RAPPORTAGE AIO SVT. Zuiddijk Macro- en microstabiliteit proeven. Betreft: inzet GeoBeads meetsystemen

RAPPORTAGE AIO – SVT

Zuiddijk Macro- en microstabiliteit proeven

Betreft: inzet GeoBeads® meetsystemen

Proeven uitgevoerd tussen 3 en 8 september 2012 Locatie: Stichting IJkdijk test terrein (Groningen)

Rapportage opgesteld door: Alert Solutions BV Drs Erik T. Peters Drs. Pepijn P. van der Vliet

Contactgegevens: Alert Solutions BV, Molengraaffsingel 12-14, 2629 JD Delft E. [email protected] / [email protected] M. E. Peters 06 – 2883 9709/ P. van der Vliet 06 – 4274 4875

Versie beheer Versie nr V1.0

Opgesteld door Alert Solutions BV

Verzonden aan St. IJkdijk

Datum

V2.0

Alert Solutions BV

St. IJkdijk

3-12-2012

Rapportage V2.0 Alert Solutions - AIO-SVT | Macro experiment

Toelichting Rapportage opgesteld conform gewenste opzet aangegeven door St. IJkdijk. Aanpassingen doorgevoerd op basis van opmerkingen en vragen mevr. G. de Vries en de heer A. Koelewijn (Deltares) op 12 november 2012.

2-12-2012 | Pagina 2 van 40

Inhoudsopgave

Deel A – Factual Report ................................................................................................................................ 4 Alert Solutions BV ..................................................................................................................................... 4 Opzet Alert Solutions meetsysteem Zuiddijk ............................................................................................ 4 Metingen Alert Solutions .......................................................................................................................... 8 Kenmerken van het Alert Solutions systeem .......................................................................................... 14 Samenvatting Alert Solutions meetsysteem ........................................................................................... 18 Deel B - Analyse .......................................................................................................................................... 19 Data-interpretatie ................................................................................................................................... 19 Data visualisatie ...................................................................................................................................... 21 Conclusie ................................................................................................................................................. 26 Deel C – Meerwaarde voorspellingen......................................................................................................... 27 Voorspellingen ........................................................................................................................................ 27 Analyse voorspellingen ........................................................................................................................... 27 Bijlagen........................................................................................................................................................ 29 Voorspelling No. 1 - Indiening op 4 sept 2012, 12.36 uur ...................................................................... 29 Voorspelling No. 2 - Indiening op 6 sept 2012, 13.12 uur ...................................................................... 32 Voorspelling No. 3 - Indiening op 8 sept 2012, 12.25 uur ...................................................................... 37


2-12-2012 | Pagina 3 van 40

RAPPORTAGE AIO – SVT Zuiddijk (macro- en micro stabiliteit proef) Deel A – Factual Report Alert Solutions BV Alert Solutions BV ontwikkelt en levert sensor netwerken voor continue monitoring van infrastructurele werken. Onder de naam GeoBeads ® zijn intussen meer dan 50 projecten ingericht met online monitoring systemen. Systemen waarmee de klant op elk moment van de dag inzicht heeft in de toestand van het gemonitorde object. Alert Solutions is reeds sinds de start betrokken bij de experimenten van de Stichting IJkdijk en levert tevens de meetnetten voor meerdere LiveDijken. Alert Solutions heeft ook actief aan de AIO-SVT proeven deelgenomen.

Opzet Alert Solutions meetsysteem Zuiddijk Alert Solutions BV heeft in de Zuiddijk GeoBeads ® multi-sensor modules aangebracht in twee dwarsraaien. Deze modules meten gelijktijdig de waterdruk, de temperatuur van de direct omgeving en de inclinatie (zijnde de hoek van de sensormodule ten opzichte van het verticale zwaartekrachtveld). Deze laatste parameter is een indicatie voor het optreden van beweging in de grondlaag waarin de sensor is geplaatst. De Zuiddijk is geconstrueerd om volgens de faalmechanismen macro en/of micro stabiliteit te kunnen bezwijken. Om deze faalmechanismen te kunnen waarnemen zijn de sensoren op die locaties geinstalleerd waar de potentiele problemen zich het eerst zouden kunnen manifesteren. Dat betekent sensoren bij de binnenteen van de dijk in alle relevante grondlagen (diepe pleistocene zandlaag, het veen en klei) voor het monitoren op macro-stabiliteit. Daarnaast een module in de teen van het dijklichaam zelf (boven maaiveld) voor het monitoren op micro stabiliteit. Aansluitend op het verschil in opbouw van de dijk (verschil in inzet van geotextiel in Oostelijk en Westelijk deel van de dijk) is gekozen om twee raaien te instrumenteren, beide in het hart van respectievelijk het Oostelijke en Westelijke deel op 22,67 m van elkaar gelegen (daarbij is uitgegaan van de gemiddelde positie van de 4 sensoren aan de teen van de dijk). In tabel 1 zijn de exacte GPS locaties gegeven. In totaal zijn 4 sensormodules per raai geplaatst. De installatie locaties zijn afgestemd op het beschikbare grondonderzoek en gesitueerd in de verschillende grondlagen. Tevens is daarbij een zoveel als mogelijk gelijke positie ten opzichte van NAP aangehouden als de aanwezige referentie monitoring van Deltares. Vooruitlopend op plaatsing en op de dag van plaatsing zelf was de exacte diepte van de referentie monitoring evenwel niet door aanwezig Deltares personeel aan te geven. Zie Figuur 1 voor de dwarsdoorsnede van de locatie van de sensoren en foto’s van de installatie.


2-12-2012 | Pagina 4 van 40

Figuur 1: dwarsdoorsnede locatie van GeoBeads ® modules en foto’s van installatie Installatie met mini-sondeerrups mini

Sondeergaten zijn afgevuld met bentonietstaven boven de sensormodules en inzet van bentonietspoeling

Bron: de dwarsdoorsnedes zijn afkomstig uit het Monitoringplan Deltares. Toelichting: De ‘blauwe bollen’ in de fuguren staan voor de GeoBeads® sensor modules, van boven naar beneden overeenkomend met de sensor ID’s in de rechterkolom. Meer nauwkeurige informatie over ver de grondopbouw was niet voor ons beschikbaar.

Rapportage V2.0 Alert Solutions - AIO-SVT SVT | Macro experiment

2-12-2012 2012 | Pagina 5 van 40

Tabel 1: Installatieposities GeoBeads® sensormodules GeoBeads RD_X RD_Y Coordinaten Z (maaiveld) Sensor naam X-coordinaat Y-coordinaat stelsel Coordinaat in m NAP GB-AG-1 275445,84 575298,97 RDNAPTRANS -0,52 GB-AG-2 275444,66 575301,07 RDNAPTRANS -1,20 GB-AG-3 275445,30 575301,12 RDNAPTRANS -1,20 GB-AG-4 275445,84 575301,08 RDNAPTRANS -1,20 GB-AG-5 275422,19 575298,07 RDNAPTRANS -0,50 GB-AG-6 275421,98 575300,12 RDNAPTRANS -1,17 GB-AG-7 275422,53 575300,17 RDNAPTRANS -1,14 GB-AG-8 275423,02 575300,14 RDNAPTRANS -1,12 GB-AG-RA luchtdruk referentie sensor geintegreerd in de veldkast.

Sensor diepte m -/- maaiveld -1,00 -1,80 -3,10 -4,42 -1,20 -1,80 -3,16 -4,90

Sensor diepte m -/- NAP -1,52 -3,00 -4,30 -5,62 -1,70 -2,97 -4,30 -6,02

GPS_LAT

GPS_LONG

GPS_SYSTEM

53,150874 53,150893 53,150893 53,150893 53,150871 53,150890 53,150890 53,150890

7,187675 7,187658 7,187668 7,187676 7,187322 7,187319 7,187327 7,187335

WGS84 WGS84 WGS84 WGS84 WGS84 WGS84 WGS84 WGS84

Toelichting op tabel: de laatste drie kolommen geven de locaties van de sensoren in GPS notatie volgens het WGS84 systeem. Met deze informatie kunnen de sensorlocaties bijvoorbeeld in Google Maps worden gelokaliseerd. Figuur 2: stijghoogte gemeten sinds installatie van de sensoren Toelichting op sensordiepte t.o.v. maaiveld (en eventuele zettingen van de Zuiddijk) In de verder in deze rapportage volgende grafieken en analyse is rekening gehouden met de installatiepositie t.o.v. NAP direct na installatie. Eventuele zetting en het als gevolg daarvan dieper wegdrukken van de sensoren is in de verdere analyse buiten beschouwing gelaten. Deze werkwijze is gebaseerd op de stijghoogte grafiek van de geplaatste sensoren over langere periode (sinds installatie sensoren, zie figuur 2). Daaruit komt naar voren dat, indien zetting ook inderdaad plaats heeft gehad, deze relatief beperkt is gebleven, zeker in relatie tot de veranderingen die we zien optreden na start belasting van de dijk. Mede omdat we in verdere analyse met name naar veranderingen in de metingen kijken, hebben we de (beperkte) gevolgen van zetting niet meegenomen.


2-12-2012 | Pagina 6 van 40

De bekabeling van de GeoBeads ® sensor modules is naar de bovenkant van de dijk geleid en daar op een Alert Solutions Junction Box (JB) aangesloten (1 JB per raai). De twee JB’s zijn met één netwerkkabel met elkaar verbonden en vanuit de Oostelijke Junction Box is één netwerkkabel naar de geplaatste veldkast geleid (zie ook figuur 3). De veldkast stuurt de data direct naar meerdere locaties door. In dit geval is de data direct aan TNO Anysense aan het Data Panel van Alert Solutions geleverd. Tevens wordt alle data lokaal in de veldkast op SD kaart opgeslagen. Figuur 3: foto Junction Box (links), raai met 4 sensor modules (midden) en veldkast (rechts)

De totale installatie van de 8 sensormodules, 2 JB’s en 1 veldkast is binnen één dag uitgevoerd. Direct na plaatsing van de veldkast op dinsdag 24 juli 2012 is het systeem online gegaan, met een meetfrequentie en verzendfrequentie van 1 meting per sensor per minuut. In Tabel 2 zijn de karakteristieken van de GeoBeads ® meetmodules gegeven. Tabel 2: Karakteristieken van de sensoren per GeoBeads ® sensor module Parameter Druk Temperatuur kPa, mbar Graden Celsius Meeteenheid 0 – 250 kPa -6 – 100 Meetbereik 0,004% full-scale 0,1 graad Celsius Resolutie Meetnauwkeurigheid Calibratie

(0,01 kPa) 0,02% full-scale (0,05 kPa) Direct voor installatie op basis van luchtdruk t.o.v. KNMI metingen

Inclinatie Graden -180 – 180 0,01 graad *

0,5 graad Celsius

0,05 graad *

Direct voor installatie op basis van constante watertemperatuur en geijkt t.o.v. genormeerde temperatuur sensor

Niet gecalibreerd


2-12-2012 | Pagina 7 van 40

(*) De meetnauwkeurigheid is afgeleid van de electronische specificatie verstrekt bij de ingezette versnellingsopnemer. Voor deze versnellingsopnemer is vanuit de producent ondermeer de offset, de mate van temperatuurafhankelijkheid van de metingen en de lange termijn stabiliteit van de metingen gegeven. Rekening houdende met de relatief korte experiment periode (5 weken), de zeer geringe temperatuurwisselingen in deze periode en de resolutie die Alert Solutions met deze sensor bereikt (0,01 graad), is tot een (conservatieve) inschatting van de meetnauwkeurigheid gekomen van 0,05 graad.

Metingen Alert Solutions Alle sensoren (op één inclinatie sensor na) en het meetsysteem zijn vanaf plaatsing op 24 juli 2012 volledig operationeel. Vanaf dat moment zijn de metingen ook beschikbaar voor TNO AnySense. Vanaf welk moment de opslag in de AnySense database daadwerkelijk heeft plaatsgevonden is bij Alert Solutions niet bekend. Voorafgaand aan de proefuitvoering zijn er nog enkele perioden geweest dat de metingen niet doorliepen. Dit is voor alle sensoren en systemen (ook in de Oost- en Westdijk, zie desbetreffende rapport) op dezelfde momenten geweest. Dit duidt op externe omstandigheden die betrekking hadden op het gehele IJkdijk terrein. Dit was waarschijnlijk (al dan niet gepland) het gevolg van bouwwerkzaamheden, bijvoorbeeld aan de algehele energievoorziening. Vanaf 20 augustus 2012 zijn er evenwel geen onderbrekingen meer en is de data volcontinu opgeslagen. Voor de verder hierna volgende grafieken is gebruik gemaakt van de eigen dataopslag door Alert Solutions. In figuur 4 wordt allereerst gestart met een grafiekenserie over de projectperiode Start experiment conform logboek: 3 september 2012, 12.30 uur Doorbraak conform logboek: 8 september 2012, 14.30 uur In figuur 5 zijn vervolgens drie grafieken van de meetwaarden opgenomen over de projectperiode beginnend op 20 augustus 10.30 uur in de ochtend opgenomen. Vanaf dat moment heeft Alert Solutions een continue meetserie in de database beschikbaar. Toelichting op data middeling De meetfrequentie van de sensoren heeft gedurende de gehele meetperiode 1 meting per minuut bedragen. Wanneer wij grafieken presenteren gaan wij automatische over naar middeling van de data (bijvoorbeeld 1 meetwaarden per 10minuten of per 1 uur) indien het aantal meetpunten in de grafiek anders te groot wordt. In de as-titel is telkens aangegeven of gebruik gemaakt is van data middeling.


2-12-2012 | Pagina 8 van 40

Figuur 4A: Gemeten waterspanningen (zijnde door de ondergrondse sensoren gemeten absolute drukken minus de in de veldkast gemeten luchtdruk van de acht (8) sensoren geinstalleerd in de Zuiddijk (van 3 september – 8 september)

Figuur 4B: Gemeten inclinatie van de acht (8) sensoren geinstalleerd in de Zuiddijk (van 3 september – 8 september)


2-12-2012 | Pagina 9 van 40

Toelichting Inclinatie: In bovenstaande grafiek van inclinatiemetingen is de helling bij de start van het experiment gelijk gesteld aan nul, ongeacht de daadwerkelijke scheefstand op dat moment. We kijken hier dus naar de verandering in de inclinatie (=helling van de sensor) ten opzichte van de startpositie. We zullen in alle inclino grafieken in deze analyse de veranderingen laten zien. NB. Het inclinatie sensorelement van GeoBeads® module GB-AG-4 geeft vanaf start van het experiment geen metingen door. De sensor heeft in eigen magazijn een correcte uitlevertest doorlopen voorafgaand aan transport naar Groningen. Het is niet duidelijk wat de oorzaak kan zijn van het niet functioneren van het sensorelement voor inclinatie. De druksensor en temperatuursensor van GB-AG-4 functioneren wel correct. Figuur 4C: Gemeten temperatuur door de acht (8) sensoren geinstalleerd in de Zuiddijk (van 3 september – 8 september)


2-12-2012 | Pagina 10 van 40

Figuur 4D: Zoom van de door de acht (8) sensoren gemeten inclinatie in de laatste uren voor doorbraak “Op 8 september om 14.00 uur Nederlandse tijd versnelt de beweging in meerdere grondlagen. Om 14.30 uur gevolgd door abrupte veranderingen, de dijk bezwijkt.”

Figuur 5A: Stijghoogte van alle acht (8) sensoren sinds 20 augsutus 2012


2-12-2012 | Pagina 11 van 40

Figuur 5B: Inclinatie gemeten door zeven (7) sensoren sinds 20 augsutus 2012

Figuur 5C: Temperatuur gemeten door acht (8) sensoren sinds 20 augsutus 2012


2-12-2012 | Pagina 12 van 40

Hierna wordt ingegaan op de meetfrequentie en op de luchtdruk metingen die op loctie zijn verricht. In figuur 6 een figuur waarin de ruwe data wordt getoond, en figuur 7 een serie luchtdrukmetingen verricht op locatie Zuiddijk en een serie luchtdruk metingen afkomstig van de KNMI uitgevoerd in Eelde. Figuur 6: Inzicht in continue en stabiele meet- en verzendfrequentievan 1 meting per minuut van de sensor modules Zuiddijk (het betreft hier de meetmomenten zoals ze door het Alert Solutions systeem worden opgeleverd).

Opmerking: Voor serie GB-AG-6 ontbreekt één meetpunt in het blok 15.50 – 15.55 uur. Dit wordt veroorzaakt door de garfiek generator. Onderliggens is dit datapunt in de database beschikbaar.

Figuur 7: Luchtdruk metingen uitgevoerd in veldkast Alert Solutions (linker grafiek) ten opzichte van luchtdrukmetingen afkomstig van KNMI locatie Eelde (rechter grafiek). Van station Nieuw-Beerta zijn geen luchtdruk gegevens openbaar beschikbaar gesteld door het KNMI.


2-12-2012 | Pagina 13 van 40

Kenmerken van het Alert Solutions systeem Nauwkeurigheid De druksensoren hebben een nauwkeurigheid van 0,02% over het volledige meetbereik, van 0 tot 250 kPa. Dit komt overeen met 0,05 kPa, gelijk aan ongeveer 0,5 cm waterkolom. Voorafgaand aan inzet in het veld worden de sensoren allen geijkt bij kamertemperatuur ten opzichte van de druk gemeten door het KNMI. Deze offset calibratie coefficient wordt per sensor bepaald en direct verwerkt in de meetserie van Alert Solutions. We corrigeren de absolute drukmetingen voor luchtdruk op basis van de door ons lokaal gemeten luchtdruk met een identiek sensorelement als de WSM’s. Onze druksensoren hebben een geïntegreerde temperatuurcompensatie. Deze is actief en nauwkeurig tussen 0 tot 80 graden Celsius. Dit type druksensor is daarmee uitstekend geschikt voor luchtdruk compensatie in zomerse perioden. Voor winterse perioden hanteren wij een druksensor met een breder temperatuurbereik. De temperatuursensoren hebben een nauwkeurigheid van 0,5 graad over het volledige meetbereik, zijnde -6 tot + 100 graden Celsius. Voorafgaand aan inzet in het veld worden de sensoren allen geijkt bij een constante watertemperatuur ten opzichte van de temperatuurmeting door een genormeerde temperatuur sensor. De offset calibratie coefficient wordt per sensor bepaald en direct verwerkt in de meetserie van Alert Solutions. De versnellingopnemers (voor meting van de inclinatie) hebben gedurende de proefuitvoering een meetresolutie van beter dan 0,01 graad en een nauwkeurigheid beter dan 0,05 graad in het meten van een inclinatieverandering over het volledige meetbereik, zijnde -180 tot +180 graden. Voorafgaand aan inzet in het veld worden de sensoren gecontroleerd op het afgeven van logische waarnemingen binnen een bepaalde range (de sensor wordt op een plat vlak gelegd (op basis van waterpasstelling), daarbij dient de meting een uitkomst van 90° te geven, met marge van + en -/ - 2 °). Aangezien voor deze metingen alleen de veranderingen ten opzichte van het startpuntpunt relevant zijn, wordt absolute ijking voor deze sensoren niet noodzakelijk geacht. Reikwijdte De multi-sensormodules van Alert Solutions geven elk een puntmeting, dat wil zeggen dat zij de lokaal aanwezige omstandigheden (totale waterdruk, temperatuur en inclinatie) bij het sensorelement waarnemen. De grootte van het gebied waarvoor de meetwaarde van een sensor representatief is, hangt derhalve met een aantal factoren samen. Ondermeer het specifieke potentiele faalmechanisme waarop gemonitord dient te worden en de homogeniteit van de grondmassa zowel in lengte als breedte. In de Zuiddijk van AIO-SVT gericht op macro- en micro-instabiliteit willen wij elke zich voordoende afschuiving onafhankelijk van de locatie vroegtijdig kunnen detecteren. Wij gaan er vanuit dat een glijvlak (macro- of micro) een minimale breedte van 20 meter in de lengterichting van de dijk bestrijkt. Dat wil zeggen dat we verwachten op 10 meter afstand van de middellijn van het glijvak nog significante sensoruitslagen waar te nemen in een vroeg stadium. Dit is mede gebaseerd op de hoge resolutie van onze sensoren. Rapportage V2.0 Alert Solutions - AIO-SVT | Macro experiment

2-12-2012 | Pagina 14 van 40

Metingdichtheid In lijn met bovenstaande afweging is besloten om twee meetraaien aan sensoren te plaatsen in de Zuiddijk, op 20 meter onderlinge afstand. Beide raaien beslaan dan 20 strekkende meter van de dijk, met in totaal een strekkende lengte van 40 meter.. Elke raai omvat vier (4) sensor modules, die elk in een verschillende grondlaag gepositioneerd zijn. Hiervan zitten er drie (3) stuks onder het oorspronkelijk maaiveld (pleistocene zandlaag, veenlaag, kleilaag) en één (1) in de zandkern van het opgebouwde dijklichaam. Meetfrequentie Met het in de proefdijk geinstalleerde systeem kan voor elke sensor en elke parameter gelijktijdig zonder problemen tot 1 meting per 10 seconden worden uitgevoerd. Gezien de duur van de proef en het ingeschatte verloop van siginificante veranderingen is gekozen voor een meetfrequentie voor elke parameter per sensor van 1 meting per minuut. Mate van redundantie De mate van redundantie wordt door meerdere factoren bepaald. Hier noemen we vier factoren waar specifiek in deze proeven rekening mee is gehouden. 1. Dichtheid meetnet: Gezien de ervaring met de robuustheid van de GeoBeads® sensormodules is in de Zuiddijk niet gekozen voor redundantie in de sensorposities. In de Zuiddijk is voor een meetdichtheid van 4 sensor modules per 25 strekkende meter dijklengte gekozen. Indien dit een minimale dichtheid zou blijken te zijn, dan zou op de cruciale posities bijvoorbeeld een extra sensor module geplaatst kunnen worden. Met uitkomsten van proeven zoals deze werken we toe naar inzicht in de optimale / minimale meetconfiguratie. 2. Ontkoppelde signaal doorgifte: wanneer een sensor uit zou vallen, dan heeft dat verder geen enkel effect op het functioneren van de andere sensoren danwel sensor modules. Uitval blijft dus een lokaal probleem. 3. Stroomvoorziening: In de veldkast is een extra accu geplaatst welke direct en automatisch in werking treedt wanneer de vaste stroomvoorziening zou uitvallen. 4. Data opslag & doorgifte: Bij de AIO-SVT proef is de data via aansluiting op het ijkdijk ethernet direct doorgestuurd naar TNO AnySense. Tevens wordt de data lokaal op SD-kaart opgeslagen en gelijktijdig naar de Alert Solutions dataserver in Delft verstuurd. Robuustheid Het monitoring systeem heeft alle veranderingen gedurende de proefuitvoering tot en met doorbraak van de dijk zonder schade doorstaan. Ook na doorbraak zijn de sensoren en het sensornetwerk blijven functioneren. Alle systeemonderdelen zijn ontworpen en in andere projecten reeds beproefd voor het uitvoeren van meerjarige continue monitoring. Van het totaal aantal van 24 ingezette sensoren (namelijk 3 sensoren per module, in totaal 8 modules), heeft 1 sensor vanaf aanvang van de proef niet gefunctioneerd. Dit betrof de inclino sensor in module GB-AG-4. Alle overige sensoren hebben vanaf start en zonder verdere ontbreking gefunctioneerd. Rapportage V2.0 Alert Solutions - AIO-SVT | Macro experiment

2-12-2012 | Pagina 15 van 40

Aanlooptijd De volledige installatie van de Zuiddijk is binnen één dag gerealiseerd. In deze dag zijn de sensoren geplaatst, zijn de twee junction boxes en de veldkast geplaatst en is het geheel elektronisch aangesloten. De plaatsing is door vier mensen verzorgd (twee voor het installeren van de sensor modules met mini sondeerrips en twee voor plaatsing en aansluiting van junction boxes en veldkast). Direct na elektronische aansluiting en aanschakeling van de stroomvoorziening wordt de data vergaard en direct door gezonden. Doorgaans houden wij bij het gesondeerd installeren van GeoBeads® sensormodules ten aanzien van de meetwaarden voor waterspanning een stabilisatieperiode van 2 tot 3 dagen aan volgend op installatie. Dit heeft met name te maken met wegvloeien van eventuele overdrukken die als gevolg van machinaal gesondeerde plaatsing zouden kunnen ontstaan. De sensormodules zijn in de Zuiddijk ruim zes weken voor aanvang van de proef reeds geplaatst en dus ruimschoots gestabiliseerd tot een goede nulmeting. Informatie verwerkingstijd Het Alert Solutions systeem biedt de meetwaarden direct in meeteenheden (mbar druk, graden Celsius temperatuur en graden voor inclinatie) aan. Deze data is direct door de visualisatie partijen gebruikt. Luchtdruk is apart met een identiek opgebouwde druksensor gemeten en in de live datastream beschikbaar gemaakt. Daarmee is alle informatie aanwezig om ook direct de voor luchtdruk gecompenseerde absolute drukmetingen te kunnen berekenen. In het Data Panel van Alert Solutions wordt dit ook direct uitgevoerd. De grafieken in deze analyse betreffende de waterspanningen en de stijghoogte maken ook van deze reeds voor luchtdruk gecompenseerde absolute drukmetingen gebruik. Aan alle visualisatiepartijen is een memo gestuurd met aanwijzingen hoe meetwaarden worden aangeleverd en hoe om te gaan met luchtdrukcompensatie ter bepaling van waterspanningsmeetwaarden. Daarnaast is beschreven hoe men op basis van waterspanning en inbouwdiepte tot berekening van de stijghoogte komt. Zie figuur 8.


2-12-2012 | Pagina 16 van 40

Figuur 8: deel van de memo aan visualisatie partijen over verwerking van meetwaarden: Meetwaarden worden weergegeven in fysieke eenheden (mbar, Celsius, graden inclinatie). Temperatuur compensatie, ruis verminderingen en calibratie coefficienten zijn geintegreerd in de digitale sensor modules. Er is geen verdere voorbewerking van de data benodigd. Tevens is het niet nodig de sensoren na installatie te hercalibreren. Inclinatie (tilt) in X-richting (=dF) en Y-richting (=dS) worden gegeven in graden ten opzichte van de loodlijn. Voor omrekening naar veelgebruikte geotechnische parameters kunnen de volgende formules worden gehanteerd: Waterspanning = gemebnten absolute druk -/- luchtdruk (of wel P_water = P_totaal -/- P_lucht) Stijghoogte = Installatie diepte + potentiele waterkolom (ofwel H_water[m) = Sensordiepte[m] + {P_water[mbar] / (100 * 0,98)} ) Om deze omrekening te ondersteunen is een luchtdruk referentie sensor in het veldsysteem opgenomen. Diepte en stijghoogte worden normaal gesproken in meters ten opzichte van NAP weergegeven. NAP is de Nederlandse referentie hoogte uit eenvoud veelal gelijk gesteld aan het gemiddelde zeeniveau.

In het Alert Solutions online data panel, de web applicatie die wij zelf gebruiken voor visualisatie van gegevens, is de verwerking tot luchtdrukgecompenseerde waterspanning en stijghoogte als selecteerbare functie geautomatiseerd (zie ook grafiek 9). Figuur 9: Stijghoogte van de verschillende sensoren gedurende de gehele proefperiode


2-12-2012 | Pagina 17 van 40

Samenvatting Alert Solutions meetsysteem • • • •

Alert Solutions heeft in de Zuiddijk in totaal 8 sensormodules aangebracht met elk drie sensorelementen, voor in totaal 24 unieke sensoren; Door de sensormodules is gelijktijdig de waterspanning, de temperatuur en de inclinatie gemeten; De sensor modules inclusief veldinfrastructuur zijn in één dag geinstalleerd; Direct na installatie (op 24 juli 2012) zijn alle sensoren met het uitvoeren van de metingen gestart en kon de data door TNO worden afgevangen en opgeslagen. o In de periode voorafgaand aan de proefuitvoering(tussen 24 juli en 3 september) zijn er door bouwwerkzaamheden een paar periodes geweest waarin het systeem niet heeft aangestaan. o Tijdens de proefuitvoering (3 t/m 8 september) en nog enige tijd daarna, heeft het meetsysteem volcontinu en zonder onderbrekingen gefunctioneerd.


2-12-2012 | Pagina 18 van 40

Deel B - Analyse BELANGRIJK Wij zien het als leverancier van datastromen uit meetinstrumenten niet als onze rol om uitspraken te doen over de stabiliteit van de dijk. Dat is aan betrokken geotechnici. Wij zien het als onze verantwoordelijkheid om hen de relevante informatie aan te bieden tot goed onderbouwde oordeelsvorming te komen. Daarbij gaan wij nadrukkelijk verder dan het opleveren van ruwe datastromen. Vertaalslagen naar waterspanningen en stijghoogten zijn daar voorbeelden van.

Data-interpretatie Ten aanzien van de aangeboden meetwaarden door het GeoBeads meetsysteem het volgende. De meeteenheid totale waterdruk (in mbar) en de af te leiden meeteenheden waterspanning en stijghoogte zijn door geotechnici op waarde in te schatten. Het zijn veel gebruikte parameters, die bijvoorbeeld ook direct in stabiliteitsmodellen worden ingevoerd. De interpretatie van de informatie is direct uit te voeren. Ten aanzien van de inclinatie meeteenheid is het cruciaal dat deze eenheid als een indicatie voor beweging van grondlagen wordt beoordeeld. Het is niet zinvol om deze waarden naar absolute verplaatsingen te willen herleiden. Dat is in de hier geinstalleerde GeoBeads ® opzet niet mogelijk, aangezien de precieze orientatie van de sensor in de grond niet bekend is en ook de absolute positie van de sensor niet kan worden bepaald. Als indicatie is het relevant, met name wanneer naar trends in de veranderingen (delta t.o.v. startmoment) wordt gekeken. Zie bijvoorbeeld figuur 10 waar de beweging van de sensormodules in de teen van de dijk (GB-AG-5), de klei toplaag (GB-AG-6), de veenlaag (GB-AG7) en de stabiele diepe pleistocene zandlaag (GB-AG-8) wordt vergeleken.


2-12-2012 | Pagina 19 van 40

Figuur 10: Inclinatie verandering Zuiddijk meetraai 2 (westelijk) in de teen van de dijk, de kleilaag, de veenlaag en de pleistocene zandlaag

De temperatuur metingen kunnen worden gebruikt als indicatie voor waterdoorstroming. Zonder waterstroming zal de temperatuur in een (diepere) grondlaag vrijwel constant zijn. Om het effect van waterdoorstroming goed te detecteren, kijken we naar veranderingen (delta’s) in temperatuur in plaats van de absolute temperatuur. Beinvloed door waterstroming kunnen relatief snelle veranderingen zichtbaar worden. Zie bijvoorbeeld grafiek 11, met GB-AG-1 en GB-AG-5 gepositioneerd in de zandkern van de dijk welke gevuld wordt met water. Sensoren GB-AG-4 en GB-AG-8, beide in de diepe pleistocene zandlaag laten daarentegen gedurende het gehele experiment vrijwel geen temperatuursverandering zien.


2-12-2012 | Pagina 20 van 40

Figuur 11: Temperatuur verandering van de sensor modules in de Zuiddijk

Data visualisatie Om een indruk te vormen over de actuele toestand van de dijk, hebben wij voornamelijk naar de beweging in de (slappe) grondlagen onder de dijk gekeken en naar de stijghoogte (of waterspanning) in de verschillende lagen als mogelijke veroorzaker van de beweging. Voor macrostabiliteit hebben wij vooral de meetwaarden van de sensoren in de veenlaag gevolgd, omdat wij daarin het ontstaan van een glijvlak verwachtten. Voor micro stabiliteit zijn specifiek de twee sensoren in de zandkern nabij de binnenteen van de dijk gevolgd.


2-12-2012 | Pagina 21 van 40

Figuur 12: het vullen van de zandkern van de Zuiddijk (stap 1 experiment)

Figuur 12 toont de invloed van het vullen van de zandkern op de stijghoogte in de zandkern van de dijk, direct te volgen middels de sensoren geinstalleerd in de teen van het dijklichaam zowel aan de Westelijke als Oostelijke kant.


2-12-2012 2012 | Pagina 22 van 40

Figuur 13: het graven van de sloot (stap 3 experiment), invloed op de stijghoogtes van de sensoren


2-12-2012 2012 | Pagina 23 van 40

Figuur 14: het graven van de sloot (stap 3 experiment), invloed op de inclinatie van de sensoren.

Figuren 13 en figuur 14 tonen het verloop van de stijghoogte (grafiek boven) en de beweging in de klei en veen laag (grafiek onder) onder de dijk wanneer de sloot wordt gegraven. Het is duidelijk dat da als gevolg van het graven van de sloot de waterspanningen in de slappe lagen afnemen en dus de stijghoogte daalt. Dit is waarschijnlijk het gevolg van de uitstroom van water naar de nieuw gegraven teensloot. Op dat moment treedt er ook versnelling in de beweging in veen- en kleilagen optreedt. Met name de twee sensoren in de veenlaag (AG (AG-3 en AG-7) laten significante beweging zien.


2-12-2012 2012 | Pagina 24 van 40

Figuur 15: Verder vullen van de zandkern en toename waterspanning in diepere lagen

Vanaf 6 september tot aan bezwijken wordt de zandkern verder gevuld (met een onderbreking in de nacht van 6 op 7 september). De containers op de kruin van de dijk zijn dan al volledig gevuld met water. Onder invloed van de gewichtstoename van de dijk stijgt de waterspanning in de grondlagen onder de dijk en versnelt de beweging van die lagen verder.


2-12-2012 | Pagina 25 van 40

Figuur 16: Beweging in de verschillende grondlagen over de gehele experiment periode

Samenhangend met de verschillende belastingsstappen in het experiment, komen steeds meer grondlagen ‘in beweging’. Dat wil zeggen steeds meer GeoBeads ® sensor modules registreren beweging. De grootste veranderingen blijven daarbij waarneembaar in de veenlaag (sensoren (GB-AG-3 en GB-AG-7). Als in de ochtend van 7 september het vullen van de zandkern wordt hervat, komen ook de kleilagen (sensoren GB-AG-2 en GB-AG-6) duidelijk in beweging. Een teken dat de bezwijking uiteindelijk op de westelijke helft van de dijk zou gaan plaatsvinden, is het feit dat het dijklichaam zelf op de westelijk raai (GB-AG-5) in de ochtend van 8 september wel in beweging komt terwijl deze op de oostelijke helft (GB-AG-1) nog nauwelijks verandering laat zien.

Conclusie •

•

Met name op basis van de metingen van waterspanningen en inclinatie is de impact van de verschillende belastingsstappen in het experiment en de opbouw naar bezwijken goed te volgen; Temperatuurveranderingen zijn een goede indicatie van waterdoorstroming in grondlagen, maar geven een minder duidelijk beeld van de mate van instabiliteit.


2-12-2012 | Pagina 26 van 40

Deel C – Meerwaarde voorspellingen We verwijzen naar onze opmerkingen in deze in deel B van de rapportage. Wij zien het niet als onze rol om vanuit geotechnisch of grondmechanisch oogpunt uitspraken te doen over de stabiliteit van de dijk. In die lijn zien wij het ook niet als onze rol om voorspellingen te doen of voorspellingsmodellen te ontwikkelen ten aanzien van dijkstabiliteit. Wij zijn een leverancier van geotechnische meetinstrumenten en data-acquisitie netwerken, waarmee wij het doel hebben om nuttige, direct interpreteerbare informatie te leveren op het moment dat deze nodig is bij analisten en beslissers. Wij pretenderen dus niet enige meerwaarde toe te voegen met onze voorspellingen.

Voorspellingen Wij hebben in het kader van de uitdaging, op basis van de eigen meetdata en enige ervaring van meettrends in andere projecten, enkele voorspellingen ingediend. Hierna een samenvatting van de voorspellingen. De volledige voorspellingen zijn in de bijlage opgenomen. Nummer 1

Ingediend 04 september 2012, 12.36 uur (NL)

2

06 september 2012, 13.12 uur (NL)

3

08 september 2012, 12.25 uur (NL)

Voorspelling bezwijken Na uitvoeren van belasting stap 8 (vullen van zandkern tot 1,5 m +mv). Instabiliteit middels horizontale verplaatsing richting teensloot over een glijvak in het dunne (ondiepe, -1,80 tot -2,20 m NAP)) veenpakket richting teensloot, waarna verticale verzakking van het dijklichaam op die locatie plaatsvindt. Omstreeks vrijdag 07 september, 18:00 (NL) +/- 2 uur. Na uitvoeren van belasting stap 8 (vullen van zandkern tot 1,5 m +mv). Instabiliteit middels horizontale verplaatsing richting teensloot over een glijcirkel van binnenkruin en door de dikke slappe veenlaag met uplift in deteensloot, waarna verticale verzakking van het dijklichaam op die locatie plaatsvindt. Het falen zal leiden tot een glijvak van omstreeks 20 meter breedte. De kruindaling zal ongeveer 0,5 meter bedragen. Omstreeks vrijdag 07 september, 18:00 (NL) +/- 2 uur. Na verder vullen van zandkern tot 1,2 m +mv ~ +0,0 m NAP. (Containers reeds volledig gevuld en sloot leeg) Instabiliteit middels horizontale verplaatsing richting teensloot over een glijcirkel van binnenkruin en door de dikke slappe veenlaag met uplift in deteensloot, waarna verticale verzakking van het dijklichaam op die locatie plaatsvindt. Het falen zal leiden tot een glijvak van omstreeks 20 meter breedte. De kruindaling zal ongeveer 0,5 meter bedragen. Omstreeks zaterdag 08 september, 15:00 (NL) +/- 1 uur.

Analyse voorspellingen Hierna volgt een korte analyse van onze voorspellingen in relatie tot de uiteindelijke doorbraak. Qua locatie van bezwijken dachten we eerder aan de oostelijke helft van het dijklichaam dan aan de Rapportage V2.0 Alert Solutions - AIO-SVT | Macro experiment

2-12-2012 | Pagina 27 van 40

westelijke helft, omdat bij de oostraai de veranderingen in inclinatie van de sensor in het veenpakket groter waren gedurende de gehele proefuitvoering. Ook toen op zaterdag 8 september de zandkern bij de westelijke raai al wel in beweging was en bij de oostelijke raai nog niet, hebben wij met enige twijfel toch de keuze bij de oostzijde gelaten. Dit bleek een inschattingsfout, we hadden zondermeer het meetsignaal van beweging aan de westzijde moeten volgen. Bij de westelijke raai kwamen alle grondlagen al op gang en daar heeft het bezwijken ook plaatsgevonden om 14:30 uur. De andere aspecten van onze laatste voorspelling; het tijdstip 15:00 uur, de vulling zandkern tot ~0,0 mNAP, een glijvlak met breedte van 20 meter en een geringe kruindaling benaderen redelijk goed het uiteindelijke falen.


2-12-2012 | Pagina 28 van 40

Bijlagen Voorspelling No. 1 - Indiening op 4 sept 2012, 12.36 uur Indiener: Tijdstip voorspelling: Dijk: Voorspelling:

Volgnr:

Alert Solutions BV, Erik Peters / Pepijn van der Vliet 04 september 2012, 12.00 uur (NL) AIO-SVT Zuiddijk (South) Na uitvoeren van belasting stap 8 (vullen van zandkern tot 1,5 m +mv). Omstreeks vrijdag 07 september, 18:00 (NL) +/- 2 uur. 1

Beschrijving faalmechanisme Beschrijving van faalmechanisme: – Instabiliteit middels horizontale verplaatsing richting teensloot over een glijvak in het dunne (ondiepe, -1,80 tot -2,20 m NAP)) veenpakket richting teensloot, waarna verticale verzakking van het dijklichaam op die locatie plaatsvindt. – Signaal zal met name de beweging in het organisch klei en veenpakket zijn. – Nabij raai 1, d.w.z. ~ 10 meter ten oosten van de middellijn. – Het falen zal leiden tot een glijvak van omstreeks 20 meter breedte. De kruindaling zal minder dan 0,5 meter bedragen. Hiervoor heeft Alert Solutions de volgende meetdata gebruikt: GeoBeads® meetdata. De voorspelling is gebaseerd op de volgende parameter: (Beperkte) informatie over de aanwezige grondopbouw ter plekke van het dijklichaam. Registratie van waterdrukken (evt. omgezet naar stijghoogten) in en onder het dijklichaam. Waarneming van veranderingen in hellinghoek (stand t.o.v. verticaal) van de sensormodules. Temperatuurveranderingen t.g.v. waterstroming in de verschillende grondlagen. De meetinstrumenten GeoBeads® digitale multi-parameter sensor modules meten gelijktijdig waterspanning, temperatuur en hellinghoek.


2-12-2012 | Pagina 29 van 40

De voorspelling is gebaseerd op de metingen van sensoren:

Bijlage (grafiek met indicatie gebruikt voor voorspelling) Grafiek 1.1: delta in hellinghoek per sensor sinds 25 aug 2012


2-12-2012 2012 | Pagina 30 van 40

Beweging voorafgaand aan de proef is m.n. waarneembaar bij sensor GB-AG-6 (raai 2, organisch klei). Later komen ook GB-AG-3 (raai 1, veen) en GB-AG-7 (raai 2, veen) in beweging. De hoekverdraaiing van GB-AG-1 (raai 1, zandkern) is t.g.v. het plaatsen van de containers bovenop het dijklichaam. Grafiek 1.2: Oploop van waterspanning / stijghoogte in de zandkern van de dijk t.g.v. de eerste stap in de proefuitvoering; het gedeeltelijk vullen van de zandkern met water. Stijghoogte nu omstreeks -1,0m NAP.

Overige gegevens Grondopbouw. NB. Er is ons geen informatie over het lengteprofiel van de grondopbouw onder het dijkvak bekend. Indien beschikbaar, dan zouden we deze graag ontvangen t.b.v. verdere verfijning van de voorspelling.


2-12-2012 | Pagina 31 van 40

Voorspelling No. 2 - Indiening op 6 sept 2012, 13.12 uur Indiener: Tijdstip voorspelling: Dijk: Voorspelling:

Volgnr:

Alert Solutions BV, Erik Peters / Pepijn van der Vliet 06 september 2012, 13.12 uur (NL) AIO-SVT Zuiddijk (South) Na uitvoeren van belasting stap 8 (vullen van zandkern tot 1,5 m +mv). Omstreeks vrijdag 07 september, 18:00 (NL) +/- 2 uur. 2

Beschrijving faalmechanisme Beschrijving van faalmechanisme: – In deze voorspelling een update van de diepte van de glijcirkel op basis van verloop van de inclinometingen in het (dikke) veenpakket. Zie grafiek verderop. – Instabiliteit middels horizontale verplaatsing richting teensloot over een glijcirkel van binnenkruin en door de dikke slappe veenlaag met uplift in deteensloot, waarna verticale verzakking van het dijklichaam op die locatie plaatsvindt. – Signaal zal met name de beweging in het veenpakket zijn. Verder zal, na de huidige verlaging van de waterspanningen/stijghoogtes in het veen (door het ontgraven van de teensloot), de waterspanning voorafgaand aan het bezwijken eerst nog scherp toenemen vanwege compressie van deze laag. – Nabij raai 1, d.w.z. ~ 10 meter ten oosten van de middellijn. – Het falen zal leiden tot een glijvak van omstreeks 20 meter breedte. De kruindaling zal ongeveer 0,5 meter bedragen. Hiervoor heeft Alert Solutions de volgende meetdata gebruikt: GeoBeads® meetdata. De voorspelling is gebaseerd op de volgende parameter: (Beperkte) informatie over de aanwezige grondopbouw ter plekke van het dijklichaam. Registratie van waterdrukken (evt. omgezet naar stijghoogten) in en onder het dijklichaam. Waarneming van veranderingen in hellinghoek (stand t.o.v. verticaal) van de sensormodules. Temperatuurveranderingen t.g.v. waterstroming in de verschillende grondlagen. De meetinstrumenten GeoBeads® digitale multi-parameter sensor modules meten gelijktijdig waterspanning, temperatuur en hellinghoek.


2-12-2012 | Pagina 32 van 40



2-12-2012 2012 | Pagina 33 van 40

Bijlage (grafiek met indicatie gebruikt voor voorspelling) Grafiek 2.1: delta in hellinghoek per sensor sinds 03 sept 2012, 12:00 NL

Hellinghoekveranderingen tijdens uitvoering van de proef. Het effect van de verschillende belastingstappen is duidelijk waarneembaar. Het ontgraven van de teensloot (in ruwweg 2 stappen) leidt tot nadrukkelijke vervorming in het dikke veenpakket waarneembaar middels sensoren GB-AG-3 (raai 1, been) en GB-AG-7 (raai 2, veen). Ook het zojuist gestartte (her)vullen van de zandkern leidt tot versnelling in de beweging van het veen. Op basis hiervan verwachten wij dat de glijcirkel door het diepe veen zal lopen.


2-12-2012 | Pagina 34 van 40

Grafiek 2.2: Stijghoogte toename in de zandkern van de dijk t.g.v. het gedeeltelijk vullen van de zandkern met water en het zojuist hestartte (her)vullen. Stijghoogte verlaging in de diepere lagen door uitstroom naar de teensloot en mogelijk door ontspanning van het veenpakket.


2-12-2012 | Pagina 35 van 40

Grafiek 2.3: Temperatuurveranderingen in de verschillende grondlagen wijzen op waterstroming, m.n. zichtbaar in de zandkern. In mindere mate in de diepere lagen, waar stijghoogte verlaging ook mede veroorzaakt kan zijn door ontspanning in het veenpakket.

Overige gegevens Grondopbouw.


2-12-2012 | Pagina 36 van 40

Voorspelling No. 3 - Indiening op 8 sept 2012, 12.25 uur Indiener: Tijdstip voorspelling: Dijk: Voorspelling:

Volgnr:

Alert Solutions BV, Erik Peters / Pepijn van der Vliet 08 september 2012, 12.25 uur (NL) AIO-SVT Zuiddijk (South) Na verder vullen van zandkern tot 1,2 m +mv ~ +0,0 m NAP. (Containers reeds volledig gevuld en sloot leeg) Omstreeks zaterdag 08 september, 15:00 (NL) +/- 1 uur. 3

Beschrijving faalmechanisme Beschrijving van faalmechanisme: – Instabiliteit middels horizontale verplaatsing richting teensloot over een glijcirkel van binnenkruin en door de dikke slappe veenlaag met uplift in deteensloot, waarna verticale verzakking van het dijklichaam op die locatie plaatsvindt. – Signaal zal met name de beweging in het veenpakket zijn. Verder zal, na de huidige verlaging van de waterspanningen/stijghoogtes in het veen (door het ontgraven van de teensloot), de waterspanning voorafgaand aan het bezwijken eerst nog scherp toenemen vanwege compressie van deze laag. – Locatie: Nabij raai 1, d.w.z. ~ 10 meter ten oosten van de middellijn, ook al is beweging in zandkern raai 2 al wel op gang en bij raai 1 nog niet. – Het falen zal leiden tot een glijvak van omstreeks 20 meter breedte. De kruindaling zal ongeveer 0,5 meter bedragen. Hiervoor heeft Alert Solutions de volgende meetdata gebruikt: GeoBeads® meetdata. De voorspelling is gebaseerd op de volgende parameter: Informatie over de aanwezige grondopbouw ter plekke van het dijklichaam. Registratie van waterdrukken (evt. omgezet naar stijghoogten) in en onder het dijklichaam. Waarneming van veranderingen in hellinghoek (stand t.o.v. verticaal) van de sensormodules. Temperatuurveranderingen t.g.v. waterstroming in de verschillende grondlagen. De meetinstrumenten GeoBeads® digitale multi-parameter sensor modules meten gelijktijdig waterspanning, temperatuur en hellinghoek.


2-12-2012 | Pagina 37 van 40



2-12-2012 2012 | Pagina 38 van 40

Bijlage (grafiek met indicatie gebruikt voor voorspelling) Grafiek 3.1: delta in hellinghoek per sensor sinds 03 sept 2012, 12:00 NL

Hellinghoekveranderingen tijdens uitvoering van de proef. Het effect van de verschillende belastingstappen is duidelijk waarneembaar. Het ontgraven van de teensloot (in ruwweg 2 stappen) leidt tot nadrukkelijke vervorming in het dikke veenpakket waarneembaar middels sensoren GB-AG-3 (raai 1, been) en GB-AG-7 (raai 2, veen). Het in stappen vullen van de zandkern leidt tot versnelling in de beweging van het veen. Op basis hiervan verwachten wij dat de glijcirkel door het diepe veen zal lopen. Huidige continue doorvullen van de zandkern (containers reeds afgetopt) leidt tot aandrijven van beweging in alle lagen. Raai 2 komt nu goed op gang.


2-12-2012 | Pagina 39 van 40

Grafiek 3.2: Stijghoogte toename in de zandkern van de dijk t.g.v. het vullen van de zandkern met water. Eerst toename van de stijghoogte in de diepere lagen door gewichtstoename dijk en nu het begin van een verlaging van de stijghoogte in de slappe lagen, doordat veenpakket naar buiten gedrukt wordt. Start van de bezwijking.

Overige gegevens Grondopbouw.


2-12-2012 | Pagina 40 van 40

RAPPORTAGE AIO SVT. Zuiddijk Macro- en microstabiliteit proeven. Betreft: inzet GeoBeads meetsystemen

Recommend Documents