Waterspanningsmeting (bij par. 2.3.2) - Bijlage 3

Waterspanningsmeting (bij par. 2.3.2)

De grondwaterdrukken in diverse lagen worden, afhankelijk van de doorlatendheid van de betreffende laag en het tijdsbestek waarbinnen veranderingen van de grondwaterdruk optreden, gemeten met een open peilbuis of met behulp van een waterspanningsmeter.

Peilbuizen

Peilbuiswaarnemingen van stijghoogten in de zandondergrond en waterspanningsmetingen in slecht doorlatende grondlagen zijn een belangrijke bron van informatie voor inzicht in de grondwaterstroming bij dijken. Behalve voor rechtstreekse extrapolatie naar ontwerpomstandigheden kunnen de waarnemingen ook worden gebruikt om schematiseringen te ijken aan werkelijke omstandigheden, alvorens te extrapoleren naar ontwerpomstandigheden.

Een peilbuis bestaat uit een filter, dat in de betreffende grondlaag wordt geplaatst, opgelengd met buizen tot iets boven het maaiveld. Bij land dat mogelijk overstroomd, zoals uiterwaarden dienen de buizen te worden opgelengd tot boven de maximale waterstand, om verstoppingen en foute meetwaarden tijdens hoog water te voorkomen. Verder is het van groot belang om de peilbuizen regelmatig ten opzichte van NAP in te meten.

Doordat de buis boven open is, zal de waterspiegel in de buis zich instellen op een niveau dat overeenkomt met de stijghoogte (= druk) ϕ, van het grondwater rond het filter.

Indien de grondwaterdruk verandert, zal de hoogte van de waterspiegel in de peilbuis evenveel veranderen. Dit betekent dat er een zekere hoeveelheid water door het filter moet toe- of afstromen. Dat veroorzaakt vertraging en demping.

In een doorlatende grondslag (grind en zand) geeft de peilbuis reeds na redelijk korte tijd (enkele minuten tot enkele uren) de nieuwe stand aan. Bij een minder doorlatende grondslag (veen, klei) zou dit veel dagen en bij zeer ondoorlatende grond zelfs weken vergen. Een peilbuis is in slecht-doorlatende grond derhalve onbruikbaar.

Is de zogenaamde aanpassingstijd van een peilbuis te lang, dan dient gebruik gemaakt te worden van een waterspanningsmeter. Deze hebben een geringer waterverbruik. Dit is de hoeveelheid water die door het filter moet toe- of afstromen als functie van de verandering in de te registreren grondwaterdruk.

De peilbuizen zijn, naar de wijze van plaatsen, te onderscheiden in 2 groepen:

• peilbuizen, die in de grond worden weggedrukt;

• peilbuizen, die in een boorgat worden afgesteld.

  Aflezing kan geschieden:

• met de hand dat wil zeggen met een peilklokje of elektrisch peilklokje met meetlicht;

• Waterspanningsmeters

  een of andere vorm van automatische registratie (vlotterschrijver, niveauvolger, elektrische opnemer), soms op afstand. Hierbij wordt vaak de druk gemeten van lucht en water samen. Dit betekent dat om de waterstand te bepalen ook de luchtdruk zelf dient te worden opgemeten. De opnemer die de luchtdruk registreert dient zich op een plaats te bevinden die altijd droog blijft. Bij het inhangen van de drukmeter in de peilbuis, moet nauwkeurig de hoogte/diepte van de drukmeter bepaalt worden.

  Er zijn twee typen waterspanningsmeters:

• manometer waterspanningsmeter;

• Manometertype

  Elektrische waterspanningsmeters

  elektrische waterspanningsmeter.

  Een Bourdon waterspanningsmeter is niets anders dan een in de grond weggedrukte 3/4” peilbuis met filter, die aan de bovenkant afgesloten is en waarop een manometer is aangesloten. De buis is geheel met water gevuld (gesloten systeem). Teneinde dit te kunnen controleren bestaat het bovenste gedeelte van de buis uit een zogenaamd opzetstuk, waarin zich een peilglas bevindt (zie fig. 3.1).

  Nummers:

  1 en 2 = peilbuis met filter

  3 = opzetstuk

  4 = peilglas

  

  Figuur b3.1 Onderdelen van een Bourdon waterspanningsmeter

  Bovenin het opzetstuk is een vuldop aangebracht. De manometeraansluiting bevindt zich ter hoogte van de onderkant van het peilglas. De Bourdon manometer heeft meestal een bereik van -100 tot +50 kPa.

