Page 1

SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:15

Pagina 1

Geotechniek ONAFHANKELIJK VAKTIJDSCHRIFT VOOR HET GEOTECHNISCHE WERKVELD 8e jaargang | nummer 5 | Special Funderingen | oktober 2004

A LN I C E S PN D E R I N G E FU 2003

Invloed inbrengen en verwijderen van damwanden op omgeving Heien in bouwputten Smartsoils®®: grondeigenschappen op bestelling

Complexe constructie langs rivier en historische binnenstad Maastricht

Tunnelbouw door Limburgs grind en kalksteen


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:15

Pagina 2

MOS GRONDMECHANICA

Kleidijk 35 Postbus 801 3160 AA Rhoon tel. 010 - 503 02 00 fax 010 - 501 36 56 Kanaaldijk N.O. 104a Postbus 38 5700 AA Helmond tel. 0492 - 53 54 55 fax 0492 - 55 35 71 Kalanderstraat 10a Postbus 153 7460 AD Rijssen tel. 0548 - 51 23 63 fax 0548 - 52 13 42 E-mail: info@mosgeo.com Internet site: http://www.mosgeo.com

ADVIESDIENSTEN Geotechniek Geohydrologie Milieutechniek TERREINONDERZOEK o.a. Sonderen (Milieu)boren Landmeten LABORATORIUM o.a. Triaxiaalproeven Samendrukkingsproeven

MOS GRONDMECHANICA B.V. staat garant voor grondig en deskundig onderzoek in het terrein en in het eigen, goed geoutilleerde, geotechnische laboratorium. Ook innoverende technieken als de cone-pressiometer en de seismische conus worden veelvuldig in onderzoeken betrokken. Geavanceerde rekenprogrammatuur (o.a. PLAXIS) wordt dรกรกr toegepast waar het zinvol is op grond van engineering judgement. De inbreng van MOS in vele NEN- CUR- en CROWcommissies schept een basis voor gefundeerde kennis. MOS Grondmechanica B.V. een kwestie van vertrouwen.

Ingenieursbureau Gemeentewerken Rotterdam (IGWR) realiseert grote en kleine infrastructurele projecten en verzorgt daarbij het complete geotechnisch onderzoek en advies. De Rotterdamse aanpak!


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:15

Pagina 3

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

INHOUD

Geotechniek, jaargang 8, nr. 5, Special Funderingen oktober 2004 Uitgave Uitgeverij Educom BV Mathenesserlaan 347-b, 3023 GB Rotterdam Tel. 010 - 425 65 44 Fax 010 - 425 72 25 E-mail: info@uitgeverijeducom.nl Uitgever/bladmanager Robert Diederiks Alboom, ir. G. van Barends, prof. dr. ir. F.B.J. Berg, dr. ir. P. van den Brinkgreve, dr. ir. R.B.J. Collignon, ing. T.J.H.E. Daalen, ir. P.M. van Deen, dr. J.K. van Diederiks, R.P.H. Doornbos, ing. S. Eijgenraam, ir. A.A. Graaf, ing. H.C. van de Graaf, ir. H.J. van der Habib, ir. A. Hannink, ir. G. Huiden, ir. E.J. Jonker, ing. A. Kant, ing. M. de Knol, ir. J.

Lubking, ir. P. Mengé, dr. ir. P. Niekerk, ir. W.J. van Ramler, ir. J.P.G. Rijkers, drs. R.H.B. Rook, J. Schouten, ir. C.P. Schrier, ir. J.S. van der Seters, ir. A.J. van Smienk, ing. E. Staveren, ir. M.Th. van Teunissen, ir. E.A.H. Thooft, dr. ir. K. Thoonsen, G.J.J. Visser, ing. G.T. Vos, ir. M. de Ypma, ir. M.J.

