IUTILITEITSBOUW ICONSTRUCTIEFONTWERP I IBETON VOOR DUURZAMEMILIEUBESCHERMING:C2-DEPONIE MAASVLAKTEir.J.Laurens, Gemeentewerken Rotterdam, ingenieursbureau Utiliteits- en WaterbouwAan de grote betonnen bakconstructie in het Europoortgebied,voor de opslag vanchemisch afval dat thans niet kan worden afgebroken, worden hoge eisen gesteldaan zetting en vloeistofdichtheid.Uitgangspunt voor vloeren en wanden was een tnaxitnale scheurwijdte van 0,2 mtn.Door middel van een twee- en in de laatste fase een drie-ditnensionaal rekentnodeltnet het progranuna DIANA, zijn de constructieberekeningen getnaakt. Deoptredende spanningen tijdens het verhardingsproces zijn nauwkeurig gevolgd enwaar nodig gestuurd. Zo is tijdens het storten van de wanden het beton gekoeld otnde scheurvorming in de hand te houden.Gemeentewerken Rotterdam.? startte in 1985 in opdracht vande Afval Verwerking Rijnmond(AVRChemie CV), met hetontwerp vande C2-deponie voor het opslaan vanniet-verwerkbaar chemisch afval uit dezogenaamde middenklasse (C2). Op deMaasvlakte is thans de C2-deponie ge-realiseerd (fOto I}. een grote betonnenbak 320 m lang, 50 m breed en 12 mhoog, waarin uiteindelijk 210.000 m3chemisch afval zal worden opgeslagen.Deze betonnen bak is gefundeerd opstaal en zodanig boven het grondwatergelegen, dat ook na zetting door boven-belasting, bodemdaling en rijzing vande zeespiegel, het afval droog boven hetgrondwater blijft opgeslagen.Rondom de betonnen bak is een ring-dijk aangebracht met langs de deponieeen weg waarover vrachtwagens het af-val zullen aanvoeren. De totale kostenzijn geraamd op ongeveer 33,5 miljoengulden. Projectmanagement, engineer~ing en directievoering zijn verzorgddoor het ingenieursbureau van Ge-meentewerken Rotterdam. De uitvoe-ring van het grootste onderdeel, de be-tonnen bak met bekleding en kunststofschermen in de grond, is na openbareaanbesteding gegund aan de HBW inGouda. Met de bouw is injanuari 1988begonnen en in december 1989 is de de-ponie opgeleverd. Na een proefperiodezal voorjaar 1990 de deponie officieelworden geopend.Wat is CZ-afval?De niet-verwerkbare chemische afval-44stoffen worden ingedeeld in een aantalklassen (fig. 2). Tot de C2-klasse wordengerekend die chemische afvalstoffenwaarvan opslag alleenbovengronds vol~gens bijzondere voorschriften en metspeciale voorzieningen mag plaatsheb-ben. Onder niet-verwerkbaar wordtverstaan dat de verwerking van dezestoffen vanwege technische en econo-mische redenen volgens de huidige in-zichten niet haalbaar is.Het afvalbevatveelal zware metalen zo-als cadmium, lood, chroom, nikkel enz.Deze metalen zijn aanwezig in bijvoor-beeld metaalslib van galvanische bedrij-ven, slib van leerlooibedrijven en hetrookgasreinigingsresidu afkomstig vande verbranding van chemisch afval.Het C2-afval wordt thans nog opgesla-gen bij de bedrijven, verspreid over hetland. Een dergelijke opslag brengt groterisico's met zich mee voor het milieu.Het storten in ??n grote deponie is eenmethode om deze afvalstoffen doelma-tiger en onder strenge controle op tebergen.Voorzieningen aan de deponieCompartimenteringDe deponie is door een betonnendwarswand in twee compartimentenverdeeld met lengten van 44 respectie-velijk 276 m (fig. 3). In het kleinste com-partiment zal dat chemisch afval wor-den gestort, waarvan wordt verwachtdat verwerking in de nabije toekomstmogelijk zal zijn.De grond onder de betonnen bak is ver-deeld in vijf compartimenten, geschei-Cement 1990 nr. 1...... eE.SIAM!OJ'MIm..D. _~t(lPE '1003 Langsdoorsnede CHEMISCH AFVALCa. 