1 Waterspanningsmetingen U1 en U2 bij sonderingen
1.1 Inleiding
Tijdens sonderen kan naast het meten van weerstand en wrijving de in het sediment aanwezige waterspanning worden gemeten. Deze waterspanning kan op diverse locaties op de sondeerkop gemeten worden. De gemeten waarden op de verschillende locaties zelf, en het verschil in gemeten waarden tussen twee punten op de sondeerkop geeft een indicatie van de aanwezige waterspanningen in een sediment matrix. Dit is niet alleen een actuele waterspanning, maar mogelijk tevens een waterspanning die is opgebouwd onder druk van vroegere omstandigheden. Hierbij valt te denken aan extra drukken opgebouwd tijdens Glacialen in het verleden. Opgemerkt wordt dat waarschijnlijk niet de werkelijke (paleo-)waterspanningen worden gemeten, maar de reactie op het indringen van de sondeerkop in de sedimentmatrix. De waterspanningen zijn deels een reactie op deze indringing waarbij het sediment rondom de sondeerkop in elkaar wordt gedrukt waarbij het water als onsamendrukbaar wordt beschouwd.
1.2 Inhoud
1 Waterspanningsmetingen U1 en U2 bij sonderingen
2.3.1 Waterspanning U1 in goed doorlatend materiaal
2.3.2 U1 in slecht doorlatende grond
2.3.3 U1 in overgeconsolideerde grond
2.5 Grondwaterkartering met U1
2.6.1 U2 in goed doorlatend materiaal
2.7 Theoretische onderbouwing Permafrostindicatie (PI)
2.7.1 Zonder extra sedimentatie
3.3 Voorbeelden van OCR metingen
1.3 Opbouw artikel
Dit artikel gaat o.a. in op de volgende zaken:- De methode van meten van u1 en U2
- Toepassingsmogelijkheden van het meten van U1 en U2
- Conclusies en interpretaties op basis van de metingen
Opgemerkt wordt dat de in deze notitie gepresenteerde methoden en conclusies voor de rekening van opsteller zijn, voor zover mij bekend is een dergelijke toepassing van de waterspanningsmetingen nergens gepubliceerd.
1.4 Bronnen
De volgende bronnen zijn gebruikt voor het
opstellen van
deze notitie:
- Sonderingen, grondwaterstandsgegevens, boringen etc. uit het DINOloket van TNO (www.dinoloket.nl)
- Sonderingen, boringen etc. gezet ten behoeve van projecten- Diverse literatuur (zie hoofdstuk 7)
1.5 Sondeerparameters
In de Nederlandse situatie worden de volgende paramaters aangehouden voor sondeerwaarden, deze notatie wordt toegepast in voorliggende notitie:sv0 de verticale grondspanning uitgaande van het volumiek gewicht dat per bodemlaag wordt bepaald.
qt gemeten conusweerstand (qc) gecorrigeerd voor de waterspanning
u1 de gemeten waterdruk bij een filterplaatsing in de punt
u2 de gemeten waterdruk bij een filterplaatsing achter de punt
u0 de hydrostatische stijghoogte
2 Waterspanning
2.1 Algemeen
Het meten van de waterspanning in het sediment wordt tijdens het sonderen gemeten door middel van drukopnemers. Deze drukopnemers kunnen op verschillende locaties langs de sondeerkop worden geplaatst. In figuur 2.1.1 is een schematische weergave van een sondeerkop opgenomen.
Figuur 2.1.1 Opbouw sondeerkop
Hierin wordt op de locatie van U1 de eerst optredende waterdruk gemeten, tijdens de passage van de sondeerkop. Ten gevolge van de toenemende druk bij de passage van de meetkop zal de druk rond de meetkop toenemen (het korrelskelet naast de sondeerkop wordt samengeperst). In grofkorrelige sedimenten zal de druk eenvoudig afvloeien waarmee de gemeten druk het dichtst bij de punt van de sondeerkop (hier de U1) overeenkomt met de werkelijke waterdruk in het sediment.
