Monitoring
Ondergronds bouwen trekt veel aandacht door zichtbaarheid en aanlegkosten. Bovendien liggen dergelijke projecten om politieke redenen onder een vergrootglas en faalkosten, met de vaak onverwachte variatie in de bodem, liggen altijd op de loer.
Risicobeheersing is steeds belangrijker en explicieter geïntegreerd in de ontwerp- en uitvoeringsfase van civieltechnische projecten. De civieltechnische wereld doorloopt continu een verbeteringsproces. Door de toenemende bezettingsgraad van de onder- en bovengrond en aanscherping van wet- en regelgeving worden projecten steeds complexer. Tegelijkertijd worden ontwerpsoftware, aanlegmethoden en materieel steeds geavanceerder en kan steeds beter worden ingespeeld op complexer wordende situaties.
Monitoring speelt een belangrijke rol bij de integrale risicobeheersing van een project. Deze paragraaf behandelt de aanpak van monitoring en de integrale monitoring binnen en in de invloedssfeer van de aanleg van een ondergronds werk met bemaling. Verder komt een aantal praktische zaken aan bod zoals monitoringstechnieken en aandachtspunten bij de monitoring en het opstarten van een project. In deze paragaaf worden een aantal voorbeelden gegeven van (onverwachte) interactie met de omgeving.
Als voorbeeld voor recente ontwikkelingen eindigt deze paragraaf met een korte toelichting op de Observational Method vanwege de integratie van bemaling, monitoring en verantwoord economisch aanleggen van een constructie.
8.3.1 Risicobeheersing: integratie monitoring en bemaling in ontwerp en uitvoering
In het verleden werd bemaling als een hulpmiddel beschouwd om een leiding in een sleuf te leggen of om een fietstunnel/kelder te bouwen. Ervaringen uit de praktijk hebben geleerd dat bemalingen tot forse schades aan objecten in de omgeving kunnen leiden. De oorzaak ‘onttrekking van grondwater’ is minder duidelijk te herleiden als een zichtbare gebeurtenis zoals bijvoorbeeld het uitbuigen van een damwand. Veranderingen aan het grondwaterregime kunnen in een grotere zone dan vermoed impact hebben op de omgeving en ook op het aan te leggen object zelf. Dit maakt duidelijk dat de bemaling en de monitoring van de invloed op grondwaterstanden, waterdrukken en debieten een onderdeel zijn van het totale ontwerp.
Breng vooraf, in de ontwerpfase, de expertises van ontwerp, uitvoering, bemaling en monitoring bij elkaar. De opdrachtgever moet al in de initiatieffase nadenken over scenario’s hoe een bouwfase eruit kan komen te zien en wat daarvoor nodig is. Een goed monitoringsplan maakt tijdig ingrijpen bij problemen mogelijk. Het gaat hier om het volgen van het functioneren van materieel en om het gedrag van de omgeving, zoals verdroging of zakkingen. Zie ook CUR-publicatie 223 ‘Meten en monitoring bouwputten’ [19].
Nadat een ander ondergronds bouwwerk of (grote) tunnel gereed is, moet een beperkt deel van de peilbuizen in de omgeving van het object behouden blijven. Tijdens voorstudies op de effecten van een dergelijk bouwwerk op de omgeving blijkt vaak dat de grondwaterstroming lokaal geblokkeerd kan worden. Dit kan invloed hebben op bijvoorbeeld bebouwing, archeologie, natuurgebieden en een aanwezige grondwaterverontreiniging. Er kunnen maatregelen nodig zijn die vooraf meegenomen zijn in de constructie zoals de Sifons onder de A2-tunnel in Maastricht of een soort duiker onder de tunnel in Neuss bij Düsseldorf. De monitoring volgt de werking van de maatregelen en geeft aan of hier aanvullende maatregelen nodig zijn.
Gebruik voor het opstellen van het monitoringsplan de doelstelling van de bemaling, de voorwaarden waaronder de bemaling kan worden toegepast (zoals de vergunningsvoorwaarden) en neem de kwetsbaarheid van de omgeving in acht (figuur 49). Gebruik deze gegevens in de risicobeschouwing en analyseer de mogelijkheden om met monitoring risico’s te reduceren. Dit leidt tot een overzicht van te monitoren grootheden en meetmethoden. Bepaal de grenswaarden en de meetfrequentie op basis van de resultaten van de risicoanalyse de snelheid waarmee verschijnselen zich kunnen manifesteren. Naast de monitoring vormt een actie- en communicatieplan een belangrijk onderdeel van het monitoringsplan. Hierin staat beschreven welke acties uitgevoerd worden bij het bereiken en/of overschrijden van een grenswaarde en op welke wijze door wie wordt gecommuniceerd. Belangrijk onderdeel is het vooraf vaststellen wie mandaat heeft voor het nemen van beslissingen, zodat hierover geen discussie ontstaat op het moment dat er schade is of dreigt te ontstaan en kostbare tijd verloren gaat met het risico op verergering van de schade.
[ link ]
Figuur 49. Aanpak opstellen Monitoringsplan
Alle te monitoren omgevingsparameters hangen nauw met elkaar samen en zijn te relateren aan zogenaamde (geo-)risico’s (kans én effect) die op kunnen treden bij het graafwerk en de daarmee samenhangende bemaling.
Het betreft de volgende geohydrologische aspecten:
- de verandering van grondwaterstanden;
- stijghoogten in de omgeving;
- waterdrukken in de bouwkuip.
De hiermee samenhangende geotechnische parameters die onderwerp van monitoring kunnen zijn, betreffen:
- vervormingen van damwanden;
- stempelkrachten;
- zettingen;
- hoekverdraaiingen.
Ook metingen aan scheurvorming en schades aan gebouwen of infrastructuur komen in deze paragraaf aan bod.
In 2009 heeft de civieltechnische sector in samenwerking met het COB (Centrum Ondergronds Bouwen) Geoimpuls gelanceerd. Geoimpuls had als doel om het falen en bijbehorende faalkosten door bodem- en grondwater gerelateerde risico’s te reduceren [W27].
De stappen om risico’s te beheersen kunnen als volgt worden samengevat:
- Stem alle werkzaamheden rondom een bouwkuip of ander werk integraal op elkaar af om faalkansen/-kosten tot een minimum te beperken.
- Gebruik gegevens uit grond- en grondwateronderzoek en de inventarisatie van de gebouwde omgeving voor het ontwerp en ontwerpaanpak.
- Zorg voor ruim voldoende gegevens, of zo veel mogelijk.
- Beschouw het vooronderzoek, ontwerp, uitvoeringsaanpak met bemaling en de totale monitoring als een geheel.
- Zorg er ook voor dat de ontwerpafdeling en de uitvoeringstak goed met elkaar communiceren, voor, tijdens en na de uitvoering.
- Leg uit waarom een bepaalde uitvoeringsvolgorde belangrijk is en voor welke parameters de monitoring opgestart moet worden.
- Bepaal de intensiteit van de metingen: wat moet de meetfrequentie zijn zodat dat er nog tijdig ingegrepen kan worden.
Bedenk als ontwerper door het maken van simulaties van diverse scenario’s wanneer er maatregelen ingezet moeten worden. Bepaal uiteraard vooraf de sensor-locaties, dichtheid van de meters en soort meters die de uitvoering monitoren. Pas tijdens de uitvoering eventueel nog het een en ander aan. De gehele monitoring moet geen doel op zich zijn, want dan worden de gegevens niet goed gebruikt en is deze achteraf alleen zinvol voor de wetenschap. Monitoring is erop gericht om de aanleg efficiënt te kunnen uitvoeren en faalrisico’s tot een minimum te beperken.
