Beoordeling hulpmethoden bepaling potentiële kwelwegen - Algemene aandachtspunten bij de toetsing en het ontwerp op piping en heave

Beoordeling hulpmethoden bepaling potentiële kwelwegen

De in dit hoofdstuk gepresenteerde methoden zijn grofweg onder te brengen in drie categorieën:

1 Archiefonderzoek en ervaringswaarden (database kunstwerken en verwachte levensduur);

2 Methoden waarbij geen gebruik wordt gemaakt van grondwaterstroming en –druk: de aanwezigheid en dimensies van kwelschermen en aanwezigheid van lekken worden direct bepaald. Met deze methoden wordt getracht een “afbeelding” van de constructie onder de grond te maken;

3 Methoden waarbij wel gebruik wordt gemaakt van grondwaterstroming en –druk, door het meten van stijghoogten of het meten van stroming.

7

8 In de volgende drie paragrafen worden deze groepen van methoden met betrekking tot de volgende toepassingen beoordeeld:

• bepaling aanwezigheid kwelschermen;
• bepaling dimensies kwelschermen;
• detectie (geconcentreerde) lekken in kwelschermen.

Bepaling aanwezigheid kwelschermen

Met betrekking tot detectie van de aanwezigheid van kwelschermen zijn de meetmethoden waarmee een “afbeelding” van het deel van de constructie onder de grond (categorie 2) het meest geschikt, in het bijzonder grondradar via boorgaten en seismiek via boorgaten. Dit geldt voor detectie van zowel houten, stalen als betonnen kwelschermen. Toepassing van radar in klei en zand is slecht. Seismische metingen hebben als voordeel dat zij ook via een sondering met seismische conus uitgevoerd worden, waardoor boringen niet noodzakelijk zijn. Bovendien is deze methode geschikt voor alle typen grond. De nauwkeurigheid is echter vrijwel altijd minder groot dan radar.

Met methoden waarbij van grondwaterstroming en –druk gebruik wordt gemaakt (categorie 3) is plaatsbepaling minder goed mogelijk. De werking van kwelschermen kan met stijghoogtemetingen echter wel goed bepaald worden. Slecht aansluitende kwelschermen worden niet gedetecteerd, maar het effect daarvan is hetzelfde als geen scherm.

Bepaling dimensies kwelschermen

Als de plaats van het kwelscherm bekend is lijkt voor de bepaling van de lengte van kwelschermen van staal of gewapend beton de magnetometersondering een snelle, goedkope en voldoende nauwkeurige methode. In geval van houten kwelschermen is boorgatradar een alternatief, maar niet erg nauwkeurig. Een andere mogelijkheid is het aantonen van het kwelscherm door een normale sondering onder een hoek uit te voeren.

Detectie (geconcentreerde) lekken in kwelschermen

Alleen de methoden waarbij gebruik wordt gemaakt van grondwaterstroming- of druk zijn voor het detecteren van lekken geschikt, dat wil zeggen, er kan pas iets gemeten worden als er sprake is van lekkage. Zoals later in deze paragraaf verder zal worden toegelicht, kan een gat van geringe omvang reeds leiden tot aanzienlijke lekkage. Voor detectie van dergelijke gaten zijn methoden waarbij een “afbeelding” van de kwelschermen wordt gemaakt te onnauwkeurig. Meetmethoden als grondradar en seismiek vallen dus af.

Van de methoden die overblijven, lijken stijghoogtemetingen (met peilbuizen of waterspanningsmeters) en de SP-methode de meest kansrijke te zijn.

