Een artikel uit Land en water, (een vakblad voor de praktijk van civiel- en milieutechnici) met beeld van Kremer Zand en Grind.

De CUR-Aanbeveling 113 stamt uit 2008 en is opgesteld door een breed samengestelde commissie van adviseurs, branche, overheid en de kennisinstellingen GeoDelft en WL, sinds 2008 verenigd in Deltares. Wiertsema & Partners heeft de afgelopen decennia veel ervaring opgedaan met onderzoek en advies bij zandwinprojecten.

Praktijk en theorie
Voor een goed ontwerp en veilige uitvoering moeten de adviseur en exploitant rekening houden met de aanwezige infrastructuur en bebouwing in de buurt van de oever, het gebruikte baggermaterieel, de uitvoering en de variatie in de bodemopbouw met de hierbij behorende risico's. Dit leidt via een risicoanalyse tot een taludontwerp dat de minimale taludhelling en randstrookbreedte bepaalt. Dit ontwerp is geënt op een veilige situatie na beëindigen van de zandwinactiviteiten.
Aansluitend is een zandwinplan nodig dat beschrijft hoe het zand op een zo efficiënt mogelijke en toch veilige manier uit de put is te halen. Tijdens de exploitatie van een zandwinning kan desondanks een inscharing optreden. Analyse naar de oorzaak hiervan is essentieel voor een veilige voortzetting van de zandwinning en het bepalen of herstel nodig is.

Benodigd grondonderzoek
Ter plaatse van een zandwinning zal de bodemopbouw hoofdzakelijk uit zand bestaan, maar lokaal kunnen 'stoorlagen' voorkomen, bestaande uit klei of leem, die een negatief effect op de zandwinning kunnen hebben.
Om de ruimtelijke variatie in de bodemopbouw inzichtelijk te maken, is het nuttig elke 300 á 500 meter een sondering tot circa 1,5 x de putdiepte uit te voeren halverwege het toekomstige talud (de daadwerkelijke hoeveelheid is altijd afhankelijk van de geologische situatie). Sonderingen geven ook een goed beeld van de pakking (los of vast) van het zand in het talud.
Behalve de sonderingen wordt geadviseerd elke 300 á 1.000 meter een boring tot onderkant put uit te voeren, waarbij elke meter een ongeroerd monster (in verband met het behouden van de fijne fractie) wordt genomen voor classificatie (met name korrelverdeling) in een geotechnisch laboratorium. Boring en sondering liefst op dezelfde locatie, zodat ze met elkaar zijn te vergelijken.
Sonisch boren, in combinatie met sonderingen, blijkt goed geschikt voor zandwinputten. Dit is sneller en goedkoper dan traditioneel pulsen en zorgt voor geroerde monstername van het zandpakket, die kwalitatief voldoende is voor analyse van zandwinningen.

Taludontwerp
Het uitgevoerde of beschikbare bodemonderzoek geeft inzicht in de mogelijke aanwezige geotechnische risico's op oeverinstabiliteit tijdens winning en beheer. Hierbij moet worden gedacht aan afschuiving, verwekingsvloeiing of bresvloeiing (faalmechanismen; de laatste twee vaak aangeduid als zettingsvloeiing) of een combinatie hiervan.
Bij het ontwerp van een veilige taludgeometrie en uitvoeringsmethodiek moet rekening worden gehouden met de aanwezige risico's. Aan de hand van de aanwezige belendingen wordt een veiligheidsklasse (conform Eurocode 7) toegekend aan dat deel van het talud waar een ontwerp voor wordt opgesteld.
Belangrijk onderdeel van het ontwerp is de risicobeschouwing, waarbij wordt gekeken of het risico van het optreden van een inscharing, met als gevolg schade aan belendingen, kleiner is dan het toelaatbare risico, welke afhankelijk is van de veiligheidsklasse. De kans op een schade kan worden verkleind door het toepassen van een randstrook (veiligheidsstrook) tussen de insteek (rand van de winput tijdens zuigwerkzaamheden) en de kavelgrens of belending.
Bij een relatief diepe winning (> 20m) kan uit de risicobeschouwing blijken dat er een bredere randstrook toegepast moet worden om binnen het maximaal toelaatbare risico te blijven. In deze situatie kan het taludontwerp worden geoptimaliseerd door het toepassen van platbermen. Deze platbermen zorgen ervoor dat een eventuele inscharing of overschrijding op diepte geen invloed heeft op het talud boven de platberm en daarmee klein in omvang blijft en dus de stabiliteit van het bovenste talud gewaarborgd blijft.