De intensiteit, het aantal monitoringspunten en meetfrequentie zijn voor een deel afhankelijk van de omgeving en de verwachte interactie met deze omgeving (zowel boven- als ondergronds zoals in figuur 50). [ link ]
Figuur 50. Voorbeeld bouwkuip, te monitoren parameters
Figuur 50 is een voorbeeld van een dwarsdoorsnede van een bouwkuip. Een bouwkuip is als het ware een droogdok om het betonwerk in uit te kunnen voeren. Om veilig te kunnen werken moet de bouwkuip stabiel blijven tijdens de ontgraving en tijdens de constructie van het object. Monitoor hiervoor een aantal belangrijke risico’s. De metingen in de bouwkuip zijn het eerste waarschuwingsfront. Minimale veranderingen in deze meetresultaten en het direct daarop acteren voorkomt een groot deel van de problemen elders. Houd vooraf een kwaliteitscontrole van de wanden en stempels in de kuip.
Uiteraard mogen manuele controles niet ontbreken. Maak de meetfrequenties online beschikbaar voor de opdrachtgever en opdrachtnemer en indien verreist ook voor het bevoegd gezag. Presenteer ze eenduidig en overzichtelijk op kaart en goed aangeduide profielen zonder dat er handmatige tussenberekeningen nodig zijn. Ondersteun dit met een SMS of een vergelijkbaar betrouwbaar digitaal communicatiemiddel, zodat de betrokkenen gewaarschuwd worden bij over-/onderschrijdingen van vooraf vastgestelde signaalwaarden. Denk goed na over de meetfrequenties in verband met eventueel bros bezwijkgedrag van de bouwkuip en over de dataopslag en -verwerking. Presenteer de ruwe data gebruiksvriendelijk en zodanig dat gebruikers, zoals de hoofduitvoerder en de opdrachtgever, in een oogopslag zien en snappen wat er speelt. Presenteer zaken als waterdrukken, stempelkrachten, vervormingen van bijvoorbeeld de damwand en vervormingen/zettingen van cruciale gevoelige objecten direct aangrenzend buiten de bouwput, via een overzichtelijk dashboard. Deze presentatie-eis geldt uiteraard ook voor de grondwaterstanden buiten de bouwkuip, waarbij gevoelige objecten in beeld worden gebracht.
Pas met de monitoring van de grondwaterstanden de retourbemaling aan om bijvoorbeeld te voorkomen dat kruipruimten vollopen of grondwaterverontreinigingen onnodig verspreiden.
Hierna volgt in een aantal paragrafen meer gedetailleerde informatie over monitoring van verschillende grootheden.
8.3.2 Monitoring omgeving en grondwater
Monitoring van de omgeving, zoals de hoogteligging van objecten (gebouwen, straatniveaus, portalen van spoorlijnen, trein- en tramrails, kunstwerken, dijken) kan om verschillende redenen gewenst of vereist zijn, bijvoorbeeld omdat berekeningen voorspellen dat door verlagingen van de grondwaterstand of stijghoogten sprake kan zijn van zakkingen (deformaties).
Naast de bemaling vinden rondom de bouwput veel andere activiteiten plaats die deformaties kunnen veroorzaken, zoals:
- het inheien, trillen of verwijderen van damwanden;
- het aanbrengen van boorpalenwanden, cement-bentonietwanden, diepwanden en dergelijke;
- het bouwverkeer en het uitvoeren van de ontgraving zelf;
- aan- en afvoer van bouwmaterialen en grond; dit vindt vaak plaats door binnenstedelijk gebied dat niet hiervoor is ingericht. Hierdoor kunnen, dus ook op grotere afstand van de bouwplaats zelf, deformaties ontstaan.
Monitoring en bevoegd gezag
Vooraf moet duidelijk zijn wie zorg zal dragen voor de uitvoering en de verslaggeving van de nodige monitoring in verband met de vergunningsvoorwaarden (hoeveelheden onttrokken en geloosd water, grondwaterstanden en stijghoogten, controle van hoogtemerken, waterkwaliteit). De opdrachtgever en de eventuele aannemer/ bemaler moeten dit kortsluiten. Voor het bevoegd gezag is altijd de vergunninghouder het aanspreekpunt. Eventuele verspreiding van verontreinigingen is ook een onderdeel van de monitoring.
Vooraf moet duidelijk zijn wie zorg zal dragen voor de uitvoering en de verslaggeving van de nodige monitoring in verband met de vergunningsvoorwaarden (hoeveelheden onttrokken en geloosd water, grondwaterstanden en stijghoogten, controle van hoogtemerken, waterkwaliteit). De opdrachtgever en de eventuele aannemer/ bemaler moeten dit kortsluiten. Voor het bevoegd gezag is altijd de vergunninghouder het aanspreekpunt. Eventuele verspreiding van verontreinigingen is ook een onderdeel van de monitoring.
Onverwachte schades
Tijdens de uitvoering kunnen onverwachte gebeurtenissen optreden. Optredende schade in de omgeving zal altijd aan het bouwproject kunnen worden toegewezen, terecht of onterecht. Ook als de afstand tot de schade ruim buiten het invloedsgebied van het project valt. Uiteraard kan de invloed door bepaalde omstandigheden in de bodem verder reiken dan gedacht. Maak bij twijfel over de stabiliteit van bepaalde gebouwen op of nabij de beïnvloede zone opnames en meet grondwaterstanden (nul-meting). Verzamel bij forse bemalingen of in de buurt van gevoelige natuur of zettingsgevoelige objecten liefst een jaar van tevoren data als hiervan geen gegevens in de directe nabijheid zijn. Een jaar meten geeft het wenselijke inzicht in de seizoensvariatie van de grondwaterstanden. Deze periode van 1 jaar geldt voor projecten met een lange aanlooptijd waarbij het lang van tevoren duidelijk is dat de initiatiefnemer bijvoorbeeld een (ondergrondse) parkeergarage zal bouwen. Voor de oplossing van ad hoc problemen waarbij een noodzakelijke bemaling moet plaatsvinden is dit natuurlijk niet altijd mogelijk. Opdrachtgevers moeten vooraf, ruim om het projectgebied heen, een inventarisatie maken van problemen die hier in het verleden zijn opgetreden. Daarbij is het raadzaam om diverse stakeholders te benaderen rondom het projectgebied.
Tijdens de uitvoering kunnen onverwachte gebeurtenissen optreden. Optredende schade in de omgeving zal altijd aan het bouwproject kunnen worden toegewezen, terecht of onterecht. Ook als de afstand tot de schade ruim buiten het invloedsgebied van het project valt. Uiteraard kan de invloed door bepaalde omstandigheden in de bodem verder reiken dan gedacht. Maak bij twijfel over de stabiliteit van bepaalde gebouwen op of nabij de beïnvloede zone opnames en meet grondwaterstanden (nul-meting). Verzamel bij forse bemalingen of in de buurt van gevoelige natuur of zettingsgevoelige objecten liefst een jaar van tevoren data als hiervan geen gegevens in de directe nabijheid zijn. Een jaar meten geeft het wenselijke inzicht in de seizoensvariatie van de grondwaterstanden. Deze periode van 1 jaar geldt voor projecten met een lange aanlooptijd waarbij het lang van tevoren duidelijk is dat de initiatiefnemer bijvoorbeeld een (ondergrondse) parkeergarage zal bouwen. Voor de oplossing van ad hoc problemen waarbij een noodzakelijke bemaling moet plaatsvinden is dit natuurlijk niet altijd mogelijk. Opdrachtgevers moeten vooraf, ruim om het projectgebied heen, een inventarisatie maken van problemen die hier in het verleden zijn opgetreden. Daarbij is het raadzaam om diverse stakeholders te benaderen rondom het projectgebied.
Daar waar historische schades zijn opgetreden is inzicht nodig in de mechanismen en verbanden waarom de schades zijn opgetreden. Maak met alle relevante betrokkenen (zoals de opdrachtgever, opdrachtnemer, vergunningsverlener, adviseur, etc.) een opname van de situatie. Wijs de opdrachtnemer op de problemen en adviseer of eis nadrukkelijk dat op een dergelijke locatie gemonitord moet worden. Indien hier niet is geïnventariseerd en gemonitord, dan wordt toewijzing van de schade-oorzaak en claims lastig. Een causaal verband is niet altijd eenvoudig te leggen als er nog zaken uit het verleden spelen of er andere activiteiten zijn, die risico’s opleveren.
