Factsheet Bovenafdichting met natuurlijke materialen

A. ALGEMENE TECHNIEKBESCHRIJVING

De hoofdfunctie van een bovenafdichting is het beperken van de infiltratie van neerslag. Hiermee wordt bereikt dat uitloging van de verontreinigende stoffen uit de verontreinigende bodem en de verspreiding van de verontreinigende stoffen door watertransport sterk wordt verminderd. Deze functie wordt vervuld door de slechtdoorlatende laag binnen de bovenafdichtingsconstructie. Een ander type bovenafdekking is de leeflaagconstructie, waarvan het primaire doel het opheffen van de contactrisico’s is. Binnen een leeflaagconstructie wordt geen slecht doorlatende laag aangebracht.

Een bovenafdichting met natuurlijke materialen bestaat in het algemeen uit (zie ook figuur 1):

1. gebruikslaag;
2. drainagelaag;
3. slechtdoorlatende laag;
4. gasdrainagelaag;
5. steunlaag.

Figuur 1: Schematische weergave van de opbouw van een bovenafdichting.

Bij een bovenafdichting met natuurlijke materialen kan ten aanzien van de aan te brengen slecht doorlatende laag (c) onderscheid worden gemaakt in:

• natuurlijke klei;
• zand-bentoniet;
• zand-bentoniet-polymeer;
• bentonietmatten.

Indien vergaande eisen worden gesteld aan de waterdichtheid van de slechtdoorlatende laag kan een combinatie-afdichting, bijvoorbeeld bestaande uit een natuurlijk materiaal met een kunststoffolie, worden toegepast.

Door het aanbrengen van een gebruikslaag (a) binnen de bovenafdichtingsconstructie worden ook de directe contactrisico's met de aanwezige bodemverontreiniging opgeheven en kunnen de noodzakelijke voorwaarden worden gecreëerd voor het toekomstig gebruik. Om infiltrerend neerslagwater af te vangen wordt doorgaans boven de slechtdoorlatende laag een drainagelaag aangebracht (b).

Indien sprake is van een bodemverontreiniging met vluchtige stoffen, in gehalten die leiden tot een onacceptabel blootstellingsrisico, dan wordt onder de afdichtende lagen een gasdrainagelaag (d) aangebracht. Vluchtige verontreinigende stoffen kunnen hierdoor op gecontroleerde wijze worden afgevoerd. De steunlaag (e) vervult een functie in het vormen van een werkvloer voor verdichting.

B. TOEPASSINGSGEBIED

In tabel 1 is een ruwe contour van het toepassingsgebied voor een bovenafdichting met natuurlijke materialen weergegeven.

Tabel 1: Ruwe contour toepassingsgebied voor bovenafdichting met natuurlijke materialen op basis van technische realiseringsmogelijkheden

De toepasbaarheid van technieken is niet alleen afhankelijk van de prestaties van technieken (het technisch 'kunnen') maar kan worden ingeperkt door beleidsmatige en/of vergunningstechnische eisen, die door het bevoegd gezag aan de toepassing worden gesteld (beleidsmatig ‘mogen’). In de praktijk worden door het bevoegd gezag veelvuldig eisen gesteld aan de waterdoorlatendheid, levensduur, zettingen/zettingsverschillen en uitloging.
Het uitvoeren van nazorg is essentieel om ook op de lange termijn te kunnen voldoen aan de gestelde toepassingsvoorwaarden.

Waterdoorlatendheid
Natuurlijke (minerale) afdichtingsmaterialen ontlenen hun zeer lage waterdoorlatendheid aan de chemische binding van water en het zwelvermogen van de kleimineralen die in gezwollen toestand poriën sluiten voor het transport van water. De (initiële) waterdoorlatendheid van een afdichtingslaag wordt hoofdzakelijk bepaald door:

• de laagdikte;
• de doorlaatfactor (k-waarde);
• het verhang over de afdichtingslaag.

Ten aanzien van het verloop in de tijd kan worden aangegeven dat de waterdoorlatendheid van het afdichtende materiaal in het algemeen eerst nog verder afneemt. Op de langere termijn kan de waterdoorlatendheid weer toenemen als gevolg van uitspoeling van deeltjes. Het grootste risico op aantasting van de waterdoorlatendheid van de afdichtingslaag zijn externe invloeden zoals het beschadigen van de afdichtingslaag bij bouwwerkzaamheden (heien funderingspalen, graafwerkzaamheden).

In tabel 2 is voor de vier natuurlijke afdichtingsmaterialen het toepassingsgebied op basis van de uitgevoerde projectevaluaties weergegeven, voor een range in de praktijk door het bevoegd gezag gehanteerde voorwaarden ten aanzien van de waterdoorlatendheid.

Tabel 2: Toepassingsgebied ten aanzien van (initiële) waterdoorlatendheid (vastgesteld voor zand-bentoniet, voorlopig vastgesteld voor natuurlijke klei, zand-bentoniet polymeer en bentonietmat)

Toelichting:

Aan de toepassingsvoorwaarde van 20 mm/jaar voor de waterdoorlatendheid kan bij alle typen natuurlijke afdichtingsmaterialen worden voldaan, terwijl onder praktijkomstandigheden 5 mm/jaar, met uitzondering van zand-bentoniet-polymeer, niet haalbaar is.