Zandwinplan
In een zandwinplan laat de exploitant aan de vergunningverlener zien hoe hij de risico's beperkt en aanvaardbaar maakt. De CUR-Aanbeveling 113 gaat hoofdzakelijk uit van winning met een profielzuiger die het zand naar zich toe 'laat lopen' door het initiëren van een bresproces. De zuigbuis bevindt zich onder het zandniveau.
Het verloop van het bresproces is afhankelijk van de gradatie en pakking van het zand. Daarnaast zijn breshoogte, insteekdiepte en voorwaartse bewegingssnelheid van de zuigbuis bepalend voor de taludontwikkeling. Deze taludontwikkeling is aan de hand van een door Deltares ontwikkeld model te simuleren (HMBreach) en vervolgens te projecteren op een taludontwerp. Wanneer de te verwachten taludontwikkeling het taludontwerp doorkruist, moet de werkmethodiek worden bijgesteld, door bijvoorbeeld de breshoogte te verkleinen (winning in meerdere slagen), de bewegingssnelheid te reduceren of op een minimale afstand van de teen van het talud te blijven. Opstellen van een praktisch toepasbaar zandwinplan is een iteratief proces tussen adviseur en exploitant.
Winning met een cutterzuiger wordt veelvuldig toegepast in zandwinputten, maar is onderbelicht in de CUR-Aanbeveling 113. De cutterzuiger 'haalt' de grond door deze los te snijden en direct op te zuigen. Deze winmethodiek is bewerkelijker dan winning met een profielzuiger, maar ook toepasbaar in cohesieve gronden (klei, leem) die geen bresgedrag vertonen.
Een zandwinplan moet tevens de manier van afwerken bevatten. Een niet afgewerkt talud of oever met lokaal steile (>1:2) taludhellingen kan tijdens exploitatie en beheer door een inleidend mechanisme alsnog gaan bressen of verweken met een inscharing als gevolg. Geadviseerd wordt daarom om bij winning met zowel een profielzuiger als een cutterzuiger het vergund talud afgewerkt op te leveren, ook binnen de vergunning, waarbij de afwerking net als de zandwinning laagsgewijs dient te worden uitgevoerd, zodat in een later stadium waarbij de put al op diepte is niet meer in de bestaande taluds hoeft te worden gewerkt.

Monitoring
Tijdens exploitatie behoort de zandwinput regelmatig te worden gepeild om na te gaan of het proces nog beheerst en naar verwachting verloopt. Aan de hand van de peilingen kan een analyse worden gemaakt van de vooraf berekende en de daadwerkelijk opgetreden taludontwikkeling. Zonodig is sturing mogelijk voor optimalisatie van het zandwinplan.
Loggen van de positie van de zuigbuis is tevens een essentieel onderdeel van de monitoring. Tijdens de winning heeft de operator zo een nauwkeurig beeld van waar de zuigbuis of snijkop zich bevindt ten opzichte van het in het zandwinplan vastgestelde talud, zodat deze niet wordt doorsneden en een mogelijke instabiele situatie veroorzaakt.

Herstelwerkzaamheden
De kans op een inscharing is bij zandwinning nooit te verwaarlozen en hier dient in de uitvoering dan ook rekening mee te worden gehouden. Mocht er onverhoopt toch een oeverinscharing optreden, dan zal analyse van de meetgegevens de oorzaak moeten achterhalen.
Bij de toepassing van de CUR-Aanbeveling 113 is enige kennis en ervaring benodigd. Een praktische toepassing van de aanbeveling vanuit vergunningverlener en exploitant zorgt voor een grotere veiligheid in en rondom de zandwinning, waarbij alle belanghebbenden zijn gebaat.

René Barth en Martijn Ypma werken bij Wiertsema & Partners en Dick Mastbergen bij Deltares.

Lees de tekst ook op landenwater.nl of download hieronder het bestand zoals deze in de gedrukte uitgave verscheen.