Page 1

THEMA-UITGAVE 2015

GEOTECHNIEKDAG

JAARGANG 19 NUMMER 5 DECEMBER 2015 ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR HET GEOTECHNISCHE WERKVELD

PROEF OP DE SOM


BESIX bouwt aan //Nederland

Tweede Coentunnel

Civiele bouw

Industriële bouw

Utiliteitsbouw

Maritieme bouw

Een wereldwijd opererend bouwbedrijf met ruim 100 jaar ervaring in de civiele betonbouw, industriële bouw, utiliteitsbouw en maritieme bouw. Sinds 1992 is BESIX actief in Nederland. Meebouwend aan de toekomst, met prestigieuze projecten als de Tweede Coentunnel, Parkeergarage Kruisplein, Landtunnel A2 Leidsche Rijn, OV Terminal Utrecht CS, Maastoren, keersluis in Heumen en de sluisverlengingen in Born, Maasbracht en Heel. Trondheim 22 – 24 Barendrecht +31 (0)180 64 19 90 nederland@besix.com

WWW.BESIXNEDERLAND.COM


Voor Voor gedegen gedegen

BAUER BAUER Funderingstechniek Funderingstechniek voert voert de volgende activiteiten uit: uit: de volgende activiteiten

Mixed-In-Place Mixed-In-Place 

Mixed-In-Place soilmix  Mixed-In-Place soilmix

 Groutanker met strengen  Groutanker met strengen

soilmix soilmix oplossingen oplossingen

 Groutanker met staven  Groutanker (paal)(paal) met staven  GEWI-anker  GEWI-anker (paal)(paal)

DUURZAAM EN ECOLOGISCH ONDERGRONDS BOUWEN … ZÓNDER BOUWKUIP

 Cement-bentoniet dichtwand  Cement-bentoniet dichtwand  Groot diameter boorpalen  Groot diameter boorpalen  Diepwand  Diepwand

U wilt écht milieuverantwoord en duurzaam ondergronds bouwen? Zónder risico voor scheuren dan wel verzakkingen bij omliggende bebouwingen? Zónder chemische bodeminjectie en oxiderende damwanden? En minder grondwateronttrekking (dus minder leges, heffingen, langdurige provinciale onttrekkings- en lozingsvergunningen, etc.)?

Jet grouten  Jetgrouten

8 meter diep

 Grondverbetering  Grondverbetering

AFZINKKELDERS ® 1

2

Nadat de kelder op het gewenste Tijdens uitgraven van de Vooraanstaand Vooraanstaand enhetbetrouwbaar en betrouwbaar peil is gezakt, worden de kelderkelderbak en het afzinken ont-

De kelderbak wordt zonder vloer op het maaiveld geplaatst (eventueel zelfs strak tegen een bestaande bebouwing).

staat er geen omgevingsschade. Dus werken zónder risico’s en faalkosten.

www.bauernl.nl www.bauernl.nl

DÉ OPLOSSING IN DICHTBEBOUWDE GEBIEDEN

3

en dekvloer gestort en 100% waterdicht afgewerkt.

Postadres: Postbus 115 3760 AC Soest

Bezoekadres: Energieweg 2 3762 ET Soest

T. +31 (0)35 - 588 18 88 info@kelderbouw.nl afzinkkelder.nl

DELIVERING THE SUPPORT YOU NEED Groutankers

Palen

Damwandverankeringen

„ DYWIDAG voorspanstaven – strengen

„ GEWI® palen

„ GEWI® staal

„ GEWI® staal

„ RR palen

„ DYWIDAG voorspanstaven

„ DYWI® Drill

„ DYWI® Drill

„ DYWIDAG strengen

Local Presence – Global Competence

www.dywidag-systems.com/emea

Vestiging België Philipssite 5, bus 15 Ubicenter B-3001 Leuven

Vestiging Nederland

Tel. +32 16 60 77 60 Fax +32 16 60 77 66 piet.vandaele@dywidag-systems.com

140806_geotechniek_verdasdoonk_v2.indd 1

Veilingweg 2 NL-5301 KM Zaltbommel

NIEUW DYNA Force ® Elasto-Magnetic Sensor

Tel. +31 418 578 403 Fax +31 418 513 012 henry.verdaasdonk@dywidag-systems.com

08.08.2014 09:19:36


Hoofd- en Sub-sponsors Sub-sponsors Galvanistraat 15 3029 AD Rotterdam Tel. 0031 (0)10 - 489 69 22 www.gw.rotterdam.nl

nlaan 100

Veurse Achterweg 10 2264 SG Leidschendam 42 11 09:01 Pagina 1 Tel. 0031 (0)70 - 311 13 33 www.fugro.nl Hoofdsponsor

Vierlinghstraat 17 4251 LC Werkendam Tel. 0031 (0) 183 40 13 11 www.terracon.nl

Het vakblad Geotechniek komt tot stand m.m.v. KIVI Afdeling Geotechniek

Stieltjesweg 2,2628 CK Delft Tel. 0031 (0)88 - 335 7200 www.deltares.nl

Korenmolenlaan 2 3447 GG Woerden Tel. 0031 (0)348-43 52 54 www.volkerinfradesign.nl

Industrielaan 4 B-9900 Eeklo Tel. 0032 9 379 72 77 www.lameirest.be

Tel. 0031 (0)43 - 352 76 09 rofession turns so many ideas into so many realities .cruxbv.nl www.huesker.com

Klipperweg 14, 6222 PC Maastricht

Sub-sponsors Dywidag Systems International

at 1

9 05 10 lt.nl

50

Industrieweg 25 – B-3190 Boortmeerbeek Tel. 0032 16 60 77 60 Gemeenschappenlaan 100 Veilingweg 2 - NL-5301 KM Zaltbommel B-1200 Brussel Tel. 0031 (0)418-57 84 03 Tel. 0032 2 402 62 11 www.dywidag-systems.com

IJzerweg 4 Veurse 10 8445Achterweg PK Heerenveen 2264 SG0031 Leidschendam Tel. (0)513 - 63 13 55 Tel. 0031 (0)70 - 311 13 33 www.apvandenberg.com www.fugro.nl

www.besix.be

CRUX Engineering BV Kleidijk 35 Pedro 3-c 3161de EKMedinalaan Rhoon 1086 XK Amsterdam Tel. 0031 (0)10 - 503 02 00 Tel. 0031 (0)20-494 3070 www.cruxbv.nl www.mosgeo.com

Ballast Nedam Engeneering Ringwade 51, 3439 LM Nieuwegein Wilhelminakade Galvanistraat 15179 Postbus 1555, 3430 BN Nieuwegein 3072 3029AP ADRotterdam Rotterdam Tel. 0031 (0)30 - 285 40 00 Tel. 45 69 30 22 Tel. 0031 0031(0)10 (0)10489 - 489 www.ballast-nedam.nl www.rotterdam.nl www.gw.rotterdam.nl

Korenmolenlaan 2 Siciliëweg 61 GG Woerden 10453447 AX Amsterdam Tel. 0031 (0)348 Tel. 0031 (0)2040 77-43 10052 54 www.volkerinfradesign.nl www.voorbijfunderingstechniek.nl

URETEK Nederland Industrielaan 4 BV Zuiveringweg 93, 8243 PE Lelystad B-9900 Eeklo Tel. Tel. 00310032 (0)320 - 256 9 379 72218 77 www.uretek.nl www.lameirest.be

Vierlinghstraat 17 4251 LC Werkendam Tel. 0031 (0) 183 40 13 11 www.terracon.nl

Klipperweg 14, 6222 PC Maastricht Tel. 0031 (0)43 - 352 76 09 www.huesker.com

Royal Dutch Society of Engineers

Dywidag Systems International N71 Voorwerk_Opmaak 1 28-08-13 12:10 Pagina 2

ngineers make a world f difference 2

G EOTECH N IE K – Oktober 2013

H.J. Nederhorststraat 1 2801 SC Gouda Tel. 0031 (0) 182 59 05 10 www.baminfraconsult.nl

Veilingweg 2 - NL - 5301 KM Zaltbommel Industrieweg 25 (0)418 – B-3190 Boortmeerbeek Tel. 0031 - 57 84 03 Tel. 0032 1615 60 /77 60 Philipssite 5, bus Ubicenter VeilingwegB2 -3001 - NL-5301 KM Zaltbommel Leuven Tel. 0031 (0)418-57 84 03 Tel. 0032 16 60 77 60 www.dywidag-systems.com www.dywidag-systems.com

IJzerweg 4 8445 PK Heerenveen Tel. 0031 (0)513 - 63 13 55 www.apvandenberg.com

Ballast NedamEngeneering Engineering Ballast Nedam Ringwade 51, Ringwade 51,3439 3439LM LM Nieuwegein Nieuwegein Postbus 1555, Postbus 1555,3430 3430BN BNNieuwegein Nieuwegein Tel. Tel.0031 0031(0)30 (0)30--285 28540 40 00 00 www.ballast-nedam.nl www.ballast-nedam.nl

Hoofd- en Sub

rofession unleashes the spirit of innovation like engineering. From electric cars and er microchips to medical robots, farming equipment and safer drinking water, engineers their knowledge to connect science to societyHoofdsponsor and have a direct and positive effect on ple’s everyday lives.

Royal Dutch Society of Engineers (KIVI) is the largest engineering society of the erlands. With over 20.000 members and sections for all engineering disciplines we proSiciliëweg 61 Kleidijk 35 an exciting platformRendementsweg for in-depth15and cross-sector knowledge sharing and networking. us at

19

3641 SK Mijdrecht Tel. 0031 (0) 297 23 11 50 www.kivi.nl www.bauernl.nl

3161 EK Rhoon Tel. 0031 (0)10 - 503 02 00 www.mosgeo.com

Boussinesqweg 1, 2629 Delft 1045 AX Amsterdam Stieltjesweg 2,2628 CKHV Delft Tel.0031 0031(0)88 (0)2040 77 100 Tel. - -335 8273 Tel. 0031 (0)88 335 7200 www.voorbijfunderingstechniek.nl www.deltares.nl www.deltares.nl

Sub-sponsors 24

04-06-14 13:56

GEOT ECH NIE K – Oktober 2013

GEOTECHNIEK - December 2015

URETEK Nederland BV Zuiveringweg 93, 8243 PE Lelystad Tel. 0031 (0)320 - 256 218 www.uretek.nl


Voor u ligt de 3e uitgave van de 18e jaargang van het vakblad geotechniek. Dit is een bijzondere uitgave, want naast een reguliere versie, zoals u dat Is Eurocode 7 af? gewend bent,Ir.bevat het voor u liggende blad onderwijsspecial. G. Hannink / Ir. M. Lurvink / Ir.ook A.J.nog vaneen Seters Dus u treft dit keer twee bladen in één jasje aan!

4

1 Voorwerk_Opmaak 1 28-08-13 12:10 Pagina 3

Mede-ondersteuners

10

Cofra BV

Lankelma Geotechniek Zuid BV

Overzicht van geotechnische aspecten Deurganckdoksluis: bouw grootste Voor mij persoonlijk is dit ook een bijzondere editie, want het is de laatste sluis ter wereld keer dat ik het voorwoord schrijf; ik heb namelijk besloten terug te treden

Ir. L. Vincke / Ir. L. De Vos /Groep Ir. E. Beyts Profound ‘tditHek uitMede-ondersteuners deBV redactie. Het werk Van voor mooie vakblad heb ik gedurende een

Kwadrantweg 9 Limaweg 17 van ruim acht jaarPostbus periode met veel88plezier uitgevoerd, maar na een derContactgroep ‘microtechnieken’ van de NVAF 1042 AG Amsterdam 2743 CB Waddinxveen 1462 ZH Middenbeemster Postbus 38 gelijke langeStuwende tijdspanne iskrachten het goed om het stokje door kunnen geven Willem de20Meijerteen Cofra BV PostAcademisch Jetmix BV nv Alg. Ondernemingen Postbus 20694 Tel. 0031 (0)182 - 640 964 Tel. 0031 (0)299 31 30 5688 ZG Oirschot aan iemand die weer fris tegen de om materie aankijkt en de komende degeheel Jong: Het gaat de leden! Onderwijs Kwadrantweg 9 Amsterdam Postbus 25 1001 NR www.profound.nl TheoSoetaert-Soiltech www.vanthek.nl Tel.(PAO) 0031 (0)499 - 57 85 20 jaren de kwaliteit van het vakblad verder kan waarborgen. Tevens wil ik Postbus 5048 Esperantolaan 10-a 1042 AG Amsterdam 4250 DA Werkendam J. van der Burg Tel. 0031 (0)20 - 693 4596 www.lankelma-zuid.nl 2600 GA Delft Oostende Postbus 20694 Tel. 0031 (0)183 -meer 50 56 66 tijd kunnen B-8400 besteden aan het nog jonge bedrijf waar ik sinds een Tel. 0031 (0)15 - 278 46 18 Tel. +32 (0) 59 55 00 00 1001 NRwww.cofra.nl Amsterdam Fax 0031 (0)183 - 50 05 25 Geologisch onderzoek naar aardbevingen Associate Members jaar werkzaam benFax (www.geobest.nl). Daarnaast zal ik wel deel en uit blijven Mede-ondersteuners Mede-ondersteuners Fax 0031 (0)15 - 278 46 19 +32 (0) 59 55 00 10 Tel. 0031 (0)20 - 693 45 96 www.jetmix.nl de relatie met activiteit in de ondergrond maken van de redactieraad. www.pao.tudelft.nl www.soetaert.be Fax 0031 (0)20 - 694 14 57 Geobest BV PostAcademisch SBRCURnet • Geomil Equipment BV, Moordrecht Royal HaskoningDHV www.cofra.nl Dr. A.R. Niemeijer Postbus 427 Onderwijs (PAO) Postbus 516 • JLD Contracting BV, Edam Profound BV Postbus 151 SBRCURnet We Delft zijn zeer gelukkig om te kunnen meedelen dat we een zeer goede Academisch JetmixJetmix BV BV LimawegPostbus nv Alg. PostAcademisch nvOndernemingen Alg. Ondernemingen 3640 AK Mijdrecht 2600 AM 5048 Ingenieursbureau 17 Postbus 1819 6500 AD Nijmegen • Tjaden BV, Heerjansdam Interactie constructeur en geotechnicus Postbus 25 rwijs (PAO)(PAO) Soetaert-Soiltech Onderwijs Soetaert-Soiltech Postbus 25 vervanger hebben gevonden in de persoon van Otto Heeres. Otto is geen Amsterdam 2743 CB Waddinxveen 3000 BV Rotterdam Tel. 0031 (0)24 328 42 84 Tel. 0031 (0)85 - 489 0140 Tel. 0031 (0)15 - 303 0500 2600 GA Delft • Leiderdorp Instruments BV, Leiderdorp Ir. A. Kooistra us 5048 Esperantolaan 10-a 4250 DA Werkendam Postbus 5048 Weesperstraat 430 10-a 4250 DA Werkendam Tel. 0031 (0)182 - 640 964Esperantolaan Fax 0031 (0)10 - 206 5959 (0)24 - 323 93 46 onbekende van hetTel. vakblad (understatement!) en we zijn dan ook erg blij www.geobest.nl Tel. 0031B-8400 (0)15 - 278 46 18 0031 www.sbrcurnet.nl GA Delft Oostende Tel. 0031 - 50 56 2600 GA Delft Postbus 12693 Oostende Tel.(0)183 0031 (0)183 -66 500031 56 66(0)182 - 649 • Votquenne Fax 664B-8400 Fax 0031 (0)10 - 413 0175 Foundations NV, Dadizele (B) www.royalhaskoningdhv.com dat hij zittingZwelbelasting wil nemen in de op redactie en het voorzitterschap van de rewww.pao.tudelft.nl 031 278 1100 46 18AR Tel. +32 (0)+32 59 (0) 55 00 Fax 0031 - 50 05 funderingen Tel.(0)15 0031 -(0)15 - 278 46 Amsterdam 18 Tel. 59 00 55 00 00 Fax(0)183 0031 (0)183 -25 50 05 25 www.profound.nl www.sbr.nl 031 278 Tel. 46 19 Fax +32 (0)+32 59 (0) 55 00 www.jetmix.nl www.curbouweninfra.nl Fax (0)15 0031 -(0)15 - 278 46 19 Fax 59 10 55 00 10 dactieraad voor zijn rekening neemt. WeC202 hebben het volste vertrouwen dat 0031 (0)20 - 251 1303www.jetmix.nl CUR/COB-commissie pao.tudelft.nl www.soetaert.be www.pao.tudelft.nl www.soetaert.be Fax 0031 (0)20 - 251 1199 hiermee de redactie de komende jaren garant kan staan voor de kwaliteit Ing. E. Kwast / Ir. M. Peters RoyalRoyal HaskoningDHV HaskoningDHV www.iba.amsterdam.nl van het blad. und BV BV Postbus 151 151 SBRCURnet Profound Postbus SBRCURnet

16 18

21

22

weg 17 Limaweg 17 CB Waddinxveen 2743 CB Waddinxveen 031 - 640 964 Tel.(0)182 0031 (0)182 - 640 964 031 - 649 664 Fax (0)182 0031 (0)182 - 649 664 profound.nl www.profound.nl

Postbus 1819 1819 Postbus 3000 BV Rotterdam 3000 BV Rotterdam Tel. 0031 206 5959 Tel.(0)10 0031-(0)10 - 206 5959 Fax 0031 413 0175 Fax (0)10 0031-(0)10 - 413 0175 www.sbr.nl www.sbr.nl www.curbouweninfra.nl www.curbouweninfra.nl

6500 AD Nijmegen 6500 AD Nijmegen Tel. 0031 328 42 84 42 84 Tel.(0)24 0031-(0)24 - 328 Fax 0031 323 93 46 93 46 Fax (0)24 0031-(0)24 - 323 www.royalhaskoningdhv.com www.royalhaskoningdhv.com

28

Diepwandproef Delft

GEOTECHNIEK GEOTECHNIEK JAARGANG JAARGANG 19 – NUMMER 5 17 – NUMMER 4 OKTOBER 2013 GEOTECHNIEKDAG SPECIAL 2015

Geotechniek is een uitgave van Uitgeverij Educom BV

Geotechniek is een informatief/promotioneel Geotechniek is een informatief/promotioneel onafhankelijk onafhankelijk vaktijdschrift dat beoogt vaktijdschrift dat beoogtkennis en ervaring uit te wisselen, kennis en ervaring uit te wisselen, inzicht te belangstelling bevorderen en belangstelling voor het inzicht te bevorderen en voor het gehele gehele geotechnische vakgebied te kweken. Geotechniek is

Mathenesserlaan 347 3023 GB Rotterdam Tel. 0031 (0)10 - 425 6544 Fax 0031 (0)10 - 425 7225 info@uitgeverijeducom.nl www.uitgeverijeducom.nl

Colofon Colofon

EK CHNIEK geotechnische vakgebied te kweken. 17 – 17 NUMMER 4 ANG – NUMMER 4

13 R 2013

Geotechniek is een uitgave van van een uitgave Uitgeverij Educom BV BV Uitgeverij Educom

Geotechniek is een uitgave van:

Uitgever/bladmanager

Redactieraad

Deen, dr. J.K. van Mathenesserlaan 347 347 Mathenesserlaan

Meireman, ir. P.

Uitgeverij Educom BV, Mathenesserlaan 347, 3023 GB Rotterdam, sniek eenisinformatief/promotioneel een informatief/promotioneel Uitgeverij Educom BV Alboom, ir. G. van Diederiks, R.P.H. Rooduijn, ing. M.P. 3023 GB Rotterdam 3023 GB Rotterdam T: 0031 (0)10 - 425 6544,Beek, E: info@uitgeverijeducom.nl, vaktijdschrift dat beoogt kelijk vaktijdschrift dat beoogt R.P.H. Diederiks mw. ir. V. van H.C. van6544 Tel.Graaf, 0031 (0)10 -(0)10 425 Tel.ing. 0031 -de 425 6544 Schippers, ing. R.J. uit te uit wisselen, inzichtinzicht Bouwmeester, Ir. D. Drs.-(0)10 J. nring ervaring te I:wisselen, www.uitgeverijeducom.nl FaxGunnink, 0031 425 7225 Fax (0)10 0031 - 425 7225 Schouten, ir. C.P. Redactie Brassinga, ing. H.E. Haasnoot, ir. J.K. Smienk, ing. E. en belangstelling voor het deren en belangstelling voor het info@uitgeverijeducom.nl info@uitgeverijeducom.nl Beek, mw. ir.te V.kweken. van Brinkgreve, dr. ir. R.B.J. Hergarden, mw. Ir. I. Spierenburg, dr. ir. S. hnische vakgebied te kweken. www.uitgeverijeducom.nl eo technische vakgebied www.uitgeverijeducom.nl Uitgever/bladmanager Brok, ing. C.A.J.M. BV Brouwer, ir. J.W.R.

aad r.n G. van van . ir. V. van . D. Ir. D. ster, .E. ing. H.E. . R.B.J. e, dr. ir. R.B.J. M. C.A.J.M. R.J.W.R. r. P. van B.M. P.M.C.B.M. n.H. van

Brassinga, ing. H.E. Brouwer, ir. J.W.R. Uitgeverij Educom Diederiks, R.P.H. R.P.H. Diederiks Hergarden, mw. Ir. I.van Deen, dr. J.K. van Deen, dr. J.K. Meireman, ir. P. R.P.H. Diederiks, R.P.H. Diederiks,

Lezersservice Jonker, ing. A. Storteboom, O. Adresmutaties Kleinjan, Ir. A.doorgeven viaThooft, dr. ir. K. Langhorst, ing. O. Vos, mw. ir. M. de info@uitgeverijeducom.nl

Calster, ir. P. van Cools, ir. P.M.C.B.M. Meireman, ir. P. ir. P. Meireman, Dalen, ir. J.H. Rooduijn, ing.van M.P. Rooduijn, ing. M.P.

Mathijssen, ir. F.A.J.M. Velde, ing. E. van der Lezersservice Lezersservice Meinhardt, ir. G. Adresmutaties doorgeven via Adresmutaties doorgeven via info@uitgeverijeducom.nl info@uitgeverijeducom.nl

Graaf, Graaf, ing. H.C. devan de Schippers, ing. R.J. ing.van H.C. Schippers, ing. R.J. Gunnink, Drs. J. Drs. J. Schouten, ir. C.P.ir. C.P. Gunnink, Schouten, Distributie van Geotechniek ining. België wordt mede © Copyrights Haasnoot, ir. J.K. Smienk, E. ing. E. © Copyrights Haasnoot, ir. J.K. Smienk, Uitgeverij EducomEducom BV Uitgeverij BV Hergarden, mw. Ir.mw. I. Ir. door: Spierenburg, dr. ir. S. mogelijk gemaakt Hergarden, I. Spierenburg, dr. ir. S. Distributie van Geotechniek Oktober in België wordt mede mogelijk gemaakt door: 2013 Oktober 2013 Jonker,Jonker, ing. A.ing. A. Storteboom, O. Storteboom, O. Niets uitNiets deze uit uitgave dezemag uitgave mag Kleinjan, Ir. A. Ir. A. Thooft, dr. ir. K. Kleinjan, Thooft, dr. ir. K. worden gereproduceerd met worden gereproduceerd met Langhorst, ing. O.ing. O. Vos, mw. ir.mw. M. de Langhorst, Vos, ir. M. de ABEF vzw SMARTGEOTHERM welke methode dan ook,dan zonder welke methode ook, zonder Mathijssen, ir. F.A.J.M. Velde, ing. E. van der Mathijssen, ir. F.A.J.M. Velde, ing. E. van der schriftelijke Belgische toestemming van deVereniging Info : WTCB, ir. Luc François schriftelijke toestemming van de Meinhardt, ir. G. ir. G.Lombardstraat 42, 1000 Brussel uitgever.uitgever. © ISSN 1386 - 2758 Meinhardt, Funderingswerken ©Aannemers ISSN 1386 - 2758 Priester Cuypersstraat 3 1040 Brussel Secretariaat: erwin.dupont@telenet.be

Tel. +32 11 22 50 65 info@bbri.be www.smartgeotherm.be

Geotechniek in België wordt wordt mede mogelijk gemaakt door: door: e van Geotechniek in België mede mogelijk gemaakt

M

is François russel 000 Brussel 5

m.be

3

Colofon

Dr. J.H. van Dalen Voor dit reguliere nummer denk ik dat we er weer in geslaagd zijn een leuColofon ke en gevarieerde mix te maken van theoretische en praktische bijdragen, zoals dat altijd het streven van de redactie is. We slagen daar niet altijd in,

ABEF ABEF vzw vzw 3 Belgische Vereniging Belgische Vereniging Belgische Vereniging Aannemers Funderingswerken Aannemers Funderingswerken Aannemers Funderingswerken Priester Cuypersstraat Lombardstraat 34-42 3 Priester Cuypersstraat 3 1040 Brussel 1000 Brussel 1040 Brussel Secretariaat: Secretariaat: www.abef.be erwin.dupont@telenet.be erwin.dupont@telenet.be

GEOTECH N IEK – Oktober 2013 2013 G EOTECHNIEK – Oktober 3

BGGG BGGG GEOTECH NI E K – Oktober 2013

GEOTECHNIEK - December 2015

32

36

In

Als laats N constate o De econo Ir twijfeld d herstel S z te overws websiteIn zijn tijd m

44 50

D 56 Mocht uIn

of ander taar altijG O redactier

60

Ir

Ik wens u

Namens Roel Bro

Nee

On

Lezersservice Adresmutaties doorgeven via info@uitgeverijeducom.nl © Copyrights Uitgeverij Educom BV Oktober 2013 Niets uit deze uitgave mag worden gereproduceerd met welke methode dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. © ISSN 1386 - 2758

BGGG Belgische Groepering voor Grondmechanica en Geotechniek c/o BBRI, Lozenberg 7 1932 Sint-Stevens-Woluwe bggg@skynet.be

Belgische Groepering Belgische Groepering voor Grondmechanica voor Grondmechanica en Geotechniek en Geotechniek c/o BBRI, 7 © Copyrights Uitgeverij 3Educom BV, December 2015. Niets uit deze uitgave mag c/oLozenberg BBRI, Lozenberg 7geotechniek _Juli_2014_binnen_v3.indd 1932 Sint-Stevens-Woluwe 1932 Sint-Stevens-Woluwe worden gereproduceerd met welke methode dan ook, zonder schriftelijke toestemming van bggg@skynet.be bggg@skynet.be de uitgever. © ISSN 1386 - 2758

5

doordat o Het is daA diverse (g o Bij dezeS tiële aute Ir uw input D kan dit va zoals u in d

M

In


Inhoud

8

10

Paaldraagvermogen: De weg vooruit

Proefcampagne voor de Oosterweelverbinding in Antwerpen

ir. A. van Seters

ir. G. Van Lysebetten / ir. J. Couck / ir. K. Van Royen ir. B. Janssens / ir. drs. R. de Nijs

30

36

De 2015 update van de Nederlandse SBRCURnet Ontwerprichtlijn Paalmatrassystemen

Hei- en trilbaarheid palen en damwanden SBRCURnet Commissie 1694

dr. ir. S.J.M. van Eekelen

R. Brouwer / M. Rooduijn

52

57

Offshore Pile Testing Campaign Wikinger Pile driving analysis, static and dynamic load tests in 40m water depth Dipl.-ing. J. Fischer / ir. R.F. van Dorp

Innovatie “Flexible Dolphins� - Aangescherpt paalontwerp op basis van grootschalige proeven ir. D.J. Jaspers Focks / ir. J.M. van der Meer ir. A. Roubos

6

GEOTECHNIEK - December 2015


Inhoud

20

26

Ontwerp van soilmix-wanden voor kerende constructies

ISGSR2015: Opvallende resultaten M. van Staveren

dr. ir. N. Denies / prof. ir. N. Huybrechts / ir. F. De Cock ing. B. Lameire / em. Prof. ir. J. Maertens prof. dr. ir. A. Vervoort / ir. J.C.J. de Leeuw / ir. F.J.M. Hoefsloot

42

48

Ontwerpen op basis van de resultaten van laterale proefbelastingen

Veilig en verantwoord bouwen? Op tijd en binnen budget met GeoRiskPortal Online

ir. J. Verstraelen / ir. W. Maekelberg

ir. R. Pot

66 De praktische toepassing van veldproefresultaten uit het Dijken op Veen onderzoek Dr. ir. C. Zwanenburg

7

GEOTECHNIEK - December 2015


Paaldraagvermogen: De weg vooruit

Inleiding Het paaldraagvermogen wordt in Nederland bepaald volgens de norm NEN 9997-1, waarbij paalklassefactoren voor verschillende paaltypen zijn opgenomen in Tabel 7c van deze norm. In CUR-rapport 229 [CUR, 2010] is aangetoond, dat de paalklassefactoren voor de paalpunt αp te hoog zijn. Bij het opstellen van de norm is echter besloten om de huidige paalfactoren te handhaven tot 1 januari 2016, vanwege: • Er zijn alleen geheide palen onderzocht. De proevenverzameling voor andere typen palen was te klein. Wanneer alleen verlaging van de paalklassefactoren voor geheide palen zou gelden, dan zou er een onwenselijke marktverstoring optreden • Er zijn veel “nieuwe” paalsystemen, die maar beperkt zijn proefbelast. • Schadegevallen, d.w.z. bezwijken van paalfunderingen zijn niet bekend. Bij het uitbrengen van de norm in 2011 heeft de Normcommissie het volgende besluit genomen “Binnen een periode van 5 jaar (2011 t/m 2015) zouden nieuwe α-waarden moeten zijn bepaald uit proefbelastingen, die leveranciers voor hun eigen paaltype(n) laten uitvoeren en waarvan een voor ieder toegankelijke en goedgekeurde beschrijving van het paalsysteem en van het installatieproces bij NEN werd gedeponeerd. Bij het achterwege blijven van deze onderbouwing zouden de paalklassefactoren α voor het betreffende paalsysteem in 2016 worden gereduceerd met 33 %.

kunnen dan blijkt uit de proefbelasting van een enkele paal [Stoevelaar et al., 2012]. In de praktijk wordt een paal proefbelast binnen enkele weken na installatie. De belasting wordt echter tijdens het bouwproces aangebracht en is pas maximaal bij gereedkomen van het bouwwerk, ca. 1 jaar later. Voor geheide palen neemt door ageing de schachtwrijving in de tijd toe, hetgeen niet is verwerkt in het proefbelastingsresultaat. Bij het heien van palen in een paalgroep met een beperkte hart-op-hart afstand wordt de ondergrond opgespannen, waardoor de wrijving eveneens toeneemt. Het ageing effect is onderzocht in 2 centrifugeproeven: de resultaten gaven trends te zien, maar waren nog niet eensluidend [De Lange et al., 2015]. Besluit van de Normcommissie Er zijn in de periode t/m 2015 geen proefbelastingsresultaten aangeleverd en ook geen (voldoende) onderzoek uitgevoerd. Daarom heeft de Normcommissie eind 2014 besloten om aan het besluit van 2011 vast te houden en de paalklassefactoren voor het puntdraagvermogen αp te verlagen met 30 %. De waarden voor de

ir. Adriaan van Seters Voorzitter NEN-commissie Geotechniek, Fugro GeoServices

schachtwrijving voor druk- en trekbelasting αs en αt bleven ongewijzigd, aangezien in het CURrapport was aangetoond, dat deze waarden wél voldeden. Verder is besloten om het uitvoeren van proefbelastingen op palen aantrekkelijker te maken voor alle marktpartijen. In de nieuwe norm NEN 9997-1 is daarom onderscheid gemaakt tussen paalbelastingsproeven, die alleen voor een specifiek project geldig zijn en proeven, waarvan de resultaten (de uit de proef verkregen paalklassefactoren) algemeen geldig zijn. In het laatste geval dienen de proefpalen volledig te zijn geïnstrumenteerd en dienen de proeven minimaal op 2 locaties te zijn uitgevoerd. Het betreft hier statische proefbelastingen volgens Klasse A (zie onderstaande NPR-proefbelastingen). De publicatie van NEN 9997-1 was gepland voor 1 januari 2016. Deze planning blijkt echter niet haalbaar. De ontwerpversie van de aangepaste norm NEN 9997-1 wordt binnenkort ter commentaar gepubliceerd. Gepland is deze norm in de eerste helft van 2016 gereed te hebben, waarbij de gereduceerde paalklassefactoren Foto 1 - Statische proefbelasting

In 2011 is ook een CUR-commissie van start gegaan om te onderzoeken, welke verborgen veiligheden in het paalontwerp aanwezig zijn. Immers, schadegevallen zijn niet bekend. Tevens werd in de commissie gestreefd naar een plan voor het uitvoeren van proefbelastingen. Het onderzoek van de CUR-commissie is beperkt gebleven tot een literatuuronderzoek en een centrifugeproef. Geld voor grootschalige proefbelastingen ontbrak. Uit het literatuuronderzoek naar verborgen veiligheden zou met name door ageing effecten en paalgroepeffecten de schachtwrijving hoger