De gemeten U1 kan in grofkorrelige sedimenten gebruikt worden om een inschatting te maken van de grondwaterdruk ter plaatse van de sondeerkop. In fijnkorrelige sedimenten kan de (extra) opgebouwde spanning niet zo snel afvloeien. Hierdoor kan de U1 in bijvoorbeeld kleilagen oplopen tot een factor 100 boven de U1 die in zandlagen aanwezig is.
Op de locatie van de U2 wordt een waterspanning gemeten die of gelijk is aan de U1 of afwijkend van de U1. De verhouding tussen U1 en U2 zegt hiermee iets over sedimentkarakteristieke eigenschappen. De U2 kan bijvoorbeeld groter zijn dan de U1 omdat het sediment zo fijnkorrelig is dat de druk toeneemt door de vorm van de kop, en nauwelijks tot niet kan afvloeien.
In glaciaal beïnvloedde sedimenten kan bovendien het korrelskelet sterk in elkaar zijn geperst (door de extra druk van bijvoorbeeld gletsjers/landijs) waardoor het poriënvolume is afgenomen. De verhouding tussen U1 en U2 geeft op deze wijze een indicatie voor de overconsolidatie ratio (OCR, zie paragraaf 3.2). Hiernaast kan in sommige glaciaal beïnvloede sedimenten de U2 negatief zijn.
Dit kan worden uitgelegd als gevolg van het Noordbergum effect (Santing, 1955).
De U2 geeft een indicatie van de rest-waterspanning, de U1 meer een indicatie van de werkelijke waterspanning. De U3 wordt zelden gemeten. In theorie geeft ze een beter beeld van de rest-waterspanning dan de U2, maar ze is lastiger te meten. Hierdoor is de U2 meetlocatie meer favoriet dan de U3 meetlocatie.
2.2 U0
2.2.1 Algemeen
Naast de U1, de U2 en de U3 bestaat er vanzelfsprekend nog de U0, de werkelijke waterdruk (hydrostatische druk), te relateren aan de diepte ten opzichte van het nulvlak (bijvoorbeeld de grondwaterspiegel). De waarde voor de U0 kan bepaald worden aan de hand van een versimpelde versie van de Wet van Bernouilli voor stilstaande vloeistoffen de formule: stijghoogte=plaatshoogte + drukhoogte, of, in notatievorm:
Hierin is :
h Stijghoogte [m] De te berekenen druk
z Plaatshoogte [m] De basiswaarde van de waterdruk bijvoorbeeld een waarde van 0 [m+NAP], te meten in een freatische peilbuis
p Druk [Pa]r Vloeistofdichtheid [kg/m3] Bij zoet water van 20oc is dit 998, zeewater is zwaarder, 1031
g Valversnelling [m/s2] In Nederland circa 9,81, locatieafhankelijk zie figuur 2.2.1
Hierbij kan worden uitgegaan van het gegeven dat 1 meter waterkolom overeenkomt met 10 KPa. De basis druk is vaak de atmosferische druk, gemiddeld in Nederland 101,3 KPa (1,013 MPa). Stijghoogtes kunnen omgerekend worden naar druk in Pascal door te vermenigvuldigen met 9810 (=dichtheid water × zwaartekrachtversnelling), afgerond 10 KPa. De invloed van de lokale zwaartekrachtversnelling en de vloeistofdichtheid op de hydrostatische druk wordt in deze notitie als verwaarloosbaar beschouwd.
Als nu de h bekend is kan aan de hand van deze formule de waarde voor U0 op bijvoorbeeld 10 meter diepte, bij een plaatshoogte van 0 berekend worden als volgt: U0=0+ 100 KPa/10 KPa,
oftewel 10 meter isostatische druk.
Figuur 2.2.1 Valversnelling in Nederland
2.3 U1
2.3.1 Waterspanning U1 in goed doorlatend materiaal
In sondering s32A00104 (bron: Dinoloket) is de U1 gemeten in een goed doorlatend, grof zand in de gemeente Amersfoort. De grafiek is opgenomen in figuur 2.3.1. Hierin is de groene lijn in de linkergrafiek de benadering van de k-waarde [m/dag] (doorlatendheid); de blauwe lijn in de middelste grafiek de gecorrigeerde U1 [-] berekend als U1/U0, de rode lijn de werkelijk gemeten U1 [m];
de rechterkolom geeft een automatisch gegenereerde lithologische kolom.
