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Comportamento di geomembrane esposte su dighe in calcestruzzo e muratura Daniele Cazzuffi.

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Presentazione sul tema: "Comportamento di geomembrane esposte su dighe in calcestruzzo e muratura Daniele Cazzuffi."— Transcript della presentazione:

1 Comportamento di geomembrane esposte su dighe in calcestruzzo e muratura Daniele Cazzuffi

2 Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Prima installazione di una geomembrana su una diga: Contrada Sabetta, Italia, diga in materiali sciolti, 32 m, Geomembrana in poliisobutilene (PIB) da 2 mm protetta con lastre in calcestruzzo Prima installazione di una geomembrana in polivinilcloruro (PVC): Canada, diga Terzaghi, Geomembrana in PVC da 0,8 mm, coperta con argilla Prima installazione di una geomembrana esposta: Lago Baitone, Italia, diga in muratura, 37 m, Geomembrana in poliisobutilene (PIB) Prima installazione di una geomembrana in PVC esposta: Lago Miller, Italia, diga in muratura,11 m, Geomembrana in PVC da 2 mm Prima installazione di un geocomposito esposto: Lago Nero, Italia, diga in calcestruzzo,45 m, Geomembrana in PVC da 2 mm esposta e geotessile in poliestere (PET) da 350 g/m 2 INQUADRAMENTO STORICO

3 Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni INQUADRAMENTO STATISTICO più di 180 dighe al mondo, di tutti i tipi, impermeabilizzate con geomembrane (dati ICOLD, International Commission on Large Dams) Massima altezza raggiunta su dighe in RCC nel mondo: Diga di Miel, Colombia, 188 m, Geomembrana in PVC, esposta Massima altezza raggiunta su dighe in materiali sciolti nel mondo: Diga di Bovilla, Albania, 91 m, Geomembrana in PVC, protetta con lastre in calcestruzzo

4 Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni RIPRISTINO DI DIGHE IN CALCESTRUZZO E MURATURA Vengono presentati due esempi di interventi di ripristino con geomembrane su dighe italiane: diga in calcestruzzo (Lago Nero, 1929) diga in muratura (Camposecco, 1930)

5 Campioni di geomembrane sono stati prelevati da 16 dighe situate nellarco alpino e nellAppennino Ligure. Per ogni diga, sono stati prelevati campioni ad intervalli di tempo regolari, in modo da tenere sotto controllo levoluzione delle proprietà delle geomembrane nel tempo. Prelievi da dighe Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni

6 Prelievi da dighe Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni

7 Sui campioni di geomembrana prelevati dalle varie dighe, si sono svolte le seguenti prove: analisi termogravimetrica; contenuto di plastificanti; spessore nominale; massa areica; durezza shore A; densità; flessibilità a freddo; stabilità dimensionale; trazione; permeabilità al vapor dacqua. Prelievi da dighe Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni

8 Contenuto di plastificanti per geomembrane in PVC applicate su dighe. Prelievi da dighe Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Tempo trascorso dallapplicazione (anni) Contenuto di plastificanti (%) Miller Lago Nero Pian Sapeio Pantano d'Avio Baitone Camposecco Ceresole Reale

9 Prelievi da dighe Resistenza longitudinale a trazione per geomembrane in PVC applicate su dighe. Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Tempo trascorso dallapplicazione (anni) Resistenza longitudinale a trazione [MPa] Miller Lago Nero Pian Sapeio Baitone Camposecco Ceresole Reale Pantano

10 Prelievi da dighe Deformazione longitudinale a rottura per geomembrane in PVC applicate su dighe. Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Tempo trascorso dallapplicazione (anni) Deformazione longitudunale a rottura (%) Miller Lago Nero Pian Sapeio Pantano d'Avio Baitone Camposecco Ceresole Reale

11 Campioni di geomembrana in PVC sono stati inoltre esposti ad un invecchiamento artificiale in forno. Questo tipo di invecchiamento, grazie alle elevate temperature in gioco, riesce ad accelerare levoluzione della struttura fisica della geomembrana ed in particolare la velocità della perdita di plastificante dovuta al fenomeno di diffusione. Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Invecchiamento artificiale in laboratorio

12 In particolare, i campioni di geomembrana in PVC sono stati esposti in forno alle tre temperature rispettivamente di 65 °C, 80 °C e 95 °C. Queste temperature sono state scelte in modo da soddisfare le due seguenti condizioni: essere sufficientemente diverse ( T=15°C) in modo da riscontrare unapprezzabile variazione delle proprietà della geomembrana tra una temperatura e laltra; essere sufficientemente elevate (T>60°C) in modo da poter osservare una variazione delle proprietà della geomembrana in tempi non lunghissimi (ordine di grandezza: uno o due anni). Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Invecchiamento artificiale in laboratorio

13 Sui provini invecchiati per 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 e 96 settimane si sono svolte le seguenti prove: - analisi termogravimetrica; - contenuto di plastificanti; - spessore nominale; - durezza Shore A; - densità; - flessibilità a freddo; - trazione. Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Invecchiamento artificiale in laboratorio