8

GEOTECHNIEK - December 2015


Samenvatting

Eind 2014 heeft de Normcommissie Geotechniek besloten om in de nieuwe versie van NEN9997-1 de paalklassefactoren voor het puntdraagvermogen ap ter verlagen met 30 %. De invoering van de aangepaste norm NEN9997-1 is uitgesteld tot 1 januari 2017. Bovendien is besloten om het uitvoeren van proefbelastingen op palen

αp per 1 januari 2017 zullen gelden. In overleg met de betrokken ministeries wordt er naar gestreefd om de nieuwe gewijzigde norm per 1 januari 2017 aan te sturen via het Bouwbesluit. De aangepaste paalklassefactoren gelden dan vanaf 1 januari 2017. Proefbelastingen In Nederland worden weinig proefbelastingen uitgevoerd, waardoor de bestaande α-factoren vaak berusten op paalbelastingsproeven uit een ver verleden (jaren 1950, 1960 en 1970). De normcommissie zou graag zien, dat de α-factoren worden onderbouwd door recente proeven. Mogelijk kunnen de factoren die vanaf 1 januari 2017 gaan gelden voor verschillende paaltypen op basis van proeven naar boven worden bijgesteld. Daarnaast kunnen proefbelastingen voor een bepaald project resulteren in een hogere draagkracht, dan volgens de norm. De Normcommissie wil het in een dergelijk geval eenvoudiger maken om proefbelastingen uit te voeren. Omstreeks 2005 zijn normen voor het proefbelasten van palen bij druk- en trekbelastingen NEN 6745 verschenen. De normcommissie wil deze normen updaten in een Nationale Praktijk Richtlijn NPR. Inhoud NPR “Proefbelastingen” In de NPR worden de statische proefbelasting en de Rapid Load Test (o.a. Statnamic) onderscheiden. Statische proefbelasting Bij de statische proefbelasting (foto 1) worden 4 klassen genoemd: A. Paal wordt volledig geïnstrumenteerd met rekopnemers op verschillende niveaus om de bijdragen van schachtwrijving en puntweerstand te kunnen meten. Op grond van deze proeven kunnen waarden voor paalklassefactoren voor het puntdraagvermogen αp en voor de schachtwrijving αs (drukbelasting) en αt (trekbelasting) worden afgeleid. De paal wordt tot bezwijken belast. B. De paal wordt niet geïnstrumenteerd. Alleen de belasting op de paalkop en de verplaatsing van de paalkop worden gemeten. De paal wordt tot bezwijken belast. Uit de proef

aantrekkelijker te maken voor de markt. Hiervoor wordt een Nationale Praktijk Richtlijn NPR opgesteld, waarin naast statische proefbelastingen ook de Rapid Load Test wordt beschreven. De nieuwe ontwikkelingen op het terrein van bepaling van het paaldraagvermogen en proefbelastingen worden in dit artikel besproken.

volgt het bezwijkdraagvermogen, waarbij het onderscheid tussen puntdraagvermogen en schachtwrijving niet wordt gemaakt. Daarom is het resultaat alleen geldig voor de projectlocatie. C. Alleen meting van de belasting op de paalkop en het paalkopverplaatsing. De belasting is echter lager dan de bezwijkbelasting. Momenteel wordt de grootte van de proefbelasting nog geëvalueerd. D. Controleproef op een paal in het werk aangebracht. Alleen meting van de belasting op de paalkop en van de paalkopverplaatsing. Hierbij is de paalbelasting gelijk aan de rekenwaarde van de belasting. Doel van de proef is om bij twijfel aan te tonen, of de paal al dan niet voldoet. Rapid Load Test (RLT) De laatste jaren is veel ervaring opgedaan met het gebruik van de Rapid Load Test (o.a. Statnamic, foto 2). In 2010 is door een CUR-commissie een voorstel voor een uitvoeringsnorm voor de Rapid Load Test verschenen, die momenteel op Europees niveau in behandeling is. Daarnaast is door de commissie een veiligheidsbeschouwing opgesteld [Hölscher et al, 2012]. De normcommissie is van plan om de Rapid Load Test vast te leggen als alternatief voor een Klasse D-proef en mogelijk ook als vervanging voor een statische proef Klasse B. Uit het CURrapport blijkt een grotere onzekerheid voor palen, die geheel in klei staan, dan voor palen in zand (eventueel met een holocene kleilaag). Mogelijk wordt de interpretatie alleen voor zandlagen vastgelegd in de NPR. De NPR zal in 2016 als een “groene” versie verschijnen ter commentaar. Het is de bedoeling, dat de NPR eind 2016 wordt gepubliceerd. Bestaande Paalfunderingen NEN 8707 Op 23 september jl. heeft er een geslaagde workshop over NEN 8707 plaatsgevonden, waarbij door de marktpartijen commentaar is gegeven op deze norm voor bestaande geotechnische constructies. In het hoofdstuk over funderingspalen komen inspecties, metingen/observatiemethoden, houtonderzoek en berekening van het draagvermogen uitgebreid aan de orde. De “groene versie” verschijnt waarschijnlijk in 2016.

9

GEOTECHNIEK - December 2015

Foto 2 - RLT/Statnamic

Europese Regelgeving In Europa worden voorbereidingen getroffen voor een nieuwe versie van Eurocode 7, die rond 2020 gaat verschijnen. Het hoofdstuk over paalfunderingen zal flink worden uitgebreid, waarbij ook rekenmodellen in een Annex zullen worden vastgelegd. Nederland is vertegenwoordigd in een Task Group (soort review team voor de nieuwe Eurocode tekst). Volgend jaar wordt waarschijnlijk het projectteam samengesteld, dat het hoofdstuk over paalfunderingen gaat schrijven. Tenslotte Komend jaar 2016 staat er qua normering veel op stapel. Graag ontvangt de normcommissie uw commentaar op de “groene versies” van NEN 9997-1 (Eurocode 7 en Nationale Bijlage), NEN 8707 (Bestaande geotechnische constructies) en de NPR-Proefbelasten van paalfunderingen. CUR Bouw & Infra / Delft Cluster, CUR-rapport 229: Axiaal draagvermogen van palen, Stichting CURNET, Gouda, 2010. Hölscher, P., H. Brassinga, M. brown, P. Middendorp, M. Profittlich en A.F. van Tol, “Rapid Load Testing on Piles - Interpretation Guidelines”, CUR publication 230, Taylor & Francis Group, London, UK, 2012 Lange, D.A. de, R. Stoevelaar en A.F. van Tol, “Onderzoek naar de “set-up”bij palen in zand in de geo-centrifuge”, Geotechniek, Januari 2015. Stoevelaar, R., A. Bezuijen, W. Nohl, H. Jansen, F. Hoefsloot en G. Hannink: Werkdocument Verborgen veiligheden, 2012.


Proefcampagne voor de Oosterweelverbinding in Antwerpen

ir. Jan Couck Vlaamse overheid, MOW, Geotechniek Geotechnisch ingenieur

ir. Kristof Van Royen Denys NV Geotechnisch ingenieur

ir. Benoit Janssens Beheersmaatschappij Antwerpen Mobiel (BAM NV) Stabiliteitsingenieur Oosterweel

ir. Gust Van Lysebetten WTCB, Afdeling Geotechniek Onderzoeker

ir. drs. Richard de Nijs THV ROTS (Witteveen+Bos) Geotechnisch ingenieur

Figuur 2 - Grondlagenopbouw aan de proefput en grondwaterstand in rust.

Figuur 1 - Situatieplan met de locatie van de proefkuip in Antwerpen. Inleiding Het project Oosterweelverbinding behelst het sluiten van de ringweg rond Antwerpen langs de westzijde van de stad. Dit omvangrijke en complexe infrastructuurwerk bevat een groot aantal kunstwerken met kruisingen en aansluitingen van bestaande wegen, waterwegen en havendokken. De realisatie van deze nieuwe verbinding zal de verkeersknoop op de bestaande ringweg moeten oplossen. De Oosterweelverbinding is politiek als maatschappelijk een beladen dossier. Meerdere tracĂŠs en oplossingen werden al bestudeerd alvorens tot een consensus te komen. De kruising van de Schelde gebeurt met een zinktunnel waarna aansluitend met een dubbeldeks gestapelde tunnel onder de havendokken en het Albertkanaal wordt gegaan. De dubbeldekstunnel vereist zeer diepe ontgravingen

10

GEOTECHNIEK - December 2015


Samenvatting

Het sluitstuk van de Oosterweelverbinding in Antwerpen wordt op de rechteroever van de Schelde wellicht een diepe dubbeldekstunnel. In een unieke proefcampagne op ware grootte is o.a. onderzocht hoe het glauconiethoudend zand en de Boomse klei reageren bij de installatie van lange damwanden en tijdens een diepe uitgraving. De vervorming en rek van de damwanden, de variatie van de waterspanningen en de zwel van de Boomse klei werden uitgebreid gemonitord. Dankzij de intense samenwerking van de Beheersmaatschappij Antwerpen Mobiel (BAM), het studiebureau ROTS, het WTCB, het departement MOW van de Vlaamse overheid en de aannemer Denys kan bepaald worden hoe de bouw van de Oosterweeltunnel het beste wordt aangepakt.

tot in de stijve overgeconsolideerde Boomse klei. Dit ontwerp van studiebureau ROTS wierp meteen enkele belangrijke prangende ontwerp- en uitvoeringsvragen en grote uitdagingen op [3]. De opdrachtgever Beheersmaatschappij Antwerpen Mobiel (BAM) en studiebureau ROTS beslisten om een aantal van deze aspecten te onderzoeken in een unieke proefcampagne op ware grootte. In [2] wordt de eerder uitgevoerde tril- en heiproef besproken. In het onderhavige artikel zal worden ingegaan op de onderzoeken en resultaten van de proefbouwkuip (locatie, zie figuur 1). Doelstellingen Voorafgaand aan het project werden een groot aantal doelstellingen vooropgesteld. In studie en uitvoeringsfase werkten klant BAM, studiebureau ROTS, MOW, WTCB en hoofdaannemer Denys NV intensief samen om de onderzoeksdoelen te optimaliseren en waar mogelijk uit te breiden. De proefbouwkuip bood ook de mogelijkheid om een aantal nieuwe monitoringstechnieken uit te proberen en te vergelijken met beter gekende technieken. Onderstaande oplijsting geeft een overzicht van de voornaamste doelen: a) Installeerbaarheid AZ36-700N in glauconiethoudend zand en Boomse klei [2] [4]; b)  Bemaling, gestempelde uitgraving tot op Boomse klei-aquitard;

c) Monitoren gedrag van de Boomse klei; d) 2D en 3D back calculations snedekrachten en vervormingen; e)  Installeerbaarheid diepwanden in een niet verdichte aanvulling en net naast damplanken; f) Inspectie dam- en diepwanden tijdens droge ontgraving;

legen voornamelijk Tertiaire glauconiethoudende zanden worden gevoed door de Schelde. Tot op een afstand van ongeveer 300m landinwaarts is een duidelijke invloed van het getij merkbaar in de diepe peilbuizen. De Boomse klei aquitard ligt op 24m onder maaiveld. De top van deze 65m dikke kleilaag vormde het beoogde uitgravingspeil van de proefput.

Grondlagenopbouw De proefsite bevindt zich aan de noordwestzijde van de stad ter hoogte van het oude Noordkasteel. De grondlagenopbouw op deze proefsite is typisch voor de Antwerpse regio (figuur 2). Daarenboven ligt de site pal op het traject van de toekomstige Oosterweelverbinding.

Geometrie proefbouwkuip De proefput was een achthoekige, vijfvoudig gestempelde damwandkuip met een oppervlakte van 402m², een maximale uitgravingsdiepte van 24m en planklengtes AZ36-700N van 29,65m (figuur 3 en 4). In het midden van de lange zijde zou de damwand zo goed mogelijk aan een 2-D ontwerpsituatie moeten voldoen. De damplanken kenden een steek van ongeveer 7m in de Boomse klei. De binnenzijde van de kuip was bijgevolg volledig hydraulisch afgesloten.

De bovenlagen bestaan uit aangevuld, geremaniëerd en opgespoten materiaal van zeer heterogene oorsprong. De freatische watertafel bevindt zich op 2 à 3m onder maaiveld. De Quartaire polderklei met uitgesproken veenhorizont vormt een hydraulische scheiding. De onderge-

Figuur 3 - Grondplan van de proefput met aanduiding van de damwanden, stempelkaders, diepwandpanelen en monitoring

11

GEOTECHNIEK - December 2015

Hoofdaannemer Denys opteerde voor het gebruik van stalen liggers voor de opbouw van de Figuur 4 - Zicht op de proefput met de loopbrug en de vijf stempellagen


Figuur 5 - Fasering van de proefcampagne.

stempels. De vijf stempelkaders werden onderling verbonden met verticale en diagonale kokervormige stijlen omwille van knikstabiliteit. Om de Boomse klei onderaan de bouwkuip zo min mogelijk te verstoren werd het gebruik van een king pile vermeden. Alles samen waren de stempelkaders goed voor 311 ton staal. Fasering proefbouwkuip In het bestek werden een gedetailleerde fasering der werken en een groot aantal strenge eisen met betrekking tot bescherming van meetapparatuur gedefinieerd. In grote lijnen werd het volgende stappenplan gehanteerd (Figuur 5). Na een voorafgraving werden tussen januari en maart 2014 de damwanden en meettoestellen geĂŻnstalleerd. Het gros van de monitoringsappa-

ratuur werd nĂĄ de tril- en heiwerkzaamheden in de grond gebracht. Na een stabilisatieperiode noodzakelijk voor de waterspanningsmetingen in de klei is in mei 2014 een stapsgewijze pompproef tot 15 m afmaalhoogte uitgevoerd binnen de kuip in de gespannen waterlaag. Deze pompproef maakte het mogelijk om de werking van alle meettoestellen te controleren en zorgde er in een later stadium voor dat het effect van bemaling en ontgraving op de waterspanningen in de Boomse klei kon worden onderscheiden. Aansluitend op de pompproef werd de kuip droog uitgegraven tot 7m diepte en onder water weer aangevuld. Na herstel van de diepe watertafel in de bouwkuip kon in juli 2014 aangevan-

Figuur 6 - Optische vezels op de damwanden, links de ingelijmde BOTDA-vezels, rechts de ingegroute FBG-vezels.

12

GEOTECHNIEK - December 2015

gen worden met het graven van twee maal twee diepwandpanelen doorheen een niet-verdichte en beperkt verdichte aanvulling. Deze uitvoeringssituatie werd specifiek getest omdat deze zich over grote afstand zal voordoen bij de Oosterweelverbinding. De stapsgewijze droge, gestempelde uitgraving met inspectie en mootsgewijze afbraak van de diepwandpanelen is gestart in juli 2014. Gedurende de proefcampagne werden de meetresultaten gebruikt om de uitvoering van de werken bij te sturen waar nodig (observational method). Op 23 april 2015 werd de top van de Boomse klei als finaal uitgravingspeil bereikt. Na een stand still meetperiode van 4 maanden voor het opmeten van de zwel en waterspanningen in de Figuur 7 - Zicht op het intrillen en inheien van de damwanden.


PROEFCAMPAGNE VOOR DE OOSTERWEELVERBINDING IN ANTWERPEN

Figuur 8 - Zicht op de diverse meettoestellen van de proefkuip.

Tabel 1 - Overzicht meettoestellen. Doel meting

Meettoestellen

vervorming maaiveld buiten de put

47 fenopalen 6 horizontale inclinometers

rek / moment in damwanden

4 optische FBG-vezels 1 optische BOTDA-vezel

horizontale uitwijking damwanden

9 verticale inclinometers 8 meetnagels

zwel Boomse klei

2 extensometers met optische vezels 2 extensometers met mechanische stangen

waterdruk in klei en zanden

13 piëzocellen 8 batsensoren 10 peilbuizen

kracht in stempels

40 optische vezels, 7 rekstrookjes en 10 thermokoppels

Boomse klei werd de proefbouwkuip in september 2015 heraangevuld. Installatie van de damplanken Voorafgaand aan de trilwerkzaamheden werden een groot aantal damplanken uitgerust met opgelaste reservatiekokers en ingebedde optische vezels voor rek- en vervormingsmetingen (figuur 6). De kokers kregen onderaan een heischoentje. Het vooraf inslijpen en verlijmen van optische

vezels op in te trillen/heien damplanken was een experimentele uitvoeringswijze. Vanzelfsprekend diende de aannemer de nodige voorzichtigheid aan de dag te leggen bij het intrillen/ heien van deze damplanken. De stalen kokertjes werden achteraf zowel gebruikt voor inclinometermetingen als voor het ingrouten van optische vezels. Nagenoeg alle damplanken bereikten de beoogde einddiepte. Er werd gebruik gemaakt van een hoogfrequent trilblok PVE 2350VM. Om vermoeiingsbreuk

13

GEOTECHNIEK - December 2015

t.h.v. de klemmen te vermijden waren opgelaste stalen strips noodzakelijk. Het intrillen bleek efficiënt tot 1 à 2 m in de Boomse klei. Vanaf dit peil werden de damplanken nog 5 à 6 m nageheid met een dieselblok DELMAG D62-22. Het heiwerk in de Boomse klei was zeer zwaar. Bij 12 van de 52 damplanken werd zware kopschade vastgesteld waardoor de kop van de damplank diende te worden afgebrand om het heiwerk te kunnen voltooien (figuur 7). De meeste verlijmde optische vezels overleefden het tril- en heiproces. De reservatiekokers bleven allemaal intact en konden voluit worden benut voor verschillende metingen. Monitoring – meettoestellen Binnen en rondom de damwandkuip werden een zeer groot aantal meettoestellen geïnstalleerd (figuur 8). Het diepste meettoestel bevond zich 53m diep. Tabel 1 geeft een globaal overzicht van de metingen en de daarvoor ingezette apparatuur. Een belangrijke randvoorwaarde was dat alle meettoestellen werkzaam moesten zijn vanaf het begin van de proefcampagne. De meettoestellen die zich in de kuip bevonden werden geïnstalleerd doorheen eerder tot op de top van de Boomse klei aangebrachte stalen casings, welke


Figuur 9 - Uittreksel van de overzichtsgrafiek van de metingen aan de proefput.

Figuur 10 - Rekken, momenten en horizontale verplaatsingen van de damwanden opgemeten met de optische vezels bij de einduitgraving.

bescherming boden tijdens de latere uitgraving. De aannemer hield bij elke fase rekening met de soms delicate meettoestellen, en vermeed elke beschadiging.

bleef toegankelijk tijdens de uitgraving via een loopbrug geplaatst op het bovenste stempelkader. Op die manier waren topografische opmetingen ook mogelijk.

De meetapparatuur werd uit voorzorg zo veel als mogelijk ontdubbeld. Voor de meting van de snedekrachten in de damplanken werden ingegroute en verlijmde optische vezels van 2 afzonderlijke types gebruikt. Voor de waterdrukken in de Boomse klei zijn piëzocellen en ingedrukte batsensoren toegepast. Voor de extensometers zijn eveneens twee verschillende systemen toegepast. Bovendien werd om vandalisme tegen te gaan de werf continu bewaakt.

Meetresultaten Bij aanvang van de proef werd snel duidelijk dat het niet eenvoudig was om een overzicht te bewaren in de gigantische stroom aan meetgegevens. Na puzzelwerk werd een overzichtsgrafiek gemaakt waarop in één oogopslag de evolutie van de belangrijkste parameters kon worden geëvalueerd (figuur 9). Volgende parameters worden samen in functie van de tijd weergegeven: • Peil grondoppervlak in de put; • Waterpeilen binnen en buiten de kuip in verschillende watervoerende pakketten;

De meetapparatuur in het midden van de kuip

14

GEOTECHNIEK - December 2015

•  Waterspanningen in de Boomse klei in het midden van de bouwkuip op verschillende niveaus; • Zwel van de Boomse klei. Gedurende de proefcampagne ontwikkelde deze grafiek zich als een stripverhaal tot een handig middel om snel de stand van zaken in te schatten. Opvallend bij de metingen van de zwel van de Boomse klei met extensometers met optische vezeltechniek was de nauwkeurigheid van de metingen: het getij van de Schelde is net als bij de piëzocellen bijvoorbeeld terug te vinden in de meetgrafieken. Om de buigende momenten in de damwanden op te volgen werden langs weerszijden van de neutrale lijn optische vezels geplaatst op een aantal damwanden [5]. Enerzijds werden na installatie van de damplanken FBG-vezels ingegrout in aangelaste stalen kokerprofielen, welke een beproefde methode is van het WTCB. Anderzijds werden FGB- en BOTDA-vezels ingelijmd in een dunne sleuf in de damwanden (figuur 6). WTCB paste reeds succesvol ingelijmde FBGvezels toe voor het opmeten van vervormingen in soilmixwanden, waarbij de geïnstrumenteerde wapening in het verse soilmix materiaal werd geplaatst. In dit geval was de vraag of de optische vezels het zware tril- en heiwerk zouden overleven. Uit de vergelijking van de rekken opgemeten met de beide systemen (figuur 10) kunnen we afleiden dat het inlijmen van optische vezels een veelbelovende techniek is. Op te merken valt dat de vezels zeer fijn en delicaat zijn. De bescherming ervan is cruciaal. Proef op de som, maar in sommige gevallen leidden de metingen tot onverwachte en verrassende resultaten waar niet meteen een duidelijke verklaring voor te vinden was. Voor de finale uitgravingsslag werd de stijghoogte in de Tertiaire zanden aan de buitenzijde van de bouwkuip verlaagd met 8 m. De invloed van deze bemaling op de gemeten krachten in de onderste 4 stempels was geheel te verwachten aanzienlijk (25 à 45 %). Het verschil tussen de gemeten momenten- en vervormingslijnen in de damplanken voor en na spanningsbemaling was verrassend genoeg miniem (figuur 11). Waterspanningen in de Boomse klei Zowel binnen als buiten de damwand werden na het tril- en heiwerk waterspanningsmeters van verschillende types en op verschillende niveaus in de Boomse klei geïnstalleerd. Figuur 12 toont het verloop van de waterspanningen gedurende de stapsgewijze pompproef.


PROEFCAMPAGNE VOOR DE OOSTERWEELVERBINDING IN ANTWERPEN

Ter hoogte van de damplanken is een duidelijke poriënwateroverspanning ten opzichte van de hydrostatische lijn zichtbaar. Deze poriënwateroverspanningen zijn te wijten aan het inbrengen van de damplanken. Mogelijks is er ook een opbouw van waterspanningen opgetreden door de installatie van de meettoestellen zelf. De meetresultaten van de piëzocellen P1 in het midden van de put tonen een snelle aanpassing van de poriënwaterspanning tijdens bemaling. In de Boomse klei stelt zich een gradiënt in van 27 kPa/m’. Buiten de bouwkuip heeft de proefbemaling zoals verwacht geen invloed.

Bij de evaluatie van de waterspanningen tijdens de uitgraving bleek voor elke fase een tijdstip te bestaan met grondwater op -10m TAW binnen de kuip. Vergelijking van de waterdrukken op deze tijdstippen liet toe het effect van het grondwater in de kuip te elimineren en enkel de invloed van het ontgraven te bestuderen (figuur 13). Bij uitgraving wordt grosso modo 30 % van de afname van de korrelspanningen omgezet in poriënwateronderspanning [1]. Bij de uitgravingsfase tot 15 m diepte (5/11/2014) wordt ongeveer 300 kPa totaalspanning weg ge-

Figuur 11 - Momenten, vervormingen en stempelkrachten voor en na het uitvoeren van een diepe bemaling buiten de proefput.

nomen. Deze variatie vindt men verdeeld terug aan actieve zijde (P3) en passieve zijde (P2) t.o.v. de initiële waterspanningen. Figuur 14 geeft de gemeten waterspanningen tijdens en na de laatste uitgraving. Aan de buitenzijde van de damwand (P3) worden poriënwateronderspanningen gemeten t.o.v. de lijn vóór de laatste uitgraving. In piëzocel P2 aan de passieve zijde van de damplank worden overdrukken geregistreerd ten gevolge van de mobilisatie van passieve gronddruk. In het midden van de bouwkuip ziet men duidelijk de ontwikkeling en het relatief snelle dissiperen van de poriënwateronderspanningen bij de laatste ontgraving in de verweerde bovenste meters. Diepwanden Na de eerste uitgraving werden doorheen een niet en beperkt verdichte aanvulling 2 x 2 diepwandpanelen gerealiseerd binnen de kuip en op 1m van de damplanken. De diepwanden werden aangezet op en 1m onder het finale uitgravingspeil. Om problemen met de sleufstabiliteit te voorkomen is een overhoogte van de steunvloeistof van 1,5m ten opzichte van het grondoppervlak en 2,5m t.o.v. het grondwater toegepast (figuur 15). Het wapeningspercentage van de proefdiepwanden bedroeg 140 kg/m³. De gebruikte wapening was representatief voor wat er later zal worden gebruikt bij de bouw van de tunnel. Stalen buizen in de hoeken van de wapeningskooien maakten het mogelijk om de kwaliteit van de diepwandvoegen te controleren met de cross hole sonic logging techniek. Bij uitgraving van de damwandkuip kwamen de

Figuur 12 - Waterspanningen in de Boomse klei in drie snedes tijdens de proefbemaling in de proefkuip.

15

GEOTECHNIEK - Oktober 2015

Figuur 13 - Waterspanningen in de Boomse klei in drie snedes tijdens de uitgraving van de proefkuip.


Figuur 14 - Waterspanningen in de Boomse klei in drie snedes tijdens de laatste uitgraving van de proefkuip.

Een nauwgezette uitvoering, controlemetingen en strikte opvolging blijken weerom van primordiaal belang te zijn bij diepwandconstructie. Zwelmetingen Bij de ontgraving van de bouwkuip tot op de Boomse klei werd de korrelspanning verlaagd met 240 kPa. De metingen van de zwel van de klei wekten bij de betrokken partijen een grote nieuwsgierigheid en interesse op. De zwel van de klei werd op meerdere manieren geregistreerd: •  Extensometers E1 en E3 met mechanische stangen en ankers op verschillende dieptes; • Extensometers E2 en E4 met FBG optische vezeltechniek; • Topografische opmetingen van de kop van de damplanken.

Figuur 15 - Zicht op de uitvoering van de diepwanden.

Daar de extensometers voorafgaand aan de uitgraving werden geïnstalleerd kon de ogenblikkelijke zwel worden gemeten. Extensometer E4 met FBG optische vezeltechniek werd na verloop van tijd geïnstalleerd daar optische vezel E2 buiten het gekende meetbereik dreigde te vallen, hetgeen finaal ook is gebeurd. E4 kon de metingen van E2 overnemen. Figuur 17 toont de gemeten zwel van de verschillende sensoren in functie van de tijd. Bij elke ontgravingsslag is duidelijk de ogenblikkelijke zwel af te leiden. De extensometers maten na volledige ontgraving een totale zwel van grosso modo 70 mm. Zoals verwacht stabiliseert de zwel zich niet na de stand still periode van 4 maanden [6]. De zwel blijft doorgaan met een stijging van verschillende mm per maand. Het verloop van de zwel in functie van de tijd verschilt per type extensometer. De damwanden zijn tijdens de proefcampagne ongeveer 30 mm omhoog gekomen. De invloed van de zijdelingse wrijving in de Tertiaire zanden speelt hier onmiskenbaar een rol.

diepwanden beetje bij beetje vrij, waarbij voor elk uitgravingsniveau een visuele inspectie, foto’s, 3-D scans en aantal zaagsnedes zijn uitgevoerd. Binnen de bouwkuip bestond de unieke kans om ook de achterzijde van de diepwanden te inspecteren. Voor de plaatsing van de stempelkaders dienden de diepwanden stelselmatig te worden afgebroken. Op het finale uitgravingspeil kon ook de aanzet geïnspecteerd worden. De uitvoering van de diepwanden doorheen de 7m niet-verdichte aanvulling is zonder noemenswaardige problemen verlopen. In de aanvulling werden bij heruitgraving betonnen uitstulpingen van ongeveer 1 m³ op de diepwanden teruggevonden, vermoedelijk door grondinval

in de sleuf. Een sluitende verklaring werd nog niet gevonden. Het is ook onduidelijk op welk moment er grond in de sleuf zou zijn geschoven. Dieper werden een aantal belangrijke anomalieën, voornamelijk in het front van de diepwanden, vastgesteld. De proefbouwkuip bood de unieke mogelijkheid om de resultaten van de CSL-metingen te combineren met aanzichtfoto’s en 3Dscans (figuur 16). Naderhand werd zeer handig gebruik gemaakt van een fotocamera op een lichtmast om de diepwandwerken in detail te bestuderen en zo te trachten de oorzaak van de anomalieën op te sporen. Deze camera nam één beeld per minuut.

16

GEOTECHNIEK - December 2015

Met behulp van DSettlement en op basis van een parameterset bepaald uit studiewerk van Prof. De Beer en Christiani en Nielsen is een back calculation van de proefbouwkuip uitgevoerd. In deze zwelberekening werden maaiveld- en grondwaterpeil in elke bouwfase zo goed mogelijk gesimuleerd. De berekende zwel en evolutie van korrelspanning zijn tevens opgenomen in figuur 17. De berekende totale zwel benadert de gemeten waarde. Het verdient de opmerking dat de belastingssituatie van de klei in de proefbouwkuip geen zuivere zwel is. De mobilisatie van de passieve


PROEFCAMPAGNE VOOR DE OOSTERWEELVERBINDING IN ANTWERPEN

Figuur 16 - Foto en 3D-scan van de diepwandpanelen A en B met de resultaten van de CSL-metingen.

Een intense en vruchtbare samenwerking tussen klant, WTCB, MOW, Denys en studiebureau ROTS heeft er toe geleid dat de meetdata op een efficiënte en vlotte manier konden worden verwerkt en geïnterpreteerd. Via observational method konden op korte termijn juiste beslissingen worden genomen in verband met de stabiliteit van de kuip. Meten is weten, maar geotechnisch meten werpt toch ook soms nieuwe vraagstukken op. Dit maakt het vak geotechniek oh zo boeiend. De proefput vormde een pilootproject voor een aantal nieuwe meettechnieken die één op één konden worden vergeleken met meer gekende technieken. De aanwezigheid van uitgebreide monitoring vereist speciale aandacht, alertheid, opvolging en voornamelijk betrokkenheid van de aannemer om tot een goed eindresultaat te komen.

Figuur 17 - Metingen en nacalculatie van de zwel van de Boomse klei.

weerstand van de damplanken is een invloedsfactor. Conclusies De proefbouwkuip was een zeer leerrijk project welke een schat aan geotechnische kennis en

studiemateriaal heeft opgeleverd. De resultaten zullen gebruikt worden om het ontwerp van de Oosterweelverbinding te verfijnen en om de kosten en bouwrisico’s van de tunnels juist in te schatten. Ook voor andere projecten in vergelijkbare grondslag zal de kennis bruikbaar zijn.

17

GEOTECHNIEK - Oktober 2015

Referenties [1] Geotechnical monitoring of a trial pit excavation toward the Boom clay in Antwerp (Belgium) – Richard De Nijs, Frank Kaalberg, Gert Osselaer, Jan Couck and Kristof Van Royen - paper on ISGSR 2015, International Symposium on Geotechnical Safety and Risk Rotterdam, The Netherlands 13-16 October 2015. [2] Full scale field test (sheet)pile driveability in Antwerp (Belgium) – R. De Nijs, F. Kaalberg, G. Osselaer, J. Couck, K. Van Royen – paper on XVI ECSMGE 2015, XVI European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Edinburgh 13-17 September 2015. [3]  Antwerpen krijgt dubbeldekstunnel onder havens – COBOUW – De Verdieping – september 2014 – Ir. Frank Kaalberg, Witteveen & Bos. [4] Glauconiethoudende zanden – Geotechniek – April 2012 – Gauthier Van Alboom, Jan Maertens, Hilde Dupont, Koen Haelterman [5]  Monitoring van de krachtswerking in verticale beschoeiingswanden d.m.v. optische vezeltechnologie – dr. Ir. Leen De Vos – Ir. Gust Van Lysebetten – ie-net Jongerenforum Geotechniek 2015. [6] Deurganckdok Lock: extensive monitoring to evaluate and understand the swelling process of the Boom clay – L. Vincke, L. De Vos, M. Reyns, B. Van Zegbroeck -paper on XVI ECSMGE 2015, XVI European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Edinburgh 13-17 September 2015.


