Sellado de Vertederos Javier Moreno javier-ms@terratest.com Máster en Gestión y Tratamiento de Residuos Universidad Autónoma de Madrid
índice (1) 1. Introducción 2. Objeto del Sellado 3. Alternativas al Sellado 3.1 Biorreactor anaerobio (wet-landfill) 3.2 Biorreactor aerobio (smell-well) 3.3 Water Balance Covers 4. Componentes del sistema de sellado 4.1 Requerimientos UE Directiva 99/33/CEE 4.2 Requerimientos alemanes 4.3 Desarrollo técnico RD 1481/2001 5. Diseño de la barrera mineral 6. Diseño de la capa de drenaje 7. Sistemas de impermeabilización y drenaje 8. Arcilla compactada (CCL) 8.1 Compactación 8.2 Fisuración y desecación 8.3 Flujo a través de CCL 8.4 Flujo anual a través de CCL
índice (2) 9. Geocompuesto de Bentonita (GCL) 9.1 Desecación y agrietamiento del GCL 9.2 Intercambio catiónico en GCL s 9.3 Resultados de exhumaciones de GCL s 9.4 Flujo a través del GCL 10. Mezcla de Arena y Bentonita (+polímero) 10.1 BES Bentonite Enriched Soils 10.2 Diseño de la mezcla del BES 10.3 Permeabilidad del BES 10.4 Mezcla y amasado del BES 10.5 Instalación 10.6 Compactación 10.7 Resultado final 11. Trisoplast 11.1 Intercambio catiónico en Trisoplast 11.2 Evaluación de obras con Bentonita + Polímero 11.3 Perfil de sellado del vertedero
índice (3) 11.4 Inspección de la barrera mineral 11.5 Evolución de la saturación in situ 11.6 Resultados de la exhumación de capas de Bentonita+Polímero 12. Análisis comparativo de barreras minerales 13. Evolución de la percolación en barreras minerales 14. Geomembranas Poliméricas (PEAD) 14.1 Puesta en obra 14.2 Riesgo de la puesta en obra 14.3 Estadísticas de punzonamientos accidentales 14.4 Environmental Stress Cracking ESC 15. Gravas de drenaje 16. Geocompuestos de drenaje (geodrenes) 17. Conclusiones Caso Práctico: Sellado del Antiguo Vertedero de Son Reus, Palma de Mallorca.
1. Introducción El sellado de un vertedero tiene como función principal reducir la entrada de agua, para minimizar la producción de lixiviados, así como evitar la fuga o emisión de gases, vapores y olores desde la masa de vertido. Clasificación de vertederos: Vertederos de residuos inertes, tierras y escombros (Clase I) Vertederos de residuos no peligrosos (Clase II): Residuos sólidos urbanos (macroreactor de materia orgánica) Residuos industriales Residuos inertizados Vertederos de residuos peligrosos (Clase III).
2. Objeto del Sellado La protección de la salud de las personas y el medio ambiente: Impidiendo o limitando la infiltración de las aguas pluviales y minimizando, por tanto, la generación de nuevos frentes de lixiviación. Mejorando la calidad de las aguas superficiales al impedir su contacto con los residuos depositados. Evitar la emisión de vapores, olores y gases contaminantes. Y, en el caso de vertederos de residuos urbanos, impedir la combustión interna de los residuos y favorecer la captación, tratamiento y/o valorización del biogás. La estabilización de la superficie. La integración paisajística y la minimización de los procesos erosivos. Mantener sus condiciones de permeabilidad, estabilidad y resistencia mecánica, a largo plazo (periodo post-clausura, 30 años), o bien hasta que los residuos se hayan estabilizado ( inertizado).
3. Alternativas al sellado Vertederos de residuos industriales o peligrosos: No hay alternativa Vertederos de residuos sólidos urbanos: Permitir la entrada de agua y aire de forma controlada para acelerar los procesos de descomposición = bioreactor: Anaerobio (wet-landfill): reintroducción de los lixiviados (o agua) para mantener unas condiciones de humedad que aceleren la biometanización de los residuos. La producción de biogás se concentra en unos pocos años, lo que favorece su valorización energética. Aerobio (smell-well): mediante una ventilación forzada se consigue la bioestabilización acelerada de los residuos, se alterna la inyección y la extracción de una corriente de aire. Water Balance Covers: Alternativa para zonas muy áridas (P<<<ETR) Nota: En cualquier caso hay normativas específicas que se deben cumplir, y cualquier propuesta alternativa deber ser aprobada por el organismo regulador.