Geotechniek Invloed inbrengen en verwijderen van damwanden op omgeving

8

Definitief gebruik van ongewapende onderwaterbetonvloeren

16

Heien in bouwputten

22

Smartsoils®: grondeigenschappen op bestelling

30

Biosealing, een nieuwe herstelmethode voor waterremmende constructies

36

Complexe constructie langs rivier en historische binnenstad Maastricht: Tunnelbouw door Limburgs grind en kalksteen

42

Geotechnische ontwerpaspecten tunnel Swalmen

54

Redactieraad Redactie Berg, dr. ir. P. van den Diederiks, R.P.H. Hannink, ir. G. Kant, ing. M. de Ramler, ir. J.P.G. Thooft, dr. ir. K. Vormgeving DLMA.nl i.s.m. Uitgeverij Educom BV Omslagfoto Luchtfoto afbouwfase tunnel onder de Maasboulevard te Maastricht. (Archief Haskoning, Airphoto Netten).

Geotechniek is een mede-initiatief van het

Abonnementen Nederland (5 nrs. per jaar, excl. specials) Gratis op aanvraag indien men behoort tot één van de lezersgroepen.

Koninklijk Instituut van Ingenieurs (KIvI) Prinsessegracht 23 2514 AP Den Haag Tel. (070) - 391 99 00

Abonnementen buitenland (5 nrs. per jaar, excl. specials) bedrijvenabonnement € 100,- (excl. 6% btw), particulier abonnement € 80,- (incl. 6% btw),

Verspreiding van dit nummer in België wordt mede mogelijk gemaakt door: Nabestellingen en lezersservice Tel. 010 - 425 65 44 E-mail: info@uitgeverijeducom.nl © Copyrights Uitgeverij Educom BV - oktober 2004 Niets uit deze uitgave mag worden geproduceerd door middel van boekdruk, foto-offset, fotokopie, microfilm of welke andere methode dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever.

© ISSN 1386 - 2758

Lhoist Nederland Minervum 7412B - 4817 ZG Breda Tel. +31 (0)76 587 50 51

Lhoist Western Europe Parc des Collines 50 - 1300 Wavre België Tel. +32 (0)10 23 38 11 info@lhoist.com


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:16

Pagina 4

Geotechniek wordt mede mogelijk gemaakt door:

Hoofdsponsors:

Stieltjesweg 2, 2628 CK Delft, Tel. (015) - 269 35 00

Subsponsors:

Veurse Achterweg 10, 2264 SG Leidschendam Tel. (070) - 311 13 33

Gemeentewerken Rotterdam, Galvanistraat 15, 3029 AD Rotterdam Tel. (010) - 489 69 22

Infra, Funderingstechnieken en Engineering Postbus 1526, 3430 BM Nieuwegein Tel. (030) - 285 31 45

Gendt (Gld) Tel.: 0481 - 424721 Delft Tel.: 015 - 2855580 Beverwijk Tel.: 0251 - 261800

Zuidoostbeemster, Tel. 0299 - 433 316 Almelo, Tel. 0546 - 532 074 Oirschot, Tel. 0499 - 578 520 Ede, Tel. 0318 - 437 639

De Holle Bilt 22, 3732 HM De Bilt

Kleidijk 35, 3161 EK Rhoon Tel. (010) - 503 02 00 H.J.E. Wenckebachweg 120, 1096 AR Amsterdam, tel. (020) - 597 66 66

Vierlinghstraat 17, 4251 LC Werkendam Tel. (0183) - 40 13 11

IJzerweg 4, 8445 PK Heerenveen Tel. (0513) - 63 13 55

Am Hafen 22, D-38112 Braunschweig, Duitsland Tel. +49 - (0)531 - 21 59 849 Korenmolenlaan 2, 3447 GG Woerden Tel. (0348) - 43 52 54

Sponsors BelgiĂŤ:

Barbarossastraat 35, 6522 DK Nijmegen Tel. (024) - 328 42 84

Arcadis, Postbus 33, 6800 LE Arnhem Tel. (026) - 377 89 11

Gemeenschappenlaan 100 B-1200 Brussel Tel. 0032 2 402 62 11 Veemarktkade 8, 5222 AE 's-Hertogenbosch Tel. 073 - 624 1916 Ekkersrijt 2058, 5692 BA Son Tel. (0499) - 47 17 92 Industrielaan 2 B-3900 Overpelt Tel. 0032 1 180 08 90


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:16

Pagina 5

Nog geen

Geotechnische monitoring Volg voortaan uw project op de voet. Met het Profound IS-systeem beschikt u over een betrouwbaar en kostenbesparend monitoringsnetwerk waarbij u digitaal overal en direct de meetdata kunt ontvangen.

abonnement op Geotechniek?