Inventarisaties gaan ook over beleidsvoornemens. Anticipeer hierop door het gesprek aan te gaan met de vergunninghouder en beleidsmedewerker. Een permanente onttrekking die wordt beëindigd, heeft vaak een impact op de omgeving en kan bijvoorbeeld een vernatting veroorzaken.
Voorbeeld van ongelukkige samenloop van omstandigheden
Een voorbeeld is een combinatie van een losgeraakte T-splitsing van een riool en een bouwputbemaling op enige afstand. Bij werkzaamheden aan het riool is een T-splitsing losgeraakt met verweking van de ondergrond en het cunet tot gevolg, waarbij ook voor- en achteraf hellingsprocessen een rol hebben gespeeld. Tijdens eerdere werkzaamheden aan het riool zijn ook grote problemen opgetreden bij de aanleg van riolen. Hierdoor zijn huizen deels verzakt en deels verplaatst langs de helling. Op hetzelfde moment vond op ca. 500 meter afstand een forse diepe bemaling plaats voor de bouw van een kelder. Een aantal panden is gemonitord en een aantal panden is niet gemonitord. Bij de gemonitorde panden kon de oorzaak van de schade worden toebedeeld aan de verschillende bouwactiviteiten, waarbij een minieme fractie voor rekening kwam van de bouw van de kelder en het grootste deel aan de nabijgelegen rioleringswerkzaamheden. Voor de niet gemonitorde panden is door een commissie de schade volledig toegewezen aan de bouw van de kelder.
De discussies zijn langdurig en vervelend voor iedere betrokkene waarbij het onderliggende probleem van onjuiste funderingswijze van de woningen uit het verleden een belangrijke rol speelde. Verder is het lastig om achteraf te bepalen of een verandering van grondwaterpeil invloed heeft gehad op de problemen met het riool.
Voorbeeld bevoegd gezag, gebiedsgericht grondwaterbeheer
Vanuit het project is geohydrologisch veldonderzoek nodig, maar mag vanwege het gevaar van verspreiding van verontreinigen niet van het bevoegd gezag worden uitgevoerd. Om de beïnvloeding van een bemaling beter inzichtelijk te krijgen, kan vooraf een pompproef worden uitgevoerd. Grondwaterverontreinigingen mogen doorgaans niet worden verspreid, ook niet door de uitvoering van een zeer waardevolle pompproef. Deze grondwaterverontreinigingen kunnen in het beïnvloedingsgebied van de pompproef/bemaling terechtkomen en daardoor verplaatsen of zelfs deels worden gesaneerd.
Het inzicht verkregen uit een pompproef helpt voor de monitoring van de situatie tijdens de uitvoering. Zo kunnen eventueel benodigde retourvelden beter worden gepositioneerd. Er zijn voorbeelden waarbij pompproeven niet uitgevoerd mochten worden van het bevoegd gezag, vanwege de verwachte verspreiding van verontreinigingen. Hierdoor is later het vijftigvoudige aan extra kosten, ten opzichte van de pompproef, gespendeerd aan vermijdbare maatregelen en vertraging. En ook ten aanzien van de discussie rondom de bepaling van de invloedssfeer van een bouwkuip, zie verder ook 8.3.7. Tegenwoordig is er steeds meer beleid voor gebiedsgericht grondwaterbeheer waarbij een verantwoorde minimale verspreiding acceptabel is, mits de initiatiefnemer een deel van de verontreiniging verwijdert.
Advies
Goede contacten met de omgeving voorafgaand aan het werk geven inzicht in diverse zaken waar een project haar voordeel mee kan doen:
Goede contacten met de omgeving voorafgaand aan het werk geven inzicht in diverse zaken waar een project haar voordeel mee kan doen:
- Er kunnen onverwachte gegevens boven water komen.
- Schadebeelden veroorzaakt door projecten uit het verleden geven onverwachte inzichten.
- Mogelijk moet een project de zone van monitoring uitbreiden.
- Bij langdurige uitvoering kunnen andere bemalingen binnen het invloedsgebied plaatsvinden, zowel gepland als ongepland.
- Monitor meer dan op het eerste gezicht nodig is, of verlang dat van een derde.
8.3.3 Monitoring debieten
Bij een tijdelijke grondwaterbemaling wordt grondwater onttrokken. Het onttrokken grondwater dient conform de waterwet in eerste instantie in de bodem te worden teruggebracht. Het terugbrengen in dezelfde bodemlaag als waaruit het water wordt onttrokken heeft als doel eventuele nadelige effecten zoveel mogelijk te beperken en de netto onttrekking van grondwater te beperken. In de waterwet en regelgeving van de bevoegde gezagen is registratie van de onttrokken, geretourneerde en/of geloosde hoeveelheid grondwater geborgd.
De meting en registratie van de hoeveelheden onttrokken, geloosd en geretourneerd grondwater kan op verschillende manieren gedaan worden. Steeds meer wordt gebruik gemaakt van digitale debietmeters en steeds minder van mechanische debietmeters. Voorbeelden van mechanische debietmeters zijn de Woltman of Schoepen debietmeter. Digitale debietmeters, ook wel flowmeters genoemd, zijn er in verschillende uitvoeringen met elk een eigen meetmethode. Voorbeelden zijn elektromagnetische flowmeters en flowmeters waarbij gebruik wordt gemaakt van ultrasone technieken. Voordelen van digitale meetmethodieken is een continue registratie. Ook bij wisselende volumestromen wordt een juiste waarde van het totaal verplaatste volume grondwater geregistreerd.
Flowmeters die gebruik maken van een ultrasone techniek zijn over het algemeen storingsgevoeliger. Met name in situaties waarin er sprake is van neerslagvorming van kalk-, ijzer-, mangaan en magnesiumverbindingen of bij een sterk pulserende waterstroom (zuigerpompen).
Het gebruik van debietmeter(s) is door waterschappen/hoogheemraadschappen veelal in de vergunningsvoorwaarden en/of uitvoeringsrichtlijnen opgenomen.
Voor de registratie is het noodzakelijk dat de debietmeter in de juiste stroomrichting en volgens de installatievoorschriften is geplaatst. Door de afvoerleiding achter de debietmeter wat op te laten lopen wordt iets tegenschot gegeven. Vooral bij een lagere volumestroom draagt het tegenschot bij in het gevuld houden van de debietmeter en daarmee aan de registratie.
Woltman-debietmeter
De Woltman debietmeter wordt met de opkomst van de digitale debietmeters minder frequent toegepast (figuur 51a). Mechanische debietmeters beschikken niet over een elektronische aansluiting zijn daardoor niet te combineren met een digitaal monitoring- en/of bewakingssysteem.
De mechanische debietmeters werken doordat de volumestroom een schoepenrad of propellers aandrijft. Het aantal omwentelingen is een maat voor de hoeveelheid welke is af te lezen op het mechanisch telwerk. Mechanische debietmeters dienen elk jaar opnieuw geijkt te worden.
De Woltman debietmeter wordt met de opkomst van de digitale debietmeters minder frequent toegepast (figuur 51a). Mechanische debietmeters beschikken niet over een elektronische aansluiting zijn daardoor niet te combineren met een digitaal monitoring- en/of bewakingssysteem.
De mechanische debietmeters werken doordat de volumestroom een schoepenrad of propellers aandrijft. Het aantal omwentelingen is een maat voor de hoeveelheid welke is af te lezen op het mechanisch telwerk. Mechanische debietmeters dienen elk jaar opnieuw geijkt te worden.
Elektromagnetische flowmeter
De elektromagnetische flowmeter (figuur 51b), ook wel elektronische debietmeter genoemd, bestaat uit een buis waar het grondwater doorheen stroomt. In de buis zijn spoelen aangebracht die zorgen voor een magnetisch veld. Door de stroming van grondwater ontstaat er een elektrische spanning. Elektroden meten het grondwater dat door de buis stroomt. De elektrische spanning die wordt gemeten heeft een verhouding tot de snelheid van het grondwater. Hoe hoger de elektrische spanning des te hoger het debiet. Elektronische debietmeters dienen over het algemeen eens in de 10 jaar opnieuw geijkt te worden.
