Goedemiddag,
Mijn naam is Jan Heemstra. Ik ben oud medewerker van wat vroeger het Laboratorium voor Grondmechanica heette, en wat nu de afdeling Geotechniek van Deltares is. Ik ben daar begonnen in 1976, maar van de NVBS ben ik al langer lid. Ik woon in Amsterdam en ik ging altijd met de trein naar Delft. Dat gebeurde ook op een dag in november 1992. Het was op een maandagmorgen. In de week daaraan vooraf waren er werkzaamheden geweest in Hoofddorp. Ik had de trein van kwart over zeven richting Vlissingen. Die trein was te laat, er was een machinist niet komen opdagen en er was op het laatste moment een andere machinist ingezet. Die machinist had te horen gekregen dat hij er bij Hoofddorp weer langs kon. Dat klopte wel, maar er lag daar geen strak spoor. Het was een donkere morgen, en toen we uit Schiphol vertrokken dacht ik: nu kan ik nog lekker een beetje wegdromen. Dat ging goed tot iets nadat we de Schipholtunnel uitkwamen. De trein was inmiddels op volle snelheid, maar maakte een rare beweging. Hij ging al schever, de lichten gingen uit, en daar lag ik, schuivend in het donker, op het raampje. Het moet net boven de rails geweest zijn. Heel hoog boven me de raampjes aan de andere kant van de trein. Langzaam kwam de trein tot stilstand en ik dacht: ik ben er nog. Maar elke keer dat ik nu voel dat het spoor niet helemaal strak ligt denk ik: nu weet ik hoe weinig er nodig is om een trein uit de rails te laten lopen. Wat zat er onder dat raampje? De spoorstaven en het ballastbed, de aarden baan en de ondergrond. Het ongeluk dat ik meegemaakt heb had niets te maken met het klimaat, maar het weer is wel van invloed op de spoorstaven en het ballastbed. We hebben in Nederland veel langgelast spoor omdat een raillas extra onderhoud aan het spoorwegmaterieel betekent. Maar zo’n raillas zit er nu juist om de gevolgen van uitzetting van het spoor bij heet weer te beperken. In de hete zomer van 2006 is het twee keer misgegaan, in Zwammerdam en in Landgraaf is er toen spoorspatting opgetreden. In Landgraaf waren de gevolgen niet ernstig, maar in Zwammerdam waren er wel een paar mensen gewond. Na een periode met vorst treedt er juist iets heel anders op. De grond gaat van bovenaf dooien, en de ontdooide grond heeft weinig draagkracht. In Nederland zijn mij geen gevallen van problemen bij het spoor in geval van opdooi bekend. Maar het omgekeerde is wel het geval: omdat de wegen in het noorden van Friesland in 1956 door opdooi onberijdbaar waren heeft het Dokkumer lokaaltje daar nog een paar keer gereden. In Siberië is het echter een heel ander verhaal: in 2003 hebben we met de NVBS op de BAM lijn de gevolgen van opdooi in permafrostgebieden goed kunnen zien.
Waar ik het vandaag echter over wil hebben is de diepere ondergrond en strak spoor. Om te begrijpen wat er in die diepere ondergrond gebeurt moet ik eerst wat vertellen over zetting, bodemdaling en elementaire grondmechanica. De onderwerpen die daar aan de orde komen zijn: vastheid van de grond, bouwen in slappe grond en het rijzen bed. Daarna gaan we het hebben over zeer lange duur zetting, vervolgens over stabiliteit, we hebben het even over autonome bodemdaling en we sluiten af met aanbevelingen voor verder onderzoek.