3.1 Biorreactor anaerobio (wet-landfill)
3.2 Biorreactor aerobio (smell-well) Fuente: Reinhard Göeschl
3.3 Water Balance Covers Concepto: La capacidad de almacenamiento en el suelo de cobertura, Soil Water Storage Capacity (Sc= 400 mm), es superior a la Soil Water Storage (S), por tanto, no se produce percolación.
4. Componentes del sistema de sellado Capa de cobertura/protección superficial Capa de drenaje Capa de sellado: Revestimiento artificial (geomembrana) Barrera mineral impermeable Capa recolectora de gases (RSU) Capa de regularización Requerimientos UE Requerimientos Alemanes (hasta 2009) Desarrollo Técnico Real Decreto 1481/2001 (Documento de Trabajo)
Funciones de las capas del sellado Capa cobertura superficial: Resistencia a la erosión del agua y el viento Promover la revegetación y controlar la evapotranspiración Integración paisajística, ecológica y de usos futuros Capa de protección superficial: Protección de las capas inferiores frente a la erosión y a la exposición de los agentes atmosféricos y ambientales: o Ciclos de hielo deshielo o Desecación o Agresión de la radiación ultravioleta Actuar como una bio-barrera (madriguera de animales, penetración de raíces, etc.) Evitar el deslizamiento en los taludes (rozamientos interno/cohesión) Reservorio de agua para la vegetación de la capa superior.
Funciones de las capas del sellado Capa de drenaje: Limitar el gradiente hidráulico sobre la capa de sellado Drenar las capas superiores de la infiltración de pluviales Reducir las fuerzas de filtración sobre la barrera inferior Capa de sellado: Minimizar la percolación de agua hacia los residuos Restringir las emisiones de gases y olores
Funciones de las capas del sellado Capa recolectora de gases: Captar y canalizar el gas hasta un punto de recolección Limitar su presión bajo la capa de sellado Facilitar las operaciones de bioestabilización de los residuos Capa de regularización: Regularización de la superficie de los residuos Proveer de capacidad portante, y Reducir los asentamientos diferenciales de las capas superiores
No hay requerimientos 4.1 Requerimientos UE Directiva 99/31/CEE relativa al Vertido de Residuos (el RD 1481/2001 no contempla requisitos de sellado) Clase I II III Cobertura superficial Capa de Drenaje Espesor 1 m Espesor 0,5 m Geomembrana No exigida Exigida Barrera Mineral Exigida Drenaje de gases Exigida (RSU) No Exigida
4.2 Requerimientos Alemanes Hasta 2009. Clase I II III Cobertura superficial Capa de Drenaje Espesor 1 m, limitado según contaminantes Espesor 0,3 m; k 1 10-3 m/s Geomembrana Barrera Mineral No exigida Espesor 2,5 mm PEAD Espesor 0,5 m; k 5 10-9 m/s Espesor 0,5 m; k 5 10-10 m/s Capa de regularización Espesor 0,5 m; granular, no cohesiva
4.3 Desarrollo Técnico RD 1481/2001 (Documento de Trabajo, no aprobado) (1)
4.3 Desarrollo Técnico RD 1481/2001 (Documento de Trabajo, no aprobado) (2)
Resistencia hidráulica equivalente (espesor/permeabilidad) Tipo de Vertedero Espesor de la barrera (m) Permeabilidad (x 10-9 m/s) Resistencia Hidráulica (x 10 9 m/s) Flujo a través de la capa (mm/año) Directiva 1999/31/CEE y RD 1481/2001 Peligrosos 5 1 5 35 No Peligrosos 1 1 1 47 Inertes 1 100 0,01 (no aplica) Carga Hidráulica: 0,5 m
5. Diseño de la Barrera Mineral (cálculo de la protección equivalente) La protección equivalente se demuestra si el flujo de masa por advección a través de la protección alternativa proyectada, es menor o igual que el flujo de masa por advección a través de una barrera geológica natural. Para ello, puede emplearse la relación de flujo en estado estacionario (USEPA, 1993) R FS K K PA BGN h h BGN PA ( H ( H PA BGN h h PA ) BGN ) Donde: K BGN = conductividad hidráulica saturada (m/s) requerida a la barrera geológica natural. K PA = conductividad hidráulica saturada (m/s) de la protección alternativa. h BGN = espesor (m) requerida a la barrera geológica natural. h PA = espesor (m) de la protección alternativa propuesta. H BGN = espesor saturado (m) sobre la barrera geológica natural. H PA = espesor saturado (m) sobre la protección alternativa propuesta. Así, el si R FS 1, la RFA de la alterativa propuesta (PA) presenta una protección superior frente al flujo por advección que la Barrera Geológica Natural (BGN) requerida, y por tanto, se podrá aceptar. Se trata de un efecto combinado en material de protección del suelo y de las aguas subterráneas, en función de la conductividad hidráulica y del espesor de la solución propuesta.
