Geofysisch onderzoek - Grondmechanische en geohydrologische aspecten

Geofysisch onderzoek

Inleiding

Deze paragraaf bevat algemene informatie betreffende verschillende geofysische technieken op het land ten behoeve van het vaststellen van de bodemopbouw. Naast het nondestructief vaststellen van de bodemopbouw kunnen geofysische metingen ook gebruikt worden voor de detectie van kabels, leidingen en obstakels.

De gegevens per techniek zijn samengevat in tabel 4.4.4. (Ref. Inventarisatie van technieken voor en RWS-ervaringen bij het vervaardigen van een digitaal terreinmodel in een rivierengebied). Sommige niet relevante technieken zijn in de tabel volledigheidshalve wel genoemd zonder verdere gegevens met de vermelding ‘niet relevant’ in de kolom ‘geschiktheid onderzoek waterkeringen’.

Algemeen

Het doel van geofysische metingen is de interpolatie tussen boringen en sonderingen te ondersteunen en zodoende het aantal boringen en sonderingen benodigd voor het vaststellen van een geologisch model te verminderen.

De resultaten, verkregen door middel van geofysische technieken bestaan uit profielen en /of contourkaarten, welke verkregen zijn door interpretatie van de meetgegevens. Voor een betrouwbare interpretatie van het resultaat van geofysische metingen zijn altijd calibratieboringen nodig. Voor een precieze dieptebepaling van de laagovergangen op centimeterniveau vormt de geofysica geen oplossing.

Het resultaat van geofysische technieken wordt zeer sterk bepaald door de bodemgesteldheid. De bodemgesteldheid legt beperkingen op aan de toepasbaarheid van de methoden. Bij het toepassen van geo-elektrische en elektromagnetische methoden moet men rekening houden met equivalentie. Dit betekent dat verschillende geologische modellen eenzelfde meetresultaat kunnen geven.

De verticale nauwkeurigheid van resultaat van de metingen wordt, behalve door de verticale nauwkeurigheid van het plaatsbepalingssysteem ook bepaald door de nauwkeurigheid waarmee bepaalde parameters ingeschat of bepaald zijn. Parameters, die gebruikt worden bij de interpretatie zijn:

• de geluidssnelheid in sediment (seismiek);
• de elektrische weerstand van de aanwezige grondlagen (geo-elektrisch meten);
• de snelheid van elektromagnetische golven (grondradar).

Alle seismische en geo-elektrische methoden op het land zijn bewerkelijk en dus duur. Bij deze methoden moeten kabels uitgelegd worden en geofoons of elektroden in de grond gebracht worden. Seismische refractie is, tot nu toe, slecht toepasbaar in het ondiepe bereik. Verder is het met Seismische refractie onmogelijk een laag met een lagere geluidssnelheid dan de bovengelegen laag te detecteren (hidden layer).

Een gedetailleerde beschrijving van de instrumentaria en het praktisch gebruik hiervan kan gevonden worden in CUR 162 (Ref. Construeren met grond; § 4.3.1).

Tabel 4.4.4 Geofysische technieken op land

Verklaring kolommen tabel 4.4.4.

• ‘Methode’, in deze kolom wordt de beschouwde techniek vermeld;
• ‘Parameter’, in deze kolom wordt vermeld wat er gemeten of zichtbaar wordt gemaakt;
• ‘Resolutie’, in deze kolom wordt het oplossend vermogen en de minimaal detecteerbare laagdikte weergegeven;
• ‘Dieptebereik’, in deze kolom wordt het dieptebereik ten opzichte van het maaiveld weergegeven;
• ‘Resultaat’, in deze kolom wordt de vorm van het eindproduct weergegeven. Dit is bij alle geofysische meetmethoden een geïnterpreteerde contourkaart of geïnterpreteerd verticaal profiel;
• ‘Doorlooptijd’, in deze kolom wordt de tijd weergegeven die nodig is voor de interpretatie van de gegevens van 1 dag opnemen. De verhouding opnametijd/verwerkingstijd wordt gunstiger naarmate de op name langer duurt, daar een aantal basishandelingen gelijk blijft ongeacht de grootte van de opname;
• ‘Beperking’, in deze kolom worden de beperkingen van de beschouwde methode vermeld:
  - Bodemgesteldheid;
  - Equivalentie;
  - Diepte;
  - Externe factoren als aanwezigheid van hoogspanningsleidingen, damwanden etc.
• ‘Status’, deze kolom geeft aan in welke fase van ontwikkeling de beschouwde methode zich bevind;
• ‘Geschiktheid onderzoek waterkeringen’, deze kolom geeft aan in welke mate de beschouwde methode toepasbaar is bij het bepalen van een geologisch model ten behoeve van het ontwerp van een waterkering.

Toepassing in het veld

Geofysische metingen worden bij waterkeringen meestal in lengterichting uitgevoerd. Als er sprake is van een nieuwe dijk, verdient het aanbeveling metingen uit te voeren in het tracé van de nieuwe dijk in minstens twee lengteraaien: één langs de buitenteen en één langs de binnenteen. Bij voorkeur dient ook in een lengteraai op 15 à 20 m afstand van de binnenteen gemeten te worden.

Bij een bestaande dijk, als die in de nieuwe dijk wordt opgenomen, is geofysisch onderzoek in een lengteraai op zo kort mogelijke afstand van de binnenteen nodig. Meten in de kruin van de dijk is in het algemeen niet zinvol, omdat de meetresultaten te veel verstoord worden door leidingen en kabels in de grond en de hogere ligging van de dijk ten opzichte van de omgeving, waardoor het tweedimensionale meetresultaat niet representatief is. Het inzicht in de bodemopbouw kan worden uitgebreid door ook dwars op de dijk te meten. Dit laatste wordt vaak achterwege gelaten. Verder is een bruikbare toepassing van geofysische metingen afhankelijk van de volgende aspecten:

• In een gebied met brak of zout grondwater worden de absolute waarde en de verschillen in elektrische weerstand kleiner; de interpretatie van meetgegevens vraagt dan meer aandacht en vakkennis. Met de toename van het zoutgehalte in het grondwater neemt de specifieke weerstand af. Opgemerkt wordt dat in brakke of zoute omstandigheden de methode dan ook niet altijd bruikbaar is.
• Bij een sterke gelaagdheid of indien de belangrijkste weinig draagkrachtige- en sterk samendrukbare lagen ver beneden het maaiveld liggen, zijn de geofysische metingen minder geschikt.
• De geo-elektrische meting heeft een zeker ruimtebeslag nodig. Hierdoor kan de methode in de regel niet op de kruin van een dijk worden uitgevoerd en wordt de meting beïnvloed door sloten en bebouwingen.

Voor een goede interpretatie van geofysische metingen zijn ook boringen en sonderingen nodig. Voor een nadere beschrijving van de toepassingsmogelijkheden en beperkingen van geofysische meettechnieken wordt verwezen naar de literatuur, onder andere CUR-publicatie 182 (Ref. Geofysische technieken voor grondonderzoek) en (Ref.) Applied Geophysics, code of practice).

Figuur 4.4.1 geeft een voorbeeld van een geo-elektrische trenchmeting, waarbij per meetlocatie met drie verschillende elektrode-afstanden is gemeten. Hiermee wordt geïllustreerd hoe de bodemopbouw tot uitdrukking komt door het weerstandprofiel.

Figuur 4.4.1 Voorbeeld van geo-elektrische profilering