Elementaire grondmechanica Grond bestaat uit deeltjes, water en gassen. Nu zijn de gassen meestal opgelost in het water. In Nederland staat dat water bijna tot aan het maaiveld. Daarom beschouwen we grond in Nederland gewoonlijk als een twee fasenmodel: korrels en water. Het gas bekijken we niet afzonderlijk. Twee fasen, dat wil zeggen: de belasting wordt gedragen door de korrelspanning plus de waterspanning. De stijfheid van het water wordt bepaald door de hoeveelheid gas die er in opgelost is. Onze grond is echter vaak zo slap, dat het water met het gas erin altijd nog een stuk stijver is dan het korrelskelet. Wat gebeurt er nu als er op de slappe grond gedrukt wordt? In eerste instantie zal het water de kracht opnemen. Het komt onder spanning te staan en het zal de neiging vertonen weg te stromen. Slappe grond is echter ook ondoorlatende grond, en het wegstromen gaat maar heel langzaam. We spreken dan van overspannen water. De wateroverspanning verdwijnt in slappe grond maar heel langzaam,. Vuistregeltje (heel grof): een jaar per m’ slappe laagdikte. Een tien meter dikke laag kan er zomaar tien jaar over doen voordat de wateroverspanning verdwenen is. In dezelfde tijd neemt de korrelspanning tot zijn eindwaarde is bereikt. Al die tijd dat er water wordt uitgeperst treedt er ook zetting of zakking op. Als de wateroverspanning verdwenen is houdt het zakken van de grond echter niet op. Keverling Buisman, de godfather van de grondmechanica in Nederland, ontdekte het zogenaamde seculair effect. De zakking gaat ook bij gelijkblijvende korrelspanning door tot in de eeuwigheid, zij het wel steeds langzamer. Tegenwoordig kijken we vaak naar de rek, dat is de zakking per laagdikte. Bij rek denken we vaak aan verlenging, maar in de grond gaat het natuurlijk om verkorting. Kenmerk van slappe grond is dat die grond veel zakt. Toch is dat niet het belangrijkste kenmerk. Keren we even terug naar grond waarop we gaan drukken. Grond breekt niet, maar een grondlichaam kan wel kapot gaan. Dat komt doordat de weerstand van de grond wordt opgebracht door schuifkrachten. Deeltjes kunnen
schuifweerstand opbrengen, maar water kan dat niet. Als de drukkrachten op de grond niet kunnen worden opgevangen door de deeltjes, maar als alleen de waterspanning wordt verhoogd, kan de grond gaan afschuiven. Samengevat Grond die goed kan draineren, zoals zand, noemen we geen slappe grond. Maar samendrukbare grond waaruit het water niet weg kan, zoals veen en klei, dat is wel slappe grond. Onder invloed van een belasting treden er in slappe grond zakkingen of zettingen op, en dat proces kan lang duren. Kort na het aanbrengen van de belasting is het risico op afschuiven het grootst. Vastheid van de grond Om te meten of grond slap of vast is, is in Nederland is de techniek van het sonderen ontwikkeld. Een conus wordt met sondeerbuizen en stangen de grond ingedrukt, de puntweerstand die die conus ondervindt wordt gemeten en uitgezet in een grafiek als functie van de diepte. Aanvankelijk werd er alleen onderscheid gemaakt tussen de weerstand aan de conuspunt en de totale kleef die er langs de sondeerbuizen optrad waarmee de conus wordt weggedrukt. Bij het sonderen treedt echter langs de sondeerbuizen verkneding op, daardoor verandert die totale kleef en weet je niet precies meer waar je de kleef nu eigenlijk meet. Met die totale kleef kon men dan ook niet zo heel