Terug

Onderzoek Erodeerbaarheid Klei

Kees de Jong 03-11-2023
988 keer bekeken 0 reacties

In veel zeedijken zit een historische kleidijk verstopt. Waardevol, want het kan extra weerstand geven als de dijkbekleding door zware golfbelasting bezwijkt. Hoe de hierin aanwezige klei te classificeren en mee te nemen in de veiligheidsbeoordeling? Het waterschap voert proeven uit om een simpele methode te ontwikkelen die de erodeerbaarheid van verschillende soorten klei bepaalt. Resultaat is een rekeninstrument met een klein aantal eenvoudig te meten variabelen die de klei karakteriseren.

Voor wie dient u dit project in?

Ik ben zelf betrokken bij dit project

Voor welke organisatie werkt u?

Waterschap Noorderzijlvest

Is de innovatie slim bedacht en nog onder de radar (relatief kleine innovatie, maar mooie impact)?

Ja, dit is een slimme innovatie die nog onder de radar is.

Heeft de innovatie (onafhankelijk van de categorie waarvoor je de inzending indient) een aspect van digitale transformatie? Wordt er bijvoorbeeld slim gebruik gemaakt van data?

Slim gebruik van Data: Van de zeedijken in beheer bij het Wetterskip Fryslân en de waterschappen Noorderzijlvest en Hunze en Aa’s is op 8 verschillende locaties klei gestoken. Hiervan zijn 17 karakteristieken gemeten door middel van klein- en middelschalige proeven. Naast deze proeven zijn de keringen ook nagebouwd in de Deltagoot en vervolgens met zware golven belast. Doel hiervan was te onderzoeken hoe snel de klei zou eroderen c.q. hoe het erosieterras zich in de loop van de tijd zou ontwikkelen. Uit de meetresultaten van de Deltagootproeven zijn van de 8 kleisoorten de erosiecoëfficiënten bij golfaanval bepaald. Daarnaast is van één dijk met een kleikern een geoscan gemaakt van de gelaagdheid van de kering. Van elk duidelijk zichtbaar historisch profiel zijn monsters genomen en kleinschalige proeven in het veld uitgevoerd. Het doel van het onderzoek is om een correlatie te vinden tussen de erosiecoëfficiënt en een beperkt aantal variabelen van de klein- en middelschalige proeven. Op basis van de aanwezige kennis over het verloop van het erosieproces en een causaal verband tussen de variabele en het erosieproces komt de volgorde in het correlatie-onderzoek tot stand.

In hoeverre lost deze innovatie een probleem op? Wat is de impact van deze innovatie?

Het resultaat draagt bij aan de oplossing van de volgende problemen:
1. Het reikt een nieuw, praktisch instrument aan om de erodeerbaarheid van verschillende soorten klei betrouwbaar te kunnen bepalen.
Het tot nu toe gebruikte instrument, dat met eenvoudige metingen de erodeerbaarheid van klei karakteriseert, is de indeling in drie categorieën op basis van de Atterbergse grenswaarden en zandgehalte. Daaruit is een vuistregel ontstaan dat alleen klei die in Categorie 1 valt voldoende erosiebestendig is om te worden gebruikt als kleideklaag van een kering waarmee de zandkern beschermd wordt. In de grootschalige beproeving van diverse kleisoorten in de Deltagoot blijkt dat soms klei van Categorie 2 minder erodeerbaar is dan klei van Categorie 1, omdat waarschijnlijk ook andere zaken een rol spelen zoals verdichtingsgraad en bodemstructuur. Daarmee blijkt het oude instrument onbetrouwbaar.
2. Omdat met het nieuwe instrument een bredere range aan kleisoorten als deklaag gebruikt kan worden, kan gekozen worden voor goedkopere klei. Die moet dan wellicht wel in een dikkere laag opgebracht worden. Categorie 1 – klei is schaars en duur.
3. Er kan nu beredeneerd gekozen worden voor klei “van dichtbij” die op korte afstand van waar het op de kering wordt gebracht, beschikbaar is. Categorie 1 klei wordt vaak onvoldoende aangetroffen in de directe omgeving van toepassing, soms is de herkomst uit België of Frankrijk. Gebruik van Cat 1 klei brengt dan transportkosten en CO2-uitstoot teweeg.
4. Als kan worden aangetoond dat een oude kleikern in een dijk voldoende erosiebestendig is, dan hoeven minder strenge eisen te worden gesteld aan de steenbekleding op het buitentalud. Daardoor hoeven er minder steenbekledingen te worden versterkt.

Hoe innovatief, creatief en vernieuwend is de innovatie?

Het innovatieve is de rekentool die ontwikkeld is door de kennis verkregen over het erosieproces bij golfaanval te combineren met de regulier gebruikte kleinschalige proeven gerelateerd aan materiaaleigenschappen.
Het creatieve is, dat dit leidt tot een praktisch bruikbaar rekeninstrument en een onderzoeksprotocol erodeerbaarheid waardoor kleinschalige proeven afdoende zijn om de kwaliteit van de klei te bepalen. Dit eventueel aangevuld met een middelschalige proef zoals de BET. Hiermee kan de kering realistischer worden beoordeeld. Daarnaast is het instrument inzetbaar ten behoeve van efficiënter ontwerp van een nieuwe kering dan wel een dijkverbetering. Het experiment met de Borehole Erosion Test heeft aangetoond dat de erodeerbaarheid van klei in een dijklichaam duidelijk varieert afhankelijk van de diepte door wisselingen in grondsamenstelling. Het negatieve effect van een zandlens wordt hiermee goed in beeld gebracht terwijl in een laboratorium veelal alleen gekeken wordt naar een kwalitatief goed (klei-)monster tussen de zandlenzen in. Ook vindt daarbij de classificatie plaats op basis van het materiaal dat zich bevindt aan de uiteinden van een steekbus. Met de BET wordt wel een betere indicatie verkregen van de kwaliteit/erodeerbaarheid van de klei die al aanwezig is in de kering.

