Modeling studies of hydraulic efficiency of compacted waste landfill clay liner

Compacted clay materials are commonly used worldwide as sealing materials to prevent migration of anthropogenic pollutants from municipal landfill cells to the environment. Such clay barriers known as liners are sealing the top, sides and bottom of the landfill. They limit water infiltration to waste body and leachate seepage, usually with the required saturated hydraulic conductivity lower than 1.0 · 10–9 m · s–1. The value of resultant hydraulic conductivity of compacted clay liners and their sustainability affected by swelling and shrinking processes are related to molding water content. This paper presents results of studies concerning the influence of molding water content on saturated hydraulic conductivity and shrinkage/swelling properties of selected compacted clay materials as well as hydraulic properties of the top sealing liner, constructed according to the actual standards of compacted clay material. Our studies covered field and laboratory measurements as well as numerical modeling. Permeability and water retention characteristics of the clays were determined during field and laboratory tests. Saturated hydraulic conductivity under the natural in situ conditions was measured by BAT probe, GeoNordic. Hydraulic conductivity of the homogenized compacted clays was tested in the laboratory by Humboldt Mfg. Co. permeameters for compacted soils, according to ASTM D5856. Water retention characteristics of the compacted clays in the range of 0–15 bar pore water tension were determined by application of sand box and pressure chamber methods. The numerical assessment of the hydraulic efficiency of the clay liner was performed for the 2012 hydrologic year for a selected section of landfill top cover constructed in Rastorf, Germany, adjusted to Polish standards. The numerical calculations were performed in FEFLOW, DHI-WASY modeling software.

Zagęszczone materiały ilaste są powszechnie używane jako materiał uszczelniający zapobiegający migracji zanieczyszczeń antropogenicznych ze składowisk odpadów komunalnych do środowiska naturalnego. Bariery ilaste, zwane także przesłonami, uszczelniają powierzchnię, boki oraz dno składowiska, ograniczaj ąc infiltrację wód powierzchniowych oraz przesączenie się odcieków, zazwyczaj dzięki wymaganej przepuszczalności wodnej poniżej 1.0 · 10–9 m · s–1. Wartość wypadkowa przewodnictwa hydraulicznego zagęszczonej przesłony ilastej oraz jej trwałość uzależnione od procesów skurczu i pęcznienia iłów, są bezpośrednio związane z zastosowaną wilgotnością zagęszczania. Niniejsza praca przedstawia wyniki badań dotyczących wpływu wilgotności zagęszczania gruntu na wartość współczynnika przewodnictwa hydraulicznego w stanie nasyconym, charakterystykę skurczu i pęcznienia oraz właściwości górnej przesłony składowiska odpadów zbudowanej zgodnie z aktualnymi normami z gruntu ilastego. Zaprezentowane badania obejmowały badania terenowe, laboratoryjne oraz studia modelowe. Przepuszczalność badanego gruntu oraz jego właściwości retencyjne zostały przebadane in situ oraz w warunkach laboratoryjnych. Współczynnik przewodnictwa hydraulicznego w stanie nasyconym w warunkach polowych zmierzono za pomocą przepuszczalnomierza polowego BAT GeoNordic, przepuszczalność nasyconą zagęszczonych materiałów ilastych zmierzono w warunkach laboratoryjnych za pomocą przepuszczalnościomierzy do gruntów zagęszczonych H-4145 Humboldt Mfg. Co., zgodnych z ASTM D5856. Charakterystykę retencyjną badanego gruntu po zagęszczeniu w zakresie 0–15 barów wyznaczono za pomocą metody bloku pyłowego oraz komór ciśnieniowych z płytami ceramicznymi. Ocenę właściwości hydraulicznych przesłon wykonanych z badanych materiałów ilastych zrealizowano dla roku hydrologicznego 2012 poprzez modelowanie numeryczne procesu infiltracji przez wybrany fragment przykrycia składowiska odpadów w Rastorf, Niemcy, dostosowany do polskich wymagań prawnych. Badania symulacyjne przeprowadzono za pomocą programu obliczeniowego FEFLOW, DHI-WASY.