veel doen, daarom is men later de plaatselijke kleef gaan meten aan een klein kokertje, de kleefmantel. Deze mantel werd vlak boven de conus geplaatst. Met de plaatselijke kleef kon men veel meer doen. Zo geeft de verhouding tussen de plaatselijke kleef en de conusweerstand goede aanwijzingen over de grondsoort. Bouwen in slappe grond Hoe bouw je nu op slappe grond? Bij een gebouw zijn er verschillende mogelijkheden: je kunt het gebouw heel licht maken (denk bijvoorbeeld aan de huisjes aan de Zaan), maar je kunt er ook een fundering op palen onder zetten. Bij een spoorbaan kun je ook wel denken aan lichte ophoogmaterialen of aan een fundering op palen, maar meestal doe je het anders. Tegenwoordig doet men het vaak door het optreden van zakking te versnellen, bijvoorbeeld door een voorophoging aan te brengen of door een verticale drainage in de grond te brengen. Het rijzen bed Veel spoorlijnen zijn al lang geleden aangelegd en toen deed men het op een andere manier: door het spreiden van de belasting en door te aanvaarden dat de grond in beperkte mate gelijkmatig zakt. Als de ophoging niet al te groot is, de grond niet
buitengewoon slap en als het grondwater niet bijzonder hoog staat, is het mogelijk de krachten op de ondergrond een beetje gelijkmatig te verdelen. Dan bestaat er minder risico voor zettingsverschillen. Dat spreiden kan met een textiel of een matras, en zo’n matras kan zelf ook krachten opnemen, alleen zijn dat alleen maar trekkrachten in de richting van de matras en geen buigkrachten. Ook al is het effect beperkt, zo’n matras is in het verleden veelvuldig toegepast. Die constructie bestaat al heel lang, en de oplossing is afkomstig uit de dijkenbouw. Toen in 1839 de eerste spoorlijn in Nederland werd aangelegd tussen Haarlem en Amsterdam, zijn er ook rijzenbedden toegepast Hoe ziet zo’n rijzenbed er nu uit? Het woord “rijzen” komt van rijshout, wilgentenen. Tussen een roosterwerk van wiepen wordt een vulling van rijshout in twee loodrecht op elkaar staande richtingen aangebracht. Na de Hollandse Spoorwegmaatschappij pasten later ook de Staatsspoorwegen rijzenbedden toe voor de aanleg van nieuwe spoorlijnen. Het rijzenbed moet er voor zorgen dat de zetting gelijkmatig optreedt en dat er geen zijdelingse afschuiving optreedt. Die rijzenbedden zijn niet alleen maar een leuk stukje geschiedenis. Er zijn genoeg plaatsen waar die dingen gewoon nog altijd zitten. Ze zijn behoorlijk belangrijk, en eigenlijk zouden onze spoorwegen best wel eens willen weten hoe goed ze na ruim 175 jaar nog zijn. Helaas, er is veel informatie over oud onderzoek weggegooid. Een heel mooie plek om het toch te kunnen onderzoeken is de oudste spoorlijn van Nederland, de lijn van Amsterdam naar Haarlem. Bij de NVBS vond ik van de oorspronkelijke breedspoorlijn het dwarsprofiel. Op het oorspronkelijke baanlichaam van de enkelsporige breedspoorlijn is hier in 1866 de dubbelsporige normaalspoorlijn aangelegd. Het rijzen bed is er blijven zitten. Ruim 30 jaar geleden is de oude spoorlijn van Amsterdam naar Haarlem vice versa via een omlegging aangesloten op het nieuwe station Sloterdijk. Het baanlichaam van de oude spoorbaan is niet meer in handen van de spoorwegen, op een heel klein stukje na, namelijk precies waar de nieuwe lijn bij de Brettenzone halverwege Amsterdam en Halfweg aftakt van het oude tracé. In 2010 lag er een serieus plan om het rijzenbed daar te gaan opgraven (dat kan niet zomaar even, want de locatie ligt wel vlak naast een druk bereden hoofdlijn). Ik weet helaas niet hoe het afgelopen is. Wat de invloed van het klimaat op de kwaliteit van het rijzen bed is weten we dan ook niet, maar wel weten we dat het rijzen bed al heel lang goed gebleven is. Veel later, in de tijd dat van railprofiel N.P. 46 op N.S. 63 spoor werd omgeschakeld, is het baanlichaam van veel spoorlijnen verzwaard. Destijds was een belasting van 20