14 Contenuto di plastificanti (%) Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Invecchiamento artificiale in laboratorio Contenuto di plastificanti per geomembrane in PVC soggette ad invecchiamento artificiale in laboratorio. Tempo dinvecchiamento (giorni)

15 Sforzo (MPa) Deformazione (%) 80°C 16 settimane Invecchiamento artificiale in laboratorio Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni

16 Sforzo longitudinale a snervamento (MPa) Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Invecchiamento artificiale in laboratorio Sforzo longitudinale a snervamento per geomembrane in PVC sottoposte ad invecchiamento artificiale in laboratorio. Tempo dinvecchiamento (giorni)

17 Deformazione longitudinale a rottura (%) Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Invecchiamento artificiale in laboratorio Deformazione longitudinale a rottura per geomembrane in PVC sottoposte ad invecchiamento artificiale in laboratorio. Tempo dinvecchiamento (giorni)

18 Modulo tangente longitudinale (GPa) Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Invecchiamento artificiale in laboratorio Modulo tangente longitudinale per geomembrane in PVC sottoposte ad invecchiamento artificiale in laboratorio. Tempo dinvecchiamento (giorni)

19 Il modello di Arrhenius consente di prevedere le velocità di reazione alle temperature di esercizio grazie ad una estrapolazione dei dati relativi a temperature più elevate. In particolare, per applicare lapproccio del modello di Arrhenius, è necessario procedere ad una stima dellenergia di attivazione sulla base dei dati ottenuti sui campioni invecchiati in forno. A questo proposito, sono state considerate le tre seguenti proprietà meccaniche (in entrambe le direzioni longitudinale e trasversale) : -sforzo a snervamento Y ; -deformazione a rottura r ; -modulo tangente E t. Modello di Arrhenius Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni

20 Esempio di applicazione del modello di Arrhenius Modello di Arrhenius Sforzo longitudinale a snervamento (MPa) Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Tempo dinvecchiamento (giorni)

21 Esempio di applicazione del modello di Arrhenius Modello di Arrhenius Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Tempo dinvecchiamento (giorni) 65 °C80 °C95 °C Ingrandimento

22 Esempio di applicazione del modello Arrhenius Modello di Arrhenius (giorni -1 ) Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni 65 °C80 °C95 °C

23 Applicando il modello di Arrhenius allo sforzo di snervamento, alla deformazione a rottura ed al modulo tangente (in entrambe le direzioni longitudinale e trasversale) è stato possibile stimare lenergia di attivazione media Ea/R: Modello di Arrhenius Sforzo di snervamento Modulo tangente Deformazione a rottura Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni

24 E stato quindi possibile estrapolare il comportamento a lungo termine delle geomembrane in PVC. Le seguenti temperature sono state considerate rappresentative delle condizioni in sito sulle dighe: Vita residua Ai fini dellapplicazione del modello di Arrhenius, lattenzione si è concentrata sulle massime temperature, pari rispettivamente a + 45°C (fuori acqua) e + 20°C (condizioni immerse). Fuori acquaCondizioni immerse Max+ 45°C+ 20°C Min- 20°C+ 4°C Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni

25 La previsione di vita residua è stata confrontata con i risultati dei campionamenti in sito. In particolare, il modello di Arrhenius è stato applicato alle due seguenti proprietà ritenute più significative ai fini del comportamento nel tempo: - contenuto di plastificante; - deformazione a rottura in direzione longitudinale. Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Vita residua Esempio: diga di Camposecco

26 Cross section of Camposecco Dam Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Vita residua Diga di Camposecco

27 Esempio: diga di Camposecco Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Vita residua ,436,2 Diminuzione del 50% Diminuzione del 40% Contenuto di plastificanti [%] Tempo dinvecchiamento (anni) Diga di Camposecco Vita residua a 20°C Vita residua a 45°C Diminuzione del 30% 22,6

28 Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni Vita residua Diminuzione del 40% 30,1 37,5 Dimin. del 50% Deformazione long. a rottura [%] Tempo dinvecchiamento (anni) Diga di Camposecco Vita residua a 20°C Vita residua a 45°C Diminuzione del 30% 22,9

29 Introduzione Prelievi da dighe Invecchiamento artificiale Modello di Arrhenius Vita residua Conclusioni In generale si è riscontrato un buon comportamento nel tempo delle geomembrane esposte su dighe in calcestruzzo e in muratura, anche a notevoli altitudini Fondamentale è risultato il monitoraggio del comportamento nel tempo con prelievi regolari di campioni di geomembrane in sito e successive prove di laboratorio Promettenti vengono considerate le prime valutazioni di vita residua delle geomembrane sulle dighe attraverso il modello di Arrhenius Tali valutazioni devono necessariamente essere validate da un constante monitoraggio, sia con ispezioni, sia con prelievi in sito di campioni di geomembrana (fuori acqua ed in condizioni immerse)


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