IN DIEPE KLEI Meer dan een halve eeuw ervaring in ondergrondse infrastructuurwerken. In zandgronden of rotsbodems, door veenlagen of in diepe klei. Telkens weer een uitdaging, telkens weer een succes.

www.denys.com

Voor Voor gedegen gedegen

BAUER BAUER Funderingstechniek Funderingstechniek voert voert de volgende activiteiten uit: uit: de volgende activiteiten

Mixed-In-Place Mixed-In-Place 

Mixed-In-Place soilmix  Mixed-In-Place soilmix

 Groutanker met strengen  Groutanker met strengen

soilmix soilmix oplossingen oplossingen

 Groutanker met staven  Groutanker (paal)(paal) met staven  GEWI-anker  GEWI-anker (paal)(paal)  Cement-bentoniet dichtwand  Cement-bentoniet dichtwand  Groot diameter boorpalen  Groot diameter boorpalen  Diepwand  Diepwand Jet grouten  Jetgrouten  Grondverbetering  Grondverbetering

els nw_Opmaak 1 27-02-13 11:07 Pagina 36

Vooraanstaand Vooraanstaand en betrouwbaar en betrouwbaar

N14 Artikels nw_Opmaak 1 27-02-13 11:07 Pagina 36

www.bauernl.nl www.bauernl.nl


No profession turns so many ideas into so many realities

Royal Dutch Society of Engineers

Engineers make a world of difference No profession unleashes the spirit of innovation like engineering. From electric cars and faster microchips to medical robots, farming equipment and safer drinking water, engineers use their knowledge to connect science to society and have a direct and positive effect on people’s everyday lives. The Royal Dutch Society of Engineers (KIVI) is the largest engineering society of the Netherlands. With over 20.000 members and sections for all engineering disciplines we provide an exciting platform for in-depth and cross-sector knowledge sharing and networking. Visit us at www.kivi.nl


dr. ir. N. Denies WTCB – Afdeling Geotechniek

ir. F. De Cock Geotechnical Expert Office Geo.be

em. Prof. ir. J. Maertens Jan Maertens BVBA

prof. ir. N. Huybrechts WTCB – Afdeling Geotechniek en KU Leuven

ing. B. Lameire Belgian Association of Foundation Contractors, ABEF

prof. dr. ir. A. Vervoort KU Leuven

Ontwerp van soilmixwanden voor kerende constructies

ir. J.C.J. de Leeuw ConGeo

ir. F.J.M. Hoefsloot Fugro GeoServices

Figuur 1 - Soilmix-wand met grond- en waterkerende functie: links een soilmix-wand uitgevoerd met kolomvormige elementen; rechts een soilmix-wand uitgevoerd met paneelvormige elementen.

1. Inleiding Sinds verschillende decennia wordt de deep mixing methode (of de soilmix-methode) aangewend in het kader van grondverbeteringswerken. Meer recent worden soilmix-elementen steeds meer toegepast als structurele elementen in grond- en waterkerende constructies of als dichtwanden. Dit is mogelijk geworden door nieuwe ontwikkelingen op het gebied van de menginstallaties en de samenstelling van de geïnjecteerde bindmiddelen, waardoor er typische druksterktes van het soilmix-materiaal van 1 à 12 MPa gehaald kunnen worden. Sinds begin jaren 2000 kent dit nieuwe toepassingsgebied van de soilmix-techniek een sterke groei in België en

Nederland, onder meer o.w.v. de economische en milieuvoordelen die de methode biedt. De nood aan richtlijnen voor de uitvoering en het ontwerp van soilmix-wanden werd daardoor steeds urgenter. Te meer daar de bestaande richtlijnen en normen voor deep mixing (bv. EN 14679) weinig soelaas bieden voor deze nieuwe toepassingen. Voor tijdelijke toepassingen werden de vragen in verband met de mechanische karakterisatie van het soilmix-materiaal, zijn doorlatendheid en de interactie tussen staal en soilmix bestudeerd in het kader van het WTCB soilmix-onderzoek 20092013 (zie Denies et al., 2012). De duurzaamheid van het soilmix-materiaal bleef echter een be-

20

GEOTECHNIEK - December 2015

langrijk topic, dat terwijl in de praktijk het aantal toepassingen van soilmix-wanden met een permanente en zelfs dragende functie toenam. Om een antwoord te bieden op deze evolutie, hebben het WTCB en het SBRCURnet gedurende meer dan 2 jaren samen gewerkt om richtlijnen te publiceren onder de vorm van een handboek. In het handboek komen de uitvoeringsprocessen en de ontwerpaspecten uitgebreid aan bod. Belangrijk hierbij is dat het toepassingsgebied van soilmix-wanden duidelijk afgebakend werd en dat de hieraan gekoppelde functionele eisen (praktische randvoorwaarden), de ontwerpmatige eisen, alsook de eisen inzake kwaliteitscontrole op het finale soilmix-product afgestemd


Samenvatting

Sinds begin jaren 2000 worden soilmix-wanden meer en meer toegepast in België en Nederland voor de constructie van water- en grondkerende wanden. Het WTCB en het SBRCURnet hebben samengewerkt om richtlijnen te publiceren onder de vorm van een handboek. In het handboek wordt het toepassingsgebied van soilmix-wanden duidelijk afgebakend en gekoppeld aan praktische randvoorwaarden, ontwerpmatige eisen en eisen inzake kwaliteitscontrole. Voor bepaalde toepassingsgebieden laat de ont-

werpmethodologie bovendien toe om, zij het in beperkte mate, de samenwerking tussen wapeningsstaal en soilmix-materiaal in rekening te brengen. De methodologie die hiervoor aangewend kan worden is gebaseerd op de resultaten van een uitgebreide proefcampagne op reële schaal. Een aantal resultaten van deze proefcampagne, alsook enkele principes van de ontwerpmethode die opgenomen is in het SBRCURnet/WTCB handboek worden in dit artikel kort toegelicht.

Figuur 2 - Boven: Vierpuntsbuigproef uitgevoerd op een half CSM-paneel versterkt met behulp van een HEA 240 profiel; onder: Driepuntsbuigproef uitgevoerd op een soilmix-kolom versterkt met behulp van een IPE 240 profiel (WTCB soilmix-onderzoek, 2009-2013)

zijn op elkaar. Voor bepaalde toepassingsgebieden laat de ontwerpmethodologie bovendien toe om, zij het in beperkte mate, de samenwerking tussen wapeningsstaal en soilmix-materiaal in rekening te brengen. De methodologie die hiervoor aangewend kan worden is gebaseerd op de resultaten van een uitgebreide proefcampagne op reële schaal. Een aantal resultaten van deze proefcampagne, alsook enkele principes van de ontwerpmethode die opgenomen is in het SBRCURnet/WTCB handboek worden in dit artikel kort toegelicht. 2. Werkingsprincipes van soilmix-wanden met grond- en waterkerende functies De soilmix-techniek bestaat erin om met behulp van een mengbeitel of een frees de grond tot op grote diepte (zelfs tot 25 m) te mengen met een bindmiddel, waardoor er na uitharding soilmixkolommen of -panelen ontstaan. Door de ronde soilmix-kolommen of rechthoekige soilmix-panelen overlappend naast elkaar te plaatsen wordt een doorlopende wand verkregen, zoals geïllustreerd in figuur 1. Stalen H- of I-profielen worden aangebracht in het verse soilmix-materiaal om weerstand te bieden tegen de afschuifkrachten en de buigmomenten. Het soilmix-materiaal overbrugt op die manier de ruimte tussen de stalen profielen, vergelijkbaar met de beschotting bij berlinerwanden en brengt via gewelfwerking de op de wand inwerkende grond(water)drukken over naar de wapeningsprofielen. 3. Buigproeven op reële schaal Eén van de vragen waarmee ontwerpers regelmatig geconfronteerd werden betrof de reële bijdrage van het soilmix-materiaal aan de reële schaal buigstijfheid en buigcapaciteit van de soilmix-wand. Om een antwoord te bieden op deze vraag werden 17 reële schaal buigproeven op soilmix-elementen uitgevoerd in het kader van het WTCB soilmix-onderzoek (Denies et al. 2014 en 2015). Elf soilmix-kolommen en zes CSM-panelen werden eerst in-situ geïnstalleerd (zeven verschillende werven met verschillende grondcondities), uitgegraven (na uitharding van het soilmix-materiaal) en vervolgens getranspor-

teerd naar het laboratorium van het WTCB voor de uitvoering van de proeven. Het doel van deze proeven was het bepalen van de buigstijfheid en de buigcapaciteit van de gewapende soilmix-elementen. De soilmix-elementen werden op buiging belast volgens een vierpuntsof een driepuntsopstelling, zoals geïllustreerd in figuur 2.

21

GEOTECHNIEK - December 2015

De volgende waarden werden opgemeten tijdens de belasting van elk soilmix-element: • de centrale doorbuiging van het soilmix-element door middel van een Linear Variable Displacement Transducer (LVDT), • de zakkingen van het soilmix-element aan elke steunpunt door middel van LVDT’s, • de verschuiving (slip) van het stalen profiel ten opzichte van het soilmix-materiaal. Dit gebeur-


Figuur 3 - Drukboogsysteem in een soilmix-wand met stalen profielen.

– eveneens voor de snedekrachten in de diverse bouwfasen. Met betrekking tot de functionaliteit van de wand kunnen nog andere parameters van belang zijn, bv. : •  de doorlatendheidscoëfficiënt of de hydraulische weerstand van de soilmix-wand • de bestendigheid van de wand tegen klimatologische invloeden, verontreinigingen, …

de aan de hand van een LVDT, • de vervormingen aan de onder- en de bovenkant van het stalen profiel met behulp van optische vezels, •  de aangelegde kracht met behulp van een krachtcel. De duur van één constante belastingsstap bedroeg circa vijf minuten: kruip en duurzaamheidsaspecten werden dus niet beschouwd bij deze buigproeven. De volledige proefprocedure en de resultaten van één buigproef is besproken in Denies et al. (2014). Een gedetailleerd overzicht van de resultaten van de 17 buigproeven uitgevoerd in het WTCB is gegeven in Denies et al. (2015). Een overzicht van de gemeten buigstijfheden en de maximum opgenomen buigmomenten is in tabel 1 gegeven. Zoals besproken in Denies et al. (2015), toont de analyse van de resultaten van de 13 proefelementen met profielwapening aan dat er een reële samenwerking bestaat tussen staalprofiel en soilmix. De stijfheid van de samengestelde sectie (staal + soilmix) neemt echter af met toenemend buigmoment en de progressieve opening van de scheuren in het soilmix-materiaal. Er is een progressieve verplaatsing van de neutrale as in de sectie gedurende de proef. Uit deze proefreeks blijkt in ieder geval dat in het toepassingsgebied van de soilmix-wanden (in termen van buigmoment) de stijfheid van de soilmix-wand significant groter is dan de stijfheid van het stalen profiel alleen. Deze waarneming is van belang omdat de ingevoerde stijfheid van de wand in numerieke berekeningsmodellen een belangrijke invloed heeft op de berekende buigmomenten in de soilmix-wand. Het maximale buigmoment dat bereikt wordt gedurende de proeven is 1,8 à 3 maal groter dan het

buigmoment overeenkomstig de vloeigrens van het stalen profiel alleen. De metingen van de staalspanningen vertonen een reële samenwerking tussen het soilmixmateriaal en het staal: de vloeigrens in het stalen profiel (σ = σel) wordt bereikt bij buigmomenten die 20 à 70 % groter zijn dan de situatie zonder beschouwing van de samenwerking met het soilmix-materiaal (Denies et al., 2015). 4. Ontwerp van soilmix-wanden als grond- en waterkerende wand 4.1 Materiaaleigenschappen – soilmix-parameters en ontwerpstappen De basisparameters die van belang zijn bij het geotechnische en het structurele nazicht van de horizontale en/of verticale stabiliteit van een soilmix-wand zijn: • de UCS-druksterkte van het soilmix-materiaal over de hoogte van de wand, hetzij de gemiddelde waarden fsm,m, hetzij de karakteristieke waarden fsm,k, • de treksterkte van het soilmix-materiaal, • de schuifweerstand van het soilmix-materiaal, • de elasticiteitsmodulus van het soilmix-materiaal, • de afschuifsterkte tussen het soilmix-materiaal en de wapening. Deze parameters zijn vereist voor de bepaling van de rekengrootheden van de soilmix-wand die in de stabiliteitsberekeningen moeten worden nagegaan, met name: • het weerstandsmoment W, dat bepalend is voor de buigmomenten (eventueel in combinatie met dwarskrachten en normaalkrachten) die op korte en lange termijn door de wand kunnen worden opgenomen • de buigstijfheid EI, die bepalend is voor de vervormingen van de wand en – in mindere mate

22

GEOTECHNIEK - December 2015

In bovenstaande dient een onderscheid te worden gemaakt tussen het korte termijngedrag versus het lange termijngedrag. Daarna moeten de ontwerpers de volgende ontwerpstappen beschouwen: • de verificatie van de drukboog, • de bepaling van de buigstijfheid EI, • de bepaling van de structurele sterkte (M,N,D) van de soilmix-wand. De voornaamste principes van deze ontwerpstappen zijn hieronder beschreven. Deze zijn alleen geldig voor soilmix-elementen gewapend met stalen profielen. 4.2 Drukboog-analyse Binnen het berekeningsmodel van de soilmixwand, dienen de inwerkende korrel- en waterdrukken op het soilmix-materiaal overgedragen te kunnen worden op de stalen wapeningsprofielen. Deze controle moet gebeuren bij de meest nadelige combinaties van de inwerkende drukken (zowel langs actieve als passieve zijde), de tussenafstand van de wapeningprofielen en de druksterkte van het soilmix-materiaal. De controle mag in verticale richting wel worden uitgemiddeld over een hoogte gelijk aan de dikte van de wand. Om ongewenste liggerwerking van het materiaal tussen de wapeningsprofielen te voorkomen, met bijbehorende verticale scheurvorming tot gevolg, dient de hart-op-hart (h.o.h.)-afstand tussen de profielen zodanig te worden beperkt dat de belasting via een drukboogsysteem afgedragen kan worden naar deze profielen. Figuur 3 toont het principe voor de verificatie van de drukboog. In Eurocode 2 (EN 1992-1-1) is aangegeven dat uitgegaan kan worden van een gedrongen constructie indien: ls < 3hbg waarin: ls is de overspanning drukboog = h.o.h.-afstand


ONTWERP VAN SOILMIX-WANDEN VOOR KERENDE CONSTRUCTIES

van de profielen, hbg is de maximale hoogte beschikbaar voor de drukboog = hoogte tot buitenkant wand. Enkel met de nodige onderbouwing (bv. via theoretische EEM-detailmodellering of proefondervindelijk) kan de ontwerper afwijken van deze drukboog-begrenzing en een “slankere” drukboog aannemen. Als eerste stap is de geometrie van de drukboog (zijn hoogte, zijn dikte en de hoek α ter plaats van de aanzet boog) berekend conform Eurocode 2. Als tweede stap is de maatgevende krachtswerking in de drukboog bepaald conform Eurocode 2 met een staafwerkmodel. Voor permanente toepassingen kan er eveneens gerekend worden op het drukboogeffect mits toepassing van een factor voor langeduureffecten die toegepast dient te worden op de druksterkte en gelijk is aan 0,85. 4.3 Bepaling van de horizontale buigstijfheid EI De bepaling van de horizontale buigstijfheid EI van de soilmix-wand is zeer relevant. In praktijk voeren de ontwerpers deze waarde in in een berekeningsprogramma ter bepaling van de buigmomenten en horizontale verplaatsing van de wand. In de meeste gevallen is de controle van de horizontale verplaatsing van de wand een belangrijke ontwerpfactor en is het dus noodzakelijk om een representatieve waarde van de buigstijfheid in de berekeningsmodellen te gebruiken. In de ontwerpmethodologie van het SBRCURnet/ WTCB handboek zijn twee methoden voorgesteld voor de berekening van de buigstijfheid van de soilmix- wanden. De eerste methode houdt rekening houden met de partiële scheurvorming van het soilmix-materiaal. Deze methode conform Eurocode 2 is het meest aangewezen om een vrij realistische inschatting van de buigstijfheid van de gescheurde soilmix-wand te bepalen. Hierbij wordt de effectieve buigstijfheid EI-eff berekend als het gemiddelde van de ongescheurde stijfheid EI-1 en de gescheurde stijfheid EI-2 van de samengestelde sectie: EI-eff =

EI-1 + EI-2 2

In de tweede vereenvoudigde methode wordt de effectieve buigstijfheid berekend als de som van de stijfheid van de wapening en de stijfheid van de gedrukte soilmix-zone, waarbij er wordt aangenomen dat de neutrale lijn door het midden van

het profiel gaat: EI-eff = EaIa+Esm

3 bc1 . hsm 2

3 waarin: EaIa is de buigstijfheid van de wapening, per h.o.h.-profielafstand, Esm is de elasticiteitsmodulus van het soilmixmateriaal, hsm is de dikte van de soilmix-wand, en bc1 is de meewerkende breedte voor de bepaling van de buigstijfheid: bc1 = Le/4 en bc1 is minder dan de gemiddelde h.o.h.-afstand ls van de profielen. Le is de afstand tussen de momentennulpunten. Men kan opmerken dat de vereenvoudigde methode buigstijfheden geeft die circa 10 à 20% lager zijn dan die berekend zijn met de eerste benadering met beschouwing van de gescheurde en ongescheurde stijfheden. De karakteristieke elasticiteitsmodulus van het soilmix-materiaal wordt gelijk genomen aan de gemiddelde E-waarden. Deze gemiddelde waarden worden verkregen, hetzij uit specifieke drukproeven, hetzij uit correlatie met de druksterktes (Denies et al. 2012). Het ontdubbelen van de berekeningen met resp. een “hoog” en een “laag” ingeschatte E-modulus van het soilmix-materiaal is in courante gevallen weinig zinvol. Enkel voor meervoudig ondersteunde wanden en in geval de wandverplaatsingen vrij aanzienlijk zijn, kan een benadering met hoge en lage ingeschatte E-moduli nuttig zijn. Voor permanente toepassingen kan de bijdrage van het soilmix-materiaal aan de buigstijfheid in rekening gebracht worden, zij het met de lange termijn elasticiteitsmodulus van het soilmix-materiaal (reductiefactor van 2). 4.4 Bepaling van de structurele sterkte van de soilmix-wand Tot op heden is het basisprincipe voor de controle van de snedekrachten dat er enkel wordt gerekend op de wapening. Nochtans bewijzen de resultaten van de WTCB-buigproeven dat het soilmix-materiaal bijdraagt aan de buigcapaciteit van de soilmix-wanden. In de schoot van de SBRCURnet/WTCB commissie werd daarom een ontwerpmethodologie conform Eurocode 4 (EN 1994-1-1) ontwikkeld. Deze methode houdt reke-

23

GEOTECHNIEK - December 2015

ning met de samengestelde buiging van de stalen wapeningsprofielen en het soilmix-materiaal. Het resultaat van deze ontwerpmethodologie is onder de vorm van een verzameling van tabellen voorgesteld in het SBRCURnet/WTCB handboek. Dit wordt geïllustreerd in tabel 2, waar de momentcapaciteiten van een typische configuratie van een paneelwand (hoogte 550 mm) zijn opgenomen. Daarbij kan nog opgemerkt worden dat de momentcapaciteiten van alleen het wapeningsprofiel M(Rd,a,el) en M(Rd,a,pl) (elastisch resp. plastisch) bepaald zijn op basis van de weerstandsmomenten Wel en Wpl die in de productcatalogen beschikbaar zijn. De vermelde rekenwaarden van de momentcapaciteiten zijn geldig per h.o.h.-profielafstand, resp. voor een karakteristieke druksterkte van het soilmix-materiaal van 2 MPa, 4 MPa en 6 MPa. Voor de momentcapaciteit per meter wand dienen deze waarden dus uiteraard nog te worden gedeeld door de h.o.h.-afstand van de profielen. In Eurocode 4 (EN 1994-1-1) voor het ontwerp van staal-betonconstructies is de beschouwing van de interactie tussen staal en beton in de berekeningen toegelaten met een beperking voor de rekenwaarde van de afschuifsterkte tussen de twee materialen: fbd < 0.3 MPa. Rekening houdende met deze beperking uit EC4 mag voor tijdelijke toepassingen de interactie tussen de twee materialen beschouwd worden met een maximale rekenwaarde van de afschuifsterkte fbd tussen staal en soilmix: fbd = min(10% rekenwaarde druksterkte van het soilmix-materiaal; 0.30 MPa). Met deze beperking is rekening gehouden in de berekening van de momentcapaciteiten van tabel 2. Zoals geïllustreerd in tabel 2, resulteert de bijdrage van het soilmix-materiaal in een vermindering van de spanningen in de wapeningen. De buigmomenten berekend met deze benadering zijn 113 à 138% hoger dan de momenten verkregen met een elastische methode die alleen rekening houden met de vloeigrens van de wapening. Dat betekent een reductie van de gebruikte staalsectie van circa 15 à 40%. Volgens de ontwerpmethodologie van het SBRCURnet/WTCB handboek kan de interactie tussen staal en soilmix alleen worden beschouwd voor tijdelijke toepassingen. De berekening van de buigmomenten in permanente soilmix-wanden mag uitsluitend gebaseerd worden op de weerstandsmomenten van de stalen profielen, tenzij er aan strikte randvoorwaarden voldaan is


Tabel 1 - Momentcapaciteiten en waarden afgeleid uit WTCB-buigproeven (Denies et al. 2015)

Karakteristieken van het soilmix-element

Resultaten van de reële schaal buigproeven

Site

Soilmix -element

Type wapening

fsm,mⱡ MPa

Mmax3 kNm

Mmax/Melα (-)

M/Mel als σ = σelβ

EIstaalγ (103 kNm2)

EI180 MPaδ (103 kNm2)

1

Heverlee

CSM 1†

HEA 240*

6,051

326

2,05

1,47

16,3

36

2

Heverlee

CSM 2‡

HEA 240*

6,051

376

2,36

1,57

16,3

36

3

Aalst

CSM1†

HEA 240*

7,311

286

1,80

1,19

16,3

27

4

Aalst

CSM2‡

HEA 240*

7,311

303

1,91

1,40

16,3

32

5

Aalst

CSM3†

HEA 240*

7,311

306

1,92

1,47

16,3

42

6

Aalst

CSM4†

HEA 240*

7,311

290

1,82

1,69

16,3

30

7

Leuven

TSM1†

IPE 240*

10,021

168

2,21

1,32

8,17

14,5

8

Leuven

TSM2‡

IPE 240*

10,021

162

2,13

1,27

8,17

13

9

Leuven

TSM3†

6 Ø14

10,021

133

-

-

-

13,5

10

Leuven

TSM4‡

6 Ø14

10,021

95

-

-

-

8

11

Blankenberge

C-mix 1†

IPE180*

21,422

65

1,88

Geen meting

2,76

-

12

Antwerpen

C-mix 1‡

IPE 270*

8,152

103

1,02

Geen meting

12,16

-

13

Antwerpen

C-mix 2‡

Korf

15,632

147

-

-

-

-

14

Antwerpen

C-mix 3‡

Korf

10,372

90

-

-

-

-

15

Knokke

C-mix 1‡

IPE 270*

4,622

143

1,42

Geen meting

12,16

-

16

Limelette

C-mix 1‡

IPE 220*

10,732

139

2,34

1,38

5,82

10

17

Limelette

C-mix 2‡

IPE 220*

9,682

178

3,01

1,59

5,82

15

Vierpuntsbuigproef

‡ Driepuntsbuigproef

Staal S235 ⱡ Gemiddelde waarde van de UCS-druksterkte van het soilmix-materiaal 1 Voor  de sites van Heverlee, Aalst en Leuven (id. 1 à 10) werden reële schaal drukproeven uitgevoerd op rechthoekige blokken met een vierkante sectie, met een breedte gelijk aan de dikte van de in-situ uitgevoerd soilmix-wand (circa 500 mm) en met een hoogte circa twee keer de breedte. Een overzicht van de resultaten van deze reële schaal drukproeven is in Denies et al. (2014) gegeven. 2 Resultaten verkregen met drukproeven uitgevoerd op gekernde monsters 3 M max is het maximale moment gemeten in de buigproef α Mel is het buigmoment overeenkomstig de vloeigrens van het stalen profiel alleen β M is, in dit geval, het buigmoment wanneer de vloeigrens in het stalen profiel (σ = σel) wordt bereikt γ EIstaal is de stijfheid van het stalen profiel alleen δ  EI180 MPa is de reële schaal stijfheid van de samengestelde sectie (staal + soilmix) gemeten in de buigproef wanneer de spanningen in de stalen profielen 180 MPa bereiken. *

(constructie in risicoklasse 1 of 2, beschermingsmaatregelen om corrosie van de staalwapening tegen te gaan, bescherming van de wand tegen klimatologische invloeden - vorst, dooi, uitspoeling, uitdroging…- afwezigheid van verontreinigingen die de integriteit van het soilmix-materiaal met verloop van tijd kunnen aantasten, lange

termijn reductiefactoren op sterkte en stijfheid…). Voor de berekening van de dwarskrachtcapaciteit van de soilmix-wanden kan verwezen worden naar Eurocode 3 (EN 1993-1-1). 5. Besluit In het kader van het WTCB soilmix-onderzoek

24

GEOTECHNIEK - December 2015

(2009-2013) werden 17 reële schaal buigproeven op soilmix-elementen uitgevoerd. De analyse van de proefresultaten tonen aan dat er een reële samenwerking bestaat tussen staalprofielen en soilmix. Uit deze proefreeks blijkt in ieder geval dat in het toepassingsgebied van de soilmixwanden (in termen van buigmoment) de stijfheid


ONTWERP VAN SOILMIX-WANDEN VOOR KERENDE CONSTRUCTIES

Tabel 2 - Momentcapaciteiten van een paneelwand met dikte 550 mm gewapend met IPEprofielen

hsm = 550 mm, h.o.h. afstand = 1100 mm, Le = 5000 mm, geen excentriciteit van de wapening bij plaatsing, Staal S235, Soilmix fsm,k = 2, 4 en 6 MPa IPE200

IPE220

IPE240

IPE270

IPE300

IPE330

IPE360

IPE400 IPE450

M(Rd,a,el)

45,7

59,2

76,2

100,8

130,9

167,6

212,3

271,7

352,5

M(Rd,a,pl)

51,8

67,1

86,2

113,7

147,7

189,0

239,5

307,1

400,0

M(Rd,2)

56,0

72,0

90,3

119,2

155,0

193,6

244,1

307,2

400,0

M(Rd,4)

61,9

78,7

97,9

128,4

165,9

205,2

256,5

320,3

412,8

M(Rd,6)

63,2

80,2

99,6

130,4

168,3

210,7

266,2

331,2

424,4

Bijdrage van het soilmix-materiaal aan de momentcapaciteit in vergelijking met de elastische methode M(Rd,a,el)

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

100%

M(Rd,a,pl)

114%

113%

113%

113%

113%

113%

113%

113%

113%

M(Rd,2)

123%

122%

118%

118%

118%

116%

115%

113%

113%

M(Rd,4)

135%

133%

128%

127%

127%

122%

121%

118%

117%

M(Rd,6)

138%

135%

131%

129%

129%

126%

125%

122%

120%

van de soilmix-wand significant groter is dan de stijfheid van het stalen profiel alleen. Bovendien wordt de vloeigrens in het stalen profiel bereikt bij buigmomenten die 20 à 70 % groter zijn dan de situatie zonder beschouwing van de samenwerking met het soilmix-materiaal. Op basis van deze resultaten werd een ontwerpmethodologie conform

constructief

Eurocode 4 ontwikkeld waarin voor bepaalde toepassingsgebieden de samenwerking tussen wapeningsstaal en soilmix-materiaal in rekening kan gebracht worden. De buigmomenten berekend met deze benadering zijn 113 à 138% hoger dan de momenten verkregen met een elastische methode die alleen rekening houdt met

de vloeigrens van de wapeningen. Dat betekent, voor tijdelijke toepassingen, dat de SBRCURnet/ WTCB ontwerpmethodologie een reductie van de staalsectie van circa 15 à 40% toe laat dank zij de bijdrage van het soilmix-materiaal. 6. Literatuur - Denies, N., Huybrechts, N., De Cock, F., Lameire, B., Vervoort, A., Van Lysebetten, G. and Maertens, J. 2012. Soil Mix walls as retaining structures – mechanical characterization. International symposium of ISSMGE - TC211. Recent research, advances & execution aspects of ground improvement works. 31 May-1 June 2012, Brussels, Belgium -  Denies, N., Van Lysebetten, G., Huybrechts, N., De Cock, F., Lameire, B., Maertens, J. and Vervoort, A. 2014. Real-Scale Tests on Soil Mix Elements. Proceedings of the International Conference on Piling & Deep Foundations, Stockholm, Sweden, 21-23 May 2014, Eds. DFI & EFFC, pp. 647-656 - Denies, N., Huybrechts, N., De Cock, F., Lameire, B., Maertens, J. and Vervoort, A. 2015. LargeScale Bending Tests on Soil Mix Elements. ASCE Proceedings of the International Foundations Congress and Equipment Expo of San Antonio IFCEE 2015. Texas, March 17-21, 2015, pp. 2394-2409, doi: 10.1061/9780784479087.222 -  WTCB soilmix-onderzoek 2009-2013. IWT 080736 soil mix project: SOIL MIX in constructieve en permanente toepassingen – Karakterisatie van het materiaal en ontwikkeling van nieuwe mechanische wetmatigheden.

ConGeo - Ingenieurs voor vraagstukken waarbij constructieve en geotechische kennis naast elkaar noodzakelijk zijn.

ConGeo

Bouwkuipen & Funderingen Soilmix/Diepwand/Damwand Stempelramen & Verankeringen Paalwapening & Ankerpalen Waterbouw & Stabiliteit materieel Staaldetaillering & Vermoeiing Projectmanagement

geotechnisch ConGeo D-­‐Serie /  Plaxis  /  TechnoSo3  /  Axis  VM  /  CG-­‐So3ware  

www.congeo.nl


Martin van Staveren VSRM

ISGSR2015: Opvallende resultaten

Van 13 tot en met 16 oktober 2015 heeft in het World Trade Centre Rotterdam het Fifth International Symposium on Geotechnical Safety and Risk (ISGSR) 2015 plaatsgevonden. Voor Nederland was dit een geweldig podium om de vele resultaten van het onlangs afgeronde ontwikkelprogramma Geo-Impuls te presenteren. Dit artikel presenteert de opvallende resultaten van het symposium. Heeft Nederland er een nieuw export product bij?

abstracts en peer review zijn totaal zijn 139 beoordeelde en goedgekeurde artikelen geplaatst. Maar liefst 21 daarvan zijn papers met Nederlandse Geo-Impuls resultaten. Alle artikelen zijn gedurende de twee en halve dag van het symposium in tal van sessies gepresenteerd en besproken. Samen met de keynote papers zijn ze gebundeld in ruim 2 kg proceedings van net geen 1000 pagina’s (ook als ebook beschikbaar).

Wat is ISGSR? Het International Symposium on Geotechnical Safety and Risk (ISGSR) is een tweejaarlijks symposium. Het richt zich volledig op omgaan met risico’s en veiligheid bij geotechnisch ontwerp en uitvoering. Met een eerste symposium in Shanghai in 2007 en opvolgers in Gifu (Japan), München en Hong Kong was Rotterdam een logische volgende bestemming. Al is het maar om de vele Geo-Impuls producten niet alleen in Nederland maar ook wereldwijd toe te passen. De organisatie van ISGSR2015 was in handen van KIVI-Geotechniek, de Geo-Impuls werkgroep Internationaal en het wereldwijde Geotechnical Safety Network (GEOSnet). Daarbij is support verkregen van een viertal ISSMGE Technical Committees, waaronder TC-304 Engineering Practice of Risk Assessment & Management. Met zo’n breed draagvlak is succes verzekerd.

Wat zijn de rode lijnen? Hoe blijf je met 139 artikelen door de bomen het bos nog zien? Natuurlijk was er een indeling in thema’s, zeven in totaal. Deze waren onder andere Geotechnical Risk Management and Risk Communication, Variability in Ground Conditions and Site Investigation, Reliability and Risk Analysis of Geotechnical Structures en Contractual and Legal Issues of Foundation and (Under)Ground Works. Vanuit de filosofie van de Geo-Impuls, met geo-risicomanagement (GeoRM) als overeengekomen werkmethode, is het interessant om de oogst van ISGSR2015 te koppelen aan de zes stappen van de risicomanagementcyclus. Dit is gedaan in figuur 1.

