| Termisk assisterede oprensninger 10 Geotekniske forhold10.1 Joule heating
Under termiske oprensninger udsættes jordlagene for ekstreme påvirkninger, som kan have betydning for formationernes geotekniske egenskaber. I de publicerede termiske forsøg og fuld skala oprensninger foreligger ingen nærmere beskrivelser af geotekniske forhold under opvarmningen. Den efterfølgende diskussion af emnet er således baseret på generelle betragtninger frem for aktuelle felterfaringer. 10.1 Joule heatingKogning ønskes Elektrisk opvarmning anvendes typisk over for forurening i lerede jordlag. Ved opvarmningen kan der i områder med stor energitæthed forekomme dampudvikling og udtørring af jordlagene. Dette vil oftest ske omkring elektroderne, og det vil af oprensningsmæssige årsager desuden være attraktivt at opnå kogning i formationen, med heraf følgende mulighed for hel eller delvis udtørring af de forurenede jordlag. Det er velkendt, at de fleste lertypers volumener afhænger af vandindholdet, og det må forventes, at udtørring vil medføre en vis volumenændring i lerlag i oprensningsområdet. Lerlags svind ved udtørring For danske lertyper er der vist en sammenhæng mellem plasticitetsindexet, IP og det potentielle maksimale svind ved udtørring til markkapacitet. Sammenhængen er illustreret ved værdier i tabel 10.1, hvor der endvidere er angivet omtrentlige plasticitetsindex for typiske danske lere.
Tabel 10.1. Maksimalt potentielt svind ved udtørring afh. af plasticitetsindex, IP og typiske IP for dansk ler (Geoteknisk Institut, 1994). Stort svind muligt Af værdierne for det maksimale potentielle svind i tabel 10.1 fremgår, at der i forbindelse med udtørring af lerede jordlag ved opvarmning kan være væsentlige sætningsrisici for konstruktioner i oprensningsområdet. Specielt stor risiko vil der være ved opvarmning af tykke lag af fed ler. Det må således anbefales, at der i designfasen for termiske oprensninger udføres svindforsøg på prøver af de jordlag, som søges oprenset. Fysiske ændringer ved opvarmningen Ved elektrisk opvarmning til kogepunktet for porevæsken opnås endvidere, at der udvikles dampe af vand og forureningskomponenter. For vands vedkommende medfører dette en volumenforøgelse på ca. 1.000-1.700 gange afhængig af dybden (Heron et al., 1998a). Denne drastiske volumenændring vil i første række forekomme, hvor opvarmningen er kraftigst, altså i de lerede jordlag. Dampudviklingen, og den heraf følgende trykopbygning i forskellige dele af lermatricen, må forventes ved et passende tærskeltryk at danne sekundære sprækkestrukturer i leren, hvorigennem vanddampene (og gasformig forurening) frigives. Desuden vil udtørringen lokalt medføre et lavere hydrostatisk tryk i formationen, hvilket også kan indvirke på den geotekniske stabilitet. Retablering Efter endt oprensning, vil infiltrerende nedbør og grundvand med tiden genoprette den oprindelige vandmætning, og det må forventes, at jorden volumenmæssigt retableres fuldstændigt. De udtørringsbetingede sprækkedannelser i lerede lag vil dog formentlig udgøre permanent ændrede strukturer efter retableringen af vandindholdet. Bæreevne Hvilken betydning disse sprækker har for bæreevnen af formationen, kan ikke fastlægges nærmere. Overordnet vurderes sprækkedannelserne dog at kunne medføre en varig reduktion i bæreevnen, selv om der vil være tale om lokale, afgrænsede sprækker. Som led i oprensninger med elektrisk opvarmning anbefales, at terrænforholdene følges ved præcisionsnivellementer før, under og efter opvarmningen med mulighed for driftstop ved uacceptable ændringer. 10.2 DampinjektionKontrollerede tryk Dampinjektion foretages i relativt højpermeable sandede jordlag. Ved injektionen påføres et moderat overtryk (typisk ca. 100-600 mbar), som driver en dampfront gennem formationen. Som håndregel for størrelsen af det nødvendige indblæsningstryk kan anvendes en værdi på 11,3 kPa gange dybden (i m) fra jordoverfladen til toppen af filteret (Udell, 1997b). Passagen af dampfronten medfører markante ændringer i formationens temperatur og vandindhold, mens ændringerne i formationstrykket, som nævnt, er moderate i forhold til trykændringer ofte påført ved grundvandssænkning og vakuumekstraktion. Begrænset udtørring Vandindholdet på injektionssiden af dampfronten bestemmes af hvor homogene kogepunktstemperaturer, der er opnået i formationen (i områder under kogepunktstemperatur vil dampen kondensere og porevandet fortsat være som væske). Da der under injektionen tilføres vandmættede dampe, vil der dog aldrig forekomme udtørring i samme grad som ved elektrisk opvarmning til kogepunktstemperatur over længere tid. Der er ikke publiceret data om geotekniske påvirkninger ved dampinjektion, men som nævnt i kapitel 6 kan dampfrontpassager moniteres ved hjælp af ekstremt følsomme tiltmetre installeret in situ. Disse måler små forskydninger i jorden, terrænnært (Newmark et al. 1994). Små forskydninger Eventuelle små forskydninger viser, at dampinjektionen medfører målbare fysiske ændringer i jordlagene i oprensningsområdet, selv om disse ændringer tilsyneladende er meget små i relation til effekten af naturlige klimabetingede variationer i grundvandsstand, vandmætning i umættet zone etc. 10.3 Samlet vurderingOverordnet vurderes dampinjektion mindre risikobetonet end Joule heating mht. uønskede geotekniske ændringer. Dette skyldes, at dampinjektion udnytter de naturlige højpermeable zoner i jorden, mens elektrisk opvarmning medfører dampudvikling in situ - også i lavpermeable lag - og herved påtvinger en sekundær frakturering af jordlagene. Ved dampinjektionsoprensninger terrænnært, dvs. inden for ca. 10 m.u.t., anbefales at de geotekniske forhold moniteres ved præcisionsnivellementer før, under og efter oprensningen. Disse forslag bør følges, indtil en større erfaring om disse forhold er opbygget i Danmark. Herefter vil moniteringsbehovet kunne vurderes mere konkret i de aktuelle tilfælde. |