Aan de resultaten van de uitgevoerde projectevaluaties kunnen een aantal algemene vuistregels worden ontleend:

• in de praktijk dient altijd een hoger bentonietpercentage (circa 3%) te worden toegepast dan het op basis van laboratoriumonderzoek bepaalde bentonietpercentage om onvolkomenheden/onzekerheden op te vangen (overdimensionering). De belangrijkste onzekerheden zijn onvoldoende menging van het mengsel, vochtgehalte, korrelverdeling van het zand, natuurlijke variatie in samenstelling van het zand en het bepalen van de gewenste verdichtingsgraad;
• de uitvoering bepaalt in hoofdzaak de kwaliteit van de afdichtingsconstructie ten aanzien van het aspect waterdoorlatendheid, zodat veel aandacht moet worden besteed aan de kwaliteitscontrole tijdens de uitvoering;
• de waterdoorlatendheid van de gehele constructie wordt in belangrijke mate bepaald door zwakke plakken. Tijdens de uitvoering dient specifieke aandacht te worden besteed aan kwetsbare plekken (taluds, moeilijk bereikbare plekken). Met name het verkrijgen van de gewenste waterondoorlatendheid op steile taluds vormt een aandachtspunt;
• de waterdoorlatendheid wordt daarnaast beïnvloed door de mogelijkheden van het materiaal om aansluiting te maken op aanwezige obstakels, bijvoorbeeld funderingspalen (verwerkbaarheid). Indien sprake is van veel funderingsconstructies, nutsleidingen etc, dan biedt toepassing van zand-bentoniet-polymeer, gezien de goede verwerkbaarheid, voordelen. In deze situaties is een zand-bentoniet-polymeer goedkoper dan een kunststoffolie vanwege de vele benodigde aansluitingen. Ook is het mogelijk door een zand-bentoniet-polymeer heen te heien;
• de waterdoorlatendheid kan negatief worden beïnvloed door uitdroging van het materiaal, waardoor scheurtjes in de afdichtingslaag kunnen ontstaan. Om dit risico te verkleinen moet de minerale afdichtingslaag voldoende vochtig blijven. In de praktijk is een enkele maal waargenomen dat door uitdroging van de zand-bentonietlaag uittreding van stortgas uit het geïsoleerde gebied optrad.

Bij de evaluatie van projecten is een aantal negatieve ervaringen geconstateerd, waaruit de volgende leerpunten kunnen worden gehaald:

• bij een project werd het functioneren van bentoniet volledig geremd door de aanwezigheid van een niet gedetermineerde stof (mogelijk organische zuren/fluvozuur) in het toegepaste zand. Dit probleem is opgelost door de hoeveelheid bentoniet te verdubbelen (van 8 naar 15%). Controle vooraf van de waterdoorlatendheid van het aan te brengen zand-bentonietmengsel door middel van laboratoriumproeven is gewenst gedurende de gehele uitvoering, omdat de samenstelling van de grondstoffen (natuurlijke materialen !) tijdens de uitvoering kan wijzigen;
• bij twee projecten is gebleken dat bij het aanbrengen van het zandbentoniet op het talud bij het verdichten een golvend beeld werd verkregen of ribbelvorming. Met een juiste keuze van de verdichtingsapparatuur (taludrol) in combinatie met een 0,05 à 0,10 m grotere aanvangsdikte van de zandbentonietlaag kunnen problemen worden ondervangen;
• bij een project is sprake van aantasting van de waterdichtheid als gevolg van klink van het geherprofileerde talud. Een grondmechanisch onderzoek (zettingsberekeningen) voorafgaand aan het aanbrengen van de bovenafdichting kan problemen voorkomen.

Levensduur
Minerale materialen hebben in principe een zeer lange levensduur. Als gevolg van processen als uitdroging, vorst/dooi-cyclici, contact met regenwater (zouten) en verontreinigingen, zettingen en ander invloeden van buitenaf zal de afdichtende werking worden beïnvloed. De in de praktijk gehateerde range van toepassingsvoorwaarden ligt tussen de 10 en 50 jaar. Een levensduur van 50 jaar is in de praktijk nog niet vastgesteld. Een periode van 30 jaar wordt op basis van de praktijkevaluaties minimaal haalbaar geacht. Een levensduur van 50 jaar of langer wordt voor mogelijk gehouden, op grond van de gedachte dat deze materialen, vanwege hun zwelvermogen en plasticiteit, beschikken over een zekere mate van zelfherstellend vermogen. Dit zelfherstellend vermogen berust op de vermoedelijke werking dat kleine scheuren in contact met water weer dichtvloeien. De verwachting is dat zand-bentoniet-polymeer ten aanzien van dit aspect gunstiger uitvalt.