ton per m’ gebruikelijk. Inmiddels staan we al niet meer te kijken van een spoorbelasting van 30 ton/m’. Verzwaren van de constructie leidt tot extra zetting, en de kans op minder strak spoor door vervormen van de ondergrond neemt daarmee wel toe. Een relatie met veranderingen in het klimaat is er echter niet. Het bedrijf waar ik altijd heb gewerkt, werd opgericht in 1934, door de eerder genoemde professor Keverling Buisman. Ook in die tijd werden er rijzenbedden gemaakt. Een van de bekendste toepassingen is het proefvak in Stolwijk. Stolwijk, even onder Gouda, ligt in de Krimpenerwaard. De grondslag is hier uitgesproken slap. Aan het begin van de 20e eeuw heeft men hier geprobeerd een zandlichaam aan te leggen voor de tram naar Schoonhoven. Lag er de ene dag nog een stukje recht spoor, dan kon het de volgende dag al weer helemaal misgegaan zijn en was er niets dan een roetsjbaan over. De oorzaak? Er trad de ene na de andere afschuiving op. Uiteindelijk was het geld op en heeft de staat zich het lijntje maar toegeëigend. Wonder boven wonder lukte het op de lange duur toch om er een lijntje voor de stoomtram aan te leggen dat vervolgens werd geëxploiteerd door de Nederlandsche Spoorwegen. Het was een huzarenstukje, maar de baan werd goed bijgehouden. Daarom is het jammer dat de Duitsers de lijn in de oorlog hebben opgebroken en dat de lijn nooit teruggekomen is. Het stationnetje in Schoonhoven bestaat nog wel. Zeer lange duur zetting Voor de oorlog echter, toen de lijn er nog lag, legde Keverling Buisman in de slappe grond naast de lijn een proefvak aan, en daarvoor gebruikte hij een rijzenbed. Keverling Buisman had aan de hand van proeven geconstateerd dat grond eeuwig bleef zakken, maar dat het zakken wel steeds langzamer verloopt. In een dun proefmonstertje is het water er wel in enkele uren uitgeperst, zelfs al is de grond ondoorlatend. Dat uitpersen noemen we consolidatie. Keverling Buisman ontdekte dat er na afloop van de consolidatie in de periode van 1 tot 10 dagen net zoveel zetting bij kwam als van 10 tot 100 dagen en van 100 tot 1000 dagen. De beschouwing van de seculaire zetting is zelfs met de nieuwste rekenmethoden niet fundamenteel anders dan wat Buisman voorstelde. Toch is er een verschil. Tegenwoordig wordt er niet meer naar de zetting gekeken maar naar de “rek”, de relatieve zetting. Buisman beschouwde de verandering van de dikte van een laag ten opzichte van de oorspronkelijke dikte en stelde dat zijn betrekking gold voor die “rek”, de lineaire rek. Alle moderne beschouwingen zijn gebaseerd op de hoogteverandering ten opzichte van de steeds veranderende laagdikte. In formule:
h0 z
nat
h0
dh h
in plaats van lin
h h0
waarin ε de rek, h de hoogte en z de zetting is. Gelukkig is de integraal heel eenvoudig op te lossen. Uitwerken geeft
nat ln 1
z ln 1 lin h0