Ook voor complexe instrumentatie.

✓ Meetdata digitaal beschikbaar via GSM en internet ✓ 100 meetpunten met 1 kabel in 1 netwerk ✓ Datalogger, netwerk of monitoring met een compacte IS-GSM module ✓ Automatische alarmering ✓ Meet in 1 systeem druk, kracht, waterspanning, verplaatsing etc. ✓ Nu ook Vibrating Wire sensoren

inclusief inclusief

Professional pile testing and monitoring equipment

bel 010 - 425 65 44 of E-mail: info@uitgeverijeducom.nl

Profound BV Postbus 469 2740 AL Waddinxveen

Tel. 0182 - 640 964 Fax 0182 - 649 664 Website www.profound.nl

Altijd & Overal

ONDERDEEL VAN DE LANKELMA GROEP

INGENIEURSBUREAU’S VOOR FUNDERINGS- EN MILIEUTECHNIEK

TECHNISCH BODEMONDERZOEK

ADVIEZEN

SONDERINGEN

FUNDERINGSADVIEZEN

MINIFILTERS EN PEILBUIZEN

BOUWPUTTEN EN BEMALINGEN

MILIEUTECHNISCH ONDERZOEK

HEIBEGELEIDING

GRONDBORINGEN

TRILLINGSMETINGEN

WATERSPANNINGSMETINGEN

MILIEUTECHNISCH ADVIES

VESTIGINGEN GEOTECHNIEK

LANDMEETKUNDIGE WERKZAAMHEDEN

LANKELMA GEOTECHNIEK BV

1440 AS PURMEREND •

TEL.

POSTBUS

TERREINMETINGEN

712,

UITZETTEN EN WATERPASSEN SONDERINGEN

0299 433 316

LANKELMA GEOTECHNIEK ALMELO BV

NAUWKEURIGE DEFORMATIEMETINGEN

EDISONSTRAAT

2 C,

VLOERMETINGEN FUNDERINGSONDERZOEK

7601

PS AMELO

TEL.

0546 532 074

LANKELMA GEOTECHNIEK ZUID BV

5688 NX OIRSCHOT •

TEL.

POSTBUS

38,

0499 578 520

W W W . L A N K E L M A - G E O . N L

I N F O @ L A N K E L M A - G E O . N L


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:16

Joosten Kunststoffen bv Galgendaal 24, 6691 MD Gendt (Gld) Postbus 70, NL-6690 AB Gendt (Gld) Tel.: 0481 - 424721 Fax: 0481 - 424501 Lid Ned. Geotextiel Organisatie NGO E-mail: info@joostenkunststoffen.nl

Pagina 6

Joosten Kunststoffen Delft bv Voltaweg 3, 2627 BD Delft Industrieterrein Schieoevers Tel.: 015 - 2855580 Fax: 015 - 2850087 Lid Ned. Geotextiel Organisatie NGO E-mail: info@joostenkunststoffen.nl

Joosten Kunststoffen Beverwijk bv Lijndenweg 32b, 1951 NC Velsen-Noord (Beverwijk) Industrieterrein Noordwijkermeer Tel.: 0251 - 261800 Fax: 0251 - 261809 Lid Ned. Geotextiel Organisatie NGO E-mail: info@joostenkunststoffen.nl

Joosten Kunststoffen produceert en levert in binnen en buitenland materialen aan de; zoals; • Grond-, weg- en waterbouw ® ® ® Geolon - Tensar - jogetex • Bouw • Geotextielen • Tuinbouw • Leidingsystemen ® ® jomifol - jobefol • Hoveniers • Folies • Industrie en overheid, • Tuinberegening ® ® jobibox - GS platen • Kunststof fabrikaten • Olie en chemische absorptiemiddelen Joosten is een innovatief bedrijf dat milieuvriendelijke oplossingen biedt op het terrein van grond en waterbeheersing. Joosten Kunststoffen behoort tot de Joosten Groep. www.joosten.com


