1
Henk-Jan Geurts
Toenemende druk op het verleden
Gevolgen van zetting op in situ archeologische
2
Colofon
Toenemende druk op het verleden
Een studie naar de gevolgen van zetting op in situ archeologische vondsten en sporen.
Afbeeldingen voorkant:
Boven: Foto van opgraving. Waldus et al. 2006.
Midden: Foto van opgraving. van der Linde/Hamburg 2014. Onder: Foto van opgraving. Blom/Roessingh 2007.
Auteur: Henk-Jan Geurts
Studentnummer: 422996
Opleiding: Archeologie, Saxion Hogeschool
Begeleider: Wilko van Zijverden
Opdrachtgever: ArcheoPro
Begeleiders opdrachtgever: Richard Exaltus en Kirsten van Kappel
Versie: Definitieve versie
3
Voorwoord
De scriptie is geschreven ter afsluiting van de vierjarige opleiding archeologie aan Saxion hogeschool in Deventer. Het afstudeeronderzoek is gedaan naar de gevolgen van zetting op in situ
archeologische sporen en vondsten. Het onderzoek sluit aan op mijn interesses in de fysische geografie en behoud in situ van archeologische vindplaatsen. Voor dit onderwerp is een opdrachtgever gezocht. De opdrachtgever voor het afstudeeronderzoek is ArcheoPro. Binnen ArcheoPro heeft Kirsten van Kappel mij begeleid, hierbij heeft Richard Exaltus van ArcheoPro ook geholpen op momenten dat Kirsten niet beschikbaar was.
Tijdens het schrijven van de scriptie kwam ik verschillende uitdagingen tegen. Daarbij hebben verschillende mensen mij geholpen die ik graag zou willen bedanken. Als eerste wil ik alle docenten en studenten van de opleiding archeologie die mij hebben geholpen bedanken. Hierbij wil ik in het bijzonder Maaike van Hal, Serena Buitenhuis, Famke Ansems en Kirsten Pollé bedanken voor hun hulp tijdens het schrijven van deze scriptie. Daarnaast wil ik Kristoff Derveaux en Peter Jongste bedanken voor hun inhoudelijke hulp bij dit soms vrij lastige onderwerp. Tijdens het onderzoek heb ik twee interviews gehouden met Hans Huisman en Maarten Groenendijk, ik wil ze hiervoor graag bedanken. Als laatste zijn er nog mensen die mij het afgelopen half jaar of langer hebben geholpen met het afstuderen. De begeleider vanuit Saxion, Wilko van Zijverden heeft me goed geholpen en begeleid en daarvoor wil ik hem ook graag bedanken. Daarnaast zou ik graag Richard Exaltus willen bedanken voor zijn hulp vanuit ArcheoPro. De opdrachtgever en begeleider vanuit ArcheoPro, Kirsten van Kappel wil ik graag bedanken voor de goede hulp en begeleiding die ik tijdens het maken van dit onderzoek heb gekregen.
Het onderzoek heb ik met veel passie en plezier geschreven en hopelijk kan ik een deel daarvan overbrengen op de lezers van het onderzoek. Ik wens de lezer veel leesplezier toe!
Henk-Jan Geurts Deventer, 10 juli 2019
4
Inhoudsopgave
1 Samenvatting ... 6 2 Inleiding ... 8 2.1 Projectopdracht en onderzoekskader ... 8 2.2 Probleemstelling ... 9 2.3 Methode en verantwoording ... 9 2.3.1 Literatuuronderzoek ... 10 2.3.2 Interviews ... 10 2.3.3 Vergelijken praktijkvoorbeelden ... 10 2.4 Leeswijzer ... 11 3 Toelichting begrippen ... 12 3.1 Geotechnische termen ... 12 4 Introductie zetting ... 194.1 Primaire- en secundaire zetting ... 19
4.1.1 Primaire zetting ... 19
4.1.2 Secundaire zetting... 19
4.2 Bestanddelen grond ... 20
4.2.1 Spanningen... 20
4.3 Onderzochte grondsoorten ... 21
5 Mechanische gevolgen zetting... 22
5.1 Belasting ... 23
5.2 Vorm ophoging ... 25
5.3 Hoogteligging van de zettingsgevoelige lagen ten opzichte van het maaiveld ... 26
5.4 Reliëf ... 26
5.4.1 Dikte en samenstelling spoorniveau ... 27
5.5 Verplaatsing grondlagen ... 27
5.6 Grondsoorten ... 27
6 Hydrologische processen zetting ... 30
6.1 Factoren en Processen ... 31 6.1.1 Waterdoorlatendheid ... 31 6.1.2 Grondwaterspiegel... 31 6.1.3 Weggeperst water... 32 6.2 Verversing grondwater ... 32 6.2.1 Drainage ... 33 6.3 Grondsoorten ... 34
5
7 Chemische processen zetting... 36
7.1.1 Reductie ... 36 7.1.2 Verplaatsing grondlagen ... 37 7.2 Grondsoorten ... 37 8 Praktijkvoorbeelden zetting ... 38 8.1 De vergeleken onderzoeken ... 38 8.2 Haling-13 Enkhuizen... 39 8.2.1 Gevolgen zetting ... 46 8.3 Munnikenpolder Leiderdorp ... 47 8.3.1 Gevolgen zetting ... 48
8.4 IJsselstein Lage Dijk ... 48
8.5 Vergelijken praktijkvoorbeelden ... 51
9 Voorkomen van zetting ... 52
9.1 Fundering op staal ... 52
9.2 Ophogen ... 53
9.3 Voorbelasting ... 54
9.4 Tijdelijke belasting ... 54
9.5 Gevolgen van zetting op archeologische vindplaatsen voorkomen ... 54
10 Discussie ... 58 10.1 Macro ... 58 10.2 Meso ... 58 10.3 Micro ... 59 11 Conclusie ... 60 11.1 Deelvragen ... 60 11.2 Hoofdvraag ... 63 12 Aanbevelingen ... 64 12.1 Macro ... 64 12.2 Meso ... 66 12.3 Micro ... 67 13 Bronnenlijst ... 69
14 Bijlage 1: Effect van zetting op verschillende vondstcategorieën ... 73
6
1 Samenvatting
Dit afstudeeronderzoek is geschreven in opdracht van ArcheoPro. Het onderzoek gaat over de gevolgen van zetting op in situ archeologische sporen en vondsten. De gevolgen van zetting zijn in drie verschillende groepen factoren en processen onder te verdelen, mechanische-, hydrologische- en chemische factoren en processen. De mechanische factoren en processen zorgen ervoor dat er hydrologische veranderingen optreden. De veranderingen in de hydrologie zorgen ervoor dat chemische veranderingen in de grond plaatsvinden. Sommige factoren en processen zijn specifiek gebonden aan grondsoorten, terwijl andere factoren en processen voor alle of meerdere
grondsoorten gelden. Bij de mechanische factoren en processen zijn belasting, vorm ophoging, dikte zettingsgevoelige laag, reliëf, verplaatsing grondlagen en hoogteligging van de zettingsgevoelige laag ten opzichte van het maaiveld van belang. Daarnaast reageren zand, veen en de verschillende kleisoorten anders bij mechanische factoren en processen. Deze factoren en processen hebben weer invloed op de waterdoorlatendheid, grondwaterspiegel en weggeperst water. Daarnaast heeft het versnellen en vergroten van zetting door middel van drainage hier weer invloed op. Hierbij geldt dat de verschillende kleisoorten en veen anders ten opzichte van elkaar reageren. Alle eerdergenoemde factoren en processen zorgen dan weer voor reductie en het toevoegen van zuren of basen. Al deze factoren en processen kunnen ervoor zorgen dat de conserveringsomstandigheden van
archeologische vondsten kunnen gaan verbeteren of verslechteren.
Doordat zetting complex is, is het nog niet compleet begrepen. Hierdoor kan de theorie en praktijk soms haaks op elkaar staan. Om meer inzicht in de praktijk te krijgen zijn drie verschillende
vindplaatsen onderzocht. Enkhuizen Haling-13, Leiderdorp Munnikenpolder en IJsselstein Lage Dijk. Bij deze vindplaatsen is op een deel van de vindplaats zetting opgetreden. Bij Haling-13 heeft ter hoogte van werkput 42 een tijdelijk gronddepot gelegen. Bij Munnikenpolder Leiderdorp is de zetting opgetreden op de locatie van een tijdelijke bouwweg. Bij IJsselstein Lage dijk ligt er op een deel van het plangebied een Middeleeuws dijklichaam. De verschillende oorzaken van zetting hebben in combinatie van de verschillende vindplaatsen en de heterogeniteit in de bodem
verschillende gevolgen voor de vindplaatsen gehad. Bij Haling-13 heeft de verblauwing in combinatie met de verticale verplaatsing ervoor gezorgd dat het aanleggen van het sporenvlak moeilijker is geworden. Bij Munnikenpolder Leiderdorp zijn de sporen ter hoogte van de bouwweg niet meer zichtbaar door de verblauwing. Het profiel ter hoogte van de bouwweg was dermate verkleurt dat in de bovenste 60 a 70 centimeter geen stratigrafische gelaagdheid kon worden gezien. Bij IJsselstein Lage Dijk zijn de vondsten geteld en gewogen. De tellingen van bot en keramiek geven een indicatie voor een verhoogde fragmentatiegraad onder de dijk in vergelijking met de vondsten buiten de dijk. Bij bouwkeramiek en steen is geen verhoogde fragmentatiegraad zichtbaar.
De Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed heeft een handreiking opgesteld waarin staat hoe de gevolgen van zetting te beperken zijn. Deze handreiking is gebruikt om te bepalen hoe de gevolgen van zetting kunnen worden en om te bepalen hoe de gevolgen van zetting voorkomen kunnen worden op archeologische vindplaatsen. Dat is waar nodig aangevuld met ander bronmateriaal. Hieruit kwam wel naar voren dat de literatuur vooral gericht was op de mechanische gevolgen van zetting. De mechanische processen van zetting zorgen voor hydrologische veranderingen in de grond waardoor ook de chemische samenstelling van de grond verandert kan worden. Hierdoor kan een archeologische vindplaats door veranderende hydrologische- en chemische omstandigheden beschadigd worden terwijl er nauwelijks schade ontstaat door mechanische processen.
7 In de handreiking zijn maatregelen opgenomen die alleen de gevolgen van mechanische processen van zetting beperken. Voor zover mogelijk zijn de nadelen van de maatregelen waaronder de mogelijke effecten op hydrologische- en chemische processen beschreven.
De resultaten laten zien dat zetting een complex proces is waar veel verschillende variabelen een rol kunnen spelen. De drie praktijkvoorbeelden ondersteunen dat het proces complex is. Daarnaast tonen de praktijkvoorbeelden aan dat de gevolgen van zetting niet alleen bestaat uit het kapot drukken van vondsten. Bij de praktijkvoorbeelden hebben verblauwing en verticale verplaatsing waarschijnlijk eerder tot informatieverlies gezorgd dan het breken van het vondstmateriaal. Om zetting te beperken moet dus niet alleen gekeken worden naar de mechanische processen maar juist ook naar de hydrologische- en chemische processen.
Bij het onderzoek zijn verschillen keuzes gemaakt, bij het hoofdstuk discussie zijn deze keuzes toegelicht en verantwoord. Een voorbeeld daarvan is de keuze om willekeurig te bepalen welke vondsten er zijn geteld bij de vindplaats IJsselstein Lage Dijk. Daarnaast worden ook problemen vermeldt en hoe die zijn opgelost. Een voorbeeld daarvan is het gebrek aan concrete
praktijkvoorbeelden zoals opgravingen, die de gevolgen van zetting laten zien zoals opgravingen. Uiteindelijk worden aan het eind van het onderzoek aanbevelingen gegeven. Deze aanbevelingen komen deels ook voort uit de discussie. Het belangrijkste advies is het advies omtrent in situ behoud en ophogen. Hierin wordt advies gegeven voor de verschillende lagen binnen de archeologie om beter om te gaan met ophogen en in situ behoud.
Aan het eind zijn twee bijlagen toegevoegd aan het onderzoek. In bijlage 1 staan de gevolgen van zetting op in situ vondstmateriaal uitgewerkt. Hierin staan vooral de belangrijkste gevolgen op vondstmateriaal vermeld. In bijlage 2 staan de uitgewerkte interviews met Hans Huisman en
Maarten Groenendijk. Het interview met Hans Huisman ging over de gevolgen van zetting op sporen en vondsten. Het interview met Maarten Groenendijk ging over archeologisch vriendelijk bouwen. In het kort geeft dit onderzoek nieuwe inzichten over de gevolgen van zetting op in situ sporen en vondsten.
8
2 Inleiding
In het archeologisch werkveld in Nederland wordt steeds vaker geprobeerd om minder op te graven en meer vindplaatsen in situ te bewaren. Het in situ bewaren van archeologische vindplaatsen is nog niet altijd even makkelijk aangezien er met veel factoren rekening gehouden moet worden. Een van de makkelijkere manieren van in situ beheer is door het maaiveld te verhogen waardoor de
archeologische vindplaatsen minder snel verstoord worden. Dit heeft op verschillende plaatsen geleidt tot het opbrengen van een ophoging waarbij de een, een halve meter hoog waarbij de ander meerdere meters hoog is. In de laatste jaren zijn de gevolgen van een ophoging op een
archeologische vindplaats steeds meer onderzocht waardoor het steeds beter begrepen wordt. In 2016 heeft het Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed een handreiking opgesteld voor in situ behoud. Hierin staan ook verschillende adviezen voor het opbrengen van een ophoging. De handreiking en het onderzoek dat de laatste jaren is verricht, focust zich vooral op de mechanische processen van zetting. Daarnaast is het onderzoek naar zetting vooral gericht op theorie, berekeningen, modellen en laboratoriumonderzoek. In de praktijk zal zetting afwijken van de berekening, theorie, modellen en laboratoriumonderzoek omdat zetting zeer complex en nog steeds niet voldoende begrepen is. Dit onderzoek gaat over de gevolgen van zetting op in situ archeologische sporen en vondsten. Dit onderzoek heeft verschillende doelen. Het eerste doel is om de processen van zetting helder en duidelijk te beschrijven voor de archeoloog. Het tweede doel is door middel van voorbeelden uit de archeologische beroepspraktijk meer inzicht te verschaffen in de verschillende processen die kunnen plaatsvinden in archeologische vindplaatsen bij zetting. Door het inzichtelijk maken van de
processen die bij zetting horen, kunnen archeologen in de praktijk betere beslissingen nemen voor het in situ behoud van vindplaatsen. Als laatste wordt een poging gedaan om het kennishiaat met betrekking tot zetting in de archeologische beroepspraktijk te verkleinen.
2.1 Projectopdracht en onderzoekskader
Het doel van het onderzoek is het onderzoeken van de gevolgen van zetting op in situ archeologische sporen en vondsten.
Het afstudeeronderzoek is in de vorm van een scriptie afgerond. Hierbij is de scriptie het product dat wordt aangeleverd bij de opdrachtgever en Saxion hogeschool.
Om de scriptie te verduidelijken is er een ‘beslisboom’ gemaakt. In dit product is alle informatie uit de scriptie op een overzichtelijke manier weergegeven. De verschillende elementen in de
beslisboom zijn keuzes voor ingrepen en de processen die op gang komen door de bijbehorende ingrepen. Bij de desbetreffende keuze staat het gevolg wat daarbij hoort. Hierbij wordt een onderscheid gemaakt in grondsoorten conform Locher, Bakker en Steur die de systematiek van STIBOKA hebben gehanteerd.1 Dat zal echter worden omgezet naar NEN5104 met behulp van de omzettingstabel in het “groot profielen boek”.2 Dat wordt gedaan, omdat in de archeologische beroepspraktijk vooral de NEN5104 wordt gehanteerd. Bij het omzetten is rekening gehouden met eventuele fouten in de omzettingstabel.
1 Locher/de Bakker/Steur 1987. 2 van Zijverden/de Moor 2014.
9
2.2 Probleemstelling
De hoofdvraag van dit onderzoek is als volgt geformuleerd:
Welke gevolgen heeft zetting op in situ archeologische sporen en vondsten?
Deze hoofdvraag is uitgewerkt in deelvragen op drie verschillende niveaus. Het macroniveau heeft betrekking op de maatregelen die genomen kunnen worden om zetting te voorkomen. Het
mesoniveau heeft betrekking op de invloed van zetting op archeologische sporen en vondsten. Het microniveau heeft betrekking op de gevolgen van zetting die zijn aangetroffen bij verschillende opgravingen. Bij de verschillende vindplaatsen, het zijn er drie, heeft op een gedeelte wel en geen belasting plaatsgevonden. Per niveau is de probleemstelling uitgewerkt in verschillende deelvragen: Macro
1. Welke technische maatregelen worden genomen om de gevolgen van zetting te voorkomen?
Meso
2. In welke mate zijn verschillende grondsoorten gevoelig voor zetting?
3. Welke invloed heeft zetting op de verschillende archeologische vondstcategorieën? 4. Wat is de invloed van zetting op grondsporen?
Micro
5. Welke sporen zijn gevonden in de verschillende onderzoeken?
6. Welke vondstcategorieën zijn gevonden in de verschillende onderzoeken?
7. In welke voor de zetting gevoelige lagen zijn archeologische vondst- en spoorlagen aanwezig bij de verschillende onderzoeken?
8. Wat zijn de gevolgen van zetting op sporen in de verschillende onderzoeken?
9. Wat zijn de gevolgen van zetting op vondstcategorieën in de verschillende onderzoeken? 10. Welke maatregelen worden genomen om negatieve gevolgen van zetting in archeologische
vindplaatsen te voorkomen?
11. (Welke maatregelen zouden genomen kunnen worden om negatieve gevolgen van zetting in archeologische vindplaatsen te voorkomen?)
2.3 Methode en verantwoording
Om de hoofd- en deelvragen te beantwoorden zijn verschillende onderzoeksmethoden gebruikt. Hieronder vallen:
1) Literatuuronderzoek; 2) Interviews;
10
2.3.1 Literatuuronderzoek
Het literatuuronderzoek geeft per hoofdstuk de basisinformatie. De gebruikte literatuur is
inhoudelijk kritisch bekeken. Bij twijfel over de kwaliteit van de literatuur is om verifiëring gevraagd bij specialisten uit het vakgebied. In andere gevallen is de auteur benaderd om te achterhalen waarop de informatie in de tekst is gebaseerd.
