+μL)*ɣ* d* L + μL* T* sinβ + μL* Pp + μU* Pa

unde: Pa și Pp sunt forțele de presiune pe peretele vertical al geomembranei, pentru partea activă, respectiv pentru partea pasivă. Astfel:

dAT – adâncimea șanțului/rigolei de ancorare;

ψ – unghiul de frecare internă a solului;

Kp – coeficientul presiunii penei pasive pe peretele vertical = tg2(45o+ ψ /2);

Ka – coeficientul presiunii penei active pe peretele vertical = tg2(45o– ψ /2).

Expresiile forțelor de presiune pe cele două laturi ale geomembranei în zona rigolei dreptunghiulare (pentru partea activă, respectiv partea pasivă), pot fi calculate ca produsul dintre coeficientul de mobilitate a materialului și suma forțelor elementare de presiune (similară ariei unui trapez dreptunghic):

Pp = Kp * (2 σn + ɣ* dAT)*

Pa = Ka *(2 σn + ɣ* dAT)*

Pe baza acestor relații se poate determina tensiunea admisibilă de calcul în geomembrană, reprezentată prin relația de mai jos:

Tc =

Pentru cazul îndoirii duble în tranșeea dreptunghiulară, dacă nu se ține seama de frecarea geomembranei cu solul de deasupra (inclusiv cu pereții laterali ai rigolei), acesta retrăgându-se odată cu folia, atunci se poate urma calculul de mai jos:

Fig. 5.7. Ancorarea geomembranei în rigolă dreptunghiulară neglijând frecarea de sus, [60]

Tensiunea în geomembrană pe ramura înclinată este dată de relația:

FA = G *sinβ – G *cosβ *tg Φ

în timp ce tensiunea în geomembrană pe ramura orizontală poate fi calculată cu relația:

FA = (ɣs* h *b+ ɣL* t *LA) tgΦ

În cazul în care se iau în considerare și frecările cu pereții laterali ai rigolei, dar stratul de deasupra rămâne și se deplasează odată cu geomembrana, atunci tensiunea din geomembrană și factorul de siguranță (ancorare) pot fi estimate, cu suficientă aproximație, după figura și relațiile de mai jos,

Fig.5.8. Ancorarea geomembranei în rigolă dreptunghiulară cu luarea în considerare a frecării cu pereții laterali, la retragerea geomembranei cu solul de deasupra, [60]

unde: Ko este modulul de mobilitate al materialului depus în rigolă; Φs – unghiul de frecare internă al materialului depus în rigolă; FSA – factorul de siguranță la ancorare.

În acest caz apare în plus forța de frecare cu pereții laterali apreciată prin produsul dintre suma forțelor de presiune pe pereții laterali (ca o distribuție triunghiulară de presiuni) și coeficientul de frecare cu pereții: FA = (ɣs* h* b+ ɣL* t* LA+Ko* ɣs *h2) tgΦ

În acest caz, factorul de siguranță la ancorare ar putea fi determinat cu relația:

FSA = FA/FB ≥ 1,2 – 1,5

Sistemele de căptușire cu geomembrane sunt utilizate pentru o varietate de aplicații decorative și de izolare, inclusiv iazuri pentru utilizări comerciale și rezidențiale, cascade, canale, canale de irigare, iazuri de retenție a apei pluviale, gropi și iazuri agricole și sisteme de acoperire a deșeurilor. Sistemele de căptușire geosintetice oferă o serie de avantaje față de garniturile alternative, incluzând, de exemplu, izolarea sigură a apei, controlul calității apei, îmbunătățite capacitățile de curățare și dezinfecție, protecția împotriva eroziunii, permeabilitatea la gaze, instalarea rapidă și ușoară, costurile reduse de întreținere. [20]

Considerând acoperișul pe lungimea l între două banchete avem forțele:

G = * l*d *1* m

N = G*cos

T = G*sin = *l*d*sin

Notând cu unghiul de frecare între Secudrän și geomembrană și cu a adeziunea între ele, rezultă forța de frecare care se opune alunecării:

Tf = N*tg+a*l = *l*d*cos*tg+a*l

unde f = tg este coeficientul de frecare.

Coeficientul de siguranță la alunecare a straturilor este:

=Forțe care rețin/Forțe care acționează =

în care S este forța care acționează la alunecare provenită din apa infiltrată din precipitații – componentă tangențială,S = hlsin

iar Z este forța dată la reținerea alunecării de către geogrilă, ancorată în partea superioară.

De exemplu, pentru geogrilă Tensar SS40 avem: Z = 14 KN/m cu 2% întindere a geogrilei și Z = 28 KN/m, cu 5% deformație la întindere.

Se obține: = 1,3

În calcule se neglijează acoperitor adeziunea a.

Calculele se efectuează, la început, fără geogrilă și se verifică dacă coeficientul de siguranță este 1,3.

Dacă nu este îndeplinită condiția, se ia valoarea limită = 1,3 și se calculează geogrila necesară.

Z = (T+S)-Tf

În cele ce urmează, este prezentat un exemplu numeric pentru o grosime de pământ vegetal d = 1m, la care se propune utilizarea de Secudrän 354 DS 800 și o geomembrană de 2,5 mm P25 R/R. BAM și Bentofix D300, verificându-se stabilitatea la alunecare între Secudrän și geomembrană cu = 25 și între geomembrană și bentofix cu = 24.

Verificarea se face pentru unghiul mic și pentru siguranță redus cu 10%, se obține coeficientul de frecare:

f = tg = = 0,405

care corespunde la 22.

Depozitul are două variante de unghiuri :

Varianta 1: = 17,2

Varianta 2: = 18,4

De asemenea:

l = 30m, h = 1cm, = 19 KN/m3, = 10 KN/m3

Pentru varianta 1 cu = 17,2 și fără geogrilă:

T = ldsin1 = 19301sin = 17,2 = 168,6 KN/m

Tf = ldcos1 tg = 1930lcos17,2 tg22 = 220 KN/m

S = sin1h1 = 10sin17,20,0130 = 0,89 KN/m

= = 1,3, deci stabilitate asigurată fără geogrilă.

Pentru varianta 2 cu = 18,4:

T = ldsin2 = 19301sin = 18,4 = 179,92 KN/m

Tf = ldcos2 tg = 1930lcos18,4 tg22 = 218,52 KN/m

S = sin2h1 = 10sin18,40,0130 = 0,95 KN/m

Se încearcă fără geogrilă:

= = 1,2, deci nu se verifică.

Se calculează geogrila necesară care trebuie dispusă între aceste straturi:

Znec = 1,3 (179,92 + 0,95) – 218,52 = 16,6 KN/m

Deci este necesară o geogrilă Tensar SS40 .

Percolarea, evapotranspirația și șiroirea de suprafață la acoperirea finală

Hidrologia unui depozit de deșeuri este controlată în mare măsură de acoperirea solului în sensul că pierderile prin evaporare și distribuția în timp a percolației în materialul rezidual depind de grosimea acoperirii și de vegetația de pe ea. Dacă stratul de sol nu este subțire, evaporarea corespunde evaporării regionale. O cantitate mare de apă poate fi depozitată în depozitul de deșeuri. În depozitele de deșeuri tinere, producția de levigati este minoră, de 30 – 40 mm pe an, iar percolarea prin depozitele de deșeuri are loc ca un flux preferențial. Apa se acumulează încă în depozite de 10 ani. Din depozitele de deșeuri de la această vârstă, rata la care apa de drenare părăsește depozitul de deșeuri este mai degrabă constantă în timp, cu doar mici, mult întârziate .

5.4.1. Percolarea

Percolarea reprezintă procesul de străbatere a solului de sus în jos de către apa din precipitații împreună cu substanțele pe care le conține.

Proiectarea unui strat de drenaj al acoperirii finale implică calcularea "ratei de percolare" (sau "rata de impingere") care formează baza "transmisivității necesare". Rata de percolare, la rândul său, este o funcție a topografiei site-ului, a caracteristicilor de furtună a solului, a acoperirii vegetației și a adâncimii solului sau a deșeurilor. "Transmisivitatea permisă" și "transmisivitatea necesară", formează baza pentru proiectarea hidraulică a stratului de drenaj pentru depozitele de deșeuri. Proiectantul poate decide să mențină fluxul complet de lichid în stratul de drenaj sau să-i permită să depășească grosimea și apoi să calculeze un factor de siguranță împotriva instabilității pantei. Proiectantul are o imagine completă prin oferirea mai multor soluții tehnice. [18]

Un strat de drenaj, în timp ce îndeplinește cerințele hidraulice, poate totuși să fie nepotrivit pentru un anumit proiect datorită rezistenței sale structurale inadecvate. Calculele capacităților structurale ale geoneturilor fac parte integrantă din procedura de proiectare. Calculele referitoare la rezistența geoneturilor trebuie realizate în paralel cu calculele legate de transmisivitate pentru a elabora specificații complete pentru un proiect.[18