De elektromagnetische flowmeter (figuur 51b), ook wel elektronische debietmeter genoemd, bestaat uit een buis waar het grondwater doorheen stroomt. In de buis zijn spoelen aangebracht die zorgen voor een magnetisch veld. Door de stroming van grondwater ontstaat er een elektrische spanning. Elektroden meten het grondwater dat door de buis stroomt. De elektrische spanning die wordt gemeten heeft een verhouding tot de snelheid van het grondwater. Hoe hoger de elektrische spanning des te hoger het debiet. Elektronische debietmeters dienen over het algemeen eens in de 10 jaar opnieuw geijkt te worden.
Ultrasoon flowmeter
Bij een ultrasoon flowmeter (figuur 51c) wordt een geluidsignaal van een bepaalde frequentie onder een hoek in het stromende grondwater gebracht. Het stromende grondwater reflecteert de geluidsignalen. Als het reflecterend geluid weinig van frequentie verandert is er niet veel beweging en is er sprake van geen of een lage volumestroom grondwater. Bij veel verandering van de frequentie is er sprake van een hogere volumestroom grondwater. Frequentie verandering van het geluid heeft een verhouding tot de snelheid van het grondwater. Met behulp van de frequentieverschillen wordt het debiet bepaald.
Bij een ultrasoon flowmeter (figuur 51c) wordt een geluidsignaal van een bepaalde frequentie onder een hoek in het stromende grondwater gebracht. Het stromende grondwater reflecteert de geluidsignalen. Als het reflecterend geluid weinig van frequentie verandert is er niet veel beweging en is er sprake van geen of een lage volumestroom grondwater. Bij veel verandering van de frequentie is er sprake van een hogere volumestroom grondwater. Frequentie verandering van het geluid heeft een verhouding tot de snelheid van het grondwater. Met behulp van de frequentieverschillen wordt het debiet bepaald.
De nauwkeurigheid bedraagt circa 0,5-1 procent. Vereiste bij deze methode is wel dat het opgepompte water slechts een beperkte hoeveelheid deeltjes en luchtbelletjes mag bevatten. Deze methode is hierdoor minder geschikt voor bemalingswater, maar wel voor precieze processen in fabrieken of laboratoria.
Doppler Flowmeter
Deze methode werkt alleen als er fijne deeltjes/luchtbelletjes in het water zitten, aangezien de geluidsignalen, uitgezonden door dit type flowmeter, ergens op moet kunnen reflecteren. Over het algemeen zitten er fijne deeltjes in het grondwater. Het Dopplerprincipe maakt gebruik van het verschil in frequentie tussen de uitgezonden golf en de golf die reflecteert op het opgepompte water. Vanuit dit verschil kan de stroomsnelheid worden bepaald. De nauwkeurigheid bedraagt 2 procent en is geschikt voor buizen gemaakt van diverse materialen met diameters tussen de 30 en 4000 millimeter. Dit is dus een geschikte methode voor bemalingen.
Deze methode werkt alleen als er fijne deeltjes/luchtbelletjes in het water zitten, aangezien de geluidsignalen, uitgezonden door dit type flowmeter, ergens op moet kunnen reflecteren. Over het algemeen zitten er fijne deeltjes in het grondwater. Het Dopplerprincipe maakt gebruik van het verschil in frequentie tussen de uitgezonden golf en de golf die reflecteert op het opgepompte water. Vanuit dit verschil kan de stroomsnelheid worden bepaald. De nauwkeurigheid bedraagt 2 procent en is geschikt voor buizen gemaakt van diverse materialen met diameters tussen de 30 en 4000 millimeter. Dit is dus een geschikte methode voor bemalingen.
[ link ]
Figuur 51a. Woltmann-watermeter flowmeters
[ link ]
Figuur 51b. Elektromagnetische flowmeter
[ link ]
Figuur 51c. Ultrasome flowmeter
Meetoverlaat en Thompson meetbak
Een ‘meetoverlaat en meetbak’ (figuur 52) wordt bij bemalingswerkzaamheden nauwelijks meer ingezet. Bij toepassing van een meetoverlaat wordt het water over een meestal V-vormig meetschot geleid. De hoogte van de waterstand bij de meetoverlaat is een maat voor het debiet. Voor het betreffende verband zijn ijkcurven (lijsten) meegeleverd. Meetoverlaten zijn in de handel met een capaciteit van enkele m³/dag tot enkele duizenden m³/dag.
Een ‘meetoverlaat en meetbak’ (figuur 52) wordt bij bemalingswerkzaamheden nauwelijks meer ingezet. Bij toepassing van een meetoverlaat wordt het water over een meestal V-vormig meetschot geleid. De hoogte van de waterstand bij de meetoverlaat is een maat voor het debiet. Voor het betreffende verband zijn ijkcurven (lijsten) meegeleverd. Meetoverlaten zijn in de handel met een capaciteit van enkele m³/dag tot enkele duizenden m³/dag.
[ link ]
Figuur 52. Thompson meetstuw
Drukverschil
Het meetprincipe waarbij het drukverschil over een meetflens of een bocht wordt gemeten. Het drukverschil wordt digitaal geregistreerd en is een maat voor het debiet. Bij gebruik van elektronische drukopnemers is er over het algemeen sprake van continue registratie. Elektronische drukopnemers zijn vaak weinig storingsgevoelig door het ontbreken van bewegende delen.
8.3.4 Monitoring grondwater
Bij grondwatermonitoring bewaakt men het peil van het grondwater en in specifieke gevallen ook het oppervlaktewaterpeil van bijvoorbeeld ecologisch waardevolle beken. Voor de bewaking van het grondwaterpeil gebruikt men peilbuizen. Aflezen kan handmatig en tegenwoordig worden deze vaak voorzien van een zogenaamde data-logger. Data-loggers zijn drukopnemers waarvan de meetfrequentie instelbaar is. Om relaties te leggen en onderling vergelijk mogelijk te maken moeten de gemeten waarden ten opzichte van een referentiemeting, bij voorkeur ten opzichte van NAP, worden vastgelegd.
De redenen voor het volgen van grondwaterstanden gedurende de uitvoering van het project zijn:
- Blijven de veranderingen van het grondwaterpeil binnen de gestelde limieten.
- Beheersing van de gewenste peilen in de bouwkuip, sleuf of ander werk.
- Hulpmiddel voor bijsturing grondwaterstanden binnen en buiten het werk.
- Hulpmiddel ter voorkoming of beperking van schades binnen en buiten het werk.
Grondwatermonitoring heeft een technische en een maatschappelijke reden en hierbij zijn de volgende besluiten van belang:
- Besluit Basisregistratie Ondergrond Artikel &3 artikel 2.3.1 en artikel4.1 [R5].
- Peilbesluit Waterwet Artikel 5.2 [R17].
Voor een adequate monitoring volgen hieronder een aantal aandachtspunten die vooral zijn gericht aan de opdrachtnemer of onderaannemer die verantwoordelijk is voor de bemaling.
De opdrachtnemer / bemaler start de monitoring voor grondwater minstens een kwartaal van tevoren op. Zoals in 8.3.2 gesteld is het raadzaam voor de opdrachtgever een jaar voorafgaand aan de bemaling te starten met de monitoring. In het bemalingsplan dient de bemaler de monitoring af te stemmen op de uitvoeringsplannen. Het bemalingsplan is noodzakelijk voor de vergunningsaanvraag. Het is zinvol om een relatie te leggen tussen de metingen op en nabij de locatie en in de directe omgeving en gebruik te maken van meetpunten waarvan langjarige data beschikbaar is. Nederland is voorzien van een redelijk meetnet van peilbuizen.