Voor de deelvragen 1 en 10 zijn vooral documenten geraadpleegd, die zijn samengesteld door de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed. Daarnaast zijn ook andere bronnen bekeken, om te bepalen of er andere mogelijkheden zijn voor het beperken van zetting en om te controleren of er correct wordt verwezen naar de gebruikte bronnen in de tekst. In één geval is een kritische noot gezet bij een uitspraak, omdat deze uitspraak niet is beargumenteerd met waarnemingen uit het
archeologisch werkveld.
Voor de deelvragen 2 tot en met 4 zijn verschillende bronnen gebruikt uit verschillende disciplines, zoals de civiele techniek, archeologie, bodemkunde en fysische geografie. Hierdoor was het mogelijk om de deelvragen zo specifiek mogelijk te beantwoorden.
Voor de deelvragen 5 tot en met 9 zijn vooral opgravingsdocumenten en rapporten bestudeerd. Daarnaast is de literatuur van de overige deelvragen gebruikt om te bepalen welke processen hebben plaatsgevonden. Bij de opgravingsdocumenten ontbrak vaak informatie, omdat bij de opgravingen de archeologische vindplaats is onderzocht waardoor andere fenomenen zoals zetting niet zijn onderzocht. Een deel van deze hiaten zijn aangevuld met gedeselecteerde foto’s en het raadplegen van andere opgravingsdocumenten.
2.3.2 Interviews
Om het literatuuronderzoek te ondersteunen zijn verschillende interviews met specialisten gehouden. Hierbij zijn specialisten gezocht op het gebied van archeologisch vriendelijk bouwen en de gevolgen van zetting op in situ archeologische sporen en vondsten. Deze onderwerpen zijn gekozen omdat een interview de inhoudelijke kwaliteit van het onderzoek zou verbeteren. Eén interview ging over archeologievriendelijk bouwen en het andere interview ging over de gevolgen van zetting op in situ archeologische sporen en vondsten. Hiervoor zijn Maarten Groenendijk (archeologievriendelijk bouwen) en Hans Huisman (gevolgen van zetting op in situ archeologische sporen en vondsten) benaderd. Maarten Groenendijk is de gemeente archeoloog van Gouda en heeft verschillende artikelen geschreven over archeologisch vriendelijk bouwen en de rol van heipalen hierbij. Hans Huisman werkt bij het Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed en heeft
meerdere onderzoeken geschreven naar de gevolgen van zetting op in situ archeologische sporen en vondsten. De uitgewerkte interviews zijn opgenomen in bijlage 2.
2.3.3 Vergelijken praktijkvoorbeelden
In de deelvragen 2 tot en met 4 wordt vooral de theoretische kant van zetting behandeld, deze theorie is vooral gebaseerd op informatie uit de civiele techniek. De theorie is echter niet voldoende getoetst in het werkveld. Hierdoor kan de werkelijke schade van zetting aan een archeologische vindplaats anders zijn dan bij de verwachting. Om hier meer inzicht op te krijgen worden drie verschillende opgegraven archeologische vindplaatsen met elkaar worden vergeleken. De volgende vindplaatsen zijn onderzocht:
1) Enkhuizen Haling-13;
2) Munnikenpolder Leiderdorp; 3) IJsselstein Lage Dijk.
11 Bij alle drie de vindplaatsen is op een deel van de opgraving zetting opgetreden en op een ander deel heeft geen zetting plaatsgevonden. Hierdoor kan bij elke vindplaats afzonderlijk bekeken worden wat de gevolgen van zetting zijn op archeologische sporen en vondsten. Doordat de
opgravingen dusdanig van elkaar verschilden konden ze niet altijd een op een met elkaar vergeleken worden. Een voorbeeld hiervan is dat alleen de vindplaats IJsselstein Lage Dijk genoeg vondsten had om de fragmentatiegraad (de mate van fragmentatie van het vondstmateriaal) mee te bepalen en de andere vindplaatsen niet. In hoofd stuk 8 praktijkvoorbeelden zetting wordt meer uitleg gegeven over de fragmentatiegraad.
2.4 Leeswijzer
In het onderzoek wordt als eerste de probleemstelling beschreven. Hierin wordt het onderzoek omkaderd en zijn de hoofd- en deelvragen geformuleerd. Na de probleemstelling wordt ingegaan op de toegepaste methoden en technieken bij het uitvoeren van het onderzoek. De methoden en technieken worden opgevolgd door de begrippenlijst. Hierin worden lastige en inhoudelijke begrippen uitgelegd. De eerste keer dat lastige begrippen voorkomen in de resultaten worden ze dikgedrukt in de tekst. De begrippenlijst wordt gevolgd door een introductie van zetting. In de introductie worden zetting en de grondsoorten die worden onderzocht kort en duidelijk uitgelegd. Hierdoor zal de lezer voldoende achtergrondkennis hebben om de resultaten van het onderzoek goed te kunnen begrijpen.
De resultaten van het onderzoek zijn opgedeeld in drie verschillende processen die bij zetting een rol spelen mechanische processen, hydrologische processen en chemische processen. Elk deel wordt ingeleid met een korte inleiding. Daarna worden de factoren en processen uitgelegd die belangrijk zijn voor het desbetreffende hoofdstuk. Sommige factoren en processen zijn alleen bij bepaalde grondsoorten belangrijk. Daarom worden na de ‘algemene’ factoren en processen, de factoren en processen beschreven die specifiek zijn voor bepaalde grondsoorten.
De resultaten beginnen met de mechanische gevolgen van zetting, waarin de factoren en processen beschreven worden die een rol spelen. Daarna worden de hydrologische gevolgen besproken met de bijbehorende factoren en processen. Na de hydrologische gevolgen van zetting worden de
chemische gevolgen van zetting besproken.
Na het theoretische gedeelte, worden er drie praktijkvoorbeelden aangehaald. Elk praktijkvoorbeeld wordt apart geïntroduceerd. Daarna worden de gevolgen van zetting met de beschikbare
opgravingsdocumentatie besproken. Het hoofdstuk praktijkvoorbeelden eindigt met een vergelijking van de gevolgen van zetting op de drie vindplaatsen. Na de vergelijking wordt besproken hoe de gevolgen van zetting kunnen worden voorkomen. Aan het einde van het hoofdstuk wordt besproken hoe de gevolgen van zetting op archeologische vindplaatsen beperkt kan worden.
In de conclusie wordt antwoord gegeven op de hoofd- en deelvragen. Hierna wordt in de discussie in macro-, meso- en microniveau in een ruimer theoretisch kader geplaatst. Daarnaast is er een
kritische reflectie op het onderzoek beschreven. In het hoofdstuk aanbevelingen wordt op basis van het onderzoek een aantal aanbevelingen gegeven.
De bijlage bevat twee bijlagen. In bijlage 1 staan de gevolgen van zetting op de verschillende vondstcategorieën beschreven. In bijlage 2 staan de uitgewerkte interviews met Hans Huisman en Maarten Groenendijk.
12
3 Toelichting begrippen
In het onderzoek komen lastige begrippen voor. Een aantal lastige begrippen is opgenomen in de begrippenlijst. Hierdoor kan de inhoud beter begrepen worden. De eerste keer dat een begrip in de tekst voorkomt wordt het begrip dikgedrukt.
3.1 Geotechnische termen
Zetting
Zetting is een grondmechanisch proces waarbij een grondlaag in dikte afneemt en wordt verdicht ten gevolge van (externe) belasting. Een
grondlaag neemt door zetting in dikte af doordat water en lucht uit de poriën in de grond worden geperst. In afbeelding 1 wordt zetting
schematisch weergegeven.
Klink
Bij klink vindt er door natuurlijke of menselijke oorzaken verdroging van de grondlagen plaats. De verdroging kan zorgen voor de compactie van grondlagen. Soms wordt er met klink andere of vaker meer gespecificeerde processen aangeduid zoals het inklinken van veen onder zijn eigen gewicht bij uitdroging. Om verwarring te voorkomen wordt de bovenstaande definitie gehanteerd.
Primaire zetting
De meeste bestanddelen waar grond van gemaakt is, zijn samendrukbaar. Water is een vloeistof en in de
regel zijn vloeistoffen niet (nauwelijks) samendrukbaar. De extra druk zorgt er dus voor dat de waterspanning toeneemt. Dat houdt langer aan bij slecht doorlaatbare grondlagen, zoals veen en klei omdat bij deze lagen het water moeilijk kan uitstromen.3 Als de waterspanning (tijdelijk) toeneemt dan heet dat overspanning. Door de overspanning ontstaan er drukverschillen
(waterspanningsgradiënten) die leiden tot het uitdrijven van water. Hierdoor komt de druk op het korrelskelet te staan. Dit proces genaamd, consolidatie, stopt wanneer er een einde komt aan de wateroverspanning in de poriën.4 Hierdoor kunnen de vaste bestanddelen vervormen en worden korrels in de poriën gedrukt.