Wie namen deel en wat is de oogst? In totaal waren er ruim 200 deelnemers uit 31 landen. Het grootste deel van de deelnemers werkt als onderzoeker en docent op universiteiten en onderzoeksinstituten. Hierdoor biedt ISGSR2015 een wereldwijd overzicht van de state-of-the-art kennis. Ook werkt een fors aantal deelnemers als adviseur of ontwerper bij ingenieursbureaus, grondonderzoeksbureaus, overheidsinstellingen of bouwbedrijven. Dit zorgt voor een interessante mix van theorie en praktijkervaring. Na selectie van

In figuur 1 is een aantal interessante rode lijnen zichtbaar. Ten eerste, elk van de GeoRM stappen 1 t/m 6 is op het symposium aan bod gekomen. Dit resulteert in vier groepen met onderwerpen, die hieronder beknopt worden besproken. Het tweede punt is dat tijdens het symposium helder werd dat de risicostappen 2 en 3 (risico identificatie en –classificatie) vooral wetenschappelijk worden benaderd, terwijl de risicostappen 4 en 5 (risicobeheersing en –evaluatie) heel pragmatisch in de praktijk worden uitgevoerd. Uitzonderingen hierop waren presentaties over de Observational Method uit bijvoorbeeld China en Nederland, waarin praktijk en theorie veel dichter bij elkaar komen. Het derde punt is dat Mandy Korff

26

GEOTECHNIEK - December 2015

van Deltares tijdens haar keynote opmerkte dat de risicomanagement cyclus eigenlijk tegelijkertijd een leercyclus is. Door de cyclus volledig uit te voeren ga je als individu en organisatie dus niet alleen gestructureerd en expliciet met risico’s om. Door evaluatiestap 5 te zetten kan er veel worden geleerd voor latere projectfasen of volgende projecten. Risicomanagementcyclus stap 1: doelen en informatie Wat betreft stap 1 van de risicomanagementcyclus zijn vier van de “big five” projectdoelen uitgebreid aan bod gekomen. Het gelddoel kwam aan bod in relatie tot bijvoorbeeld aanbestedingen en de economische waarde in de moderne risicobenaderingen voor veiligheid tegen overstromingen. Opvallend was dat voor grote dammen nog de nodige stappen kunnen worden gemaakt met het toepassen van risico-denken en -doen. Het tijddoel is behandeld in verband met vertragingen in projecten als gevolg van opgetreden geotechnische risico’s. Bij het veiligheidsdoel zijn de nodige kwantitatieve benaderingen gepresenteerd met relaties tussen geotechnische faalkansen en individuele en groepsrisico’s. Het kwaliteitsdoel werd vooral benaderd vanuit schade aan belendingen door geotechnische activiteiten. De relatie met de nieuwe en risicogestuurde (!) ISO 9001: 2015 is niet expliciet gelegd, terwijl dit wel volop kansen biedt om kwaliteits- en risicomanagement gecombineerd in te zetten. Ten slotte, het reputatiedoel van zowel bedrijven als overheden in relatie tot geo-risico’s, met bijvoorbeeld de rol van sociale media, kwam relatief beperkt aan bod. Risicomanagementcyclus stappen 2 en 3: risico identificatie en –classificatie Voor deze risicostappen zijn vele en vaak zeer geavanceerde methoden gepresenteerd op het gebied van geologische en geotechnische variabiliteit, probabilistiek, geostatistiek, be-


Samenvatting

Van 13 tot en met 16 oktober heeft in Rotterdam het Fifth International Symposium on Geotechnical Safety and Risk (ISGSR) 2015 plaatsgevonden. Naast internationale bijdragen, vooral uit Azië, waren er vele Nederlandse papers en presentaties met resultaten uit het Geo-Impuls ontwikkelprogramma. Al deze resultaten dragen bij aan het uitvoeren van een of meer stappen van de geo-risicomanagementcyclus. Twee

conclusies. Ten eerste, naast cijfers bleek de grote invloed van taal en perceptie op het identificeren, analyseren en beheersen van geotechnische risico’s. Ten tweede, er is meer interactie en synergie mogelijk, en nodig, tussen de wetenschappelijke risicoanalyse en het pragmatische risicomanagement.

Figuur 1 - Resultaten ISGSR2015, gerelateerd aan de zes GeoRM stappen.

trouwbarheidsanalyse en kwantitatieve risicoanalyse (QRA). Zo werd bijvoorbeeld helder gemaakt dat faalkans en veiligheidsfactor wel aan elkaar zijn gerelateerd, maar niet hetzelfde zijn. En dat gebruik van multilagen modellen een theoretisch hogere veiligheid kan geven, waarvoor dan een correctie nodig is. Kwantitatieve risicoanalyse blijkt goed ontwikkeld voor het berekenen van de hellingstabiliteit en dijkveiligheid, maar nog minder voor tunnels en vooral funderingsontwerp. Een combinatie van past-performance data met kwantitatieve analyses is veelbelovend. Bijvoorbeeld om meer inzicht te krijgen in de rol van de menselijke factor, vooral tijdens de uitvoering. De mens kan dan nog wel eens een grotere factor van belang zijn dan de natuurlijke variatie van de ondergrond. Ten slotte is het interessant om te verkennen of vereenvoudigde versies van probabilistische benaderin-

gen als Bayesian Kriging, gebruikelijk in de offshore, waarde kunnen toevoegen voor funderingsontwerpen onshore. Risicomanagementcyclus stappen 4 en 5: risicobeheersing en –evaluatie Diverse case studies, onder andere uit Zweden, de UK en Nederland, tonen aan dat de toepassing van GeoRM waarde oplevert. Zo werd het een “must” genoemd door een spreker van een grote aannemer voor het opstellen van DBFM (Design-Build-Finance-Maintain) contracten. Ook is een interessante visualisatie tool van Nederlandse makelij gepresenteerd, die risicotabellen inzichtelijk maakt, evenals effecten van risicobeheersmaatregelen. Voorbeelden van andere innovaties op het gebied van geotechnische risicobeheersing zijn de inzet van drones (om meer inzicht te krijgen in mechanismen van bezwijkende dij-

27

GEOTECHNIEK - December 2015

ken) en een soort LED-verkeerslichten in tunnels. Deze laatste zijn gekoppeld aan monitoringsgegevens en geven de veiligheidsrisico’s voor de werkers in tunnel aan. Oranje betekent kijken wat er aan afwijkends aan de hand is. Rood betekent wegwezen. Risicomanagementcyclus stap 6: risicorapportage en GeoRM als proces Het werd duidelijk dat momenteel diverse landen bezig te zijn om risicorapportages en het GeoRM proces als geheel te formaliseren in allerlei praktijkrichtlijnen. Ook werd duidelijk dat deze landen, waaronder Zweden, UK, Duitsland en Nederland, allemaal worstelen met het implementeren of inbedden van GeoRM in (project)organisaties. Het werd niet echt duidelijk of dit in de Aziatische landen ook het geval is. Mogelijk als gevolg van cultuurverschillen? Verder was er opvallend veel


Foto 1 - ISGSR2015 in Rotterdam

aandacht voor GeoRM principes en verwante vereisten en gedragingen. Dit sluit aan op de principle-based ISO 31000 richtlijn voor risicomanagement, die een aantal keer tijdens presentaties werd aangehaald. Zo was er een discussie over de risicodefinitie in de ISO richtlijn – risico is effect van onzekerheid op doelstellingen – die niet unaniem wordt gedeeld en gebruikt. Perceptieverschillen tussen betrokkenen en de rol van taal blijft een hoofdrol spelen, ook bij geotechnisch risicomanagement. Drie nieuwe woorden Wat betreft de rol van taal, drie opvallende woorden of begrippen zijn het vermelden waard. Dit vanwege hun herkenbaarheid in de Nederlandse praktijk. De eerste is ADAD, wat staat voor Analyse–Decide–Announce–Defend. Dit is een manier van communiceren die typerend schijnt te zijn voor veel (geo)technici. De effectiviteit hiervan, in de huidige wereld met veel mondige niet-geotechnici (managers, bestuurders, burgers) kwam ter discussie. Het tweede begrip is het Transparantie Dilemma bij omgaan met geotechnische risico’s in en na aanbestedingen. Als een gegadigde partij transparant is over geo-risico’s, en met de maatregelen ervoor tot een hogere prijs komt, dan is er een forse kans het werk niet te krijgen. De minder transparante concurrent die zulke maatregelen niet neemt is immers goedkoper. Anderzijds, worden dergelijke geo-risico’s in dialooggesprekken door

gegadigde niet op tafel gelegd, en ze manifesteren zich later in het project, dan staat die te boek als onbetrouwbare partner. Het antwoord op dit dilemma is nog niet gegeven. Winst is dat het zo open besproken werd. Het derde begrip is de Risico Diamant: een geotechnisch risico kan door z’n beheersmaatregelen juist groter, in plaats van kleiner worden. Pas na aanvullend onderzoek en / of analyse wordt het restrisico kleiner dan het initiële risico. Dit werd gevisualiseerd in de vorm van een diamant. Een mooie metafoor voor een geo-risico, dat meestal vele facetten heeft. Conclusies Wat zijn nou de samenvattende conclusies, uit een symposium waarin zoveel wereldwijde kennis en ervaring over geo-risico’s en veiligheid is uitgewisseld? Twee conclusies. Ten eerste: de grote invloed van taal op het identificeren, analyseren en beheersen van geotechnische risico’s. Dit vanwege de verschillen in perceptie, en daarmee betekenis, die woorden en begrippen oproepen. Genoemde discussie over de risicodefinitie is hiervoor illustratief. De psycholoog Daniel Kahneman won in 2002 de Nobelprijs voor zijn inbreng van de psychologie in de economie. Waar blijft de geotechnische Kahneman, die het effect van psychologie op de geotechniek duidt? Een tweede conclusie: er is meer interactie en synergie mogelijk en nodig tussen (1) de wetenschappelijke risicoanalyse en (2) het pragmatische en expliciete risico-

28

GEOTECHNIEK - December 2015

management. Het eerste wordt vooral gedaan in Azië, het tweede in het Westen. Dit was ook goed zichtbaar in wie welke parallelsessies bezocht. Veelbelovend is dat op het gebied van tunnelbouw en diepe bouwputten, zowel Aziatische als Westerse voorbeelden de integratie van deze twee benaderingen lieten zien. Samengevat, ISGSR2015 gaf een geweldig aantal antwoorden voor geotechnische risicoanalyse en het bijbehorende management. ISGSR2015 riep ook een aantal prikkelende nieuwe vragen op, waarin de wereldwijde geotechnische gemeenschap de tanden kan zetten. Al met al redenen genoeg om in juni 2017 met een stevige geo-delegatie vanuit Nederland af te reizen. Waarheen? Naar ISGSR2017 in Denver, Verenigde Staten. Verantwoording Dit artikel is een bewerking van de slotpresentatie met de ISGSR2015 resultaten, die de auteur op 16 oktober 2015 heeft gehouden. De input voor deze presentatie is geleverd door notities van de sessievoorzitters, gesprekken met de deelnemers en de waarnemingen van de auteur. Net als in de geotechniek resulteert dit in bias en onvermijdelijke subjectiviteit. Speciale dank gaat daarom uit naar prof. Frits van Tol, voor het sparren tijdens het congres en het ontrafelen van de hoofdlijnen. Referentie Schweckendiek, T., van Tol, A.F., Pereboom, D., van Staveren, M.Th., Cools, P.M.C.B.M. (editors). 2015. Proceedings ISGSR2015 Geotechnical Safety and Risk. IOS Press, Amsterdam (ebook: online via http://ebooks.iospress.nl/ book/geotechnical-safety-and-risk-v.).

Internationale GEOSNet Award aan Nederlander toegekend tijdens ISGSR2015 Tijdens het banket van het ISGSR2015 symposium is de GEOSNet Award 2015 uitgereikt aan dr. ir. Martin van Staveren MBA: “In recognition of an individual, who has made impactful contributions to geotechnical risk assessment and management, particularly contributions that have led to safer communities.” Deze onderscheiding van het internationale Geotechnical Safety Network (GEOSNet) is een erkenning voor de ontwikkeling van risicomanagement in de geotechniek, welke Martin van Staveren de afgelopen 15 jaar samen met vele vakgenoten vorm en inhoud heeft gegeven.


IDEEN. INGENIEURE. INNOVATIONEN. HUESKER – Ingenieursoplossingen met geokunststoffen

Geotechniek en funderingstechnieken Het gebruik van HUESKER geokunststoffen in geotechniek en funderingstechnieken maakt bouwen van steile wanden met hoge belasting op moeilijk terrein of op een slappe ondergrond mogelijk – milieuvriendelijk, voordelig en veilig.

Wegenbouw Waterbouw Milieutechniek

www.HUESKER.com De ingenieurs en technici van HUESKER bieden support bij het werken met andere materialen in uw bouwprojekten. Vertrouw op de producten en oplossingen van HUESKER. Agent voor Nederland · CECO B.V. · Tel.: 043 - 352 76 09 · info@cecobv.nl HUESKER Nederland · Tel.: 073 - 503 06 53 · c.brok@HUESKER.nl

Geomil Equipment heeft al ruim 80 jaar ervaring in het ontwikkelen, ontwerpen en vervaardigen van technologie en apparatuur voor bodemonderzoek met de nadruk op Cone Penetration Testing (CPT) techniek.

JLD-Dijkstabilisatie. Nederlands magazine Postbus 147 NL - 1135 ZK Edam Nederland

Tel: E-mail: Website:

+31 0299 622 396 info@JLDdijkstabilisatie.com www.JLDdijkstabilisatie.com

CONTRACTING.COM


De 2015 update van de Nederlandse SBRCURnet Ontwerprichtlijn Paalmatrassystemen

Figuur 1 - Een met geokunststof gewapende paalmatras.

Inleiding In 2000 werd de eerste Nederlandse paalmatras opgeleverd. Een busbaan bij Monnickendam. Sindsdien bouwen we er steeds meer en we hebben er al vele tientallen. Ook internationaal winnen de paalmatrassen aan populariteit. Een paalmatras bestaat uit (Figuur 1): een fundering van palen met daarop paaldeksels en een gewapende matras. De wapening ligt onderin de matras en bestaat uit een of meer lagen geokunststof wapening, van een polymeer zoals bijvoorbeeld polyester. De matras zelf bestaat uit puingranulaat of zand. Een paalmatras wordt gebruikt voor het aanleggen van wegen of spoorwegen in gebieden met een sterk samendrukbare ondergrond, om grote restzettingen of schade aan naastgelegen constructies te voorkomen. Bovendien kan een paalmatras snel worden gebouwd. Sommige paalmatrassen zijn lang, zoals de 14 km lange N210 tussen Krimpen en Bergambacht, of de 3,5 km lange rondweg bij Reeuwijk, die in januari 2016 wordt opgeleverd. Andere paalmatrassen zijn kort en worden bijvoorbeeld ingezet als overgangsconstructie tussen een traditionele aardebaan en een gefundeerd kunstwerk. Sinds 2010 hadden we een Ontwerprichtlijn CUR 226 voor paalmatrassen beschikbaar. Deze ontwerprichtlijn was grotendeels overgenomen van de Duitse EBGEO. Inmiddels zijn we een stuk verder gekomen met de kennis over de werking van paalmatrassen. Er is een betrouwbaarder ontwerpmodel voor de matraswapening beschikbaar. Bovendien waren er vragen over paaldeksel-ontwerp en moest de ontwerprichtlijn worden aangepast aan de Eurocode. Tijd om een update uit te brengen! Wat is nieuw? Dit artikel bespreekt de ‘high-lights’. Ontwerpmodel geokunststof Onze oude richtlijn berekende de matraswapening met een rekenmodel dat is bedacht door

dr. ir. Suzanne J.M. van Eekelen Voorzitter CUR commissie “Ontwerprichtlijn Paalmatrassystemen” Deltares

Zaeske (2001). De Duitse EBGEO had dit model al in gebruik. We kozen voor Zaeske’s model omdat het vrij goede resultaten gaf in vergelijking met metingen in een paar eerste praktijkprojecten. Inmiddels zijn er echter veel meer metingen beschikbaar; resultaten uit zeven praktijkprojecten wereldwijd en een viertal experimentenseries. Figuur 3a laat zien dat Zaeske’s model de gemeten rek gemiddeld met een factor 2.5 overschat. Deltares heeft laboratoriumproeven uitgevoerd en daar een nieuw ontwerpmodel op gebaseerd en Van Eekelen et al., 2015. Dat model rekent in twee stappen. De eerste stap (Figuur 4a) berekent de belastingsverdeling, met behulp van het zogenaamde ‘Concentric Arches model’. In dit model wordt de belasting via de bogen afgevoerd. Hoe groter de boog, hoe meer belasting hij vervoert. Op die manier wordt uitgerekend hoeveel belasting er rechtstreeks naar de palen gaat (belastingsdeel A). Het restant van de belasting gaat naar de geokunststof (B) en de ondergrond (C). In de tweede rekenstap wordt berekend hoeveel rek B+C veroorzaakt in de wapeningsstrip tussen

30

GEOTECHNIEK - December 2015

Figuur 2 - De oude en de nieuwe ontwerprichtlijn.

twee naast elkaar gelegen paaldeksels. Hiermee is de rek en daarmee de trekkracht in de wapening bekend en kan de benodigde sterkte van de wapening worden bepaald. In de tweede rekenstap moet de ‘restbelasting B+C’ van stap 1 worden verdeeld over de strips tussen de palen. De belastingsverdeling op die strip is van belang. Figuur 4b geeft aan met welke


Samenvatting

De Ontwerprichtlijn voor paalmatrassystemen CUR226 is helemaal herzien. Sommige delen zijn nieuw, andere zijn aangepast. Het ontwerp van de geokunststof wapening moet met een nieuwe rekenmethode, met daarbij een eigen set van veiligheidsfactoren. Helemaal nieuw is een hoofdstuk over het ontwerp van de paaldeksels. De richtlijn is aangepast aan de Eurocode, wat bijvoorbeeld consequenties heeft voor de in rekening

te brengen verkeersbelasting. Zeer uitgebreide rekenvoorbeelden maken het verhaal compleet. Dit artikel beschrijft de belangrijkste wijzigingen in de paalmatrassen-ontwerprichtlijn. De update verschijnt eind 2015 in het Nederlands en vervangt de versie van 2010. Begin 2016 verschijnt een Engelse versie van het geokunststof-deel van de richtlijn.

Figuur 3 - Berekeningen vergeleken met metingen in zeven veldprojecten en vier experimentenseries. Het proefschrift van Van Eekelen (2015) geeft de bronnen. Berekeningen zonder model- of veiligheidsfactoren. (a) berekeningen met CUR226:2010 (b) berekeningen met CUR226:2015.

3a belastingsverdeling we gaan werken: • Bij weinig of geen ondersteuning van de ondergrond: de inverse-driehoekige verdeling. • Bij meer ondergrond-ondersteuning: een uniforme belastingsverdeling. Figuur 3b laat zien dat het nieuwe rekenmodel een goede ‘match’ geeft met de metingen. Gemiddeld voorspelt het nieuwe ontwerpmodel een rek van 1.1 maal de gemeten rek. De standaard deviatie is ook kleiner voor het nieuwe model dan voor het oude model. Daarom is het model opgenomen in de nieuwe CUR richtlijn. Model-, materiaal- en belastingsfactoren Kunnen we beter kiezen voor een rekenmodel dat bijna altijd aan de veilige kant zit? Zoals het model in onze oude richtlijn? (Figuur 3a) Of kunnen we beter kiezen voor een model dat de werkelijkheid zo goed mogelijk beschrijft? ((Figuur 3b) En de veiligheid apart beschouwen? De SBRCURnet commissie heeft ervoor gekozen om een model te kiezen dat de werkelijkheid zo goed mogelijk beschrijft, en dat te combineren met een modelfactor. De waarden van de model-, materiaal en belastingsfactoren zijn bepaald met behulp van een statistische veiligheidsanalyse. Hierbij wer-

3b den de suggesties gevolgd van EC 1990 (2011, Eurocode 0). De verschillen tussen de gemeten en berekende waarden (Figuur 3b) zijn statistisch beschouwd en vervolgens zijn er Monte Carlo analyses uitgevoerd voor enkele referentiecases. Hiermee werd een modelfactor van 1.4 bepaald. Als de berekende rekken met deze modelfactor van 1.4 worden vermenigvuldigd, dan vinden we in 95% van de gevallen een waarde die hoger ligt dan de gemeten waarde. Dus de realiteit is erger dan de berekening in 5% van de gevallen. Vervolgens zijn er drie sets van partiële materiaal- en belastingsfactoren bepaald, die met de modelfactor zijn verbonden. Van Duijnen et al. (2015, ook gepubliceerd in de GeoKunst die tegelijk met deze Geotechniek werd verzonden hebben dit hele proces beschreven en zij lieten zien dat de gevonden set van factoren voldoen aan de betrouwbaarheids indices die worden voorgeschreven door EC 1990 (2011, Eurocode 0). De waarden van de gevonden model-, materiaal- en belastingsfactoren zijn gegeven in Tabel 1. Voor welke situaties is het ontwerpmodel gevalideerd? De nieuwe ontwerprichtlijn is bedoeld voor paal-

31

GEOTECHNIEK - December 2015

matrassen met een geokunststof wapening. De validatie van de ontwerpregels voor de geokunststof wapening zijn uitgevoerd met metingen aan paalmatrassen (Van Eekelen et al., 2015): • met een hart-op-hart afstand < 2.50 meter; • waarbij wapeningslagen van geogrids, eventueel gecombineerd met geweven geotextiel zijn toegepast (geogrid op geotextiel); • waarbij de grondwaterstand onder of heel kort boven de paaldeksels staat;


Tabel 1 - Belasting- en materiaalfactoren dimensionering matraswapening BGT Parameter

Factor

Modelfactor

Veiligheidsklasse in UGT

(β ≥ 2,8)

RC1 (β ≥ 3,5)

RC2 (β ≥ 4,0)

RC3 (β ≥ 4,6)

1,40

1,40

1,40

1,40

Verkeersbelasting, p

γM γf;p

1,00

1,05

1,10

1,20

Tangens hoek van inwendige wrijving, tan ϕ′

γm;ϕ

1,00

1,05

1,10

1,15

Volumiek gewicht vul-materiaal, γ *)

γm;γ

1,00

0,95

0,90

0,85

Beddingsconstante ondergrond, ks

γm;k

1,00

1,30

1,30

1,30

Axiale stijfheid geokunststof wapening, EAg

γm;EA

1,00

1,00

1,00

1,00

Sterkte geokunststof wapening, Tr

γm;T

1,00

1,30

1,35

1,45

γM is de modelfactor waarmee de berekende rek vermenigvuldigd dient te worden γf is de belastingsfactor, Fs;d = γf . Fs;rep γm is de materiaalfactor, Xd = Xk / γm

*) Verhoging van het volumiek gewicht is ongunstig, vandaar een getal kleiner dan 1,0

• waarbij 0.5 < H/(sd - deq) < 4.0; met H (m) is de hoogte van de aardebaan, sd (m) is de diagonale hart-op-hart afstand van de palen en deq (m) is de (equivalente) diameter van de paaldeksel • met verticale spanningen op de paaldeksels tot 1451 kPa. In de praktijk zijn echter al diverse paalmatrassen gerealiseerd met verticale spanningen boven de paaldeksel van 2000 kPa. De verkeersbelasting De nieuwe ontwerprichtlijn heeft nieuwe tabellen waaruit de maatgevende verkeersbelasting kan worden afgelezen. De waarden in deze tabellen zijn bepaald op basis van de verkeersbelasting zoals gegeven in belastingmodel BM 1 van de Eurocode NEN-EN 1991-2. Deze belastingen zijn voor verschillende paalstramienen en matrasdiktes omgerekend naar een uniform verdeelde belasting. Er zijn tabellen gemaakt voor situaties met één of twee rijstroken en met verschillende verkeersintensiteiten. Het omrekenen is op dezelfde manier gedaan als bij de vorige ontwerprichtlijn: - een aslast wordt gespreid conform Boussinesq. - de belasting spreidt over een spreidingshoogte (aardebaanhoogte H) van wegdek tot aan het wapeningsniveau, -  voor de verharde bovenlaag mag een extra spreidingshoogte worden gerekend, - de aslasten komen elkaar vanaf een bepaalde diepte ‘tegen’ en worden dan gesuperponeerd, - binnen één grid van vier palen wordt de maximale mogelijke belasting gemiddeld.

Dit resulteerde in de tabellen met verkeersbelastingen. De waarden zijn afhankelijk van de maximale aslast, spreidingshoogte H, en hart op hart afstand s van de palen. Zwaar verkeer, dunne matras De passage van een zware vrachtwagen heeft invloed op de krachtoverdracht in een paalmatras; zeker als de aardebaan relatief dun is. We hebben inderdaad in de ‘Kyotoweg’ gemeten dat de boogwerking tijdelijk afneemt bij een zware passage (Van Eekelen et al., 2010). Hierdoor neemt de belasting op de geokunststof dus tijdelijk iets toe. De boogwerking bleek zich overigens na de vrachtwagen passage weer te herstellen. Heitz (2006) heeft een PhD studie gedaan, waarbij hij een relatief hoge dynamische belasting non-stop op een proefopstelling zette. Hij toonde aan dat: -  boogwerking vermindert door een cyclische zware belasting - boogwerking zich weer herstelt als de aardebaan rust krijgt - de cyclische belasting minder invloed heeft op de boogwerking als: • de aardebaan dikker is. •  de matras wordt gewapend met een geokunststof wapening. Dit laatste, wat we in Nederland altijd doen, heeft veel invloed: de invloed van de cyclische belasting wordt echt veel minder. Heitz (2006) heeft op basis van zijn proeven een empirisch model afgeleid waarmee de boogwer-

32

GEOTECHNIEK - December 2015

king kan worden gereduceerd; het zogenaamde κ (kappa) model. Dit κ model is aan de veilige kant omdat Heitz het baseerde op zijn ongewapende proeven. De proeven dus waar de meeste invloed op de boogwerking werd gemeten. Dit κ model was ook al opgenomen in de 2010 versie van onze richtlijn. Nu is echter de bepaling van de waarde van de parameter κ aangepast, en daarmee in overeenstemming gebracht met de oorspronkelijke bedoeling van Heitz. Ontwerp palen In de vorige versie van CUR226 namen we aan dat een paalmatras niet-stijf is. Dat betekent dat we ervan uit gingen dat de matras de belasting niet kan herverdelen als een paal uit valt. De regels over het wel of niet stijf zijn van de matras zijn nu wat genuanceerd: als een matras voldoende dik is (H/(2·sd- deq) ≥ 0,66) wordt aangenomen dat het matras toch stijf is, dus dat de matras de belasting wel kan herverdelen bij de uitval van een paal. In deze formule is H (m) de dikte van de matras, sd (m) de diagonale hart-ophart afstand van de palen en deq (m) de (equivalente) diameter van de paaldeksel. Het wel of niet stijf zijn van een matras heeft consequenties voor de waarde van ξ, zie NEN 9997-1, nationale bijlage A.3.3.3. De palen worden verder, net als in de vorige richtlijn, zo ontworpen dat ze de volledige belasting en de negatieve kleef kunnen dragen. De draagkracht, negatieve kleef en zakking van de paal worden bepaald volgens NEN 9997-1. Ontwerp paaldeksels Een paaldeksel is rond of rechthoekig en heeft meestal afgeronde randen en hoeken zodat de geokunststof niet beschadigd wordt. Een veel voorkomende maat van een rechthoekig paaldeksel is 0.75m x 0.75m x 0.30m; hij is dus kort en gedrongen in vergelijking met ‘normale’ betonnen constructies. Normaal kan een betonnen element van deze dikte makkelijk enkele meters overspannen. Nieuw in de nieuwe ontwerprichtlijn is een hoofdstuk over het ontwerp van de (rechthoekige) paaldeksel. De belasting op de paaldeksel bestaat uit: • de verticale belasting (A) ten gevolge van de boogwerking uit de matras, gelijkmatig verdeeld over het bovenoppervlak van de paaldeksel. • de trekkracht (B) in de geokunststof wapening, die onder een bepaalde hoek op de randen van de paaldeksel werkt • De krachtsinleiding van de paal onder de paal-


DE 2015 UPDATE VAN DE NEDERLANDSE SBRCURNET ONTWERPRICHTLIJN PAALMATRASSYSTEMEN

Figuur 4 - Het nieuwe Concentric Arches ontwerpmodel (Van Eekelen, 2015 en Van Eekelen et al., 2015) voor de geokunststof wapening rekent in twee stappen: (a) stap 1 berekent de belastingsverdeling en (b) stap 2 rekent de rek uit die ontstaat in de wapeningsstroken tussen twee naast elkaar gelegen paaldeksels.

4a

4b

deksel. Deze kracht wordt met een oplegblok gelijkmatig verdeeld over het oplegvlak, zodat de paal niet wordt gemodelleerd als een soort priem. De paaldeksel wordt vervolgens onder andere gecontroleerd op pons en buiging. De paaldeksel is normaal zo dik, dat pons geen rol speelt. De wapening in de deksel moet voor buiging voldoen aan de toets op sterkte (UGT) en duurzaamheid (scheurwijdte, BGT). Het verschuiven van de momentenlijn bij sterkte heeft bij dit type constructie een grote impact. Rekenvoorbeelden De nieuwe ontwerprichtlijn geeft een serie zeer uitgebreide rekenvoorbeelden, zowel voor het ontwerp van de geokunststof als voor het ontwerp van de paaldeksels. Eindige elementen berekeningen Het ontwerp van de geokunststof wapening moet analytisch, niet numeriek. Numerieke berekeningen zijn echter meestal wel noodzakelijk voor het bepalen van bijvoorbeeld vervormingen en momenten en dwarskrachten in

de palen. Hiermee bepalen we de invloed: - op naastgelegen objecten - van naastgelegen bestaande of toekomstige objecten -  horizontale belastingen van verkeer of spreidkrachten in de aardebaan. In de ontwerppraktijk worden vrijwel altijd 2D berekeningen uitgevoerd in langs- en dwarsrichting. De paalmatras is echter een 3D constructie, zodat er voldoende zorg moet worden besteed aan zaken als paalstijfheid, het gedrag van de grond tussen de palen (schelpeffect), het zettingsgedrag van de paal en het vectorieel sommeren van momenten en dwarskrachten. De berekeningen moeten rekening houden met de relevante constructie fasen, secundaire effecten en er moet een ‘spleet’ worden toegepast tussen de ondergrond en de geokunststof in de gevallen dat de ondergrond-ondersteuning in de loop der jaren zal verdwijnen. Er is bij de numerieke berekeningen voor gekozen

33

GEOTECHNIEK - December 2015

om aan te sluiten bij de richtlijn voor het ontwerp van Damwandconstructies (CUR 166). Dit houdt in dat de numerieke berekening de volledige fasering van de aanleg en de in gebruikname van de constructie moet meenemen. Per doorsnede zijn twee numerieke berekeningen nodig. De eerste wordt uitgevoerd met rekenwaarden, waarbij ervoor gekozen mag worden om in de fasering alleen de maatgevende fase met rekenwaarden uit te voeren en de overige fasen met karakteristieke waarden (analoog aan een damwandconstructie). De tweede berekening wordt uitgevoerd met karakteristieke waarden. De resultaten van de tweede berekening moeten worden vermenigvuldigd met de factor 1,2 en vervolgens vergeleken met de resultaten van de eerste berekening. De hoogste waarden zijn de maatgevende paalmomenten en dwarskrachten. Dankwoord Ten behoeve van het voor de richtlijn uitgevoerde kennisprogramma zijn financiële en/of in kind bijdragen ontvangen van: Arthe Civil & Structure, Ballast Nedam, Bonar, BRBS Recycling (Branchevereniging Sorteren en Breken), Citeko / NAUE / BBGEO, CRUX Engineering, Deltares, Fugro GeoServices, Grontmij, Huesker / Geotec Solutions, Movares, Nederlandse Geotextielorganisatie (NGO), Rijkswaterstaat GPO, RPS Adviesen ingenieursbureau, Stichting Fonds Collectieve Kennis - Civiele Techniek (FCK-CT), TenCate, Strukton, Voorbij Funderingstechniek. SBRCURnet spreekt haar dank uit aan al de leden van de commissie en hun organisaties, voor de geleverde bijdrage aan dit resultaat. Referenties • CUR 166, 2012, Damwandconstructies. ISBN 90 3760 073 5. • CUR 226, 2010. Ontwerprichtlijn paalmatrassystemen (Design Guideline Piled Embankments), ISBN 978-90-376-0518-1. • CUR 226, 2015. Ontwerprichtlijn paalmatrassystemen •  Van Duijnen, P.G., Schweckendiek, T., Calle, E.O.F., van Eekelen, S.J.M., 2015. Calibration of partial factors for basal reinforced piled embankments. In: Proceedings of ISGSR2015 Risks, Rotterdam. Tevens gepubliceerd in GeoKunst, Geotechniek, December 2015 • Van Eekelen, S.J.M., Bezuijen, A., Alexiew, D., 2010. The Kyoto Road Piled Embankment: 31/2 Years of Measurements. In: Proceedings of 9 ICG, Brazil, 1941-1944. •  Van Eekelen, S.J.M., 2015. Basal Reinforced Piled Embankments. Proefschrift TU Delft. ISBN 978-94-6203-825-7 (print), ISBN 978-946203-826-4 (electronische versie). Download-


baar op www.paalmatrassen.nl of www.piledembankments.com, inclusief een excel met het rekenmodel. • Van Eekelen, S.J.M., Bezuijen, A. van Tol, A.F., 2015. Validation of analytical models for the design of basal reinforced piled embankments. Geotextiles and Geomembranes. Volume 43, Issue 1, 56 - 81. • Heitz, C., 2006, Bodengewölbe unter ruhender und nichtruhender Belastung bei Berücksichtigung von Bewehrungseinlagen aus Geogittern. Schriftenreihe Geotechnik, Uni Kassel, Heft 19. ISBN-10: 3-89958-250-0. • NEN 6788, Het ontwerpen van stalen bruggen, basiseisen en eenvoudige rekenregels (VOSB 1995). • [21] NEN 9997-1, Geotechnisch ontwerp van constructies – Samenstelling van NEN-EN 1997-1, NEN-EN 1997-1/NB en NEN 9097-1 Aanvullingsnorm bij NEN-EN 1997-1. • Zaeske, D., 2001, Zur Wirkungsweise von unbewehrten und bewehrten mineralischen Tragschichten über pfahlartigen Gründungselementen. Schriftenreihe Geotechnik, Uni Kassel, Heft 10. ISBN 3-89792-048-4. •  NEN-EN 1991-2 Eurocode 1: belastingen op constructies – Deel 2: Verkeersbelastingen op bruggen, inclusief Nationale Bijlage 2009 Ontw.