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:17

Pagina 7

Geo

Techniek

www.grontmij.com geotechniek.houten@grontmij.nl

De basis voor mooi werk

• Funderingstechnieken • Kadeconstructies • Waterkeringen • Onderbouw wegen en spoorwegen • Ondergronds bouwen

hjGrontmij

• Grondverbeteringstechnieken • Grondonderzoek en interpretatie


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:17

Pagina 8

Samenvatting: Invloed inbrengen en verwijderen van damwanden op omgeving

Tijdens het in- en uittrillen van damwandplanken in een zandige grondslag treden regelmatig verzakkingen in de omgeving op. Zakkingen van meer dan 0,5 m kunnen optreden. In de internationale literatuur wordt een aantal modellen beschreven die bedoeld zijn om deze zakkingen te voorspellen. De resultaten vertonen onderling een grote spreiding. Om meer inzicht te krijgen in de problematiek worden de diverse optredende mechanismen bij de damwand en in de ondergrond kwalitatief beschreven. Op basis daarvan wordt een model ontwikkeld wat het gehele proces beschrijft. Voor validatie en verbetering van het model zal in 2004 een proef worden uitgevoerd.

INVLOED INBRENGEN EN VERWIJDEREN VAN DAMWANDEN OP OMGEVING â– ir. P. Meijers, GeoDelft en Technische Universiteit Delft

Inleiding De meest eenvoudige vorm van een bouwput is het graven van een put met taluds. Bij diepe bouwputten is hiervoor veel ruimte nodig die in ons kleine en drukbevolkte land meestal niet beschikbaar is. Een verticale begrenzing van de bouwput beperkt het ruimtebeslag aanzienlijk. Voor deze verticale begrenzing zijn diverse methoden beschikbaar, zoals diepwanden, palenwanden, een Berliner wand, e.d. De meest gekozen

 Figuur 1: Intrillen van een damwand in een stedelijke omgeving

8 | Geotechniek | oktober 2004


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:17

Pagina 9

oplossing is echter een damwand. Dit is niet vreemd gezien de snelheid van werken en de kosten. De techniek heeft ook een paar nadelen zoals het risico van uit het slot lopen van de planken (met lekkage en uitspoeling van de grond achter de wand als gevolg) en invloed op de omgeving door trillingen en verzakkingen. Momenteel loopt er aan de Technische Universiteit Delft onderzoek naar het mechanisme van verdichting bij het in en uit de grond trillen van damwanden. Het doel van dit onderzoek is om een betrouwbaar voorspellingsmodel voor de zakkingen te krijgen. In deze bijdrage wordt een overzicht van de mogelijke mechanismen gegeven en een aanzet voor modelvorming.

Probleemschets Damwanden worden meestal geplaatst en verwijderd door trillen. Voor de omgeving kan  Figuur 2: Voorbeeld van opgetreden zakkingen bij het intrillen van damwanden dit twee soorten schade tot gevolg hebben. De eerste is directe gebouwschade door trillingen. treden, maar die waren dan dusdanig beperkt dat ze tijdens Het tweede effect is verdichting van de ondergrond door de de uitvoering niet werden opgemerkt of niet vermeldensopgewekte trillingen, met zakkingen als gevolg. Inzicht in waard werden gevonden. Figuur 3 toont de overschrijdingsde grootte van de trillingen en verdichting is noodzakelijk frequentie van de zakking bij de damwand en op 1 m en om te bepalen of de damwanden middels trillen geplaatst 3 m afstand. en verwijderd kunnen worden. De komende jaren zullen meer ervaringen worden toegeGevolgen van verdichting van de ondergrond kunnen zijn: voegd en zal er een beter kwantitatief beeld ontstaat van de • zakking van bestaande funderingen, met als gevolg optredende zakkingen in de praktijk. De eerste resultaten schade aan bestaande bebouwing maken wel duidelijk dat grote zakkingen met enige regel• zakking van nieuw gebouwde constructies binnen de maat zullen voorkomen. bouwput • bij pers- en ontvangstkuipen verschil van zakking van de Beschrijving proces leiding binnen en buiten de kuip Om de grootte van de verdichting tijdens het trillen van • opdrijven van leidingen in verweekte grond damwandplanken te bepalen, moet het totale proces in • zakking van wegen en spoorwegen, met als gevolg dat beschouwing worden genomen. deze tijdelijk moeten worden afgesloten • (verschil-)zakking van leidingen in de omgeving van de damwand • verlies van draagkracht van funderingen door een tijdelijke wateroverspanning in de ondergrond Om enig inzicht in de grootte van het probleem te krijgen, zijn de gegevens in de database van Geobrain funderingstechnieken geanalyseerd. Deze database is opgezet door het platform funderingstechnieken (www.geobrain.nl). In de database worden ervaringen bij damwandprojecten in Nederland systematisch verzameld, met als doel de risico’s beter in kaart te brengen. Medio 2004 waren in de pilot-versie 72 ervaringen van 35 projecten verzameld. Bij 7 projecten (20%) is het optreden van zakkingen gemeld. Bij 2 projecten (6%) was de zakking zelfs meer dan 0,5 m. Mogelijk zijn bij meer projecten zakkingen opge-