Plaats peilbuizen voor het monitoren van verlagingen van de grondwaterstand en stijghoogten. De wenselijke locaties van de peilbuizen en de diepteafstelling van de filters moeten in een geïntegreerd ontwerp en integraal monitoringsplan staan en in overleg met de opdrachtgever en bevoegde gezagen worden vastgesteld. Plaats niet alleen peilbuizen in de omgeving van de bouwput, maar ook in of nabij de bouwput ter controle van de bereikte verlaging en van eventuele wateroverspanningen onder de bouwputbodem. Plaats ook minimaal een peilbuis buiten de 5 centimeter-verlagingslijn. Dit om het totale systeem van monitoring te controleren. Dus om te controleren of het klopt dat ook buiten de 5 centimeter-verlagingslijn er echt geen verlaging meer plaatsvindt.
De meeste monitoringspeilbuizen zijn er in een 1 inch-uitvoering met standaardperforatie, maar de voorkeur is 2 inch omdat deze de gecombineerde monitoring van verlagingen en grondwaterstromingsrichting toelaat. Zie ook paragraaf 8.3.7 voor flowmetingen. Bezuinig dus niet op de diameter van de peilbuis omdat een buis met een grotere diameter meervoudig inzetbaar is. Denk hierbij aan crosshole- of downhole-seismiek en aan loggers die naast peil- ook pH- en EC-waarden kunnen bepalen.
De meetfrequentie van het grondwaterniveau in de peilbuizen van waterbeherende instanties of van permanente grondwateronttrekkingen bedraagt doorgaans eens in de 14 dagen. Tegenwoordig wordt vaak eens per dag gemeten met loggers. Voor een sleufbemaling, bouwkuip of ander tijdelijke onttrekking gelden andere frequenties. Voor de waterspanningen in de bouwkuip is de frequentie afhankelijk van hoe kritisch de situatie is. Voor de perioden waarbij er niets verandert, kan de dataload van de dataopslag naar verloop van tijd teruggebracht worden naar eens per uur of minder, dit is afhankelijk van het bijhorende risicoprofiel.
Bij bouwkuipen waar gebruik wordt gemaakt van de aanwezigheid van een sterk waterremmende kleilaag als onderafdichting moet de waterdruk onder deze laag worden gecontroleerd. Met waterspanningsmeters en/of met peilbuizen kunnen de waterdrukken onder bouwputbodemniveau of in een watervoerend pakket onder de bouwkuipbodem worden gemeten. De waterdruk van een watervoerend pakket mag niet teveel oplopen wegens opbarstgevaar van de bouwputbodem of het verweken daarvan als de boden werkt als natuurlijke stempel, waardoor deze de stempelwerking kan verliezen.
Maak separaat een boring per meetlocatie als er twee verschillende watervoerende pakketten aanwezig zijn om te monitoren. Hiermee wordt de kans op kortsluiting tussen de beide pakketten en daarmee verstoring van de metingen voorkomen. Zorg ervoor dat de filters enkel een watervoerend pakket monitoren en niet beide pakketten tegelijk. Vaak worden twee filters in één boorgat aangebracht. Plaats de peilbuizen bij voorkeur in een geboord boorgat, omdat daarmee een goede classificatie van de ondergrond kan plaatsvinden en de afstelling van het geperforeerde deel van de peilbuis goed kan worden beoordeeld. Let bij het plaatsen van de peilbuis goed op een deugdelijke bentoniet aanvulling ter plaatse van de gepasseerde slecht doorlatende laag tussen beide pakketten.
Controleer een peilfilter op verstopping door het te laten vollopen met water en vervolgens te verifiëren of de waterkolom daalt.
Let vooral op met boorgaten > 12m diepte die met een Sonic Drill boorstelling (160 millimeter diameter) in een grindpakket of een poreus kalksteenpakket zijn uitgevoerd. Deze gaten kunnen nazakken. Dit geldt zowel voor een boring met monstername, als voor een verdrongen Sonic Drill. Verzakkingen van 30 tot 40 centimeter over een periode van drie maanden zijn vastgesteld. Voor de compactere Sonic Drill opstelling, die enkel voor milieumonstername wordt ingezet, zijn deze na-zakkingen significant minder groot; circa 5 centimeter. Bij zakking van de bovenzijde van de peilbuis moet deze op nieuw ten opzichte van een referentiepunt, bijvoorkeur NAP, worden ingemeten.
Bij een in een cement-bentoniet (CB) afgehangen damwand is er nog een andere (goedkope) optie om peilbuizen te plaatsen om waterdrukken in een bouwkuip te bewaken. Stap 1: monteer de peilbuizen aan de nog af te hangen damwand. Stap 2: dop de peilbuis aan de onderzijde af. Stap 3: hang de damwand in de op dat moment nog zachte CB-sleuf. Stap 4: blaas de dop aan de onderzijde met hoge druk weg. Bij een vergelijking met een achteraf geboorde peilbuis bleek deze methode goed te werken. Er was geen extra vertraging tijdens verandering van de grondwaterstand. Dit is een forse kostenbesparing vanwege minder boorwerk.
Meet bij een juist afgerond meetprogramma totdat, na beëindiging van de bemaling, de stationaire niet-beïnvloede situatie van de grondwaterstand en de stijghoogte weer is bereikt. Dit varieert van een tot enkele weken en is afhankelijk van het soort bemaling, de grootte van de bouwput, de diepte van de verlagingen in de bouwput en de tijdsduur van de bemaling. Om dit vast te stellen, is ook een peilbuis buiten het invloedsgebied van de betreffende bemaling nodig, zodat ook klimatologische omstandigheden in de beoordeling van beëindigen van de metingen kunnen worden meegenomen. 8.3.5 Monitoring waterkwaliteit
Om verspreiding van verontreinigingen, verslechtering van de open waterkwaliteit en visuele verkleuring te voorkomen worden eisen gesteld aan de kwaliteit van het te lozen grondwater. Grondwater kan verschillende natuurlijke stoffen en verontreinigingen bevatten. Tijdens een bemaling kan er grondwater boven komen met forse hoeveelheden ijzer en of mangaan. Indien dit bemalingswater op een zuurstofrijk oppervlaktewater geloosd wordt kan dit tot bijvoorbeeld tot vissterfte leiden. Bovendien kan gedurende een bemaling een verontreiniging verspreiden naar een voorheen schoon perceel. Daarnaast kan de verontreiniging (8.3.6) in het bemalingswater zelf terechtkomen en ongemerkt verder verspreid worden via een retourbemaling of lozing op open water. Als initiatiefnemer dient de opdrachtnemer en opdrachtgever vooraf inzicht te verkrijgen in de grondwaterkwaliteit en hoe ze met bestaande verontreinigingen omgaan. Op basis van deze gegevens kan vooraf worden vastgesteld of een voorbehandeling van het effluent voorafgaand aan de lozing noodzakelijk is, Naast de hiervoor genoemde redenen is monitoring van de kwaliteit van essentieel belang, omdat de werkelijke route van het grondwater nooit precies voorspelbaar is en daarmee de kwaliteit, saliniteit, zuurgraad en redoxsituatie.
Welke parameters in het monitoringsprogramma moeten komen, is afhankelijk van de locatie van de onttrekking en de grondwaterkwaliteit ter plaatse, de wijze waarop het water wordt afgevoerd (lozen op riolering, op open water of retourneren in de bodem) en de eisen die het bevoegd gezag (Rijkswaterstaat provincie, waterschap, hoogheemraadschap, gemeente) stelt aan de monitoring. Het is daarom nodig om al in een vroeg stadium vast te stellen op welke wijze het water zal worden afgevoerd en welke instantie daarvoor het bevoegd gezag is. Stel in het vooroverleg met deze instanties vast welke parameters met welke frequentie moeten worden gemeten.
Tijdens de onttrekking kan de grondwaterkwaliteit veranderen. Tijdens het werk dient daarom voorzien te worden in de monitoring van de kwaliteit van het effluent. Monitoring vindt plaats door effluent van de bemaling af te tappen en deze monsters in een daarin gespecialiseerd lab te laten analyseren. Over het algemeen moet het water als 'afvalwater' worden aangeboden, dat wil zeggen dat het niet gefiltreerd mag zijn. Vervoer de watermonsters luchtdicht en lichtdicht 'verpakt' en geconditioneerd (gekoeld).