3 Backhausen et al. 2014, 47. 4 Haegeman 2016, 3-4.
13
Consolidatie
Consolidatie is het uitpersen van water uit grondlagen door de extra druk van een ophoging. De tijd die nodig is voor de consolidatie is afhankelijk van de grondsoort. Consolidatie kan versneld worden door bijvoorbeeld meer druk toe te voegen of door drainage toe te passen. Na de consolidatie blijft er wel wat water in de poriën achter. Dit komt door: viskeus water (stroperig water), grondlagen die steeds minder waterdoorlatend zijn en drukverschillen die kleiner worden waardoor het water steeds langzamer stroomt. Doordat het water onder de druk wegstroomt zal er steeds minder water onder de ophoging aanwezig zijn. Hierdoor zal er ook minder overspannen water aanwezig zijn waardoor de drukverschillen afnemen. Het wegpersen van dit overige water gaat dermate langzaam dat dit onder secundaire zetting valt.5
Secundaire zetting
Secundaire zetting is het wegpersen van viskeus6 (stroperig) grondwater dat is gebonden aan grondmineralen. Door de mineralen in het water wordt het water stroperig waardoor het moeilijker wegstroomt (kruip).7 Secundaire zetting vindt vooral plaats in grondsoorten die bestaan uit weinig doorlatende materialen, zoals veen en klei. Secundaire zetting (kruip) duurt langer dan de
consolidatie. Dit komt doordat kruip, zoals het woord doet vermoeden, langzaam is.
Restzetting
Restzetting is de hoeveelheid zetting die optreedt tijdens een bepaalde (onderhouds)periode vanaf de oplevering van een bouwwerk, infrastructurele werken, et cetera.8
Eindzetting
Eindzetting is de hoeveelheid zetting die optreedt in een periode van 10.000 dagen (circa 27 jaar).9 Soms wordt de zetting ook voor andere termijnen berekend, maar 10.000 dagen is de meest gebruikte tijdsschaal. 5 Backhausen et al. 2014 106-108. 6 Marshak 2015, 275. 7 Haegeman 2016, 4. 8 Backhausen et al. 2014, 457. 9 Backhausen et al. 2014, 116.
14
Verschilzetting (differentieel zetting)
Zetting treedt op in zettingsgevoelige lagen en deze lagen kunnen echter, sterk in dikte verschillen op een relatief kleine afstand. Dit verschijnsel wordt veroorzaakt en soms ook versterkt door het paleoreliëf (het reliëf dat begraven is onder recente sedimenten). Hierdoor kan bijvoorbeeld een huis op verschillende snelheden en verschillende mate verzakken. Het verschil in mate en snelheid van zetting noemt men verschilzetting, soms ook differentiële zetting genoemd. Afbeelding 2 is een voorbeeld van verschilzetting door het paleoreliëf.
15
Voorbelasting
Voorbelasten is het belasten van een stuk grond met een bepaalde belasting om de restzettingen bij de toekomstige constructie te verminderen.10 Met voorbelasten wordt de grond met hetzelfde gewicht als de toekomstige belasting of met een groter gewicht belast om zetting te versnellen.
Overhoogte
Overhoogte is het plaatsen van extra belasting bij het voorbelasten. Stel dat er met één meter grond wordt opgehoogd, dan wil men in een korte tijd meer zetting veroorzaken dan met een
voorbelasting van één meter. Men verhoogt dan de voorbelasting. Bij een ophoging van één meter kan met een overhoogte bij het voorbelasten toepassen van twee meter. Hierdoor wordt in een kortere periode meer zetting veroorzaakt in de hoop dat in de toekomst minder restzetting plaatsvindt. De
overhoogte wordt vaak weggehaald voordat er meer zetting kan plaatsvinden.11 In afbeelding 3 wordt voorbelasting in combinatie met overhoogte schematisch weergegeven.
Afschuiving
De oorzaak van afschuiving is wanneer het water niet (meer) uit de grond kan stromen of als de druk te snel toeneemt. De overspanning zorgt dan voor een verstoring van het evenwicht waardoor de ophoging in de bestaande grond zakt. Hierdoor zal de bestaande grond zich zijwaarts/horizontaal weg bewegen van de druk (bezwijken).12 Aan de randen van een ophoging zorgt dit dan voor een afschuiving van het opgehoogde materiaal.
Glijcirkel
Ophogingen zorgen voor een verticale druk. Hierdoor zou in theorie de grond in een verticale richting vervormen. In werkelijkheid vervormt de grond alleen in verticale richting (reductie in dikte) onder het midden van de ophoging. Aan de randen van de ophogingen zijn er drukverschillen. Door de drukverschillen verplaatsten water en grond in horizontale richting, dit komt doordat materie altijd in de richting vervormt waarin de minste druk wordt uitgeoefend.13
10 Backhausen et al. 2014, 462. 11 Backhausen et al. 2014, 462. 12 Zoomer 1982, 67.
13 Huisman et al. 2011b, 23.
Afbeelding 3: Schematische vereenvoudiging van voorbelasting met overhoogte.
16
Spanningen
In de geotechniek en in de civiele techniek rekent men vaak met spanningen. In werkelijkheid oefent alles in de grond druk op elkaar uit. De druk/spanning in de grond is niet altijd te meten waardoor het lastig is om een verwachting van het gedrag van de grond te maken. Om dit probleem op te lossen zijn de verschillende spanningen in verschillende categorieën verdeeld. Hierdoor kan toch een verwachting van het gedrag van grond gemaakt worden aan de hand van modellen en berekeningen.14
Grondspanning
Met grondspanning wordt de druk/spanning bedoelt die grondkorrels op elkaar uitoefenen. In theorie zou de gronddruk dus alleen kunnen toenemen als er meer grond wordt toegevoegd.15
Waterspanning
Waterspanning is de druk/spanning die kolommen water of water in poriën onderling op elkaar uitoefenen. In theorie zou deze waterspanning alleen toenemen als er meer water wordt toegevoegd, maar in werkelijkheid is dat niet zo.16 Anders zou er ook geen consolidatie kunnen plaatsvinden.
Korrelspanning
De korrelspanning is de spanning die tussen de korrels onderling wordt uitgeoefend. Korrelspanning is niet te meten en dus alleen te berekenen. De korrelspanning wordt bepaald door de
waterspanning van de grondspanning af te halen (grondspanning-waterspanning=korrelspanning).17
Samendrukbaarheid
De samendrukbaarheid van een grondsoort is de mate waarin reductie van de dikte van een grondlaag kan plaatsvinden. Zand is bijvoorbeeld veel minder samendrukbaar dan veen. Dit komt doordat veen voor een groot deel uit water bestaat dat door druk eruit wordt geperst.
Waterspanningsgradiënt
Een waterspanningsgradiënt is het verschil in waterspanning. In dit geval zal de waterspanning onder een ophoging hoger zijn dan buiten de ophoging, hierdoor ontstaat er een verschil in druk.
Oxidatie (redoxreactie)
Oxidatie is een redoxreactie waarbij ionen worden uitgewisseld. Oxidatie zorgt in dit geval ervoor dat ijzer in de ondergrond oranje/bruin gaat kleuren.18
Reductie (redoxreactie)
Reductie is een redoxreactie waarbij ionen worden uitgewisseld. In de ondergrond zorgen
zuurstofloze omgevingen ervoor dat het ijzer in de grond gaat reduceren. Hierdoor krijgt de grond vaak een blauw/blauwgrijze kleur.19
14 Backhausen et al. 2014, 77. 15 Backhausen et al. 2014, 77. 16 Backhausen et al. 2014, 77. 17 Backhausen et al. 2014, 77. 18 Huisman 2009, 170. 19 Huisman 2009, 170.
Afbeelding 4: Verschillende spanningen in de grond.
17
Drukgradiënt (drukverschil)
Een (water)drukgradiënt is het verschil in druk in een medium, oftewel tussen A en B. Bij zetting is de gradiënt dan in het midden van de ophoging en aan het eind van de rand waar niks is opgehoogd.
Capillaire werking
De capillaire werking van het (grond)water is het verschijnsel dat water tegen de zwaartekracht in naar boven kan stromen. Water kan alleen omhoog stromen als er kleine buisjes (capillairen) aanwezig zijn. Het water kan hierdoor boven de grondwaterspiegel komen. Capillaire werking is zichtbaar als er een klein rietje in een glas of emmer met water wordt gestopt.
Capillaire zone
De capillaire zone is de zone in de grond waarin het grondwater onder capillaire werking omhoog kan stromen. De capillaire zone is groter bij
grondsoorten met kleine poriën. Grondsoorten met een kleine korrelgrootte hebben doorgaans kleinere poriën en korrels met een grote korrelgrootte hebben doorgaans grote(re) poriën.20 Hierdoor is de capillaire werking bij zand minder sterk als bij uiterst siltige- of zandige klei en zwak siltige klei. In
afbeelding 5 zijn de verschillende zones in het grondwater inclusief de capillaire zone te zien.
Poriën
Poriën zijn de lege ruimten in de grond, deze lege ruimtes worden vaak gevuld met lucht of met water. Tijdens zetting worden de poriën dicht gedrukt met korrels.
20 Locher/de Bakker/Steur 1987, 123.
Afbeelding 5: Schematische afbeelding van de verschillende waterzones in de grond.