Rata influxului de percolare asumată în proiectare are implicații directe asupra cerințelor de capacitate de drenaj și, în final, asupra costului stratului de drenaj. Este în general prudent să se minimalizeze infiltrarea lichidului în stratul de drenaj prin măsurarea utilizării unei soluri cu capacitate mai joasă, a lungimilor mai scurte ale pantei, a unghiurilor mai înclinate ale pantei. Controalele operaționale, cum ar fi deturnarea fluxului de intrare de la stratul de drenaj prin utilizarea clasificării temporare și permanente și a altor structuri de deviere, pot de asemenea să joace un rol semnificativ în reducerea capacității necesare a stratului de drenaj. Topografia amplasamentului, tipul de sol, precipitațiile pentru amplasament și caracteristicile de design ingineresc influențează cantitatea de percolat (percolație) în compozitul de drenare. Acești parametri și caracteristici de control se schimbă adesea în diferitele etape ale dezvoltării depozitelor de deșeuri, necesitând astfel "proiectantul" să fie educat cu privire la posibilele schimbări și impactul acestora asupra intrării în stratul de drenaj. [18]

Fig. 5.9. Proiectarea capacelor de echilibrare a apei pentru depozitele de deșeuri [21]

Geocompozitul final de acoperire este relativ apropiat de suprafața depozitului de deșeuri și, prin urmare, este în mod direct afectat de intrări pe termen scurt din precipitații. Geocompozitul este în mod obișnuit suprapus cu aproximativ 0,6 m de sol de protecție și vegetativ. Proprietățile acestui strat de sol pot influența semnificativ cantitatea de precipitații care afectează stratul de drenaj. [1]

Fig 5.10. Dispunerea precipitațiilor într-un sistem tipic de acoperire finală [18]

Thiel și Stewart descriu o metodă relativ simplă și conservatoare de estimare a cantității de lichid care se poate percola în stratul de drenaj. Abordarea lor a fost numită de atunci metoda "unitate gradient". Baza metodei este că, pentru condiția critică, se poate presupune că solul de acoperire este saturat, iar apa din ploile continue va percola vertical prin solul acoperișului. Deoarece capul de pe partea superioară a solului este practic zero (datorită scurgerii), gradientul prin solul acoperișului este unitatea. Legea lui Darcy dă infiltrația ca fiind percolare (a se vedea și figura 5.9). Qin = kcover* iin*A,

unde, Qin – rata de percolare la intrare a influxului (m3/s), iin – influxul de gradient = 1, A –aria (m2)

Dacă examinăm o lățime a unității pantei acoperirii, zona ar fi egală cu lungimea pantei (sau cu distanța dintre orificiile de evacuare), l ori lățimea unității.Qin = kcover*L

Dacă dorim ca tot fluxul care se infiltrează până la geocompozitul de drenare să fie purtat în întregime de geocompozit, atunci fluxul de limitare a capătului din aval al geocompozitului (pe unitate lățime) ar fi Qout = θreq * iout

unde:

Qout –debitul provenit din geocompozitul de drenare

θreq – transmisivitatea geocompozitului (m3/s)

iout – gradientul de flux din geocomposit = sinβ, iar β – unghiul pantei

dacă stabilim că Qin = Qout atunci transmisivitatea geocompozitului devine θreq = (kcover*L)/sinβ, acceastă ecuație măsoară rata infiltrațiilor egală cu permeabilitatea solului de acoperire. În anumite climate uscate, această ipoteză poate fi considerată prea conservatoare. În astfel de cazuri, Soong și Koener oferă o abordare alternativă, care descrie o metodă de calcul al ratei de percolare -qi prin estimarea scurgerii de precipitații a sistemului de acoperire. Se sugerează că o estimare a ratei de percolare în stratul de drenare a capacului poate fi obținută în conformitate cu:

qi = P(1-RC)

unde qi – rata de infiltrare percolare(m/hr), P –precipitații maxime probabile (m/hr), RC – coeficient de scurgere

Dacă înlocuim kcover în ecuația de mai sus cu qi atunci θreq = (qi * L)/sinβ

Cu toate acestea, Thiel și Stewart sugerează că rata de percolare în stratul de drenaj este în esență egală cu permeabilitatea pământului de acoperire când P(1-RC)>kcover.

qi = kcover

Specialiștii recomandă utilizarea valorilor maxime de precipitații care să acopere o perioadă de 25 – 50 de ani.

Valorile coeficientului de scurgere RC și permeabilitatea depind în primul rând de tipul și starea solului de acoperire. Proiectantul ar trebui să utilizeze datele cu privire la valoarea coeficientul de scurgere în funcție de tipul solului de acoperire cu prudență, deoarece aplicabilitatea lor pentru un anumit amplasament poate fi discutabilă. Coeficientul de scurgere pentru o pantă liberă la sfârșitul construcției poate fi foarte diferit de cel pentru aceeași pantă cu o acoperire de iarbă.

Analizând ecuațiile de mai sus se observă că transmisivitatea depinde de percolarea influxului, lungimea și unghiul pantei. Parametrul care poate fi modificat astfel încît să se obțină trasmisivitatea dorită este lungimea pantei.

5.4.2. Evapotranpirația

Evapotranspirația este un proces complex de transformare a apei în vapori printr-o serie de procese fizice (evaporare în cazul fazei lichide și sublimare în cazul zăpezii și gheții) și biologice (transpirație).

Transformarea apei în vapori se produce la suprafața terenului, în teren la adâncimi reduse și în învelișul vegetal (natural sau cultivat).

Evapotranspirația este fenomenul de pierdere combinată a umidității solului prin evaporare directă și prin transpirația plantelor.

Transformarea apei în vaporii care revin în atmosferă prin procesul de evapotranspirație (evaporare și transpirație) este influențată în mod determinant de cantitatea de apă disponibilă, motiv pentru care au fost definiți 2 parametri:

Fig 5.11. Model tipic de drenaj subteran [18]

-evapotranspirația reală (Er), care se produce în cazul umidității naturale;

-evapotranspirația potențială (Ep), care reprezintă cantitatea de apă susceptibilă de a fi evaporată și trasnpirată în condițiile unor rezerve de apă suficiente pentru a compensa pierderile maximale.[20]

Dacă se consider precipitațiile (X) ca rezervă de apă existentă, în funcție de raporturile dintre X, Er și Ep, se disting 2 situații:

Fig 5.12. Raporturile dintre precipitație (X), evapotranspirație reală (Er) și evapotranspirație potențială (Ep) [22]

X > Ep și în consecință Er = Ep – excedent de umiditate

X < Ep și în consecință Er < Ep – deficit de umiditate.

Evapotranspirația reală, respectiv cea potențială pot fi evaluate și cu ajutorul unor formule empirice, utilizînd numai date climatice.

Evapotranspirația reală anuală (Era), poate fi evaluată cu formula lui Turc (Castany, G , 1972), în funcție detemperatură și precipitații:

Em = , (mm/an)

în care L = 300 +25 Tm + 0,05 Tm2

unde,

X – precipitația anuală (mm)

Tm – temperatura medie anuală a atmosferei care se calculează ca o medie ponderată cu precipitațiile lunare (Xi; I = 1,….12):

Pentru estimarea evapotranspirației potențiale lunare (Epl) s-au propus formule empirice care iau în considerare numai deficitul de saturație cu vapori de apă din aer.

Formula lui Ivanov are forma Epl = 18,4*d (mm/lună)

în care, d – valoarea medie lunară a deficitului de saturație exprimat în mm.

Fig 5.13. Fluxul de apă într-un depozit de deșeuri acoperit

Evapotranspirația este influențată în mod semnificativ de condițiile climatice, cum ar fi radiația solară, viteza vântului, umiditatea relativă a aerului și temperatura, calitatea vegetației, stadiul de creștere, adâncimea rădăcinii și conținutul real de apă al solurilor de acoperire. Debitul de suprafață este influențat de precipitații, conductivitatea hidraulică nesaturată și conținutul real de apă al solurilor de acoperire.

5.4.3.Șiroirea

Șiroirea pe o acoperire reprezintă apa care este deviată lateral și care nu penetrează în celulă. Aceasta se poate produce sub forma unor multiple firicele de apă, a unor șuvițe sau sub forma unor șuvoaie.

La șiroire nu se distinge un curs bine individualizat ci, după fiecare ploaie, apa își croiește un alt drum. Cel mai important aspect al acestor concentrări este trecerea de la secțiunea de spălare sau eroziune areolară, la cea liniară. In felul acesta șiroirea creeaza forme de eroziune cu aspect alungit, începând cu unele șențulețe abia perceptibile și instabile, până la excavații alungite pe sute de metri.

Procesul de spălare a terenurilor este mai ridicat pe suprafețele lipsite de vegetație, iar volumul apei de șiroire depinde de cantitatea, durata și intensitatea precipitațiilor, de permeabilitatea și de gradul de acoperire cu vegetație a terenului[23]

Acoperirea finală afectată de presiunea gazului acumulat sub aceasta

Presiunea gazelor emise în depozitele de deșeuri sub stratul superior de acoperire poate reduce semnificativ efectul tensiunilor normale asupra stratului, ceea ce poate afecta stabilitatea solului de acoperire.

