Il drenaggio sintetico all’estradosso delle gallerie artificiali

Solitamente lo strato impermeabilizzante che interessa la superficie di estradosso delle gallerie artificiali è realizzato mediante l’applicazione di guaine in poliolefine flessibili (FPO) dello spessore di circa 2 mm.
La soluzione comunemente adottata, prevede l’installazione del manto sintetico tra due strati di geotessile non tessuto.
Le fasi preliminari che precedono la posa in opera della guaina, prevedono le seguenti fasi preparatorie:
– eliminazione di eventuali asperità, dislivelli, grumi ed imperfezioni in genere;
– stuccatura di eventuali lesioni o vespai;
– pulizia mediante lavaggio con acqua in pressione.
Nella parte superiore della guaina, per prevenire la formazione di battenti idraulici, solitamente nei capitolati speciali d’appalto si prevede la creazione di uno strato drenante.
Lo scopo del presente articolo è pertanto quello di proporre un possibile sistema drenante sopra l’impermeabilizzazione, mediante il ricorso a sistemi sintetici (geocompositi drenanti).

La soluzione drenante sintetica
Per garantire non solo la protezione dello strato impermeabilizzante ma anche la formazione di uno strato drenante adeguato, capace di intercettare le eventuali infiltrazioni di origine meteorica, è possibile prevedere l’installazione di particolari geosintetici tridimensionali in monofilamenti di polipropilene, chiamati in linguaggio tecnico geocompositi drenanti.
Il geocomposito drenante utilizzato nel caso studio presentato (Q Drain) è costituito da un’anima drenante interna in monofilamenti di polipropilene (PP) accoppiata a due geotessile non tessuti agugliati termosaldati anch’essi in PP.
La parte interna presenta una conformazione geometrica a “cuspidi” e il suo spessore può variare da un minimo di 13 mm ad un massimo di 20 mm, in larghezze da 2 fino a 4 m.

Per scaricare la scheda tecnica del prodotto clicca qui

Elementi per la progettazione del sistema drenante sintetico
Per progettare uno strato drenante sintetico, occorre conoscere le condizioni al contorno in termini di:
• condizioni meccaniche: carichi applicati (statici, dinamici, ciclici)
• condizioni idrauliche: gradiente idraulico e portata in ingresso al sistema;
Note che siano le condizioni meccaniche ed idrauliche il passaggio successivo sarà quello di trovare conferma nei dati pubblicati in scheda tecnica dei requisiti prestazionali minimi richiesti perché il sistema possa essere dichiarato conforme.

Parametri meccanici
Per quanto riguarda le condizioni meccaniche, occorre innanzitutto valutare l’entità del riporto di terreno previsto a progetto, in termini di spessore e peso specifico.
La pressione esercitata dal riporto sul prodotto si calcola applicando la seguente relazione analitica:
Il drenaggio sintetico all’estradosso delle gallerie artificiali

Teoricamente sarebbe anche necessario valutare le caratteristiche dei mezzi d’opera che eseguiranno le lavorazioni di posa del terreno e quindi calcolare la pressione che trasmessa al materiale dal mezzo.
Il peso del mezzo infatti, verrà trasferito al piano campagna, attraverso i pneumatici o cingoli e quindi diffuso in profondità.

Parametri idraulici
I parametri idraulici che occorre valutare sono il gradiente idraulico (i) e la portata di progetto (qprogetto)

Il gradiente idraulico rappresenta la caduta di pressione (perdita di carico idraulico ?h) per unità di lunghezza (L) e si calcola applicando la seguente relazione:

i = ?h/L

Per quanto riguarda invece il calcolo della portata di progetto, è possibile ricadere in una delle tre seguenti casistiche:
• La portata da drenare è nota;
• La portata da drenare è ricostruibile;
• La portata da drenare non è nota e non si posseggono i dati per una eventuale ricostruzione.
Tralasciando chiaramente il primo caso, nel momento in cui si avessero a disposizione i dati di precipitazione, mediante la procedura della ricostruzione della curva di possibilità pluviometrica (LSPP) tipica dell’idrologia tecnica, è possibile definire la seguente relazione, per un assegnato tempo di ritorno T:

h T (d) = aTdnT

Noti i valori dell’altezza di precipitazione probabili h (mm), ottenuti attraverso la ricostruzione della LSPP, è possibile stimare il valore di intensità di pioggia critica j, impostando la seguente relazione di conversione:

j = hc/dc

dove hc è il valore che si ottiene dall’equazione della LSPP considerando un T = T* anni e una durata pari a dc =dc*.

