TÄTNING AV DEPONIER MATERIALVAL

Transkript

1 TÄTNING AV DEPONIER MATERIALVAL

2 Sluttäckningen skall vara så konstruerad att mängden lakvatten som passerar genom täckningen inte överskrider eller kan antas komma att överskrida 5 liter per kvadratmeter och år för deponier för farligt avfall och 50 liter per kvadratmeter och år för deponier för icke-farligt avfall. Förordningen (2001:512, 31 ) om deponering av avfall. Genomströmningen genom ett mineraltätskikt (morän, bentonitmatta, BES, med mera) är beroende av tätheten på konstruktionen och på Darcy s lag, det vill säga q = k x i, där i = (H+d)/d (H = vattentryck i m, d = tätskiktets tjocklek i m), k = hydraulisk konduktivitet (m/s). Beräkningsgången finns redovisad i till exempel Handbok 2004:2 Deponering av avfall från Naturvårdsverket. TOPPTÄCKNING AV DEPONIER MATERIALVAL Syftet med en topptäckning av deponi är att förhindra att regn- och smältvatten tränger in i deponin och där ombildas till lakvatten. För att uppnå syftet och funktionen är det viktigt att behärska vattenmängderna med hjälp av de olika skikten i deponin. VATTENMÄNGD Årsnederbörden i Sverige varierar i allmänhet mellan mm/år. Endast på vissa håll är nederbörden större. Kraven på täthet innebär i praktiken att på en deponi med ickefarligt avfall tillåts maximalt cirka 5 10 procent av årsnederbörden att penetrera in i deponin medan på en deponi för farligt avfall tillåts endast en penetrering på 0,5 1 procent. Det senare kravet ställer i sin tur mycket höga krav på konstruktionen och innebär att det inte är möjligt att klara av utan ett kombinationstätskikt. VATTENBALANS Av den totala nederbörden är det bara en del som strömmar ner genom växtskiktet. Med en vattenbalanskalkyl kan man ta hänsyn till alla faktorer som påverkar nederbörden såsom avdunstning, avrinning, magasinering i växtskikt, dränering och genomströmning. I praktiken är det lättast att påverka vattenbalansen med hjälp av dränering och tätskikt (genomströmning). VILKEN TÄTHET? Det är lätt att visa att gränsvärdet på permeabiliteten, för att ett tätskikt överhuvudtaget skall fungera, är k=1x10-9 m/s. Tjockleken har inte någon betydelse, enbart permeabiliteten. Det betyder att vanlig lera eller vissa restprodukter räcker till för att uppfylla täthetskraven för deponier för icke-farligt avfall, medan man för att klara av kraven för en deponi för farligt avfall i praktiken behöver ett välskyddat geomembran eller ett så kallat kombinationstätskikt där man kombinerar ett mineraltätskikt och ett geomembran. Med dessa konstruktioner uppfyller man en täthet som i praktiken närmar sig 100 procent.

