Door Nederlandse wetenschappers ontwikkelde geotechniek cementeert zandkorrels door biologische processen in slappe bodem

Groundwater Technology uit Rotterdam, specialist in creatieve oplossingen voor complexe bodemproblemen, voert in opdracht van Waterfront Toronto een pilotproject uit waarbij slappe grond van het oude havengebied wordt verstevigd door biologische processen. Natuurlijke bodembacteriën zorgen dat de grond wordt verkit, vergelijkbaar met kalkzandsteen. Deze innovatieve techniek wordt door Groundwater Technology toegepast en doorontwikkeld in de praktijk in samenwerking met Deltares, TU Delft en het Center for Bio-mediated and Bio-inspired Geotechnics van de Arizona State University.

Het oude havengebied van de Canadese stad Toronto, het Waterfront, zal binnen een aantal jaren worden herontwikkeld tot een bruisend nieuw stadsdeel, dat de stad met het water verbindt. Dit project wordt ontwikkeld door Waterfront Toronto en zal enkele tientallen miljarden dollars kosten. Over een aantal jaren zullen de Port Lands, een oud industrieterrein van 400 hectare binnen het Waterfront Toronto gebied, heringericht zijn in een deel natuurgebied en recreatie en in een deel voor nieuwe stadswijken met woningbouw en lichte industrie. ‘De ondergrond van dit gebied is veel te slap voor herontwikkeling’, legt Yvo Veenis, directeur van Groundwater Technology uit. ‘Het verstevigen van de grond voor herontwikkeling is enorm kostbaar. Standaard technieken om grond te verstevigen, bestaan vaak uit het voorbelasten met enorme hoeveelheden zand of het vermengen met cement, wat slecht is voor het milieu’, legt Veenis uit.

Ook Nederland kent deze problematiek van een slappe ondergrond. Amsterdam luidt inmiddels de noodklok om instabiele kademuren op korte termijn aan te pakken, om te voorkomen dat de kademuren afbrokkelen en flinke gaten in het wegdek ontstaan. ‘Deze problematiek geldt niet alleen voor de Amsterdamse kademuren, maar voor wegen in het algemeen in verstedelijkte gebieden die zwaar worden belast door vrachtverkeer’. Volgens Veenis is biocementatie een alternatieve en veel betere en goedkopere techniek. Biocementatie zorgt ervoor dat slappe grond verstevigd wordt door biologische processen op gang te helpen met bacteriën, die van nature al in de grond zitten. Deze techniek is in het laboratorium van Deltares bewezen en nog nooit eerder zo op locatie toegepast.’ Groundwater Technology heeft de kans gekregen om deze innovatieve techniek van Nederlandse bodem in het havengebied van Toronto toe te passen. Met biologische processen zal de grond verbeterd en versterkt worden, zodat het zandpakket coherent en compact wordt en ook bij herinrichting op zijn plek blijft. Deze techniek voorkomt dat er drijfzand ontstaat en wegsijpelt. ‘De eerste resultaten zijn inmiddels bekend en geven aan dat de grond fors stabieler is geworden’, zegt Veenis trots.