18
Fundering op staal
Een fundering op staal is een fundering die op een kleine diepte op een draagkrachtige grond wordt geplaatst. Een draagkrachtige grond is niet tot nauwelijks gevoelig voor zetting. Een fundering op staal is meestal breder dan de breedte van de constructie.21
Mechanisch proces
Bij een mechanisch proces treden er veranderingen op door middel van beweging. Bij zetting zal de extra druk van een ophoging ervoor zorgen dat er bewegingen ontstaan die de vindplaats kunnen schaden. De druk kan bijvoorbeeld zorgen voor een verticale of horizontale beweging en dus ook voor vervorming.
Hydrologisch proces
Bij een hydrologisch proces treden er veranderingen op in de waterhuishouding van de grond bij zetting. De mechanische processen zullen ervoor zorgen dat er een verandering optreedt in de waterhuishouding van de grond. Een voorbeeld hiervan is het uittreden van water uit de poriën in de grond door de extra druk.
Chemisch proces
Een chemisch proces houdt in dat de chemische samenstelling (de verschillende mineralen waaruit grond bestaat) verandert. Een voorbeeld hiervan is het wegdrukken van een kalkhoudende
grondlaag in een zuurder milieu, waardoor de kalk wordt omgezet naar andere stoffen zoals koolstofdioxide.
Stinswier
Een stinswier is een kunstmatige ophoging met een versterkte laatmiddeleeuwse woontoren.22
21 Backhausen et al. 2014, 143. 22 Waldus et al. 2006, 5.
19
4 Introductie zetting
De definitie van zetting is een grondmechanisch proces waarbij een bodemlaag in dikte afneemt en wordt verdicht als gevolg van (externe) belasting. Soms wordt klink ook gerekend tot zetting en in andere gevallen worden klink en zetting los van elkaar behandeld. Dit komt ook doordat de gevolgen van klink en zetting lastig van elkaar te scheiden zijn als ze tegelijkertijd plaatsvinden.23
4.1 Primaire- en secundaire zetting
4.1.1 Primaire zetting
Bij zetting wordt er extra druk op de grond uitgeoefend, hierdoor zou in theorie de gronddruk toenemen. In de praktijk neemt in eerste instantie de waterdruk toe en neemt de korrelspanning met de tijd toe. Het water neemt in eerste instantie de extra druk op, omdat vloeistoffen niet tot nauwelijks samendrukbaar zijn.24 Het water vangt de druk op doordat het water niet direct uit de grond kan treden. Doordat de druk in het water toeneemt (waterspanning neemt toe), zorgt dat ervoor dat er verschillen in druk ontstaan in het grondwater (waterspanningsgradiënten).25
Hierdoor zal het water gaan bewegen in de richting waar er minder druk is. Water stroomt over het algemeen niet omhoog, maar dat kan wel in bepaalde mate wanneer water onder druk staat. Vaak zal het merendeel van het water in horizontale richting uitwijken, een deel van het water kan ook naar onder uitwijken als er een grondwaterstroom aanwezig is, waarin grondwater zich verplaatst. Het uitdrijven van water ten gevolge van druk van een ophoging noemt men consolidatie. De korrelspanning neemt toe wanneer er meer water uit de poriën van een grondlaag wordt geperst. Door de toename van de korrelspanning kunnen vaste stoffen vervormen, compacter en opnieuw gerangschikt worden waardoor er compactie van de grondlaag optreedt. Dit leidt op den duur tot een verkleining van de dikte van een grondlaag.
4.1.2 Secundaire zetting
Tijdens de eerste periode van zetting kan water relatief makkelijk uit de poriën in de grond gedrukt worden. Dit komt doordat de grond nog relatief weinig gecompacteerd is waardoor de
waterdoorlatendheid van de grond nog relatief hoog is. Als de primaire zetting (consolidatie) vordert, gaat de zetting steeds langzamer doordat de grond steeds verder gecompacteerd wordt waardoor de omvang van het poriënvolume in de grond afneemt. Hierdoor neemt de
waterdoorlatendheid van de grond af waardoor water steeds langzamer kan stromen.26 Daarnaast wordt het water steeds viskeuzer waardoor het minder makkelijk kan uittreden.27 Hierdoor wordt het uittreden van water uit de poriën dermate laag dat het kruip wordt genoemd. Kruip valt buiten de consolidatie en valt dus ook onder secundaire zetting. Kruip van viskeus water kan ook tijdens de consolidatie plaatsvinden.28 23 Backhausen et al. 2014, 105. 24 Haegeman 2016, 3-4. 25 Haegeman 2016, 3-4. 26 Backhausen et al. 2014, 106-108. 27 Haegeman 2016, 4. 28 Backhausen et al. 2014, 106-108.
20
4.2 Bestanddelen grond
Sommige grondsoorten zijn beter samendrukbaar dan anderen. Over het algemeen zijn de
grondsoorten met een kleine korrelgrootte beter samendrukbaar dan grondsoorten met een grote korrelgrootte.29 Daarnaast zijn er nog andere eigenschappen van grondsoorten die van invloed kunnen zijn op de samendrukbaarheid zoals de vorm van de korrels, de mineralen waaruit de individuele korrels bestaan, de vervormbaarheid van de gronddeeltjes, et cetera. In tabel 1 staan de verschillende grootte van de verschillende gronddeeltjes.
Verschillende soorten korrels Minimale grootte gronddeeltjes Maximale grootte gronddeeltjes
Lutum - 2 μm
Silt 2 μm 63 μm
Zand 63 μm 2 mm
Grind 2 mm 63 mm
Tabel 1: In de tabel staan de verschillende soorten gronddeeltjes, de minimale grootte en de maximale grootte van de verschillende gronddeeltjes.
Om het proces te begrijpen is het belangrijk om te weten wat de bestandsdelen van grond zijn. Namelijk lucht, water en gronddeeltjes. De gronddeeltjes bestaan uit alle deeltjes die zich in de vaste fase bevinden. Hieronder vallen kwarts, kleimineralen, plantenresten (veen) en andere vaste
stoffen.30 In Nederland bestaat het zand en silt voornamelijk uit kwarts.31
In Nederland valt regelmatig het bestanddeel lucht weg in de bodem, omdat de grond vaak
verzadigd is met grondwater (alle poriën zijn dan gevuld met grondwater).32 De verhoudingen tussen de drie bestanddelen in de grond zijn belangrijk en vaak ook bepalend voor de processen in de bodem. Een voorbeeld hiervan is het wegpompen van grondwater waardoor er lucht in de poriën komt met oxidatie en of klink tot gevolg.
4.2.1 Spanningen
De hoeveelheid zetting is afhankelijk van de bestaande korrelspanning en de extra korrelspanning, aangezien een ophoging uit vaste delen bestaat (korrels). Korrelspanning is de druk die
grondkorrels/gronddeeltjes op elkaar uitoefenen in de grond. Daarnaast is er nog de waterspanning, dat is de druk van het water tussen de poriën en de druk die het water tussen de poriën onderling uitoefenen. De korrelspanning neemt toe als er meer grond wordt toegevoegd en de waterspanning neemt toe als er meer water wordt toegevoegd.33
29 Backhausen et al. 2014, 68. 30 Locher/de Bakker/Steur 1987, 241. 31 Locher/de Bakker/Steur 1987, 56. 32 Locher/de Bakker/Steur 1987, 241. 33 Backhausen et al. 2014, 86.
21
4.3 Onderzochte grondsoorten
De mate van zetting wordt bepaald door de grondsoort en de daarbij horende eigenschappen. In Nederland zijn er verschillende grondsoorten die voorkomen in de ondergrond. Dit zijn: zand, klei (Zwak siltige klei, sterk siltige klei, uiterst siltige- of zandige klei), veen, grind, leem en löss. In dit onderzoek worden zwak siltige klei, sterk siltige klei, uiterst siltige klei en zandige klei, zand en veen onderzocht. Hiervoor is gekozen omdat löss en leem vooral uit silt (bestaat uit korrels) en lutum (plaatjes) bestaan. De combinatie van lutum en silt zal dus op ongeveer dezelfde manier reageren op gronddruk als een combinatie van zand en lutum wat bijvoorbeeld in uiterst siltige- of zandige klei zit. Daarnaast is gekozen om bij veen alleen mineraal arm veen (>35% organische stof) te bespreken. Hiervoor is gekozen omdat in literatuur dat naar veen verwijst vooral wordt gekeken naar
mineraalarm veen en niet naar veen met 15% tot en met 35% organische stof. In tabel 2 staan de verschillende grondsoorten die in dit onderzoek gebruikt worden. Hierbij staan de benamingen volgens de NEN5104, Stiboka en de samenstelling van de grondsoorten.
Tabel 2: In de tabel staan de grondsoorten die in het onderzoek worden gebruikt, de benamingen in de NEN5104 en STIBOKA en de samenstelling van de onderzochte grondsoorten.
Daarnaast is uiterst siltige- of zandige klei één categorie in dit onderzoek. Hiervoor is gekozen omdat er met de Stiboka indeling wordt gewerkt die vervolgens is omgezet met het Groot profielenboek naar de NEN1504.34 Zavel is in de NEN1504 opgedeeld in uiterst siltige klei en in zandige kleien, terwijl het wel ongeveer dezelfde samenstelling heeft als zavel.35
34 van Zijverden/de Moor 2014, 185. 35 van Zijverden/de Moor 2014, 185.