Presiune generată de gazele de depozit emise sub o acoperire finală (mai exact sub geomembrană) poate reduce semnificativ tensiunea normală efectivă pe interfața inferioară a geomembranei până la punctul de creare a unei instabilități a acoperirii. O estimare a fluxului de gaze de la suprafața depozitului de deșeuri poate permite proiectarea unui strat de protecție a gazelor folosind legea lui Darcy pentru curgerea gazului printr-un mediu poros. Metodologia încorporează cunoașterea transmisibilității gazului dintr-un mediu ales pentru a proiecta amplasarea canalelor de scurgere foarte permeabile. Banda de scurgere, la rândul său, ar descărca gazul fie la orificii, fie la un sistem activ de colectare a gazelor. Stratul de eliberare a gazului constă în general din nisip sau dintr-un compozit geonet. Testarea limitată a geotextilelor nețesute indică faptul că aceste materiale pot fi, de asemenea, acceptabile pentru reducerea emisiilor de gaze în unele modele. Cu toate acestea, se recomandă efectuarea mai multor teste înainte de a utiliza numai geotextile nețesute.[24]

Recentele deficiențe de stabilitate a pantei pentru acoperirea depozitelor de deșeuri au fost atribuite gazului de deposit acumulat sub geomembrană.

Ceea ce a lipsit până în prezent este recunoașterea presiunilor de gaz ca problemă de proiectare și o metodologie de proiectare care să țină cont de presiunile gazelor și de reducerea emisiilor de gaze.

La proiectarea acoperirii finale a depozitului de deșeuri se va ține cont de:

– estimarea fluxului maxim de gaz care ar putea fi necesar să fie îndepărtat de sub acoperirea finală a depozitului de deșeuri;

– efectuarea de analize de stabilitate a pantei pentru a estima presiunea maximă admisibilă a gazului;

– proiectarea unui sistem de aerisire sub capacul care va evacua fluxul de gaz presupus sub presiunea maximă admisă de presiune estimată.

Fluxul masic de gaze de pe suprafața unui depozit de deșeuri va fi specific site-ului. Cantitatea de gaz va depinde de tipul, vârsta, temperatura, umiditatea, alte căi de extracție sau evacuare a gazelor, presiunea barometrică etc.

Pentru a verifica stabilitatea pantei, este de preferat să se țină cont de estimarea fluxului maxim de gaze, mai degrabă decât de media. O modalitate de a estima fluxul de gaze este de a utiliza un model de computer pentru generarea de gaze de deșeuri, cum ar fi modelul EPA Air Clean Act. Este necesar să se utilizeze estimarea limită superioară a generării de gaze reziduale. [1] O metodă alternativă, simplistă pentru estimarea fluxului de gaze (de exemplu, a se vedea Richardson, 1998) este să se asume o rată de generare a gazului pe unitatea de masă a deșeurilor, înmulțită cu masa de deșeuri luată în considerare și împărțită pe zonă. Literatura de specialitate raportează ratele de generare a gazelor reziduale de până la 0,6 metri cubi pe litru umed de deșeuri pe an (0,037 m3 / kg / an) (Pacey, 1997). Cu toate acestea, această valoare este excepțional de mare și este raportată pentru depozitele de deșeuri controlate într-un mod de descompunere îmbunătățit.

Fig. 5.14. Schema de acțiune a gazului în straturile desub acoperirea finală

În literatura de specialitate au fost prezentate mai multe lucrări care descriu stabilitatea pantei de acoperire a depozitelor de deșeuri (de exemplu, Koerner și Soong, 1998, Kavazanjian, 1998, Giroud et al, 1995, Thiel și Stewart, 1993). În aceste lucrări sunt prezentate și dezvoltate considerente diferite pentru stabilitatea pantei acoperirii, inclusiv abordări infinite înclinare, forțe de exfiltrație, forțe seismice, forțe de sprijinire a picioarelor, pante conice și armătură în pantă. Cu toate acestea, principiile dezvoltate aici pentru a include presiunile de gaz într-o analiză de stabilitate ar putea fi ușor combinate cu alte modele.

Din cauza pauzei hidraulice furnizate de o geomembrană forțele de exfiltrație care pot apărea în solurile de acoperire deasupra geomembranei nu au nici o influență asupra stabilității interfeței sub geomembrană. Prin urmare, sunt necesare analize de stabilitate a pantei separate pentru interfețele superioare și inferioare ale geomembranei. Analiza de stabilitate prezentată aici ar fi numai pentru interfața inferioară, unde ar putea să apară presiunea gazului.

Ecuația generală pentru factorul de siguranță al unei secțiuni cu pante infinite care se confruntă cu presiuni de pori de jos (gaz sau apă) poate fi formulată ca (vezi Giroud et al, 1995, Eqn 38, pentru derivarea ecuației similare):

Fs =

unde:

h = grosimea solului deasupra geomembranei și perpendiculară pe pantă;

γ = greutatea unitară medie a solului de acoperire deasupra geomembranei;

β = unghiul de panta;

ug = gaz porțiunea de pori pe partea inferioară a geomembranei;

= parametrul de aderență eficient pentru cel mai mic interfață geomembrană;

φ = parametru eficient de frecare pentru interfața inferioară a geomembranei.

Presupunând că proprietățile și geometria materialelor sunt fixe pentru un anumit model, proiectantul trebuie apoi să selecteze un factor de siguranță minim permis, Fspermite și să calculeze presiunea maximă admisă a gazului,u(g-permite )

Dacă stratul de eliberare a gazului este format dintr-un sol granular, este rezonabil să presupunem că solul va menține o anumită cantitate de apă capilară fie datorită ploii în timpul construcției, fie datorită condensului sub geomembrană. Apa condensată va fi predominantă sub acoperirea depozitului de deșeuri datorată gazului de depozitare, care este, în general, saturat. Deoarece partea inferioară a stratului de gaze nu este o masă de apă, un nisip în această aplicație ar fi probabil la sau peste capacitatea sa de câmp. [12]

Reducerea permeabilității gazelor datorată saturației parțiale a stratului de nisip poate fi estimată folosind relațiile dintre Brooks și Corey (1964, raportate de Fredlund și Rahardjo, 1993)

kg = kd

unde,

kg – coeficient de permeabilitate a gazului în condiții umede date

kd – coeficientul de permeabilitate la aer pentru un sol uscat (S = 0)

λ – indice de distribuție a dimensiunii porilor (valorile tipice variază de la 2 pentru rocile poroase, 4 pentru depozitele de nisip natural, până la infinit pentru sfere uniforme)

Se – gradul efectiv de saturație =

Sr – gradul de saturație reziduală, moment în care o creștere a aspirației matrice nu produce o schimbare apreciabilă a gradului de saturație (S).

Stabilitatea înclinării acoperirilor finale ale depozitelor care încorporează barierele din geomembrane poate fi compromisă de presiunea porilor cauzată de gazele de depozitare. Acest lucru a fost demonstrat de eșecurile în câmp, în care presiunile asupra gazelor au jucat un rol semnificativ. [18]

Standardele principale de inginerie geotehnică și mecanică a fluidelor pot fi utilizate pentru a proiecta sisteme finale de acoperire pentru a acoperi potențialele presiuni ale gazului de depozitare. Totuși, așa cum este tipic cu multe probleme geotehnice, intrarea de bază a parametrilor de câmp la analiză, în acest caz o estimare a presiunilor și a volumelor gazelor de câmp, nu este o știință exactă și implică ipoteze și experiențe educate.

Calculele și dovezile experimentale din literatura de specialitate sugerează că debitele de gaze din depozitele de deșeuri așteptate în straturile de atenuare a gazelor sunt, în general, de așteptat să fie laminare, iar legea lui Darcy se aplică. Principiul de mecanică fluidă a permeabilității intrinseci poate determina estimările de transmisibilitate și permeabilitate a gazelor pe baza unor valori mai bine cunoscute sau mai ușor de obținut pentru apă.

Atunci când depozitul de deșeuri atinge clasele de proiectare finale și plasarea deșeurilor este finalizată, activitățile de închidere încep, dar producția de LFG nu încetează. Închiderea depozitării de deșeuri include, de obicei, plasarea unei acoperiri cu permeabilitate redusă, care include în mod obișnuit un strat de barieră, cum ar fi o astfel de geomembrană. Stânga necontrolată, LFG va migra la partea inferioară a capacului și va cauza o creștere a presiunii sub sistemul de acoperire. Această presiune are ca rezultat o scădere a stresului efectiv sub geomembrana finală a capacului, care poate duce, în cele din urmă, la o pană de stabilitate. Mai mult, evacuarea inadecvată a gazelor imediat sub sistemele de acoperire noi pe depozitele de deșeuri vechi a fost identificată ca fiind cauza creșterii bruște a intrărilor de substanțe organice volatile de monitorizare a apelor subterane, deoarece LFG este constrânsă să migreze în jos.[18

Scopul principal al geocompozitului într-un sistem de colectare a gazelor reziduale este de a asigura o capacitate de curgere pentru a menține presiunea gazului de depozitare în interiorul geocompozitului la un nivel acceptabil, astfel încât factorul de siguranță calculat împotriva defecțiunilor de stabilitate a pantei să fie acceptabil, partea superioară a depozitului de deșeuri este facilitată, reducând potențialul de gradienți de presiune descendenți ai compușilor organici volatili (COV).[1]

O funcție complementară servită de stratul de aerisire a gazului este colecția de șanțuri laterale. Acest lucru poate fi deosebit de relevant pentru depozitele de deșeuri în zonele cu precipitații mari pe depozitele de deșeuri bioreactoare în care lichidul este adăugat la deșeuri sau straturile de acoperire zilnică nu sunt îndepărtate sau încălcate periodic pentru a promova percolarea verticală a lichidelor. Exfiltrațiile laterale necontrolate se pot manifesta prin vegetație dificilă, zonale inestetice din vest, pe versanții de pe rampa de gunoi, instabilități locale de pante, eliberarea de levigat și o creștere a mirosului. Deși poate fi posibil să se proiecteze un strat de drenaj în mod explicit pentru aceste șanțuri, autorii au descoperit că există o capacitate adecvată de colectare a septicelor chiar și în situațiile în care vaporii sunt o problemă cronică, atât timp cât compozitul de drenaj este proiectat pentru a facilita colectarea gazelor.