Samenstelling SBRCURnet Commissie Ontwerprichtlijn Paalmatrassystemen Vaste deelnemers werkgroep / auteurs: - dr.ir. Suzanne J.M. van Eekelen (Deltares; voorzitter SBRCURnet commissie; ontwikkeling en validatie ontwerpmodel geokunststof en rekenvoorbeelden) - ir. Marijn H.A. Brugman (Arthe Civil & Structure; rapporteur SBRCURnet commissie) - ing. Piet G. van Duijnen (Geotec Solutions, voorheen Huesker; veiligheidsfilosofie; bepaling modelfactor en partiële factoren) - ir Jacques Geel (Heijmans, voorheen Ballast Nedam; rekenregels en –voorbeeld paaldeksel) - ing. Martin de Kant Royal (HaskoningDHV; eigenschappen matrasvulling) - ir. Maarten ter Linde (Strukton) - ir. Eelco Oskam (Movares) - ir. Marco G.J.M. Peters (Grontmij; verkeersbelasting) - ir. Maarten Profittlich (Fugro GeoServices; rekenvoorbeelden) - ir. Daan Vink / ir. Bas Snijders (CRUX Engineering: numerieke modellering, randoplossingen, stijf/niet-stijf matras) - Dipl.-Ing Lars Vollmert (Naue / BBG: aanpassing κ model)

Aanvullend zaten in de plenaire klankbordgroep: - ir. Joris van den Berg (Bonar) - ir. Henkjan Beukema (Rijkswaterstaat GPO) - ir. Jeroen W. Dijkstra (Cofra) - ing. C.A.J.M. Brok (Huesker) - ing. Dick W. Eerland (Eerland Bouwstoffen Management) - ir. Diederick Bouwmeester (Ballast Nedam) - ir. Jos Jansen (Volker InfraDesign) - ing. Leo Kuljanski (Tensar) - ir. Herman-Jaap Lodder (RPS Advies- en ingenieursbureau; review formules ontwerpmodel) - Gert Koldenhof (Citeko) - ing. Sander Nagtegaal (Voorbij Funderingstechniek) - ir. Tara C. Van der Peet (Witteveen + Bos: review gehele richtlijn) - drs. Jeroen Ruiter (TenCate Geosynthetics) - ir. Robbert Drieman, (projectmanager SBRCURnet, nu werkzaam bij Fugro)

Deltagoot Hydrodynamisch onderzoek op ware grootte

De Deltagoot biedt kostenefficiënte en toekomstbestendige oplossingen voor:

De Deltagoot is een unieke testfaciliteit

• waterkeringen, duinen, golfbrekers

waar op ware grootte kan worden getest

• off shore constructies

wat het effect is van extreme golven op

• bescherming van kabels en pijpleidingen

dijken, duinen, golfbrekers of off shore constructies. Waterbouwkundige constructies kunnen natuurgetrouw worden beproefd

• geotubes en geocontainers • reststerkte van dijken en steenzettingen • verweking van de ondergrond • nature based toepassingen zoals golfdempende werking van vegetatie

onder controleerbare en extreme omstandigheden.

www.deltares.nl/deltagoot


1x formaat 208(b)x 134(h)

Enkadrain速. De drainagemat voor o.a. parkeerdaken, pleinen en kelderwanden. Enkadrain draineert, filtreert en beschermt. De drukstabiliteit en langetermijnprestaties van Enkadrain zijn uitstekend. Daarnaast is Enkadrain licht, flexibel en eenvoudig te installeren.

Dra inag e ond er plei

n Sted elijk Museum

, Am sterdam

Bonar Westervoortsedijk 73 / 6827 AV Arnhem / T +31 85 744 1300 F + 31 85 744 1310 / info@bonar.com / www.bonar.com

42

geotechniek _Oktober_2014_v2.indd 42

Geokunst - Oktober 2014

28-08-14 13:54


Hei- en trilbaarheid palen en damwanden

SBRCURnet Commissie 1694

Inleiding “Heierij is Loterij”, in het verleden was een veelgehoorde kreet wanneer het ging om het voorspellen van het gedrag van palen en damwanden. Schade aan de in te brengen elementen en het niet op diepte kunnen krijgen daarvan zijn bekende voorbeelden, zie Figuur 1. Daarnaast is er altijd een bepaald risico op hinder en schade in de omgeving van hei- en trilwerk (zie Figuur 2). De problemen en onzekerheden omtrekt het gedrag tijdens het inheien en intrillen hebben de afgelopen jaren bij velen deskundigen de nodige hoofdbrekens gekost. De vraag, hoeveel klappen per tocht (de kalenderwaarde) of welke indringsnelheid kan worden verwacht bij een bepaalde grondgesteldheid, is tot op de dag van vandaag nog zeer actueel. Jarenlang heeft men diverse heiformules ontwikkeld die een verband beschrijven tussen draagvermogen en de heiweerstand. Met een heiformule leek het in principe mogelijk om, op basis van gegevens over de paal, het bezwijkdraagvermogen en het heiblok, de kalenderwaarde te voorspellen. Een verzameling van deze heiformules is grafisch weergegeven in Figuur 3. Figuur 3 illustreert dat er een enorme spreiding aanwezig is bij de schatting van de heiweerstand op basis van heiformules. De heiformules die-

nen dan ook met zeer veel terughoudendheid te worden toepast voor de beoordeling van de hei- en trilbaarheid en zijn overigens ongeschikt gebleken voor het bepalen van het statische draagvermogen. Voor het uitvoeren van een hei- of / trilbaarheidspredictie bestaat vandaag de dag een scala van methoden ter beschikking en is enorm veel kennis en ervaring opgebouwd in de afgelopen decennia. Deze kennis en ervaring is echter slechts beschikbaar binnen een kleine groep van deskundigen. De ‘gemiddelde’ ontwerper / adviseur heeft die kennis vaak niet of weet er niet goed mee om te gaan. Het gevolg is dat de risico’s bij het installeren van palen en damwanden onnodig toenemen. Als gevolg van de toenemende behoefte aan een risicogestuurde aanpak neemt de vraag naar hei- en intrilpredicties de afgelopen jaren toe. Dat is de reden dat de sector heeft gevraagd om alle kennis en ervaring te bundelen in een goed toegankelijk handboek voor de Nederlandse bouwpraktijk op land en offshore. Onderzoek en beoordeling van hei- en trilbaarheid Het ontwerp van paalfunderingen en damwandconstructies houdt, behalve het vaststellen van

Figuur 1 - Resultaat van een slecht hei- of trilbare damwand.

36

GEOTECHNIEK - December 2015

Roel Brouwer

Mark Peter Rooduijn

het funderingsniveau en het bepalen van de dwarsdoorsnede, ook in dat het werk probleemloos uitgevoerd moet kunnen worden. Zonder van alle uitvoeringsdetails op de hoogte te zijn, moet de ontwerper een redelijk gevoel hebben of zijn ontwerp kan worden uitgevoerd en wat de risico’s hiervan zijn. Het kunnen voorspellen van het gedrag tijdens heien en trillen is om die reden zinvol, maar vergt echter wel de nodige kennis en ervaring van de ontwerper. Als leidraad voor het uitvoeren van een hei- of trilpredictie is door de commissie een stappenplan opgesteld, waarmee een optimale en eenduidige aanpak mogelijk is. Met deze aanpak kan tevens worden gewerkt aan bevordering van het leerproces. Voor een goed onderbouwd en uitvoerbaar heien trilwerk met een zo laag mogelijk risicoprofiel, zal gedegen onderzoek moeten worden gedaan naar de eigenschappen en het gedrag van de ondergrond, het installatieproces en de keuze van materiaal, materieel en personeel. De omvang en intensiteit van de analyses en het onderzoek naar hei- en trilbaarheid dient primair te worden bepaald op basis van het risicoprofiel dat bij het onderhavige project hoort. Voor vrijwel elk werk zal op een globale of uitgebreide manier een risicoanalyse moeten worden Figuur 2 - Resultaat van schade in de omgeving van trilwerkzaamheden.


Samenvatting

Vanaf het najaar van 2013 is door SBRCURnet Commissie 1694 gewerkt aan het handboek hei- en trilbaarheid van palen en damwanden. Het handboek bevat de huidig beschikbare kennis, praktische aanbevelingen en een stappenplan om te komen tot een zo optimaal mogelijk en eenduidig proces voor

gedaan. Uit deze analyse zal moeten blijken of het betreffende element goed hei- of trilbaar is en de risico’s voor de omgeving acceptabel zijn. Belangrijke aspecten die in het onderzoek moeten worden meegenomen en beoordeeld zijn: • Beheersing van risico’s gerelateerd aan heien en trillen. De risico’s op schade en hinder dienen voor elk project in de ontwerpfase systematisch te worden geïnventariseerd en onderkend [3]. Een juiste inschatting van het benodigde materiaal, materieel en de eigenschappen van de ondergrond is nodig om schade en hinder te voorkomen. Denk aan fysieke schade (paal-

de hei- en trilbaarheid van palen en damwanden. Naast de theorie is ruim aandacht besteedt aan de rol van de ondergrond en de uitvoeringsaspecten. Met het ontwikkelde handboek is de basis gelegd voor een doordachte risicobeoordeling en een realistische werkwijze.

breuk, grote damwandvervormingen, scheuren in en verzakkingen van belendingen) en omgevingshinder (trillingen en geluid). De betrouwbaarheid van de schadeverwachting is direct gerelateerd aan de kwaliteit van de voorspelling die mede door de materieelkeuze en de kennis van de ondergrond wordt bepaald. • Beoordeling van de maakbaarheid van het ontwerp.  Onrealistische funderingsontwerpen kunnen grote financiële risico’s met zich mee brengen. Een voorbeeld hiervan is de keuze van te diepe inheiniveaus met een grote kans op (zeer) hoge kalenderwaarden met als gevolg

Figuur 3 - Het berekende verband tussen paaldraagvermogen en heiweerstand (bron: [1 en 2]). Op de horizontale as de indringweerstand (in ton force) en op de verticale as de zakking van de paal over de laatste klap.

schade aan palen, materieel en omgeving. Ook te pessimistische ontwerpen komen voor, waarbij het ontwerp ten onrechte op voorhand wordt afgekeurd omdat de effecten van het heien of trillen onhaalbaar of ontoelaatbaar werden geacht. Een belangrijke oorzaak van een onrealistisch ontwerp ligt vaak in slechte prognoses, het gebrek aan kennis over de ondergrond en beperkte affiniteit/communicatie met de praktijk [4]. • Beoordeling van de uitvoerbaarheid van het werk.  Grondgegevens zijn meestal beperkt en slechts op bepaalde locaties voorhanden. Bij het funderingsontwerp is altijd sprake van een mate van onzekerheid over de ondergrond, waardoor interpolatie of extrapolatie nodig is. Wanneer een betrouwbare en representatieve prognose van het hei- of trilwerk beschikbaar is, kunnen afwijkingen in grondgesteldheid tijdens de uitvoering beter worden geschat en beoordeeld. Bijvoorbeeld lokale variaties in diepteligging van draagkrachtige grondlagen. Op basis van deskundig inzicht kunnen vervolgens tijdig correctieve maatregelen worden getroffen. Dit principe kan ook worden toegepast als ‘Observational Method’ [5]. • Beschikbaarheid van het benodigde materieel te denken valt aan beperkt beschikbaar materieel voor zware en/of complexe heiwerken of in drukke bouwperiodes. Onverwachte heiof trilproblemen kunnen dan grote financiële consequenties hebben. Het maken van een betrouwbare hei- of trilpredictie vereist deskundigheid en ervaring, die alleen kan worden verkregen door enerzijds veel hei- of trilbaarheidspredicties te doen en anderzijds door het inbrengen van de elementen systematisch te analyseren en te beoordelen. Hierbij dient steeds consequent de cyclus van: • prognose; • monitoring (van wat wordt werkelijk waargenomen); • en (post)analyse te worden doorlopen, waardoor een doorlopend leerproces wordt bevorderd.

37

GEOTECHNIEK - December 2015


Figuur 4 - Het stappenplan voor hei- en trilbaarheidspredicties.

Indien de hei- of trilbaarheid volgens het handboek is onderzocht, kan men er vanuit gaan dat een realistische werkwijze is gekozen. Uiteraard blijven de onzekerheden, die het bouwen in grond met zich meebrengt, bestaan. Geologie en eigenschappen grond Het gaat bij heien en trillen van palen en damwanden vooral om de grondeigenschappen die de (dynamische) grondweerstand bepalen. Denk aan de dichtheid, consistentie, cohesie en ongedraineerde schuifsterkte, maar ook de korrelverdeling en korrelvorm zijn van belang. De eigenschappen van grond worden bepaald door het materiaal waaruit ze zijn opgebouwd, de aanwezigheid van grondwater en de wijze waarop ze zijn afgezet. Duinzand is bijvoorbeeld afgezet door de wind en relatief los gepakt terwijl glaciale zanden (eerder belast door landijs) zeer vast gepakt en overgeconsolideerd zijn. De geotechnische eigenschappen van grond bepalen het grondgedrag (spanning-rek relaties) en spelen daarmee een belangrijke rol bij het begrijpen van de mechanismen die optreden bij heiend of trillend installeren van de palen en damwanden. In het handboek wordt ruim aandacht besteed aan de eigenschappen van de belangrijkste grondsoorten zand, grind klei, leem en glauconiet (houdend zand), de ontstaansgeschiedenis en het gedrag van deze grondsoorten bij heien en trillen.

Figuur 5 - De leercyclus.

Aandachtspunten bij damwanden De in het handboek beschreven predictiemethoden voor heien en trillen zijn in principe toepasbaar voor palen en damwanden. De benadering voor damwanden is grotendeels identiek aan die voor palen. Specifieke randvoorwaarden die gelden voor damwanden, zoals de wrijvingskracht die als gevolg van slotwrijving optreedt, moeten in de modellering worden meegenomen. Dit kan bijvoorbeeld als toeslag op de grondeigenschappen. Deze kracht is echter van een groot aantal factoren afhankelijk. Daarnaast is de flexibiliteit van de plank (vergeleken met een relatief stijve paal) een extra aandachtspunt. Naast de uitgebreide hei- en tril predictiemethoden beschreven in het handboek is in CURpublicatie 166 voor damwanden de ruwe maar eenvoudig toepasbare methode met de z.g. NVAF-PSD grafieken beschikbaar. Aan de hand van een relatie tussen planklengte

38

GEOTECHNIEK - December 2015


HEI- EN TRILBAARHEID PALEN EN DAMWANDEN SBRCURNET COMMISSIE 1694

Tabel 1 - Overzicht uitvoeringsrisico’s bij paalinstallatie met oorzaak en remedie. Risico / Incident

Oorzaak

Beheersmaatregel / Remedie

Te verwachten kalender te laag

- Grondopbouw anders - Energie blok te hoog - Prognose fout

- Nasonderen, herberekenen draagkracht - Met minder energie heien - Check hei analyses / PDA meting - Naheien (na verificatie dat paalpunt daadwerkelijk op stuit staat)

Te verwachten kalender te hoog

- Grondopbouw anders - Energie blok te laag - Prognose fout - Verdichting - Nieuwe mutsvulling - Wateronderspanning (bemaling) - Grondslag droog zand

- Nasonderen, herberekenen draagkracht - Check werking hamer, zwaardere hamer - Check hei analyses / PDA meting - Check palenplan en volgorde - Verversen op ander moment - Voorboren en fluïderen - Zwaardere hamer (indien beschikbaar en toelaatbaar) - Inwateren, voorboren en/of fluïderen

- Grondopbouw anders, stijve klei - Te veel kleef, inheidiepte

- Trillend trekken - Toepassen snelslagmodule in blok - Leffer toepassen - Ratio voetplaat/buisschacht vergroten

- Paalbreuk - Andere grondslag

- Akoestisch doormeten - Nasonderen - Ander inheiniveau kiezen

- Obstakel - Andere grondslag

- Oorzaak verifiëren. - Nasonderen - Nagaan of de paal kan functioneren - Gebruik Crusher overwegen - Andere paallocatie / inheiniveau kiezen

Casing niet kunnen trekken (Vibro)

Plotseling aflopende kalender

Plotseling oplopende kalender

- Trekspanningen Paal(kop)schade

Scheurvorming (trekspanningen)

- Te zware hamer - Obstakel - Verkeerde, slechte mutsvulling - Te jonge palen - Transport –hijsen (prefab) - Doorheien van vast gepakte lagen - tot in slappe laag (reigen)

- Laagopbouw beschouwen en met minder slappe lagen doorheien - Lichtere hamer keizen - Gebruik Crusher overwegen - Mutsvulling aanpassen - > 2 weken - Energie niveau verlagen - Toepassen van “dode klappen”

Verlopen van de paal

- Verdichting door naburige palen - Verkeert stellen van de paal - Obstakels - Verlopende laagopbouw

- Palenplan verifiëren / aanpassen - Werkproces aanpassen, makelaar goed uitlijnen

Opheien

- Te veel grondverdringing bij grond (paalgroepen) in cohesieve

- Paalstramien aanpassen

- Trillingen en/of zettingen

- Trillingsrisicoanalyse - Monitoring van trillingen en zetting - Bouwkundige opname van de belendingen - Funderingsonderzoek

Schade aan de omgeving

en weerstandsmoment kan, op basis van een fictief uniform zandprofiel of 11 sondeerbeelden van verschillende karakteristieke locaties in Nederland, worden geschat of schadevrij installeren haalbaar is. Men dient bij het hanteren van de grafieken echter de nodige terughoudendheid te betrachten. De moderne damwandplanken worden vanuit economisch oogpunt steeds sterker, stijver en lichter bij het zelfde weerstandsmoment. De hei- en trilbaarheid van een damwandprofiel wordt vooral bepaald door de vormvastheid en

robuustheid van het profiel. Het weerstandmoment zegt echter niet alles over deze eigenschappen, zodat het weerstandsmoment als enige ingang voor heibaarheidsgrafieken in principe niet correct is. Materiaaldikte, plankbreedte en staaldoorsnede moeten worden meegewogen bij het bepalen van de hei- en trilbaarheid. Het stappenplan Als leidraad voor het uitvoeren van een hei- of trilpredictie is een stappenplan opgesteld. Het uitgangspunt is dat gebruik wordt gemaakt van

39

GEOTECHNIEK - December 2015

de eendimensionale golftheorie en de daarop geënte programmatuur (Wave equation software). Het stappenplan is schematisch weergegeven in Figuur 4. Een belangrijk onderdeel van het stappenplan is de leercyclus. Omdat de voor handen zijnde methodieken veelal zijn gebaseerd op ervaring en empirie, is het van belang om de modellen en uitgevoerde predicties te toetsen aan de praktijk. Indien deze toetsing aanleiding geeft tot het bijstellen van de modellen, kan het resultaat worden ingezet voor het vervolg van het project


en voor toekomstige projecten. Dit is de essentie van de leercyclus. Het betreft een zogeheten “double loop” kwaliteitssysteem, dat zal leiden tot een hogere betrouwbaarheid van predicties. De leercyclus is schematisch weergegeven in Figuur 5. Om tot kwaliteitsverbetering van de predicties te komen, dienen alle stadia van de leercyclus te worden doorlopen. De leercyclus is een wezenlijk onderdeel van het stappenplan. Uitvoeringsaspecten Hoe goed een hei- of trilprognose ook is uitgevoerd en hoe veel tijd er ook aan de voorbereiding is besteedt, de praktijk van het heien en trillen is weerbarstig. In het handboek is een uitgebreid overzicht gegeven van de aspecten die mogelijk problemen kunnen veroorzaken in de praktijk van het heien en trillen. Tevens zijn oplossingen, aanbevelingen en richtlijnen gegeven om problemen en faalkosten te voorkomen. Om de problematiek kracht bij te zetten zijn praktijkervaringen verzameld.

In veel gevallen is de heterogeniteit van de ondergrond de oorzaak van problemen. Soms zijn het obstakels in de ondergrond die voor afwijkingen van het verwachte werkproces zorgen. Ook een gebrekkige communicatie tussen de betrokken partijen kan uiteindelijk de oorzaak zijn van problemen [4]. De ontwerper en de uitvoerder spreken “elkaars taal” niet. Het komt ook regelmatig voor dat de uitvoerende partij niet vroegtijdig bekend is, waardoor er niet kan worden meegepraat over mogelijke risico’s, of dat er geen tijd wordt genomen om een uitvoerende partij bij het ontwerp te betrekken. In Tabel 1 en Tabel 2 is een overzicht gegeven van vaak voorkomende incidenten / risico’s bij het installeren van palen en damwanden, waarbij tevens is aangegeven wat de oorzaken kunnen zijn en welke remedie of beheersmaatregelen wordt aanbevolen.

belangrijk aspect is. Zoals in de leercyclus is aangegeven, is het continu verzamelen, goed documenteren en toepassen van die ervaringen van zeer groot belang. Alleen dan kan sprake zijn van een gecontroleerd ontwerp- en uitvoeringsproces. Literatuur 1. Handboek paalfunderingen, geprefabriceerde betonnen heipalen in theorie en praktijk, deel 3, 1998, PREPAL, Woerden 2. Grondmechanica, Ir. T.K. Huizinga, Agon/Elsevier 1969 3. Staveren M. van, Geotechniek in beweging, Praktijkgids voor risico gestuurd werken, 3de druk, 2011 4. Geo-Impuls, Ontwerp en uitvoering een kloof om te overbruggen, november 2012 5.  SBRCURnet/Geo-Impuls publicatie “Handreiking Observational Method” Delft, april 2015, artikelnummer 679.15.

Tot slot In het handboek is zo veel mogelijk bestaande kennis en ervaringen gebundeld. Heien en trillen blijft echter een specifiek vakgebied binnen de geotechniek, waarbij ervaring een zeer

Tabel 2 - Overzicht uitvoeringsrisico’s bij damwandinstallatie met oorzaak en remedie. Risico / Incident

Oorzaak

Beheersmaatregel / Remedie

- Droog zand Te veel weerstand bij trillen

- Grondopbouw anders dan verwacht - Te licht trilblok - Te veel slotwrijving - Te dunne wand / deformatie profiel

- Inwateren, voorboren ev. i.c.m. cement bentoniet en/of fluideren - Nasonderen - Zwaarder blok - Extra pull down force / ballast - Makelaar geleid trillen - Nieuwe planken - Wanddikte vergroten (min 6 mm) - Voorboren en fluïderen - (Na)heien i.p.v. trillen

Obstakels

- Funderingsresten, puin e.d.

- Geofyisch onderzoek vooraf - Gebruik van een crusher

Verlopen / uit het slot lopen

- Te veel slotweerstand - Te licht slot - Te brede dubbele planken - Vervorming bij lange profielen

- Robuust slot met de juiste sterkte en stijfheid - Plankbreedte maximaal 1,4 m - Profieldikte minimaal 6 mm - Toepassing slotverklikkers

Sloten aan de primaire profielen zitten niet meer op de juiste positie voor de aansluiting met de damwanden

- Draaiing om de lengteas tijdens installeren

- Profiel / paal geleiden - Slotpositie continu - meten

Meeheien van damwandplanken

- Te veel slotwrijving, vervorming profiel

- Reeds geïnstalleerde plank vasthouden of vastlassen

Schade omgeving bij intrillen

- Voortplanting trilling naar gebouwen / apparatuur - Verdichting van zandlagen

- Voorboren, fluïderen - Damwand drukken

Schade omgeving bij uittrillen

- Voortplanting trilling naar gebouwen / apparatuur - Verdichting van zandlagen - Volumeverlies / meetrekken van kleilagen

- Fluïderen - Statisch trekken (indien mogelijk) - ‘Reparerend’ trekken - Damwand verloren beschouwen of meenemen in constructie

- Trillingen en/of zettingen

- Trillingsrisicoanalyse - Bouwkundige opname van de belendingen - Funderingsonderzoek - Monitoring van trillingen en zetting

Schade aan de omgeving

40

GEOTECHNIEK - December 2015


Geotechnische Monitoring ISIS-module

Internet Solar Module ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓

Flexibel en efficiënt energiebeheer via ingebouwd zonnepaneel, accu of 230V Voorzien van luchtdruk- en temperatuursensor Tot 10 IS-sensoren op 1 module voor grondwaterspanningen, zettingen (BAT, IS-LLS), etc Eenvoudig en gemakkelijk aan te sluiten Onafhankelijk instelbaar meet- en verzendinterval Intelligente verzending van data via ingebouwde GPRS per e-mail of naar FTP server Flexibele koppeling met o.a. Argus monitoringsoftware en web database

BAT®-systeem

Efficiënte waterspanningsmeter ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ Profound BV, Waddinxveen, NL Tel. +31 (0)182 640 964 sales@profound.nl | www.profound.nl

Nauwkeurige, digitale metingen met meeteenheid Herwinbare sensoren Laatste generatie BAT®-filtertip mark III Flexibel toepasbaar: stand-alone, via ISIS-module of in een IS-netwerk Waterspannings- en in-situ doorlatendheidsmetingen

Profound is al 50 jaar fabrikant van professionele meetapparatuur voor de funderingsVoor een andere kijk op de ondergrond Voor een andere kijktrillingsmeetapparatuur op de ondergrond en en civiele techniek. De innovatieve paaltestsystemen, geotechnische instrumentatie van Profound worden wereldwijd ingezet.

Uw partner voor akoestische paalcontrole

www.geobest.nl www.geobest.nl

Hektec BV biedt u praktische oplossingen op het gebied van geo- en funderingstechnieken. Wij zijn gespecialiseerd in engineering, monitoring en controle en bieden u daarmee een totaalpakket van diensten in het traject van ontwerp tot oplevering. Bij Hektec zijn wij altijd op zoek naar optimalisatie in ontwerp en technieken. Door de samenwerking met onze zusterbedrijven Gebr. van ’t Hek, De Waalpaal en Kuipers Funderingstechnieken, blijven wij continu praktijkgericht denken. Van ons krijgt u altijd een haalbaar advies.

hektec.nl

0299 420808 adv. hektec 208x134.indd 1

ENGINEERING EN MONITORING VOOR GWW EN GEOTECHNIEK 09-10-2013 09:23:07


Ontwerpen op basis van de resultaten van laterale proefbelastingen Inleiding Voor de realisatie van de spoorbypass te Mechelen dienen op korte tussenafstand een groot aantal bruggen en tunnels te worden uitgevoerd. EĂŠn van deze bruggen, een spoorbrug over de Dijle, vereiste specifieke aandacht tijdens het ontwerp, en niet in het minst het ontwerp van de funderingen. Het betreft hier een integrale boogbrug met 52 m overspanning en 15 m hoogte waarvan de landhoofden zich bevinden in een bestaand spoortalud. Het concept van een integraalbrug heeft zeker zijn voordelen naar later onderhoud (geen voegen of oplegtoestellen) en exploitatie toe (geen voegen in de rails), een nadeel is wel de hoge thermische krachten die optreden bij de verhinderde uitzetting. Samen met de aanzienlijke gronddrukken en remkrachten, zorgen deze thermische krachten voor een zeer grote horizontale kracht op de fundering die bovendien ook van teken kan wisselen. Zulke grote horizontale krachten kunnen niet enkel door schuinstand van funderingspalen worden opgenomen, maar worden meer gebruikelijk door de toepassing van grote diameter boorpalen, baretten of open stalen buispalen opgenomen. Deze laatste funderingselementen kunnen meestal enkel verticaal worden uitgevoerd en nemen de horizontale kracht op in buiging. Ze zijn echter wel relatief duur in hun toepassing en vormen meestal ook een slapper (verticaal) funderingselement. Als fundering werd daarom gekozen voor de toepassing van klassieke vibropalen diameter 508 mm waarbij de positie en helling geoptimaliseerd werden om zo veel mogelijk horizontale kracht op te nemen door hun scheefstand. Een groot deel van de horizontale kracht grijpt echter nog steeds aan als dwarskracht en resulteert dus in buiging in de palen. In die mate zelfs dat het aantal palen onder de zool bepaald is door de opneembare horizontale kracht en in mindere mate de verticale kracht. Gezien het belang van de horizontale kracht, werden daarom 2 laterale paalbelastingsproe-

ir. J. Verstraelen TUC RAIL

ir. W. Maekelberg TUC RAIL

Foto 1 - proefopstelling, met vorming van opening achter de paal bij grote laterale krachten.

ven uitgevoerd voorafgaandelijk aan de uitvoering van de productiepalen. Voorontwerp In eerste instantie werden de momenten in de paal theoretisch berekend. Hiervoor bestaan meerdere methodes, de meesten gebaseerd op een model van een elastisch ondersteunde ligger (verenmodel). Er bestaan zeer veel verschillende mogelijkheden voor de karakteristieken die aan deze veren worden toegekend, gaande van lineair elastisch tot bilineair elastischperfect plastisch en de nog meer uitgebreide curven in referentie [1]. Algemeen kunnen de eigenschappen van de verende ondersteuning worden voorgesteld in een zogenaamde P-y curve, waarbij P(z) de laterale kracht voorstelt en de y(z) de laterale verplaatsing, beiden op een diepte z langs de paal. In functie van welke methode en aanname er gekozen wordt, kan men echter tot een factor 2 en zelfs 3 als verschil in waarde voor het re-

42

GEOTECHNIEK - December 2015

sulterend moment bereiken. Bovendien zijn er empirische curven beschikbaar voor zand en klei, maar minder voor overgangsgronden. In geen enkele norm of richtlijn wordt een verschil in paaltype in acht genomen: er wordt van uitgegaan dat de effecten van paalinstallatie zich beperken tot de directe omtrek van de paal en dat er dus geen of beperkte invloed is op het lateraal paalgedrag. De meeste proefgegevens zijn afkomstig van open stalen buispalen en een beperkt aantal boorpalen, en dus niet van in de grond gevormde heipalen zoals hier toegepast. De proefopstelling De proeven werden uitgevoerd op vibropalen diameter 508 mm met voetplaat van 550 en 600 mm. De grootte van de voetplaat bleek een nefaste invloed te hebben op het axiaal draagvermogen (op basis van axiale paalproeven op andere proefpalen), maar niet op het lateraal gedrag. Voorafgaandelijk werd een diepsondering uitgevoerd in de as van de paal. Enkele weken na het heien werd een nieuwe diepson-


Samenvatting

In bepaalde gevallen is niet het axiale maar wel het laterale gedrag van een paalfundering bepalend voor het paaltype en ook de kostprijs van een fundering. In dat geval kan de uitvoering van laterale paalproeven een middel ter controle maar ook ter optimalisatie van de fundering zijn. Laterale paalproeven zijn relatief eenvoudig uit te voeren en een simpel

meetsysteem zoals een inclinometer volstaat om tot betrouwbare resultaten te komen. Indien het meetsysteem wordt uitgebreid met optische vezels, kan ook informatie betreffende de structurele capaciteit van de paal worden afgeleid.

Figuur 1 - sondering in de as van de paal voor installatie en op 30 cm van de rand van de paal na paalinstallatie.

