De beoordeling van onder- en achterloopsheid bij bestaande waterkerende kunstwerken

Bij de wettelijk verplichte vijfjaarlijkse toetsing op het functioneren van de primaire waterkeringen in Nederland, vastgelegd in de Wet op de Waterkering, doet zich het probleem voor dat sommige constructies moeilijk te beoordelen zijn. Een belangrijk punt van de beoordeling waarbij, voor een goede toetsing, vaak onvoldoende gegevens beschikbaar zijn is het faalmechanisme piping. Piping is het mechanisme waarbij een doorgaand erosiekanaal onder of naast een kunstwerk ontstaat, als gevolg van een kwelstroom. De erosie kan leiden tot functieverlies van het kunstwerk en uiteindelijk tot bezwijken. De doelstelling van het onderzoek is: het ontwikkelen van een denkmodel voor het op efficiënte wijze verkrijgen van adequate aanvullende informatie over onder- en achterloopsheid van bestaande waterkerende kunstwerken, ten behoeve van een meer waarheidsgetrouw toetsresultaat op dit onderdeel. De kennis en het inzicht voor het behalen van dit doel zijn grotendeels verkregen door het uitvoeren van een casestudy. De studie bestaat uit het uitvoeren van peilbuis- en radar/tracer metingen. Voor deze methoden is gekozen na een inventarisatie en beoordeling van, voor pipingonderzoek bruikbare, technieken. Het onderwerp van de casestudy is een schutsluis op locatie De Blocq van Kuffeler te Almere. Deze Zuidersluis is in een verkenning geschikt bevonden voor een peilbuisonderzoek vanwege het grote verval van 5 meter over de relatief korte sluislengte van 110m, in combinatie met de overwegend zandige bodem. Bij het opstellen van het meetplan is kennis opgedaan over de plaats, het aantal en de diepte van de meetfilters. Er is een meetprogramma opgesteld met 11 meetfilters verdeeld over 6 meetlocaties in de directe omgeving van de sluis. Vanaf begin juni 2005 is drie weken met de geïnstalleerde apparatuur gemeten. De buizen waren voorzien van divers die eens per week elektronisch werden uitgelezen. De kosten van het complete onderzoek bedroegen 14.000 euro. Uit de metingen kan worden geconcludeerd dat de Zuidersluis voldoende veiligheid heeft op het onderdeel piping. Met de buizen kan aangetoond worden dat een bovenstroomse keileemlaag goed functioneert en de vier kwelschermen, afhankelijk van hun breedte, eveneens bijdragen aan de afname van het verval over de lengte van de sluis. Het uittreeverhang is ruim 9 maal kleiner dan het toelaatbare. Een benedenstroomse keileemlaag lijkt op basis van de metingen niet te functioneren. In de buizen direct naast de sluis wordt een fluctuatie in stijghoogte van ca. 15cm gemeten. Deze fluctuatie is in fase met de schutting van de kolk. Uit onderzoek met hogere meetfrequentie (elke 50s i.p.v elke 15min een meting) blijkt de oorzaak hiervan geen lekkage te zijn, maar wateroverspanning als gevolg van de op en neer gaande beweging van de sluis. Uit metingen met een oppervlakteradar gekoppeld aan het Global Positioning System kan op eenvoudige en snelle wijze de plaats van kwelschermen worden bepaald. De nauwkeurigheid is sterk afhankelijk van de bodemsamenstelling en de grondwaterstand. Plaatsbepaling van bijvoorbeeld kwelschermen is om deze reden succesvoller dan het bepalen van de aanlegdiepte. Met tracer-technologie is getracht concentraties van goed geleidend materiaal (grondwater) te traceren en hiermee de grondwaterstroming rond het kunstwerk in kaart te brengen. De meting bevestigt het stromingsbeeld uit de peilbuizenstudie, maar biedt als methode op zich in het kader van pipingonderzoek weinig perspectief. De resultaten van de studie bevestigen het nut van praktisch onderzoek op het gebied van onder- en achterloopsheid. Met weinig middelen kan op relatief eenvoudige wijze veel extra informatie worden verkregen. Met een verhanglijn en uittreeverhang op basis van een goed voorbereide en gefaseerde peilbuismeting zal waarschijnlijk in de meeste gevallen een waarheidsgetrouw oordeel omtrent de veiligheid tegen piping gegeven kunnen worden. Toepassing zal waarschijnlijk pas nodig zijn als een kunstwerk voldoet aan het drie-in-één criterium; korte kunstwerken met een groot verval op een zandige bodem zijn het meest pipinggevoelig. In de studie is behalve op een praktische benadering ook toegespitst op een driedimensionale benadering van het pipingprobleem. Aanbevolen wordt deze werkwijze voort te zetten en de meetgegevens en gedocumenteerde kennis te gebruiken als invoer voor een driedimensionaal computermodel. Dit model kan (voor de Zuidersluis) worden gebruikt bij de modellering van tijdsafhankelijkheid van piping, een onderwerp dat in de huidige toetspraktijk nog onderbelicht is.