De kleilaag op -7 [m+NAP], 12 meter onder maaiveld, geeft een verhoogde U1 weer.
Figuur 2.3.1 Sondeeranalyse S32A00104
Deze kleilaag kan worden geïnterpreteerd als een (over-) geconsolideerde kleilaag, mogelijk te correleren met glaciale beïnvloeding in een ijstijd (bijvoorbeeld uit het Weichselien, Saalien of Elsterien). Wat de invloed van deze laag kan zijn wordt duidelijk uit het krantenbericht van 14-09-2012. De kleilaag had, op basis van de beschikbare gegevens, van tevoren als aandachtspunt kunnen worden aangemerkt.
Figuur 2.3.2 Krantenbericht 14-09-2012
2.3.2 U1 in slecht doorlatende grond
In een sondering die gezet is ten behoeve van de nieuw aan de leggen A4/Midden-Delfland is een U1 meting in een dik pakket slecht doorlatende sedimenten gezet. Met name de laag tussen -2 [m+NAP] en -20 [m+NAP] bestaat uit veenlagen, fijn-zand lagen en kleilagen. In de sondering opgenomen in figuur 2.3.3. is deze (complexe) laag goed te zien. De U1 meting geeft duidelijk aan dat onder -20 [m+NAP] een goed doorlatend zandpakket aanwezig is. Daarboven komt tussen -13 [m+NAP] en -20 [m+NAP] een pakket met kleilagen en wat beter doorlatende zandlaagjes voor. Tussen -9 [m+NAP] en -13 [m+NAP] komt een zandpakket voor, lokaal te correleren aan de Tussenzandlaag. De U1 hierin is op basis van de gecorrigeerde meting (in de middelste grafiek de blauwe lijn) gelijk aan de U1 van het onderliggende goed doorlatende zandpakket. Deze twee pakketten staan in deze regio dus mogelijk ergens in contact met elkaar. Het veenpakket tussen -5 [m+NAP] en -9 [m+NAP] is op basis van de U1 meting redelijk homogeen te noemen. Opgemerkt wordt dat in dit type (jonge) ondergrond er geen glaciale beïnvloeding kan zijn geweest (want het gehele pakket komt uit het Holoceen). Ongeconsolideerde jonge afzettingen geven dus eveneens een verhoogde U1 indicatie !
Het zand boven -5 [m+NAP] is opgebracht zand ten behoeve van de wegaanleg.
Figuur 2.3.3 Sondeeranalyse DKM 1004
2.3.3 U1 in overgeconsolideerde grond
In Noord Nederland komen sedimenten voor die onder landijs (hetzij uit het Saalien, hetzij uit het Elsterien) bedekt zijn geweest. Door het grote gewicht van de ijskap zijn de sedimenten geconsolideerd. Schokking (1998) heeft bij Marum en Noordbergum ijsdiktes tot 200 meter gededuceerd. Hierdoor is het water in de porien onder grotere druk gekomen, wat bij sonderen dus met meer druk op de drukopnemers terechtkomt. Drukken tot 300 meter waterkolom zijn niet uitzonderlijk. In de sondering, opgenomen in figuur 2.3.4. is een voorbeeld van een dergelijke U1 meting weergegeven. Het pakket tussen -1 [m+NAP] en -11 [m+NAP] vertoont karakteristiek grote wrijvingsgetallen (in de linkergrafiek de paarse lijn) warbij de wrijving toeneemt naar boven toe. De U1 meting is verhoogd, maar vrij homogeen met de hoogste waarde op de grootste diepte, mogelijk te correleren met de grootste consolidatie. De kleien onderin zijn het meest geconsolideerd, de afnemende U1 zou kunnen wijzen op toenemende korrelgrootte van het sediment.
Figuur 2.3.4. Sondeeranalyse s07D-646
2.4 U1 ruimtelijk
Afzettingen uit het Saalien komen in geheel Noord-Nederland voor, over het algemeen tussen maaiveld en -30 [m NAP]. Deze verhoogde U1 waarden geven bij uitkartering een intrigerend beeld. Dit is opgenomen in een apart artikel op deze website.