Figuur 2 - rekken in de druk en trekzone bij verschillende laterale belastingen, symmetrisch bij lage belastingen en asymmetrisch bij hogere belastingen.

dering uitgevoerd op 30 cm naast de paalrand (zie figuur 1). Deze sonderingen vertonen een toename van de conusweerstand in het zand, zowel langsheen de schacht als onder het aanzetpeil. De siltige toplaag blijkt minder verdicht te zijn door het heien. De proefopstelling en uitvoering van de belasting zelf werd uitgevoerd door het WTCB conform de Franse norm NF-P94-151 (Foto 1). De instrumentatie bestond uit een inclinometerbuis en 2 diametraal geplaatste optische vezels, aangebracht in stalen reservatiebuizen die aan de wapeningskooi waren bevestigd. Interpretatie van de proefresultaten Uit de proeven kan men de relatie tussen de aangebrachte dwarskracht V(0) en het maximaal paalmoment M(max) afleiden, maar deze zal enkel geldig zijn voor de proefomstandigheden (m.n. voor een singuliere, vrije paal). Om de resultaten te kunnen gebruiken voor de productiepalen, diene n de grondreactie en dus de P-y curven eerst te worden afgeleid. Het volgende theoretisch verband bestaat tussen de verschillende grootheden: De rotatie:

Het moment:

De dwarskracht:

de richting van de aangelegde horizontale belasting aangebracht en meten op deze manier de rek in de trek- en in de drukzone van de paalsectie. Het moment kan hieruit worden bepaald als:

Bij het differentiëren van discrete data wordt de fout vergroot. Aangezien er hier 4 maal (inclinometer) of 3 maal (optische vezels) dient te worden gedifferentieerd, wordt de fout dus meerdere malen vergroot. Per definitie is de fout op P-y curven afgeleid via de optische vezels dan ook minder groot dan deze afgeleid via de inclinometerdata.

Waarbij h de tussenafstand tussen beide optische vezels en Δε(z) het verschil tussen de rekken (= de kromming) is. Bij het afleiden van de paalmomenten is dus enkel de paalstijfheid EI een onbekende. De paalstijfheid is echter afhankelijk van het optredend moment, dat bepaalt of de sectie gescheurd is of niet. Figuur 2 toont dat bij een kleine laterale last de rekken gelijk maar met tegengesteld teken zijn in de trek- en drukzone (bij afwezigheid van een normaalkracht). Dit toont aan dat de sectie zich ongescheurd gedraagt en in dit geval bevestigt dit ook dat de optische vezels symmetrisch ten opzichte van de centrale vezel in de paal geplaatst werden. Bij hogere laterale lasten (en hogere momenten) scheurt de paal en zijn de rekken niet langer symmetrisch, maar hoger aan de trekzijde.

Interpretatie van de optische vezel data (rekmetingen) De optische vezels werden diametraal volgens

Op basis van de voorgeschreven betonkwaliteit en wapening, kan een curve opgesteld worden van de stijfheid versus het buigmoment. Figuur 3 laat

De laterale grondweerstand:

Tijdens de proef worden ofwel rotaties gemeten (met de inclinometer) ofwel een kromming (met de optische vezels). Het opstellen van de P-y curven gebeurt door het differentiëren van de meetdata.

43

GEOTECHNIEK - December 2015


Figuur 3 - structurele paalstijfheid, ongescheurde stijfheid bij kleine momenten en gescheurde stijfheid bij hogere paalmomenten.

Figuur 4 - regressie van de meetdata (rekmetingen).

Figuur 5 - regressie van de inclinometer meetdata (rotaties).

Figuur 6 - maximaal veldmoment in functie van de opgelegde laterale belasting.

zien dat het scheuren van de paal zeer abrupt en bij een relatief klein buigend moment plaatsvindt. Voor elke belastingstrap werd het moment in de paal op deze manier berekend en dit op elk meetniveau. De grondreactie P(z) kan goed benaderd worden door een 4e graads polynoom [3]. Om na 2 differenties tot een 4e graads polynoom te komen, werd doorheen de (gemeten) data een 6e graads polynoom gefit. Om het aantal onbekenden te verminderen, werden de volgende randvoorwaarden aangenomen: • Het moment aan de kop (z=0) is gekend = V(0) x aangrijpingspunt. In dit geval werd de vijzel zo dicht mogelijk tegen het maaiveld geplaatst zodat M(0) = 0 kan worden aangenomen. • De dwarskracht aan de kop V(0) = dM(0)/dz is gekend = de opgelegde laterale last. • Het moment is 0 vanaf een bepaalde diepte (z=z1). • De dwarskracht is 0 vanaf een bepaalde diep-

te (z=z1). Beide laatste randvoorwaarden creëren een bijkomende variabele z1. Deze kan ofwel oordeelkundig worden vastgelegd ofwel gevarieerd worden tussen bepaalde grenswaarden. De regressie analyse werd uitgevoerd met de kleinste kwadraten methode. Hierbij dient er wel steeds voor gezorgd te worden dat er voldoende meetpunten worden meegenomen, vandaar de limiet op z1 (als z1 naar 0 evolueert, vermindert het aantal datapunten en wordt R2 kunstmatig verhoogd). In dit geval zakte de R2 waarde nooit onder 0.95. Figuur 4 toont een voorbeeld van zulke regressie. Interpretatie van de inclinometer data Op het einde van elke belastingstrap werd de rotatie van de paal opgemeten met een inclinometer. Voordeel van de inclinometer is het kleiner meetinterval van 0.5 m en de makkelijkere en goedkopere meetmethode. Nadeel

44

GEOTECHNIEK - December 2015

is het “hoger” meetniveau, waardoor een 7e graads polynoom moet gefit worden doorheen de gemeten rotaties om tot een 4e graads polynoom voor P(z) te komen. De R2 waarde is bijgevolg steeds hoger om eenzelfde fout te bekomen bij de P(z) curve (bijkomende vrije variabele). In dit geval was de R2 waarde bijna steeds 0.99 (figuur 5). Opvallend in zowel de meetdata van de inclinometer als de optische vezels, is dat de slechtste regressie bekomen werd in de belastingstrap in de overgangszone van ongescheurde naar gescheurde stijfheid. Een lage waarde voor de stijfheid EI geeft aanleiding tot een laag berekend moment, waarbij dan in theorie een hoge stijfheid overeenkomt en vice versa. In dat geval werd de stijfheid genomen als het gemiddelde van de niet gescheurde en gescheurde sectie, wat een betere fit opleverde. Het voordeel van de abrupte overgang in stijfheid is dat deze situatie zich slechts voor-


ONTWERPEN OP BASIS VAN DE RESULTATEN VAN LATERALE PROEFBELASTINGEN

Figuur 7 - gemeten P-y curven op verschillende dieptes langs de paal.

ditions”. Het beste voorbeeld van zulke kleinste kwadraten fit is weergegeven in figuur 8. Hierbij werden de parameter J (dimensieloze empirische constante) en cu van de ondergrond als variabele gebruikt, ε50 werd afhankelijk gesteld van cu. De resultaten gaven een J van circa 0.4 à 0.5, wat een typische waarde is voor een zachte klei. De cu-waarde horende bij de regressies op verschillende dieptes nam toe met de diepte van 50 kPa aan de oppervlakte tot 70 kPa op 2 m diepte. Deze waarde is in overeenstemming met de sondeerwaarden en de benadering cu = qc/15. Met deze gegevens werd het momentenverloop berekend met de theoretisch P-y curven voor een zachte klei en de hierboven vermelde parameters (J en cu). Een vergelijking tussen deze back-analysis en de meetdata is weergeven in figuur 9 en toont een goede overeenstemming.

deed bij één belastingstrap. De metingen van de inclinometer tonen aan dat de paal zich inklemt in de siltige toplaag, en dus niet dieper in de zandlaag. Proefresultaten Het verloop van de opgelegde laterale kracht en het maximaal veldmoment is aangeduid in figuur 6, zowel voor de resultaten van de inclinometer als de optische vezelmetingen. Het verschil in moment bepaald op basis van beide meetsystemen en bij gelijke laterale kracht bedraagt respectievelijk 17 en 8 %. Het verband tussen H(z) en M(z) is quasi lineair, met een knik in de curve wanneer structurele scheurvorming optreedt. Wanneer de P-y curven bekomen via beide meetmethoden vergeleken

worden, is het onderling verschil groter. De P-y van zowel de inclinometer als de optische vezels tonen wel aan dat zowel de capaciteit (Pult) als de stijfheid toenemen met de diepte en zeker geen constante zijn (zie figuur 7). De bovenste 3 m aan het maaiveld en de evolutie van de stijfheid en laterale capaciteit in dit interval zijn bepalend voor het optredend paalmoment. Onafhankelijk van de meetmethode, geven de bekomen curven wel duidelijk de niet-lineariteit en het plastisch gedrag van de grond weer. De afgeleide P-y curven kunnen ook vergeleken worden met de in de literatuur beschreven voorbeelden [1]. De beste overeenstemming werd bekomen met P-y curves voor “soft clay in the presence of free water, static load con-

Figuur 8 - best fit van gemeten P-y curve met empirische curve voor zachte klei.

45

GEOTECHNIEK - December 2015

Van proefresultaat naar ontwerp De uit de proef afgeleide curven tussen V(0) en M(max) kunnen niet rechtstreeks gebruikt worden in het ontwerp. De productiepalen zijn immers ingeklemd in de zool en bevinden zich in een paalgroep. De inklemming is een verandering van de randvoorwaarde aan de paalkop (rotatiebeperking) en heeft geen invloed op de grondreactie of dus P-y curven. De positie van de productiepalen in een uitgebreide paalgroep geeft schaduweffecten. Deze schaduweffecten kunnen in rekening gebracht worden door het toepassen van een P-multiplier, waarbij Pgroup = fm.Psingle. Voor de palen in deze groep werd een waarde van fm = 0.6 aangenomen voor alle palen. Dit is de gemiddelde waarde voor de enige studie van een palengroep op grondverdingende heipalen die in de literatuur werd teruggevonden [2]. In deze stu-

Figuur 9 - back analysis van paalmoment met gefitte empirische curven en vergelijking met gemeten waarden.


die werd het gedrag van boorpalen vergeleken met dat van (prefab) heipalen en werd aangetoond dat de groepswerking van grondverdingende heipalen een kleinere reductie geeft dan bij boorpalen (waar een gemiddelde waarde van 0.4 werd vastgesteld).

uitvoeren van proeven zeer nuttig en kunnen de resultaten van de proeven zoals beschreven in dit artikel niet veralgemeend worden.

Het effect van de inklemming en de groepsreductie is een verhoging van 28% van de momenten ten opzichte van de momenten opgemeten in de proef. Hiervan is circa 20% ten gevolge van de toegepaste P-multiplier. Aangezien dit groepseffect de enige parameter is die niet is gebaseerd op proefgegevens in dit ontwerp, is het goed om vast te stellen dat het effect van de aangenomen waarde op het resultaat niet proportioneel en dus beperkt is.

Het globaal gedrag van de paal, voorgesteld als de verplaatsing aan de paalkop versus opgelegde dwarskracht en als optredend moment versus opgelegde dwarskracht zijn wel beter lineair te benaderen. In dit geval werden de palen in het structureel model dan ook gemodelleerd met een lineaire veer ter hoogte van de paalkop. De reactiekracht in deze veer kan via het verband tussen V en M, met toepassing van een correctiefactor voor het in rekening brengen van de inklemming en paalgroep, omgezet worden naar het inklemmingsmoment en dus de paal(kop)wapening.

Conclusie De proeven geven duidelijk het niet-lineair gedrag van de grondreactie weer en een toename van de laterale stijfheid en capaciteit met de diepte. Deze grondreactie kon hier goed benaderd worden met de empirische curven voor een zachte klei in [1]. Omdat de analytische methode nog steeds een grote keuze aan types van curven en invoerparameters heeft, is het

Het uitvoeren van de proeven is relatief eenvoudig gezien de typisch lage aangrijpende belastingen. Het resultaat van de proef is eveneens een vrij eenvoudig verband tussen het moment en de opgelegde dwarskracht. Het toepassen van optische vezels geeft een grotere nauwkeurigheid in de bepaling van de paalmomenten en geeft bijkomende structurele informatie betreffende het scheurgedrag van de paal. De

creating tools that move your business

data van de inclinometers gaf hier een verschil van maximaal 17% ten opzichte van de optische vezels. Wanneer dit wordt vergeleken met de situatie van een ontwerp zonder proeven, is dit verschil nog beperkt gezien de variatie in het resultaat op basis van de theoretisch gekozen invoerparameters. Referenties [1] Reese, Van Impe - “Single piles and pile groups under lateral loading”, 2011 [2] NCHRP Report 461 – “Static and dynamic Lateral Loading of Pile Groups”, 2001 [3] Nip et al. – “Back analysis of laterally bored piles”, Geotechnical Engineering, 2005

a.p. van den berg The CPT factory

a.p. van den berg The CPT factory

Nieuw: nagenoeg ongestoorde grondmonsters met de MOSTAP 70 The CPT factory Sondeerbuizenschroever: Al ruim 42 jaar is A.P. van den Berg de innovatieve en betrouwbare partner als het gaat om bodemonderzoekapparatuur voor een slappe bodem. vaak A.P. vangrondmonsters den Berg loopt voorop in het ontwikkelen en wereldwijd Naast sonderingen worden gevraagd. vermarkten van nieuwe geavanceerde sondeer- en monstersteeksystemen die uitblinken in betrouwbaarheid U neemt deze eenvoudig met uw sondeersysteem en onze MOSTAP 70!

gemakkelijk, snel en ergonomisch verantwoord

en gebruiksgemak. Van verscheidene landsondeersystemen tot multifunctioneel apparatuur voor het gebruik op zee tot waterdieptes van wel 4000 meter en van uitgebreide servicepakketten tot digitale meetsystemen De MOSTAP 70 levert nagenoeg grondmonsters op door: ze behoren waarmee de bodemgegevens via een kabelongestoorde of optische lichtsignalen worden getransporteerd, allemaal tot het leveringspakket van A.P. van den Berg. • Een nylon kous die wrijving op het monster tijdens de monstername helpt voorkomen

•Veel Eenaandacht tophoekwordt van 40° en een snijschoen die voorzien is vanvan eendezeer scherpe snijrand (6°)A.P. van geschonken aan de arbeidsomstandigheden sondeermeester. Zo heeft •den Een slim dat de negatieve druk tijdens terugtrekken elimineertkan worden geïntegreerd. Berg deontwerp sondeerbuizenschroever ontwikkeld, die in ieder sondeerapparaat deafsluitbare buizenschroever en afschroeven vanverlies de sondeerstreng efficiënter De •Met Een plasticwordt buis het dieopzorgt voor minimaal tijdens transport enuitgevoerd. opslag

buizenschroever komt het meest tot zijn recht in combinatie met een draadloos meetsysteem. Het doorrijgen van de conuskabel behoort dan tot het verleden. Voor de sondeermeester betekent dit een aanzienlijke Interesse? Neem contact met ons op! vermindering van de fysieke inspanning en het voorkomen van een versnelde slijtage van de gewrichten. Aandacht voor de arbeidsomstandigheden is voor alle betrokkenen van groot belang en is zijn investering dubbel en dwars waard.

A.P. van den Berg Machinefabriek A.P. van den Ingenieursburo b.v. Postbus 68,Berg 8440 AB Heerenveen Postbus 68, 8440 AB Heerenveen

APB CPT Ad Geotechniek Mostap70 216x138 08102015 try1.indd 1

Tel.: 0513 631355

Tel.: 0513 631 355 Fax: 0513 631212 Fax: 0513 631 212

info@apvandenberg.nl info@apvandenberg.nl www.apvandenberg.nl www.apvandenberg.nl

8-10-2015 15:25:45


Kies

3 3 3 3 3 3 3

VOOR HET VAKBLAD GEOTECHNIEK EN

bereik

Leden KIVI NIRIA, afd. Geotechniek Leden Ingeokring Leden NGO (Nederlandse Geotextielorganisatie) Leden ie-net (v/h KVIV) Leden BGGG (Belgische Groepering voor Grondmechanica en Geotechniek) Leden ABEF (Belgische Vereniging Aannemers Funderingswerken) 5.000+ professionals uit de GWW-sector in Nederland en BelgiĂŤ (waaronder ook prospects als overheden) Word sponsor of mede-ondersteuner van Geotechniek en bereik uw doelgroep effectief! U ontvangt een aantrekkelijk publiciteitspakket waarmee u uw organisatie, dienst of product kunt profileren d.m.v. publicatie/adverteren.

Interesse?

Bel +31 (0)10 425 65 44 of mail naar info@uitgeverijeducom.nl en wij nemen contact met u op om de diverse mogelijkheden te bespreken.

Uitgeverij Educom BV Uitgeverij Marketing Drukwerk Investeringen Internet www.uitgeverijeducom.nl


v

Veilig en verantwoord bouwen? Op tijd en binnen budget met GeoRiskPortal Online

ir. Remon Pot R&D Manager GeoConsultancy Fugro GeoServices B.V., Leidschendam

Foto 1 - Data-driven real-time geotechniek Inleiding De grondlegger van de (moderne) geotechniek Karl Tergazhi formuleerde een werkwijze gericht op het economisch verantwoord realiseren van projecten. Verantwoord in die zin, dat veiligheid nimmer in het geding mag komen. Ralph B. Peck publiceerde in 19691 voor het eerst over de Observational Method. Het leitmotiv van de toepassing is het kunnen verifiëren van aannames aan de hand van actuele veldgegevens. Zodanig dat tijdig geanticipeerd kan worden op (tegen- of meevallende) veldcondities. Vanuit dit oogpunt lijkt het niet meer dan logisch de principes van de Observational Method in meer of mindere mate in elk geotechnisch project toe te passen. De vraag is in hoeverre geotechnici binnen projectorganisaties in staat zijn te handelen in de geest van de methode. Het afgelopen decennium heeft ICT een vlucht genomen en vakgebieden compleet veranderd. Sensortechnologie (the internet of things) maakt het mogelijk bouwprojecten real-time te volgen en met 3D modellen kunnen we vooraf complex grondgedrag simuleren en uitvoeringsmethoden doordenken. Deze technologische ontwikkelingen dragen bij aan betere bouwprestaties en bieden kansen geotechnisch risicomanagement naar een hoger niveau te tillen.

De urgentie om faalkosten als gevolg van geotechnisch falen te reduceren is de afgelopen vijf jaar benadrukt in het nationale GeoImpuls Programma, waarin ook Fugro een belangrijke rol heeft gespeeld. Een maatschappelijk relevant onderwerp, want de bouwsector haalt (helaas) vaak op negatieve wijze het nieuws. Dit probleem beperkt zich niet tot onze laag gelegen delta met slappe bodem. De jaarlijkse bouwmonitor van KPMG2 laat zien dat wereldwijd meer dan 53% van de bouwprojecten te maken heeft met tegenvallende prestaties. Voor de publieke sector wordt een percentage van 90% genoemd. Afhankelijk van het onderzoek wordt geschat dat jaarlijkse (grondgerelateerde) schade en faalkosten in Nederland ongeveer 700 miljoen tot 1 miljard euro bedraagt3. Voor maatschappelijk betrokken ingenieurs is deze “score” onacceptabel. Toch lijken geotechnici afwachtend om ICT middelen in te zetten in de strijd tegen georisico’s. Net als in bouwprojecten is afwachten doorgaans niet verstandig. Om deze reden heeft Fugro het initiatief genomen om de lessen uit GeoImpuls te vertalen naar een digitaal platform om: geotechnici de mogelijkheid te bieden professioneler geotechnisch risico- (en kansen) management te laten.

48

GEOTECHNIEK - December 2015

Van bezwijkproef naar GEORM In 2012 organiseerde Stichting IJkdijk de All in One Sensor Validation Test. Een experiment waarin vier grote bezwijkproeven werden uitgevoerd om faalmechanismen van dijken te onderzoeken. Een grote hoeveelheid monitoring data werd verzameld. Vier datavisualisatie partijen werden uitgedaagd meetgegevens, modelresultaten en interpretaties real-time te presenteren in full-service monitoring systemen. Betrokken geotechnici konden met deze tools voorspellen op welke wijze en op welk moment de dijken het zouden begeven. Door het systeem online toegankelijk te maken kon met een groot aantal belanghebbenden gemakkelijk worden samengewerkt. Met een tablet op schoot werden meetgegevens op afstand geïnterpreteerd. Meetgegevens en analyses werden vertaald naar kleurcoderingen. De staat van de dijk werd zo op begrijpelijke wijze gecommuniceerd naar niet-technisch geïnteresseerden. De visualisaties met kleurcodes maakten de conversaties over de experimenten een stuk gemakkelijker. Dit was aanleiding een nieuw platform te ontwikkelen, om georisico’s te beheersen en kansen in projecten te kunnen benutten.


Samenvatting Aan een online platform in een bezwijkproef worden andere eisen gesteld dan aan een platform geschikt voor geo-risicomanagement. Toch zijn er een aantal belangrijke overeenkomsten: velddata is van groot belang voor het vergaren van kennis, professioneel databeheer en overzicht zijn een voorwaarde voor het goed kunnen interpreteren van meetgegevens en in beide gevallen wordt de uiterste grenstoestand benaderd. De principes van de Observational Method bleken een goede fundering voor de realisatie van het platform. Lessen uit het verleden De uitgangspunten voor het succesvol toepassen van de Observational Method bieden een waardevol handvat. Terzaghi en Peck formuleerden de volgende voorwaarden: 1. begrip van projectuitdagingen binnen het projectteam; 2. het kunnen visualiseren van mogelijke scenario’s; 3. voorbereiding zodanig dat adequaat geanticipeerd kan worden bij onverwachte gebeurtenissen; 4. de mogelijkheid om grondgedrag te kunnen observeren (monitoring); veldgegevens te kunnen interpreteren en de resultaten daarvan (op begrijpelijke wijze) te kunnen communiceren; 5. flexibiliteit in het ontwerp en 6. de mogelijkheid om te kunnen handelen in de geest van de methode. Veranderende omstandigheden De condities waarin Terzaghi en Peck werkten met de Observational Method zijn anders dan de condities waarin bouwteams vandaag de dag projecten realiseren. Of het nu gaat om het re-

GeoRiskPortal is een sociaal-technische innovatie in het bouwproces en ondersteunt bouwteams bij het beheersen van georisico’s en het benutten van kansen in projecten. Gebruikers krijgen real-time inzicht in het bouwproces op basis van meetgegevens en analyse. Met behulp van slimme sensoren en eenvoudige datavisualisaties zijn projectrisico’s tijdig te herkennen. Bouwteams krijgen hiermee de kans sneller geïnformeerde beslissingen te nemen.

aliseren van infrastructuur, bouwputten in een stedelijke omgeving of dijkversterkingen: projectteams zijn multidisciplinair geworden en besluitnemers hebben vaak een niet-technische achtergrond. Stakeholders, omwonenden en in sommige gevallen de politiek, zijn in grotere mate betrokken in bouwprojecten. De waarde van professioneel (technisch) omgevingsmanagement en de invloed van omwonenden kan vandaag de dag niet snel worden onderschat. De invloed van omwonenden en het publiek is gegroeid. Dit beeld past bij een volwassen democratie, waarin actoren besluiten kunnen beïnvloeden. Tegelijkertijd heeft dit ook een nadeel: technisch relatief kleine uitdagingen kunnen soms leiden tot grote bezorgdheid bij het publiek. Kasperson et al. beschreef in 1988 de social amplification of risk. In bouwprojecten is dit fenomeen ook te herkennen: een relatief kleine ongewenste gebeurtenis leidt vaak tot significante vertraging en onevenredige inzet van beheersmaatregelen als gevolg van publieke (en vaak politieke) druk. Deze omstandigheden vereisen professionalisering van geotechnisch risicomanagement. Sociaal technische uitdagingen De traditionele wijze waarop informatie over

geotechnische risico’s wordt gedeeld past niet bij het karakter van bouwprojecten. Het risicoprofiel in een project is continu onderhevig aan veranderingen. Eenmalige checklists om risico’s in kaart te brengen zijn daarom niet voldoende. In complexe projecten is snelle en geïnformeerde besluitvorming noodzakelijk om schade en overlast te voorkomen. Het niet beschikbaar hebben van een overzicht van meetgegevens en analyse is funest voor adequate besluitvorming. Het lezen van complexe grafieken, omgaan met onzekerheden en begrip van veldcondities zijn doorgaans lastig voor niet-technische besluitnemers. Als deze informatie beschikbaar is, vormen de interpretatie en communicatie een volgende uitdaging. Er valt een wereld te winnen als het gaat om het verbeteren van communicatie tussen technici en niet-technici. GeoRiskPortal Fugro heeft een platform ontwikkeld om in projecten langs de principes van de Observational Method systematisch geo-risicomanagement toe te passen. Het platform gebruikt hiervoor actuele data. GeoRiskPortal is een sociaaltechnische innovatie in het bouwproces. Het interactieve platform ontsluit meetresultaten en analyses en visualeert risico’s. Het platform

Figuur 1 - GeoRiskPortal biedt toegang tot een overzicht aan meetgegevens.

49

GEOTECHNIEK - December 2015


(zie figuur 1) stelt gebruikers in staat sneller geïnformeerde besluiten te nemen. Het portaal maakt relevante informatie toegankelijk voor een grote groep betrokkenen en creëert een single point of truth in projecten. Op een overzichtelijke satellietkaart worden real-time meetgegevens gepresenteerd. Meetresultaten zijn 24/7 toegankelijk via smartphone, tablet of pc. Grondonderzoek, rekenprofielen en sensordata zijn snel oproepbaar. In een pop-up scherm wordt alle relevante metadata gepresenteerd. Tijdreeksen kunnen gemakkelijk met elkaar worden vergeleken in interactieve grafiekschermen. Zo krijgen specialistische gebruikers de mogelijkheid snel cross-checks uit te voeren. Data kan worden gedownload voor nadere analyse, maar blijft beschikbaar in de cloud. Datamanagement is daarmee geen zorg meer voor de eindgebruikers.

te kunnen verifiëren aan de hand van meetgegevens. Meetresultaten worden veilig opgeslagen en analyses bewaard. De complete geschiedenis van metingen is direct oproepbaar. Kwaliteitscontroles worden concreter en systems engineering wordt toegankelijk voor technici en niet-technici. Het real-time in kaart brengen van risico’s kan helpen de snelheid in projecten te houden, risico’s te beperken en stakeholders te informeren over de voortgang van het bouwproces. Case 1: Zettingprognoses GeoRiskPortal combineert en integreert mo-

delresultaten en meetgegevens. Een voorbeeld hiervan is de zettingsmodule (zie figuur 2), specifiek gericht op het analyseren van het zettingsproces. Veldobservaties (waterspanningen en zakbaakobservaties) en modelresultaten (D-Settlement-Curves) worden gebruikt om nauwkeuriger zettingsberekeningen te maken. Verwachte zettingen en de stabiliteit van ophogingen worden op een kaart geprojecteerd. Met kleurcodes wordt weergegeven of restzettingen voldoen aan de gestelde eisen, of het zakkingsproces sneller of langzamer verloopt dan gewacht en in hoeverre het grondgedrag afwijkt van de theoretische berekeningen. Zo Figuur 2 - Het proces van zettingen gevisualiseerd.

Krachtige datavisualisaties Datavisualisaties ondersteunen gebruikers bij het interpreteren van de data. Meetgegevens en resultaten van analyses worden real-time vertaald naar kleurcoderingen. De inzet van tijdsafhankelijke visualisaties vereenvoudigt de interpretatie van meetgegevens. In één oogopslag kunnen gebruikers inzicht krijgen in het verschil tussen observaties en vooraf gemaakte prognoses. Scenario’s en risico-indicatoren helpen om onzekerheden en risico’s inzichtelijk te maken. Een koppeling met systems engineering maakt het mogelijk om contracteisen (kpi’s) real-time Figuur 3 - Data visualisaties ondersteunen geïnformeerde besluitvorming in complexe (binnenstedelijke) projecten.

50

GEOTECHNIEK - December 2015


VEILIG EN VERANTWOORD BOUWEN?

wordt het gedrag van slappe bodems ruimtelijk inzichtelijk gemaakt en kunnen indien nodig mitigerende maatregelen genomen worden. Naast het zettinggedrag wordt de uitvoeringsstabiliteit indirect gemonitord, door wateroverspanningen in kaart te brengen. Het systeem wordt ingezet in o.m. een groot dijkversterkingsproject uit het hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP). Case 2: Binnenstedelijke bouwopgave Bouwprojecten in stedelijk gebied hebben grote impact op omwonenden en lokale ondernemers. Bij het realiseren van ondergrondse infrastructuur en bouwputten in de binnenstad is omgevingsmanagement daarom van groot belang. Inzicht in de kwetsbaarheid van assets in de omgeving van bouwputten kan helpen om de juiste beheersmaatregelen te nemen en schade te voorkomen. Monitoring in (en om) bouwputten levert waardevolle informatie en is van belang om overlast te kunnen beperken. GeoRiskPortal ontsluit o.m. inclinometingen, peilbuismetingen, deformatie- en trillingsmetingen. Met kleurcoderingen kunnen de effecten van bemalingen en trillingen in kaart worden gebracht.

Maar ook het grondgedrag rondom bouwputten, de effecten van de bouwopgave voor bebouwing in de omgeving of de opdrijfveiligheid kan worden gevisualiseerd. Een voorbeeld hiervan is weergegeven in figuur 3.

co’s. Beslissingsondersteuningssystemen zoals GeoRiskPortal helpen de brug tussen technici en niet-technici te verkleinen en zijn waardevol om geotechnische risico’s in projecten te beheersen.

GeoRiskPortal kan omgevingsmanagers ondersteunen door voorlichting over risico’s. Transparante omgang met de omgeving zorgt voor begrip en verbetert de relatie met omwonenden. Omwonenden kunnen in specifieke gevallen inzicht krijgen in objectieve meetresultaten met een persoonlijk account.

Voor nadere informatie over GeoRiskPortal en bijbehorende aanpak kunt u contact opnemen met de auteur (e-mail: R.Pot@Fugro.com) of kijken op: www.georiskportal.nl

Gebruikers kunnen per object toegang krijgen tot bouwopname rapportages en gegevens oproepen over de fundering, de staat van het gebouw of de jaarlijkse zakking. Afronding GeoRiskPortal is sinds begin dit jaar operationeel in een groeiend aantal projecten en richt zich op toezichthouders, uitvoerende partijen en initiatiefnemers. Het portaal ondersteunt geotechnici bij het communiceren over georisi-

Noten 1 Advantages and limitations of the observational method in applied soil mechanics, Ralph B. Peck, 1969 2 Global Construction Survey, KPMG, 2015 3 Rijkswaterstaat en Van Staveren (presentatie tijdens ISGSR 2015) Disclaimer: De meetgegevens en visualisaties in dit artikel zijn gebaseerd op dummydata.

53

JAAR GRONDONDERZOEK Risicogestuurd onderzoek, deskundige advisering en monitoring zijn onmisbaar bij bouwen op of onder de grond. ■■ ■■

■■

■■

Grondonderzoek Geo-adviezen: fundering / bouwput / hydrologie / trillingen Monitoring: trillingen / grondwater / (grond) deformaties Funderingsonderzoek

Fugro GeoServices B.V. 070 3111333 info@fugro.nl www.fugro.nl

Ad_210x148.indd 1

05-11-15 11:34


Offshore Pile Testing Campaign Wikinger

Pile driving analysis, static and dynamic load tests in 40m water depth

Figure 1 - Location of the OWF Wikinger in the Baltic Sea (source: Federal Maritime and Hydrographic Agency / BSH).

Dipl.-ing. Jan Fischer Project Engineer, Fichtner Water & Wind GmbH, Hamburg, Germany

ir. Rob F. van Dorp Managing Director, Allnamics Geotechnical Experts BV, The Hague, The Netherlands

2. Offshore Pile Testing Campaign 2.1. General The main goal of the offshore pile testing campaign was to derive static and dynamic pile skin friction and toe resistance values for the typical Baltic Sea soil profile both during pile installation and after a pile setup time of more than ten weeks. The main difficulty of the offshore pile testing campaign was that the tests had to be performed underwater, in depths of approx. 40 m, which required the design and the fabrication of highly specialized equipment. The testing campaign was split into two research phases: - Phase I: Installation of six test piles at three different locations, including pile driving analysis (PDA) and dynamic load testing (DLT), - Phase II: Execution of one static tension pull out test (SLT-T) and one dynamic re-strike test per test location (more than ten weeks after pile installation as part of Phase I).

1. Project 1.1. Location The Wikinger offshore wind farm (OWF) is located in the German Exclusive Economic Zone (EEZ) in the Baltic Sea, approximately 35 km from the island of R端gen (see Figure 1). The site covers 34 km2 and will host 70 wind turbines that will generate up to 350 megawatts. The water depth at the Wikinger OWF varies between 36m and 42m. For the foundation of the turbines jacket steel structures will be used. 1.2. Soil The soil profile at the Wikinger OWF can generally be divided into three main soil layers [1], which are typical for the Baltic Sea in this region. Starting at the sea bed the shallowest soil layer consists of postglacial Holocene deposits that are mainly clay with silty, sandy and sometimes organic components. Below that a preloaded glacial till layer can be found with a thickness

ranging between a few meters to more than 20 meters. Underneath the glacial till there is a cretaceous chalk layer and the general geological cross-section at the Wikinger OWF is shown in Figure 2. 1.3. Pile resistance In recent years, numerous OWFs were developed and installed throughout Europe. In the German EEZ approx. 90% of the wind farms were and will be installed in the North Sea where mainly sandy soils exist. There is already a rich knowledge base for the bearing capacity of piles in sandy soils, both during pile installation and after (several weeks, months or years of) setup, but very limited data points exist for glacial till, especially chalk based till. For this reason, the developer of the Wikinger OWF, the Iberdrola Renewables Deutschland GmbH together with their geotechnical consultant decided to perform an extensive offshore pile testing campaign to investigate the behavior of the soil during and after pile driving.

