Luisteren naar de golven

Visuele inspectie van dijken blijkt onvoldoende om zwakke plekken tijdig op te sporen. TNO ontwikkelde een nieuwe seismische inspectietechniek waarmee geologen `in de dijk kunnen kijken'.

`Met een nieuwe techniek, ConsoliTest geheten, kunnen we de verschillende grondlagen in de dijk in kaart brengen zonder die te beschadigen,' zegt Rogier Westerhoff, geofysicus bij het Nederlands Instituut voor Toegepaste Geowetenschappen, onderdeel van TNO (TNO-NITG). TNO ontwikkelde ConsoliTest niet speciaal voor dijkinspectie, maar voor bodemonderzoek in het algemeen. ``We wilden een methode die sneller en goedkoper was dan de bestaande methoden voor bodemonderzoek,'' vertelt Westerhoff. Hij en zijn collega's maakten de afgelopen drie jaar een Amerikaanse techniek pasklaar voor de grillige afwisseling klei, zand en veen in de Nederlandse bodem. Westerhoff: ``Ons vermoeden dat ConsoliTest ook uitstekend geschikt is voor dijkinspectie zagen we eind februari tijdens een veldproef bevestigd. Op een Zeeuwse dijk in de Nieuw-Strijenpolder konden we haarscherp een voormalige gevarenzone lokaliseren.''

De nieuwe methode van TNO maakt gebruik van oppervlaktegolven. Dat is uniek want voorheen zaten oppervlaktegolven geofysici voornamelijk in de weg. Ze verstoorden bijvoorbeeld het signaal van de schuifgolven dat ze probeerden te meten. Schuifgolven bewegen zich horizontaal door de bodem. Omdat in stijve grond deeltjes meer contactpunten hebben, bewegen schuifgolven sneller in stijf zand dan in slap veen. Geofysici gebruiken die eigenschap om de gelaagdheid van de bodem in kaart te brengen. Met een valgewicht brengen ze grond in trilling. Vervolgens meten ze elke keer een stapje dieper in de bodem de aankomsttijd van schuifgolven. Met die klap op de grond gaat echter verreweg de meeste energie in oppervlaktegolven zitten. Een schuifgolf meten is dan als een blaadje horen ritselen in de berm van de A2.

destructief

Oppervlaktegolven raken met hun toppen altijd de scheiding tussen aarde en lucht. Daar kun je ze ook meten. Schuifgolven gaan de diepte in. Om die te meten moet je een ontvanger tot verschillende dieptes de grond in drukken. Westerhoff: ``Dat kan tamelijk destructief zijn voor de ondergrond. Dat is bij geen enkele meting wenselijk, maar op in een dijk al helemaal niet.

Tijd dus om gebruik te maken van oppervlaktegolven. Het toeval wil namelijk dat de snelheid van oppervlaktegolven lineair evenredig is aan de snelheid van schuifgolven. Net als schuifgolven worden oppervlaktegolven sterker in hun snelheid belemmerd als de grond erg slap is. Na een klap op de grond ontstaan oppervlaktegolven in allerlei verschillende golflengtes. Grote golflengtes, dringen dieper door in de grond dan kleine. Op hun weg op en neer door de bodem komen ze dus meerdere grondlagen tegen die elk op hun eigen manier de snelheid van de golf beïnvloeden. Een valgewicht brengt de grond in trilling.

goedkoper

Door de aankomsttijd van verschillende golflengtes op steeds grotere afstand van de valplaats met elkaar te vergelijken kunnen de TNO'ers een bodemprofiel opstellen. Westerhoff: ``Het enige dat je nodig hebt is een kabel met ontvangers en een hamer om je bodem in trilling te brengen. Dat is stukken goedkoper dan een schuifgolfmeting.''

Op 30 december 1894 brak in de Nieuw-Strijenpolder in Zeeland de buitendijk. Onder de dijk liep een oude geul van de Striene die was opgevuld met jong zeezand. Dit zand spoelde sneller weg dan de omringende grondlagen en de dijk begon te schuiven. Afwijkende grondlagen in en onder Nederlandse dijken zijn een belangrijke oorzaak van dijkfalen. Westerhoff en zijn collega's wisten van de zandgeul onder de Zeeuwse dijk, en gebruikten het als testcase voor metingen met hun nieuwe ConsoliTest. Westerhoff is tevreden met het resultaat. ``In onze data konden we heel mooi de overgang van oud wadzand naar jong zeezand zien.''

Op dinsdag 9 maart presenteerde TNO ConsoliTest op de kennisdag van Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA). Hoe denkt Westerhoff te concurreren met technieken die met infrarood licht, of radar duizenden kilometers dijk controleren op lekken? ``Radar is heel gevoelig voor elektromagnetische straling. Kabels en leidingen, waar Nederland vol mee ligt, verstoren al snel je meting. Daar zou ik dus niet zo snel voor kiezen. Met infraroodsensoren kun je wel heel goed zien waar het water uit de vaart de dijk binnendringt. Dat kan op heel grote schaal, maar het zegt niks over de oorzaak van het lekken.

``Als ik waterkeringsbeheerder was, zou ik infraroodmetingen inzetten voor het grote beeld en dan op kleinere schaal met ConsoliTest de geologie van de dijk in kaart brengen. Dat geeft je de kennis om vervolgens de dijkschade te kunnen herstellen.''