Baggeren en transporteren, eigenschappen baggerspecie

Inzicht in de grondeigenschappen is noodzakelijk voor de keuze van het type baggerwerktuig en voor het te verwachten gedrag van het gebaggerde materiaal in het middel van vervoer, bij de verwerking en in het depot. Het grondonderzoek bestaat uit locatiemetingen en laboratoriumproeven.

Onderzoeksinspanning
Bij verontreinigde waterbodems gaat het in het algemeen om een sediment dat gedurende decennia is afgezet. Het benodigde grondonderzoek is vergelijkbaar met het grondonderzoek dat men zou uitvoeren bij onderhoudsbaggerwerk. De grondgesteldheid kenmerkt zich meestal door fijn, licht gepakt materiaal, dat in dunne lagen voorkomt en waarvan de fysische samenstelling over het te baggeren gebied slechts in beperkte mate zal variëren zodat met een, vanuit het oogpunt van baggeren, relatief beperkt grondonderzoek kan worden volstaan.

Het verwijderen van verontreinigd waterbodemmateriaal kan ook onderdeel zijn van nieuw uit te voeren werk. Voorbeelden hiervan zijn het wegbaggeren van een rivieroever ten behoeve van tunnelbouw of als onderdeel van een nieuw aan te leggen of te vervangen oeververdediging. In dat geval zal met het oog op de mogelijke gevarieerdheid van de grondgesteldheid een uitgebreider grondonderzoek nodig zijn. Ten behoeve van het baggeren van waterbodems bestaan enkele landelijke en regionale richtlijnen of protocollen, zoals de NVN 5720 voor verkennend onderzoek en de Richtlijn nader onderzoek voor waterbodems. Ook het onderzoek naar het voorkomen van asbest verdient hierbij aandacht. Hiervoor is de NTA 5727 (bodem monsterneming en analyse van asbest in waterbodem en baggerspecie) opgesteld.

Het vaststellen van de verontreinigingsparameters gebeurt deels op monsters die ten behoeve van het grondonderzoek zijn verzameld, deels op extra verzamelde monsters. Afhankelijk van de omvang van het werk wordt het zinvol geacht de verontreinigingsgrens meer of minder nauwkeurig in beeld te brengen. In dit verband is door AVECO in opdracht van POSW [2] het computermodel FAST (=FoutenAnalyse SaneringsTraject) ontwikkeld. In dit model wordt de gridafstand van de boringen en de baggeroverdiepte als invoerparameters gebruikt voor de berekening van de totaalkosten van een baggerwerk en het te verwachten saneringsrendement. Bij grotere projecten kan op deze manier een optimum worden gezocht tussen de onderzoeksinspanning vooraf en de te verwachten uitvoeringskosten. In dit kader wordt ook het opstellen van een DTM (digitaal terreinmodel) genoemd waarmee de ligging van het gewenste ontgravingsvlak nauwkeurig kan worden beschreven.

In situ metingen

Met in situ metingen kunnen de volgende baggerparameters worden vastgesteld:

• de grondsoort (geroerde en niet geroerde monsters);
• de laagopbouw (boringen, sonderingen);
• de sterkte van de grond (sonderingen);
• de dichtheid.

Voor in situ onderzoek staan de volgende technieken ter beschikking:

Continuesteekboringen voor het nemen van ongeroerde monsters. Voor de uitvoering van deze methode dient men te beschikken over een ponton waarop de boorinstallatie is gemonteerd. Bij kleine wateren is deze methode minder geschikt. Deze methode wordt vooral gebruikt bij een nieuw werk.

Pulsboringen voor het nemen van geroerde monsters. Bij deze methode dient men eveneens te beschikken over een ponton. Ook deze methode wordt vooral gebruikt bij een nieuw werk. In het boorgat van een pulsboring kan met een steekapparaat een ongeroerd monster worden genomen.

Vibrocore voor het nemen van ongeroerde monsters. De vibrocore wordt vooral toegepast in zandige grond en onderhoudsbaggerwerk.

Van Veen sampler voor het nemen van geroerde oppervlaktemonsters. Dit is een eenvoudige methode die vanaf een klein vaartuig kan worden uitgevoerd. Het wordt vooral toegepast in het kader van de uitvoering van onderhoudsbaggerwerkzaamheden. De methode is ook geschikt voor grote waterdiepten.

De zuigerboor, multisampler (zuigerboor met plexiglas buis) en Beekersampler voor het nemen van monsters van de waterbodem tot diepten van circa 0,5 tot 2 m onder de waterbodem. De apparatuur is alleen toe te passen bij minder vastgepakt zand, slib, en zachte klei. De Beekersampler bestaat uit een transparante PVC buis die met gebruik van opzetstukken verticaal in de bodem wordt gedrukt. Door de wijze van monstername wordt in het monster de onderlinge volgorde en kwantiteit van de aangetroffen grondsoorten niet verstoord. Het apparaat is licht en gemakkelijk te hanteren, zodat op eenvoudige wijze vanaf een vaartuig per dag talrijke monsters kunnen worden genomen.

