Sonderen in zompige bodem Betuwelijn

De extra inspraakronde over de Betuwelijn is gisteren begonnen, maar de voorbereidingen zijn al maanden bezig. Overal langs het traject vinden grondmetingen plaats.

SLIEDRECHT, 2 JUNI. Een meer dan manshoge stalen doos op rupsbanden schuifelt de berm van de parallelweg in. Jan Buvens staat breedgebarend aan de slootkant: een beetje naar links, een paar centimeter achteruit. Dan staat het voertuig precies boven de put die hij zojuist heeft voorgeboord in de zompige bodem. Nu begint het echte werk.

Buvens en zijn collega Leo Gijselhart doen sonderingen en boringen, tot tientallen meters diep. Aan de hand van laboratoriumproeven op grondmonsters, diskettes met meetgegevens, grafieken en foto's vormen andere medewerkers van Grondmechanica Delft zich een beeld van de draagkracht van de bodem. Zo zijn ze al maanden bezig langs het hele tracé van de Betuwelijn, opdat de ontwerpers van de aarden baan en van de viaducten en duikers precies weten waar ze aan toe zijn.

Eigenlijk hadden ze aan de andere kant van de sloot moeten zijn, maar de eigenaar van de grond gaf geen toestemming. Dat komt vaker voor, zegt Jaap Deutekom, die bij Grondmechanica Delft de leiding heeft over het Betuwelijnproject. “Langs de A15 ligt rijksgrond, dus daar heb je geen problemen, maar particulieren geven soms geen toestemming.” Zo plegen ze op hun manier stil verzet tegen de aanleg van de goederenspoorlijn. “Of ze willen gewoon niet dat hun land wordt beschadigd”, voegt Deutekom daaraan toe.

Het zal de mannen in het blauw een zorg zijn. Op het moment dat zij eraan te pas komen, is toestemming altijd al geregeld. Zij krijgen op waar ze ongeveer moeten sonderen of boren. De precieze plek waar de pijp de grond in gaat is hun verantwoordelijkheid. Dat luistert nauw: twee meter verderop, waar ze een eerste poging deden, stuitten ze op een gasleiding. Vandaar dat ze altijd een meter voorgraven. Er kan immers van alles in de grond zitten, van telefoonkabels tot hoogspanningsleidingen.

Buvens tikt wat gegevens in op de computer aan boord van het rupsvoertuig. Dan verdwijnt de stalen conus in de grond voor een sondering, gevolgd door de ene na de andere stalen pijp van een meter lengte. Er wordt niet geboord, maar gedrukt. De hydraulische pers aan boord van het zware voertuig kan zonder verankering 7,5 ton drukken.

Sensoren in de conus meten de weerstand van de omringende grond, alsmede de wrijving en de waterspanning. Op de uitleesvensters van de meetapparatuur is het verloop van deze variabelen van centimeter tot centimeter te volgen. Tegelijk spuwt een plotter slingerende lijntjes op een vel papier.

Met een klein beetje uitleg wordt de mysterieuze grafiek al snel begrijpelijk. De wrijving die de conus ondervindt is sterk afhankelijk van de grondsoort. In klei en veen is de weerstand betrekkelijk gering, in zand veel groter. Hetzelfde geldt voor de druk die nodig is om de conus met constante snelheid naar beneden te duwen. Die is in zand groot, maar in klei en veen te verwaarlozen. Ook verschilt de waterdoorlatendheid van de verschillende grondsoorten sterk. Zand laat ongeveer honderdduizend keer zoveel water door als fijne klei.

Behalve sonderingen voeren de mannen van Grondmechanica Delft ook boringen uit. Daarbij zijn de stalen pijpen achter de steekmond gevuld met een nylon sok om de grond onverstoord op te nemen. Dit is noodzakelijk om later in het laboratorium de eigenschappen van de grond te kunnen onderzoeken.

Bij het ontwerpen van een viaduct of een ander kunstwerk - zo noemen ingenieurs hun bouwsels - is het van het grootste belang te weten hoe diep het zand zit en hoeveel die zandlaag kan dragen. Daarop moet namelijk worden gefundeerd. Op deze plaats langs de parallelweg zit een zandlaag op twaalf meter diepte, maar de draagkracht van de laag is onvoldoende voor bijvoorbeeld de fundering van een zwaar viaduct. Dat zou op een steviger, maar dieper gelegen zandlaag moeten rusten. Voor een fietsviaduct geeft deze ondiepe zandlaag wel genoeg draagkracht.

