Bodemopbouw langs zandwinputten onderzocht

Waterhuishouding & Waterbouw
Bodemopbouw langs
zandwinputten onderzocht
In het beheergebied van Waterschap Roer en Overmaas komen
een aantal diepe (voormalige)
zandwinputten voor die direct
langs de dijken van de Maas
zijn gelegen. Veel van deze
zandwinputten zijn aangevuld
met materiaal dat qua samenstelling (fijner) en pakking (losser) verschilt met de oorspronkelijke bodemmaterialen die
voornamelijk bestaan uit goed
vastgepakte grind- en grove
zandlagen. Het aangevulde materiaal kan verwekingsgevoelig
zijn en zodoende een afschuiving van het voorland – en
daarmee van de dijk zelf – tot
gevolg hebben. Als onderdeel
van de strenge eisen die aan
dijken worden gesteld, moest
dit risico worden beoordeeld.
De grote onbekenden waren de
taludgeometrie van de winputten en de aanwezigheid en dikte van het teruggestorte materiaal. Door het inzetten van
geofysische onderzoeksmethode Wageo is dit onderzocht en
kon het veiligheidsrisico worden bepaald.
ir. G.R.P. van Goor / drs. B.M. Berbee /
ir. Y.J.G. van Kruchten-Cuijpers
in 't kort - zandwinputten
Veel zandwinputten zijn aangevuld met fijner
en losser materiaal.
Verwekingsgevoelig materiaal kan een afschuiving van het voorland tot gevolg hebben.
Dit risico is beoordeeld met behulp van de onderzoeksmethode Wageo.
De waterkering blijkt ruimschoots bestand tegen zettingsvloeiing.
26
Land+Water nr. 10 - oktober 2014
den (P2 = 1,0). Dit is een uiterst conservatieve
aanname die zo nodig nog kan worden aangescherpt. Blijft dus over kans P3, namelijk de kans
dat een inscharing dermate groot is, dat deze de
dijk aantast.
Beoordeling inscharingslengte (P3)
De akoestische en geo-elektrische metingen hebben dit resultaat geleverd.
Deze figuur laat de opstelling zien van de Wageo-meting.
Voor de beoordeling van het voorland geldt dat
bij een zandbodem zowel naar de helling van de
oevers als naar de pakking van het zand moet
worden gekeken. Losgepakt zand kan namelijk
verweken, terwijl vaster gepakt materiaal kan afkalven (bressen). Vaak komt verweken en bressen gecombineerd voor en spreekt men van zettingsvloeiing. Zettingsvloeiing kan leiden tot
een inscharing van het voorland tot vlakbij of
zelfs voorbij de dijk zelf. Hoe steiler het oevertalud hoe groter de inscharingslengte kan worden.
Bij een grote inscharingslengte en een relatief
kort voorland kan de dijk dus meevloeien met
het voorland.
De inscharingslengte is bij benadering omgekeerd evenredig met de korrelgrootte: hoe fijner
de korrel, hoe groter de inscharing.
naast kan ook schade optreden aan objecten die
na aanvulling van de winput zijn gerealiseerd.
Winputten Ohé en Laak
Aan de zuidkant van Ohé en Laak ligt de dijkvlak
langs drie voormalige grindputten uit in de jaren
zestig en zeventig, de Dilkens-, Teggerse en
Schroevendaalse plas. Tegenwoordig wordt er
geen materiaal meer gewonnen en worden de
plassen voornamelijk gebruikt voor waterrecreatie en als natuurgebied. Het was niet bekend of,
zettingsvloeiing
De kans dat een waterkering doorbreekt als gevolg van zettingsvloeiing wordt bepaald door:
P (bezwijken door ZV) = P1 x P2 x P3
Situatie Waterschap Roer en Overmaas
In het grootste deel van Nederland bestaat de
bodem in winputten uit zand. In het beheergebied van waterschap Roer en Overmaas vormen
grindpakketten echter de hoofdgrondsoort. In
tegenstelling tot fijne zandafzettingen is grind
weinig gevoelig voor zettingsvloeiing
Bij winputten is er echter een nadeel: het is goed
mogelijk dat tijdens of na het winnen materiaal
is teruggestort. Dit materiaal bestaat in veel gevallen uit de deklaag die lokaal is afgegraven om
bij het zand en grind te komen, (afgezeefd) fijn
zandig/siltig materiaal dat niet of minder rendabel was om te verhandelen en gemorste materialen tijdens de winning.
