Het bepalen van de weerstand van klei in dijken tegen erosie wordt steeds belangrijker. Dit komt onder meer door de recent gewijzigde beoordelings- en ontwerpmethodiek voor primaire waterkeringen. Daarin wordt het werken met faalpaden voorgeschreven om tot een beter beeld te komen van de overstromingskans.
Er wordt gesteld dat een dijk nog niet is gefaald na het optreden van een initieel mechanisme, zoals het afschuiven van de grasbekleding. Er treedt pas falen op nadat vervolgmechanismen zijn opgetreden, zoals erosie van de kern van de dijk. Dit betekent dat er een uitspraak moet worden gedaan over de erosiesnelheid van de hierin aanwezige grond.
Het belang van goede metingen komt ook omdat de erodeerbaarheid belangrijker wordt door veranderingen in en om dijken door een veranderende wereld. Door klimaatverandering stijgt de zeespiegel en gaat het harder waaien. Hierdoor neemt de golfbelasting op dijken toe en is er meer erosie door golfoverslag. Een toename van bijvoorbeeld dassen en bevers in Nederland leidt tot meer diergraverijen, die dijken gevoeliger maken voor erosie. De aanleg van nevengeulen langs rivieren verbetert het ecosysteem langs dijken, maar kan leiden tot meer erosie door langsstroming.
Snel inzicht
De pocket erodometertest (PET) is een kleinschalige proef die snel en eenvoudig inzicht geeft in de erodeerbaarheid van grond. Bij deze test wordt 20x met een waterpistool geschoten op een grondoppervlak. Daarna wordt de diepte van het erosiegat gemeten. Dit wordt op een gestandaardiseerde manier uitgevoerd: het waterpistool wordt vastgezet met een frame, de afstand tot de grond is 5 cm, de snelheid van de waterstraal is 8 m/s, het interval tussen twee pulsen is 1 seconde en het gemiddelde van drie metingen wordt genomen.
PET is ontwikkeld in 2012 in de Verenigde Staten. Aanvankelijk was deze test enkel een onderdeel van academisch onderzoek, maar inmiddels wordt hij in diverse landen regelmatig toegepast als hulpmiddel bij waterbouwkundige en geotechnische praktijkvraagstukken. De erosiediepte in PET is onder meer afhankelijk van de mate van verdichting van de grond, het zandgehalte en het watergehalte. De diepte van het erosiegat geeft een indicatie van de erodeerbaarheidsklasse in het diagram van Briaud.
In Nederland getest
De test is in 2023 in Nederland geïntroduceerd, zowel in het laboratorium als in het veld. De laboratoriummetingen zijn uitgevoerd op monsters uit Ackerman steekbussen, piston samples of kopeckyringen. Veel in Nederland voorkomende grondsoorten zijn inmiddels beproefd: behalve klei en zand, zijn er ook PET’s gedaan op keileem, löss en veen. Op basis hiervan zijn technische adviezen gegeven in dijkenprojecten. De veldmetingen betroffen metingen op verticaal afgegraven wanden in profielkuilen in Friese en Groningse Waddenzeedijken.
In Nederland worden internationaal gangbare erosiecategorieën, zoals die van Briaud nog weinig toegepast. In de dijkenbouw wordt wel gekeken naar de Rationalisatie en Automatisering Grond-, Water- en Wegenbouw (RAW)- of Wet Beoordelingsinstrumentarium (WBI)-erosiecategorie. Globaal kan worden gesteld dat een erosiediepte in PET van minder dan 6 mm wijst op erosiebestendige klei (RAW-categorie 1) of stevige klei (WBI-indeling). Een grotere erosiediepte wijst op minder erosiebestendige klei (RAW-categorie 2 en 3, schrale klei of overige grond). Dit geldt alleen voor klei die op standaardwijze is verdicht tot minimaal 97 procent proctordichtheid en bij aanbrengen een voldoende hoge consistentie-index had.
Pindakaas
PET is eenvoudig uitvoerbaar, zowel in het laboratorium als in het veld. Het geeft een snelle inschatting van de erosiecategorie. Het is gebruikelijk en door de lage kosten haalbaar om een serie van meerdere testen uit te voeren. Daarmee meet men niet alleen de erodeerbaarheid op één plek, maar krijgt men een beeld van de heterogeniteit in de ondergrond en kunnen zwakke, erosiegevoelige grondlagen worden gedetecteerd. Uit schadegevallen en grootschalige erosieproeven blijkt immers dat juist deze zwakke plekken bepalend zijn voor de snelheid van het erosieproces van een grondlichaam.
Erodeerbaarheid heeft geen duidelijk verband met grondsterkte of samenstelling. Daarom zijn erosieproeven een toegevoegde waarde. Dit blijkt onder meer uit een ludiek intern onderzoek waarbij een serie PET’s door Fugro is uitgevoerd op pindakaas (zonder stukjes noot). De gemiddeld gemeten erosiediepte is 12 mm. Dit type pindakaas is dus relatief erosiebestendig, ondanks dat de sterkte en stijfheid van dit veelgebruikte boterhambeleg uit ervaring niet zo hoog zijn.
PET is een zeer kleinschalige test, dus niet geschikt voor grof zand en grind. Daarvoor worden erosietesten aanbevolen met bredere waterstraal, zoals de (verzwaarde) jet erosietest. PET is alleen geschikt om een erosiecategorie te bepalen, maar is niet bedoeld om erosieparameters af te leiden. Voor dat laatste heeft men geavanceerde erosietesten als de jet erosietest, de erosion function apparatus (EFA)-test of de hole erosietest nodig. De beperkte nauwkeurigheid van PET volgt uit kalibratieonderzoeken waarbij de test meerdere keren is uitgevoerd op een homogeen kleimonster door verschillende laboranten en met verschillende waterpistolen. Daaruit is een herhaalbaarheidsfactor afgeleid, die een maat is voor de nauwkeurigheid: hoe hoger de herhaalbaarheidsfactor, hoe groter de spreiding is in meetresultaten op een identiek monster. De herhaalbaarheidsfactor van PET is 5,97. Dit is hoger dan bijvoorbeeld een vloeigrensbepaling (factor 4,64) of een torvanetest (factor 2,63).
Puls erosietest
In het laboratorium van Fugro wordt gewerkt aan een verbeterde variant van PET, namelijk de puls erosietest. Bij deze test is het waterpistool vervangen door een automatisch instelbare puls. Het monsters en het pulsapparaat zitten hierbij samen in een frame. De puls erosietest geeft een hogere nauwkeurigheid dan de handmatige variant, omdat de variabele invloed van de laborant op de snelheid van de waterstraal en de pulsfrequentie wegvalt. De verwachting is dat de puls erosietest, waarvoor octrooiaanvraag is ingediend, een waardevolle extra bijdrage gaat leveren bij het ontrafelen van erosievraagstukken bij dijken.
Werner Halter is principal consultant en Martijn Louws is laboratorium manager (beiden bij Fugro). Met dank aan het, met de Keverling Buisman Prijs bekroonde, afstudeeronderzoek naar deze test van Bram van der Werff van de Hogeschool Rotterdam.