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

Meting van grondwaterstanden en -stijghoogten

Metingen van grondwaterstanden en –stijghoogten kunnen worden uitgevoerd door middel van peilbuizen en waterspanningsmeters, te plaatsen in een boorgat of sondeergat. De waarnemingen kunnen handmatig dan wel continu, door middel van drukopnemers, worden uitgevoerd. Moeilijkheid is het bepalen van representatieve locaties voor de peilbuizen of waterspanningsmeters. Waterspanningsmeters hebben in het algemeen een beperkte levensduur. Ten opzichte van peilbuizen hebben waterspanningsmeters het voordeel dat de grondwaterdruk direct gemeten kan worden. De respons op snelle waterstandfluctuaties kan dus beter gemeten worden. Dit kan bijvoorbeeld van belang zijn bij sluizen in het getijdegebied.

Informatie over het uittredeverhang kan worden verzameld door stijghoogtemetingen bij verschillende buitenwaterstanden. Bij aanwezigheid van een Holocene deklaag is de stijghoogte direct onder het Holocene pakket daarbij maatgevend. Er dient uiteraard een extrapolatie naar MHW te worden uitgevoerd. Voorwaarde is dan wel dat er een bepaald verval over de kering aanwezig zijn, hoogwater worden afgewacht of kunstmatig een verval kunnen worden aangebracht. In geval van een schutsluis met een groene kolk (geen bodem) kan over zowel het binnen- als buitenhoofd een verval worden gecreëerd door de kolk vol te laten lopen. Een andere mogelijkheid is het uitvoeren van een pompproef, waarbij aan één zijde van het kunstwerk grondwater wordt onttrokken of juist geïnjecteerd. Een pompproef, waarbij grondwater ontrokken wordt, zal zeker waar bebouwing aanwezig is echter de nodige risico’s met zich mee brengen door een dalende grondwaterstand in de omgeving van de onttrekkingsputten (voorbeeld N-Z-lijn Amsterdam).

Daarnaast is informatie over het stijghoogte- of grondwaterstandverloop langs en onder het kunstwerk van belang, eveneens bij verschillende buitenwaterstanden.

De invloed van een slecht aansluitend kwelscherm of een lek in het kwelscherm op het verloop van de stijghoogte wordt aangegeven in Figuur 6.4. Indien het scherm niet aansluit op de constructie wordt deze met een stijghoogtemeting meestal niet waargenomen. Of er nu geen scherm aanwezig is of dat het scherm dat aanwezig is niet meer functioneert, leidt tot dezelfde conclusie.

Figuur 6.4 Peilbuizen aan weerszijden van een niet goed aansluitende kwelscherm (boven) en goed aansluitend kwelscherm (onder)

De bepaling van de dimensies van het kwelscherm is met deze methode niet mogelijk. Ook over het aantal kwelschermen en hun locatie, indien alleen aan weerszijden van het kunstwerk stijghoogten gemeten kunnen worden, kan niets gezegd worden.

Het verdient aanbeveling om het aantal en de locaties van meetpunten te laten afhangen van het eerder beschreven veldonderzoek. Om het gevaar voor piping te beoordelen is namelijk de situatie ter plaatse of nabij de in- en uittredepunten maatgevend. Onder uittredepunt wordt hier tevens verstaan een potentieel uittredepunt als gevolg van heave.

Locaties voor het plaatsen van peilbuizen en waterspanningsmeters kunnen tijdens het veldonderzoek worden bepaald aan de hand van de kritieke lekwegen. Uitvoering geschiedt conform de voorschriften in combinatie met het uitvoeren van boringen of sonderingen. Peilbuizen, geplaatst in boringen, hebben in het algemeen een langere levensduur dan waterspanningsmetingen. Met het oog op de noodzaak tot extrapolatie bij MHW wordt aanbevolen om meetcampagnes – naast de periodieke metingen – uit te voeren rondom extreme hoog- en laagwaterperioden. De peilbuizen moeten worden gewaterpast. Het uitvoeren van metingen is betrekkelijk goedkoop.

Opgemerkt wordt dat in de meeste gevallen – voor interpretatie – een extrapolatie naar MHW noodzakelijk is. Die extrapolatie is niet altijd eenvoudig. Er moet rekening mee worden gehouden dat kritieke kwelwegen bestaan waar ten tijde van de toetsing geen grondwaterstroming optreedt.

Camerasonde

Een speciale visuele methode is de camerasonde. Deze bestaat uit een geminiaturiseerde camera, die is ingebouwd in een sondeer-equipment. Hiermee kan – tijdens het sonderen – de doorboorde laag worden gezien. Zaken die met de camerasonde kunnen worden aangetoond of geïnspecteerd zijn ondergrondse funderingselementen en kwelschermen en ook ontgrondingen onder een kunstwerk. Zo nodig kan onder een hoek worden gesondeerd, maar voor het aantonen van een ontgronding onder een kunstwerk moet wel eerst een boring door de vloer van het kunstwerk worden gemaakt.

Deze methode is kostbaar en slechts onder specifieke omstandigheden gewettigd.

Tracermethoden

Door aan de bovenstroomse zijde van een kunstwerk een tracer toe te passen en de verblijftijd naar het uittredepunt te meten kan een verblijftijd van het grondwater onder het kunstwerk worden bepaald. Tracers die kunnen worden toegepast zijn: kleurstoffen, radio-actieve tracers, chemische tracers, w.o. zout en temperatuur

Met tracerproeven kan een gemiddelde stroomsnelheid worden bepaald, rekening houdend met de porositeit van het doorstroomde materiaal.