2.5 Grondwaterkartering met U1
Indien in een sondeersessie (vaak op een beperkt aantal, dicht bij elkaar gelegen dagen) ten behoeve van een project de U1 bij alle sonderingen wordt gemeten, kan aan de hand van het gegeven dat, idealiter, in goed doorlatende grond de U1 en de U0 vrijwel gelijk zijn aan de heersende stijghoogte een isohypsekaart van het grondwatervlak worden gemaakt. Dit is gedaan voor het Knooppunt E op de nieuwe Maasvlakte. Deze kaart is opgenomen in figuur 2.3.5. De sondeerlocaties zijn aangegeven met rode en paarse stippen. Het resulterende grondwatervlak in [cm NAP] is gekleurd weergegeven.
In praktijk is dit soort kaarten hoogstens indicatief voor de lokale grondwaterstanden, met name door de onzekerheid die optreedt bij het interpreteren van waterspanningsmetingen.
Figuur 2.3.5 Isohypsen Knooppunt E op basis van U1 metingen (december 2011)
De ondergrond bestaat hier uit zeker 10 meter hoogdoorlatend, opgespoten, zand. De vorm van het grondwatervlak is conform de verwachting met de grootste opbolling het verst van de zee af.
2.6 U2
2.6.1 U2 in goed doorlatend materiaal
In zeer goed doorlatend materiaal is de verwachting dat de U2 dezelfde waarde heeft als de U1 en de U0. Indien dunne waterremmende laagjes voorkomen kunnen die op de U1 en op de U2 curve te zien zijn terwijl ze in de bij de sondering gemeten weerstandcurve niet opvallen. Het verschil tussen U0, U1 en U2 kan zo een goed inzicht geven in de detailopbouw van de ondergrond.
Alleen de U2 curve geeft in feite net zo veel / zo weinig informatie als alleen de U1 curve, maar dan met andere waarden. In figuur 2.3.6 is een voorbeeld van een U1/U2 meting weergegeven. In deze figuur valt op dat het goed watervoerende deel tussen -12 [m+NAP] en -18 [m+NAP] in de U1 weinig signaal oplevert, maar in de U2 wel. Dit is mogelijk een indicatie voor glaciale (permafrost) verschijnselen (zie paragraaf 2.7). Tussen -12 [m+NAP] en -4 [m+NAP] komen overgeconsolideerde sedimenten voor, mogelijk indicatief voor een ijskap. Tussen -2 en -4 komt weer een verhoging van alleen de U2 voor (permafrost?). Opvallend is de piekjes in de U1-U2 curve op -28 [m+NAP], mogelijk indicatief voor permafrost in een ouder glaciaal. De grafiek Div U1, U1, U2 [m] geeft de verschillen van deze waarden ten opzichte van elkaar weer.
Figuur 2.3.6 Sondeeranalyse div U0, U1 en U2 s07D-646
2.7 Theoretische onderbouwing Permafrostindicatie (PI)
Tijdens glacialen is de bodem tot op grote diepte bevroren. In de Nederlandse situatie worden diepten van de permafrost geschat rond minimaal 20 meter (van Gijssel, 1995), in Siberië bij de noordelijke Lena, (waar de bodem al meer dan 700.000 jaar bevroren is) zijn diepten tot 1500 meter aangetroffen. In Nederland is onderzoek gedaan naar de minimum dikte van de permafrost in het Weichselien aan de hand van de diepte van Pingoruines waarbij waarden tussen 7 en 15 meter zijn gevonden (De Bruijn, 2012). Een maximum waarde voor de permafrostdikte is lastiger te geven. Op basis van modelstudies is een wordt case berekening gemaakt voor de Noorderkempen die op maximaal 160 meter uitkomt (Beerten,2011). Deze waarde zal waarschijnlijk kleiner zijn door het niet in de modelberekening meenemen van warmere perioden (waarin de dikte weer afneemt), sneeuw en vegetatiebedekking etc.