De stokemmer wordt toegepast voor het bemonsteren van mogelijk asbesthoudende baggerspecie. Met deze methode kan de toplaag (tot circa 0,5 m) van de waterbodem worden bemonsterd. ten opzichte van de andere genoemde methoden heeft de stokemmer als voordeel dat ook grotere delen asbesthoudend materiaal bemonsterd kunnen worden.

Bij het saneringsonderzoek in het Ketelmeer is gebruik gemaakt van de Vrij-Witboor. Dit is een U-vormig afsluitbaar metalen profiel waarmee ongeroerde monsters kunnen worden gestoken tot diepten van 0,5 tot 1 m onder de waterbodem.

Sonderingen worden veelal gecombineerd met waterspanningsmetingen. Hierbij worden de volgende parameters vastgesteld:

• conusweerstand;
• mantelwrijving;
• waterspanning.

Uit het verloop van de conusweerstand en de waterspanning kan inzicht worden verkregen in de laagopbouw en samenstelling van de waterbodem. Boringen dienen daarbij ter verificatie. Het quotiënt van conusweerstand en de mantelwrijving (wrijvingsgetal) geeft eveneens een beeld van de laagopbouw.

In situ-dichtheidsmeter. Hiermee kan de situ-dichtheid worden gemeten tot dichtheden van circa 1.300 kg/m3 (slib). De dichtheid is onder andere van belang voor het vaststellen van de uitlevering, de te verwachten concentratie bij hydraulisch transport, als indicator voor de grondsoort en het vaststellen van de nautische diepte [10] (Navitracker, D2ART).

De seismische technieken kunnen worden ingezet om bodemopbouw van de ondergrond vast te stellen. Te samen met enkele traditionele grondboringen of sonderingen ter ijking van de meetgegevens kunnen laagovergangen in de ondergrond nauwkeurig worden vastgesteld. Een dergelijke techniek kan worden toegepast bij het maken van nauwkeurige DTM (digitale terreinmodel) van te ontgraven bodemlagen.

Laboratoriumproeven baggerspecie

Fysische kenmerken
De volgende grondparameters kunnen worden bepaald met behulp van laboratoriumproeven op grondmonsters:

• de korrelverdeling;
• de situ-dichtheid;
• het watergehalte;
• de Atterbergse limieten;
• de ongedraineerde schuifsterkte;
• de viscositeit.

De korrelverdeling is een cumulatieve procentuele verdeling van de korrelfractie op basis van het gewicht. De korrelgrootte is van belang voor de doorlatendheid van de grond, de overvloeiverliezen uit beun of hopper, de kritische snelheid in de persleiding bij hydraulisch transport, het scheiden van baggerspecie in een schone zandfractie en een verontreinigde slibfractie (hydrocyclonage, sedimentatiedepot) en het sedimentatiegedrag en consolidatiegedrag op het stort. De korrelverdeling is zowel van belang bij onderhoudsbaggerwerk als bij de uitvoering van een nieuw werk.

De korrelverdeling wordt onder andere door een verwerker gebruikt om een partij baggerspecie te beoordelen op grond van de Minimale Verwerkings Standaard (MVS).

De situ-dichtheid (kg/m3) wordt behalve met een directe meting in het veld, ook vastgesteld op een ongeroerd monster. Het belang van de situ-dichtheid is hierboven beschreven.

Het watergehalte in combinatie met de Atterbergse limieten wordt gemeten bij klei. Het is een indicatie voor het gedrag bij hydraulisch transport (mengselvorming, kleiballen) en geeft nadere informatie over de te verwachten grondsoort. Deze parameters worden vooral bepaald in geval van een nieuw werk.

De ongedraineerde schuifsterkte is van toepassing op klei en wordt vastgesteld op een ongeroerd monster. In het veld kan men voor een snelle indicatie hiervoor een vane(-)tester gebruiken. In het laboratorium gebruikt men de triaxiaalproef. Kennis over de ongedraineerde schuifsterkte, waaruit de benodigde graafkracht kan worden afgeleid, is voornamelijk van belang bij de uitvoering van een nieuw werk.

De viscositeit is van belang voor de verpompbaarheid van slib.

Bij de beschrijving van het prestatiebereik van de werktuigen is de grondgesteldheid ingedeeld volgens de grondsoorten: veen, klei, zand, grind en stenen. Uiteraard zijn er in de praktijk talloze tussenvormen.

Chemische samenstelling
De chemische samenstelling van de baggerspecie kan in bepaalde gevallen een rol spelen bij de keuze van de in de te zetten baggertechniek. Zo vormt de aanwezigheid van asbest of hoge concentraties aan vluchtige componenten een mogelijke beperking vanuit veiligheidsoverwegingen (arbo-wetgeving). Technieken waarbij specie wordt ontgraven en overgeslagen worden in dergelijke gevallen bij voorkeur vermeden dan wel alleen toegepast indien er maatregelen getroffen worden om de blootstelling(srisico's) te minimaliseren.