1000 KTON/JAAR2 ~::ftuur verwijdering chemisch1 Overzicht deponie tijdens laatstefase uitvoering; aan derechterzijde langs de deponie zijn destortbunkers voor het afVal te zien(foto: Aeroview Dick Sellenraad)Cement 1990 nr. 1VERWERKBAARCHEMISCH AFVAL:- VERBRANDEN- DESTILLEREN- ETC.den door HDPE-schermen, die zijnaangebracht tot in de kleilaag op 5 m -NAP (fig. 3).Elk compartiment is voorzien van eendrainagesysteem dat twee functies heeft,een controle- en een afpompfunctie.Een controlefunctie om een eventueleplaatselijke lekkage vast te stellen, eenafpompfunctie om, indien een moge-lijke lekkage van de deponie is geconsta-teerd, de grondwaterstand onder de de-ponie 0,5 m ten opzichte van de omge-ving te verlagen. Hiermee wordt voor-komen dat de verontreiniging zich in deomgeving kan verspreiden.AfdichtingHet beton van de bak is door het Be-voegd Gezag niet als voldoende afdich-tend beschouwd en is daarom voorzienvan een binnenbekleding. De betonnenwanden zijn bekleed met 2 mm dikkeHigh Density Poly Ethylene-l?ner,voorzien van een drainagelaag. DezeHDPE-l?ner is als geprefabriceerd pa-neel van 11 x 1,40 m2gelast op verticale,in het beton opgenomen HDPE-strip-pen, zodat een gesloten afdichting vanhet beton ontstaat. Op de betonnenvloer is een rubber bitumen membraanaangebracht en vervolgens een 100 mmdikke asfaltlaag. Het membraan moetvoorkomen dat scheuren in de beton-vloer zich in de asfaltlaag doorzetten.NIET~VERWERKBAARCHEMISCH AFVAL:_ DEPONIE- LOZEN OP ZEEVullingsprocedureHet aangevoerde afVal wordt gestort incontainers die zijn ingegraven langs deweg naast de deponie. Met een portaal-kraan wordt het afVal in de deponie ge-bracht. De plaats in de deponie, de da-tum van storten en de specificatie vanhet afVal worden automatisch geregi-streerd. De portaalkraan heeft een over-spanning van 50 m en r~#t over eenkraanbaan op de wanden (fig. 4).Gedurende de vulfase moethet afVal zo-veel mogelijk worden gevrijwaard vanregeninslag, daar het uiteindelijke doelis het afVal te ontwateren. Hiertoe wordtde deponie voorzien van 4 daken, ver-rijdbaar over de volle lengte. De dakenoverspannenSO menhebbeneenlengtevan 22 of 29 m.Ontwateren van het afralOm het risico van lekkage naar de om-geving te verkleinen en het volume vanhet afVal te beperken, wordt het vochtuit het afVal onttrokken en afgevoerd.Hiertoe worden in het afVal verticaledrains ingebracht waarna via een hori-zontaal drainagestelsel indezandlaag opde bodem van de deponie het vervuildewater wordt afgepompt naar een reini-gingsinstallatie.Asfaltdorpels, hart op hart 23 m, verde-len de deponie in vakken. Met afsluitersin het drainagesysteem wordt in de vul-45ICONSTRUCTIEF ONTWERP IBOUWPUTTEN_______ ~24?JO.t voor afvoer lekwater naarconfro/eschachtDevulfase1. Een lege deponieAfgezien van weersinvloeden zijn ergeen extra belastingen.2. Een gedeeltelijk gevulde deponieHet vullen van de deponie geschiedtniet gelijkmatig over de volle 320 mmaar men begint aan ??n kant met hetstorten tot de definitieve hoogte is be-reikt met een natuurlijk talud van hetafval (fig. 3). Deze wijze van vullen zorgtvan de ringdijk. Dit geeft naast horizon-tale drukken op de wand ongelijke zet-ting in de lengterichting van de con~structie.drainagekoffer",2. Aanleg ringdijkAls de wand over een voldoende lengteklaar is, wordt