5.6. Sistemul de colectare a apelor pluviale

Apa din precipitații care ajunge în contact direct cu deșeul poate fi contaminată de acesta. Precipitațiile cad fie direct asupra depozitului fie se scurg din zonele învecinate. Din sectoarele de depozit acoperite definitiv, apa de suprafață poate fi captată fără a avea contact cu deșeul.

Pentru aceasta, depozitul trebuie înconjurat cu un sistem de șanțuri, care să capteze numai apa de suprafață nepoluată scursă de la depozit. Aceasta apa trebuie analizată pentru a depista substanțele toxice, înainte de a fi condusă într-un rezervor și să fie acumulată într-un bazin de retenție. In caz de nevoie, apa de suprafață poluată trebuie transportată în vederea tratării la stația comunală de epurare a apelor reziduale. Având în vedere procedeele utilizate uzual, în aceasta stație nu este posibilă însă o epurare completă. [2, 4]

După închiderea finală a depozitului, apele din precipitații colectate prin sistemul de drenaj de suprafață, precum și cele rezultate din șiroirea pe pantele depozitului – ambele categorii fiind considerate conventional curate – vor fi preluate prin rigolele special prevazute și apoi deversate în emisar.

Sistemul de colectare a apei provenite din precipitații se compune din:

– strat de drenaj deasupra stratului de impermeabilizare;

– rigole pe marginea interioară a bermelor;

– rigola perimetrală la baza taluzului;

– decantor;

– bazin de colectare a apei din precipitații;

– rigola de evacuare;

– punct de evacuare în apa de suprafață.[4]

Toate instalațiile de colectare a apei trebuie să fie construite în așa fel încât lucrările de întreținere și control necesare să fie minime. Trebuie să fie evitate pagubele care pot apărea din cauza materialelor de construcție necorespunzătoare sau a erorilor de proiectare.

Rigolele, bazinele de colectare, instalațiile de scurgere în apa freatică și punctele de evacuare în apele de suprafață trebuie să fie construite pe cât posibil din materiale naturale. Foliile din materiale plastice și materialele artificiale pentru drenaj trebuie să fie rezistente în timp.

Prin realizarea unei izolări de suprafață, peste corpul deșeurilor, după terminarea funcționării depozitului poate fi evitată continuarea transportului de substanțe dăunătoare.

Printr-o izolare de suprafață după încetarea depunerii deșeurilor se ajunge la o diminuare puternică a apelor de infiltrații de la depozit. În izolarea de suprafață poate fi integrat și un sistem de colectare a gazului de la depozit.

Pentru izolarea de suprafață este necesar un strat de drenaj pentru apa de suprafață cu o grosime de 25 cm prin utilizarea de pietriș cu o granulație de 16 – 32 mm. Drenajul trebuie acoperit cu un strat de vegetație, gros de cca. 80 cm.

Pentru izolarea tehnică primară a acoperirii finale a depozitului, se utilizează un strat izolant mineral (argilă) cu grosimea D > 2 x 25 = 50 cm și benzi izolante din material plastic (structurate pe suprafața de la baza depozitului) cu D > 1,5 mm.

Pentru drenarea gazului de depozit se prevede un strat de drenaj cu o grosime de 35 cm. Conform SR, trebuie utilizat pietriș (sau piatră spartă) cu granulația de 16 – 32 mm. Drenajul trebuie fixat de un geotextil, ca strat despărțitor (izolant) de corpul deșeurilor.

Colectarea și evacuarea apelor de suprafață din zona marginală se realizează prin proiectarea și executarea unor rigole sau șanțuri trapezoidale. Dimensionarea acestor sisteme de colectare și evacuare a apelor din precipitații se va realiza după efectuarea calculului hidrologic (rezultând debitul hidrologic), respectiv a celui hidraulic (din care rezultă debitul hidraulic). [9]

Calculul hidrologic constă în determinarea cantității de apă colectată la suprafața depozitului acoperit – bazin de recepție în corelație cu debitul maxim de apă din precipitații. În acest calcul precipitațiile sunt caracterizate prin următorii parametrii:

durata (t) – timpul de la începerea până la încetarea ploii;

intensitatea (qc) – grosimea stratului de apă cazută în unitatea de timp pe unitatea de suprafață (l/s/ha);

frecvența ploii (f) – numărul de repatări ale unei ploi de aceeași durată și cu intensitate mai mare sau cel puțin egală cu cea considerată, într-o anumită perioadă;

k – coeficientul ecuației parabolice ce există între qc și t, acesta se stabilește în funcție de zonă (munte, deal, șes).

qc =

Debitul hidrologic se determină cu ajutorul formulei: Q = m*S*F*qc,

unde: m – coeficientul de reducere care ține seama de capacitatea de înmagazinare pe șanțuri și canale;

S – suprafața bazinului de recepție (ha);

F – coeficient de scurgere.

Pentru o evacuare rapidă și fără efecte negative a apei provenite din precipitații din stratul de drenaj și de pe suprafața depozitului se amenajează în jurul întregului depozit o rigolă perimetrală. Profilul și dimensiunile rigolei se calculează în funcție de indicele de ploaie maximă într-un interval de 5 ani.

Rigola poate fi amenajată din criblură sau pietriș rezistent la eroziune, sau sub forma unei rigole dalate sau pereate. Trebuie să fie evitate pe termen lung eventualele antrenări ale materialului de construcție a rigolei prin acțiunea apei. Zona de acțiune a apei de deasupra rigolei trebuie să fie de asemenea rezistentă la eroziune. În acest scop se pot folosi criblură sau dale de piatră fixate în gazon. Pe rigolele perimetrale nu este permisă recultivarea; acestea trebuie să fie permanent în stare de operare. De asemenea trebuie să fie rezistente la îngheț.

Rigolele perimetrale trebuie să fie prevăzute cu o izolație la bază. Izolația poate fi alcătuită dintr-o folie de polietilenă cu grosimea > 1,0 mm, acoperită cu un strat de criblură sau pietriș rezistent la eroziune. Panta rigolelor perimetrale trebuie să fie de cel puțin 1,5%, luând în considerare și tasarea corpului depozitului. Trebuie să se evite pante > 8%, pentru a nu permite apariția unor forțe de eroziune prea mari.

Spațiile prevăzute pentru conducte pe sub drumurile de acces pe corpul depozitului se dimensionează luând în considerare cantitățile de apă calculate, și trebuie să fie destul de rezistente pentru a evita antrenarea materialului de construcție prin acțiunea apei. La amenajarea conductelor se realizează calcule statice.

În cazul în care este necesară amenajarea unui decantor înainte de punctul de evacuare sau înainte de bazinul de colectare a apei, dimensiunile și planurile tehnice ale acestui decantor se stabilesc de comun acord cu autoritatea competentă. În primii 5 ani de la realizarea sistemului de impermeabilizare la suprafață și în special după ploi abundente, decantorul trebuie verificat și curățat în mod regulat pentru asigurarea unei funcționări corecte. În imediata vecinătate a decantorului nu trebuie să existe tufișuri sau copaci, pentru a evita acumularea de frunze în instalația de colectare și evacuare a apei.

Dacă apa provenită din precipitații nu poate fi evacuată direct într-o apă naturală, deoarece autorizația de gospodărire a apei stabilește restricții la cantitatea de apă evacuată, trebuie să se planifice și să se amenajeze un decantor și un bazin de colectare a apei din precipitații.

Bazinul de colectare se dimensionează pe baza indicelui de ploaie maximă într-un interval de 5 ani; detaliile tehnice de construcție a bazinului se stabilesc de comun acord cu autoritatea competentă.

Dacă nu există nici o apă naturală de suprafață în care să se evacueze apa din precipitații, aceasta poate fi evacuată direct în pânza de apă freatică. În acest caz este obligatoriu ca apa provenită din precipitații să fie evacuată în apă freatică printr-un strat filtrant din nisip și pietriș. Fundul bazinului de scurgere în apa freatică trebuie să aibă un coeficient de permeabilitate de cel puțin 1 x 10-4 m/s. Între apa freatică și bazinul de scurgere nu trebuie să existe nici un strat de sol impermeabil. În bazinul de scurgere în apă freatică nu trebuie să se acumuleze frunze din tufișuri sau copaci. Este interzisă de asemenea înierbarea bazinului. Marginile bazinului de scurgere se fixează cu piatră cubică sau cu dale de piatră perforată. Sunt interzise construcțiile din beton cu pereți verticali. Zona de acces a apei în bazinul de scurgere trebuie să fie bine întărită, pentru a se asigura rezistența pe termen lung. Trebuie să se asigure în permanență scurgerea apei provenite din precipitații.