Zettingen/zettingsverschillen
Met name op locaties met een (heterogene) zettingsgevoelige ondergrond moet rekening worden gehouden met zettingen groter dan 5 à 15 mm en zettingsverschillen. Bij de keuze van het type afdichtingsmateriaal moet hiermee rekening worden gehouden. De range van toepassingsvoorwaarden ligt namelijk tussen de 5 en 25 mm.

Uitloging
Natuurlijke afdichtingsmaterialen mogen geen chemische verontreinigingen bevatten om te voorkomen dat de waterdichtheid van het materiaal negatief wordt beïnvloed. Bij het voldoen aan deze eis zal van uitloging van verontreinigende stoffen uit een minerale afdichtingslaag geen sprake zijn.

C. AANDACHTSPUNTEN VOOR HET ONTWERP

Bij het ontwerp van een bovenafdichting met natuurlijke materialen moet aandacht worden besteed aan:

• de draagkracht van de ondergrond;
• de zettingsgevoeligheid van de ondergrond;
• de chemische bestendigheid van het materiaal in relatie tot de aanwezige verontreinigende stoffen.

De dikte van de gebruikslaag is afhankelijk van de inrichting en het toekomstige gebruik van de locatie. In de praktijk veel voorkomende diktes variëren tussen 0,80 en 1,0 m met uitzondering in geval van bijzonder gebruik.

In het Handboek (F2, paragraaf 6.2) wordt aandacht besteed aan de wijze waarop aan de toepassingvoorwaarden kan worden voldaan. Belangrijk is om hiermee in de verschillende stappen van het proces van planvorming, uitvoering en nazorg rekening te houden.

D. KOSTEN

Als kostenindicatie van een bovenafdichting met natuurlijke materialen geldt het volgende (tabel 3).

Tabel 3: Kosten aanbrengen bovenafdichting (prijspeil 1/1/2004)

(*) waar niet nader gespecificeerd: materiaal inclusief aanbrengen

E. OMGEVINGSRANDVOORWAARDEN

De omgevingsfactoren, die de realiseringsmogelijkheden van een bovenafdichting met natuurlijke materialen kunnen beperken, zijn met name:

• een gebrek aan ruimte aan de randen ten behoeve van de aansluiting van de bovenafdichting op het maaiveld of andere isolatiemaatregelen;
• een slechte toegankelijkheid van de locatie en gebrek aan opslagruimte voor de te verwerken grondstoffen;
• obstakels in de ondergrond;
• uitvoeringstechnische factoren, zoals weersgesteldheid;
• de steilheid van taluds (met name bij stortplaatsen);
• de toekomstige beplanting.

F. PRESTATIEBEREIK

Een bovenafdichting met natuurlijke materialen kan in principe op alle locaties worden toegepast. Het functioneren van de bovenafdichting kan in negatieve zin worden beïnvloed door optredende zettingen en chemische aantasting. Aangezien de natuurlijke materialen in zekere mate een zelfherstellend vermogen hebben, kunnen kleine scheurtjes mogelijk weer dichtvloeien. Uit de projectevaluaties blijkt dat vaak schade aan de aangebrachte bovenafdichting met natuurlijke materialen is opgetreden als gevolg van aansluitende bouwactiviteiten.

G. OPERATIONALITEIT, TRENDS EN ONTWIKKELINGEN

Met de techniek bovenafdichting met natuurlijke materialen is reeds zeer veel ervaring opgedaan bij de afwerking van stortplaatsen. Ook binnen bodemsaneringsprojecten is vrij veel ervaring opgedaan.

Uit de uitgevoerde projectevaluaties en gehouden interviews zijn de volgende trends en ontwikkelingen herleid:

• zand-bentoniet-polymeer en andere bentonietmatten zullen steeds vaker worden toegepast ten koste van de dikkere zand-bentonietlagen. Het grote voordeel is de geringere dikte, terwijl de prestatiekenmerken ten aanzien van de waterdoorlatendheid vergelijkbaar of beter zijn dan van zand-bentonietlagen;
• toepassing van hergebruiksmaterialen (b.v. vormzand) in zand-bentoniet-polymeer;
• immobilisatie als afdichtingslaag: mengen van de aanwezige bodem/afvalmateriaal met een toeslagstof, hetgeen resulteert in een slecht doorlatende laag (bijvoorbeeld waterglas). Een groot voordeel van een dergelijke techniek is dat uitgaande van gelijkblijvend maaiveldniveau geen of veel minder verontreinigd bodemmateriaal van de locatie hoeft te worden afgevoerd;
• brainliner. In een brainliner precipiteren twee fysiek gescheiden reactanten op een grenslaag en vormen daar een zeer slecht doorlatende laag. Door het aanbrengen van een buffervoorraad aan reactanten zullen scheurtjes als gevolg van vervormingen worden hersteld (zelfherstellend vermogen). Verder kan de samenstelling van de reactanten worden aangepast op de verwachte percolaateigenschappen (met name bij mono-deponiën). Ook kan een meervoudige afdichting worden bereikt door achtereenvolgens verschillende lagen met reactanten aan te brengen.