Om slagvaardig met de analyseresultaten te kunnen omgaan, wordt meestal voor een '24-uurs-analyse' gekozen, omdat de resultaten daarvan snel ter beschikking komen. Er is een beperkt aantal parameters waarvan de analysetijd langer duurt en een 24 uurs-analyse niet mogelijk is. Het betreft hier de stoffen als BZV, CZV, PFAS en Gen-X. Voorgenoemde zaken vloeien voort uit de voorwaarden voor een vergunning of melding. Parameters als BZV en CZV die gerelateerd zijn aan het zuurstofverbruik zijn een indicatie van de redox-situatie.
Een beperkt aantal parameters kan in situ (in de effluentstroom) en continu worden gemeten en geregistreerd, maar het nemen en analyseren van watermonsters zal altijd nodig zijn. De frequentie van meten zal ook hier afhangen van de resultaten van de analyses van eerder getrokken monsters. Wanneer de kans bestaat dat een bemaling verontreinigd grondwater aantrekt of oppompt, zal dit een rol spelen omdat daarmee beperkingen ontstaan voor de afvoer van het bemalingswater.
Tegenwoordig zijn er compacte sensorcombinaties die real-time grondwaterstanden en bovendien ook de EC’s, pH’s en andere stoffen kunnen monitoren. Het oplopen van de geleidbaarheid (EC) kan duiden op de verspreiding van een verontreiniging of verzilting zie verder paragraaf 8.3.6. Op deze wijze ontstaat inzicht in hoe een vlek zich verspreidt. De monstername kan dan gerichter plaatsvinden en er kan sneller worden bijgestuurd.
8.3.6 Monitoring verplaatsing grondwaterverontreinigingen
Een ander belangrijk aspect is de monitoring van verplaatsing van grondwaterverontreinigingen in het invloedsgebied van de bemaling. Verplaatsing van verontreinigingen in het grondwater is in principe ongewenst. De functie en de waarde van terreinen kunnen daardoor worden beperkt. Andere bij het grondwater betrokken belangen kunnen worden aangetast. Bovendien kan een toekomstige sanering van de verontreiniging hierdoor duurder worden.
Bij gebiedsgericht grondwaterbeheer (GGB) kan er een afspraak gemaakt zijn om een zekere mate van verspreiding van grondwaterverontreiniging te accepteren. Het project kan een deel saneren, zodat de initiatiefnemer geld investeert in het verwijderen van de verontreiniging en niet in het beheersen daarvan. Hier is dan effectief werk met werk te maken. Opdrachtgever en bevoegd gezag moeten hier inventariseren en afwegen welke andere toekomstige initiatieven spelen rond dit gebied. Zo kunnen toekomstige bouwkuipen en WKO’s mogelijk helpen bij verdere sanering of beheersing van de verontreiniging.
Het monitoren van verplaatsing van grondwaterverontreinigingen is doorgaans niet zo eenvoudig. In lang niet alle gevallen is de grondwaterverontreiniging goed in beeld gebracht en moet men zich baseren op, soms verouderde, indicaties. Ook bij een bodemopbouw met kleilenzen en grind is het voorspellen van de verplaatsing van verontreinigingen erg lastig. De bodem blijkt door de aanwezigheid van kleilenzen en zandbanen regelmatig anisotroper dan vooraf bedacht. Anisotroop betekent dat de doorlatendheden in de drie dimensies onderling sterk afwijken. Daarnaast zal er in veel gevallen al sprake zijn van verplaatsing onder invloed van natuurlijke grondwaterstroming en zal door de bemaling een verandering van stromingsrichting en stroomsnelheid kunnen optreden (dit kan in voorkomende gevallen ook een gunstig effect op de verontreiniging hebben). Monitoring van verplaatsing van grondwaterverontreinigingen kan door peilbuizen te plaatsen en daaruit monsters te trekken worden uitgevoerd. Het analysepakket wordt dan met name toegespitst op de ter plaatse aangetroffen of verwachte verontreiniging. Door waarnemingen van verschillen in concentraties van de verontreinigingen in de tijd, is een indicatie te krijgen van de verplaatsing van de verontreinigingen. Tijdelijk gewijzigde grondwaterstroming kunnen geo-chemische reacties veroorzaken die de gehalten van bepaalde verontreinigingen door afbraak veranderen.
Met bepaalde apparatuur (Geoflo™) is het mogelijk om in een speciaal horizontaal continu gesleufde peilbuis de grondwaterstromingsrichting en -snelheid te meten (figuur 56). Meet de invloed van de bemaling op de betreffende locatie door zowel voor, tijdens als na de bemaling te meten. Een verontreiniging zal meestal minder snel verplaatsen dan het grondwater. Deze 'retardatiefactor' is afhankelijk van de bodemgesteldheid (aard hoofdgrondsoort en lutum-, silt- en humusgehalte) en de aard van de verontreiniging en is te berekenen. De retardatiefactor varieert in grote lijnen tussen 1,5 à 2 voor vluchtige gehalogeneerde koolwaterstoffen en enkele tientallen tot enkele duizenden en soms tienduizenden voor bijvoorbeeld minerale oliën. Op locaties waar kleilenzen aanwezig zijn kunnen stoffen met een hogere dichtheid dan water op deze kleilenzen blijven “hangen”. Dit gebeurt vooral op locaties met een kuil in een kleilens gelegen in een watervoerend pakket. De aanwezigheid van kleilenzen verlengt de route waarlangs een verontreiniging zich verplaatst. Het is voor deze situaties lastig om vast te stellen wat het kritisch verhang is voor de diverse stoffen.
[ link ]
Figuur 56. De Geoflo™ voor meting van grondwaterstromingsrichting en -snelheid
8.3.7 Monitoring deformaties van objecten
Het onttrekken van grondwater kan leiden tot deformaties van objecten. Monitoring zorgt dat de deformaties op tijd worden gesignaleerd en in combinatie met een actieplan kunnen schades worden voorkomen.
Richt de meetfrequentie en dichtheid van de monitoring afhankelijk van de eisen van de omgeving en de impact van de ingreep in. Bepaal dit bij voorkeur met een integraal monitoringsplan, inclusief actie- en communicatieplan, en beschouw de bemaling hierbij als een onderdeel van het gehele werk. Meet en presenteer de monitoring van deformaties en daaraan verbonden parameters zoals waterdrukken integraal.
Hoogtemerken
Gebruik nauwkeurigheidswaterpassingen (‘deformatiemetingen’) voor het monitoren van de hoogteligging van objecten. Breng hiervoor op of in de te monitoren objecten hoogtemerken aan waarop de meetbaak op eenduidige manier kan worden geplaatst. Met moderne apparatuur is een nauwkeurigheid van 0,1 millimeter te bereiken.
Gebruik nauwkeurigheidswaterpassingen (‘deformatiemetingen’) voor het monitoren van de hoogteligging van objecten. Breng hiervoor op of in de te monitoren objecten hoogtemerken aan waarop de meetbaak op eenduidige manier kan worden geplaatst. Met moderne apparatuur is een nauwkeurigheid van 0,1 millimeter te bereiken.
Hoogtemerken zijn er in diverse vormen:
- hoogteboutjes die in gebouwen kunnen worden geplaatst (figuur 53);
- asfaltspijkers voor in de weg;
- zakhaken voor toepassing op leidingen of voor meting van maaiveldzakking;
- markante punten op of aan de objecten zelf.
[ link ]
Figuur 53. Hoogteboutjes
Inrichting van het meetnet
Breng voorafgaand aan het project het (adem)gedrag van de omgeving in kaart, zodat van nature “voorkomende” bewegingen bekend zijn. Met bijvoorbeeld een Total Station in combinatie met spiegels of Nauwkeurigheidswaterpassing zijn de bewegingen in de omgeving goed te volgen. Deze Total Stations meten continu en met een nauwkeurigheid van circa 1 mm. Deze bewegingen moeten inzichtelijk zijn zodat trends veroorzaakt door bouwactiviteiten zichtbaar zijn. Gebruik geen RTK GPS: de nauwkeurigheid bedraagt ca. 2 cm en is te gering om zettingen te meten. Begin minstens twee weken van tevoren met de monitoring van trillingen en vervormingen om achtergrondwaarden die in de normale situatie voorkomen te kennen.