Il parametro relativo alla portata per unità di superficie qpioggia è correlato all’intensità di precipitazione j, dalla seguente relazione:

qpioggia = Qpioggia/A

Dove:
Qpioggia/A = portata di pioggia da drenare m3/s;
A = superficie orizzontale m2.

Nel caso in cui la superficie non dovesse risultare orizzontale, occorre calcolarne la sua proiezione:
Il drenaggio sintetico all’estradosso delle gallerie artificiali
Da cui
Il drenaggio sintetico all’estradosso delle gallerie artificiali
La portata Qpioggia rappresenta la quantità d’acqua che il geocomposito drenante Q Drain deve poter essere in grado di intercettare e drenare.
Solo una quota parte di Qpioggia si infiltra e raggiunge il sistema drenante sintetico.
Occorre perciò introdurre un coefficiente ? di infiltrazione (variabile tra 0,33 a 0,5) che esprime la frazione di portata in ingresso al sistema che interagisce con il sistema.

Detta Q^pioggia la portata corretta tramite il fattore ? si ottiene la seguente espressione:
Il drenaggio sintetico all’estradosso delle gallerie artificiali
Con
Il drenaggio sintetico all’estradosso delle gallerie artificiali
Il drenaggio sintetico all’estradosso delle gallerie artificiali
Prestazioni del composito drenante
Individuati i dati di input, è ora possibile verificare se e quanto il prodotto è conforme ai requisiti tecnici richiesti. Per quanto riguarda il dato idraulico, occorrerà individuare quali sono le prestazioni che il geocomposito è in grado di dichiarare in scheda tecnica ai differenti carichi (kPa).
Occorre pertanto estrarre i valori di trasmissività del materiale.
Per trasmissività idraulica di un GCD si intende la quantità d’acqua che il prodotto è in grado di trasferire longitudinalmente al proprio piano, nell’unità di tempo e per unità di larghezza (l/s m oppure m2/s).
La prestazione idraulica dipende dalla pressione esercitata sul prodotto dai carichi esterni (condizioni meccaniche) e dal gradiente idraulico.
Considerando valida ed applicabile la relazione di Darcy, è possibile impostare la seguente relazione:

Q = kiA

Q = ki (txW)

Q/W = i (kxt)

Q/W = i?

Dove:
• Q = portata (m3/s);
• W = larghezza considerata unitaria del GCD (m);
• q = Q / W = portata specifica (m2/s);
• k = permeabilità (m/s);
• t = spessore (m);
• i = gradiente idraulico (ad.);
Da cui quindi la relazione che correla portata specifica e trasmissività:

? = q/i

La norma che sottende al calcolo della capacità drenante di un geocomposito è la UNI EN ISO 12958.
L’applicazione della norma consente di calcolare il valore nominale del prodotto, non il suo valore ammissibile.
È importante chiarire la differenza tra capacità nominale ed ammissibile, in quanto è necessario valutare il livello di abbattimento del rendimento idraulico del sistema sintetico per effetto delle condizioni al contorno.
Tali condizioni si riflettono sulle prestazioni del prodotto attraverso degli opportuni fattori di sicurezza FSi.
Pertanto, detta qnom, la portata specifica nominale determinata in laboratorio, occorre introdurre una serie di fattori di danneggiamento FSi, sulla base dei quali valutare la portata specifica ammissibile (qamm):
Il drenaggio sintetico all’estradosso delle gallerie artificiali
Il parametro di merito che consente di valutare l’opportunità di optare per una soluzione drenante sintetica è fornito dalla seguente relazione:

FS = Q^pioggia / qamm

Per scaricare le caratteristiche tecniche in PDF del Geotessile per Filtrazione, Drenaggio e Separazione clicca qui

Per scaricare le caratteristiche tecniche in PDF del Geotessile per Protezione clicca qui

* Ing. Massimiliano Nart – Ufficio Tecnico TeMa divisione ambiente srl.
Per ulteriori informazioni
www.temagroup.it

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