begonnen met de aanlegDe bouwJase1. Bouw betonconstructieNa het ontgraven van het bouwterreintotfunderingsniveau werd eerstdevloergestort en na verharding de wanden. De0,75 m dikke wand, die over de vollehoogte in gedeelten met een lengte van20 m in ??n stort is gemaakt, geeft eengrote geconcentreerde lijnlast op derand van de vloer.volgende indeling in bouw-, vul- eneindfase kan worden gemaakt (fig. 6).Karakteristieken van de construc-tie5 Detail van de afdekconstructie inVoorde grote betonnenbakvan320x50 defmitieve fasex 12m3, is 24.000 m3 beton en 3400 ton t-'_~.=-~_-_'.~__'~-_-_===-_' ~_~ ~ ~ ~__--'wapeningsstaal gebruikt. De vloercon-structie bestaat uit ??n ononderbrokenplaat die niet is gedilateerd. De wandenzijn voorzien van dilatatievoegen tot4 m boven de onderkant van de vloer.Deze wanddelen hebben een lengte van40111.In eerste instantie heeft debetonnenbakgedurende de vulfase een grondkerendefunctie. Door de verticale begrenzing ishet ruimtebeslag minimaal. De gewa-pend-betonnen bakconstructie dientechter ookals ondergrondvoorde liner-en asfaltconstructies.De opbouw van de belastingen op deconstructie is in een aantal fasen te on-derscheiden, die elk verschillende in-vloeden op de constructie hebben. De4 DwarsdoorsnedeD4initieve afdekkingAls de deponie geheel zal zijngevuld,zalhet afval worden afgedekt met tweeHDPE-folies met daartussen een drai-nagelaag en een bentoniet-kleilaag.Over deze afdichting wordt zand enteelaarde met beplanting aangebracht,waarna de deponie als duin in het land-schap wordt opgenomen (fig. 5).fase het schone regenwatervan hetvuilewater gescheiden (fig. 3).De capaciteit van het drainagestelselmoet ervoor zorgen dat na ongeveer30 jaar geen vocht meer uit het afval zal ~l \,ltreden. l/ \46 Cement 1990 nr. 150000/2750;1 650013500~.----.---t-- - - -6 Twee maatgevende situaties:a. na gereedkomen van debouwwerkzaamheden en b. na vullingmet afVal en afdekking daarvan7 Twee-dimensionaalelementenmodel/;aSCHERM Ui:HEI'1T'/::7?"'"'?'..o:~;> \' " 'Z'S.CDMI\iI IiI J 11 Iervoor dat de bak in lengterichtingplaatselijk zwaar wordt belast, verge-lijkbaar met een ligger met een plaatse-lijke q-Iast die zich in de loop der tijduitbreidt over de gehele ligger.3. Geheel gevulde deponieDedeponie verkeertdan ineen toestandvan gelijkmatige zetting. In deze fasezullen de krachten kleiner zijn dan diein de vorige fasen.Deeindj?seEen grondlaag van 2 m dikte zal het af-val bedekken. Dit geeft slechts een ge-ringe toename van de belasting ten op-zichte van de vorige fase.RandvoorwaardenDegewapend-betonnen bakconstructiemoetzodanigzijnontworpen, datinallefasen van het gebruik een waterdichteduurzame constructie is gegarandeerd.Om dit te bereiken is veel aandacht be-steed aan de beperking van de scheur-vorming. Als criterium wordt van eenmaximale scheurwijdtevan 0,2 mm uit-gegaan (volgens de YB is bij eendekkingvan 50 mm voor een agressiefmilieu detoelaatbare scheurwijdte 0,3 mm).De afstand tussen de onderkant van hetafval en het grondwater moet minimaal0,50 m blijven. De berekende zettingenmoeten dus redelijk nauwkeurig zijn.Constructieve modellenDe invloed van de zettingen van de on-dergrond in de verschillende fasenspeelt een overheersende rol in hetkrachtenspel van de op staal gefundeer-de betonnen bak. In de rekenmodellenzijn betonconstructie en ondergronddan ook in ??n model opgenomen, omzo dicht mogelijk aan te sluiten bij derealiteit.In