Dit fijnkorrelig materiaal heeft zich langzaam afgezet, is daardoor los gepakt en kan daarom verwekingsgevoelig zijn. Mocht dit materiaal verweken, dan kan dit een erosiestroom veroorzaken en daarmee wellicht alsnog leiden tot een
inscharing tot aan of voorbij de dijk zelf. Daar-
met:
P1 (trigger) Kans op optreden van een inleidend mechanisme (trilling, erosie, plotselinge waterstandsdaling). Deze kans wordt vaak als groot gezien,
en als 1,0 aangenomen
P2 (zettingsvloeiing)
Kans op optreden van zettingsvloeiing (ZV) gegeven een inleidend mechanisme
P3 (inscharing) Kans dat een inscharing tot aan de dijk reikt
gegeven een zettingsvloeiing
De waterkering voldoet op zettingsvloeiing
wanneer de berekende faalkans kleiner is dan
de toelaatbare faalkans voor zettingsvloeiing.
De beoordeling is gedetailleerd beschreven in
Rijkswaterstaat (2012) 'Handreiking Toetsen
Voorland Zettingsvloeiing t.b.v. het beheerdersoordeel (BO) in de verlengde derde toetsronde',
25 oktober 2012.
waar, hoeveel en in welke samenstelling er materiaal is teruggestort. Gezien het product van de
winning (grind) kan er echter redelijkerwijs worden aangenomen dat eventueel teruggestort
materiaal fijnkorrelig en verwekingsgevoelig is.
De grote onbekenden waren de taludgeometrie
en de aanwezigheid en dikte van het teruggestorte materiaal.
Bodemscan
Om bodemonderzoek vanaf het water te beperken is geofysisch onderzoek uitgevoerd om het
teruggestorte materiaal op te sporen. Een gebiedsdekkend beeld van de taludgeometrie en
de bodemopbouw is verkregen door vanaf het
water geo-elektrische en akoestische metingen
uit te voeren.
Het voordeel van deze Wageo-techniek ten opzichte van conventioneel grondonderzoek, zoals
boringen, is tweeledig: de kosten zijn relatief
laag ten opzichte van boringen vanaf het water
en de ruimtelijke variatie en dikte van bepaalde
grondsoorten kan gebiedsdekkend in beeld
worden gebracht.
Uit de meetgegevens is de dikte en verspreiding
van de fijnkorrelige toplaag (lage elektrische
weerstanden) en het onderliggende natuurlijke
grove grindpakket (hoge elektrische weerstanden) duidelijk af te leiden.
Op de bodem en oevers van de voormalige winputten bleek overal een fijnkorrelige laag bovenop de diepere grindlagen aanwezig te zijn. De
dikte van dit pakket varieert tussen de 0,5 m in
het midden van de put en 3 m langs de oevers.
De maximale waterdiepte varieerde van circa
5 m (Teggerse en Schroevendaalse plas) tot 16 m
(Dilkensplas).
Beoordeling waterkeringsveiligheid
De beoordeling van de veiligheid ten aanzien
van zettingsvloeiing is kort toegelicht in het kader.
Om tot een beoordeling van het risico op zettingsvloeiing te komen, is aangenomen dat er altijd een gebeurtenis kan optreden die een zettingsvloeiing kan inleiden (P1 = 1,0).
Zoals reeds eerder is beschreven en met de Wageo-techniek is vastgesteld, is de toplaag fijnkorrelig. Gezien de verwachte sedimentatiewijze
ligt ook een losse pakking voor de hand. Als uitgangspunt is genomen dat bij een inleidend mechanisme altijd een zettingsvloeiing zal optre-
Gecombineerd geofysisch onderzoek met WAGEO
De Wageo-techniek bestaat uit akoestische metingen en geo-elektrische metingen. De akoestische
metingen (SES: sediment echo sounding) zijn bedoeld om de ligging van de waterbodem en eventuele
sliblagen te detecteren. In gunstige condities kunnen hier ook diepere laagscheidingen mee worden
gedetecteerd. De geo-elektrische metingen (ERT: electrical resistivity tomography) kunnen worden gebruikt om inzicht te krijgen in lokale bodemopbouw (hoofdgrondsoorten) en de aanwezigheid en dikte
van het teruggestorte materiaal.
