Naar hoofdcontent

Deltares heeft op basis van experimenteel onderzoek een voorspellende indicator ontwikkeld. Deze maakt het mogelijk om scheurvorming in een vroeg stadium te herkennen op basis van metingen, nog voordat schade zichtbaar is aan het oppervlak.

Uit ons onderzoekt blijkt dat je scheurvorming al in een vroeg stadium kan herkennen als je naar het verloop in de tijd van zuigspanningsmetingen kijkt. Deze ontdekking biedt perspectief voor tijdige signalering en beter beheer van dijken en andere infrastructuur waar kleilagen worden gebruikt.

Cihan Cengiz, sernior geotechnisch onderzoek

Hogere belastingen vergroten risico op scheurvorming

Kleilagen kunnen onder invloed van belastingen zoals hoogwater, opwaartse druk (opbarsting), zettingen en droogte vervormen en uiteindelijk scheuren. Zodra scheuren ontstaan, fungeren deze als voorkeursroutes voor waterstroming en neemt de waterremmende werking van de kleilaag sterk af.

Extreem weer en snel wisselende hydrologische veranderingen maakt het voor dijkbeheerders van waterschappen en Rijkswaterstaat nog lastiger om de risico’s op scheurvorming vroegtijdig in te schatten. Zij willen graag meer inzicht in hoe, wanneer scheurvorming optreedt en meetbare indicatoren voor beoordeling en monitoring.

Van innovatieve experimentele meetopstelling naar voorspellend model

Om het complexe gedrag van vervorming en scheuring van klei beter te begrijpen, heeft Deltares een innovatieve experimentele opstelling ontwikkeld. In deze opstelling worden kleiplaatjes gecontroleerd gebogen.

Tijdens de experimenten zijn verschillende parameters gemeten, waaronder vervorming, poriënwaterdruk, zuigspanning en scheurvorming. Met behulp van 3D-oppervlaktescanning zijn kromming en scheuren nauwkeurig in kaart gebracht.

Deze aanpak maakt het mogelijk om het mechanisme achter scheurvorming experimenteel te isoleren en te koppelen aan hydraulische processen in de klei zelf.

Afbeeldingen van het 44 mm dikke kleimonster tijdens de test: (A) foto waarop de vervormde en gebarsten vorm van het monster te zien is en (B) Vervormingsprofiel in hoogte.

“Het onderzoek geeft een nieuw fysisch kader waarin we de veranderende zuigspanning gebruiken om scheurvorming te verklaren en te voorspellen. Dit biedt een belangrijke stap richting het ontwikkelen van voorspellende modellen op basis van meetbare grootheden”, aldus Cengiz, onderzoeksleider en eerste auteur van de papers over het kleionderzoek.

Indicator maakt vroegtijdige detectie mogelijk

Uit het onderzoek blijkt dat scheurvorming niet alleen wordt bepaald door de mate van buiging. Ook de geschiedenis van de zuigspanning – gerelateerd aan de poriënwaterdruk in de klei – speelt een belangrijke rol. Een belangrijk resultaat is dat scheurvorming mogelijk al kan worden voorspeld op basis van monitoringgegevens, voordat scheuren zichtbaar zijn aan het oppervlak.

Op basis van Deltares heeft een voorspellende indicator voor scheurvorming op basis van veranderende zuigspanning ontwikkeld. Hiermee kan het ontstaan en de ontwikkeling van scheuren worden beschreven en voorspeld. Deze indicator verklaart ruim 90% van de variatie in het scheurgedrag in de experimenten.

Van reactieve inspectie naar vroegtijdige waarschuwing

De resultaten maken een verschuiving mogelijk van reactieve inspectie naar proactieve monitoring en vroegtijdige waarschuwing. Beheerders kunnen hierdoor eerder ingrijpen en risico’s beter beheersen, bijvoorbeeld bij dijken die worden belast door hoge waterstanden en opwaartse druk (opbarsting). Ook voor stortplaatsen en andere infrastructuur kan deze kennis bijdragen aan een betrouwbaarder ontwerp en beheer.

Metingen in de kleilaag zoals poriënwaterdruk en zuigspanning geven waardevolle informatie over het risico op falen van kleilagen. Beheerders kunnen hiermee eerder ingrijpen en risico’s beter beheersen.

Cor Zwanenburg, expert geotechniek en slappe grond

Kleivervorming experiment waarin we onderzoeken hoe de kleilaag op een dijk reageert onder belasting in het Geo Model Laboratorium van Deltares.

Volgende stap: toepassing in de praktijk

De volgende stap is het verder verfijnen van de meetmethoden en het koppelen van laboratoriumresultaten aan veldmetingen. Dit moet duidelijk maken hoe de ontwikkelde indicator kan worden toegepast in de praktijk, bijvoorbeeld in monitoringprogramma’s voor dijken en andere infrastructuur met kleilagen.

De resultaten van het onderzoek zijn beschreven in de publicaties:

Deze pagina delen.