Breng voorafgaand aan het project het (adem)gedrag van de omgeving in kaart, zodat van nature “voorkomende” bewegingen bekend zijn. Met bijvoorbeeld een Total Station in combinatie met spiegels of Nauwkeurigheidswaterpassing zijn de bewegingen in de omgeving goed te volgen. Deze Total Stations meten continu en met een nauwkeurigheid van circa 1 mm. Deze bewegingen moeten inzichtelijk zijn zodat trends veroorzaakt door bouwactiviteiten zichtbaar zijn. Gebruik geen RTK GPS: de nauwkeurigheid bedraagt ca. 2 cm en is te gering om zettingen te meten. Begin minstens twee weken van tevoren met de monitoring van trillingen en vervormingen om achtergrondwaarden die in de normale situatie voorkomen te kennen.
Locaties worden in eerste instantie bepaald op basis van omgevingsinventarisaties waaruit volgt wat de kwetsbare objecten zijn. Leg vervolgens in overleg met bevoegd gezag en eventueel betrokkenen uit de omgeving de locaties van de hoogtemerken vast. Plaats extra hoogtebouten en spiegels waar vanuit buurtonderzoek gevoeligheden blijken te zijn. Zoek een punt om het Total Station gedurende en voorafgaand aan het project te plaatsen. Dit moet een goed gefundeerde locatie zijn; in veengebieden moet dit op of in het Pleistoceen gefundeerd zijn. Criteria hierbij zijn de gevoeligheid voor zakking van de objecten, de voorspelde deformatie en ervaringen uit het verleden. Plaats de hoogtemerken op tactische locaties om inzicht te krijgen in zowel de absolute zakking van een object, als de verschilzakking(en) van een object.
Leg het meetnet, afhankelijk van de grootte van het meetnet, vast aan een of meer hoogtebouten van het Rijksdriehoeksnet. Richt extra referentiepunten in om de waterpaslengte naar de hoogtemerken te beperken. Belangrijk hierbij is dat de referentiepunten en de Rijksbout zelf niet aan zakking onderhevig zijn. Geschikte locaties voor referentiepunten zijn bijvoorbeeld op palen gefundeerde gebouwen. Als deze niet voorhanden zijn, richt dan een referentiepunt in door bijvoorbeeld een sondeerstang (zeer) diep weg te drukken. Controleer referentiepunten zelf ook regelmatig op hoogte en verdisconteer eventuele afwijkingen in de metingen van de hoogtemerken. Wanneer voor een project een groot aantal hoogtemerken (vijftig of meer) zijn aangebracht, verdeel deze dan in zogenaamde kringen die zijn onderverdeeld in secties. Hiermee wordt de waterpaslengte beperkt en de zogenaamde sluitfout van de meting verkleind.
Breng voor de nauwkeurigheiswaterpassing de hoogtemerken ten minste twee weken voor aanvang van de (bemalings)werkzaamheden aan en meet ze in ten opzichte van NAP. Dit is de zogenaamde nulmeting. Voer meer dan een nulmeting uit om het effect van weersinvloeden uit te sluiten - er wordt met gevoelige apparatuur gemeten. Laat dit door een onafhankelijke instantie/derde vastleggen vanwege eventuele schade achteraf. Vlak voor start bemaling dient een laatste nulmeting (1e herhalingsmeting) uit om eventuele vervorming/schade in de tussenliggende periode uit te sluiten.
De frequentie van de herhalingsmetingen is erg afhankelijk van de voorspelde of verwachte deformaties, planning en fasering van het werk. Een voorspelling is gebaseerd op de gegevens uit de gedane veldonderzoeken ter plekke.
Over het algemeen wordt een week na aanvang van de bemaling een herhalingsmeting uitgevoerd en daarna met afnemende frequentie tot over het algemeen minimaal een meting per maand. De frequentie van de opeenvolgende herhalingsmetingen moet afhangen van de resultaten van de voorgaande metingen. Geef deze resultaten in enkel logaritmische tijd-zakking-grafieken weer om een beeld krijgen van het verloop van de zakking (figuur 54). De nog te verwachten zakking is zo te voorspellen en op basis daarvan kan het meetprogramma worden aangepast.
[ link ]
Figuur 54. Grafiek hoogtemeting
Een eindmeting van de hoogtemerken vindt plaats na beëindiging van de bemaling en pas nadat de grondwaterstand weer naar de oorspronkelijke (stabiele) uitgangssituatie is teruggekeerd.
De deskundige interpretatie van de deformatiemetingen maakt deel uit van de monitoring en maakt het mogelijk om tussentijds adequate maatregelen te treffen om verdere deformaties te beperken of te voorkomen. Hierbij dient de monitoring van grondwaterstanden en hoogteligging gezamenlijk beschouwd te worden. Wanneer de metingen niet worden beoordeeld, is er eigenlijk geen sprake van 'monitoring' maar van 'registratie' die louter en alleen geschikt is als bewijslast achteraf, waarmee het doel van de monitoring niet wordt bereikt.
Koppel de monitoring ook aan de sturing van bijvoorbeeld de retourbemaling. Niet altijd, maar toch vaak, is het mogelijk dat grondwaterstanden op cruciale gevoelige locaties op peil te houden. Beperk hiermee zakkingen of andere schades aan natuur of archeologie tot en minimum. Uiteraard moet er ook inzicht zijn in verontreinigingen en de verspreiding daarvan.
Scheurmetingen
Als in een pand scheurvorming aanwezig is voer dan parallel aan het meten van deformaties scheurmetingen uit om te kunnen beoordelen of bestaande scheuren in objecten tijdens de bemalingswerkzaamheden of andere werkzaamheden in de bouwput/sleuf vergroten of veranderen. Met Tell-tales en Pfennerpuntjes kunnen scheurmetingen worden uitgevoerd.
Als in een pand scheurvorming aanwezig is voer dan parallel aan het meten van deformaties scheurmetingen uit om te kunnen beoordelen of bestaande scheuren in objecten tijdens de bemalingswerkzaamheden of andere werkzaamheden in de bouwput/sleuf vergroten of veranderen. Met Tell-tales en Pfennerpuntjes kunnen scheurmetingen worden uitgevoerd.
Tell-tales bestaan uit twee perspex plaatjes (figuur 55) die aan weerszijden van een scheur worden aangebracht. In het overlappende deel van de twee plaatjes heeft het ene deel een assenkruis en het andere deel een millimeterverdeling. Hierdoor kunnen de 'nulstand' bij aanbrengen en veranderingen van de scheur in de loop van de tijd worden afgelezen. De aflezingen zijn niet erg nauwkeurig en dienen ter indicatie.
Interpretatie vindt plaats in combinatie met een beoordeling van de deformatiemetingen. Tell-tales bestaan in verschillende uitvoeringen (vlak en binnenhoek).
[ link ]
Figuur 55. Tell-tale, respectievelijk standaard, hoek en grond tell-tale
Pfennerpuntjes zijn niet meer dan 'mini-hoogteboutjes' die in een driehoek over een scheur worden aangebracht. Met een schuifmaat is de onderlinge afstand van de puntjes te meten, waardoor nauwkeurig inzicht wordt verkregen in de verandering van de scheur en eventuele translatie van de bouwdelen aan weerszijden van de scheur. Een eenvoudige methode om snel te kunnen zien of bestaande scheuren verergeren of in beweging zijn, is het aanbrengen van een dun laagje gipspleister (hobbygips) over de scheur.
8.3.8 Integrale monitoring
Bij de metingen van deformaties van objecten is de integraliteit van de monitoring essentieel om de onderlinge invloed van de monitoringsparameters goed te begrijpen. Als voorbeeld kan een grondwaterstandsverandering leiden tot zettingen en schade aan gebouwen anderzijds kan het ook veroorzaakt zijn door een vervorming van een damwand.