In het volgende grafiekje is aangegeven hoe de verandering van de hoogte zich ontwikkelt als niet de lineaire rek maar de natuurlijke rek als basis van de lineaire extrapolatie voor een zettingsberekening wordt beschouwd. Bij zeer grote rekken gaat de rek afbuigen, en bij onmogelijke lineaire (reken)rekken (zakking meer dan de monsterhoogte) nadert de rek de limietwaarde. Uit de rechtlijnige ontwikkeling van de natuurlijke rek is de gekromde ontwikkeling van de lineaire rek af te leiden en daaruit de gekromde ontwikkeling van de zetting. Een extrapolatie op basis van natuurlijke rek is dan ook fundamenteel beter dan een extrapolatie op basis van lineaire rek. Alleen moet je bij een zettingsberekening dan ook van rekenparameters gebruik maken gebaseerd op de interpretatie van proeven aan de hand van natuurlijke rek. Daar schort het nogal eens aan. Een kanttekening: het is, zeker in het computertijdperk, belangrijk je ervan bewust te zijn dat een rekenmodel maar een versimpeld model is waarmee het gedrag van grond zo goed mogelijk beschreven wordt. De werkelijkheid is altijd gecompliceerder. Het rekenmodel kan worden getoetst voor een aantal gevallen, maar nooit voor alle situaties. Het is maar een rekenmethode en geen wet: grond trekt zich van onze wetten niks aan! Keverling Buisman is helaas in Indië in een Japans interneringskamp terecht gekomen en heeft zijn langeduur metingen niet kunnen voortzetten. De metingen aan zijn proefvak zijn op 12 mei 1949 beëindigd omdat een deel van de houten zakbaken was verrot. Zestig jaar later, in 2009 hebben wij het rijzenbed aangeprikt, 25.000 dagen nadat het was aangelegd. In grote lijnen klopte de verwachting van Keverling Buisman wel, maar de zettingstoename leek op de zeer lange duur toch iets kleiner dan we dachten: in lijn (wat heet!) met de nieuwere rekenmodellen. Wel moesten we een slag om de arm houden omdat een rijzenbed nu eenmaal niet bepaald vlak is. Bovendien was de interpretatie wat lastig omdat er in 1952 een aanvulling met zand had plaatsgevonden.
Onder de weg zelf konden we hier om verkeerstechnische redenen helaas niet gaan graven, en hoe sterk de wilgentenen van het rijzenbed nu hier nog zijn weten we dus ook van deze locatie niet. Wat wel opvalt in de weg, die nu van Stolwijk naar Gouda loopt, zijn de zettingsverschillen, ondanks het rijzenbed. Zettingsverschillen zijn vooral voor wegen en spoorwegen erg belangrijk, denk alleen maar eens aan het rijcomfort. Vaak tekent de oude loop van een slootje of een kruisende weg zich nog jaren later af in een aarden baan. Een mooi voorbeeld daarvan is te vinden in een publicatie van Rijkswaterstaat uit 1959. Het gaat dan om de tramlijn van de Westlandse Stoomtramwegmaatschappij. Op een groot deel van dit net reden nog in de jaren zestig goederentreinen, eerst van de WSM maar later van de NS, maar in Maassluis was de lijn in 1938 al weg. In de beschrijving van het grondonderzoek uitgevoerd ten behoeve van Rijkswaterstaat uit 1959 staat over het grondonderzoek van de nieuw aan te leggen A20 van Rotterdam naar het Westland: Op een tweetal plaatsen zijn in de lagen tussen mv en ca 11 m N.A.P. hogere conuswaarden gemeten, die zeer waarschijnlijk het gevolg zijn van de jarenlange voorbelasting door een voormalige trambaan.De conusweerstand is de maat voor het slap dan wel vast zijn van de ondergrond. De tramlijn zelf is dan wel weg, maar in het geheugen van de grond is hij niet gewist: de slappe grond onder