6. Aplicații practice privind sistemul de acoperire finală și temporară la Centrul de management integrat al deșeurilor Frătești

1.1. Depozitului Frătești – informații generale

Depozitul Frătești este parte componentă a Centrului de management integrat al deșeurilor (CMID) Frătești. Acesta este amplasat la cca. 14 km nord de municipiul Giurgiu, la cca. 4,4 km de localitatea Frătești, în vecinătatea estică a DN 5B Giurgiu – Ghimpați. CMID Frătești ocupă o suprafață de 164.413,52 m2 , din care pentru amenajarea celulelor de depozitare a deșeurilor se utilizează 60 000 m2 .

Soluția constructivă a obiectivului este depozit în rambleu cu suprafața de 6 ha (240 x 250 m) alcătuit din 3 celule cu capacitatea totală de 788.884 m3, ceea ce conduce la o durată de viață a acestuia de cca 20 ani. Capacitatea depozitului este repartizată în 3 celule, volumul fiecăreia dintre acestea fiind prezentat în tabelul următor

Tabel 6.1. volum de deșeuri repartizat pe celule

Fig. 6.1. Localizarea amplasamentului în raport cu zonele locuite și cursurile de apă [25]

Prima celulă realizată are o suprafață de 1,88 ha (suficientă pentru 7 ani de operare). Celelalte două celule sunt aproximate la 4,12 ha împreună (suficiente pentru 9 ani și respectiv 7 ani).

Pe amplasamentul Centrului de management al deșeurilor Frătești există/funcționează:

celule de depozitare a deșeurilor;

stație de sortare a deșeurilor;

stație de compostare a deșeurilor biodegradabile;

stație de epurare a levigatului;

clădire administrativă;

cuva de spălare vehicule, prevăzută cu o bandă de acces cu lungimea de 18 m;

gospodăria de apă;

rețeaua de canalizare;

atelier mecanic;

stație de alimentare carburanți cu rezervor de capacitate 10.000 litri;

bazin de colectare a apei epurate.

Lucrările pentru construirea Celulei 1 a depozitului ecologic Frătești au constat în lucrări de terasamente, respectiv realizarea unor săpaturi generale pentru decopertarea solului vegetal pe o suprafață de 3,57 ha, cu o grosime a stratului de sol vegetal de 0,8 m. Solul vegetal decapat a fost depozitat separat în zona celulei 3 pentru o utilizare ulterioară.

Apoi s-au realizat săpături pentru încastrarea și fundarea digurilor perimetrale, pe o suprafață de 1,32 ha, săpăturile având cote variabile. Fundația digurilor perimetrale este relativ orizontală (dimensionată constructiv cu o înclinare de 0,1% spre interiorul celulei), taluzul săpăturii având panta de 1:1. Cota de fundare respectă adâncimea de îngheț pentru zona din care face parte amplasamentul, respectiv min. 0,8 m.

Pe suprafața de 2 ha interioară digurilor perimetrale s-a continuat realizarea săpăturii până la cotele proiectate, cu o pantă de 1 : 2,5.

Bariera geologică construită este realizată din argilă cu coeficient de permeabilitate k < 10-9 m/s, pusă în operă în 2 straturi de 0,25 m compactate.

Lungimea digurilor perimetrale este de 712 m (în axul digului la coronament) și un volum de 39 308 m3.

Baza depozitului este construită cu panta generală de 1% spre nord-vest și cu pante de 3% spre nord-est, asigurând astfel scurgerea levigatului spre drenurile colectoare și mai departe spre colectorul general, care va evacua levigatul din corpul depozitului către stația de epurare levigat, amplasată în zona administrativă a Centrului de Management Integrat al Deșeurilor.

Atât baza cât și taluzurile interioare ale celulei 1 sunt impermeabilizate cu geomembrană de înaltă densitate (HDPE), cu grosime minimă de 2 mm, texturată pe taluzuri și netedă la baza depozitului.

Suprafața bazei depozitului ce a fost impermeabilizată a fost de 17.805 m2, iar suprafața de impermeabilizat a taluzurilor a fost de 9.780 m2 (aceste suprafețe fiind suprafețele nete, neincluzând suprapunerile și ancorările).

Geomembrana a fost protejată împotriva perforării accidentale cu geotextil de protecție cu greutate specifică de minim 1.200 g/m2.

Pe taluzuri este instalat un geocompozit de drenaj ancorat în aceeași tranșee de ancorare ca și geomembrana texturată de pe taluz.

La baza depozitului este instalat sistemul de drenaj al levigatului, constând în conducte perforate pozate pe geotextilul de protecție a geomembranei și un strat de drenaj din pietriș cu o grosime minimă de 0,5 m. S-a acordat o atenție deosebită traversării digurilor perimetrale și a impermeabilizării zonelor de traversare.

Pe taluzul exterior al digurilor perimetrale este instalat un strat de sol vegetal cu grosimea de 15 – 20 cm, care este însămânțat cu gazon pentru protecția antierozională a acestuia.

Capacitatea de depozitare a celulei 1 este de 285.419 m3, iar cota finală de depozitare a deșeurilor în celula 1 va fi 109,5 mdM. Înălțimea finală a depozitului după umplerea celor 3 celule cu deșeuri va fi de 34 m.

Aspecte practice privind acoperirea celulelor de depozitare la depozitul din Frătești

Factorii care pot afecta acoperirea finală a depozitelor de deșeuri sunt: exfiltrațiile, cutremurul, eroziunea, caracteristicile geologice, gravitația și activitățile de construcții, tipul se sol, stratificarea solului, pânză freatică și calculul pantelor.

Proiectarea sistemelor de acoperire a de depozitelor de deșeuri este specifică fiecărui site și depinde de vechimea depozitului, cantitatea și tipul deșeurilor depozitate, utilizarea ulterioară a amplasamentului. Acoperire finală a capacului poate varia de la un singur strat de sol la un sistem complex multistrat care include materiale sintetice.

Pentru a minimiza percolarea, sistemele de acoperire utilizează de obicei straturi de barieră de conductivitate redusă. Aceste straturi de barieră sunt adesea construite din argilă compactată, geomembrane, căptușeli de argilă, geosintetice sau combinații ale acestor materiale. În funcție de tipul de material și metoda de construcție, conductivitățile hidraulice saturate pentru aceste straturi de barieră sunt de obicei între 1×10-5 și 1×10-9 cm / s. Sistemele de acoperire finală sunt menite să rămână în vigoare și să-și mențină funcțiile pe perioade mai lungi de timp

Acoperirile finale servesc la izolarea materialelor reziduale de la receptorii și vectorii umani și ecologici. În plus, acestea servesc la reducerea cantității de infiltrare și la minimizarea generării de levigate. Minimizarea generării de levigat reduce nevoia de a gestiona lichidele și de a reduce potențialul contaminanților din depozitul de deșeuri pentru a influența mediul înconjurător, indiferent dacă sunt soluri, ape subterane sau apă de suprafață.

După expirarea perioadei de exploatare, când nivelul de umplere al celulei C1 va ajunge la cota proiectată, se va proceda la închiderea acesteia.

Masa de deșeuri va fi impermeabilizată, pe suprafața nivelată, măsura fiind recomandată pentru: evitarea pătrunderii apelor pluviale în corpul depozitului, ceea ce conduce la micșorarea cantității de levigat rezultat, evitarea împrăștierii de către vânt sau curenți a materialelor mai ușoare, evitarea mirosurilor, încadrarea în peisaj.

Zona se va încadra armonios în peisaj, fiind însămânțată și plantată ulterior iarba (gazon) sau alte esențe vegetale autohtone, în concordanță cu caracteristicile morfologice și climatice și cu distribuția speciilor vegetale locale.

După umplerea completă și nivelarea fiecărei celule de depozitare din cadrul depozitului ecologic de deșeuri menajere, se prevede o acoperire provizorie cu pământ în grosime de 50 – 100 cm, în perioada în care au loc tasările majore. Peste stratul de pământ se plantează gazon. Ultimul strat de deșeuri va fi astfel nivelat încât panta finală după consumarea tasărilor majore să fie de minim 5% și de maxim 33%.

Celula 1 este închisă provizoriu, fiind acoperită cu un strat de argilă în grosime de 1 m. Peste stratul de argilă este așternut un strat de pământ în grosime de 15 cm și plantat cu gazon.

