STABILNOST POKOSA NA ODLAGALIŠTIMA Stabilnost pokosa na odlagalištima danas je vrlo bitan element prilikom projektiranja, gradnje, odlaganja i zatvaranja odlagališta. Stabilnost odlagališta može se narušiti prilikom otkopavanja, grañenja temeljnog sloja, za vrijeme odlaganja samog otpada te nakon zatvaranja odlagališta (Qian i dr.). Temeljni brtveni sustav i završni pokrov su obično sastavljeni od više različitih materijala (tlo, geosintetici), što predstavlja poseban problemkod proračuna stabilnosti (kontaktna posmična čvrstoća).

U odlagalištima otpada javljaju se sljedeći problemi stabilnosti (Jessberger i Kockel, 1995; Znidarčić et al., 1996):

� otpornost na klizanje pokrovnog sloja, � lokalni slom u tijelu odlagališta po pretpostavljenoj kliznoj plohi, � globalni slom kroz tijelo odlagališta i kroz temeljno tlo po pretpostavljenoj

kliznoj plohi, � otpornost na klizanje na kontaktima ili unutar pojedinih komponenti temeljnog

zaštitnog sustava, � nosivost temeljnog tla, � slijeganje temeljnog tla, itd.

(a

(b

Slika1. Razni tipovi narušavanja stabilnosti kosina odlagališta (Qian, Koerner, Gray,

2001)

Stabilnost pokosa na odlagalištima zavisi o (Daniel, 1993; Qian, Koerner, Gray, 2001):

- svojstvima temeljnog tla, - svojstvima otpada: kohezija, kut trenja, zapreminska težina, vlažnost, - kontaktnoj čvrstoći: geosintetik/geosintetik, geosintetik/tlo - čvrstoći unutar CCL-a (glina) - nagibu i visini pokosa, - nivou i kretanju procjedne tekućine u odlagalištu, - lokalnoj hidrologiji i RPV - tipu pokrova i njegovoj otpornosti na eroziju - postupcima odlaganja i kontroli ugradnje - seizmičnosti područja.

Analize stabilnosti na odlagalištima otpada složen su problem iz više razloga. Ponajprije se postavlja pitanje odabira odgovarajućih svojstava otpada, a zatim i primjenjivosti metoda proračuna uobičajenih za mehaniku tla (Singh i Murphy, 1990). Za odabir svojstava otpada primjenjuju se rezultati laboratorijskih i in-situ ispitivanja, te povratne analize. Svaka od ovih metoda ima odreñene nedostatke uzrokovane uglavnom heterogenošću sastava otpada. Tijelo odlagališta i brtveni sustavi moraju biti projektirani i izvedeni tako da njihova funkcija ne bude ugrožena kako za vrijeme njegova korištenja (tj. odlaganja otpada), tako i nakon njegova zatvaranja (Drnjević et al., 1998). U analizama stabilnosti i deformabilnosti traži se detaljno poznavanje mehaničkog ponašanja svih komponenti.

Odabir odgovarajućih svojstava materijala Da bi se riješili problemi stabilnosti potrebno je poznavanje svojstava otpadnog materijala i svih komponenti unutar pokrovnog i temeljnog zaštitnog sustava. Dodirne plohe slojeva umjetnih i prirodnih materijala u temeljnim brtvenim slojevima najčešće su kritična mjesta za stabilnost tijela odlagališta otpada. Tri vrste materijala koji se dotiču u odlagalištu su brtveni sustav (geosintetici u kombinaciji s prirodnim materijalim), otpadni materijal i prirodno tlo.

Svojstva brtvenih slojeva

Na temeljnu plohu zatvorenog odlagališta izmeñu otpada i temeljnog tla postavlja se brtveni sustav koji treba spriječiti prolaz zagañene procjedne vode iz tijela odlagališta u temeljno tlo. Za brtvene slojeve intenzivno se koriste geosintetici u kombinaciji s mineralnim materijalima. Iskustvo je pokazalo da na lokacijama s uobičajenim nosivim temeljnim tlom kritični element za stabilnost odlagališta postaju slojevi brtvenog sustava, odnosno njihove dodirne plohe. Budući da u opisanom sustavu potencijalno sve dodirne plohe različitih materijala mogu biti kritične, treba odrediti čvrstoće i na dodirima geosintetika meñusobno i na dodirima geosintetika sa zemljanim materijalima. Objavljena ispitivanja čvrstoća na sučeljima raznih geosintetika ili geosintetika s tlom pokazuju razmjerno široke raspone (tablica 1). Ti su rasponi posljedica raznolikosti proizvoda na tržištu, ali i teškoća s provoñenjem laboratorijskih pokusa koji potpuno odražavaju realno stanje na lokaciji.