de trambaan is blijvend vaster geworden. Er is hier echter geen sprake van minder strak spoor maar van een minder strakke weg want het spoor is weg! In principe zou zoiets echter ook kunnen plaatsvinden waar een spoorlijn bijvoorbeeld een oude met zand gevulde sloot kruist. Stabiliteit Bij een verzakking denken we niet zo gauw aan zetting, maar eerder aan verlies van stabiliteit. Een van de meest dramatische situaties met verlies van stabiliteit was die in Weesp in 1919. Een trein reed daar op de oprit naar de brug over het Merwedekanaal (tegenwoordig het Amsterdam Rijnkanaal) toen de spoordijk plotseling afschoof. Deze ramp is de aanleiding geweest voor de oprichting van het Laboratorium voor Grondmechanica, maar wat was nu de oorzaak? Het dijklichaam bestond uit zand, afgedekt met klei. Zand is goed doorlatend, klei niet. Op de bovenkant van de baan, onder het spoor, zat echter geen klei. Nadat het
langdurig hevig geregend had, vulde het zandige dijklichaam zich helemaal met water. Dat water kon niet wegstromen. Toen de trein er aan kwam werd de grond belast. Niet de deeltjes maar het water kwam onder druk te staan. Het water kon echter geen schuifkrachten opnemen en vervolgens trad de afschuiving op. De ramp is de op een na grootste spoorwegramp in de Nederlandse geschiedenis. Het is de aanleiding geweest dat de regering Keverling Buisman gevraagd heeft een instituut op te richten zodat er nooit opnieuw zo’n ramp zou optreden. Dat is de oorsprong van het in 1934 opgerichte Laboratorium voor Grondmechanica. Wat is nu de relatie tussen een ramp als deze en het klimaat? De kans op een extreme regenbui wordt ten gevolge van klimaatsveranderingen wel groter, zie wat er de afgelopen dagen op een groot aantal plaatsen in Europa is gebeurd. Te hopen valt dat een situatie als deze zich dan niet vaker zal voordoen. Oppersen De spoorlijn van Gouda naar Rotterdam werd in 1855 geopend door de Nederlandse Rhijnspoorweg Maatschappij. Ook deze lijn is aangelegd op een rijzenbed. De ondergrond hier is zo ongeveer het slapste die er in Nederland te vinden is. De baanconstructie was erg licht maar de treinen van de NRS waren nog niet zo zwaar en zo ging het ondanks de beroerde ondergrond toch nog lang vrij goed. Nadat de lijn in 1890 was overgenomen door de Staatsspoor en later nog door de NS werden de treinen zwaarder. Verzakkingen werden gecompenseerd door meer zand en grind maar daardoor werd de belasting wel steeds groter. Op 11 januari 1930 ging het helemaal mis: de vervormingen werden zo groot dat het treinverkeer moest worden stilgelegd. NS hoofdingenieur Dr. Ir. G.W. van Heukelom bedacht een plan voor versterking van de baan. Aan weerszijden van de baan werd een zware bekisting aangebracht om zijdelingse verplaatsing te voorkomen, maar omdat de slappe grond onder de baan was opgesloten werd ook de verticale vervorming teruggebracht. De beide wanden van elke kist bestaan uit damplanken van 15 cm dik; de lengte varieert, afhankelijk van de ligging van de vaste zandlaag, van 8 tot 18 m. De damplanken worden ca. 2 m in de vaste zandlaag ingeheid. Acht heistellingen joegen in korte tijd een grote hoeveelheid verticale binnenwanden en hellende buitenwanden de grond in. Tussen deze wanden werd een houten raamwerk aangebracht, bestaande uit vakwerkliggers. In de dwarsrichting werden t.b.v. de nodige stijfheid schoren en trekhout aangebracht.