Gebruikte grondsoorten
NEN5104 Stiboka Samenstelling
Zwak siltige klei Zwak siltige klei Zware klei >50% lutum Sterk siltige klei Sterk siltige klei Lichte klei 25-35% lutum
Uiterst siltige klei Uiterst siltige klei Zavel 15-50% zand, 8-25% lutum Zandige klei Zandige klei Zavel >50% zand, 8%-25% lutum
Zand Zand Zand >50% zand
22
5 Mechanische gevolgen zetting
Zetting is vooral een mechanisch proces en zal daardoor een archeologische vindplaats mechanisch verstoren. In dit hoofdstuk worden alleen de mechanische factoren en processen behandeld, de chemische- en hydrologische processen worden in het desbetreffende hoofdstuk besproken. In dit hoofdstuk worden eerst een aantal factoren en processen besproken die een belangrijke rol hebben bij de mechanische gevolgen van zetting. Deze factoren en processen zijn:
1) Belasting; 2) Vorm ophoging;
3) Dikte zettingsgevoelige laag;
4) Hoogteligging van de zettingsgevoelige laag ten opzichte van het maaiveld; 5) Reliëf;
6) Verplaatsing grondlagen.
Naast de verschillende factoren speelt het type grondsoort een belangrijke rol bij de mate van mechanische gevolgen van zetting. De volgende grondsoorten worden besproken:
1) Veen; 2) Zand;
3) Zwak siltige klei; 4) Sterk siltige klei;
23
5.1 Belasting
Belasting heeft veel invloed op de mate van zetting die kan optreden. Hierbij spelen een aantal factoren een rol: belasting door de mens, tijdelijke belasting, hoeveelheid belasting, verdeling belasting, natuurlijke belasting en de dikte van de zettingsgevoelige laag. Op sommige locaties is de grond al belast geweest door menselijke bouwwerken. Een voorbeeld hiervan is een huis dat is gefundeerd op staal en later is afgebroken. Deze belasting zorgt ervoor dat er in de grond al in bepaalde mate zetting is opgetreden afhankelijk van tijdsduur van de belasting. Hierdoor zal een toekomstig bouwwerk voor minder zetting zorgen dan op een locatie die nog nooit is belast. Naast structuren zoals een huis kan een gebied ook tijdelijk belast worden. Een voorbeeld hiervan is een bouwweg waar bouwmaterieel overheen rijdt. De tijdelijke belasting zorgt ook voor zetting. In afbeelding 6 is een tijdelijk bouwweg terug te zien in het sporenvlak.
Bij ophogingen is de hoeveelheid belasting ook van belang bij de mate van zetting die optreedt. Een ophoging van één meter hoog zal minder zetting veroorzaken dan een ophoging van twee meter hoog. Daarnaast komt er vaak op een ophoging nog extra gewicht. Een voorbeeld hiervan is een weg met auto’s die daar overheen rijden. De verdeling van deze druk is belangrijk voor de mate van zetting die kan optreden. Daarbij zijn er wel mogelijkheden zoals waterdoorlatend geotextiel die de druk gelijkmatiger verdelen om verschilzetting te voorkomen.36 Bij een ophoging komt de druk vooral op de grond direct onder de ophoging te staan. Bij andere constructies zoals huizen kan de belasting verdeeld worden over een breder oppervlak zoals een plaatfundering37 of op diepere lagen door middel van heipalen.
36 Roorda/Stover/Kroes 2016, 42. 37 Roorda/Stover/Kroes 2016, 34.
24 Bij de hoeveelheid belasting en de verdeling ervan is de dikte en mate van ‘natuurlijke compactie’ van belang. Als er een dikke laag zand aanwezig is waar wordt opgehoogd zijn de gevolgen van zetting relatief klein. Daarentegen zullen de gevolgen van zetting groot zijn als er een dik pakket veen in de ondergrond aanwezig is. Tevens is de opbouw van de grond belangrijk. Sommige zettingsgevoelige lagen zijn op een natuurlijke wijze gecompacteerd door een laag dat erbovenop ligt. Een voorbeeld hiervan is komklei op veen, waardoor het veen in bepaalde mate in elkaar is gedrukt.38 Veen onder komklei zal dus ook minder gevoelig zijn dan veen dat pas is gevormd en aan het oppervlak ligt.
In tabel 3 is de mogelijke gevoeligheid van druk op vondstmateriaal door belasting op een rij gezet. De informatie in tabel 3 komt uit bijlage 1. X is nauwelijks gevoelig/ongevoelig, + is gevoelig en ++ is zeer gevoelig voor druk.
Vondstcategorieën Zand Veen Zwak siltige
klei Sterk siltige klei Uiterst siltige klei en zandige klei Metaal en metaallegeringen X X X X X Hout X + + + + Bot X + + + + Glas ++ ++ ++ ++ ++ Steen + + + + + Keramiek + + + + + Botanische resten + ++ ++ + +
Tabel 3: In deze tabel staat de mogelijke gevoeligheid voor druk van de verschillende veel voorkomende vondstcategorieën.
25
5.2 Vorm ophoging
Vaak is de combinatie van de zwaarte en de vorm van de ophoging bepalend voor de mechanische processen. Naast verticale vervormingen zijn er ook horizontale vervormingen. Horizontale vervormingen worden vooral veroorzaakt door de drukverschillen aan de rand van de ophoging. Onder de ophoging is er veel druk terwijl er buiten de ophoging weinig druk is.39 Hierdoor zal er een
glijcirkel ontstaan. De glijcirkel zal ontstaan door de verticale druk, hierdoor neigt de grond een
cirkelvormige beweging te maken. In de cirkel zal de grond naar de minste druk bewegen: einde van de ophoging, sloot, et cetera. In afbeelding 8 is een voorbeeld van een glijcirkel te zien die in een sloot eindigt.40 Door deze beweging zal er een horizontale verstoring optreden van de grondlagen.41 Aan het eind van de cirkel kan de grond verticaal vervormen bij het zwakste punt, zoals een sloot aangezien daar de cirkel eindigt.42 In afbeelding 7 is de horizontale- en verticale verstoring van een bezweken stinswier te zien.
De maximale horizontale verplaatsing is de dikte van de zettingsgevoelige laag met een factor van 1-2.43 Daarnaast vindt de horizontale verplaatsing alleen plaats in een zone die net zo breed als de hoogte van de ophoging.44
39 Huisman et al. 2011b, 15. 40 Backhausen et al. 2014, 446. 41 Huisman et al. 2011b, 15. 42 Backhausen et al. 2014, 446. 43 Müller et al. 2014, 219. 44 Müller et al. 2014, 219.
Afbeelding 8: Hierop is de glijcirkel die in de ophoging begint en in de sloot eindigt te zien.
Afbeelding 7: Profiel van een bezweken stinswier, de verstoring van de bezweken stinswier is hier goed in te zien.
26 De horizontale vervormingen zullen vooral optreden aan de randen van de ophoging. Hierdoor zal een ophoging met relatief veel randen meer horizontale vervorming teweegbrengen dan een ophoging met relatief weinig hellingen.45
De gronddruk die bij zetting ontstaat kan ervoor zorgen dat er vervormingen in de grondsporen optreden.46 De verticale druk zorgt ervoor dat de laag waar sporen in bevinden in dikte afneemt. Daarnaast kan de verticale druk ervoor zorgen dat er geen onderscheid meer gemaakt kan worden tussen de verschillende grondlagen in bijvoorbeeld een profiel.47 De verticale druk kan er ook voor zorgen dat hele grondlagen verticaal in de grond worden gedrukt.48 De horizontale druk kan voor horizontale vervormingen zorgen. Dit is echter niet te onderbouwen met literatuur en
praktijkvoorbeelden.
Als een spoor/vindplaats aan de rand van een ophoging bevindt dan zorgt de verticale druk voor een horizontale verplaatsing door de drukverschillen.49 Door de horizontale verplaatsing wordt er ook horizontale druk uitgeoefend. Door deze druk kan de vorm van een spoor veranderen en het spoor kan in zijn geheel verplaatst worden waardoor het uit zijn landschappelijke context gehaald wordt. De verandering in vorm en verplaatsing in landschappelijke context kan vervolgens leiden tot verkeerde interpretaties en of informatieverlies.
5.3 Hoogteligging van de zettingsgevoelige lagen ten opzichte van het maaiveld
Grondsoorten zijn meer zettingsgevoelig naar mate ze dichter bij het maaiveld liggen. Dit komt doordat de druk van de bovenliggende grondlagen toeneemt naarmate een grondlaag dieper in de grond ligt.50 Hierdoor zijn de grondlagen naarmate ze dieper liggen meer compact dan de lagen daarboven. Extra druk zal dan zorgen voor minder zetting in diepere lagen. Daarnaast wordt de extra druk van een ophoging en of bouwwerk over een groter oppervlak verdeeld naarmate de diepte toeneemt.51
5.4 Reliëf
Het reliëf en het paleoreliëf zijn bepalend voor het voorkomen van verschilzetting.52 Dit komt doordat zettingsgevoelige lagen op sommige plekken beter konden vormen dan op andere plekken. Hierbij kunnen ook menselijke activiteiten in het verleden een rol spelen. Voorbeelden zijn:
1) ((Zeer) lokale) plekken met hoge grondwaterstanden waar zich veen kan vormen. 2) Donken.
3) Oude watergangen inclusief door de mens gegraven watergangen, zoals sloten en de overgang van rivierbedding.
