Je leest:

Veranderen aardbevingen het Gronings zand in drijfzand?

Veranderen aardbevingen het Gronings zand in drijfzand?

Onderzoeksinstituut gaat na hoe stevig het zand blijft

Auteur: | 16 juli 2018
Robert Visscher voor NEMO Kennislink

Hoe reageert het Groningse zand op de aardbevingen? Wordt het zo door elkaar gehusseld dat het drijfzand wordt? Dat gaat onderzoeksinstituut Deltares na. NEMO Kennislink nam een kijkje in hun vriescel in Delft.

Zicht op uithuizermeeden
Zicht op Uithuizermeeden, een van de locaties waar het zand vandaan werd gehaald.

Buiten heersen zomerse temperaturen, maar Max Zuidhoek van onderzoeksinstituut Deltares draagt geen korte broek en T-shirt. De onderzoeker heeft een gevoerde overall aan en geeft mij ook een exemplaar. Dat is geen overbodige luxe, want samen stappen we in een grote vriescel waar de temperatuur –18 graden Celsius is. Achter ons sluit een grote, zware deur. Het voelt ijskoud aan, ondanks het warme pak. Uit onze monden komen wolkjes. Zuidhoek wijst naar de zijkant van de vriescel van 4 m2. “Daar ligt het bevroren zand dat we onderzoeken”, zegt hij.

Het is afkomstig uit de provincie Groningen. Deltares gaat namelijk na hoe het zand reageert op aardbevingen, die veroorzaakt worden door de gaswinning. Een groot deel van de ondergrond van de noordelijke provincie bestaat weliswaar uit veen en klei, maar daaronder ligt zand. En dat is mogelijk een risico-factor. Het onderzoek wordt uitgevoerd in opdracht van de NAM, het bedrijf dat zich bezighoudt met de gasproductie in Nederland.

Verschillende zandsoorten

Als zand door elkaar wordt geschud, dan kan het los gaan zitten en een soort drijfzand worden. Verweken heet dit ook wel. Met als gevolg dat de grond erboven, zoals klei en veen, verzakt. Gebouwen die zo maar de grond in verdwijnen, worden absoluut niet verwacht. Maar extra scheuren, funderingsproblemen en instabiliteit kan het wel opleveren. Mochten de onderzoekers vinden dat er een kans is dat het Groningse zand verweekt, dan kan de overheid maatregelen nemen door bijvoorbeeld gebouwen of bruggen te verstevigen. De ondergrond zelf aanpakken is waarschijnlijk geen optie, omdat het over gigantische oppervlakten gaat en de kosten dan niet te overzien zijn.

Img 8098
Max Zuidhoek plaatst een hoesje om het bevroren zand uit Groningen.
Robert Visscher voor NEMO Kennislink

De onderzoekers van Deltares namen in 2017 vanaf zo’n tien meter diepte van drie locaties zand mee uit de ter plaatse bevroren grond. Het gaat om plekken bij de plaatsen Uithuizermeeden, Foxhol en Kolham. “Daar vind je verschillende zandsoorten. In Uithuizermeeden ligt de jongste soort, van zo’n tienduizend jaar oud”, legt onderzoeksleider Harry van Essen van Deltares uit. “Het zand uit Kolham is met 20 duizend jaar weer wat ouder en uit Foxhol gaat het verste terug met zo’n 120 duizend jaar. We kiezen er bewust voor om op grotere diepte zand op te halen, dan is het niet verstoord door bijvoorbeeld een boer die er net met de ploeg overheen is gegaan.”

De onderzoekers namen de verschillende monsters mee terug naar Delft en borgen ze opmerkelijk genoeg op in een vriescel. “Op die manier zorgen we ervoor dat het er in het laboratorium nog net zo aan toe is als toen we het uit de Groningse grond haalden”, zegt Van Essen. En daarom staat er in het laboratorium in Delft dus een grote vriescel waar de monsters met zand liggen. En staan Zuidhoek en ik nu bij een temperatuur van -18 naar de zandmonsters te kijken.

Bevroren?