Het treinverkeer ging in die periode gewoon door; allen gold ter plaatse van de diepe putten een snelheidsbeperking tot 5 km/h. Het ballastbed was door de vele verzakkingen bijna verdwenen en moest in zijn geheel opnieuw worden aangebracht. Ook hier een uitgesproken voorbeeld van niet strak spoor, maar geen verband met het klimaat. Opdrijven In het algemeen heeft een diep glijvlak de vorm van een cirkel. Toch is dat niet altijd het geval. In een situatie met een slappe lagen pakket met weinig gewicht (bijvoorbeeld omdat er veel veen in de ondergrond zit) gecombineerd met een hoge waterdruk in het diepe zand, kan er een ander glijvlak ontstaan. Zo’n situatie heeft zich bijvoorbeeld voorgedaan bij de Hanzelijn ten oosten van de kruising met de A6. Omdat het IJsselmeer hier niet ver weg is, is de waterdruk in het diepe zand relatief hoog. We kunnen dan de glijcirkel langs het diepe zand beschouwen aan de hand van de snedemethode. We noemen dat de ontkoppelde glijvlakanalyse of ook de drukstaafmethode. De snede denken we in een verticaal vlak ter plaatse van de teen van het talud. De kracht aan de aandrijvende kant van de cirkel (CB) moet worden opgebracht door een tegenkracht F, de resultante van alle tegenkrachtjes. We kunnen dan dezelfde kracht F laten aangrijpen als drukkracht op het laaggelegen land naast de dijk (GH). Dat laag liggende land mag dan niet worden weggedrukt. Als dat wel het geval is, dient er een staafvormig grondlichaam te worden aangebracht (boven BG) zodat de ontbrekende schuifkracht langs het diepe zand kan worden opgebracht. Het glijvlak bestaat dan uit een halve cirkel, een recht deel en vervolgens nog een halve cirkel. In het geval van de Hanzelijn was er naast de spoordijk een dijksloot van beperkte afmetingen geprojecteerd. Daarbij was het evenwicht nog wel verzekerd. Naderhand werden er echter andere eisen aan de sloot gesteld, waardoor de afmetingen veel groter moesten worden. In de situatie met een forse sloot kon de tegenkracht F niet meer worden opgebracht. Er was daarom een extra berm nodig, maar dat betekende dat men extra grond zou moeten aankopen. En, niet vreemd, dan gaat ook de prijs per m2 extra terrein plotseling wel omhoog. Hier geldt wel: hoger buitenwater leidt tot een grotere kans op minder stabiliteit. Een relatie met klimaatverandering is er wel degelijk.
Kritieke treinsnelheid Ook aan de Utrechtse kant van Gouda is de ondergrond erg slap. De grond golft hier bij het passeren van een trein. De snelheid van een voortplantingsgolf in slappe grond is afhankelijk van de stijfheid van de slappe laag. Als de ondergrond erg slap is kan de snelheid van zo’n voortplantingsgolf naar de 100 km/uur naderen. Dat heet de kritieke treinsnelheid. Inderdaad, je kunt hem dan met een trein inhalen, en dat is ook gebeurd in de jaren dertig. Je krijgt dan iets wat lijkt op het doorbreken van de geluidsbarrière: het golffront loopt zo, dat alle trillingen in een punt samenkomen. De machinist die dat overkwam kreeg de schrik van zijn leven, gelukkig is er geen ongeluk gebeurd, maar er is wel een stevig rapport over geschreven. Men heeft de lijn toen versterkt met een zogenaamde slikslakplaat. Slikslak is een afvalproduct van de hoogovens. Vanwege het gehalte aan metalen zou dat nu niet meer mogen worden toegepast, maar toen was het een effectieve oplossing. In onze tijd keren de problemen echter terug. Bij de aanleg van station Goverwelle is het tracé van het hoofdspoor verlegd. Deels loopt het hoofdspoor nu op de slikslakplaat, deels niet. Bij heftig regenen ontstaan er problemen. De bovenleidingsmasten gaan scheef staan en de trein raakt de perronwanden. De oplossing is niet eenvoudig: slikslak mag niet meer. Eigenlijk willen we graag een licht, goed doorlatend ophoogmateriaal. Het zoeken naar een soort grond met eigenschappen die je er graag aan wilt geven staat ook wel bekend als Maakbare Grond. Het is een tijdje een heel populair researchonderwerp geweest maar je hoort er nu eigenlijk niet veel meer van. Of het in Gouda Goverwelle is opgelost