6. Diseño de la capa de drenaje (cálculo de la capacidad de drenaje) Donde: Q = Caudal (l/s m) Q k( L sen e) L K = Coeficiente de conductividad hidráulica (m/s) e = espesor de la capa (m) L = distancia entre colectores (m) (el diámetro mínimo será de 150 mm, pendiente 1%) β = pendiente de la capa (2 y el 3 %) 2
7. Materiales de impermeabilización y drenaje Barreras Minerales Arcillas compactadas (Compacted Clay Liners CCL). Geocompuesto de Bentonita (Geosynthetic Clay Liners GCL). Mezcla de suelo y bentonita (modificada con polímero): Suelo enriquecido en Bentonita (Bentonite Enriched Soils BES). Trisoplast Otras, mezclas de materiales minerales, cenizas volantes, lodos orgánicos, etc. Geomembranas poliméricas: Polietileno de Alta Densidad (PEAD o HDPE) Otras: Polietileno de Baja Densidad (PELD o LHPE) Policloruro de Vinilo Flexible (PVC-P) Polipropileno Flexible (FPP) Materiales de drenaje: Gravas Geocompuestos de drenaje (geodrenes)
8. Arcilla Compactada (CCL) Requiere un elevado volumen de material. Capas con espesores de 0,5 a 1,5 m. Problemas de homogeneidad del préstamo, aún con arcillas de la misma procedencia. Se requiere el desterronamiento previo del material. La necesidad de extenderla y compactarla en varias tongadas retrasa la puesta en obra. Precauciones con el sol y la lluvia. Una buena compactación sólo se consigue con la humedad óptima (permeabilidad (K) 10-8 a 10-10 m/s) Serias limitaciones de compactación en taludes. Coste de Puesta en Obra (1 m): 18 /m 3
8.1 Compactación de las arcillas Fuente: Fabián Hoyos Patiño
8.2 Fisuración y desecación de las arcillas Existe muy poca conciencia del problema, puesto que queda oculto. La fisura abierta, jamás se cierra, y se genera por: Asentamiento. Desecación: Ciclos atmosféricos. Temperatura de los residuos. Desarrollo radicular. La fisuración favorece la penetración de las raíces, que son más el resultado que la causa. No soporta asientos diferenciales. La conductividad hidráulica se puede incrementar hasta dos órdenes de magnitud (K) 10-6 a 10-8 m/s (media 10-7 m/s).
8.3 Flujo a través de Arcillas (CCL)
Porcentaje sobre precipitación total Filtración ( mm/año) 8.4 Flujo anual a través de Arcillas (CCL) 250 200 150 100 S1 F1 S3 50 0 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 60 50 40 30 20 10 0 S1 F1 S3 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 Melchior 1998, 2001
9. Geocompuesto de Bentonita (GCL) Contenido de Bentonita-Na >5.000 g/m 2. Facilidad de puesta en obra. Precio muy competitivo, en comparación con el resto de barreras minerales. Su escaso espesor (6 a 10 mm) obliga a utilizar valores poco realistas en el cálculo hidráulico. Problemas de estabilidad en taludes, debido a su baja resistencia al corte (UNE 14196). Rápido e importante deterioro de la permeabilidad por intercambio catiónico (Ca ++ ) Sellado a gases: sólo si está húmeda. Coste de Puesta en obra: 6 /m 2.
9.1 Desecación y agrietamiento de GCL Al igual que las arcillas, existe poca concienciación del problema. Problemas de desecación y fisuración por estrés hídrico. La baja permeabilidad sólo se obtiene al 100% de humedad. El proceso se ve potenciado por el intercambio catiónico, con la consiguiente pérdida de hinchamiento. Migración de la bentonita en taludes. En muchos casos, el geocompuesto de bentonita aparece invadido por las raíces de las plantas.
