Een tunnel is een conceptueel eenvoudig concept: een gat in de grond, meestal horizontaal of met een lichte helling. Snelwegtunnels die door bergen lopen, ondergrondse metrolijnen of rioolbuizen in steden zijn tunneltypen die overal voorkomen.
Mathematisch gezien is een tunnel een “aftrekoperatie” waarbij grond of gesteente aan de grond wordt onttrokken. De ruimte die dat stuk grond vroeger in beslag nam, vormt zo een deel van een gat waar water, mensen, materialen, enz. doorheen gaan. Maar wat gebeurt er met al het gewonnen materiaal wanneer een tunnel wordt gegraven?
Wanneer een tunnel wordt gegraven, komt er veel materiaal tevoorschijn
Als je ooit in de zomer aan het strand hebt doorgebracht en een geultje hebt gegraven, besefte je al snel dat je met elke schep het natte zand een stukje verder weg moet schuiven. In het begin stapelt het zich op in de buurt van het geheel, maar al snel bereikt de berg aanzienlijke afmetingen. Laten we eens simpel rekenen: hoeveel zand, klei of rots moet er verplaatst worden voor een tunnel waar mijn auto doorheen past?
Om onze berekeningen te vereenvoudigen, nemen we aan dat de tunnels perfect rond zijn en dat hun diameter 5 meter is. Een echte tunnel hangt natuurlijk af van het aantal rijbanen en de voorschriften van elk land. Herinnert u zich de formule voor het volume van een cilinder die u op school hebt gezien? V=π-r2-l, waarbij r de straal is en l de lengte.
Een tunnel met een straal van 2,5 meter (het is een heel kleine tunnel) en een lengte van 100 meter (weer klein) geeft ons een volume van 1.963 kubieke meter aan materiaal. Om ons een idee te geven of dat veel of weinig is, moeten we bedenken dat een cementwagen 6 tot 9 m3 kan vervoeren, en een vuilniswagen ongeveer 7 tot 20 m3.
Een dumper, een voertuig dat is gespecialiseerd in het vervoeren van dichte materialen zoals steen of grond, heeft meestal hooguit 10 m3. Aangezien rots veel weegt (en dus minder ruimte inneemt), gebruiken we dat als voorbeeld. Om een kleine tunnel met slechts één rijstrook over een zeer korte afstand te maken, hebben we ongeveer 200 ritten nodig om het gewonnen materiaal ergens anders heen te brengen. Stelt u zich een groot bouwproject voor.
Recyclage van bouwmaterialen
Met deze zeer elementaire, kleinschalige berekening in gedachten, laten we een wandeling maken door Londen en enkele van de projecten waaraan Ferrovial werkt, zoals het Tideway-project om het netwerk van het rioleringssysteem uit te breiden, of de uitbreiding van de Elizabeth-lijn. In het eerste geval denken we aan een gat met een diameter van 32 meter en een hoogte van 53 meter, dat nodig is om tunnelmachines te laten zakken.
Opnieuw, met toepassing van bovenstaande formule, krijgen we een volume van 42.625 kubieke meter. Zelfs als dit allemaal compact gesteente van 2.000 kg/m3 was (dat was niet het geval – er was veel zand, klei of modder bij), hebben we het over meer dan 85 miljoen kilogram alleen voor het hulpgat, zonder de bouw van de tunnel zelf mee te rekenen. Wat kunnen we met al dit materiaal doen?
Een van de meest voorkomende toepassingen van de restanten van een uitgraving is het recycleren van de materialen. Vaak worden de materialen die overblijven na het openen van een tunnel op de materiaalmarkt verkocht aan bedrijven die op zoek zijn naar bepaalde bouwelementen. Bijvoorbeeld zand voor de bouw van fotovoltaïsche cellen of grind voor stadsparken.
Occidenteel gebeurt recycling ter plaatse, zoals wanneer de gewonnen materialen worden gebruikt om andere benodigdheden te maken. Het typische voorbeeld is beton. Bij een bouwproject waarbij tientallen tonnen zand en grind worden gewonnen, is het passend dat een deel van het materiaal terugkeert in de vorm van beton. Zand en grind van de bouwplaats wegschepen alleen om meer aan te voeren heeft geen zin en is bovendien niet erg duurzaam.
Residuen uit een bergtunnel om de toegangsweg te egaliseren
Een echt, zeer gebruikelijk geval – vooral hoog in de bergen, in geïsoleerde gebieden, en op secundaire wegen met zeer weinig onderhoud – is het gebruik van een deel van het uitgegraven gesteente om de toegangsweg naar de tunnel te verbeteren. Topografen gebruiken dichte materialen om de rijweg te verbreden.
Het bovenstaande beeld als voorbeeld nemend, hoe kunnen we de rijweg verbreden? Een mogelijkheid die vaak wordt gebruikt op heuvels met lage hellingen is het uitgraven van het niveau op dezelfde breedte als de heuvel, maar wanneer we hellingen hebben zoals op de foto, werkt dit niet in het voordeel van de veiligheid. We moeten de buitenkant van de helling verbreden en materiaal toevoegen tot we het niveau van de weg bereiken.
Occasioneel is er, om een bepaalde hoeveelheid breedte aan de rijweg toe te voegen, een zachte helling nodig die veel meer verticale afstand in beslag neemt om tot de bodem te komen. Iets dergelijks doet zich voor bij het profiel van dammen, die tegen de belasting in hellen en gebruik maken van verdichte aarde om de helling vast te zetten.
Zoals men bij het profiel van een dam kan zien, levert dit een enorme behoefte aan materialen op. Het gebruik van materialen uit de uitgraving zelf is een manier om de gevolgen van de uitbreiding voor het milieu te beperken. Als beide bouwprojecten gelijktijdig of “back-to-back” worden uitgevoerd, ontstaat een interessante synergie.
Bij de vaste kofferdammen van de Theems zullen lokale materialen worden gebruikt
In een ander artikel hebben wij vermeld hoe de kofferdammen van de Theems worden gebouwd voor het Tideway-project. Deze hulpconstructies zullen permanent zijn, en er zal een grote hoeveelheid lokale materialen voor worden gebruikt. In de afbeelding hieronder zien we een voorbeeld ervan. Hoewel onregelmatig, kunnen we de figuur vereenvoudigen tot een rechthoek van ongeveer 70 meter bij 35 meter.
Dat geeft ons een oppervlakte van 2.450 m2 en een volume van 24.500 m3 materiaal voor een kofferdam die zich op ongeveer 10 meter boven de Theems bevindt. In sommige delen van de rivier zullen de wanden nog hoger worden opgetrokken. Maar hoe we de berekeningen ook maken, het is gemakkelijk in te zien dat voor dit soort bouwwerkzaamheden extra materiaal nodig is.
Bij het verdichten van de grond in het gebied om de toekomstige veiligheid van het gebouw te vergroten, moet bovendien rekening worden gehouden met de hellingsgraad van de grond en de noodzaak om extra aardlagen aan te brengen.
Deze twee voorbeelden zijn niet de enige mogelijkheden. Enkele jaren geleden heeft de Albertia-tunnel (Guipúzcoa), gebouwd door Ferrovial Agroman, 700.000 m3 materiaal hergebruikt dat afkomstig was van de uitgraving, om de milieu-impact van de bouwwerkzaamheden zelf te voorkomen, naast het behoud van lokale soorten bij het bedekken van de gebruikte ruimte.
