Hulpmiddelen bij bepaling potentiële kwelwegen (kwelschermen) vervolg - Algemene aandachtspunten bij de toetsing en het ontwerp op piping en heave

Inschatting onderhoudsstaat en actuele sterkte van kwelschermen

Een inschatting van de toestand of sterkte van kwelschermen onder een kunstwerk kan gemaakt worden op basis van kennis en ervaring van kwaliteitsafname (of levensduur) van de verschillende bouwmaterialen en onderdelen uit de tijd dat het kunstwerk gebouwd is, in relatie tot bepaalde omgevingsfactoren.

Kwelschermen kunnen van hout, beton of staal zijn (zie vorige paragraaf). Wat betreft de te verwachten onderhoudsstaat is navolgend gebruik gemaakt van het reeds in de vorige paragraaf genoemde STOWA rapport en het onderzoek van [Arends, 2004].

Gemiddelde dikte van houten planken in kwelschermen varieert van 4 tot 25 cm, met een gemiddelde van 9 cm.

De theoretische restlevensduur van hout is ca. 25 jaar, van hardhout ca. 40 jaar en van hout onder water is dit meer dan 100 jaar. Deze waarden gelden onder normale omstandigheden zonder invloeden van buitenaf.

Hout kan aangetast zijn door schimmels, bacteriën en insecten.

Schimmelaantasting (softrot) vindt alleen boven water plaats. Een cumulatieve droogstand van 10 a 20 jaar zorgt voor ernstige aantasting, waarbij het rottingsproces versneld wordt door een hoge concentratie zuurstof, hogere temperatuur en aanwezigheid van organische stikstof. Een hoog zoutgehalte werkt schimmelremmend.

Aantasting door bacteriën vindt plaats in spinthout, waardoor met name grenenhout gevoelig is. Aantasting door dit proces gaat circa 10 tot 25 keer langzamer dan aantasting door schimmels. Bij zuurstoftekort stopt het proces. Het proces gaat sneller indien als het hout zich

96 van 345

in een zandgrond bevindt of als er grondwaterstroming langs het hout plaatsvindt (hetgeen waarschijnlijk met elkaar samenhangt en beide de nutriëntentoevoer bevordert).

Een insect dat hout (alle soorten) aantast is (hei)paalkever. In een zout milieu kunnen gribbel (een kreeftachtige) en paalworm voorkomen. Deze twee beestjes kunnen in ca. 10 jaar tot volledige afbraak van houten planken tot leiden.

Gemiddelde dikte van betonnen planken in kwelschermen varieert van 10 tot 25 cm, met een gemiddelde van 18 cm.

Betonnen schermen komen in de VNK database slechts 9 keer voor. Voor beton kan een restlevensduur van ca. 80 jaar worden aangehouden.

Voor de onderhoudstaat kan verder vrijwel alleen worden afgegaan op visuele waarnemingen.

Stalen kwelschermen worden sinds 1900 toegepast.

Aantasting van staal hangt af van de mate van bescherming en het milieu waarin ze staan en kan plaatsvinden door uniforme corrosie, erosie corrosie, zwerfstroom corrosie en microbiologische corrosie. Tabel 6.1 geeft een indicatie van de aantasting van damwanden in zoet en zout water volgens CUR 166 (waarin verwezen wordt naar Eurocode 3 deel 5) [CUR, 2008].

Tabel 6.1 Aantasting (mm) van damwanden in zoet en zout water per blootgestelde zijde, volgens CUR 166 (waarin verwezen wordt naar Eurocode 3 deel 5). In water met getijdebeweging treden de hoogste corrosiesnelheden op ter hoogte van de spatzone en de laag water zone. De getallen voor 5 en 25 jaar zijn gebaseerd op metingen. De overige waarden zijn geëxtrapoleerd.