Een integrale monitoring meet naast de grondwaterstanden deformaties aan de omgeving zoals gebouwen, maar ook de stempelkrachten en het vervormen van de bouwkuipwanden. Naast deze vervormingen worden ook trillingen gemeten en de grondwaterstanden in de omgeving en de waterdrukken in de kuip gemeten. Bovendien kunnen damwanden voorzien worden van slotverklikkers en diepwanden kunnen met crosshole seismiek worden gecontroleerd op grindnesten. Beide laatste zijn relatief kortdurende metingen voor de kwaliteit maar voor de volledigheid meegenomen omdat ze helpen bij de lekkages tegen te gaan.
De reden is dat mechanismen in en rond de bouwkuip of sleuf kunnen alleen goed begrepen worden als deze in samenhang worden gemeten en daar vooraf in de ontwerpfase goed over nagedacht is. Hieruit voortvloeiend kan de opdrachtnemer de maatregelen adequater toepassen. De totale integrale monitoring is terug te leiden naar risicobeheersing. Voor de deformatiemetingen geldt specifiek ook de veiligheid van de eigenaar van het betreffende pand. En in het geval van de bouwkuip de veiligheid op en rond de bouwplaats.
8.3.9 Overige praktische aspecten monitoring
Een bijzondere vorm van monitoring is het vastleggen van de bestaande situatie door een bouwkundige opname met foto's ('foto-expertise'). Leg voorafgaand aan de werkzaamheden de bestaande toestand van objecten (vaak buiten en binnen) fotografisch of met video nauwkeurig vast en beschrijf alle bestaande deformaties. Denk aan het formaliseren van deze informatie.
Na het beëindigen van werkzaamheden is door een heropname objectief vast te stellen of er sprake is van de toename van de deformaties en of deze daarbij moet worden aangemerkt als schade. Stel vervolgens vast of de toename toe te schrijven valt aan de werkzaamheden die in de omgeving van het object zijn uitgevoerd of dat andere oorzaken een rol spelen. Het juist interpreteren van de verzamelde informatie is niet zelden voer voor rechtskundige geschillen. Het ontbreken van informatie des te meer. Er zijn bij de provincies commissies van deskundigen zoals de ACSG (Advies Commissie Schade Grondwater) [W41] die zich daarover buigen.
Rondom en op de bouwplaats worden vaak nog andere zaken gemeten die niet direct verband houden met de bemaling, maar die wel een oorzaak kunnen zijn voor het ontstaan van schade. Zonder hier dieper op in te gaan, staan hier de volgende vaak uitgevoerde metingen:
- Trillingsmetingen in en aan gebouwen tijdens het inbrengen en trekken van damwanden, het heien van funderingselementen of het slopen van bestaande bouwwerken. Plaats trillingsopnemers voor het uitvoeren van trillingsmetingen op binnen- en buitengevels, vloeren en plafonds. Meet op verschillende hoogten. Moderne opnemers meten in alle richtingen (voor/achter, links/rechts en omhoog/omlaag). Metingen worden meestal onbemand uitgevoerd (automatische registratie), maar in kritische situaties worden de metingen bemand uitgevoerd.
- Hellingmetingen zijn uit te voeren aan verticale bouwputbegrenzingen en aangrenzende grondlichamen. Monteer hellingmeetbuizen aan de verticale bouwputbegrenzing (gelast aan damwanden), laat ze in diepwanden of cement-bentonietwanden, cuttersoilmix- (CSM) en mixed in place (MIP)-wanden, of plaats ze in de grond door boren of drukken. De speciale in de hellingmeetbuis in te laten apparatuur meet de verplaatsing op dat moment in x- en y-richting en als functie van de diepte. Herhaal, afhankelijk van de (verwachte of veronderstelde) deformatie periodiek de meting. Dit kan automatisch (is duurder) en is een goed middel om vroegtijdig deformaties aan de bouwkuip waar te kunnen nemen.
- Zet verplaatsingsmeters op beide of op één van de onderling t.o.v. elkaar verplaatsende (onderdelen van) objecten of plaats cameraatjes om de verplaatsing visueel vast te leggen.
- Met crosshole seismiek kan de kwaliteit van de wand als cement-bentoniet- of diepwanden worden gemeten. Dit is eigenlijk een eenmalige meting indien de kwaliteit van de wand in orde is. Een dergelijk systeem constateert grindinsluiten en daarmee lekkages. Dit voorkomt lekkageproblemen zoals bij de Vijzelgracht te Amsterdam. Crosshole seismiek bleek zeer succesvol voor het kritische wandendak-deel van de A2-tunnel in Maastricht.
8.3.10 Observational Method
Geotechnische en geohydrologische ontwerpuitgangspunten bevatten onzekerheid. In de gebruikelijke ontwerppraktijk wordt uitgegaan van conservatieve schattingen van deze onzekerheden. De Observational Method maakt het mogelijk om niet uit te gaan van de conservatieve aannames en zo op een economische en verantwoorde wijze een project te kunnen realiseren.
Gedurende de aanleg van het project kunnen bij deze aanpak aanpassingen in het uitvoeringsontwerp worden meegenomen. Bij de methode gaat de constructeur niet uit van conservatieve aannames voor de grondparameters, maar denkt de constructeur vooral in scenario’s. Tijdens de uitvoering wordt het gedrag van de constructie, grond en grondwater uitvoerig gemonitord en gevalideerd op eerder gemaakte aannames. Op basis van deze metingen kan besloten worden om het ontwerp of uitvoeringsstrategie aan te passen.
Projecten waarbij een bouwkuip in verschillende compartimenten is opgebouwd, lenen zich goed voor deze aanpak. Gaandeweg de rit leert de ploeg hoe de grond en de constructie zich houden. Bij het aanhouden van het werkplan is een zeer goede communicatie tussen de afdelingen bemaling, monitoring, uitvoering en het ontwerpteam van groot belang. De Observational Method past in de trend om georisicomanagement standaard toe te passen bij grotere ondergrondse bouwprojecten.
Voorwaarden Observational Method:
- De winst in de constructiekosten moet opwegen tegen de uitgebreidere monitoring- en ontwerpkosten.
- Er is een expliciet risicomanagement waarbij faal-scenario’s en tegenmaatregelen vooraf zijn doorgerekend.
- Een goed team zijn met een goede samenwerking tussen ontwerp en uitvoering is altijd, maar met name bij de toepassing van de Observational Method van essentieel belang.
- Er is een uitgebreid monitoringssysteem dat overzichtelijk en toegankelijk wordt gepresenteerd.
Er zijn nog andere voorwaarden om de monitoring en de Observational Method optimaal in te kunnen bedden in een project, dit geldt overigens altijd voor de monitoring:
- Spreek ruimschoots voor de start van de uitvoering af welke mate van verlaging van grondwaterstanden, vervorming of andere parameters acceptabel is. Controleer dit met eisen vanuit bevoegde gezagen en eisen vanuit de omgeving.
- Stel vast bij welke uitslag de bijbehorende vooraf bedachte maatregelen van toepassing zijn.
- Stel signaleringswaarden in voor als er een, of een combinatie van, vooraf bedachte maatregelen ingezet moet(en) worden.
- Bereken en bepaal in samenspraak met de opdrachtgever en het bevoegd gezag de interventiewaarden als maatregelen niet werken. Ervaring leert dat de Observational Method dat nog nadrukkelijker en meer uitleg vereist richting betrokkenen.
Voordelen:
- Vergroting van kennis van interactie tussen bodemlagen, aanlegmethode en bemaling.
- Betere verificatie van het gedrag van de constructie aan de gestelde eisen.
- Helpt bij de reductie van CO2- en stikstofuitstoot.
- Naast de beheersing van de kosten, biedt monitoring bij een groter project de kans om nog scherper te bouwen als het werk herhaald wordt. Wat in het ene bouwkuip-compartiment wordt gemeten, kan voor de volgende worden meegenomen als aanpassing.
- De mensen die in een dergelijke setting hebben gewerkt, hebben bij een volgend project beter begrip en kennis van problemen in de uitvoering en omgeving, wat een pre is in de ontwerpfase.