3 GEOLOGISK BARRIÄR FÖR BOTTENTÄTNINGAR För bottentätningar av deponier krävs enligt förordningen om deponering av avfall en s.k. geologisk barriär. Den geologiska barriären skall vara minst 0,5 m tjock och ha en hydraulisk konduktivitet som är mindre än k<5x10-10 m/s för deponier för icke farligt avfall (IFA) och k<1x10-10 m/s för deponier för farligt avfall (FA). Dessa är myndighetskrav som inte är förhandlingsbara. BOTTENTÄTNING FÖR DEPONI FÖR ICKE FARLIGT AVFALL (IFA) För deponier för icke farligt avfall har man i flera fall använt sig av en konstruktion bestående av flera lager bentonitmatta ovanpå ett lager av till exempel stenmjöl. Konstruktionen uppfyller kraven enligt Naturvårdsverkets handbok 2004:2, som innehåller allmänna råd till Förordningen 2001:512 om deponering av avfall. I handboken finns en beräkningsmodell som kan användas för att bestämma hur många lager bentonitmatta krävs för att uppfylla kraven på täthet. Beroende på bentonitmattans täthet och tjocklek behövs 2 4 lager bentonitmattor ovanpå stenmjölet. BOTTENTÄTNING FÖR DEPONI FÖR FARLIGT AVFALL (FA) För deponier för farligt avfall (FA-deponier), uppnås inte tillräcklig täthet med hjälp av bentonitmattor utan för att få en tillräckligt låg hydraulisk konduktivitet på tätskiktet blandar man in bentonitlera i till exempel stenmjöl. Metoden kräver hög kvalitetskontroll såväl på blandning som på packning. Bentonitmängden som krävs för att uppnå tillräcklig täthet varierar mellan 4 procent och 6,5 procent natriumbentonit beräknat på torrvikt stenmjöl. Tätheten är förutom bentonitmängden beroende av packningsgrad, korngradering, vattenhalt vid packning och mineralogi. Eftersom det finns många faktorer som påverkar den hydrauliska konduktiviteten bör alltid permeabilitetsprov utföras på den verkliga blandning man tänker använda till tätskiktet. Blandningen skall vara datorstyrd processblandning där alla ingående delar vägs kontinuerligt för att garantera ett jämnt blandningsförfarande. Om man använder sig av en satsblandare skall de ingående materialen dokumenteras för varje sats och för en kontinuerlig blandare skall man kunna redovisa ett kontinuerligt inmatningsdata. FLA har utfört ett antal bottentätningar med BES. MATERIAL En topptäckning ställer ofta höga krav på tätskiktsmaterialet. Det skall klara av att hindra infiltration, vara gastätt, klara differentiella sättningar och kunna motstå rotpenetrationer. Dräneringen skall ha en tillräcklig kapacitet för att inte bygga upp vattentryck på tätskiktet, som i så fall ökar infiltrationen och minskar stabiliteten. Materialen skall med andra ord klara av olika mekaniska, biologiska och kemiska påfrestningar, dessutom under hela dimensioneringsperioden. I praktiken innebär valet av topptäckningsmaterial därför oftast en kompromiss. HDPE HDPE-membranet är det vanligaste geomembranet. Den största fördelen med HDPE är att det har en hög kemisk beständighet. I topptäckningar är HDPE dock inte i allmänhet att rekommendera eftersom HDPE;n kan vara känslig för spänningssprickor om töjningen närmar sig flytgränsen, vilket kan ske på en deponi med ojämna sättningar. För att minimera risken för spänningssprickor skall man vara noga med att skydda membranet mot punktlaster som kan orsaka spänningssprickor. Oftast använder man sig av skyddsgeotextilier, men man kan även använda sig av sand, men man bör då begränsa max. stenstorlek till 2 mm. Friktionen för HDPE är låg och oftast krävs att man använder sig av friktionsmembran. På plana ytor kan man dock använda sig av slät HDPE. HDPE har använts i flera topptäckningar, men man bör begränsa användningen till områden där man vet att sättningarna har satt sig färdigt. Prismässigt är HDPEmembranet ofta det till synes förmånligaste materialet, men om man beaktar behovet och kravet på skyddsskikt blir konstruktionen ofta dyrare. Vid val av skyddsskikt skall man överväga att använda bentonitmatta och dräneringsmatta, som även har andra funktioner än bara skyddsfunktionen. LLDPE LLDPE, linjär lågdensitetspolyeten, är en modifiering av LDPE i vilken man förutom eten använder sig av någon olefin till exempel buten eller okten för polymeriseringen, vilket resulterar i en mjukare polymer än HDPE. LLDPE-membranet har bättre töjningsegenskaper än HDPE och passar därmed bättre till topptäckningar. Friktionsegenskaperna på LLDPE-materialet är en aning bättre än för HDPE, men på en topptäckning är det att rekommendera att man använder sig av friktionsmembran. LLDPE-membranet är mindre känsligt för spänningssprickor än HDPE. Den kemiska stabiliteten är bra, även om den inte är lika hög som för HDPE. Prismässigt är LLDPE-membranet cirka 10 procent dyrare än HDPE. LLDPE har använts i ett flertal projekt i Sverige och materialet blir allt vanligare. FPP Flexibelt PP (fpp) är ett geomembran som har bra töjningsegenskaper och kemisk stabilitet. fpp har liten benägenhet för spänningssprickor vilket betyder att man kan använda sig av lättare skyddsgeotextilier än för HDPE och LLDPE Polypropylen är en kemiskt inert polymer som inte innehåller några mjukgörare, som med tiden kan försvinna, utan de mjuka egenskaperna håller i sig hela membranets livstid. fpp har de bästa friktionsegenskaperna av släta plastiska material, men det finns även fpp som friktionsmaterial vilket har väldigt bra friktionsegenskaper. fpp är godkänt av SP även för användning som radon-membran. En av de viktigaste positiva egenskaper fpp har är svetsbarheten. fpp kan utan risk svetsas i låga temperaturer, vilket är att tänka på då man skall utföra tätskikt under den kalla årstiden. Det finn gott om referensobjekt med fpp både som topptäckning som i direkt kontakt med lakvatten.