de verschillende ontwikkelingsfasenvan het ontwerp zijn diverse modellengehanteerd met toenemende complexi-teit naarmate het ontwerp een meer de-finitieve vorm kreeg. De volgende bere-keningsmodellen zijn gebruikt.In de voorlopige ontwerpfase een sim-pel model en een twee-dimensionaalmodel.1. Een simpelmodel van een verend on-dersteunde liggerwaarmee sneleeneer-ste dimensionering kan worden ge-maakt. Uit berekeningen met dit modelbleek reeds dat de invloed van de on-dergrond op het krachtenspel inde con-structie zo groot was, dat al in deze faseeen uitgebreidermodelvanhetontwerpzinvol was.2. Een twee-dimensionaal eindige-ek-mentenmodel, waarbij de betoncon-structie en de ondergrond in ??n modelzijn opgenomen.In de definitieve ontwerp- en detaille-ringsfase een twee- en een drie-dimen-sionaal model.1. Twee-dimensionaal modelHeteindige-elementenmodel uitdevo-rige fase is verder uitgewerkt en ver-f~nd, bijvoorbeeld door het opnemenvan het kunststofdamwandscherm on-der de betonnen wand in het model.2. Drie-dimensionaal modelOm het gedrag van de totale constructiein langsrichting te kunnen berekenen isgebruik gemaakt van een uitbreidingvan h~t vorige model met de derde di-menSie.Kwaliteitsborging van de berekeningUitgebreide en complexe rekenmodel-len als deze vragen om een adequatecontrole van de berekeningsresuItaten,waartoe de rekenmodellen steeds on-derling zijn vergeleken. Ook een naareigen inzicht te selecteren grafischeweergave van de in- en uitvoer van decomputerberekeningen is bij dergelijkemodellen onontbeerlijk.Twee-dimensionaal modelGeometrieDit model is in figuur 7 weergegeven.De grond is gemodelleerd met acht-knoopselementen met een vlakke ver-vormingstoestand. De betonnen wanden vloer bestaan uit twee-knoops balk-elementen. Bij balkelementen wordt deconstructie geschematiseerd tot een lijnin het zwaartepunt van de constructie.Teneinde de afmeting van de 1,50 x 1,50m2bij de hoekaansluiting wand/vloerCement 1990 nr. 1 47IUTILITEITSBOUW ICONSTRUCTlliFO~RPHOI1I'ZOftTAI.E 1lE1ASTnUi_.' _.~\ '0' j'----~-- -~--I,.A~J. -- ----I JI, I,II I I!~()lkN/M',---,---cc.---------------------~.~~~l'~.~~~ ,~l8 Belastingen en verplaatsingen: a.eigen gewicht en belasting doordijkaanvulling, b. na volledige vulling9 De wandconstrnctie in drie fasen:ontkist, bekist en gevlochtenwapeningbeter te modelleren, is deze hoek ge-schematiseerd met 4 vlakke vervor-mingselementen. De kunststof dam-wand onder de beronwand is opge-bouwd uit twee-knoops staafelemen-ten, de verbinding met de grondele-menten is aangegeven in figuur 7. Deverticale veren zorgen voor de over-dracht van de kleefvan de grond op dewand, terwijl de tyings ervoor zorgendat de knopenvande damwandelemen-ten en de aansluitende knopen van degrondelementen dezelfde horizontaleverplaatsing ondergaan. Op deze wijzeis het mogelijk na te gaan in hoeverre dezetting rechts van de damwand, onderde bak, achterblijft bij die links van dedamwand als gevolg van het glijden vande grond langs de damwand.MateriaaleigenschappenIn de elasticiteitsmodulusvan het betonis deinvloed van de gescheurde stijfheid ende kruip verwerkt. De kruip is in reke-ning gebracht conform de VB. Door degrote dikte, de hoge relatieve vochtig-heid en een wapeningspercentage van0,6% is de invloed van de kruip gering,48een reductie van circa 11%.De invloed van de gescheurde doorsne-de op de stijfheid daarentegen is vangrotere invloed:voor