Uitgaande van het feit dat bevroren grond meer volume heeft dan niet-bevroren grond (het aanwezige water zet uit bij bevriezen), zal bij het bevriezen van de bodem (het Freezing Front) de druk op de ondergrond toenemen. Deze druktoename wordt gecompenseerd op twee manieren, te weten het optillen van de bodem en door verdere consolidatie onder het Freezing Front. Bij het naar beneden verplaatsen van het Freezing Front zal de druk steeds verder toenemen waardoor in theorie de consolidatie eveneens verder toeneemt. Ver onder de permafrost zal deze extra consolidatie weer tot 0 (gecorrigeerd voor de diepte) teruglopen. Een bevroren ondergrond kan zo een OCR-indicatie (Over Consolidatie Ratio, zie paragraaf 3.2) opleveren. Na smelten van de permafrost kan die OCR behouden blijven. Deze OCR zal zich gewoonlijk uiten in een hogere U2 ten opzichte van de U1. Deze hogere waarde kan grafisch worden weergegeven (grafiek J in hoofdstuk 4). Door het feit dat het meten van waterspanningen soms tot moeilijk vergelijkbare resultaten (in absolute waarden) leidt tussen twee vlak bij elkaar gelegen sonderingen, wordt in grafiek J gekozen voor het herleiden van de permafrostindicatie (PI) tot een percentage. Hierbij is 100% het hoogst gemeten verschil tussen U2 en U1 in een betreffende sondering. Aan deze hoogste waarde is dan de rest van de verschillen in die sondering gerelateerd.
Interpretaties in deze notitie worden dan ook opgehangen aan de vorm van de grafiek J, niet aan de absolute waarde!. Hiernaast is er de verwachting dat OCR sterker tot uiting kan komen in meer samendrukbare sedimenten (klei, veen) en minder in zand en grind. Dit beïnvloedt de vorm van de PI vanzelfsprekend. In combinatie met de doorgaande opbouw van een pakket sedimenten kan deze OCR tot de volgende verlopen leiden:
2.7.1 Zonder extra sedimentatie
Indien er op een locatie geen sedimentatie plaatsvindt zal in elke nieuwe ijstijd een kleine (progressieve?) verhoging van de PI plaatsvinden. Uitgaande van het feit dat de laatste ijstijden (MIS 2-4,6,8,10 en 12) min of meer vergelijkbare klimatologische omstandigheden kunnen hebben geheerst zal de diepte van de permafrost in de verschillende ijstijden vergelijkbaar kunnen zijn, te weten circa 20 meter (dit is een uitgangswaarde, zie boven). Zoals eerder gesteld neemt de OCR toe met de diepte door de steeds verder toenemende druk onder het Freezing Front. Bij het voorkomen van 5 ijstijden zal de vorm van de PI in de opeenvolgende ijstijden volgens figuur 2.5.1 kunnen zijn:
Figuur 2.5.1. PI zonder sedimentatie
De gekleurde lijnen komen overeen met de toename van de OCR met de diepte per ijstijd over 5 ijstijden. De maximale diepte is hier 20 meter, te weten de diepte van de permafrost in elke ijstijd.
Op basis van de sonderingen (zie hoofdstuk 4) worden in Zuid-Nederland PI diktes gevonden tot 35 meter.
2.7.2 PI met sedimentatie
Bij een continue sedimentatie van (bijvoorbeeld) 10 [cm/Ky], (50 meter in 0,5 miljoen jaar), een waarde die geregeld voorkomt in de afzettingen in West-Nederland of de Centrale Slenk, in de laatste 0,5 miljoen jaar ontstaat er in de laatste 5 ijstijden het verloop volgens figuur 2.5.2. Het verschil in helling is afkomstig uit de duur en de aanvang van de verschillende ijstijden.
Figuur 2.5.2 PI met sedimentatie
Hier vertegenwoordigen de gekleurde lijnen de bijdrage aan de OCR van de 5 ijstijden op de sedimenten in de diepte. Indien de twee verschillende situaties worden gecumuleerd en op 100% herleid ontstaan de volgende PI indicatoren (figuur 2.5.3).
Figuur 2.5.3. PI verloop cumulatief herleid op 100%
In figuur 2.5.3. is de oranje lijn het verloop van de PI bij een sedimentatie van 10 cm/Ky, de paars-bruine lijn het verloop zonder sedimentatie. Vanzelfsprekend zijn hieruit nog vele nuances en combinaties mogelijk.