[%] [%] 9.2 Intercambio catiónico en GCL s (1) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Bentofix D3000 1994 1996 1998 Sustitución del ión monovalente Na + de la bentonita sódica por el ión bivalente Ca ++, del suelo de cobertura. Sodio Magnesio Potasio Calcio 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 NaBento 1994 1996 1998 Melchior 1998, 2002
9.2 Intercambio catiónico en GCL s (2) ESTUDIO ALTERNATIVAS DE SELLADO DE CENIZAS CEMENTADAS PROCEDENTES DE INCINERADORA DE RESIDUOS Pérdida de la capacidad de hinchamiento. Aumento del riesgo de desecación y de fisuración o cracking. Merma en la capacidad de re-sellado de las juntas y fisuras. Como resultado, hay un incremento de la permeabilidad a valores que oscilan entre 10-6 y 10-8 m/s (originalmente 10-11 m/s) en periodos de tiempo reducidos (2 a 4 años). COSTRA DE CARBONATO
9.3 Resultados de exhumaciones de GCL s (Meer, S.R., Benson, C.H., 2007) Vertedero Antigüedad Permeabilidad (m/s) i (media de 8 puntos) 4,6 años 3,9 10-7 m/s ii (media de 4 puntos) 11,1 años 6,2 10-10 m/s iii (media de 4 puntos) 4,1 años 1,1 10-6 m/s iv (media de 4 puntos) 5,6 años 4,7 10-7 m/s Media (20 puntos) 6,35 años 4,85 10-7 m/s GCL nuevo I 0 años 1,2 10-11 m/s GCL nuevo II 0 años 1,7 10-11 m/s
9.4 Flujo a través del GCL (ExperienciA en el Vertedero de Hamburgo) El incremento de filtraciones se detecta después de un periodo muy seco. El proceso se ve favorecido por un importante reemplazamiento del Na + por iones Ca ++. La capacidad de hinchamiento se ve reducida a valores típicos de la bentonita cálcica (k<<10-8 m/s). El GCL protegido con una geomembrana presentaba un mayor índice de hinchamiento, menor intercambio iónico y menor permeabilidad (pérdida de impermeabilidad). Melchior, 2002
10. Mezcla de Arena y Bentonita (+polímero) Es una evolución de las arcillas compactadas, es una barrera mineral artificial compuesta por una mezcla de suelo con bentonita, en distintas proporciones, en función de la naturaleza y granulometría del suelo y del coeficiente de permeabilidad que se requiera alcanzar (10-11 a 10-12 m/s). El hinchamiento de la bentonita permite el cierre de las fisuras y le confiere menor permeabilidad. Puede aplicarse en suelos locales con bajas exigencias. Permite cumplir con los criterios de impermeabilización y sellado de vertederos reflejados en la Directiva 1999/31/CEE, de 26 de abril de 1999, relativa al vertido de residuos, y su transposición al derecho interno, el Real Decreto, 1481/2001, de 27 de diciembre, por el que se regula al eliminación de residuos mediante depósito en vertedero. La mezcla se puede hacer mediante dos sistemas: In situ, mediante un rotovator (menor calidad) El extendido y mezcla se realiza con el mismo equipo, in-situ, que posteriormente se compacta, el control de espesores es complicado. Planta de amasado (mayor calidad): se lleva a cabo un estricto control de la mezcla mediante el control de pesadas de los productos y materiales. Para la puesta en obra requiere maquinaria de extendido y compactación posterior, en condiciones óptimas de humedad.
10.1 BES Bentonite Enriched Soils Es una barrera mineral artificial que se basa en la impermeabilidad de la bentonita sobre un esqueleto mineral de suelo, arcillas o arena. Bentonita: normalmente activada con sodio, pero también puede ser sódica natural o cálcica. Se podrá modificar con polímeros para adecuarla a la agresividad del medio o de los lixiviados del vertedero. Suelo o material base: puede ser de arena, roca molida, finos e mineral. El material debe estar bien clasificado, con un tamaño de partícula máximo de 20mm. Agua: no es necesario que sea agua potable, la conductividad eléctrica debe ser inferior a 2.000 µs/cm. El espesor del suelo y el contenido en bentonita, se podrá modificar en función de los requisitos de impermeabilidad deseados. La permeabilidad puede variar entre 10-10 a 10-12 m/s, lo que le confiere gran versatilidad. El coste de instalación varía entre 8 a 14 /m 2, para un espesor de 10 cm, en función del contenido en bentonita y polímero.
10.2 Diseño de la mezcla del BES Para obtener un diseño de la mezcla adecuada con los requisitos del proyecto, se deben evaluar y testificar los componentes principales del BES: Bentonita El esqueleto mineral propuesto para adecuar la bentonita a su mejora. El agua de la mezcla. y, el polímero, en caso de utilizarlo, para proteger la bentonita de los procesos de envejecimiento mineral. La bentonita propuesta se evalúa antes de su aceptación y uso para verificar su adecuación a los especificaciones fijadas en el proyecto: Normalmente, se llevan a cabo los siguientes ensayos: Contenido en humedad. Porcentaje de montmorrillonita (esmectitas) determinado por el test de azul de metileno. Distribución del tamaño de partícula. Hinchabilidad. Reactividad con el polímero.