Draagt deze innovatie bij aan meer kostenefficiëntie: hoe is de verhouding in kosten in geld en tijd en de (verwachte) impact van de innovatie?

De beproeving op erodeerbaarheid bij golfaanval van een dijktalud in de Deltagoot kost al gauw € 1,2 miljoen. De vaststelling van de erodeerbaarheid m.b.v. het nieuwe rekeninstrument bedraagt – afhankelijk van de gekozen karakteristieken in het correlatie-onderzoek – € 50.000 tot € 300.000. Aangezien er tot 2050 nog circa 2000 Km primaire kering verbeterd moeten worden, zal de erodeerbaarheid tegen aanmerkelijk lagere kosten vastgesteld kunnen worden. Ook kan mogelijk worden vastgesteld dat bepaalde versterkingen niet nodig zijn of minder zwaar uitgevoerd hoeven te worden, omdat de klei meer sterkte blijkt te hebben dan oorspronkelijk verwacht. Daarnaast kan een aanwezige kleikern nu meegenomen worden in de reststerkte-analyse. En er kan met een gunstiger prijsstelling klei gebruikt worden. Daarmee worden kosten uitgespaard die in de tientallen miljoenen lopen.

Op welke manier draagt de innovatie bij aan de doelstellingen van de waterschappen om circulair, energieneutraal (en CO2-neutraal) te worden?

Circulariteit/CO2 voetafdruk: De beschikbaarheid van het praktische rekeninstrument maakt het mogelijk om lokaal aanwezig kleimateriaal verantwoord toe te passen in een dijkverbetering, hetgeen circulariteit binnen een klein geografisch gebied mogelijk maakt. Ook kan bagger/slib toegepast worden. In aanvulling zal door verkorting van de transportafstand de CO2 voetafdruk aanmerkelijk afnemen.

Is de inzending een voorbeeld van excellente samenwerking en participatie?

Excellente samenwerking: het projectplan en de onderzoeksmethodiek zijn in nauwe samenwerking ontwikkeld tussen waterschappen, Deltares en Fugro. De verschillende types kennis zijn daar al bij elkaar gebracht. Het onderzoek is gekoppeld aan de resultaten van eerdere Deltagoot-onderzoeken bij de drie noordelijke waterschappen. Ook is de aansluiting gelegd met internationaal gebruikelijke erosie-onderzoeksmethoden, met name in de VS. Tijdens de analyse worden stap voor stap de nieuw gevormde inzichten gebruikt om de volgende stap te richten. Tussentijds zijn experts van de aangelegen vakgebieden betrokken. Zij vergroten door commentaar en suggesties de kwaliteit.

In veel zeedijken zit nog een historische kleidijk verstopt. Dit is waardevol, want het kan extra weerstand geven in het geval de dijkbekleding door zware golfbelasting bezwijkt. Maar, hoe de hierin aanwezige klei te classificeren en mee te nemen in de veiligheidsbeoordeling? Het aspect reststerkte  is  belangrijk in de huidige veiligheidsbenadering van de kans op overstroming door falen van een primaire waterkering. Hetzelfde geldt voor de kleideklaag direct onder de grasbekleding. Er bestaat een classificatiemethode maar die is eigenlijk te grof om het erosiegedrag van de klei te kunnen voorspellen.  Het waterschap voert in dit onderzoek proeven uit om een simpele methode te ontwikkelen die de erodeerbaarheid van verschillende soorten klei bepaalt. Naast de grootschalige proeven in de Deltagoot en de kleinschalige laboratorium-/veldtesten is een pilot uitgevoerd met een middelgrote proef, de Borehole Erosion Test (BET). Hiermee wordt over een bepaalde diepte, van de verschillende aanwezige lagen, de mate van erodeerbaarheid bepaald. Zo ontwikkelen we kennis over de erodeerbaarheid van klei die als oude kleidijk in de kern van een klassiek met zand versterkte dijk aanwezig is en de invloed van de kleikern op het beperken van de overstromingskans beter bepalen. Het onderzoek resulteert in een rekeninstrument met een beperkt aantal eenvoudig te meten variabelen die de klei karakteriseren. Met dit rekeninstrument ontstaan er meer mogelijkheden om kleimateriaal uit een brede range van klei-eigenschappen te gebruiken voor voldoende veiligheid, maar die niet voldoet aan de huidige strenge classificatie-eisen van de categorie 1 klei. En om de benodigde dikte te bepalen van de aan te brengen deklaag. Zo ontstaat de mogelijkheid om vaker klei “van dichtbij” te gebruiken in dijkversterkingsprojecten. Dit bespaart transport(kosten) en zorgt voor minder CO2-uitstoot. Zo zal blijken dat minder vaak een versterking nodig is of dat een minder zware versterking voldoet. Dat is beter voor onze leefomgeving.

Afbeeldingen

X (voorheen Twitter)

Cookie-instellingen