  Het bovenstaande impliceert, dat de stijghoogte van het water in de grondlaag waarin het filter zich bevindt, gelijk is aan het niveau van de manometer, vermeerderd met de aflezing.

  Zodra echter de waterstand in het opzetstuk lager is dan het niveau van de nanometer, gaat deze regel niet meer op en moet water worden bijgevuld. De aanpassingstijd van dit type waterspanningsmeter varieert van enkele uren in kleihoudend zand tot enkele dagen in de klei. Dit komt omdat de manometer toch nog betrekkelijk veel water gebruikt.

  De nauwkeurigheid van een goed geïnstalleerde en onderhouden Bourdon waterspanningsmeter kan in het algemeen circa 2 à 3 kPa (20 à 30 cm waterkolom) bedragen. Een voordeel ten aanzien van de controle op de juistheid van aflezing is dat het meetgedeelte zich boven de grond bevindt, zodat dit gemakkelijk vervangen kan worden. Als nadeel geldt de gevoeligheid voor temperatuurwisselingen en gasinsluitingen.

  Afhankelijk van de doorlatendheid van de samendrukbare lagen en het tempo van ophogen kan dit type waterspanningsmeter goed worden gebruikt voor het bepalen van de toename van de waterspanning ten gevolge van ophogingen. Hiermee kan de stabiliteit van de ophoging worden beoordeeld, als mede de nog te verwachten zetting. Mede door de relatief lage kosten heeft de Bourdon een groot toepassingsgebied gevonden.

  Diverse typen elektrische meters worden toegepast, die berusten op verschillende principes. In tegenstelling met de Bourbon bevindt het meetlichaam (de opnemer) zich niet boven maaiveld, maar direct achter het filter. Het kenmerk van de elektrische waterspanningsmeter is in het algemeen dat het waterverbruik van de opnemer aanzienlijk lager is, zodat de aanpassingstijd aanmerkelijk korter is. Alle elektrische meters worden in de grond gedrukt door middel van buizen, waar de meetkabel doorheen loopt. Het huis, waarin de opnemer is ingebouwd, heeft een uitwendige diameter in de orde van 32 à 36 mm, evenals de oplengbuizen, die elk 1 meter lang en van inwendige schroefdraad voorzien zijn. Omdat de oplengbuizen een grotere wanddikte hebben, kan met een grotere kracht gepenetreerd worden dan bij de Bourdon.

  Ten gevolge van zettingen en mantelwrijving kan de buis meezakken, waardoor de meting wordt verstoord. Door regelmatig de buis in te meten ten opzichte van NAP kan hiervoor gecorrigeerd worden.

  Het aflezen gebeurt meestal met een batterijgevoed afleeskastje; de totale nauwkeurigheid bedraagt afhankelijk van het type in de orde van circa. 2 kPa.

  Behalve het bij de Bourdon genoemde toepassingsgebied, strekt het gebruik van de elektrische meters zich o.a. uit tot het bepalen van de afvoer-, getij- of neerslaginvloeden op de waterspanning in dijken. Een recente versie is die met een zogenaamde pïezoresistieve opnemer. Dit type opnemer bevat een silicium membraan met daarop 4 halfgeleider rekstrookjes in een brugschakeling. Membraan en rekstrookjes vormen één geheel (diffusietechniek). Het door de waterdruk doorbuigend membraan veroorzaakt een weerstandsverandering van de rekstrookjes, waardoor een uitgangsspanning ontstaat die lineair afhankelijk is van de heersende waterdruk. De opnemer heeft voor het volledige meetbereik slechts een waterverplaatsing nodig van 0,1 mm3. Hierdoor is dit type zeer geschikt voor het meten van dynamische verschijnselen (tot 1000 Hz). Het standaardbereik bedraagt 500 kPa. De nauwkeurigheid ligt lager dan 1 kPa.

  Voor verdere informatie wordt verwezen naar L.G.M. Mededelingen: Terreinonderzoekingen [LGM, 1977] en

  Construeren met Grond [CUR 162, 1993].

  Voorts zijn er nog grondwaterstromingsmeters en temperatuurmetingen die informatie kunnen geven over de stromingsrichting van het water.