52

GEOTECHNIEK - December 2015

The contract for the campaign was awarded to Bilfinger Marine & Offshore Systems GmbH (BMOS), Hamburg, Germany. BMOS suggested to install at each location three piles equally spaced in a straight line. The center pile would then be used for the static tension pull out test in Phase II with the adjacent piles acting as reaction piles. Upon completion of the SLT-T one of the two reaction piles would then be used for the dynamic re-strike test. Moreover during pile installation two piles at each location (for a total of six piles) would be equipped with deep water sensors required to perform PDA and dynamic load testing that are attached to a data acquisition system (PDR) to record the strain and acceleration during each hammer blow. 2.2. Phase I: Pile installation and pile driving analysis Three piles were installed at each location and the technical details of these piles are shown in Table 1.


Abstract

Iberdrola is currently developing the Wikinger offshore wind farm in the German part of the Baltic Sea. As only very little information exists about the skin friction and toe resistance behavior of typical Baltic Sea soils (glacial till and chalk), an extensive offshore pile testing campaign was conducted 1.5 years prior to actual pile installation. The test campaign included pile driving analysis and dynamic load tests as well as pull out

Figure 2 - Typical geological cross-section of the site [2]

static load tests. The whole campaign was executed by Bilfinger Marine & Offshore Systems (BMOS). All tests were conducted at water depths ranging from 36m to 42m. Pile driving prediction, pile driving analysis, dynamic and static load testing and the interpretation of these tests were carried out by Fichtner Water & Wind GmbH, Hamburg, Germany and Allnamics BV, the Hague, Netherlands as subcontractors to BMOS.

Table 1 - Test piles Location

Water depth [m MSL]

Diameter [m]

Pile length [m]*

Penetration depth at the end of driving [m BSF]

WK-a

40.0

1.37

21.8

16.8

WK-b

38.2

1.37

35.7

30.7

WK-c

36.6

1.37

36.0

31.0

*including 5 m stick-up length above seafloor [1] Figure 3 - Test pile installation (from left to right: triplex template, pile and hammer).

The pile installation as part of Phase I as well as the tests during Phase II were executed from SALâ&#x20AC;&#x2122;s heavy lifting ship MV LONE, equipped with two 1000 ton cranes and a Kongsberg dynamic positioning II system. During Phase 1 extreme precision with regard to penetration depth, tilting, and alignment was required for placing the loading beam for the static load tests on the piles (see Figure 7). Therefore, BMOS in cooperation with Bilfinger Machine Technique developed a so called triplex template (see Figure 3, left) with a dimension of 26.5m x 19.0m and a maximum height of 15m exclusively for the pile testing campaign. For each pile location, the triplex template was equipped with an upper and a lower pile guiding system that could be opened and closed hydraulically. Opening and closing the guiding system was required since the diameter of the hammers casing was larger than the outer pile diameter and as an added benefit the risk of cable and sensor damage could be reduced significantly. The pile lowering and placing was performed with the help of a remotely operated vehicle (ROV) and several underwater (UW) cameras that were located close to the pile guiding systems. In addition these UW cameras were used for pile driving monitoring and a very precise real time reading of the pile penetration. Two pictures from the UW cameras (upper and lower pile guiding system and different distances to the pile) are shown in Figure 4. During pile installation two piles at each location were equipped with Allnamics underwater deep sea transducers that were used for pile driving

analysis (PDA) and dynamic load testing (DLT). The instrumentation consists of two independent systems (sets) each consisting of two strain transducers and two acceleration transducer placed diametrically opposed on the pile shaft and approximately 3 pile diameters or 4.3 m below the pile head (see Figure 5). Altogether, four strain transducers and four acceleration transducer were placed at each of the equipped piles. The four cables from each set were connected to a watertight UW-junction box. From the junction box a 100 m watertight main cable was guided to the installation vessel. On board of the vessel the main cable was connected to the data acquisition system (Allnamics PDR) where the strain and acceleration as a function of time was recorded for each hammer blow.

53

GEOTECHNIEK - December 2015

2.3. Phase II: Tensile static load tests and dynamic restrike tests More than ten weeks after the successful installation of six test piles and three additional reaction piles at three different Wikinger OWF locations the static tension pull out test (SLT-T) and dynamic load tests were performed. At each location, the SLT-T at the center pile was performed first, followed by the restrike DLT on one of the two reaction piles. For the SLT-T a reference frame was lowered to the sea floor to measure the displacement of the pile with very high resolution. This reference frame was a modification of the triplex template, whereby only the lower part of the template, rotated at an angle of 90 degrees, was used (see Figure 6).


In the center of the template a self-installing pile displacement measuring system was mounted consisting mostly of an upside down pile sleeve and a measuring ring connected to three high resolution displacement measuring sensors. The reference frame with the displacement measuring system was developed by Bilfinger and the Norwegian Geotechnical Institute (NGI). After the installation of the reference frame, a loading beam with several measuring sensors, cameras etc. was placed on top of the three piles. The outer two piles acted as reaction piles, while the center pile was pulled out of the soil using a specially designed clamp mechanism on the in-

side of the SLT-T pile. The loading beam including the load cells, the hydraulic cylinders, and the locking tool is shown in Figure 7. For redundancy reasons, the force applied by the hydraulic jacks was not only measured by the load cells, but also by the strain gauges attached at the pile during Phase I. To be able to measure the pile strains during SLT-T, all sets (sensors, junction box and underwater main cable) were stored on the sea bed next to the pile during the time between phases I and II. After returning to the test site the main cable was recovered by the installation vessel using the ROV and the sensors were used as described.

Figure 4 - Pile driving / blow count monitoring by underwater cameras.

Figure 5 - Allnamics deep water strain transducer and accelerometer attached at the pile (left and center), data acquisition system PDR (right)

Thereafter, the Menck MHU 800S hydrohammer that was also used for the pile installation in Phase I was lowered and placed on the sensor equipped reaction pile. After a final sensor check, a very low energy blow was introduced into the pile to see whether the sensors and the cables were still fully functioning after being left on the seabed for more than 10 weeks. This showed that everything was operational and the pile was then hit a second time, this time at full hammer energy to attempt to activate all soil resistance. It was shown in later analysis that this second blow already exhibited some soil fatigue, leading to a reduced total pile resistance, when compared with the first full energy blow. The displacement of the pile was measured by a high precision UW camera and a pointer facing towards a detailed pile marking (with markings at each centimeter). Then upon competition of the SLT-T all equipment was brought back to the installation vessel. 3. Results 3.1. Pile driving analysis and dynamic load tests (Phase I) During Phase I all nine piles were installed within the predicted driving times. After pile installation, the exposed length of the three piles per location varied only by a few millimeters. Also, for all piles the inclination and alignment was within the allowable limits. During the installation of the six instrumented test piles every single blow was recorded and the data were stored in the data acquisition device (PDR, see Figure 5). During pile driving no sensor or cable failure was recorded. Therefore, each set could be placed on the sea bed after the completion of the test pile installation, and the whole

Figure 6 - Reference frame with displacement measuring system.

54

GEOTECHNIEK - December 2015


OFFSHORE PILE TESTING CAMPAIGN WIKINGER

Figure 7 - Schematic SLT-T system (reference frame and loading beam) [1], [3].

concept proposed by BMOS was feasible and very useful for these series of tests. 3.2. Tensile static load tests and dynamic restrike tests (Phase II) Figure 8 shows a normalized result from the pull out static load tests (SLT-T) on the left side. During this test the test parameters mandated by Iberdrola (e.g. static load test frame designed to sustain a maximum tension force of 15 MN [2]) and the accuracy of the displacement sensors were met. Comparing the results from the restrike dynamic load tests performed at one of the two reaction piles at each location showed very good results in terms of accuracy and data quality. Figure 8 (right side) shows the force and velocity as a function of time (derived from the recorded stress and acceleration data), which were then used as the input for a detailed signal matching analysis. For proportional reasons and to better compare the results in terms of sensor accuracy, the velocity was multiplied with the piles impedance (as outlined in [4]). Measuring the same amplitude of the force at the beginning of the hammer blow indicated 100% functionality of all sensors. The sensor fabrication as well as the selected sealing system proved to be very effective for underwater tests

Figure 8 - Normalized force-displacement result recorded during pull out static load test (left) Normalized force and velocity over time recorded during restrike dynamic load test (right))

4. Summary The extensive offshore pile testing campaign at the Wikinger OWF, initiated by Iberdrola and executed by BMOS with partners Fichtner Water & Wind GmbH and Allnamics BV can be described as unique, particularly as the tests were performed in water depths of approx. 40 m. During the execution of the work in Phase I and Phase II, all tests could be carried out with high accuracy and high quality data. The obtained test results led to a detailed understanding of the skin friction and toe resistance values for large diameter offshore pipe piles in typical Baltic Sea soils, i.e. glacial till and chalk. These results are available not only at the time of installation, when the skin friction is reduced due to soil fatigue effects, but also after a setup period of more than ten weeks. Thus, the entire offshore testing campaign can be considered a huge success, especially since tests of this nature had not been performed before. 5. References [1] Barbosa, P.; Geduhn, M.; Jardine, R.; Schroeder, F.; Horn, M.: Offshore pile load tests in chalk, Proceedings of the XVI ECSMGE, Geo-

technical Engineering for Infrastructure and Development, pp. 2885 – 2890, Edinburgh, United Kingdom, 2015 [2] Geduhn, M., Barbosa, P.: Down scaled Offshore Pile Tests in Chalk and Glacial Till, PileSymposium 2015, Institute for soil mechanics and foundation engineering, Technische Universität Braunschweig, pp. 309 – 323, 2015 [3] Merzenich, G., Benecke, N., Fischer, J.: Maßgeschneiderte Lösungen zur Realisierung

55

GEOTECHNIEK - December 2015

von Pfahlprobebelastungen unter Wasser, Pile-Symposium 2015, Institute for Soil mechanics and Fundation Engineering, Technische Universität Braunschweig, pp. 181 – 202, 2015 [4] Recommendations on Piling (2014), German GeotechnicalSociety(DeutscheGesellschaftfür Geotechnike.V.),Ernst&Sohn,BerlinPrintISBN: 978-3-433-03018-9.


Projects EuropeAd (208 x 134mm) - Yr 2015 Nov.pdf 1 10-11-2015 10:18:38

Stalen funderingsoplossingen Flexible dolphins | Sierra Leone

Efficiënt, economisch & innovatief Geoptimaliseerde totaaloplossingen inclusief prefabricatie, projectmanagement en technische assistentie in ontwerp en installatie. T +31 88 0083 700    I    projects.europe@arcelormittal.com    I  www.arcelormittal.com/foundationsolutions

GEKA BOUW B.V. heeft bijgedragen aan de dukdalfproef van Havenbedrijf Rotterdam.

• Waterbouw • Heiwerken • Industriebouw • Betonbouw • Engineering

078 - 652 48 52 • www.gekabouw.nl


Innovatie “Flexible Dolphins” - Aangescherpt paalontwerp op basis van grootschalige proeven

ir. D.J. Jaspers Focks geotechnisch adviseur, Witteveen+Bos

ir. J.M. van der Meer geotechnisch adviseur, Witteveen+Bos

ir. A. Roubos projectleider waterbouw, Havenbedrijf Rotterdam

Samenvatting

Inleiding Langs Nederlandse waterwegen en in havenbekkens wordt door de scheepvaart veelvuldig gebruik gemaakt van meerpalen. Deze meerpalen, ook wel ‘flexible dolphins´ genoemd, worden voornamelijk gebruikt tijdens het afmeren (breasting dolphins) en voor het vastleggen van de trossen (mooring dolphins). De materiaalkosten van deze stalen buispalen vormen een belangrijke kostenpost in projecten, waardoor ontwerpkeuzes (zoals wijze van modelleren en gehanteerde veiligheidsfilosofie) van grote invloed zijn op de business case. Gezien het aantal dolphins in Nederland is het opmerkelijk dat de Eurocode inclusief Nederlandse nationale bijlagen geen specifieke bepalingen kent voor het ontwerp van flexible dolphins. Ook binnen de internationale ontwerprichtlijnen (zoals de EAU en de British Standards) bestaan er grote verschillen in de ontwerpmethodiek. Dit resulteert in veel gevallen in sterk afwijkende ontwerpresultaten en leidt logischerwijs tot veel discussies.

In opdracht van het Havenbedrijf Rotterdam en in samenwerking met meerdere marktpartijen zijn in 2014 full scale veldproeven op flexibele afmeerpalen in de haven van Rotterdam uitgevoerd. Het doel van deze praktijkproef was om enerzijds de onzekerheden in de ontwerpmethodiek te reduceren en anderzijds het inzicht in de prestaties van de bestaande assets te vergroten. Hierbij zijn onder andere de effecten van het talud, dynamische belasting, geotechnische modelleringswijze en het plooien van verjongde en met zand gevulde stalen buispalen beschouwd. Uit de proefresultaten blijkt dat het effect van het talud beperkter is dan verwacht. Ook het “dynamisch” gedrag van de grond en het ongedraineerde gedrag van zand tijdens een kortdurende belasting lijken slechts beperkt effect te hebben. Verder blijkt uit de proeven dat de maximale momenten minder diep optreden dan voorspeld met de gangbare modellen. Op basis van de proefresultaten kan optimalisatie van de staalhoeveelheid worden verkregen en/of kan met dezelfde hoeveelheid staal een betrouwbaarder ontwerp gemaakt worden.

Figuur 1 - Proeflocatie in de Beneluxhaven

Om meer inzicht te verkrijgen in het gedrag van dolphins heeft het Havenbedrijf Rotterdam in samenspraak met een aantal marktpartijen een full scale praktijkproef gefaciliteerd. Dit was een grote uitdaging, omdat een dergelijke bezwijkproef nog nooit was uitgevoerd in Rotterdam. Momenteel zijn circa 5.000 flexible dolphins in gebruik in het Rotterdamse havengebied. Circa 15% van deze dolphins is eigendom van het Havenbedrijf. Dit betekent dat de onderzoeksresultaten ook van belang zijn voor de overige bedrijven opererend in het havengebied. De eerste predicties gaven aan dat een besparing van circa 15% op materiaalkosten mogelijk zou moeten zijn. Om dergelijke optimalisaties door te kunnen voeren diende echter eerst het werkelijke gedrag van de pa-

57

GEOTECHNIEK - December 2015


Figuur 2 - Sondering met representatieve grondopbouw

len vastgesteld te worden en hierna de relatie gelegd tussen de testresultaten en de diverse gangbare ontwerpmethoden. Zolang het werkelijke gedrag namelijk niet vastgesteld is, is er feitelijk onvoldoende inzicht in de werkelijke prestaties (o.a. energie opname) van zowel bestaande als nieuw te bouwen dolphins en is het vrijwel onmogelijk om de geprognotiseerde optimalisaties door te voeren. Met één praktijkproef zijn niet alle kennishiaten in de algehele ontwerpmethodiek op te lossen. De uniformisering van de ontwerpmethodiek zal opgepakt worden door werkgroep C206 “Dolphins” van SBRCURnet. De scope van dit onderzoek is in samenspraak met deze werkgroep tot stand gekomen en gaat specifiek in op grondmechanische gedrag, het plooigedrag en de voortplantingssnelheid van trillingen ten gevolge van het inbrengen van buispalen. In dit artikel wordt specifiek ingegaan op het grondmechanische gedrag en de effecten hiervan op de ontwerpmethodiek: -  Vergelijking tussen de huidige (geotechnische) rekenmethodes onderling en validatie op basis van de meetresultaten; - Effect van belastingsduur op het grondgedrag van zandige bodems (dynamisch gedrag en/of ongedraineerd gedrag); - Invloed van onderwatertaluds op de laterale

grondweerstand en -stijfheid. Opzet van de proef In samenspraak met de verschillende partijen is een proefopzet uitgedacht voor de proeflocatie in de Beneluxhaven waarbij in totaal acht palen zijn beproefd. Deze palen verschilden van elkaar op basis van een aantal variabelen: • Paalconfiguratie, er is gekozen voor een veel voorkomende diameter van 914mm waarbij de palen (vanwege economische redenen) zijn samengesteld uit secties met verschillende wanddiktes en staalkwaliteit (in totaal 6 keer een verschillende paalopbouw); • Geometrie, geplaatst in talud of in horizontale havenbodem; • Zandvulling, er zijn twee palen gevuld met zand voor het testen. Aangezien het onderzoek zich eveneens op het plooi gedrag van de palen richtte is gekozen de beschikbare proefpalen niet te belasten tot geotechnisch bezwijken maar tot het bezwijken op plooi. De palen zijn wel dusdanig zwaar belast dat er duidelijk sprake is van passieve mobilisatie over de bovenste meters. Predicties en modelvergelijking (bureau-studie) Voorafgaand aan de proeven zijn predicties

uitgevoerd met de in de huidige Nederlandse ontwerppraktijk meest gangbare rekenmodellen: • Blum; • Menard gecombineerd met Brinch-Hansen (D-Sheet Piling, Single Pile module); • P-Y curves volgens de API (D-Pile Group); •  Eindige Elementen Methode (Plaxis 3D, Plaxis 2D is niet geschikt voor het modelleren van een monopaal). Op basis van de vastgestelde belastingen, bepaald op basis van het bezwijkcriterium van onvoldoende doorsnedecapaciteit, zijn de interne krachten en vervormingen berekend en met elkaar vergeleken. De resultaten van de predicties zijn verder gebruikt om voor elke paal en elke proef richtwaarden op te stellen, waarmee de test eventueel kon worden bijgestuurd (signaleringswaarden en stopcriteria). Voorbeelden hiervan zijn criteria voor de optredende wateroverspanning in de bodem en de kopverplaatsing van de paal. De predicties zijn uitgevoerd op basis van sonderingen en boringen ter plaatse van de proefpalen. Een voorbeeld is bijgevoegd in figuur 2, welke is uitgevoerd ter plaatse van paal 5. De ondergrond bestaat voornamelijk uit los tot matig gepakt zand met dunne tussenlaagjes


Figuur 3 - Vergelijking van vier gangbare rekenmodellen op basis van momentverloop

Figuur 4 - Voorbeeld van een paal gemodelleerd in Plaxis, welke van het talud af wordt belast door een horizontale kracht

5

0

D-Pile group

Diepte [m +NAP]

D-sheet Piling Blum

-5

Plaxis

-10

-15

-20 -10000

-9000

-8000

-7000

-6000 -5000 -4000 Buigend moment [kNm]

-3000

-2000

-1000

0

Figuur 5 - Bovenaanzicht van de proefopstelling met het frame.

Figuur 6 - Overzicht van de proefopstelling met locaties van de palen en testapparatuur.

van silt en klei (paalpuntniveau is circa NAP -19 m). Anders dan bij het opstellen van een ontwerp zijn de verwachtingswaarden van de grondparameters gebruikt om het gedrag van de palen zo realistisch mogelijk te kunnen voorspellen. In een latere fase zijn ook de resultaten van laboratoriumonderzoek meegenomen bij het vaststellen van de grondparameters, welke uiteindelijk vrijwel geheel overeenkwamen met de op basis van sonderingen ingeschatte waarden. In de predicties zijn vier situaties beschouwd: 1. Een statisch belaste paal in een horizontale bodem; 2.  Een statisch belaste paal in een talud, welke zowel tegen het talud in als van het talud af wordt belast; 3. Een dynamisch belaste paal in een horizontale bodem; 4. Een dynamisch belaste paal in een talud, welke alleen van het talud af wordt belast. De berekeningsresultaten zijn gepresenteerd in figuur 3 en 4. Uit de berekeningen zijn de volgende hypotheses afgeleid: â&#x20AC;˘  Berekeningen met Eindige Elementen (Plaxis 3D) geven naar verwachting de meest realistische inschatting van momentverloop en de vervormingen van de palen. De andere modellen zijn naar verwachting conservatiever waarbij Blum (zonder wandwrijving) de grootte van het maximaal optredende moment het meest overschat. Voornaamste ar-


Figuur 7 - Overzicht van de testapparatuur. D Camera (medium speed) Total station

SAAF in buispaal Ovalisation fibre optic sensoren op 3 verschillende niveau's Versnellingsmeter / inclinometer Op kop- en bodemniveau Waterspanningsmeters op 3 verschillende niveau's SAASCan in de grond Voor en achter de paal Ovalisation fibre optic sensoren Voor- en achterkant paal

Tabel 1 -Overzicht van de range aan gemeten belastingen (F) en vervormingen (u) tijdens zowel de dynamische (dyn), statische (stat) als bezwijkproeven (bezw) Fdyn [kn]

udyn [m]

Fstat [kn]

ustat [m]

Fbezw [kn]

ubezw [m]

1

310

0,35

427

1,08

688

2,27

5

299

0,39

420

1,04

729

2,58

6

325

0,36

420

0,96

710

2,48

7

[-]

[-]

165

0,49

325

1,47

8

[-]

[-]

250

0,65

302

2,66

2 van talud

300

0,26

556

1,09

701

1,85

2 naar talud

[-]

[-]

375

0,63

[-]

[-]

3 van talud

281

0,25

398

0,71

560

0,85

3 naar talud

[-]

[-]

382

0,55

[-]

[-]

4 van talud

306

0,30

421

0,98

685

2,28

4 naar talud

[-]

[-]

425

0,66

[-]

[-]

Paal Horizontaal

In talud

Opmerking: Dit is slechts een selectie uit een veel groter totaal van gemeten waarden en de gepresenteerde waarden kunnen niet zonder gebruik van de achtergrond gegevens (zoals bijvoorbeeld de variërende paalconfiguratie) met elkaar worden vergeleken

gument voor de hypothese is de lage positie van de “inklemming” die met de analytische methoden wordt gevonden; • Omdat het niet in alle programma’s mogelijk is op eenvoudige wijze een talud te modelleren wordt in de praktijk vaak een verhoging of verlaging van de bodem in rekening gebracht (afhankelijk van de belastingsrichting). De verwachting was dat de invloed van het talud minder groot is dan doorgaans op basis van vuistregels wordt aangehouden;

• Dynamisch gedrag (door de traagheid in rekening te brengen) heeft een verwaarloosbaar effect op het gedrag van de grond en de paal, maar ongedraineerd gedrag heeft wel een significant effect op de paalverplaatsing en interne krachten in de paal. Naar verwachting reageert de grond ongedraineerd (stijver) op de korte belastingsduur. De tijdsduur van de opbouw in belasting is namelijk dermate kort dat er geen significante dissipatie van waterspanningen kan optreden.

De verwachting was dat Plaxis dit effect onderschatte (verschil tussen de gedraineerde en ongedraineerde analyse is zeer beperkt) terwijl in D-Pile Group dit effect overschat leek te worden (halvering van de kopverplaatsingen). Uitvoering proef en meetresultaten Op de proeflocatie zijn naast de testpalen nog drie reactiepalen geïnstalleerd in een dusdanig stramien dat alle palen beproefd konden worden met behulp van hetzelfde frame, zie figuur 5 en 6. Dit frame werd gebruikt om de horizontale belasting op de palen aan te brengen. Hierbij is zowel gebruik gemaakt van een hydraulische vijzel om een statische belasting aan te brengen, als ook van een kraan waarbij met kabels en katrollen een kortstondige, dynamische, belasting kon worden aangebracht. Door met de vijzel te trekken dan wel te drukken konden de palen zowel tegen het talud in, als van het talud af worden beproefd. De dynamische trekbelasting is aangebracht in tijdsintervallen variërend van 3 tot 15 seconden, wat een realistische representatie is van de duur van een afmeerbelasting. De belasting grijpt in alle gevallen aan op de kop van de paal (NAP +2,50m). Het gemiddelde bodemniveau onder aan het talud ligt bij de proeflocatie op NAP -8,0m en het talud heeft een gemiddelde helling van 1:5. Er is een uitgebreid meetprogramma opgezet voor de proeven, met name gericht op het af kunnen leiden van last-verplaatsingsdiagrammen van de palen, optredende staalspanningen, en grondvervormingen en waterspanningen in de passieve zone. Een overzicht van de gebruikte meetapparatuur is weergegeven in figuur 6 en 7. Tijdens de uitvoering is er assistentie geweest van duikteams die visuele inspecties hebben uit gevoerd naar grondvervormingen in de nabijheid van de paal (gatvorming achterzijde, bezwijkvormen voorzijde. In Tabel 1 en de figuren 8 t/m 13 zijn enkele kenmerkende metingen weergeven. Resultaten Vergelijking predicties en proefresultaten Uit de predicties, waarin de verschillende rekenmodellen onderling zijn vergeleken, bleek al dat er duidelijke verschillen te zien waren tussen de resultaten van de verschillende modellen. De praktijkproeven bevestigen de hypothese dat de berekeningsresultaten van Plaxis 3D het beste aansluiten bij de metingen. Naast de constatering dat de berekende


INNOVATIE “FLEXIBLE DOLPHINS” - AANGESCHERPT PAALONTWERP OP BASIS VAN GROOTSCHALIGE PROEVEN

Figuur 8 - Registratie van belastingverloop in de tijd voor een statische test.

Figuur 9 - Registratie van belasting en verplaatsing welke separaat van elkaar zijn gemeten tijdens een dynamische test en met behulp van een ‘time stamp’ zijn gekoppeld. 350

300

Belasting [kN]

250

200

150 kN_3 seconden 150 kN_6 seconden 150 kN_15 seconden

150

300 kN_3 seconden 300 kN_15 seconden

100

50

0 0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

Verplaatsing[m]

Figuur 10 - Registratie van belasting en waterspanning (gemeten in de passieve wig van de paal) in de tijd tijdens een dynamische test van ongeveer 15 seconden 10,1

30

10

25

9,9

20

9,8 9,7

15

9,6 10

9,5 9,4

Belasting [Ton]

Waterspanningen [mwk]

Figuur 11 - V Registratie van de paalvervorming tijdens een statische test, gemeten met een SAAF in de paal (meting loopt niet helemaal tot aan de kop van de paal) en een Total Station (TS) welke de kopverplaatsing registreert

4

Waterspanning Belasting

0

5

9,3

0

9,2 9,1

-5 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

-4

Test tijd [sec]

Figuur 12 - Beschrijving en inmeting van de bezweken grond na de bezwijkproef door duikers.

Niveau [m +NAP]

-8

-12 3h

-16

Longitudinal cracks / grooves in load direction 12h

Load direction

9h

6h

Gap / slope at back of pile

-20 700

600

500

400

300

200

100

0

Verplaatsing [mm] SAAf in buispaal

verplaatsingen (verplaatsingsbeeld en orde grootte verplaatsingen) en momenten (maximum moment en de diepteligging van het maximum) van Plaxis 3D het beste overeenkomen met de meetresultaten (figuur 14 en 15), laten eveneens de berekende grondverplaat-

singen in de passieve wig een goede overeenkomst zien met de gemeten waarden (SAAFmeting in passieve wig), zoals gepresenteerd in figuur 16. Klaarblijkelijk wordt met name de grondweer-

Gemeten kopverplaatsing Total Station

stand in de bovenste lagen onderschat en dan met name in de verschillende analytische modellen. Kanttekening hierbij is dat de met P-Y curves berekende verplaatsingen wel goed overeenkomen met de metingen, maar de momenten niet.


de plooi in de buispalen dat de positie van het maximale moment hoger ligt dan berekend. In de proeven vond de overschrijding van het maximale moment namelijk veelal 1 Ă 1,5 m onder bodemniveau plaats, wat hoger is dan

Overigens blijkt uit de proeven dat ook de berekende momenten met Plaxis 3D nog steeds aan de hoge kant zijn. Naast het indirect gemeten momentenverloop (met reksensoren) bleek ook uit de locatie van het optreden van

Figuur 13 - Registratie van de reksensoren.

2,5

2,5

4000

2000

-1000

0

-500

0

500

1000

500

0

-5

-5

0 0

-1000

0,2

0,4

0,6

1

0,5

-0,5

-7,5

-7,5

-7,5

-7,5

-10

-10

-10

-10

-10

-12,5

-12,5

-12,5

-17,5

-20

Bending moment [kNm]

-17,5

-17,5

-20

Shear force [kN]

-15

-15

-17,5

-17,5

-20

-20

-20

Distributed load [kN/m]

0,1

0

0

0

-0,1

-0,1

-0,1

-0,2

-0,2

-0,2

O1

-0,3

Back sensor

0,2

0,1

0,1

Front sensor

Horizontal displacement [m]

0,2

0,2

Uit de praktijkproeven volgde dat de grond bij een `dynamische` belasting, (belastingopbouw in 1 tot 3 seconden), geen significant stijver gedrag vertoont dan tijdens een `statische` belasting (belastingopbouw in meer dan 15 minuten). De gemeten waterspanningen zijn daarnaast dusdanig variabel per meetlocatie dat deze metingen geen eenduidig beeld geven over de waterspanningen in de passieve wig en daarmee ook niet resulteren in een eenduidig beeld in de grondweerstand tijdens korte duur belasting. Bovendien blijken de effecten van een dynamische belasting op vervormingen en de momentverdeling van de paal zeer beperkt te zijn. De kopverplaatsingen van de palen tijdens een statische en dynamische belasting van paal 1 zijn ter illustratie geplot in figuur 17. Deze constatering sluit wel goed aan bij de verschillen tussen gedraineerde en ongedrai-

-12,5

-12,5

-15

-15

-1

O2

-0,3

O3

-0,3

450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

Time [sec]

Figuur 15 - Overzicht van de verplaatsing over de lengte van de paal. Zowel de berekende waarden uit de verschillende modellen als de meetresultaten zijn gepresenteerd bij een opgelegde kracht van 690 kN.

5

5

0

0

D-Pile group

D-Pile group

D-sheet Piling

D-sheet Piling

Blum Plaxis Metingen

-10

-5

Plaxis Metingen

-10

-15

-15

-20 -10000

Diepte [m +NAP]

Diepte [m +NAP]

Figuur 14 - Overzicht van het buigend moment over de lengte van de paal. Zowel de berekende waarden uit de verschillende modellen als de meetresultaten zijn gepresenteerd bij een opgelegde kracht van 690 kN.

-5

Dynamisch grondgedrag De verwachting was dat de grond, met name in de bovenste lagen, stijver zou reageren ten gevolge van ongedraineerd gedrag bij een kort durende belasting. Uit de predicties bleek dat de beschikbare modellen om dit mechanisme te beschrijven (P-Y curves (undrained) en Plaxis 3D) zeer verschillende resultaten gaven.

-5

-5

-5

0 -2,5

-2,5

-7,5

-15

Load [kN]

-500 -2,5

-2,5

-2,5

2,5

0

0

0

0 6000

2,5

2,5

de positie van het maximale moment op basis van Plaxis 3D.

-20 -8000

-6000

-4000

Buigend moment [kNm]

-2000

0

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

Verplaatsing [m]

1,2

1,4

1,6

1,8


INNOVATIE “FLEXIBLE DOLPHINS” - AANGESCHERPT PAALONTWERP OP BASIS VAN GROOTSCHALIGE PROEVEN

Figuur 16 -Vervorming in de grond aan de passieve zijde berekend met Plaxis en gemeten met SAASCan op ongeveer 1,0m afstand van de buispaal.

Figuur 17 - Last-verplaatsingsdiagram voor paal 1 met hierin de gemeten verplaatsing van de paalkop tijdens de dynamische en de statische testen.