4 MATERIAL ELASTOSEAL EPDM (GUMMIDUK) Den utan tvekan bästa duken för topptäckning är EPDM-duken, eftersom den förblir elastisk oavsett ålder och temperatur och har högt motstånd mot rotpenetration. Den utsätts inte för spänningssprickor och har ingen flytpunkt som plastiska material har. Elastoseal EPDM Geomembran skarvas med Thermobond skarvteknik som är en enkel och kontrollerbar skarvmetod. Gummiduken måttbeställs och prefabriceras till stora ytor, normalt m 2. Precis som med de plastiska geomembranen skall EPDM-duken skyddas väl innan övertäckning. Det är främst vassa partiklar som kan skada ett EPDM-geomembran, varför den viktigaste dimensioneringsegenskapen för skyddsgeotextilierna i denna tillämpning skall vara det dynamiska penetrationsmotståndet (Drop Cone Test) och inte så mycket det statiska penetrationsmotståndet (CBR-testet). Framförallt om stora sättningar är att förvänta är EPDM-geomembranet kvalitetsmässigt det bästa alternativet även om det prismässigt ofta blir lite dyrare. BENTONITMATTA Bentonitmatta är kanske det vanligaste topptäckningsmaterialet. Bentonitmattan består av två stycken geotextilier som är sammanfogade i varandra genom nålfiltning. Mellan geotextilierna finns ett lager med bentonit som tar hand om den tätande funktionen. Tätheten på en bentonitmatta räcker mer än väl till för att fylla kraven för en deponi för icke farligt avfall, men eftersom en viss förändring av bentonitens tätande egenskaper sker på lång sikt, räcker det inte till för tätning av deponier för farligt avfall. Bentonitmattan är lätt att installera och kräver ingen specialutrustning. Det som skall beaktas med bentonitmattan är att den skall övertäckas omedelbart och att den inte skall vara i kontakt med salter och askor innan den hinner hydratisera. Kommer bentonitmatta åt att hydratiseras med rent vatten är detta inget större problem. För att garantera detta är det att rekommendera att man använder sig av en bentonitmatta med den ena sidan laminerad med ett lätt geomembran. Bentonitmattan har bra friktionsegenskaper och klarar sig i allmänhet i slänter med lutningar på 1:2,5 utan större risk för släntskred. Standardbentonitmattor vi använder oss av är Bentomat AS100 och Bentomat SS100 som är nålfiltade mattor med en vikt på cirka 5 kg/m 2. Bentomat CL är en bentonitmatta med ett laminerat geomembran. SKYDDSGEOTEXTIL Alla material behöver ett bra skydd för att inte skador skall uppkomma vid byggskede eller senare. Enligt Tätskikt i Mark, SGF 1:99 rekommenderas ett CBR-värde på min, N. För topptäckningar är detta oftast tillräckligt, men i bottentätningar bör punkteringsmotståndet vara CBR> N för att ge ett bra långtidsverkande skydd. Det skall även påpekas att det är stor skillnad på kvalitet hos olika fabrikat. Man bör alltid se till det faktiska punkteringsmotståndet, dvs nominellt värde minus standardavvikelse. DRÄNERINGSSKIKT Dräneringslagret skall avleda vatten från nederbörd och snösmältning och därmed minska vattentrycket mot tätskiktet. Kravet på dräneringen är att klara av de vattenmängder som infiltrerat från växt- och skyddsskiktet, vilket i allmänhet är cirka procent av den totala nederbörden, det vill säga cirka mm/år. Historiskt har man främst använt sig av dräneringsgrus. Ofta är det bättre att istället för grus använda sig av dräneringsmatta ovanpå tätskiktet. Dräneringskapaciteten på en dräneringsmatta är ofta mångfaldig (upp till tio gånger) till dräneringsgrus och det är också ekonomiskt fördelaktigare. Dräneringsmattan fungerar också bra som skydd för tätskiktet. En annan väsentlig fördel med dräneringsmattan är att den gör läggningen av skyddsskikt betydligt snabbare.