4) Oeverwal en komgebied.
Hierdoor kunnen de diktes van klei, veen en zand verschillen, waardoor er op een relatief kleine schaal verschilzetting kan optreden.
45 Huisman et al. 2011b, 15.
46 Persoonlijke communicatie Hans Huisman via interview 08-05-2019. 47 Blom/Roessingh 2007, 65. 48 van Kappel 2004, 25. 49 Huisman et al. 2011b, 25. 50 Roorda/Stover/Kroes 2016, 42. 51 Kuipers 1989, 89. 52 Huisman et al. 2011b, 28.
27
5.4.1 Dikte en samenstelling spoorniveau
De dikte van een laag waarin sporen bevinden kan verschillen, dit is vooral afhankelijk van de menselijke handelingen die hier hebben plaatsgevonden. Zijn er vooral ondiepe sporen zoals hekwerk of juist diepe sporen zoals waterputten en middenstaanders. Daarbij is het ook van belang uit welke grondsoorten de laag met sporen bestaat. Ondiepe sporen gaan vaak door één grondsoort, terwijl diepe grondsporen regelmatig door meer grondsoorten heengaan. In de grondsporen zijn dus vaak de verschillende grondsoorten door elkaar heen geroerd. De invloed van grondsporen op zetting is ingewikkeld en nauwelijks bekend.53 Sommige sporen bevatten een andere grondsoort in de vulling dan dat van de omliggende natuurlijke ondergrond. Hierdoor kan verschilzetting ontstaan. Een voorbeeld hiervan is een venige slootvulling in een zandige ondergrond.
5.5 Verplaatsing grondlagen
Door de compactie van de verschillende grondlagen zullen de grondlagen zich in verticale richting naar beneden verplaatsen. Hierdoor kan het zijn dat grondsoorten die boven het grondwater lagen in het grondwater komen te liggen. Hierdoor zullen er verschillende hydrologische en chemische veranderingen plaatsvinden.
5.6 Grondsoorten
Veen
Veen bestaat tussen de 1% (1-2% voedselarm veen) en de 14% (3-14% voedselrijkveen) uit minerale bestandsdelen, de rest is water en organisch materiaal.54 Doordat veen voor een groot deel uit water bestaat zal bij het wegpersen van het water bij veen ook de grootste zetting plaatsvinden.
Veen gedraagt zich anders dan klei en zand, omdat het vooral bestaat uit organisch materiaal en water. Het exacte gedrag van organische vezels in veen is op de korte- en op lange termijn nog onvoldoende begrepen.55 Wat wel duidelijk is, is dat veen bij deze druk gaat vervormen in horizontale richting. Hierdoor zal het determineren van de plantenresten in veen moeilijk tot onmogelijk worden. Hierdoor kan er informatieverlies optreden van de landschappelijke context waarin het veen gevormd is.
Zand
Zand gaat niet tot nauwelijks zetten bij druk, maar de korrels gaan herschikken als er trillingen in de grond zijn.56 Zand zal nauwelijks zetten doordat er een korrelskelet in zand zit. Druk wordt door middel van dit korrelskelet verdeeld over de grondlaag waardoor er nauwelijks zetting plaatsvindt. Als er harde archeologische vondsten (houtskool) in de bodem bevinden dan zal de druk worden verdeeld door de korrels die om de objecten heen liggen.57 Hierdoor kunnen harde archeologische vondsten in zand meer druk verdragen dan in een slappe bodem. In afbeelding 10 is houtskool in het zwart te zien in zand. In afbeelding 9 is houtskool in het zwart te zien in zwak siltige klei. Hierbij is goed te zien dat in het zand (witte korrels op de foto) een korrelskelet om het houtskool aanwezig is.
53 Persoonlijke communicatie Hans Huisman via interview 08-05-2019. 54 Stouthamer et al. 2015, 240.
55 Müller et al. 2014, 91. 56 Backhausen et al. 2014, 45. 57Müller et al. 2014, 217.
28
Siltige en zandige klei
Vaak worden veen, klei en zand beschreven bij onderzoek betreffende zetting. Het nadeel hierbij is, is dat grondsoorten (bijna) nooit alleen zand of lutum bevatten. Hierdoor is het lastig te
onderbouwen met literatuur hoe zetting verloopt bij de verschillende soorten klei volgens de classificatie van de NEN5104.
Zwak siltige klei
Een zwak siltige klei (>50% lutum) zal zich min of meer gedragen als een ‘pure’ kleilaag (slappe bodem). Door het hoge lutumgehalte zullen er veel kleiplaatjes aanwezig zijn die zich op elkaar kunnen stapelen. Hierdoor zal in vergelijking met de andere kleisoorten de meeste zetting bij zwak siltige klei optreden.
Als harde archeologische objecten (houtskool) aanwezig zijn in zwak siltige klei, dan vangen de harde objecten de druk op. Doordat harde objecten de druk gaan opvangen in een slappe bodem zal er eerder fragmentatie en informatieverlies optreden. Bij gronden met een hoger silt en of zand gehalte zoals sterk siltige klei en uiterst siltige klei en zandige klei zal dit minder zijn.58
58Müller et al. 2014, 217.
Afbeelding 9: Een foto gemaakt met een microscoop van een zwak siltige klei in PPL (Plain Polarized Light (gewoon licht)). Het lutum is bruin en het houtskool is zwart.
Afbeelding 10: Foto gemaakt met een microscoop van zand in XPL (Crossed Polarized Light (gekruist licht)). De zandkorrels zijn wit en het houtskool is zwart.
29
Sterk siltige klei
Een sterk siltige klei (25-35% lutum) bevat meer zand en silt. Hierdoor is er een korrelskelet aanwezig dat de druk kan opvangen. Het lutum zal dan in de poriën gedrukt worden en worden vervormen rondom de zandkorrels.59
Uiterst siltige klei en zandige klei
Een uiterst siltige klei of zandige klei bevat nog meer zand en silt (8-25% lutum, <50% silt en >15% zand).60 Bij een uiterst siltige klei of zandige klei is er dus een aanzienlijk korrelskelet aanwezig. Hierdoor zal het minder vervormen dan een “echte” klei maar meer dan bij zand. Afbeelding 11 is een voorbeeld van verticale verstoring van een kleilaag dat is gaan vervloeien door een laag veen onder invloed van de druk van de bezweken stinswier.
59 Backhausen et al. 2014, 47. 60 van Zijverden/de Moor 2014, 185.
Afbeelding 11: Voorbeeld van verticale verstoring van de horizontale gelaagdheid van de grond door druk onder een bezweken stinswier.
30
6 Hydrologische processen zetting
De mechanische processen bij zetting zorgen voor veranderingen in de hydrologische eigenschappen van de grond. Hierdoor kan water bijvoorbeeld moeilijker ververst worden of moeilijker stromen door de poriën. Deze veranderingen zorgen voor andere conserveringsomstandigheden van de archeologische vindplaats.
Een aantal factoren spelen een belangrijke rol bij de hydrologische gevolgen van zetting. Deze factoren worden apart behandeld, omdat ze bij (bijna) alle grondsoorten een rol spelen, dat zijn:
1) Waterdoorlatendheid; 2) Grondwaterspiegel; 3) Weggeperst water.
Sommige processen bij zetting worden versneld of bevorderd door de mens. Hieronder valt vooral de drainage van een ophoging. Drainage wordt apart genoemd omdat het bij alle grondsoorten van invloed is.
Voor de volgende grondsoorten worden de hydrologische processen en de bijbehorende gevolgen besproken:
1) Veen; 2) Zand;
3) Zwak siltige klei; 4) Sterk siltige klei;
31
6.1 Factoren en Processen
6.1.1 Waterdoorlatendheid
Grondsoorten kunnen poreus en of waterdoorlatend zijn. Een poreuze laag heeft veel poriën waarin water of lucht aanwezig kan zijn. Bij een doorlatende laag staan de poriën in de grond met elkaar in verbinding waardoor er een waterstroom aanwezig kan zijn. Niet alle poreuze lagen zijn
waterdoorlatend, als de poriën niet met elkaar in verbinding staan dan is de grond wel poreus maar niet doorlatend.61
De snelheid van zetting wordt bepaald door de mate van waterdoorlatendheid. Als de
waterdoorlatendheid hoog is, dan zal het water makkelijk uit de grondlaag geperst worden. Hierdoor zal de eindzetting sneller bereikt worden dan bij grondlagen met een slechte waterdoorlatendheid. De verschillende grondsoorten hebben een verschillende waterdoorlatendheid. Over het algemeen geldt dat de grootte van de poriën en de grootte van het poriënvolume leidend is voor de
waterdoorlatendheid van de grond. Voor doorlatendheid is het vooral belangrijk dat de poriën waar het water doorheen stroomt groot zijn.62 Hoe meer lutum er in een grondsoort aanwezig is des te kleiner de poriën zijn en des te slechter een grondsoort waterdoorlatend is.63 Een uitzondering is veen dat over het algemeen slecht waterdoorlatend is.64 In tabel 4 wordt de mogelijke verandering in conservering van vondsten weergegeven bij een verslechtering van de waterdoorlatendheid. De tabel is gebaseerd op informatie uit Bijlage 1. X is geen tot nauwelijks verbetering, + is verbetering en ++ is een sterke verbetering van conserveringsomstandigheden.