2.7.3 De NPI
Op basis van het gegeven dat in een groot deel van Nederland de sedimentatie min of meer gelijk is gebleven aan de daling van de ondergrond wordt de volgende standaard voor Nederland (NPI, Nederlandse PI curve) voorgesteld voor het verloop van de PI in de ondergrond in een regio waar geen extra belasting door het voorkomen van een ijskap is geweest. De OCR is ten zuiden van de ijskap alleen het gevolg van het optreden van permafrost.
Figuur 2.5.4 De NPI (paarse lijn)
In figuur 2.5.4 is de NPI gedefinieerd als de raaklijn aan de PI curve met sedimentatie (10 [cm/Ky]). Deze is in veel grafieken J in hoofdstuk 4 opgenomen.
Indien op de locatie van de sondering een ijskap is geweest, wat tot extra consolidatie van de ondergrond heeft geleid, zal de PI aan de rechterzijde van de NPI moeten uitkomen.
Hoewel dit een theoretische benadering is zijn er opvallende resultaten. Zie hiervoor hoofdstuk 4.
2.8 U3
Van de U3 zijn geen goede voorbeelden beschikbaar.
2.9 U1 Onder watergangen
Indien gesondeerd wordt op, in en onder een wateroppervlakte is de z, de plaatshoogte gelijk aan de diepte van de watergang. Hiermee zou in een haven met een diepte van 10 meter bij een kadehoogte op NAP een sondering in het water 10 meter meer waterdruk over het gehele sondeertraject hebben dan een naastgelegen sondering op de kade. Consequentie is dat er dus altijd een potentiaalverschil bestaat tussen de haven en de kade. Bij de Leeuwarden is in een kanaal gemeten.
De waterdiepte is hier, op basis van de U1 metingen, berekend op 3,52 meter. Bij die waarde werd de U1/U0 curve gelijk aan 1.
3 Afgeleide parameters
3.1 Algemeen
Naast het grafisch weergeven van de U1 en U2 metingen kan een combinatie van beide waarden een ander inzicht geven in de opbouw van de ondergrond.
3.2 OCR
Door sedimentaire processen en daling van de bodem komen grondlagen steeds dieper te liggen. Hierdoor vindt een bepaalde mate van consolidatie plaats. Voor verschillende typen grondlaag (klei, veen, grind, zand) kan worden bepaald of de combinatie diepteligging en consolidatie op een normale wijze verloopt, of dat er sprake is van een grotere consolidatie dan op basis van diepteligging verwacht mag worden. Ten gevolge van het aanbrengen van een extra belasting boven de sedimenten (met name landijs in de ijstijden, maar ook kleien die door tectoniek dieper en weer ondieper zijn gebracht vertonen dit verschijnsel) kunnen klei en veenlagen overgecompacteerd worden. De poriën zullen in het horizontale en verticale vlak worden samengeperst. Na verdwijnen van de extra belasting kan het verticale vlak voor een flink deel weer terugveren, maar in het horizontale vlak “onthoudt” het sediment de extra belasting. Deze overconsolidatie kan worden gekwantificeerd in de OCR, de overconsolidatie ratio. Dit is een ratio waarin de huidige consolidatie zich verhoudt tegenover de maximale consolidatie in het verleden. In tertiaire kleien in Engeland zijn bijvoorbeeld OCR waarden van 8-10 gemeten, een vaker gevonden waarde voor de potklei is een OCR-waarde van 2,2. Een normale consolidatie met de diepte heeft een OCR=1 waarde.
Op basis van een U1/U2 meting kan een benadering van de OCR worden gemaakt volgends de formule van :
OCR = 0,66 + 1,43 (PPD) (Sully, 1988)
Hierin is:
PPD= (U1-U2)/U0
Opgemerkt wordt dat dit een van de vele benaderingen is om de OCR te bepalen, in voorliggende notitie is deze berekening consequent aangehouden. De resultaten zijn hiermee onderling vergelijkbaar, maar geven niet noodgedwongen een correcte waarde voor de werkelijke OCR op diepte x in een grafiek. Wel kan het verschil tussen een grote en een kleine OCR worden gezien op de diepte x.