450 -9

400 350

-11 D-Pile Group dynamisch Plaxis statisch

Belasting [kN]

diepte [m +NAP]

300

-13

-15

Plaxis dynamisch

250

150 kN_dynamisch (3s) 150 kN_dynamisch (6s) 150 kN_dynamisch (15s)

200

300 kN_dynamisch (3s) 300 kN_dynamisch (15s)

150

1e keer statisch (drukken) 2e keer statisch (drukken) 3e keer statisch (trekken)

100 -17

50 0

-19 50

40

SAASCan 1 in grond

30

20

10

verplaatsing [mm]

0

-10

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Verplaatsing[m]

SAASCan 2 in grond Plaxis

neerde berekeningen met Plaxis 3D (welke zeer beperkt bleken te zijn) maar niet met de verschillen tussen gedraineerde en ongedraineerde berekeningen met P-Y curves (waar een grote invloed op de verplaatsingen werd gevonden). Invloed talud De berekeningen met Plaxis 3D sluiten wat betreft het kwantificeren van de invloed van het talud goed aan bij de proefresultaten. Dit ligt in de lijn der verwachting aangezien het volledige talud in Plaxis 3D eenduidig te modelleren is. Voor het verdisconteren van de effecten van het talud in de analytische rekenmodellen is aanpassing nodig van geometrie (equivalente verhoging/verlaging van bodemniveau) of van de grondparameters (equivalente hoek van wrijving). Aanpassing van de grondparameters is gezien het toepassen van partiële factoren op de grondparameters binnen de Eurocode minder eenduidig, waardoor in de ontwerppraktijk veelal gekozen wordt om een equivalente verlaging of verhoging van het maaiveld te hanteren. Bij een belasting richting het talud (oplopend) wordt het bodemniveau verhoogd terwijl bij een belasting van het talud af (aflopend) het

bodemniveau verlaagd wordt. De hiervoor gehanteerde waarden betreffen inschattingen op basis van de invloedsbreedte van de passieve wig voor de paal, de helling van het talud en van de grondopbouw. Uit de predicties met Plaxis 3D bleek dat de invloed van het talud beperkter is dan de handmatige aanpassingen (gebaseerd op veilige inschattingen) die in de analytische modellen worden gehanteerd. Dit beeld is bevestigd door de praktijkproeven. Op basis van de proefresultaten en aanvullende Plaxis 3D analyses zijn voor de typische Rotterdamse grondcondities curves afgeleid waarin de te hanteren equivalente verhoging cq. verlaging van het maaiveld is af te leiden op basis van de taludhelling en de grondsoort van de bovenste meters. Deze curves zijn echter niet algemeen geldend en worden dan ook uitsluitend opgenomen in de “ontwerpmethodiek dolphins” van het Havenbedrijf Rotterdam. In hoeverre deze resultaten ook te gebruiken zijn binnen de CUR Dolphins wordt nog onderzocht. Conclusies Op basis van de uitgevoerde praktijkproeven is er een beter beeld verkregen van het modelleren van het grondmechnische gedrag van la-

teraal belaste “flexible dolphins”. De volgende conclusies kunnen worden getrokken: • Alle in de huidige ontwerppraktijk beschikbare analytische modellen resulteren in een overschatting van de buigende momenten in de palen. De EEM berekening (Plaxis 3D) geeft een betere overeenkomst, maar resulteert eveneens in een lichte overschatting. Belangrijkste oorzaak lijkt de onderschatting van de laterale gronddruk in de ondiepe grondlagen. Op basis van deze resultaten is er geen reden om het gebruik van (één van) de gangbare modellen uit te sluiten. Aandachtspunt blijft echter de aard van de belasting. Een stijf gedrag is in het geval van afmeren (energieabsorptie) immers ongunstig terwijl voor trosbelastingen dit gunstig werkt. • Dynamische belasting-effecten hebben een verwaarloosbaar effect op het gedrag van “flexible dolphins”. Er is wel sprake van ongedraineerd gedrag van zand tijdens een typische kortdurende belasting van een “flexible dolphin”, maar dit heeft vervolgens maar een zeer marginaal effect op het paalontwerp. De momenten en verplaatsingen nemen zeer beperkt af door het ongedraineerde gedrag. De aanpassingen van de P-Y curves voor ongedraineerd gedrag van zand


(binnen DPile-group) resulteren in paalverplaatsingen welke sterk afwijken van de paalproeven. Op basis van de proeven wordt dan ook afgeraden deze module te gebruiken bij het ontwerp van “flexible dolphins” •  De invloed van het talud is minder groot dan de handmatige aanpassingen die in de dagelijkse ontwerppraktijk voor de analytische modellen worden gehanteerd, maar wordt wel goed gemodelleerd met EEM berekeningen (Plaxis 3D). Voor de typische Rotterdamse grondcondities zijn de voor de analytische modellen benodigde aanpassingen vastgesteld voor verschillende taludhellingen. Binnen werkgroep C206 “Dolphins” van SBRCURnet wordt nog onderzocht of op basis van de proefresultaten meer generieke aanpassingen kunnen worden vastgesteld. Discussie Naast de geotechnische conclusies zoals gepresenteerd in dit artikel is het uiteindelijk gelukt een nieuwe integrale ontwerpaanpak vast te stellen en zijn nieuwe rekenmethoden voor het voorkomen van het plooien van stalen buispalen afgeleid. Ook zijn nieuwe ontwer-

pinzichten verworven en blijkt het mogelijk om met minder materiaal een veiliger ontwerp te maken. Zo werd in het verleden onnodig veel staal diep onder de havenbodem geïnstalleerd, terwijl de plooi gevoeligheid van de door een stijver paal-grondgedrag juist net boven of onder de haven bodem blijkt te liggen. Het materiaal kan dus veel efficiënter verdeeld worden over de lengte van de buispaal, wat tot een besparing van circa 15% van de materiaalkosten kan leiden. Belangrijke kanttekeningen bij de besparing in staal zijn: •  De installeerbaarheid van de buizen (voldoende grote wanddikte) kan maatgevend zijn in het paalontwerp, dit is in voorliggend artikel niet nader onderzocht. • Het gevonden stijvere grondgedrag kan tijdens afmeren juist resulteren in een ongunstigere belasting in verband met de reductie in energie-absorptie.

groot compliment aan alle partijen die hieraan bijgedragen hebben. Het Havenbedrijf Rotterdam heeft de proef geïnitieerd en gefaciliteerd en ook Witteveen+Bos, RoyalHaskongDHV, Geka Bouw, Inventec, VLG, Arcelor Mittal, VSF, EBS, Smit Waalhaven en Element hebben belangrijke (financiële) bijdragen geleverd. Zonder deze bijdragen was een dergelijk praktijkproef niet mogelijk geweest. Met een multidisciplinair team op deze wijze samen werken om kennis te verweren, opent deuren voor toekomstig onderzoek.

De totale doorlooptijd van idee, uitvoering en oplevering van proefresultaten heeft plaatsgevonden binnen een tijdsbestek van slechts 3 maanden. Dat een dergelijke proef mogelijk is binnen een dergelijke krappe planning, is een

De innova)e  flexible  dolphins  werd  mede  mogelijk  gemaakt  door:  

De innovatie flexible dolphins werd mede mogelijk gemaakt door:

‘’ Innova)e  lukt  alleen  als  we  vertrouwde          concepten  durven  los  te  laten..‘’

64

GEOTECHNIEK - December 2015


Geokunst wordt mede mogelijk gemaakt door: www.diesekogroup.com/rental

TE HUUR: EEN OPLOSSING, ALTIJD. NAUE GmbH & Co. KG Bonar BV Gewerbestr. 2 Westervoortsedijk 73 32339 Espelkamp-Fiestel – Germany 6827 AV Arnhem OVERAL. Tel. +49 5743 41-0 Tel. +31 (0) 85 744 1300

De collectieve leden van de NGO zijn:

Naue GmbH & Co. KG, Baggermaatschappij Boskalis BV, Espelkamp-Fiestel Papendrecht Ooms Civiel BV, Avenhorn Bonar BV, Arnhem Prosé Kunststoffen BV, Ceco BV, Maastricht Leeuwarden Cofra B.V., Amsterdam Quality Services BV, Bennekom Deltares, Delft Robusta BV, Genemuiden Fugro GeoServices BV, Fax +49 5743 41-240 Fax +31 (0) 85 744 1310 SBRCURnet, Rotterdam Leidschendam info@naue.com info@bonar.com T&F Handelsonderneming BV, Geopex Products (Europe) BV, www.naue.com www.bonar.com Oosteind Gouderak Ten Cate Geosynthetics Hero-Folie B.V., Zevenaar Netherlands BV, Nijverdal InfraDelft BV, Delft Tensar International, Intercodam Infra BV, Almere ’s-Hertogenbosch Kem Products NV, Terre Armee BV, Waddinxveen Heist op den Berg (B) Van Oord Nederland BV, Gorinchem Kiwa NV, Rijswijk RENTAL FLEET: TenCate Geosynthetics TEXION Geokunststoffen NV Voorbij Funderingstechniek BV, Kwast Consult, Houten Trilblokken tot 500 kgm Hoge Dijkje 2 Admiraal de Boisotstraat 13 Amsterdam Movares Nederland BV, Utrecht 7442 AE Nijverdal Power Units tot 3200 l/min B-2000 Antwerpen – Belgium VIBRATORY FOUNDATION EQUIPMENT Vibroflots - DOP pompen SALES - RENTAL - CONSTRUCTION - SERVICE Tel. +31 (0)546-544 811 Tel. +32 (0)3 210 91 91 Fax +31 (0)546-544 470 Fax +32 (0)3 210 91 92 NIEUW: Lelystraat 49 geonederland@tencate.com www.texion.be Power Units met i-Timer 3364 AH Sliedrecht N71 Cover_Opmaak 1 02-09-13 09:48 Pagina www.tencate.com/geonederland 2 www.geogrid.be stop-start systeem te huur T: +31 184 410 333 Advert_Enkadrain_208x134mm_02_NL.pdf 1 01-10-13 09:30

1x formaat 208(b)x 134(h)

T Enkadrain . De drainagemat voor o.a. E parkeerdaken, pleinen en kelderwanden. R R A C O N Kwaliteit als fundament

geotechniek _Juli_2014_binnen_v3.indd 33

®

Enkadrain draineert, filtreert en beschermt. De drukstabiliteit en langetermijnprestaties van Enkadrain zijn uitstekend. Daarnaast is Enkadrain licht, flexibel en eenvoudig te installeren.

Dra inag e ond er plei

n Sted elijk Museum

www.terracon.nl info@terracon.nl

, Am sterdam

Bonar

Westervoortsedijk 73 / 6827 AV Arnhem / T +31 85 744 1300 F + 31 85 744 1310 / info@bonar.com / www.bonar.com

04-06-14 13:5


De praktische toepassing van veldproefresultaten uit het Dijken op Veen onderzoek

Dr. ir. C. Zwanenburg Deltares, Geo-engineering

Figuur 1 - Proefopzet.

Inleiding Aan de stabiliteit van Nederlandse dijken worden hoge eisen gesteld. Deze hoge eisen bepalen zowel de maatgevende belasting als de maatgevende sterkte voor de dijk en de ondergrond. In veel gevallen leveren de maatgevende ontwerpcondities een situatie op die buiten ons ervaringsgebied valt. Daarom is het belangrijk dat waar mogelijk ontwerpuitgangspunten worden gevalideerd met veldwaarnemingen. In de voorbereiding van de versterking van de Markermeerdijk tussen Hoorn en Amsterdam bleek dat de onzekerheid in de sterkte van veen een grote invloed heeft op het ontwerp van de versterking. Om deze onzekerheid te verkleinen zijn, op initiatief van Rijkswaterstaat en Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier, vijf grootschalige veldproeven uitgevoerd. Na de afronding van de veldproeven is de opgedane ervaring geschikt gemaakt voor het ontwerpproces van de dijkversterking. Dit bleek een inspanning die minstens zo groot was als het uitvoeren van de veldproeven zelf en heeft uiteindelijk de werkwijze Dijken op Veen opgeleverd. De werkwijze Dijken op Veen beschrijft het hele ontwerptraject, van parameterbepaling tot aan het opstellen van het dijkversterkingsontwerp. Het gaat te ver om in dit artikel het complete verhaal van de veldproeven en daaruit afgeleide werkwijze toe te lichten. In plaats daarvan richten we ons op ĂŠĂŠn van de belangrijkste aspecten, de parameterbepaling. De ontwikkelde werkwijze gaat uit van het gebruik van veldsondemetingen, zoals sonderingen of bolsondemetingen, om voor elk te berekenen dwarsprofiel de ongedraineerde sterkte van de afzonderlijke lagen vast te stellen. Dit artikel laat zien hoe de sterkte parameters, bepaald met behulp van correlaties met veldsondemetingen, aansluiten bij de uitgevoerde veldproeven en geeft daarmee de on-

Tabel 1 - Samenvatting operationele schuifweerstand bepaald uit numerieke analyse. Analyse

su [kN/m2]

Opmerkingen

Proef 1

7,4

onbelaste operationele sterkte

Proef 2

7,3

proef 2 identiek aan proef 1

Proef 4 Container 3

13,2

Bezwijken ter plaatse van container 3 wijkt af van overige containers; De overige containers zijn vergelijkbaar met resultaat van proef 5.

Proef 5 Container 4

8,5

Bezwijken container 4 van proef 5 is representatief verondersteld voor de proeven 4 en 5.

Proef 6 Uniforme condities

8,9

Aanname uniforme su

Proef 6 Onderscheid onder en naast voorbelasting

5,5 12,6

Aanname in gebied OCR>1 (buiten voorbelasting) Aanname in NC gebied (onder de voorbelasting)

derbouwing voor het gebruik van correlaties met veldsondemetingen in de ontwikkelde werkwijze. De complete werkwijze is beschreven in Zwanenburg(2014). Grootschalige veldproeven In totaal zijn er 5 grootschalige veldproeven

66

GEOTECHNIEK - December 2015

uitgevoerd nabij het Noord-Hollandse Uitdam. Voor een beschrijving van de proeven en de bijbehorende analyse wordt verwezen naar Zwanenburg(2013), Zwanenburg & Van(2013), Zwanenburg & Jardine(2015). In dit artikel wordt een korte samenvatting van de proeven en de resultaten gegeven.


Samenvatting

Het onderzoeksproject Dijken op Veen heeft geleidt tot een werkmethodiek voor het ontwerpen van dijken op een veenondergrond. Centraal in de methodiek staat het gebruik van sonderingen en bolsondemetingen om met behulp van correlaties de sterkte van dijklichaam en ondergrond

Figuur 1 schetst de opzet van de vijf uitgevoerde proeven. Opgemerkt wordt dat proef 3 voortijdig is bezweken en daarom niet in beschouwing is genomen. De eerste kolom in figuur 1 geeft de drie fasen waarin de proeven 1 en 2 zijn uitgevoerd. De proeven 1 en 2 zijn in duplo uitgevoerd en bestaan uit een containerrij die op het onbelaste veen is geplaatst. Vervolgens is op 1 m afstand van de containerrij een sloot gegraven en zijn de containers stapsgewijs gevuld met water. In de laatste stap is de waterstand in de sloot stapsgewijs verlaagd tot bezwijken optrad. De proeven 1 en 2 zijn representatief voor de situatie ter plaatse van het achterland van een dijk. De tweede kolom in figuur 1 schetst de proeven 4 en 5. Deze proeven zijn eveneens in duplo uitgevoerd. In deze proeven is voorafgaand aan de proefuitvoering een voorbelasting door het plaatsen van 2 rijen betonplaten, totaal 23,5 kN/m2 stapsgewijs in 1 maand aangebracht en vervolgens 2 maanden aangehouden. Daarna zijn extra betonplaten en containers aangebracht. De containers zijn stapsgewijs gevuld en het waterpeil is in de sloot stapsgewijs verlaagd tot bezwijken optrad. De proeven 4 en 5 modelleren de situatie onder de berm van een dijk. De derde kolom in figuur 1 geeft de drie belangrijkste fasen uit proef 6. Bij proef 6 is een voorbelasting 33,6 kN/m2, gedurende 6 maanden aangebracht door het plaatsen van drie rijen betonplaten. Er is geen ontgraving toegepast. Na de wachttijd zijn extra betonplaten, circa 33 kN/m2, op de middenraai gelegd, gevolgd door de containers. Wederom zijn de containers stapsgewijs gevuld tot bezwijken optrad. Proef 6 modelleert de situatie onder een dijk. Kort na de uitvoering is bij elke proef door middel van het graven van proefsleuven de vorm en ligging van het bezwijkmechanisme vastgesteld. De resultaten zijn weergegeven in figuur 2. Tabel 1 geeft een samenvatting van de analyses die op basis van eindige elementen berekeningen zijn uitgevoerd. De proefresultaten zijn zeer geschikt voor validatie van complexe materiaalmodellen. Echter om aan te sluiten bij het gebruik van glijvlakmodellen in het toetsen van de stabiliteit van waterkeringen en

te bepalen. De methodiek is ontwikkeld na het uitvoeren van enkele veldproeven. Dit artikel laat zien hoe de correlaties met de sonderingen en bolsondemetingen aansluiten op de resultaten van de veldproeven.

Figuur 2 - Waargenomen faalmechanismen.

het gebruik van correlaties met veldsondemetingen is in deze fase gekozen voor een relatief eenvoudige numerieke analyse. In de berekeningen is de geometrie en belasting die kort voor het bezwijken aanwezig waren geschematiseerd. Het grondgedrag is gesimuleerd met een Tresca model. De berekeningen zijn uitgevoerd met PLAXIS (v. 2012.01), zie Zwanenburg & Jardine (2015) voor meer details. De resultaten voor de proeven 1 en 2 uit ta-

67

GEOTECHNIEK - December 2015

bel 1, sluiten goed aan bij de analyse die op basis van de glijvlakmodellen zijn uitgevoerd, su = 6,95 â&#x20AC;&#x201C; 8,00 kN/m2 (Zwanenburg, 2013). In de proeven 4 en 5 trad per container bezwijken van de ondergrond op. De ondergrond ter plaatse van de derde container in de vierde proef bezweek pas na het aanbrengen van aanzienlijk hogere belastingen dan nodig voor de andere containers. Deze situatie is dan ook apart in beschouwing genomen. Voor het resterende deel van proef 4 en voor proef


Figuur 3b - Vergelijking veldsondemetingen met proef 4 en 5, links bolsonde meting, rechts sondering.

Figuur 3a - Vergelijking interpretatie bolsonde metingen en veldproefresultaten.

5 is de situatie rondom de 4e container van proef 5 representatief. Voor proef 6 zijn twee analyses uitgevoerd. In de eerste analyse is er geen onderscheid gemaakt tussen het gedeelte van de ondergrond dat is beïnvloed door de voorbelasting. In deze analyse is de gemiddelde gemobiliseerde weerstand langs het glijvlak bepaald. In de tweede analyse is dit onderscheid wel gemaakt. De sterkte van de niet voorbelaste grond is bepaald aan de hand van de uitgevoerde sonderingen. Opgemerkt wordt dat de sonderingen laten zien dat de initiële sterkte ter plaatse van proef 6 iets geringer is dan de sterkte ter plaatse van de proeven 1 en 2. De grens van de zone in de ondergrond die is beïnvloed door de voorbelasting is geschematiseerd aan de hand de berekende spanningstoename bij het activeren van de voorbelasting. De grens is gelegd op de lijn waar de spanningstoename zodanig is dat de oorspronkelijke grensspanning wordt overschreden. De resultaten van de analyse, samengevat in tabel 1, zijn vergeleken met de veldsondemetingen. In het onderzoek zijn verschillende veldsondes toegepast. Omdat de ontwikkelde werkwijze gebruik maakt van bolsonde metingen in het achterland en sonderingen op de overige locaties in het dwarsprofiel zijn hier alleen de resultaten van deze twee type sondes besproken. Uit de eerste analyse van de proefresultaten bleek dat de DSS proefresultaten goed aansloten bij de veldproefresultaten, (Zwanenburg, 2013). De gehanteerde correlatie tussen de DSS proeven en de veldsondemetingen is, conform Lunne et al. (1997):

Figuur 3c - Interpretatie veldsondemetingen voorafgaand aan de opbouw van de proefopstelling en aan het einde van de voorbelastperiode, 16 januari 2013, proef. 6, Links de bolsondemetingen; rechts de sonderingen

(1) Waarin: Su = ongedraineerde schuifweerstand qnet = gecorrigeerde conusweerstand Nkt = correlatie factor qc = gemeten sondeerweerstand a = netto conusoppervlak u2 = waterspanningen gemeten direct boven de conus σv0 = gronddruk qbol = gemeten bolweerstand Nb = correlatiefactor Tabel 2 geeft de waarden voor Nkt en Nb. De

68

GEOTECHNIEK - December 2015

Tabel 2 - Bepaling Nkt en Nb Nkt

Nb

gemiddelde

14,0

17,9

variatiecoëfficiënt

0,2

0,06

correlatie met de Nkt waarde is gebaseerd op 6 DSS proeven die bij de terreinspanning zijn geconsolideerd en vervolgens ongedraineerd afgeschoven. De monsters zijn verdeeld over het proefterrein geselecteerd. Hierbij geldt dat voor elk monster op een afstand van 0,5 m een sondering is uitgevoerd zodat elk proefresultaat is gecorreleerd aan nabij gemeten


DE PRAKTISCHE TOEPASSING VAN VELDPROEFRESULTATEN UIT HET DIJKEN OP VEEN ONDERZOEK

sondeerweerstanden. De correlatie voor de bolsonde is op vergelijkbare wijze uitgewerkt, echter deze is gebaseerd op 4 DSS proeven. De waarden uit tabel 2 zijn gebruikt voor de analyse van de sonderingen, zie figuur 3a, 3b en 3c. Hier is voor elke proef een maatgevende veldsondemeting vergeleken met de sterkte die, conform tabel 1, uit de analyse volgde. Voor de proeven 1 en 2 is alleen de vergelijking met de bolsonde gepresenteerd, vanwege de aansluiting met de opgestelde werkwijze waarin voor het onbelaste veen met de bolsonde wordt gewerkt. Voor de proeven 4, 5 en 6 zijn zowel de bolsonderesultaten als de sondeerresultaten gegeven.

schuifsterkteratio S = 0,48. Rekening houdend met spanningsspreiding reduceert de voorbelasting (33 kN/m2) tot een spanningsverhoging halverwege de veenlaag van 26,4 kN/m2. Als de initiële verticale effectieve terreinspanning wordt verwaarloosd volgt su = S × σ’v = 0,48 ×27,5 = 12,7 kN/m2. Opgemerkt wordt dat de ontstane zettingstrog met behulp van pompen is droog gehouden. Hiermee is voorkomen dat de belasting onderwater zakte met een reductie van de daadwerkelijk op de ondergrond aangebrachte belasting tot gevolg. De geschatte sterkte toename sluit goed aan bij de bolsondemetingen in figuur 3c en de analyse uit tabel 1, maar lijkt de sterkte die met

de sondering aan het einde van de voorbelastperiode wordt bereikt te overschatten. Invloed OCR De belastingsgeschiedenis speelt een belangrijke rol bij het vaststellen van de actuele waarde van de ongedraineerde schuifweerstand, conform Ladd (1991):  (2) Waarin: S = su-ratio; su/σ’vy σ’vy = grensspanning σ’vi = verticale effectieve terreinspanning

Figuur 4 - Analyse veldsondemetingen proef 6 voor en na verwijderen belasting, links bolsondemetingen; rechts sonderingen

Aan het einde van de voorbelastfase van de proeven 4, 5 en 6 zijn velsondemetingen ter plaatse van de voorbelasting, tussen de betonplaten, uitgevoerd. Dit geeft een goed beeld van de actuele sterkte kort voor de proef tot bezwijken wordt doorbelast. Figuur 3b geeft het resultaat van de proeven 4 en 5, figuur 3c van proef 6. Er wordt een goede overeenkomst gevonden tussen de sterkte die met behulp van de correlaties uit veldsondemetingen wordt bepaald en de waarde die uit de analyse van de proefresultaten volgt. Invloed belasting De uitgebreide metingen rondom de uitvoering van proef 6 geeft de mogelijkheid om de invloed van een spanningsverandering op het sondeerbeeld en daarmee op de sterkte van de ondergrond nader te bekijken. In figuur 3c is de sondering en bolsondemeting die voorafgaand aan de opbouw van de proefopstelling vergeleken met de meting die aan het einde van de voorbelastperiode is uitgevoerd. De voorbelasting bestaat uit 33 kN/m2 die gedurende 6 maanden aanwezig is geweest. In deze periode is ongeveer 1,5 m zetting opgetreden. De sonderingen laten zien dat onder de veenlaag nauwelijks vervorming van grondlagen is opgetreden. Dit houdt in dat de aangebrachte belasting heeft geleid tot circa 30% verticale rek in de veenlaag. Figuur 3c laat zien dat de aangebrachte belasting en de daardoor opgetreden samendrukking ongeveer een verdubbeling van de ongedraineerde schuifweerstand tot gevolg heeft gehad.

Figuur 5 - DSS proefresultaten

De orde grootte van de sterkte toename past bij de laboratoriumproefresultaten. Figuur 5 herhaalt enige DSS proefresultaten uit Zwanenburg & Jardine (2015). Uit de analyse van deze proeven volgt een ongedraineerde

69

GEOTECHNIEK - December 2015


Vergelijking (2) heeft gevolgen voor het gebruik van sonderingen voor de bepaling van de ongedraineerde schuifweerstand voor de stabiliteitsanalyses van dijken. Immers de schematisatie van de maatgevende situatie voor een stabiliteitsberekening leidt vaak tot verhoging van de freatische lijn in het dijklichaam. Ook wordt een verhoging van de waterspanning aan de onderzijde van de het slappe lagen pakket gevonden door het indringen van water uit de onderliggende zandlaag. Hierdoor neemt de effectieve spanning op deze locaties in het dwarsprofiel af. Door het verschil in spanningscondities tussen het moment waarop de sondering is uitgevoerd en de maatgevende omstandigheden waarvoor de stabiliteitsberekening wordt uitgevoerd dient er een correctie conform vergelijking (2) te worden uitgevoerd. De grootte van de correctie is afhankelijk van de macht m uit vergelijking (2). Wroth (1984) legt een verband tussen m en de stijfheden uit het modified cam-clay model. Een veralgemenisering naar 1D condities geeft de relatie tussen m en samendrukkingseigenschappen; m = (CR –RR)/CR. Uit 90 samendrukkingsproeven van veenmonsters die zowel uit de proeflocatie als uit andere locaties langs de Markermeerdijk volgt m = 0,79, met standaard deviatie, SD = 0,04. Na afloop van proef 6 zijn, na het verwijderen van de belasting opnieuw sonderingen uitgevoerd. De vergelijking van de sonderingen die na afloop zijn uitgevoerd en de sondering die in de eindfase van de voorbelastperiode zijn uitgevoerd geeft een indruk van de validiteit van het toepassen van vergelijking (2) voor veen. Herschrijven van vergelijking (1) en (2) levert op: (3) Waarin suu de ongedraineerde schuifweerstand na de belasting verandering weergeeft en sui de initiële waarde. Vergelijking (3) geeft aan dat bij een spanningsverandering in de ondergrond de bijbehorende verandering in su bepaald wordt door de verhouding van de spanningen voor en na het verwijderen van de belasting en de waarde voor m. Het probleem is dat door het lage volumieke gewicht van het veen, de grootte van de effectieve spanning in de veenlaag in de onbelaste situatie niet goed te bepalen is. Daarnaast is na het afronden van de voorbelasting de belasting verhoogd tot bezwijken van de ondergrond optrad. Pas enkele dagen daarna is de belasting verwijderd en zijn sonderingen uitgevoerd. Waarschijnlijk is de sterkte van het veen dat na afloop is gemeten, beïnvloed door de extra belasting die

nodig was om tot bezwijken te komen. Figuur 4 toont de su waarden die met vergelijking (1) zijn bepaald uit de sonderingen die aan het einde van de voorbelastfase en sonderingen na het verwijderen van de belasting zijn gemaakt. In de sonderingen is duidelijk de harde toplaag, die op de veenlaag is gelegen zichtbaar. Als gevolg van de aangebrachte belasting om tot bezwijken te komen, is de ligging van deze toplaag in de sonderingen die na afloop zijn uitgevoerd lager. Het globale beeld is dat de sonderingen die na het verwijderen van de belasting zijn uitgevoerd een hogere sterkte laten zien dan de sonderingen die tijdens de belaste situatie zijn uitgevoerd. Bij de bolsondemeting ligt de sterkte voor en na het verwijderen in dezelfde orde van grootte. Na het verwijderen van de totale belasting is de verticale spanning in het veen weer terug bij de lage waarde die alleen door het eigen gewicht van het veen wordt bepaald. Het feit dat bij een dergelijke lage spanningen nog steeds een aanzienlijke sterkte wordt gevonden past bij vergelijking (3) indien geldt m ≈ 1. Indicaties dat m een dergelijke hoge waarde voor veen zou kunnen hebben volgt ook uit het laboratoriumonderzoek. Figuur 5 toont het resultaat van een serie DSS proeven op veenmonsters van de proeflocatie. Elk van de monsters zijn eerst geconsolideerd bij een verticale spanning van 50 kPa. Daarna zijn de monsters opnieuw zijn geconsolideerd bij een spanning van 40, 25, 10 en 5 kPa, OCR = 1,25, 2, 5 en 10. Vervolgens zijn de monsters bij constante hoogte, ongedraineerd, afgeschoven. Uit de resultaten kunnen we parameters van vergelijking (2) rechtstreeks worden bepaald; S = 0,48 en m = 0,95. Ook uit deze proeven volgt een relatief hoge waarde voor m. Samenvatting De uitgevoerde veldproeven laten zien dat met ongedraineerde sterkte eigenschappen de geïnduceerde afschuivingen goed kunnen worden nagerekend. De analyse van de proeven laat zien dat gebruik van correlaties met sonderingen leidt tot geschikte sterkte eigenschappen bij het analyseren van de proeven. Het voordeel van het gebruik van sonderingen is dat eenvoudig kan worden ingegaan op lokale variaties. Zo volgde uit het sondeerwerk dat de initiële sterkte ter plaatse van proef 6 iets lager is dat de initiële sterkte bij proef 1 en 2. De sonderingen die voorafgaand aan de proefuitvoering, tijdens de aanwezigheid van de

70

GEOTECHNIEK - December 2015

voorbelasting en na afloop van de proef zijn uitgevoerd geven de mogelijkheid de spanningsafhankelijkheid van de sterkte nader te beschouwen. De sterkte toename bij het aanbrengen van de belasting is in de sonderingen duidelijk zichtbaar. De grootte van de sterkte toename sluit goed aan bij de laboratoriumproefresultaten. Bij een belastingreductie lijkt de sterkte weinig af te nemen. Dit leidt tot een hoge waarde voor m uit vergelijking (2), m ≈ 1. Ook deze waarde sluit goed aan bij het laboratoriumonderzoek. Het gebruik van samendrukkingsproeven om de waarde voor m te bepalen lijkt hier conservatief uit te pakken. Literatuur - Ladd C.C. (1991) Stability Evaluation during Staged Construction Journal of Geotechnical Engineering vol 117 no 4 p 540 -  Lunne T., Robertson P.K., Powell J.J.M. (1997) Cone Penetration Testing in Geotechnical Practice, Blackie Academic & Professional, ISBN 0 751 40393 8 - Wroth C.P. (1984) The interpretation of in situ soil tests Géotechnique 34 no 4 p 449-489 - Zwanenburg C. (2013) De bepaling van de sterkte-eigenschappen van veen, een vergelijking tussen laboratoriumproeven en veldmetingen Geotechniek 17 p 26-32 - Zwanenburg C., Van M.A. (2013) full scale field tests for strength assessment of peat proceedings of the 18th international conference on soil mechanics and geotechnical engineering Parijs - Zwanenburg C. (2014) Dijken op Veen II, DoV werkwijze voor bepaling macrostabiliteit Markermeerdijk, Deltares rapportnummer 1208254-032-GEO-0001 - Zwanenburg C. Jardine R.J. (2015) Laboratory, in situ and full-scale load tests on to assess flood embankment stability on peat Géotechnique 65 no 4 p 309


Geotechnical experts

pile testinG experts

Geotechnical equipment

UW partner voor

paaltesten en all-roUnd geotechnische advisering

ontwerp & advies, second opinions, deskundigenonderzoek, monitoring, heipredicties & intrilpredicties,

oad s tat iC l t e s t in g

load d Y n a M iC g in t s e t

ad r a p id l o g in t s e t

paaltesten, onshore & offshore

n] [t o t 8 M

www.allnamics.nl

BAM Infraconsult bv | Postbus 268 | 2800 AG Gouda | Tel. (0182) 59 05 10 | info@baminfraconsult.nl | www.baminfraconsult.nl BAM Infraconsult is ruim 30 jaar actief in het ontwerp, project management en uitvoering van projecten op het gebied van infrastructureel ontwerp, kust- en maritieme waterbouw. Vanuit onze vestigingen in Nederland, Dubai, Singapore, Jakarta en Perth werken wij aan projecten in binnen- en buitenland, veelal in opdracht van de sector Infra van Koninklijke BAM Groep nv, BAM International en externe opdrachtgevers. De onzekerheden die de ondergrond met zich meebrengt, creĂŤren naast risicoâ&#x20AC;&#x2122;s ook kansen voor het ontwerp en bouw van civieltechnische projecten. De afdeling Geotechniek speelt daarom een centrale rol bij de projecten van BAM Infraconsult en haar zusterbedrijven. BAM Infraconsult kenmerkt zich door betrouwbaarheid, deskundigheid, slagvaardigheid, blijvend onderscheidend en is onlosmakelijk verankerd in het bouwbedrijf. Dankzij deze mentaliteit zijn we zeer succesvol.

www.baminfraconsult.nl

Advertentie Geotechniek. nummer 3.indd 1

14-11-2014 15:03:23


Geotechniek december 2015 - Geotechniekdag  

Onafhankelijk vakblad voor het geotechnische werkveld - Geotechniekdag thema uitgave

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you