Vondstcategorieën Zand Veen Zwak siltige
klei Sterk siltige klei Uiterst siltige klei en zandige klei Metaal en metaallegeringen X ++ ++ + + Hout X ++ ++ + + Bot X ++ ++ + + Glas X + + + + Steen X X X X X Keramiek X X X X X
Tabel 4: Hierin worden de mogelijke verandering van conservering van veel voorkomende vondstmaterialen weergegeven bij een verslechtering van de waterdoorlatendheid.
6.1.2 Grondwaterspiegel
De grondwaterspiegel is bepalend voor de mate van zetting, omdat water doorgaans uit de poriën wordt gedrukt. Bij een lage grondwaterspiegel zijn kleigronden vaak al gerijpt waardoor ze minder gevoelig zijn voor zetting.65 Als de waterspiegel hoog is dan zijn de poriën nog gevuld met water. Als hier het water uit wordt gedrukt, dan worden de poriën opgevuld met gronddeeltjes waardoor de mate van zetting groter kan zijn. In verschillende gevallen is klei al (deels) gerijpt en vervolgens onder het grondwaterspiegel terecht gekomen.
61 Marshak 2015, 697-699.
62 Locher/de Bakker/Steur 1987, 143. 63 Locher/de Bakker/Steur 1987, 143. 64 Backhausen et al. 2014, 350. 65 Locher/de Bakker/Steur 1987, 250.
32 Daarnaast speelt het actief weghalen van water door de mens en het wegdrukken van het
grondwater een rol. Soms wordt de grondwaterspiegel tijdelijk of permanent verlaagd voor de bouw,66 hierdoor kan in combinatie met een ophoging sneller en meer zetting optreden. Daarnaast wordt op de plek waar zetting plaatsvindt de grondwaterspiegel lager, omdat het water uit de poriën wordt gedrukt.
6.1.3 Weggeperst water
Tijdens zetting zal het water wat uit de poriën geperst wordt, de makkelijkste weg uit de poriën zoeken.67 Dit zal vaak naar beneden en of via de zijkanten gaan. Water kan echter onder druk ook naar boven stromen en de grond boven de grondwaterspiegel verzadigen. Dit leidt tot chemische reacties die voor informatieverlies kunnen leiden.
6.2 Verversing grondwater
De hieronder vermelde gevolgen van verversing van grondwater is vooral nog theoretisch en niet tot nauwelijks getoetst in de praktijk.68
De samenstelling en het gebruik van een ophoging kunnen hydrologische processen veranderen. Dit heeft vooral gevolgen voor chemische processen zoals reductie.69 Als er een ondoordringbare laag aanwezig is, zoals een weg of een kleilaag in de ophoging dan zal dat verversing van het grondwater hinderen. Hierdoor zal er geen zuurstofrijk water kunnen worden aangevoerd. Door een
ondoordringbare laag zal het regenwater bijvoorbeeld naast de weg infiltreren en het grondwater (zuurstofarm) kan dan gaan opwellen onder de weg.70 Afbeelding 12 is een voorbeeld van lokale verschillen in reductie ten gevolge van belasting.
Als een ophoging volledig uit zand bestaat zal regenwater makkelijker het grondwater aan kunnen vullen. Hierdoor zal dan sneller zuurstofrijk water bij het grondwater komen.71
66 Backhausen et al. 2014, 350. 67 Backhausen et al. 2014, 78/79. 68 Huisman et al. 2011b, 30-31. 69 Huisman et al. 2011b, 30-32. 70 Huisman et al. 2011b, 30-32. 71 Huisman et al. 2011b, 30-32.
Afbeelding 12: Een voorbeeld van lokale reductie dat door belasting van een renbaan is veroorzaakt.
33
6.2.1 Drainage
De mens kan ervoor zorgen dat het water sneller uit een grondlaag wordt geperst/afgevoerd met behulp van drainage. Dit zorgt ervoor dat er sneller meer zetting optreedt. Hierdoor kan men in een kortere tijdsperiode meer zetting veroorzaken waardoor de restzetting minder is. Het draineren van water bij het ophogen kan op verschillende manieren gebeuren:
1) Horizontale drainage; 2) Verticale drainage.
Bij horizontale drainage wordt een laag aangelegd waarin water makkelijker stroomt (zand) dan de omgeving (klei en veen), waardoor het water sneller op een horizontale manier kan afstromen. Bij verticale drainage worden verticale doorlatende lagen aangebracht waarbij het water makkelijk naar beneden kan stromen. Hierdoor kan het water een kortere route afleggen waardoor het afstromen van water sneller gaat. Voor een optimale drainage wordt ook wel gewerkt met een combinatie van horizontale en verticale drainage. Op deze manier kan het water op een optimale manier zowel horizontaal als verticaal afstromen.72
34
6.3 Grondsoorten
Zand en veen
Bij zand en veen vinden er geen specifieke hydrologische processen en gevolgen plaats door middel van een ophoging die apart besproken moeten worden. Deels komt dit doordat er nog kennis hiaten op dit gebied zijn.
Klei
Als de grondwaterstand bij een kleiige ondergrond laag is, zal de klei boven de grondwaterspiegel en de capillaire zone voor een deel gerijpt zijn. Als klei rijpt dan verdwijnt het water uit de poriën waardoor de kleimineralen op elkaar worden gestapeld.73 Doordat de kleimineralen op elkaar stapelen ontstaan er scheuren in de klei. Onder hoge druk kunnen de scheuren in de klei worden dichtgedrukt waardoor de scheuren opgevuld worden met klei.74
Zetting kan na rijping nog wel plaatsvinden, omdat de druk ervoor zorgt dat de kleimineralen dichter op elkaar komen te liggen. Daarnaast worden de bestaande poriën en de eventuele scheuren langzaam dichtgedrukt. Kleimineralen kunnen ook gaan vervormen vanaf een bepaalde druk. Als de grondwaterstand en de capillaire zone hoog liggen ten aanzien van het maaiveld zal de klei niet tot nauwelijks gerijpt zijn. In niet tot nauwelijks gerijpte klei zit relatief veel water in de poriën die eruit geperst kan worden, waardoor de hoeveelheid zetting toeneemt. Afbeelding 13 is een voorbeeld van gerijpte klei, in afbeelding 14 is een voorbeeld van een gerijpte klei onder een microscoop te zien. In afbeelding 14 zijn de scheuren ook goed zichtbaar.
73 Jongmans et al. 2013, 33. 74 Kuipers 1989, 225.
Afbeelding 13: op de foto is een voorbeeld van een gerijpte klei te zien.
Afbeelding 14: foto van een gerijpte klei in PPL (Plain Polarized Light (gewoon licht)).
35
Zwak siltige klei
Door de grote hoeveelheid lutum zal bij zwak siltige klei de meeste rijping kunnen plaatsvinden. Hierdoor zal zetting ook groter zijn bij een niet gerijpte zwak siltige klei dan bij een niet gerijpte sterk siltige klei.75
Sterk siltige klei
Door de grotere hoeveelheid silt in sterk siltige klei zal de mate rijping minder van invloed zijn op de mate van zetting. Dit komt doordat er minder lutum in de grond aanwezig is om te rijpen.76
Daarnaast zal het silt in bepaalde mate voor een korrelskelet zorgen.
Uiterst siltige klei en zandige klei
In uiterst siltige klei en zandige klei zal de hoeveelheid lutum ervoor zorgen dat rijping wel invloed heeft, maar niet zoveel als bij sterk siltige- of zwak siltige klei. Daarnaast is het gehalte van lutum in sommige gevallen bij uiterst siltige klei en zandige klei dermate laag dat rijping een geringe invloed heeft op de mate van zetting.
75 Zijverden van/de Moor 2014, 185. 76 Zijverden van/de Moor 2014, 185.
36
7 Chemische processen zetting
7.1.1 Reductie
In de bodem zijn twee processen die belangrijk zijn voor de kleur van grondsporen, dat zijn reductie en oxidatie. Oxidatie is niet relevant bij zetting en wordt dus ook niet verder vermeld. Reductie kan alleen plaatsvinden als er geen zuurstof in de grond aanwezig is, bijvoorbeeld onder een ophoging, onder de grondwaterspiegel of door het verhogen van de grondwaterspiegel.77 De reductie van ijzer zorgt voor een blauwgrijze kleur. Vaak reduceert alleen een grondspoor waardoor het beter
zichtbaar is. Een grondspoor kan eerder reduceren, omdat het hoge gehalte aan organische stof ervoor zorgt dat er geen zuurstof beschikbaar is, waardoor er reductie plaatsvindt.78 Als echter een groot oppervlak reduceert, kan dat de zichtbaarheid van grondsporen verslechteren. In sommige gevallen kan het hele sporenvlak blauwgrijs/grijs kleuren waardoor sporen niet meer zichtbaar zijn.79 Door zetting kan reductie in meer of mindere mate plaatsvinden. Dit heeft te maken met de
verandering van hydrologische omstandigheden onder de ophoging.80 Afbeelding 15 is een voorbeeld van verblauwing uit het archeologisch werkveld.
77 Huisman 2009, 174. 78 Huisman 2009, 172. 79 Huisman 2009, 170-171. 80 Huisman et al. 2011b, 30-32.