De OCR Ratio is mogelijk slechts een indicatie voor het poriënvolume. Indien de poriën dicht zijn ten gevolge van secundaire mineraalgroei, e.g. sideriet en pyriet in de T3 afzettingen, is er eveneens een OCR verhoging in de U1 en U2 metingen.
3.3 Voorbeelden van OCR metingen
3.3.1 OCR in Zuid-Nederland
In Zeeuws-Vlaanderen, ten oosten van Hulst, is een drietal sonderingen gezet in afzettingen uit het Tertiair. Hierin komen extreem hoge waarden voor de U1 en de U2 voor, met daaraan gerelateerde OCR waarden die tot boven de 10 stijgen. Dit soort waarden (en hoger) is tevens aangetroffen in de Eocene Londonklei.
Figuur 3.1 Sondeeranalyse S55A00039
In deze analyse ligt de NTO (Near Top Oligocene, de top van de Boomse Klei) op -8 [m+NAP], mogelijk ligt het Eoceen op -25 [m+NAP].
3.3.2 OCR in Midden-Nederland
In Midden-Nederland is een aantal U1U2 sonderingen gezet in de omgeving van de Veluwe en de Utrechtse Heuvelrug, de glaciaal opgestuwde zanden en kleien. In de U1 U2 verdeling zijn de glaciale invloeden goed terug te zien.
Figuur 3.2 Sondeeranalyse s31G-650
In de sondering s31G-650 valt voor wat betreft de afzettingen onder te verdelen in een aantal groepen. Onder -50 [m+NAP] komen de Tegelen afzettingen voor met kenmerkende hoge waarden voor de OCR, waarschijnlijk ten gevolge van secundaire mineraalgroei (pyriet e.d.) Hierboven ligt, met een tijdshiaat van zeker 1 Ma, een deel van de Sterksel afzettingen. In de magnetische sondering S79 (zie het artikel op deze website over paleomagnetisme) ligt aan de top van de S2 in deze regio de ompoling Brunhes-Matuyma. In deze twee Sterksel members (S1 en S2) zijn er aanwijzingen voor permafrost, mogelijk uit MIS 22 tot MIS 16. Aan de top van de S2 member bevindt zich weer een tijdshiaat van minimaal 0,35 Ma. Onderin de Kreftenheye member (Kr, -15 tot -45 [m+NAP]) komen vage aanwijzingen voor van permafrost, te correleren met MIS 12 tot MIS 10. De afzettingen die te correleren zijn met het Saalien liggen tussen -10 en -19 [m+NAP].
3.3.3 OCR in Noord-Nederland
In Noord-Nederland is in het verleden (c.o. Saalien, maar mogelijk ook Elsterien) een bedekking door een ijskap geweest. De ijskap is over het noorden geschoven waarbij onder de ijskap een grote mate van OCR kan zijn opgetreden. Een voorbeeld hiervan is te zien in sondering S02D-26, zie figuur 3.3.
Figuur 3.3 Sondeeranalyse S02D00026
In deze sondering bevindt zich een traject (tussen -10 [m+NAP] en -24 [m+NAP] waar zeer hoge wrijvingsgetallen gekoppeld worden aan niet extreem fijnkorrelige sedimenten. Het betreft hier geplooide structuren ontstaan onder een ijskap. Tussen -24 [m+NAP] en -28 [m+NAP] komen eerst indicaties voor dat permafrost aanwezig is geweest, in de zone voor de ijskap. Nadat de ijskap over de loactie heen stroomt worden gehomogeniseerde, overgeconsolideerde lemen en zanden afgezet waarin de OCR opvallend gelijkmatig is. Op -10 [m+NAP] lijkt er nog een laatste indicatie te zijn van permafrost. Hierna verdwijnt de ijskap.
3.4 K0
De K0 waarde is gedefinieerd met de formule (U2-U0)/(U1-U0). Ze geeft een indicatie van de diepte waarop de U2 duidelijk negatiever is dan de U1 of U0. Deze parameter is (nog) niet verder uitgewekt, maar geeft waarschijnlijk een glaciaal geïnduceerd signaal af.