Bij een zwaar kunstwerk is het van groot belang precies te weten hoe diep er moet worden geheid. “Als het kritisch is, sondeer je om de tien meter”, aldus Deutekom. De lokale variaties in de bodemgesteldheid zijn namelijk zeer groot, zeker in dat drassige stuk van Nederland.

De spoorbaan zelf wordt doorgaans niet onderheid, maar op een zandlichaam gelegd. Toch is ook daarvoor kennis van de bodemgesteldheid nodig. Deutekom: “Als je een laag van zeven meter zwaar zand stort op een tien meter dikke laag slap veen, kan dat zand zo twee meter in het veen wegzakken. Daarom zijn we vooral geïnteresseerd in de vervorming van die slappe laag.” Doel van het onderzoek is na te gaan hoe een stabiele spoordijk kan worden aangelegd, die zo min mogelijk verder zakt. Dat zulk onderzoek nodig is blijkt uit het spoorwegongeval bij Weesp in 1918: de spoordijk zakte over een lengte van 95 meter in elkaar. Er vielen 41 doden. Dit ongeval vormde de aanleiding tot het type bodemonderzoek dat nu grondmechanisch onderzoek wordt genoemd.

Dat wegzakken - de 'zetting' van de bodem - is onvermijdelijk. Het is de kunst om die zetting te beheersen, zodat je weet hoe lang het duurt en hoe erg het is. Het eerste probleem is dat het gewicht van een zandlichaam dat op een klei- of veenlaag wordt aangebracht in eerste instantie niet op het veen zelf drukt, maar op het water daarin. Tussen de bodemdeeltjes zit namelijk vrij veel water. Dat laat zich slecht samendrukken en omdat het niet snel weg kan, draagt dat het zandlichaam. Het zandlichaam zakt totdat al het water eruit is. Deutekom: “ Bij een tien meter dikke laag klei kan het wel tien à vijftien jaar duren.”

Zolang kan men niet wachten op het uitpersen van het water. Om dat proces - de 'consolidatie' - te versnellen, wordt een drainagesysteem aangebracht. Daarbij worden platte kunststof drains gebruikt en geen buizen, zoals in de landbouw of onder voetbalvelden. Deutekom: “Zo kun je de consolidatietijd terugbrengen tot een jaar, of soms nog korter. Omdat er zulke grote verschillen bestaan tussen grondsoorten in de waterdoorlatendheid, moet je heel precies weten welke grond waar zit.”

Zodra het water eruit begint te lopen, begint het samendrukken van de ondergrond en komt het gewicht van het zand op de klei zelf te rusten. Om de stabiliteit zoveel mogelijk onder controle te houden, wordt een zandlichaam vaak in laagjes aangebracht, bijvoorbeeld om de maand een meter erbij.

Hoe de stabiliteit in de bodem precies verloopt, hangt ook af van de wrijving die in de bodem optreedt. Het zandlichaam zakt als die wrijving gering is, terwijl de bodem er vlak naast omhoog wordt geduwd. Er zijn wel methoden om dat te voorkomen, bijvoorbeeld een lagere dijk tegen de spoordijk aanleggen - een zogeheten steunberm. Het gewicht daarvan moet zo groot zijn dat de bodem daar niet omhoog komt door het gewicht van de spoordijk. Om te berekenen of een steunberm zinvol is en hoe groot die dan moet zijn, moeten de wrijvingskrachten die in de bodem optreden precies bekend zijn. Vandaar dat de wrijving in de bodem een van de eigenschappen is die bepaald moeten worden uit de de laboratoriumproeven op de grondmonsters die Buvens en Gijselhart naar boven halen.

Steunbermen zijn echter niet altijd mogelijk, bijvoorbeeld als er niet zoveel ruimte is naast het spoor. Dan moeten andere oplossingen worden gevonden.

Maar ook de laboratoriumproeven op de grondmonsters geven belangrijke informatie. Samendrukbaarheid, wrijvingseigenschappen, waterdoorlatendheid, alles wordt gemeten. De kosten van dat onderzoek lopen in de miljoenen. “Maar in Nederland kun je niet zonder”, zegt Wim Copier, als projectleider Betuwelijn bij de Nederlandse Spoorwegen opdrachtgever voor het onderzoek. “Om te kunnen optimaliseren tussen bouwsnelheid en kosten, moet je niet knijpen op grondmechanisch onderzoek. Maar ook wegens het risico moet je uitkijken, zeker vlakbij de A15 of bij bebouwing.”