La atingerea cotei finale de depozitare pentru toate celulele depozitului, suprafața deșeurilor depuse va fi nivelată, realizându-se stabilitatea necesară. După consumarea tasărilor majore se trece la realizarea sistemului de impermeabilizare la suprafața celulelor. Exploatarea celulelor va fi realizată conform schemei generale prezentate în figura următoare:

Fig. 6.2. Schema generală de exploatare a depozitului (secțiune transversală) [25]

Realizarea sistemului de impermeabilizare de la suprafața celulelor, cuprinde anemajarea următoarelor:

-strat de susținere

-strat de drenaj al gazelor de depozit

-strat de impermeabilizare

-strat de drenaj al apelor pluviale

-strat de recultivare

Stratul de susținere se va aplica pe suprafața nivelată a deșeurilor și va avea o grosime de 75 cm care va fi nivelată pentru realizarea stabilității necesare care să permită susținerea circulației utilajelor. Acest strat va permite pătrunderea biogazului, iar valoarea coeficientului de permeabilitate trebuie să fie k > 1 x 10 -4 m/s. Stratul va asigura stabilitatea prin preluarea sarcinilor statice sau dinamice care vor apărea după realizarea sistemului de impermeabilizare. Modulul de elasticitate la suprafață trebuie să fie de minimum 40 MN/m2. Stratul de drenaj trebuie să fie omogen și rezistent la eforturi în mod uniform, suprafața trebuie să fie plană și nivelată. Pentru realizarea acestui strat se va utiliza pământ excavat care a fost generat cu ocazia lucrărilor de excavare a celulelor.

Nivelarea deșeurilor inainte de aplicarea stratului de susținere se va realiza astfel încât pantele să fie de maxim 1:3 (33%) și minim 1:20 (5%) după consumarea tasărilor

Stratul de drenaj al gazelor de depozit se aplică peste stratul de susținere și va avea o grosime de 0,5 m. și va constituit duin pietriș cu granulozitatea de 16-31 mm și coeficient de permeabilitate k ≥ 1 x 10-4 m/s, Procentul de granule superioare și inferioare nu va depăși 5 %, iar conținutul de carbonat de calciu nu poate depăși 10 % din masa materialului utilizat. Acest tip de matarial poate fi achiziționat de la operatorii economici carea efectuează decolmatarea șenalului navigabil al Dunării prin dragarea aluviunilor. Pietrișul va fi trasnportat de la o distanță de maxim 20 km de depozit.

Stratul de impermeabilizare poate fi constituit din materiale minerale și/sau din materiale geosintetice.

În vederea alegerii materialelor geosintetice care se pot folosi la realizarea stratului de impermeabilizare este necesar să cunoaștem coeficientul de permeabilitate al acestora și în funcție de înălțimea stratului de deșeuri se va calcula coeficientul de siguranță la ruperea acestuia. În cele ce urmează se vor prezenta câteva exemple de calcul și variante de materiale care se pot utiliza.

1.La utilizarea unei geomembrane care este așezată pe un taluz cu înălțimea de 34 m și panta de 30o, având un unghi de frecare cu stratul de dedesubt de 20o, cunoscând că masa volumică a geomembranei este de 1 kg/dm3, iar grosimea foliei de 2,5 mm și tensiunea de rupere a geomembranei ca fiind 15 MPa. (Indicație: Se va face calculul pentru un metru de lățime de folie; g = 10 m/s2), se calculează factorul de siguranță la ruperea acesteia, astfel:

G= L*B*t*ρ*g = *1*0,0025*(1*1000)*10 =1700 N/m

F= G*cosβ*tgδ = 1700*cos30*tg20 = 535,8527 N/m

T = g*sinβ–F = 1700 sin30–535,8527 = 314,1473 N/m

σ = = = = 125658,92 Pa

Rp = = = 119,37

2.La utilizarea unui geotextil de protecție care are un factor de siguranță împotriva străpungerii Fsm = 3,0 (recomandat ≥ 3) și o grosime a stratului de material la partea de sus a geomembranei d = 50 m, cu o greutate specifică a acestuia ɣ = 12 kN/m3, cunoscând că înălțimea corpurilor ascuțite (denivelărilor) este H = 25 mm. Se cunosc: factorul de corecție pentru forma proiectată, fp = 0,5; factorul de corecție datorat densității depunerii, fd = 0,83; factorul de corecție a rotunjimii materialului solid, fa = 0,25; factorul de corecție datorat fluajului, ffl = 1,5 și factorul de corecție pentru colmatarea chimică/biologică pe termen lung, fcb = 1,3, se va calcula masa specifică a geotextilului de protecție

Preal = ρ*g*h = ɣ*h = 12*50 = 600 kPa

Fsm =

Padm = Preal*Fs = 60000*3 = 1800 kPa

Padm =[50 + 0,00045]* []*[] = 1800 kPa

[50+0,00045 ] =

0,00045 = – 50 = 1800*0,5*0,83*0,25*1,5*1,3 – 50 = 314,1625

0,00045 = 314,1625

M = = 436,34 g/m2

Stratul de impermeabilizare se va realiza dintr-un material geosintetic și anume geocompozit bentonitic cu grosimea de 6 mm, greutatea specifică de 6000 g/m2 și coeficientul de permeabilitate de 2*10-11 m/s. Prin utilizarea acestuia se va realiza izolarea completă corpului depozitului față de mediul înconjurător. Geocompozitul bentonitic este un produs flexibil, dar robust, ușor de aplicat, nu este sensibil la poansonare. Nu necesită protecție cu geotextil. Acest geosintetic are o comportare stabilă la eforturi indiferent de temperatura exterioară, se pozează prin derularea sulurilor și petrecerea fâșiilor una peste alta. Acesta are capacitatea de autocicatrizare, astfel încât perforațiile sau tăieturile de mici dimensiuni sunt închise prin umblarea bentonitei la umezire.

Stratul de drenaj al apelor pluviale va avea o grosime de 0,5 m. Materialul utilizat trebuie să fie stabil pe taluzuri și să se aplice uniform pe întreaga suprafață a celulelor. Mărimea granulelor materialului de drenare va fi cuprinsă între 4 și 32 mm. Coeficientul de permeabilitate trebuie să fie mai mare de 1 x 10-3 m/s, iar conținutul de carbonat de calciu nu poate depăși 10 % din masa materialului. Stratul de geotextil permeabil se aplică pentru a împiedica pătrunderea componentelor din stratul de recultivare în stratul de drenaj. Geotextilul utilizat va fi din polipropilenă cu densitatea de 1.200 g/m2. Acesta nu va permite pătrunderea apei și va respecta cerințele de calitate conform prevederilor standardelor în vigoare.

Stratul de recultivare va avea o grosime mai mare de 1,0 m și va consta dintr-un strat de reținere a apei cu grosimea > 85 cm (nisip și pietriș necompactat), un strat de sol vegetal cu grosimea de 15 cm, precum și din vegetație (gazon). În paralel cu acoperirea celulei se vor realiza puțurile de extracție a gazelor de depozit.

Fig. 6.3. Sistem de acoperire finală a unui depozit de deșeuri nepericuloase[8]

6.2. Metode de asigurare a stabilității acoperirii intermediare și finale la depozitul Frătești

Stabilitatea va depinde de proprietățile de rezistență la forfecare ale solului, deșeului și componentelor geosintetice utilizate în sistemul de acoperire. In plus, prezența apei este ca un element destabilizator în reducerea puterii și creșterea forței de destabilizare.

Stabilitatea este de obicei exprimata în termeni ca „factor de siguranță” care poate fi definit ca rezistență la forfecare necesară pentru a menține o condiție de echilibru limitat comparativ cu rezistența disponibilă la forfecare a materialului în cauză. Dacă factorul de siguranta este mai mic de 1, sistemul este evident instabil. Un număr de metode sunt disponibile pentru analizarea stabilității pantei. Stabilitatea pantei trebuie analizată utilizând analiza stării convenționale repetate. Aceasta include metodele Felenius și Bishops. Pentru analiza datelor sunt folosite programe de calculator (de ex. panta). Pentru a îmbunătăți stabilitatea pantei straturi de întărire geotextile sau cu grilaje pot fi încorporate în stratul de acoperire

Stabilitatea depozitelor de deșeuri este influențată de o varietate mare de factori, pentru că în realizarea acestora intră un număr mare de interfețe care pot duce la cedări locale.

O parte dintre factorii care e influențează stabilitatea depozitelor de deșeuri [26]:

rezistența la frecare la interfața dintre materialele geosintetice;

rezistența la frecare dintre materialele geosintetice și pământuri;

rezistența la forfecare internă a geocompozitelor bentonitice;

rezistența la forfecare a deșeurilor;

rezistența la forfecare a materialelor care au stata la baza realizării impermeabilizării de bază și de pe taluzuri;

panta și înălțimea excavațiilor în debleu;

înălțimea și panta masei de deșeuri;

eforturile normale;

presiunea interstițială din porii materialelor;

stratificația terenului de fundare;

nivelul apei subterane;

hidrologia zonei în care se află amplasamentul;

condițiile de înghet;

eforturi dinamice și/sau seismice.

Fig. 6.4. Depozit inchis acoperit cu panouri solare[4]

Metode de analiza a stabilității pantelor

Aceste metode se împart în două mari categorii: metoda echilibrului limită și metoda elementului finit.

Metoda echilibrului limita se bazeaza pe echilibrarea forțelor care acționeaza asupra masei alunecatoare. Ea se rezumă la determinarea unui factor de siguranță care este egal cu suma forțelor ce se opun pierderii de stabilitate, împărțit la suma forțelor care conduc la pierderea stabilității. Dacă acest factor este mai mic de 1, înseamnă că panta este instabilă, iar daca factorul este mai mare de 1 înseamnă că panta este stabilă.

La ora actuală, în practică, există trei metode de analiză prin echilibrul limită. Acestea sunt: metoda pantei infinite, metoda penei si metoda fâșiilor.