10.3 Permeabilidad del BES Espesor y contenido en bentonita: Capa de 50 cm - 5% de bentonita. Capa de 10 cm - 13% de bentonita. Es muy sensible a la desecación y al intercambio catiónico en suelos calcáreos(ca ++ ):. Pérdida de hinchamiento. Incremento de la permeabilidad: (K) 10-10 m/s 10-8 m/s. Para evitar este fenómeno, la bentonita se modifica con un polímero específico, que además favorece su hinchamiento y reduce la permeabilidad de la mezcla.
10.4 Mezcla y amasado del BES
10.5 Instalación
10.6 Compactación
10.7 Resultado final HDPE Capa de drenaje BES Subbase
11. TRISOPLAST Es una mezcla de arena (88,3%), bentonita (11,4 %) y polímero (0,3%) especialmente formulado, fabricada en una planta de amasado. Sobrada capacidad hidráulica con espesores superiores a 5 cm. Intercambio catiónico solucionado gracias al polímero. Buen comportamiento frente a asientos diferenciales. Fácil compactación y rápida ejecución (2.000 m 2 /día). Solución simple en puntos singulares. Precio elevado, hoy por hoy bajo Patente en régimen de monopolio (Trisoplast Mineral Liners) 7 cm: 12 /m 2.
11.1 Intercambio iónico en Trisoplast Cell-1 En la Cell-1 se incrementa la relación Ca ++ /Na +, como consecuencia del ataque químico, y como consecuencia aumenta ligeramente la permeabilidad de 3 10-11 a 1 10-10 m/s. Cell-2
11.2 Evaluación de obras con Trisoplast (Construidas entre 1995-1996) Alterra, 2001 (Uni Wageningen NL) and Melchior & Wittpohl (Hamburg) Investigación: Raíces. Fisuración. Permeabilidad. Intercambio catiónico. Espesor, Humedad y Plasticidad, prácticamente, permanente Vertedero VBM Rotterdam
11.3 Perfil de sellado del vertedero
11.4 Inspección de la barrera mineral
11.5 Evolución de la saturación in situ 100 30 Capacidad de campo % t C Prec. l/0,1m² Sättigungsgrad Saturación % % Monatstemperatur Temperatura C C Monatsniederschlag Precipitación l/0,1m² l/0,1m² Sr % 95 90 85 80 20 10 t C bzw. N l/0,1m² 75 Sep/ 01 Nov/ 01 Jan/ 02 Mrz/ 02 Mai/ 02 Jul/ 02 Sep/ 02 Okt/ 02 Dez/ 02 Feb/ 03 Apr/ 03 Jun/ 03 Aug/ 03 Okt/ 03 Dez/ 03 Feb/ 04 Apr/ 04 Jun/ 04 Aug/ 04 Okt/ 04 0 Dez/ 04 Saturación no influenciada por la temperatura o la precipitación del agua de lluvia
11.6 Exhumación de capas de Trisoplast VERTEDERO EDAD PERMEABILIDAD (m/s) EUR 1 6 años 2,6x10-11 EUR 2 6 años 1,3x10-11 VOP 3 5 años 1,6x10-11 ALM 4 5 años 1,5x10-11 ALM 5 5 años 4,3x10-11 SOE 6 5 años 2,1x10-11 Trisoplast nuevo 0 2,6x10-11
12. Análisis comparativo de barreras minerales
13. Evolución de la percolación en barreras minerales Arcilla Compactada CCL Geocompuesto Bentonita GCL Suelo Bentonita BES TRISOPLAST Espesor de la Barrera (cm) 100 1 10 7 Conductividad hidráulica (k) (m/s) Inicial 1x10-9 3x10-11 3x10-11 3x10-11 Post- Clausura 1x10-7 1x10-9 1x10-10 1x10-10 Gradiente Hidráulico (i) (Carga hidráulica: 0,5 m) 1,5 51,0 6,0 8,1 Flujo a través de la capa (mm/día) Caudal Relativo Inicial 0,13 0,13 0,02 0,02 Post- Clausura 12,96 4,41 0,05 0,07 Inicial 6 6 1 1 Post- Clausura 614 209 2 3 Flujo hidráulico según Darcy
14. Geomembranas poliméricas (PEAD) Se trata de láminas fabricadas en material termoplástico, que poseen buenas propiedades mecánicas, gran inercia química, sin polaridad, no adsorben humedad, de excelente aislamiento eléctrico, inodoro e inerte. El polietileno es el polímero más popular y, concretamente, el polietileno de alta densidad (PEAD) el que mejores resultados ha arrojado en su aplicación en vertederos. Son materiales que se deben adoptar como revestimiento artificial impermeable para proteger la barrera mineral, no como sustituto de la misma. Es un complemento a las barreras minerales. El coste puede variar entre 4 y 5,5 /m 2.