3.5 Bq
Dit is de wateroverspanningsparameter, gedefinieerd met de formule
Bq = Du2 / (qt - sv0)
Met
Du2 = u2 – u0
Deze parameter geeft een indicatie van het optreden van dunne waterremmende lagen.
4 Metingen
4.1 Locaties
In de Dinoloket Database zijn minimaal 210 sonderingen met U1 en U2 metingen, verspreid over Nederland, opgenomen. De locaties van deze boringen zijn opgenomen in figuur 4.1.1. In paragraaf 4.3 worden de verschillende boringen kort besproken waarbij doorgelinkt is naar een pdf van de betreffende sondering. Paragraaf 4.2 bepreekt de verschillende typen deelgrafieken.
De sonderingen zijn tevens te vinden in deze KML-file (hiervoor is Google Earth noodzakelijk).
4.2 Legenda grafieken
In de bijlagen zijn de volgende grafieken onderscheiden:
|
A |
Benadering doorlatendheid watervoerende lagen (groene lijn) en voorkomen organische en/of overgeconsolideerde lagen (paarse lijn) |
|
B |
Indicatieve onderverdeling in watervoerende lagen (geel), waterremmende lagen (groen) en veenlagen (paars) |
|
C |
K0 (zie paragraaf 3.4) tussen +5 en -5 |
|
D |
W-getal, indicatie voor de weerstand per meetinterval tussen 0 en 200 dagen |
|
E |
U1 waterspanning, gemeten en gecorrigeerd voor diepte, in meter waterdruk |
|
F |
U2 waterspanning, gemeten en gecorrigeerd voor diepte, in meter waterdruk |
|
G |
Indicatie OCR, (zie paragraaf 3.3) tussen 0 en 10 |
|
H |
Benadering Bq tussen +5 en -5, zie paragraaf 3.5 |
|
I |
Div (verschil) tussen U0 en U1, U1 en U2 in meter waterdruk |
|
J |
Permafrostindicatie in procenten, met de NPI, zie paragraaf 2.7 |
(NPI=Nederlandse
Permafrost Indicatie)
4.3 Sonderingen
In de tabel worden opvallende zaken per sondering opgesomd. Vanuit deze tabel kan worden doorgeklikt naar de desbetreffende pdf’s.
5 Conclusies
Het meten van waterspanningen geeft een meerwaarde ten opzichte van sonderingen waarbij enkel weerstand en wrijvingsgetal worden gemeten. Op basis van deze metingen kan een uitspraak worden gedaan over grondwaterstanden in diverse lagen ten tijde van de sondering. Hiernaast lijkt het erop dat de U1 en U2 metingen een snelle en goedkope indicatie geven van de glaciale geschiedenis (in combinatie met sedimentatie) van een site. Gezien het gegeven dat sonderingen vaak vlakdekkend zijn kan op deze wijze een 3-D beeld van glaciale verschijnselen worden gegenereerd.
Vanzelfsprekend is aanvullend verder onderzoek noodzakelijk voor een meer uitgebreide bewijsvoering.
6 Literatuur
| Beerten, K | 2011 | Permafrost
in northwestern Europe during the Last Glacial |
EXTERNAL
REPORT SCK•CEN-ER-138 10/KBe/P-59 |
| De Bruijn, R | 2012 | Pingo remnants in the northern Netherlands and adjacent north-western Germany | Msc Thesis, Urecht |
| Santing, G | 1955 | Een merkwaardig geohydrologisch verschijnsel in Noordbergum | Hydrologisch Colloquium,
H.C. 320, 5 p. |
| Schokking, F | 1998 | Anisotropic geotechnical properties of a glacially overconsolidated and fissured clay | Thesis, TU Delft |
| Sully, J.P., Campanella, R.G. and Robertson, P.K | 1988 | Interpretation of Penetration Pore Pressures to Evaluate Stress History | 1st International Symposium on Penetration Testing, ISSMFE, Florida, March 1988, Balkema, 993-999 |
| van Gijssel, K. | 1995 | A hydrogeological and palaeoenvironmental data set for large-scale groundwater flow model simulations in the northeastern Netherlands | Meded. Rijks Geol. Dienst 52, 105-134. |