en hoe: ik weet het niet, maar ik weet wel dat men er bij de aanleg van de HSL bezorgd voor is geweest dat de treinsnelheid de kritieke snelheid in de slappe Nederlandse grond zou kunnen overschrijden. Hoewel er in de Hoekse Waard wel experimenten zijn uitgevoerd met funderen van een HSL zonder palen is bij de HSL uiteindelijk het zekere voor het onzekere gekozen en daarom staat in Nederland de hele hogesnelheidslijn op palen. Net als bij het vorige punt geldt: hogere waterstanden, meer narigheid. Wel weer een verband met klimaatveranderingen. Bodemdaling Met een langgerekte constructies als een spoorlijn op palen hebben we in Nederland geen ervaring. Je zou het lange termijn gedrag met een weg op palen wel met zo’n onderheide spoorlijn kunnen vergelijken. In de Krimpenerwaard ligt al ruim 70 jaar zo’n onderheide weg. En nu komen we terug bij het onderwerp bodemdaling. Het maaiveld ter weerszijden van de zettingsvrije constructie is in de loop van de jaren flink gedaald. Het gevolg was dat,
als er een auto van de weg afraakte, deze als een raket over de polder werd gelanceerd. Daar heeft men wel de weg verlaagd, maar dat kwam de constructie niet ten goede, temeer niet omdat er ook nog eens aan één kant een ophoging werd aangebracht, met funeste gevolgen voor de houten paalfundering. Bij de hogesnelheidslijn is het verlagen van de constructie moeilijk voor te stellen. We zullen er dan ook maar van moeten uitgaan dat de lijn zich te zijner tijd wel zal gaan aftekenen in het landschap, ook al is de ondergrond er niet zo slecht als in de Krimpenerwaard en zal de bodemdaling eerder in de orde van één of meer millimeters per jaar liggen dan in de orde van een cm. Je moet er toch niet aan denken dat een uit de rails gelopen trein bij Hoofddorp als een raket de polder in zou schieten. Het is echter wel weer zo: meer bodemdaling geeft grotere hoogteverschillen tussen de op palen gefundeerde baan en de omgeving. Grotere uitdroging van veenweidegebieden door veranderingen van het klimaat maken het er dan niet beter op. Hoeveel is nu eigenlijk die bodemdaling? In de jaren dertig is daar al systematisch onderzoek naar gedaan en ik kan er een staatje van laten zien.
Samengevat: Als we kijken naar strak spoor en ondergrond, dan hebben we het volgende aangesneden: Rijzenbedconstructie: we weten het niet zeker, maar het lijkt erop dat die dingen zelf het eeuwige leven hebben Zeer lange termijn zetting ten gevolge van een belasting: toenemende belastingen geven toenemende zettingen. Over de grootte van de restzetting zijn nieuwe denkbeelden. De restzetting lijkt wat kleiner dan we vroeger dachten, maar hij gaat wel eeuwig door. Gelijkmatige zetting zelf is niet rechtstreeks van invloed op de strakheid van het spoor, maar door verschilzettingen is die invloed er wel. Stabiliteit: zeer hevige regenval kan de stabiliteit in een baanlichaam van zand in gevaar brengen als het water niet uit de spoordijk weg kan. In een situatie waarin stabiliteit met opdrijven speelt kan een extreme buitenwaterstand zich vertalen naar een zeer grote stijghoogte in het diepe zand. In die situaties wordt de strakheid van het spoor beïnvloed door het klimaat. Dynamica: hoge grondwaterstanden kunnen leiden tot slapper grondgedrag. Slapper grondgedrag betekent lagere dynamische stijfheid. Invloed van het klimaat. Autonome bodemdaling: meer uitdroging veenweidegebieden geeft meer verschilzetting. Invloed van het klimaat.
Wat willen we nog meer? 1. Conditie van de bestaande rijzen bedden onderzoeken 2. Seculaire zetting: historische lange duur meetgegevens als het enigszins mogelijk is aanvullen en analyseren 3. Stabiliteit: niet alleen aandacht voor glijcirkels maar ook voor bezwijken door andere mechanismen zoals verweken, opdrijven en oppersen, zoeken naar nieuwe oplossingen 4. Dynamica: weten we er genoeg van? Hoe zit het bijvoorbeeld met de vier sporen tussen Amsterdam en Utrecht? 5. Onderzoek autonome bodemdaling: hoe gaat het met de invloed van het klimaat op het vergaan van het veen in West Nederland?