14.1 Puesta en obra
14.2 Riesgos de puesta en obra del PEAD Alta vulnerabilidad frente a las perforaciones y daños puntuales, de deben proteger con geotextiles. Elevada sensibilidad a la calidad de la puesta en obra. Materiales punzantes de la subbase. Vertido de gravas, de la capa de drenaje de aguas de infiltración. Circulación de vehículos sobre las capas superiores Sellado de conductos. Riesgo de punzonamiento Fallo de la soldadura Soldaduras mal ejecutadas.
14.3 Punzonamientos accidentales del PEAD Bonaparte and Gross 1990 Alta Calidad de ejecución: 2 a 3 perforaciones/ha Media del Estudio: 14 perforaciones/ha Flujo medio de 200 litros/ha-día (73 m 3 /ha-año) Hruby & Barrie (Eurogeo5-2012) Presentan datos de 276 instalaciones (3.000.000 m 2 ) 25 % de las fugas son debidas a fallos de instalación 75 % agresiones mecánicas posteriores. Analizan 6 obras (7.000 a 132.000 m 2 ) Puntos de fuga por ha oscilan entre 14 y 142 (media 73)
14.4 Environmental Stress Cracking - ESC (1) Se produce al someter al polietileno a tensiones poliaxiales en contacto con el medio ambiente. Tiene que ver con las propiedades intrínsecas del material: índice de fusión, distribución del peso molecular, cristalinidad, orientación y endurecimiento de las partículas (laminación). Las fallas son atribuidas a los esfuerzos residuales en las operaciones de moldeo o extrusión. Estos esfuerzos pueden liberarse por sí mismos bajo la influencia de un ambiente adverso y esfuerzos poliaxiales.
14.4 Environmental Stress Cracking - ESC (2) Para establecer la resistencia al ESC se ha desarrollado el test de carga constante elástica con muesca de un solo punto SP-NCTL (ASTM D 5397). Este test también puede ser utilizado para controlar las soldaduras. Se recomienda que la resistencia al stress cracking ESCR/NCTL sea superior a 300 h para que no haya craqueo ambiental. El ESC es tremendamente sensible a la temperatura ambiental, cada 7ºC la tasa de crecimiento de grietas se duplica. También se ve muy afectado por la agresividad de gases y lixiviados.
15. Gravas de drenaje (1) La distribución del tamaño de partículas en la capa de drenaje de gravas deberá estar preferiblemente entre el rango 16-32 mm. Tienen la función de filtración y drenaje. Para evitar su colmatación por el material fino de la capa de cobertera vegetal, en la cara superior deberá quedar protegida por un geotextil con función de filtración y separación. Cuando se instalen directamente, sobre barreras minerales, tipo arcillas compactadas, suelo-bentonita, deberá instalarse un geotextil de separación. Mientras que cuando lo sea sobre una geomembrana polimérica, el geotextil será de protección y se deberá instalar una capa de arena de protección. El contenido en carbonato cálcico del material granular no deberá exceder el 20% en peso. Las tuberías de drenaje deberán presentar un diámetro 100 mm, de acuerdo con la capacidad de evacuación.
15. Gravas de drenaje (2) La gravas deberá presentar formas redondeadas, evitando en la medida de los posible gravas de machaqueo. Durante las labores de instalación, se deberá la circulación de maquinaria sobre la capa instalada, para evitar el posible punzonamiento de las geomembranas.