In het kader van SBW Piping Kunstwerken is met behulp van 3D-grondwater-stromingsmodellering onderzoek gedaan naar de invloed van lekken van verschillende vorm op het verticale uittredeverhang en de stroomsnelheid in de omgeving van het lek. De resultaten zijn gerapporteerd in [Hartman & Veenbergen, 2009]. In deze gevoeligheidsanalyse is uitgegaan van een kunstwerk bestaande uit één damwand (zoals in Figuur 6.4). Er zijn variatieberekeningen uitgevoerd met een verhang over de damwand dat volgens het criterium van Lane kritisch is (uitsluitend verticale kwelweg). Vervolgens is voor een aantal typen gat in het kwelscherm de invloed op de stijghoogte en stroomsnelheid in de omgeving rondom het gat onderzocht. Voor de keuze van het type gat is gekeken naar wat voor historische kunstwerken het meest relevant wordt geacht:

- Gat van 0,25x0,25 m direct onder de sluisbodem; dit geeft de situatie weer dat de aansluiting tussen kwelscherm en sluisbodem verrot is over de breedte van 1 plank.

- Gat van 0,25x0,25 m 1 m onder de sluisbodem; het is niet zeker of een relatief groot gat redelijkerwijs voor kan komen op diepte. Omdat niet te controleren is of een dergelijk gat aanwezig is met bestaande technieken is het van belang om te bepalen of een dergelijk gat gelokaliseerd kan worden;

- Spleet van 0,25 m breed over de volle hoogte van het scherm. Door aantasting of kromtrekken van het hout kan het voorkomen dat de planken van het kwelscherm niet meer op elkaar aansluiten. Deze situatie is gemodelleerd door een verticale spleet.

Voor beide typen gat blijkt het verticale verhang zeer sterk beïnvloed te worden door de aanwezigheid van het gat. Zoals reeds in hoofdstuk 5 uiteen is gezet heeft geconcentreerde stroming door een lek geen negatieve invloed op de stabiliteit van het kwelscherm ten gevolge van heave, omdat het gemiddelde verhang over het gehele kwelscherm juist afneemt. Dus een gat zou alleen voor (verticale) piping relevant kunnen zijn. Er bestaan thans geen robuuste rekenmethoden waarmee bepaald kan worden of geconcentreerde stroming door een gat tot uitspoeling van zand kan leiden. In geval van een gat bovenin het kwelscherm (dat een grotere kans van optreden heeft dan een gat dieper in het kwelscherm) zou de rekenregel van Sellmeijer gebruikt kunnen worden, mits deze geïmplementeerd is in een driedimensionaal grondwaterstromingsmodel. Thans bestaat echter alleen een koppeling met het tweedimensionale MSeep.

Verder blijkt uit de gevoeligheidsanalyse dat het invloedsgebied zowel wat betreft het uittredeverhang als de stroomsnelheid zeer beperkt is. Zowel vlak naast als onder het gat is de afwijking van het uittredeverhang en stroomsnelheid nog maar zeer gering. Dit betekent dat een gat alleen waargenomen zou kunnen worden als in alle richtingen langs het kwelscherm een zeer dicht meetnet van stijghoogte of stroomsnelheid toegepast zou worden.

Dit is praktisch niet uitvoerbaar. Bijvoorbeeld: peilbuizen zouden geplaatst moeten worden met een hart-op-hart afstand van 20 cm.

SP-methoden lijken voor de toekomst de meest bruikbare optie voor een voldoende nauwkeurige detectie. Indien gebruik gemaakt wordt van zogenaamde kettingsensoren geplaatst in peilbuizen kan bovendien informatie worden verkregen over de diepte van een lekkage. Met stijghoogtemetingen is dit bijna niet mogelijk. SP-methoden en de toepassing daarvan zijn echter nog in een ontwikkelingsstadium.

Samenvatting

Tabel 6.2 geeft een samenvatting van beschikbare onderzoekmethoden. Daarin is in de vierde kolom een inschatting van de kosten gegeven. Die zijn uiteraard sterk afhankelijk van de omvang van het kunstwerk; voor een ‘eenvoudig’ kunstwerk wordt gehanteerd:

1 = ordegrootte tot € 1000

2 = ordegrootte € 1000 - € 5000

3 = ordegrootte € 5000 - € 10.000 4 = ordegrootte meer dan € 10.000

Tabel 6.2 Overzicht toepasbaarheid meetmethoden in toetsing