Pe de alta parte, metoda elementului finit este o procedură numerică în care masa de pământ considerată este împărțită într-un număr de elemente interconectate. Forțele sunt calculate pentru fiecare element în parte. O dată ce se cunosc forțele, se pot determina eforturile din material.

Fig. 6.7. Model de izolare a depozitelor [28]

Într-un depozit de deșeuri menajere ce este acoperit pot exista o pantă dreaptă obișnuită de 3 – 8% amplasată în amonte și o pantă abruptă normală cu înclinarea de 4 : 1 sau 3 : 1 în aval. În acest caz se pot utiliza georețelele compozite atât pentru pante abrupte cât și line. La realizarea sistemelor de etanșare se poate folosi drenul granular pentru realizarea secțiunii din aval. Pentru realizarea acestui sistem de drenaj al apelor pluviale trebuie realizată determinarea adâncimii maxime a lichidului deasupra etanșării și transmisivitatea necesară pentru cele 2 pante, fără un sistem de drenaj intermediar.

La utilizarea unui sistem de drenaj intermediar pentru separarea celor 2 straturi de drenaj

Fig. 6.8. Reprezentarea schematică a depunerii geosinteticelor pe pante[29]

a-strat în întregime din geosintetice de colectare a lichidului, cu secțiune în aval abruptă,

b-strat de colectare a lichidului în întregime din geosintetice, cu secțiunea în amonte abruptă

La utilizarea geocompozitelor de drenaj în ambele secțiuni amonte și aval adică pe toate pantele abrupte.

Determinarea adâncimii maxime a lichidului se realizează cu ajutorul relației:

-în amonte:t sus max = , unde L1 – lungimea pantei, k1 – conductivitatea, β1 – înclinarea;

-în aval: t jos max = , unde L1 și L2– lungimea pantelor, k2 – conductivitatea, β2 – înclinarea;

Determinarea transmisivității necesare este dată de relația:

θsus max = și θjos max = =

Determinarea transmisivității de proiectare

θsus pr = θsus max * fsg * fin * ffl * fcc * fbc și θjos pr = θjos max * fsg * fin * ffl * fcc * fbc

unde:

L1 și L2 – lungimile straturilor de colectare a lichidului în cele 2 secțiuni (m);

k1, k2 – conductivitatea hidraulică a materialelor de colectare a lichidului în secțiunile amonte, respectiv aval (m/s);

qh – rata de infiltrare a lichidului prin stratul de material (m/s);

β1, β2 – unghiurile pantelor în cele 2 secțiuni analizate;

fsg – factorul global de siguranță pentru drenaj;

fin – coeficientul de reducere datorat intruziunilor;

ffl – coeficientul de corecție datorat fluajului;

fcc – factorul de reducere datorat colmatării (înfundării) chimice;

fbc– factorul de reducere al colmatării biologice.

La utilizarea în amonte a drenului granular și de geocompozit de drenaj în aval adâncimea maximă a lichidului se determină cu relația:

-în amonte: t sus max = j( ) * * L1, unde j = 1 – 0,12 exp

λsus =

Fig. 6.9. Reprezentarea schematică a depunerii ssitemelor de drenaj pe pante [29]

secțiunea din amonte granulară ți secțiunea din aval cu geosisntetice

secțiunea dina amonte cu goesisntetice și î naval material granular

– în aval t jos max =

-transmisivitatea necesară: θsus max = k1*t1 și θjos max =

-transmisivitatea de proiectare

θsus pr = θsus max * fsg * fin * ffl * fcc * fbc și θjos pr = θjos max * fsg * fin * ffl * fcc * fbc

La utilizarea de geocompozit de drenaj în aval și dren granular în amonte

Adâncimea maximă a lichidului se determină cu relația:

-în amonte: t sus max =

-în aval: t jos max = , unde,

jjos= 1 – 0,12 exp

λ sus =

Fig. 6.10. Depunerea de piatră în zona de tranziție dintre pante [29]

-transmisivitatea necesară: θjos max = k2*t2 și θsus max =

-transmisivitatea de proiectare: θsus pr = θsus max * fsg * fin * ffl * fcc * fbc și

θjos pr = θjos max * fsg * fin * ffl * fcc * fbc

Fig. 6.11. exemple de straturi de colectare alichidului amplasate pe 2 pante diferite fără evacuare, la legătura dintre cele 2 pante [29]

a-strat de drenaj în sistemul de acoperire

b-stratul de colectare a levigatului

Exemple de calcul a stabilității pantei

1.La utilizarea unei geomembrane cu grosimea de 2 mm care este așezată pe un taluz cu înălțimea de 30 m și panta de înclinare de 1:3, peste care s-a așezat un strat de 30 cm de material de drenaj, pentru care există unghiurile de frecare: strat de drenaj – geomembrană – 20o, geomembrană – stratul de dedesubt – 16o. Masa volumică a stratului de drenaj este 1,6 kg/dm3, tensiunea de rupere a geomembranei 7 MPa, iar forța din ancorarea geomembranei pe direcția taluzului este de 20 kN/m. Se neglijează greutatea geomembranei. (Indicație: Se va face calculul pentru un metru de lățime de folie-strat de drenaj; g = 10 m/s2), se va determina factorul de siguranță la ruperea acesteia

G= L*B*t*ρ*g = *1*0,30*(1,6*1000)*N/m*10 = 455367,98

Fu= G*cosβ*tgδu = 455367,98*cos18,4*tg20 = 157235,14 N/m

FL= G*cosβ*tgδL = 455367,98*cos18,4*tg16 = 123874 N/m

T = Fu–FL-FA = 157235,14–123874–20000 = 13361,14 N/m

σ = = = = 6680570 Pa

Rp = = = 1,048

2.La utilizarea unui geosintetic cu ranforsare și a unuia obișnuit pentru realizarea unei pante înclinată cu 16,7o față de orizontală, lungă de 30 m cu un strat de acoperire de grosime uniform de 600 mm, având o greutate volumică de 18 kN/m3. Pământul are un unghi de frecare internă = 30o și coeziune nulă, iar la interfața cu geosinteticul de armare unghiul de frecare este de 22o, iar aderența se consideră, de asemenea, nulă. Dacă rezistența efectivă la tracțiune a geosinteticului de armare este 40 kN/m, iar factorii de corecție sunt: factorul pentru daune de instalare fin = 1,3, factorul de corecție la fluaj ffl = 2,4, factorul de corecție pentru colmatarea chimică/ biologică fcbd = 1,3, iar factorul de reducere pentru cusături fcus = 1, se va calcula valoarea factorului de siguranță al acoperirii, atât pentru cazul cu geosintetic de ranforsare, cât și pentru un geosintetic obișnuit

GA = (- – )*h2 *ɣ

GA = ( – – )*0,62*18 = (50–3,333-0,15)*0,62 *18 = 301,43 kN

GP = = = 11,77 kN

Na = GA*cosβ

Tadm = Tefectiv/(fid*ffl*fcb/fcus) = 40/(1,3*2,4*1,3*1) = 9,862 kN/m

T = FR = Tadm*1 (N/m)

fs = {GA*cosβ*tgβ+Ca+T+(Gp*tgᵠ+C)/(cosβ–sinβ*tgᵠ)}/(GA*sinβ)

pentru ranforsare

fs={301,43*cos16,7*tg22+9,862+(11,77*tg30)/(cos16,7–sin16,7*tg30)}/301,73*sin16,7) = {116,65+9,86+(1,025/0,7919)}/86,62 = 127,81/86,62 = 1,54

fără ranforsare

fs =

fs = = = 1,44

Rezolvarea problemelor de evacuare a apelor pluviale la depozitul Frătești

Sistemul de colectare a apei pluviale:

Pe perioada exploatării unei celule de depozitare a deșeurilor apa pluvială vine în contact cu deșeurile, transformându-se în levigat. Apa pluvială infiltrată prin masa de deșeuri este colectata de stratul de drenaj și sistemul de colectare de la baza depozitului și de pe pantele interioare ale taluzurilor, fiind tratata ca levigat.

Pentru colectarea apelor pluviale căzute pe suprafața depozitului de deșeuri sunt realizate:

rigole pe latura interioară a bermelor;

rigole pe latura interioara a crestei digurilor perimetrale;

rigole la baza digurilor perimetrale.

După închiderea finală a depozitului, apa pluviala colectată de sistemul de drenaj al acoperirii finale la fel ca și apa scursă pe pantele depozitului sunt ape convențional curate care vor fi colectate de către rigolele prevăzute în acest scop și apoi transportate către sistemul de evacuare. Pe amplasament este construit un bazin de colectare pentru apa pluvială.

La dimensionarea rigolelor de preluare și transport a apelor pluviale, a bazinului de colectare, respectiv a decantorului este necesar să se țină seama de cantitățile lunare de precipitații care ajung pe suprafața depozitului cât și de temperaturile minime, maxime și medii care se înregistrează în zonă. Evoluția cantității lunare de precipitații înregistrate în zonă, este redată în tabelul 1.

Tab. 6.2. – Evoluția cantității lunare de precipitații în perioada 2007 – 2013

Sursa: Stația Meteo Giurgiu

În anul 2013 temperatura medie anuală a fost de 12,6 , maxima absolută a fost de 38,40C, înregistrată în luna iulie, iar minima a fost de –31,20 C (luna ianuarie). Distribuția temperaturilor la nivelul anului 2013 se regăsește în tabelul 2.