Deze techniek, die gebruik maakt van natuurlijke bodembacteriën, is in Delft ontwikkeld door Deltares in samenwerking met de TU Delft. Wouter van der Star is scheikundig technoloog en onderzoekt biocementatie bij onderzoeksinstituut voor grond en water Deltares. Hij is betrokken bij de ontwikkeling van de biotechnologie die in Toronto is toegepast. Hij legt in het kort uit wat biocementatie doet in de bodem. ‘Natuurlijke bacteriële processen in de bodem zorgen ervoor dat zandkorrels door een natuurlijk in de bodem gevormd cement aan elkaar plakken en worden omgezet in kalksteen. Dit proces kan versneld worden door bepaalde voedingsstoffen in de grond te injecteren, waardoor deze bacteriën sneller biocement maken. Het doel van deze techniek is om de civieltechnische eigenschappen van de grond te veranderen, om een slappe bodem stevig genoeg te maken om hellingen te stabiliseren, uitspoeling te voorkomen en er wegen op te realiseren.’ Van der Star onderzocht hoe de gewenste range van bodemsterkte bereikt kan worden, van lichte tot een veel stevigere cementatie, geschikt voor allerlei toepassingen. Daarnaast stelde hij vast dat deze techniek ook geschikt is om te voorkomen dat een talud in het losse zand, ofwel running sands, wegzakt. In Toronto is voor twee methodes gekozen. Bij de eerste methode zijn bacteriën uit de bodem gehaald, opgekweekt en weer teruggeplaatst, voorzien van extra voedingsstoffen. Dit resulteerde in de bedoelde lichte cementatie. Bij de tweede methode zijn extra, slim gekozen, voedingsstoffen toegepast om het bacteriële verstevigingsproces in de grond te versnellen. ‘Beide methoden bleken succesvol te zijn verlopen en was de kalk zichtbaar neergeslagen in de grond’, zegt Van der Star. In Nederland is deze combinatie van technieken nog onbekend. ‘Deze innovatieve techniek is in Nederland nog niet grootschalig toegepast. Cement is nog steeds een grote concurrent. Een nieuwe techniek toepassen in een pilot vraagt om een innovatie-gerichte mind-set. In Toronto gaat het om een groot gebied, waar de stad tijd en geld heeft uitgetrokken om een aantal pilots met deze techniek uit te voeren. Dat zie je haast nooit gebeuren in Nederland’, zegt Van der Star.

Leon van Paassen is professor en onderzoeker bij het Center for Bio-mediated and Bio-inspired Geotechnics van de Arizona State University. Hij is in 2009 in Delft gepromoveerd op het gebied van biologische grondverbetering. Hij is sterk betrokken bij het onderzoek en de uitvoering van de nieuwe biologische techniek in Toronto. Sinds twee jaar verblijft hij in Arizona om deze techniek ook in de Verenigde Staten op de kaart te zetten. De National Science Foundation in de VS heeft daarvoor een budget van 20 miljoen dollar beschikbaar gesteld voor een periode van vijf jaar. Volgens Van Paassen is deze nieuwe biologische bodemtechniek uitstekend in te zetten in Nederland, waar deze natuurlijke bodembacteriën ook voorkomen. ‘Nederland kent eveneens de problematiek van slappe grond en intensief, zwaar verkeer’, zegt hij. ‘Ook bij dijkversteviging is deze techniek uitstekend toe te passen, waarbij dijken niet alleen hoger, maar ook stabieler en steviger gemaakt kunnen worden. ‘Dat we in Toronto deze techniek kunnen toepassen is geweldig. Nieuw ontwikkelde technieken die wetenschappelijk in een laboratorium zijn bewezen, moeten op locatie getest worden om aan te tonen dat ze echt goed bruikbaar zijn. Toronto verschafte ons deze kans om aan te tonen dat deze techniek geschikt is om de slappe grond daadwerkelijk te verstevigen. Ook heeft het project daar veel informatie opgeleverd waardoor we de processen nog verder kunnen optimaliseren.’, zegt Van Paassen.

Groundwater Technology uit Rotterdam bedenkt en levert creatief maatwerk voor complexe bodemproblemen. Het Rotterdamse bedrijf, van origine gevestigd in de Verenigde Staten, stond aan de wieg van in-situ bodemsanering. Groundwater Technology bedenkt, ontwerpt en voert oplossingen voor bodemproblemen uit zonder te graven. Of het gaat om verontreiniging met benzine, olie, oplosmiddelen, ontvetters, zware metalen, bestrijdingsmiddelen etcetera, of om slappe bodem die gestabiliseerd of verstevigd moet worden, we beschikken over een zeer uitgebreide ‘gereedschapskist’ waarin wij voor ieder probleem een oplossing vinden. We zijn specialist in het beheersen van processen in de bodem; dit specialisme zetten we in bij onze bodemoplossingen. We zijn probleemoplosser: we kijken naar de beste oplossing voor het probleem en zoeken daar de best passende combinaties van elkaar versterkende technieken bij. Groundwater Technology innoveert doorlopend. Zo ontwikkelen we technieken om in situ, dus zonder te graven, bodembacteriën in de ondergrond cement te laten produceren. Daarmee verstevigen we de bodem, bijvoorbeeld in aardbevingsgevoelige gebieden. Schade door vervloeiing van de bodem bij aardbevingen kunnen we zo voorkomen.