16. Geocompuestos de Drenaje (geodrenes) Integrados por una geomalla tridimensional protegida por dos geotextiles, con funciones de filtración, separación y protección. La función de drenaje la aporta la estructura piramidal del núcleo. Están fabricados en materiales inertes, fundamentalmente, en PEAD, PP, etc. La capacidad de drenaje de un geodren es similar a una capa de gravas de 30 cm. Dependiendo de la carga soportada, se diseñan para trabajar entre 20 y 400 Kpa, y puede variar entre 0,2 a 1,5 l/s m Presentan una buena resistencia a la tracción 15-20 kn/m y un excelente comportamiento a largo plazo, dada la baja fluencia del material, lo que garantiza el drenaje a largo plazo. Geomalla Tridimensional Geotextil Geotextil Se pueden instalar en taludes, con pendientes 50% (2H:1V), al no estar condicionado por el ángulo de rozamiento interno, como en el caso de la grava (4H:1V). Es un material con características homogéneas y contrastadas, que dispone de Certificado CE de fabricación.
17. Conclusiones Las capas de sellado están expuestas a severas condiciones ambientales, tensiones mecánicas, agresividad química de los lixiviados y de las aguas de infiltración, que van a comprometer la vida útil de los materiales. La respuesta dependerá de cada caso, en función de: la naturaleza del material, fundamentalmente, de la degradación de: su capacidad hidráulica (K) y propiedades mecánicas la calidad de la puesta en obra, la agresividad química de lixiviados y aguas de infiltración las características y condiciones del emplazamiento. Para incrementar la vida útil de las barreras minerales, se deberían proteger con un revestimiento artificial impermeable. Se recomienda llevar a cabo un control y seguimiento de la evolución de las propiedades mecánicas e hidráulicas de los materiales empleados, con el objeto de garantizar la estanqueidad del sistema, y en su caso, adoptar las medidas necesarias, Esta actividad se debería incluir en el plan de seguimiento ambiental durante el periodo de post-clausura.
Caso Práctico Sellado del Antiguo Vertedero de Son Reus Palma de Mallorca
ANTECEDENTES Superficie del Vertedero : 310.000 m 2 (4,84 Mm 3 de residuos) Problemática: Taludes: 20 a 35 m 700 m 3H:2V (60%) a 1H:1V (100%) Presencia de: Biogás (40-60 %) Lixiviados Inestabilidad de taludes: Erosiones Deslizamientos
Alcance de las obras Remodelación topográfica (adecuación de taludes) : 500.000 m 3 Aporte capa de regularización: 75.000 m 3 Pendiente de taludes: 2,5H:1V (40%) Taludes de 8 a 14 m, con bermas de 4 m. Pendiente de plataformas: > 2% Superficie de sellado: 310.000 m 2 50 cm de arcilla permeabilidad (k) <10-9 m/s Drenaje de aguas de infiltración (Geodren-Enkadrain) Estabilización de las capas de sellado (Geoestera-Enkamat) Cobertura en taludes de 60 cm y plataforma 100 cm (486.000 m 3 ) Desgasificación mediante 49 chimeneas (20 m) conectadas a una antorcha Captación y tratamiento de lixiviados: 13 pozos verticales (20 m), y 5 drenes horizontales (60 m). Recogida y vertido de aguas pluviales: 11.790 m de canaletas
Retos del sellado Localizar un préstamo de arcillas de 155.000 m 3 Extendido en tongadas < 15 cm: Pendiente de taludes del 40% Compactación 90-95% PM Permeabilidad (K)<10-9 m/s Evitar el deslizamiento de las capas de sellado PRÉSTAMO DE ARCILLAS (Densidad PM) Dificultades: Puesta en obra ( y trasiego camiones) Compactación Cantidad del préstamo No se localiza un préstamo de cumpla las características técnicas requeridas Densidad seca (g/cm 3 ) 1,94 1,55 Densidad aparente (g/cm 3 ) 2,21 1,96 Humedad inicial (%) 13,61 26,51 Humedad final (%) 14,22 28,56 Permeabilidad 9,83 10-9 m/s 2,60 10-8 m/s
Estudio de alternativas Parámetros Trisoplast GCL Manta Bentonita Arcillas Compactadas Espesor (cm) 7 0,6 50 75 100 Permeabilidad (m/s) 3 10-11 5 10-11 10-8 10-8 10-8 Gradiente hidráulico (i) (1) Flujo hidráulico (q) (litros/dia m 2 ) 8,1 84,3 2,0 1,7 1,5 0,021 0,36 1,73 1,44 1,30 Caudal relativo 1 17,3 81,9 68,2 61,4 (1) Carga Hidráulica: 0,5 m Se decide la instalación de 7 cm de TRISOPLAST
qué es Trisoplast Barrera Mineral Artificial de tres componentes 1000 kg 89.1% Arena Bentonita Na Polímero 10.7% TP130 kg 0.2% 2,6 kg Sand Bentonit Polymer En Europa se han instalado más de 10.000.000 m 2 60% 25% GARANTÍA 1% 1% 11% 2% Landfill liners Landfill covers Industrial covers Remediations Ponds Road and railway
TRISOPLAST: Parámetros Técnicos (*) Espesor que se refiere al equivalente de permeabilidad del estándar holandés para la impermeabilización con arcillas y arenas/bentonita, cuya permeabilidad máxima es de 2,3 10-10 m/s para un espesor de 25 cm en sellados y 50 cm en impermeabilizaciones, considerando una permeabilidad máxima de Trisoplast de 5 10-11 m/s.