Tabel 6.2. – Temperaturile medii, maxime și minime

Sursa: Stația Meteo Giurgiu

Fig. 6.12. Sistem de acoperire finală și colectare apelor din precipitații [8]

Colectarea apelor provenite din precipitațiile care spală versanții depozitului și a celor receptate pe suprafața impermeabilă a celulelor de depozitare a deșeurilor, ulterior închiderii acestora, sunt colectate într-un sistem de colectare extern sub forma unor canale și deversate în decantorul de ape pluviale poziționat pe latura sudică, în imediata vecinătate a stației de epurare. Pentru colectarea apei pluviale căzute pe suprafața depozitului s-au efectuat rigole pe latura interioară a bermelor; rigole pe latura interioară a crestei digurilor perimetrale; rigole la baza digurilor perimetrale; canalizare pluvială interioară.

Apele pluviale se descarcă într-un bazin de colectare a pluvialului (un decantor) și sunt evacuate în bazinul de retenție ape pluviale cu volumul de 12.000 m3. Decantorul este construit din beton, de formă paralelipipedică cu lungime de 46 m, lățime de 6 m și înălțime utilă de 4,70 m.

Colectarea și evacuarea apelor pluviale de pe corpul impermeabilizat al depozitului se va realiza cu ajutorul rețelei de șanțuri de scurgere, cu o dispunere oblică față de înclinarea taluzului. Aceste șanțuri se vor realiza prin modelarea ultimului strat de acoperire.

Fig. 6.13. Sistem de acoperire finală și colectare a apelor din precipitații [8]

Sistemul de colectare este compus din:

-canale deschise perimetrale cu secțiune trapezoidală (b/B = 0,5 m/2.00 m și hu = 0,75 m) pe toată lungimea platformei de depozitare, Lt = 1.040 ml;

-două camere de încărcare dispuse în secțiunea finală, care realizează trecerea de la o secțiune deschisă la o secțiune circulară, realizată cu tuburi din PEID PE100 PN10 SDR17, având diametrul De 560 mm și o lungime totală Lt = 40 ml;

-decantor longitudinal, având două compartimente cuplate în paralel, având o capacitate totală de stocare de cca. 1.000 m3;

-canale casetate îngropate, având secțiunea transversală de formă dreptunghiulară, cu dimensiunile de 2,40 x 1,20 m;

-rigola deversoare de formă rectangulară cu înălțime variabilă (de la 0,50 m/2,00 m cu hu = 0,75 m, la 2,00 m/2,00 m cu hu = 0,35 m).

Apa colectată prin rigole este dirijată în camera de admisie (din beton armat) a bazinului de decantare, prevăzută cu două compartimente, având rolul de a distribui în mod uniform debitul colectat în cele două compartimente.

Apa decantată este colectată în camera de evacuare (construcție din beton armat) și dirijată gravitațional printr-un canal casetat în bazinul de retenție. Cele două compartimente ale decantorului cu dimensiunile 55,00 m x 12,00 m și hu = 2,60 m, asigură o reducere a suspensiilor din apa colectată (cca. 35%), după care efluentul este trimis gravitațional prin 2 conducte PVC Dn 300 mm în bazinul de retenție.

Fig.6.14. Decantor ape pluviale [25]

Elemente de calcul și aplicații numerice privind proiectarea sistemului de acoperire finala la Centrul de management integrat al deșeurilor Frătești

Analize și experimente în cadrul depozitului Frătești sau la laboratoare specializate

Din experienta acumulată precum și din informațiile din literatura de specialitate rezultă că pentru o clima similară a celei din România, cantitatea de levigat produs de un depozit de deșeuri în exploatare este de maxim 10 m3/ha/zi, cu o valoare medie de 3,4 m3/ha/zi. Cantitatea de levigat colectata de către sistemul de drenaj de bază în faza de exploatare este în medie de 20% din cantitatea de precipitații, cu o valoare maxima de 30%.

Levigatul infiltrat în teren este de 00.009 m3/an/4.2 ha, respectiv 5.8 x 10-4 m3/ha/zi, pentru o sarcină hidraulică neglijabilă pe geomembrană. In literatura de specialitate se recomandă o sarcină hidraulică pe geomembrană mai mică de 300 mm. Fig 15 prezintă evoluția în timp a cantității drenate de levigat, pentru o perioadă de modelare de 25 de ani.

Fig. 6.15. Parametrii meteorologici și levigatul drenat de prima celula pe durata de

Exploatare [25]

Pentru perioada post-închidere cantitatea de levigat drenat se reduce semnificativ, prezentând într-un interval de 50 de ani un maxim de 0.79 m3/an. Sistemul superior de drenaj colectează un maxim apa din precipitații de 6045 m3/4.5ha/an, reprezentand 23 % din cantitatea de precipitații. Figura 16 prezintă cantității de levigat drenat pe durata perioadei de post-închidere, pentru prima celulă.

Fig. 6.16. Levigat și apa pluvială drenate pentru prima celula – faza post-închidere [25]

6. Concluzii

Un depozit de deșeuri își poate pierde stabilitatea într-una din etapele sale de viață, și anume: în timpul execuției lucrărilor de terasamente, al instalării sistemelor de etanșare, în timpul depozitării deșeurilor (faza de exploatare) sau după închiderea depozitului. In conformitate cu legislația română, sistemele de etanșare-drenare a depozitelor de deșeuri sunt multistrat, adică sunt alcătuite din mai multe straturi de materiale pământoase și materiale geosintetice. Utilizarea materialelor geosintetice la depozitele de deșeuri a permis reducerea semnificativă a impactului asupra mediului și mărirea volumului de deșeuri depozitate.

In general, ar trebui făcute analize de stabilitate ale depozitelor de deșeuri în diferite etape, precum excavația, construcția, operarea și închiderea depozitului. Astfel, ar trebui efectuate următoarele tipuri de analize: analiza de stabilitate a sistemului de etansare-drenaj de baza pe taluzurile depozitului, analiza stabilitatii masei de deșeuri în timpul umplerii depozitului, analiza de stabilitate a sistemului de etanșare-drenaj de suprafață pe taluzuri și analiza de stabilitate după închiderea depozitului.

Concluzii

Acoperirile finale ale depozitului sunt deci, utile în prevenirea pătrunderii apelor în corpul depozitului și producerea de infiltrații, dar în același timp contribuie și la oprirea evacuării în sus pe verticală a gazelor din depozit. Aceste cerințe sunt îndeplinite printr-o executare corecta a impermeabilizării și încastrarea corespunzatoare a geomembranei în stratul de argilă.

Soluțiile tehnice de realizare a acoperirilor finale ale depozitelor de deșeuri nepericuloase sunt la latitudinea proiectanților și a autorităților care aprobă aceste proiecte atâta timp cât acestea se încadrează în cerințele minime prevăzute de normativele în vigoare aprobate la nivelul fiecărui stat.

Pentru o impermeabilizare finală de calitate trebuie ca aceasta să se construiească numai după ce tasările în corpul depzitului de deșeuri au stagnat iar vegetația care se însămânțează să aibă rădăcinile scurte.

La proiectarea unui sistem de acoperire finală a unui depozit de deșeuri este necesar să se țină cont de o serie de factori: vârsta depozitului, cantitatea de deșeuri depozitată, utilizarea ulterioară a amplasamentului, cantitatea de precipitații specifică zonei, materialele naturale care se găsesc în zonă (nisip, pietriș argilă), tipul vegetație care se va planta. La realizarea unei acoperire finale sunt foarte importante calculele care se fac în ceea ce privește stabilitatea pantei, ancorarea materialelor geotextile, eliminarea gazelor și colectarea apelor din precipitații

Bibliografie

1 Revista Construcțiilor nr. 119/2015, prof. univ.dr.ing. Loretta Batali și dr. ing. Gheorghe Pantel – Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti, Facultatea de Hidrotehnica, Departamentul de Geotehnica si Fundatii

2 Radu V. Pascu – Managementul deșeurilor – Editura Universității „Lucian Blaga” din Sibiu – 2009

3 Formular de solicitare, raport de amplasament Eco Sud SA

4 http://www.foresightusa.com/single-post/2014/09/02/Hickory-Ridge-From-Landfill-to-Solar-Energy-Plant

Gheorghe Voicu, Ingineria depozitării ecologice a deșeruilor, Editura Politenica Press, Bucuresti, 2016

6 Ordinul nr. 757/2004 pentru aprobarea Normativului tehnic privind depozitarea deșeurilor

7 Richardson GN, Zhao A, Geosynthetic fundamentals in landfill design,

8https://www.google.com/search?q=final+cover+landfill&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwiEnb2xgZjbAhUBAZoKHbIHAhwQ_AUICigB&biw=1920&bih=949#imgrc=ZYDQAe93OCpj3M:

9 Claudia Iulia Neculau rezumat teza de doctorat Cercetări privind stabilitatea depozitelor supraterane de deșeuri, Iași, 2017

10 Giroud JP, Zornberg JG, Beech JF, Hydraulic design of geosynthetic and granular liquid collection layers comprising two different slopes, Geosynthetics International, 2000, vol 7,