5 TEKNISKA EGENSKAPER SLÄNTSTABILITET Släntstabiliteten styr ofta också materialvalet. Nedan en tabell på almänt vedertagna friktionvärden baserat på tester och uppskattningar. Framför allt om man har långa eller branta slänter bör en särskild utredning om friktionsegenskaperna utföras. MATERIALJÄMFÖRELSE Observera att detta är en förenklad bild av en komplicerad verklighet. Kontakta oss för mer information. TABELL 1. ALLMÄNT ANVÄNDA FRIKTIONSVÄRDEN FÖR GEOMEMBRANER MATERIAL FRIKTIONSVINKEL MOT SAND MAXIMAL SLÄNTLUTNING FÖR F = 1,3 FRIKTIONSVINKEL MOT GEOTEXTIL MAXIMAL SLÄNTLUTNING FÖR F = 1,3 HDPE 15 17º (grader) 1:4,8 1:4,3 6 11º (grader) 1:12 1:6,7 HDPE friktion 20 30º (grader) 1:3,5 1:2, º (grader) 1:2,7 1:2,3 LLDPE 16 18º (grader) 1:4,5 1:4 7 12º (grader) 1:10 1:6,1 LLDPE friktion 22 30º (grader) 1:3,2 1:2, º (grader) 1:2,8 1:2,3 FPP 25 29º (grader) 1:2.8 1:2,5 8 15º (grader) 1:9 1:4,9 FPP friktion 28 32º (grader) 1:2,5 1:2, º (grader) 1:2,6 1:2,1 EPDM 22 25º (grader) 1:3.2 1:2, º (grader) 1:4,3 1:3 I tabellen är även redovisat vilka är de maximala släntlutningarna man kan använda för att en totalsäkerhet på F=1,3 ska uppfyllas i en oändligt lång slänt, där stödet från botten inte är beaktat. I gränsfall skall en utförligare och noggrannare beräkning utföras. Vi hjälper er gärna med detta. TABELL 2. SAMMANSTÄLLNING AV DE OLIKA MATERIALEGENSKAPERNA EGENSKAP HDPE LLDPE FPP EPDM BENTONIT Töjbarhet Mindre bra Bra Bra Utmärkt Mindre bra Kemisk beständighet Utmärkt Bra Bra Bra Bra Spänningssprickor Mindre bra Bra Utmärkt Utmärkt N/A Rotbeständighet Utmärkt Utmärkt Utmärkt Utmärkt Mindre bra Friktionsvinkel Mindre bra Mindre bra Bra Utmärkt Bra Svetsbarhet kyla Mindre bra Mindre bra Bra Bra N/A

6 KOMBINATIONSTÄTSKIKT KOMBINATIONSTÄTSKIKT För att klara av kraven för täthet på en deponi för farligt avfall behöver man i praktiken ett så kallat kombinationstätskikt där man kombinerar ett mineraltätskikt och ett geomembran. Effekten av ett kombinationstätskikt är i praktiken 100 procent täthet. De olika typerna av tätning kompletterar varandra, då ett mineraltätskikt fungerar TABELL 3. LÄCKAGE I TÄTSKIKTET (TÄTSKIKT I MARK, SGF 1:99) TÄTSKIKT MINERALTÄTSKIKTETS MÄKTIGHET K-VÄRDE, m/s LÄCKAGE VID TRYCKHÖJD 0,01 M, l/m 2 /ÅR LÄCKAGE VID TRYCKHÖJD 0,1 M, l/m 2 /ÅR Lera 0,5 1x Bentonitmatta 0,006 5x Geomembran Komposittätskikt Geomembran/silt 0,3 1x10-6 0,6 3 Geomembran/lera 0,3 1x10-9 0,002 0,02 Geomembran/ bentonitmatta 0,006 5x ,0001 0,002

7 enligt Darcy s lag, det vill säga det genomträngande vattnet är en funktion av tätskiktets mäktighet, täthet och vattentryck. Läckaget är med andra ord lika mycket överallt. I ett geomembran sker läckaget genom möjliga hål. Genom kontinuerlig kontakt mellan membran och det underliggande tätskiktet minimeras läckaget. Mineraltätskikt OMVÄNT KOMBINATIONSTÄTSKIKT I vissa fall kan det vara önskvärt att använda sig av ett omvänt komposittätskikt, det vill säga att man lägger membranet under och mineraltätskiktet på övre sidan. Orsaken är då ofta att man vill skydda bentonitlagret från att komma i kontakt med till exempel alkaliska massor som kan minska svällningen av bentoniten innan den kommer åt att hydratisera. Det som skiljer mellan ett traditionellt och ett omvänt komposittätskikt är att den hydrauliska gradienten blir en aning högre, men skillnaden blir ändå maximalt bentonitmattans tjocklek, då överbyggnaden ovanför är identisk och dräneringslagret ser till at inget ytterligare vattentryck kan byggas upp. Läggningsordningen har alltså ingen större betydelse för komposittätningens effekt. Läckaget genom geomembranet sker främst genom små hål som aldrig helt kan undvikas. Omvända komposittätskikt kan byggas med geomembran eller med en laminerad bentonitmatta med membranet neråt. Komposittätskikt Omvänt komposittätskikt

8 SPECIALISTEN PÅ TÄTSKIKT I MARK GÄVLE LIDKÖPING RIMBO Box Gävle Tel: Fax: Fabriksgatan Lidköping Tel: Fax: Box Rimbo Tel: Fax: