Onderzoek naar duurzaam filterzand biedt nieuwe inzichten voor dijkversterking

Simon Maas, een recent afgestudeerde student Built environment afstudeerrichting Water aan de Hogeschool van Amsterdam, is genomineerd voor de prestigieuze Waterbouwprijs 2024. Zijn afstudeeronderzoek in opdracht van Van Oord richtte zich op het beproeven van filterzand, waarbij hij onderzocht hoe een duurzamer en beter beschikbaar grof zand kan worden gebruikt voor de grofzandbarrière. Deze innovatieve dijkversterkingsmaatregel wordt ingezet om het risico op piping — een gevaarlijk erosieproces dat de stabiliteit van dijken ondermijnt — te verminderen.

“Met dit onderzoek wilde ik niet alleen een theoretisch antwoord geven, maar ook een praktische oplossing aandragen voor een groot maatschappelijk probleem”, aldus Maas. “De vraag was: kunnen we een duurzaam en beter beschikbaar alternatief vinden voor het huidige, kostbare gekalibreerde zand?”

De uitdaging van dijkversterking in Nederland

Sinds de invoering van nieuwe normen voor dijken in 2017, blijkt dat veel dijken in Nederland niet voldoen aan de strengere veiligheidseisen. Nederland staat voor een enorme opgave: voor 2050 moeten alle dijken aan de nieuwe normen voldoen. Om deze uitdaging aan te gaan, is Hoogheemraadschap De Stichtse Rijnlanden het project Sterke Lekdijk gestart. Dit innovatieproject richt zich op de doorontwikkeling van verschillende dijkversterkingsmaatregelen, waaronder de grofzandbarrière. Van Oord is binnen dit project verantwoordelijk voor de verdere ontwikkeling van deze maatregel.

Wat is de grofzandbarrière?

De grofzandbarrière is een dijkversterkingsmaatregel die piping tegengaat. Aan de binnenteen van de dijk wordt een grof zandlichaam aangebracht dat fungeert als een filter. Dit filter laat water doorstromen, maar houdt sediment tegen, waardoor het erosieproces reduceert. Het zand dat momenteel wordt  gebruikt, bestaat uit gekalibreerd zand, wat door een kostbaar en energie-intensief proces wordt geproduceerd. Dit zand wordt bovendien gedroogd in gasgestookte ovens en in verschillende fracties gezeefd om de gewenste samenstelling te krijgen. Door het hoge kostenplaatje en de beperkte beschikbaarheid is er behoefte aan een duurzamer en beter beschikbaar alternatief.

Het onderzoek van Simon Maas

Simon Maas ging aan de slag met de vraag hoe de werking van de grofzandbarrière getest kan worden met andere, duurzamere zandsoorten. Hiervoor onderzocht hij eerst de eisen waaraan het filterzand moet voldoen om piping effectief tegen te gaan. “Ik ontdekte dat het filterzand aan de filtercriteria van Terzaghi moet voldoen en dat er een verband bestaat tussen de doorlatendheid van het filterzand en het omgevingszand”, legt Maas uit.

Vervolgens voerde hij diepte-interviews uit met Sibelco B.V., de producent van het huidige gekalibreerde zand, en de technisch manager van een reeds uitgevoerde  pilot in Gameren. Deze gesprekken gaven inzicht in het productieproces en mogelijke alternatieven. Op basis van zijn bevindingen ontwierp Maas een proefopstelling die hij gebruikte om de eigenschappen van verschillende zandsoorten te testen.

“De proefopstelling moest het natuurlijke proces in de dijk nabootsen en ons in staat stellen om zowel de waterdoorstroming als de piping-processen goed te monitoren”, aldus Maas. De opstelling werd volledig opgebouwd uit plexiglas, en er werd een drukvat toegevoegd om water onder een nauwkeurig gecontroleerde druk door de zandlagen te laten stromen.

Testen van duurzamere zandsoorten

Om zijn proefopstelling te testen, voerde Maas drie experimenten uit met verschillende samenstellingen van grof zand. De samenstelling van het zand werd vastgesteld in overleg met Sibelco B.V. en de technisch manager van de pilot in Gameren. Het eerste experiment gebruikte gekalibreerd zand, het tweede experiment testte natuurlijk zand uit Barlo, en het derde experiment ging terug naar gekalibreerd zand.

“Bij de tweede proef, met het natuurlijke zand, bereikten we de bezwijkhoogte. Hierdoor konden we duidelijk zien dat dit specifieke alternatief niet geschikt is voor toepassing in de grofzandbarrière”, vertelt Maas. “Toch was het een waardevolle les, omdat het bevestigde dat de proefopstelling het juiste proces nabootst. Dit geeft ons de mogelijkheid om in de toekomst andere natuurlijke zanden te testen.”

Beperkingen en aanbevelingen

Hoewel de proefopstelling duidelijke resultaten opleverde, waren de resultaten vooral gebaseerd op visuele waarnemingen. “De volgende stap is om de waarnemingen meetbaar te maken, bijvoorbeeld door sensoren toe te voegen. Dit zou het onderzoek verder kunnen valideren”, geeft Maas aan.

Zijn onderzoek toont aan dat de proefopstelling geschikt is om verschillende grofzandbarrières te testen, maar dat er nog verdere stappen nodig zijn om een definitief, duurzaam alternatief voor het huidige gekalibreerde zand te vinden.

Innovatie en toekomstperspectief

Het onderzoek van Simon Maas draagt bij aan de zoektocht naar duurzame oplossingen voor dijkversterking en biedt perspectieven voor innovatie en kostenbesparingen in de sector. “Dit onderzoek is slechts een begin. We moeten blijven zoeken naar duurzamere zandsoorten die in grote hoeveelheden beschikbaar zijn, zonder in te leveren op kwaliteit of veiligheid”, aldus Maas.

Met zijn nominatie voor de Waterbouwprijs 2024 wordt het werk van Simon Maas erkend als een belangrijke stap in de richting van duurzamere waterbouwkundige oplossingen. De winnaar van de Waterbouwprijs wordt bekendgemaakt tijdens de Waterbouwdag op 17 oktober.

“Ik hoop dat dit onderzoek inspireert tot verdere verkenning en samenwerking in de sector. Want alleen samen kunnen we oplossingen vinden die zowel veilig als duurzaam zijn”, besluit Maas.

De Vereniging van Waterbouwers wenst Simon Maas veel succes tijdens de Waterbouwdag!