Bodemdaling in veen- en kleigebieden ontstaat door processen die de bodem langzaam volume laten verliezen. Zo kan water uit de poriën worden geperst door een verandering in belasting (consolidatie), of kan de bodem langdurig vervormen onder belasting. Die laatste vorm van compactie – viskeuze compressie, of kruip – is een belangrijk maar nog onvoldoende begrepen bodemdalingsproces. PhD Pepijn van Elderen (Universiteit Utrecht) onderzocht hoe viskeuze compressie werkt en hoe dit proces samenhangt met de afbraak van organisch materiaal. Zijn onderzoek helpt om toekomstige bodemdaling beter te voorspellen.
Foto: Pepijn van Elderen – eigen foto
Een langzaam proces met grote gevolgen
Consolidatie en viskeuze compressie zijn twee belangrijke bodemdalingsprocessen en lijken op elkaar, maar werken verschillend. Bij consolidatie wordt water uit de poriën van de bodem geperst wanneer de belasting verandert, bijvoorbeeld door bebouwing of een ophoging. “Dat is een tijdsgebonden proces,” legt Van Elderen uit. “Zodra de poriedruk weer in evenwicht is, stopt consolidatie.” Viskeuze compressie gaat juist door, ook als de belasting niet meer verandert. “Je kunt de bodem vergelijken met een kaartenhuis,” zegt Van Elderen. “De bodemdeeltjes staan schots en scheef verticaal op elkaar. Tijdens viskeuze compressie verschuiven ze langzaam naar een meer horizontale positie. Daardoor neemt het bodemvolume af en zakt de bodem.” In het begin verloopt dat relatief snel, daarna steeds langzamer, maar het proces kan jarenlang doorgaan. Vooral veen- en kleigronden zijn hiervoor gevoelig. Ze bevatten veel poriën die kunnen worden samengedrukt en hebben langwerpige deeltjes. Zand is veel minder vatbaar voor viskeuze compressie door de ronde vorm van de korrels.
Compactie en veenafbraak beïnvloeden elkaar
Van Elderen onderzocht ook hoe viskeuze compressie samenhangt met de afbraak van organisch materiaal, oftewel decompositie. Die wisselwerking blijkt belangrijk voor het begrijpen van bodemdaling op de lange termijn. Wanneer veen afbreekt, verandert de bodemstructuur. “Vezelige, weinig afgebroken venen zijn gevoeliger voor viskeuze compressie dan sterk ontbonden venen,” vertelt Van Elderen. “In vers veen kunnen de vezels nog vervormen. Naarmate het veen verder ontbindt, neemt die gevoeligheid af.” De relatie werkt ook andersom. Door compactie neemt de poriënruimte af, waardoor minder zuurstof beschikbaar is in de bodem. Daardoor verloopt de afbraak van organisch materiaal juist langzamer. Beide processen beïnvloeden elkaar dus voortdurend en bepalen samen de bodemdaling.
Betere voorspellingen
Het doel van het onderzoek was niet alleen om het proces beter te begrijpen, maar ook om bodemdalingsmodellen te verbeteren. Daarin is de berekende viskeuze compressie sterk afhankelijk van één parameter. Van Elderen onderzocht hoe die parameter beter kan worden gekoppeld aan de samenstelling van de bodem. “We hebben gekeken hoe je op basis van de eigenschappen van de bodem een passende parameterwaarde kunt bepalen,” zegt hij. “Zo kun je betere voorspellingen doen.” De resultaten laten zien dat een onderscheid tussen klei, kleiig veen, vezelig veen en sterk afgebroken veen leidt tot nauwkeurigere modelberekeningen. Vooral het verschil tussen vezelig en sterk ontbonden veen bleek groter dan verwacht. “Dat ontbonden veen minder gevoelig is voor viskeuze compressie wisten we, maar de duidelijke scheiding in de parameterwaarden was wel verrassend.” Die kennis is direct toepasbaar. Bij nieuwbouw op slappe ondergrond kan viskeuze compressie namelijk nog jarenlang doorgaan. Dankzij betere parameterwaarden kunnen funderingen en voorbelasting nauwkeuriger worden ontworpen en wordt de verwachte restzetting betrouwbaarder.
Nog veel te ontdekken
Ondanks de nieuwe inzichten blijven er vragen over. Vooral in veenweidegebieden is viskeuze compressie lastig te doorgronden door de relatief lage belasting. Daar lijken ook krimp en zwel door uitdroging invloed te hebben op het proces, maar hoe die processen elkaar precies beïnvloeden, is nog niet duidelijk. “We begrijpen steeds beter hoe viskeuze compressie werkt,” zegt Van Elderen. “Maar we zien ook dat het samenhangt met decompositie en waarschijnlijk ook met krimp en zwel. Daarover zijn nog veel vragen te beantwoorden.”
Van promotie naar vervolgonderzoek
Op 9 juli promoveert Van Elderen aan de Universiteit Utrecht op dit onderzoek dat hij uitvoerde binnen het onderzoeksprogramma NWA-LOSS (Living on Soft Soils). Inmiddels werkt Van Elderen aan de Vrije Universiteit Amsterdam bij het Nationaal Onderzoeksprogramma Broeikasgassen Veenweiden (NOBV). Daar werkt hij onder meer aan de verdere ontwikkeling van een model dat de samenhang tussen bodemprocessen, broeikasgasemissies en bodemdaling beschrijft. De kennis uit zijn PhD-studie neemt hij mee om de beschrijving van bodemdaling verder te verbeteren.
Kijk hier voor meer informatie over het onderzoek.