De zandkorrels liggen al duizenden jaren tegen elkaar onder de grond. “Door alle bewerkingen, zoals het naar boven halen en vervoeren, gaan ze bewegen ten opzichte van elkaar. Doordat die korrels daar al zo lang liggen, worden er bindingen tussen ze gevormd. Bijvoorbeeld door kalk dat in het grondwater zit. Als we het zand bevriezen, dan ‘bevries’ je ook echt de korrelstapeling en dat stelt je in staat het materiaal te testen zoals het door in situ aanwezig is”, zegt Van Essen.

Bij het bevriezen van water neemt het volume zo’n 9 procent toe. “De doorlatendheid van het materiaal moet dus groot genoeg zijn om het water voor het vriesfront door de poriën af te voeren. Anders wordt de grond bij wijze van spreken ‘opgeblazen’ en heb je alsnog verstoorde grond. Daarom werkt vriezen ook niet bij alle bodemsamenstellingen.”

Gevoelloos

De onderzoekers ontdooien het zand gecontroleerd, voordat ze het beproeven. Zuidhoek pakt in de vriescel een kolom-vormig stuk bevroren zand vast ter grootte van zo’n twee koffiemokken op elkaar. Hij draagt handschoenen, zodat het niet aan zijn handen vastvriest. Met een schuifmaat meet hij precies op hoe groot het is en hij doet er daarna een nauwsluitend membraan omheen, een soort hoesje.

“Dat is nodig omdat we het zand straks ontdooien in olie, die het monster omringt. Dankzij het membraan blijft het zand beschermd en komt het nergens anders direct mee in contact”, legt Zuidhoek uit. Bovenop komt nog een dunne, poreuze steen. Dat is een soort hard sponsje met heel kleine gaatjes die ervoor zorgen dat het water tijdens het ontdooien wel afgevoerd wordt, maar het zand zelf op zijn plek blijft zitten.

In de vriescel voelt het inmiddels steeds kouder aan. In het begin hield de overall me nog warm, maar langzaamaan worden mijn vingers gevoelloos. Ook mijn neus begint te tintelen. Zuidhoek plaatst het zand op het onderste deel van een soort enorme cocon, dat het monster zal omsluiten. De cocon lijkt wel wat op een bierfust. In de schil zitten allemaal buisjes. Die vullen zich straks met de olie. Dit geeft warmte af aan het zand in de kern, waardoor het langzaam ontdooit. Dit duurt ongeveer een dag. “Het is een tijdrovende klus om alles klaar te maken en het ontdooien doen we ook heel langzaam, zodat het zand dezelfde eigenschappen blijft houden als in Groningen”, legt Van Essen uit.

Kapot3
Het zand is bezweken bij een test.
Harry van Essen, Deltares

Schudden

Zuidhoek en ik stappen de vriescel weer uit en trekken de gevoerde overall uit. Mijn ijskoude handen voelen weer warmer aan en ook het gevoel in mijn neus keert terug. Van Essen haalt een klein takelwagentje tevoorschijn. Daarmee takelt hij de cocon op, die als een vis aan de haak vast hangt aan het wagentje. Het monster wordt op die manier verplaatst naar een kantoortje. Daarin staat weer een ander apparaat met een opening in het midden voor de cocon.

Na een dag is het zand ontdooid en begint het tweede deel van de test. Uit het apparaat komt dan een uitsteeksel naar beneden. Dit is de zogeheten plunjer die het zand laat schudden. De onderzoekers kijken hoe lang het duurt voordat het Groningse zand het begeeft, afhankelijk van de intensiteit van de beving die ze simuleren en de sterkte van het zand. “Soms duurt zo’n proef maar tien seconden, soms wel tien minuten. We brengen met het apparaat een zogeheten cyclische belasting aan tot het zand gaat verweken”, zegt Van Essen.

De komende weken gaat Deltares op deze manier al het Groningse zand beproeven. Van alle drie de locaties werden tien monsters meegenomen, dertig dus in totaal. Alles wordt op dezelfde manier getest. Dus moet Zuidhoek de komende weken, terwijl er buiten tropische temperaturen heersen, steeds weer terug de vriescel in om in Delft te ontrafelen hoe het Groningse zand reageert op de aardbevingen.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 16 juli 2018

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.