Kleurstoffen kunnen in principe eenvoudig en milieuvriendelijk worden toegepast, maar kunnen leiden tot klachten. Daarom zijn zij weinig populair; ditzelfde geldt voor chemische en zeker voor radio-actieve tracers, waarbij de laatste aan strenge vergunningseisen moeten voldoen.

Temperatuur als tracer kan worden toegepast door verwarmd water buitendijks te injecteren en de verblijftijd daarvan te monitoren door middel van temperatuurgevoelige opnemers.

Ook bij het plannen van eventuele tracerproeven wordt aanbevolen om dit te doen aan de hand van de eerder beschreven resultaten van het veldonderzoek. Het injecteren van tracers dient zo dicht mogelijk bij een potentieel intredepunt te gebeuren. De tracer zal naar waarschijnlijkheid ter plaatse van een geïdentificeerd uittredepunt weer te voorschijn komen. In geval van potentieel optreden van heave heeft een tracertest minder zin.

Het uitvoeren van tracertesten is momenteel weinig toegepast en mede daardoor kostbaar. Bij het ontwerpen van tracertesten moet rekening worden gehouden met de voorwaarde dat de tracer moet worden geïnjecteerd in de – bij MHW - kritieke stroombaan of dat tenminste kan worden geëxtrapoleerd naar de MHW situatie. Het toepassen van kleurstof als tracer lijkt het meest voor de hand te liggen.

Geofysische methoden

Door middel van geofysische methoden kan op een indirecte wijze informatie over de grond en/of het grondwater worden verkregen.

Geo-elektrisch meten:

De meest bekende geofysische methode is geo-elektrisch meten, waarbij – vanaf maaiveld – de elektrische weerstand van grond en grondwater worden vastgesteld. Deze methode is met name geschikt om lekkages in sterk (elektriciteit) isolerende constructies, zoals folies, te meten. Wanneer sterk geleidende materialen in het meetgebied voorkomen of wanneer sterk wisselende elektrische velden voorkomen, zoals elektriciteitskabels, hoogspanningskabels, trein- of tramsporen, worden de metingen eveneens zodanig beïnvloed dat zij interpretatie onmogelijk maken. Geo-elektrische methoden zijn dan niet bruikbaar.

Spontane potentiaal (SP) methode:

Een andere meetmethode is de Spontane Potentiaal-methode (SP-metingen). Als gevolg van grondwaterstroming ontstaat enige polarisatie (in de orde van mV), omdat er een klein verschil bestaat in de omvang van positieve en negatieve elektronen. Door aan de oppervlakte de verdeling van dit potentiaalveld te meten, kan onderscheid worden gemaakt tussen stroomsnelheden van het grondwater. Het verschijnsel kan worden versterkt door het toedienen van een instantane ‘stroomstoot’, hierdoor wordt het oplossend vermogen sterk verbeterd. Door stroom- en nulelektrode te wisselen en door op verschillende diepten deze elektroden aan te brengen kan het stromingsbeeld nog worden verbeterd. Met de huidige kennis van zaken is slechts een kwalitatieve en geen kwantitatieve interpretatie mogelijk. Het verdient aanbeveling om nader de toepassingsmogelijkheid van SP-metingen te onderzoeken. Recente ontwikkelingen laten zien dat met de methode in een boorgat zeer nauwkeurig zowel verticale als horizontale stromingen gemeten kunnen worden.

Toepassing van SP-methoden is relatief kostbaar. Een voorbeeld van een toepassing van de methode is gegeven in [Knoops & Wolfs, 2005].

Radar:

Radarmethoden zijn gebaseerd op het uitzenden en ontvangen van elektromagnetische radiogolven. Uit het teruggekaatste signaal is informatie af te leiden over bijvoorbeeld de opbouw van de bodem of in de bodem aanwezige constructies. Radarmethoden zijn bruikbaar voor de bepaling van de aanwezigheid en dimensies van kwelschermen. De geschiktheid hangt in belangrijke mate af van het verschil in geleidbaarheid tussen de ondergrond en de te detecteren constructieonderdelen. Hogere frequenties vergroten de nauwkeurigheid, maar dempen met toenemende afstand (bijvoorbeeld diepte) ook eerder uit. De methode is onder meer toegepast bij de historische schutsluis te Hasselt dat in het kader van SBW Piping Kunstwerken is onderzocht [Veenbergen, 2009] en bij de schutsluis bij De Blocq van Kuffeler, nabij Almere [Boer, 2005].

Oppervlakteradar is de meest eenvoudige methode en kan snel inzicht geven in de aanwezigheid van kwelschermen. De nauwkeurigheid neemt echter snel af met de diepte waardoor de methode niet geschikt is voor de bepaling van de lengte van de kwelschermen. Bij grondradar worden zender en ontvanger via een boorgat in de grond gelaten, waardoor tot veel grotere diepte nauwkeurig gemeten kan worden.

De toepassing van grondradar is slechts in een beperkt aantal specifieke gevallen mogelijk. De methode is vrij kostbaar en vereist specifieke deskundigheid voor interpretatie. Door het voorkomen van zout water, klei en veen wordt de nauwkeurigheid en interpreteerbaarheid van de meetresultaten nadelig beïnvloed.

Seismiek:

Deze methode is gebaseerd op akoestische signalen die gereflecteerd worden op discontinuïteiten in de ondergrond. Dit kunnen laagscheidingen zijn of de overgang van grond en constructieonderdelen. Seismische metingen kunnen in een boorgat worden uitgevoerd of via een sondering met een seismische conus.

Magnetometermeting:

Toepassing van deze methode, die met een sondering met magnetoconus wordt uitgevoerd, is alleen toepasbaar voor de detectie van damwanden van staal of gewapend beton. Daarvoor moet de sondering vlak naast het kwelscherm worden uitgevoerd.