Tablica 1. Parametri posmične čvrstoće na dodirnim plohama geosintetika i tla

Svojstva otpadnog materijala

Svojstva otpadnog materijala mogu se odrediti laboratorijski, no veličina uzorka je kritičan moment, zbog varijabilnosti sastava otpada. Tako gustoća komunalnog otpada, ovisno o sastavu, stupnju obrade i starosti odlagališta. Kreće se u granicama od 4,7-16,2 t/m3 (Daniel, 1993). Prilikom mjerenja kuta unutrašnjeg trenja i kohezije uočava se veliki raspon rezultata. Izmjerene su vrijednosti kohezije čak do 110 kN/m2 i kuta trenja do 40ο. Autori su stoga osjenčali područje preporučljivih proračunskih vrijednosti (Sánchez-Alciturri et al., 1995; Singh i Murphy, 1990) kao što je prikazano na slici 2.

c

[kN/m2]

ϕ [o]

Podaci iz in-situ

ispitivanja

Područje preporučenih

vrijednosti za potrebe

projektiranja

Laboratorijski

rezultati

Slika 2. Preporuka za odabir parametara smicanja otpada

Laboratorijskih ispitivanja za odreñivanje čvrstoće otpada vrlo su upitna. Neporemećene tj. reprezentativne uzorke teško je dobiti te reproducirati in-situ uvjete: starost, temperatura, drenaža, prisutnost plinova, itd. Zato je potrebno laboratorijske rezultate nadopuniti podacima dobivenim in-situ pokusima. Što se tiče posmične čvrstoće, neke vrste otpada pokazuju ponašanje slično tlu. U tom slučaju problemi stabilnosti pokosa mogu se rješavati takoñer po postupcima primjerenim mehanici tla. Meñutim otpad koji nije sličan tlu kao npr. komunalni otpad i otpad koji u sebi sadrži organske dijelove i plastiku, može podnijeti vrlo velike deformacije bez ikakvog znaka koji bi ukazivao na lom materijala. U tom se slučaju parametri

smicanja odreñuju po kriteriju dopuštene deformacije, a problemi stabilnosti razlikuju se od onih svojstvenih tlu.

Svojstva temeljnog i pokrovnog materijala

Za odreñivanje svojstava tla provode se geotehnička istraživanja i hidrogeološke studije. Ispitivanja se obavljaju na terenu te u laboratoriju na neporemećenim uzorcima. Za računsku analizu stabilnosti potrebno je provesti ispitivanja odreñivanja sadržaj prirodne vlažnosti, specifične težine, posmične čvrstoće.

Stabilnost kosina Za stabilnost kosina su isprva primjenjivane, tzv. klasične metode, koje su zbog tada još nerazvijenih sredstava za računanje, bile jednostavne, kako po pretpostavkama tako i po numeričkom postupku. Razvoj računala potaknuo je i razvoj složenijih numeričkih metoda, koje traže dobro poznavanje ponašanja tla, a s tim i veći broj parametara tla nego što su tražile klasične metode. Rezultat klasične metode je tzv. faktor sigurnosti. Faktor sigurnosti se definira kao odnos prosječne posmične čvrstoće tla τf prema posmičnom naprezanju uzduž potencijalne klizne plohe τd:

d

f

SFτ

τ=

Čvrstoća tla τf se definira kao granično posmično efektivno naprezanje i odreñuje pomoću izraza: τf = c’+σ’tgφ’ (c’ je kohezija, φ’ je kut unutarnjeg trenja u materijalu za efektivna naprezanja, σ’ je normalno naprezanje na potencijalnoj plohi sloma). Na sličan se način može napisati i mobilizirano posmično naprezanje, τd: τd = cd + σtgφd gdje su cd i φd, tzv. mobilizirani parametri čvrstoće, tj. onakvi kakvi trebaju biti da se u tlu može uspostaviti ravnoteža. Vrijedi, dakle, da je faktor sigurnosti odnos efektivnih graničnih i mobiliziranih naprezanja:

dd

Stgc

tgcF

'''

'''

ϕσ

ϕσ

+

+= ,

Kružne klizne plohe - metoda lamela

Klizni disk se dijeli na stupce (lamele) koji se promatraju pojedinačno, a zatim se traže zajednički uvjeti ravnoteže za čitav klizni disk.

Slika 3. Upotreba lamela za analizu stabilnosti pokosa

Od metoda lamela, vrlo je popularna tzv. Bishopova pojednostavljena metoda lamela (Bishop, 1955). Osnovni elementi te metode su prikazani na slici 4.

FS se ne može izravno izračunati jer je sadržan i u mα, pa se rješava iterativno (u

koracima):

- Pretpostavi se FS u mα, npr. FS = 1,5

- Izračuna se mα

- Izračuna se FS

b

∆u

γw

12

i

n

i

piezometarska linija

produljena linija površine vanjske vode

piezometarska linija

produljena linija površinevanjske vode

r

S

rα

−α +αslobodno vodno

lice

sredina i - te lamele

α

broj lamele

W1W1

W2'

W2Ei

Ei+1

α

lT

N

∆u . l∆x

∆y∆u . l

N

∆Ei

N tgϕ'FS

c' lFS

T

a)

b) c)

- Usporede se FS iz koraka 1. i 3. ,ako nisu jednaki, sa srednjom vrijednošću se ide

ponovo od koraka 1.

Slika 4. Bishopova pojednostavljena metoda

Osim klasičnih metoda s cilindričnom kružnom plohom, mogu se koristiti i metode proračna za dugačke pokose s kliznom plohom paralelnom s površinom terena (za pokrov). Danas su široko prihvaćeni numerički postupci, pogodni je za ispitivanje stabilnosti u slučaju analiza sa složenom geometrijom ili za provoñenje parametarskih analiza. Takoñer, prednost je numeričke analize u odnosu na klasične metode proračuna u tome što ona daje detaljnu sliku stanja naprezanja i deformacija u čitavom tijelu odlagališta, a ne samo po nekoj unaprijed definiranoj plohi loma.