In de atmosferische zone worden in CUR 166 (waarin verwezen wordt naar Eurocode 3 deel

1. voor het dikteverlies de volgende waarden gegeven:

   • normale atmosferische condities: 0,01 mm/jaar

   • mariene omstandigheden (nabij de zee): 0,02 mm/jaar

Visueel onderzoek

Visueel onderzoek bestaat uit onderzoek aan maaiveld. Door middel van waterpassingen en visuele inspectie aan maaiveld kan de situatie van het kunstwerk worden vergeleken met eerdere inspectieronden en kunnen zowel potentiële intrede- als uittredepunten worden onderkend. Indien tussen twee inspectiemomenten (extreem) hoog water is opgetreden dient extra aandacht te worden besteed aan eventuele erosieverschijnselen die kunnen zijn opgetreden, zowel ter plaatse van de buitenberm, het buitentalud als eventueel aanwezige kwelsloten. Erosieverschijnselen kunnen wijzen op de het bestaan van lekwegen. Tevens kan

97 van 348

Afhankelijk van de samenhang van de grond en de eventueel op het maaiveld aanwezige verharding zal er geleidelijk of na verloop van tijd een plotselinge locale zetting kunnen optreden. Dit is een visueel waarneembare aanwijzing voor erosie onder het scherm door of lekkage van het scherm

Een periode met vorst is uitermate geschikt om een beeld te krijgen van kwel. Kwelintensiteit is af te leiden uit de mate waarin waterlopen dichtvriezen.

Visueel onderzoek kan eenvoudig worden uitgevoerd en is niet kostbaar. Voor een waterpassing is een inspectieteam van twee personen noodzakelijk. Een inspectie tijdens of kort na een periode met hoog water wordt aanbevolen. Bij de hier beschreven onderzoekmethode kunnen objecten onder water niet worden meegenomen, terwijl deze voor de beoordeling toch van belang zijn. In voorkomende gevallen kan de inspectie plaatsvinden vanaf een boot.

Visueel onderzoek onder water

Potentiële lekwegen kunnen hun in- en/of uittredepunt zowel boven de waterspiegel (maar beneden MHW) als permanent onder de waterspiegel hebben. Dit geldt voor de betonnen vloeren en wanden van duikers en sluizen, maar bv. ook voor stortebedden aan in- en uitstroomzijde, alsmede de taluds.

Door middel van multibeamapparatuur (echolood) kan de hoogteligging van alle onder de waterlijn gelegen elementen in kaart worden gebracht. Aan het meetsysteem kan plaatsbepalingapparatuur op basis van GPS of – indien hoge nauwkeurigheid wordt gewenst

– RTK GPS worden gekoppeld. Overige zaken die van invloed zijn op de meetnauwkeurigheid zijn onder meer: het voorkomen dat metingen onder het vaartuig worden uitgevoerd, de aanwezigheid van storende elementen zoals heftorens die de GPS- apparatuur kunnen beïnvloeden, bewegingen van het vaartuig al dan niet gecompenseerd met een motion sensor en de vaarsnelheid.

Figuur 6.3 Voorbeeld 3D bodemkaart (met ontgrondingen en aanzandingen) overzicht sluis met voorhavens

Door middel van een zogenaamde patch-test kan de kwaliteit van de metingen worden geborgd. Bij een patch-test wordt via een afwijkend patroon een herhalingsmeting uitgevoerd

98 van 345

waarvan de resultaten op de dubbel gemeten punten overeen moeten komen. De resultaten kunnen worden gepresenteerd in raaien of als 3D contourplots (zie Figuur 6.3) die aanwijzingen kunnen geven over de aanwezigheid van aanzandingen, uitspoelingen en anomalieën.

Mede afhankelijk van de resultaten van het multibeamonderzoek kan tevens een duikinspectie worden uitgevoerd. In Nederland bestaan uitgebreide voorschriften ten aanzien van veiligheid, keuring en certificering voor het werken onder water.

Een duikinspectie bestaat uit:

• het (steekproefsgewijs) controleren aan de hand van het ontwerp;

• het beoordelen van aanzandingen en ontgrondingen, mede op basis van de uitgevoerde bodemscan.

Desgewenst kan de duiker met behulp van een prikstaaf de laagdikte van zand, veen of slib bepalen, met een schuifmaat de afmetingen van stortsteen meten en, zo nodig, monstermateriaal uit de bodem nemen. Plaatsbepaling kan door middel van een dieptemeter en een GPS-systeem worden uitgevoerd. Met de GPS wordt de positie van een dobber bepaald die door de duiker tijdens zijn meting zo goed mogelijk vertikaal boven de meetlocatie wordt gehouden.