De Wageo-techniek is bruikbaar voor een scan van laagdikten en ruimtelijke spreiding tot een diepte
van enkele tientallen meters. Door de geofysische data te kalibreren met boringen kan tevens inzicht
worden verkregen in de fysische eigenschappen van de grondlagen als gewicht, watergehalte, sterkte
of (gedetailleerde) korrelverdeling.
Momenteel wordt verkend of de Wageo-techniek meerwaarde kan bieden in andere vraagstukken
rondom waterveiligheid. Zo wordt de methode kansrijk geacht bij het beoordelen of kortsluiting tussen
boezems en eventuele watervoerende zandlagen een reëel risico is. Meer inzicht in het risico op kortsluiting zal leiden tot een meer realistische beoordeling van een waterkering op het onderdeel piping.
De techniek wordt in Duitsland al veelvuldig ingezet in het kader van onder andere rivierverruimingen
om inzicht te krijgen in de te baggeren materialen in verband met grondbalansen.
Mocht het fijnkorrelige materiaal gaan verweken
en vloeien, dan zal dit niet direct de waterkering
aantasten. De waterkering ligt immers op het
grindpakket, niet op de fijnkorrelige laag. De
vloeiing van het fijnkorrelige materiaal kan, bij
steile taluds, echter wel een (bres)vloeiing in het
grind initiëren. Daarom is uitgegaan van de situatie waarin het volledige fijnkorrelige materiaal
is weggevloeid.
Het te beoordelen restprofiel bestaat uit het winningsprofiel van het grind, zoals dat is bepaald
op basis van de Wageo-metingen.
De inscharingslengte is met name afhankelijk
van de fijnere korrels (bijvoorbeeld de D10) van
het materiaal waarin de inscharing optreedt, in
dit geval dus van het grindpakket waaruit het
restprofiel is opgebouwd.
De rekenregels aan de hand waarvan de inscharingslengte kan worden bepaald, zijn gebaseerd
op waargenomen zettingsvloeiingen in de zuidwestelijke delta van Nederland (Zeeland) in uniform zand met een D10 van circa 130 µm. Uitgaande van deze korrelgrootte zou de inscharing dermate groot zijn dat de waterkering
wordt aangetast.
Uit archiefonderzoek bleek echter dat de gemiddelde D10-waarde van het grind tussen de 500
en 900 µm ligt. Uit conservatief oogpunt is de
laagste waarde genomen. Op basis van deze
waarde is de kans op een diepe inscharing zeer
gering en voldoet de dijk ruimschoots aan de eisen die zijn gesteld aan het toelaatbare veiligheidsrisico.
Afweging
De bodemopbouw in en op de oevers van (voormalige) zandwinputten kan lokaal sterk afwijken
van de natuurlijk aanwezige grondlagen. Aangebracht materiaal kan leiden tot een verhoogd
veiligheidsrisico dan men op basis van het natuurlijke materiaal (veelal grind en grof zand)
zou verwachten.
Gegevens over de ruimtelijke variatie in de bodemopbouw ontbreken vaak. Het toepassen van
de Wageo-techniek heeft het mogelijk gemaakt
om op kostenefficiënte manier een gebiedsdekkend beeld te krijgen van de lokale bodemopbouw.
Door deze data te combineren met de geologische achtergrond van het gebied en een stapsgewijze benadering van de beoordeling is aangetoond dat de waterkering ondanks de aanwezigheid van mogelijk verwekingsgevoelige lagen
ruimschoots voldoet op zettingsvloeiing.
Gert-Ruben van Goor is adviseur Waterbouw bij
Fugro GeoServices, Bas Berbee is projectleider Waterbouw bij Fugro GeoServices en Yvonne van
Kruchten-Cuijpers is projectleider/adviseur Waterkeringen bij Waterschap Roer en Overmaas.
Land+Water nr. 10 - oktober 2014
27