Propiedades del Trisoplast Capacidad de sellado: permeabilidad de 100 a 1000 veces mejor que la arcilla.(k: 0,1-3 x 10-11 m/s versus 1 x 10-9 m/s ) Resistencia mecánica: rozamiento como la arena y cohesión como la arcilla. Admite taludes hasta 2H:1V (50%). Deformabilidad: gran tolerancia a los asientos diferenciales por su gran plasticidad. Autoreparante. Durabilidad: frente a agresiones físicas, químicas y biológicas. Gran resistencia a la desecación y al intercambio iónico.
Variación de la permeabilidad frente a la deformación Deformation (%) l l 1 0-1 x100 Permeabilidad ( x 10 11 m / s) Saturada No Saturada l 1 l 0 h 0 1 2 3 5 7,5 10 0,6 0,9 1,1 1,6 2,3 2,1 2,1 6,0 3,7 Boels & Van Der Wal (1999) DEFORMACIÓN SIN DAÑO
Configuración de las capas de sellado Sellado Plataforma Geoestera: Enkamat 7010W/5/200.50PET Pendiente: 2,5H:1V (40%) Sellado Taludes
Estabilidad de taludes Tierras: Densidad (γ): 20 kn/m 3 Cohesión (C): 36 kpa (0,36 kg/cm 2 ) Angulo de rozamiento interno (φ): 38º Espesor: 60 cm, en cabecera 2,25 m en bermas (pasivo) Geotextiles: Ángulo de rozamiento(φ): 19º Drenaje de los taludes (Dar salida al drenaje en las bermas) Según Koerner and Soong (2005) Resistencia de la geoestera: 200 kn/m Factores de Seguridad adicional, Creep por: estructura de fabricación: 1,25 alteración biológica - química: 1,20 flujo del pólímero (100 años): 1,46 daños en puesta en obra:1,25 Factor de Seguridad: 1,54
Solución de anclaje en bermas d d' e w L 1' Tm ax; d Tubería de drenaje Diseño de la Zanja de anclaje de las capas de sellado para taludes de 14 a 8 m de altura. L1 (Longitud 1 de la zanja de anclaje) = 0,5 m. L1 (Longitud 2 de la zanja de anclaje) = 2,66 m W (Ángulo) = 10º m. e (Espesor de los materiales de cobertura vegetal = 0,6 m. d (Espesor de los materiales de cobertura vegetal en las bermas) = 2 m. d (Espesor de los materiales en la zanja de anclaje) = 2,25 m de tierras compactas al 95% del Proctor modificado.
Remodelación topográfica Excavación, carga y transporte de hasta 7.500 m 3 /dia de residuos-tierras Taludes conformados con pendientes 2,5H:1V (40%) y compactados al 95 % PN
Fabricación Trisoplast Amasado en planta: Capacidad 50 Tn/hora
Control y seguimiento en continuo de la producción Control de la fabricación
Rendimientos: - 3.000 m 2 en taludes - 3.500 m 2 en plataforma Extendido del Trisoplast
Proceso de compactación en taludes y plataforma hasta el 85-90 % del PN Compactación del Trisoplast
Compactación 85-90% PN Espesor: > 7 cm Densidad (γ): 1,82 a 1,87 t/m 3 Humedad: 8% > W nat < 11% Cohesión (C): 0,24 a 0,36 Kg/cm 2 Angulo de Rozamiento(φ) : 29 a 40º Permeabilidad: 3 10-11 a 5 10-12 m/s Control de Calidad
Colocación de geosintéticos Drenaje y estabilización Instalación y soldadura del Enkadren 5004F/5-2S/M110PP (6 mm) Instalación y anclaje del Enkamat 7010W/5/200.50 PET (10 mm)
Extendido de la cobertura de tierra vegetal
Captación de biogas
Combustión del biogás
Captación de lixiviados
Tratamiento de lixiviados
Muchas Gracias por su atención Javier Moreno (javier-ms@terratest.com)