Uit ervaringen met duikinspecties blijkt dat de meeste aandacht moet worden besteed aan de overgangen tussen constructieonderdelen, zoals de aansluitingen van betonnen vloeren onderling en de aansluiting van het kunstwerk op een stortebed. Zo mogelijk moet dan ook de hele omtrek van het kunstwerk worden gecontroleerd. Ook houten constructieonderdelen zijn kwetsbaar. Door middel van indringingsmetingen en houtmonsteranalyse kunnen deze elementen worden beoordeeld.

In verhouding is onder waterinspectie kostbaar. Een duikteam bestaat uit tenminste drie hooggekwalificeerde personen en een vaartuig. De inspectiemogelijkheden worden mede bepaald door de constructie en door het doorzicht onder water.

Grondonderzoek

Grondonderzoek bij kunstwerken in verband met het toetsen op piping en heave is van belang voor het vaststellen van de grondsoort en voor het bepalen van de grofheid van het zand in de watervoerende laag.

Piping zal alleen optreden in zandlagen. In kleilagen wordt enerzijds niet een voldoende hoge snelheid van het grondwater bereikt en wordt anderzijds minder snel grond meegevoerd, vanwege de cohesie van klei. Als de klei niet goed aansluit aan het kunstwerk, kunnen in de holten naast het kunstwerk wel vrij grote stroomsnelheden ontstaan, wat tot erosie kan leiden.

Het grondonderzoek dient zeer lokaal naast het kunstwerk te worden uitgevoerd. Bij de bouw kan namelijk een grondverbetering zijn toegepast, of kan de bouwput aangevuld zijn met zand. Indien de ontwerp- of besteksgegevens beschikbaar zijn, kunnen deze mogelijk aanvullende informatie geven. Belangrijke gegevens daarbij zijn: dikte en volumegewicht van de deklaag, incl. de variatie daarin, waarbij ook de informatie ter plaatse van (de bodems) van sloten en kanalen van belang is; aanwezigheid en samenstelling van de aanwezige zandlagen, waarbij ten minste enkele zeefanalyses van de lagen juist onder de eventuele deklaag en onder en naast het kunstwerk van belang zijn. Deze informatie kan worden

99 van 348

Grondonderzoek wordt uitgevoerd door middel van sonderingen en boringen, volumegewichten en zeefanalyses worden in een grondmechanisch laboratorium bepaald.

De verkregen gegevens dienen eenmalig te worden vastgelegd en zijn dan ook voor latere toetsingen bruikbaar.

Indien het kunstwerk direct op klei aansluit, zijn uitsluitend korte kwelschermen nodig. De lengte van de kwelschermen (in de lengterichting van de dijk) is afhankelijk van de dimensies van het kunstwerk. Bij pijpleidingen wordt bijvoorbeeld een minimum maat van 1 m aangehouden. In de Leidraad Waterkerende Kunstwerken en Bijzondere Constructies [TAW, 1997] wordt aanbevolen de kwelschermen in zo'n situatie tenminste even breed te maken als de breedte van de bouwput. Deze kwelschermen hebben als functie het verhinderen dat een waterstroming kan ontstaan in eventuele holtes direct naast het kunstwerk. Van belang is dat de klei rond het kwelscherm goed aansluit. Als dit het geval is, is een verdere toets op piping niet nodig.

Indien geen kwelschermen aanwezig zijn en het kunstwerk op klei aansluit, dan is feitelijk geen beoordeling mogelijk. De beschikbare beoordelingsmethoden zijn uitsluitend gericht op piping in zandlagen. Er zal dan op andere wijze aangetoond moeten worden dat er geen kwelstroom onder of langs het kunstwerk optreedt of dat er geen uitspoeling van grond kan optreden. Als dit niet kan worden aangetoond, dan kan mogelijk micro-instabiliteit of erosie optreden. Maar in de regel zou dit bij een goede aansluiting op klei geen probleem vormen.