 Figuur 3: Overschrijdingsfrequentie zakking maaiveld, volgens gegevens in de pilot-ervaringsdatabase Geobrain funderingstechnieken

oktober 2004 | Geotechniek | 9


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:17

Pagina 10

Figuur 4 schetst de situatie tijdens het in- of uittrillen van damwandplanken.

Figuur 5 toont het resultaat van een berekening met PLAXIS waar dit wordt geïllustreerd.

De reden dat zand wil verdichten, zijn de trillingen. Het gehele proces begint dan ook met een trillingsbron. In dit geval is dat de damwand met trilblok. Vanaf de damwand verspreiden trillingen zich in de omgeving. Deze trillingen geven een wisselende belasting van de ondergrond. In droog zand is het resultaat verdichting; in met water verzadigd zand zal er in eerste instantie wateroverspanning ontstaan. Afstroming van dit overspannen water geeft vervolgens alsnog verdichting. Deze verdichting wordt aan het maaiveld zichtbaar als een zakking. Hiermee is het totale proces opgesplitst in een aantal deelprocessen:

De punt heeft een zeker oppervlak. Hier zal bij in- en uittrillen een wisselende kracht tussen de teen van de damwand en de ondergrond worden opgewekt. De bijdrage hiervan aan de verdichting is waarschijnlijk beperkt. De dikte van een damwand is gering waardoor deze trillingen snel zullen uitdempen. Hierdoor wordt slechts een beperkte zone rond de punt beïnvloed.

• een trillingsbron, in dit geval een damwand met trilblok • uitstraling van trillingen naar de omgeving • reactie van de grond op deze trillingen (verdichting, verweking) • sommatie van deze verdichting, resulterend in een maaiveldzakking. Deze processen zullen hierna elk apart worden beschreven.

Trillingsbron Waardoor ontstaan de trillingen? Mogelijke bronnen zijn: • schuifspanning tussen damwand en de grond; dit is waarschijnlijk de grootste bijdrage • drukgolven vanuit de punt • horizontaal bewegen van de plank In de ideale situatie, het trilblok staat centrisch op de damwand en de damwand beweegt perfect verticaal, zal de belasting naast de damwand een soort afschuifgolf zijn.

Horizontaal bewegen van de wand is zeker mogelijk. Dat dit zal gebeuren, is duidelijk als men bedenkt waar het trilblok op de damwand wordt geplaatst. Meestal worden daaraan geen eisen gesteld. Gebruikelijk is om het trilblok ter plaatse van het slot te plaatsen. Bij een dubbel Z-profiel is het aangrijpingspunt dus excentrisch ten opzichte van de neutrale lijn van de damwand. Naast een verticale belasting oefent het blok dus ook een momentbelasting uit. In de grond zal deze momentbelasting moeten worden opgenomen door horizontale steundruk van de grond. Tijdens metingen bij het intrillen van enkele U-profielen vond Viking (Viking 2002) dat voor het gedeelte boven maaiveld de horizontale trillingsamplitude ongeveer even groot was als de verticale trillingsamplitude. Voor het gedeelte van de plank in de grond was de trillingsamplitude aanzienlijk kleiner. Verwacht wordt dat daar horizontale drukgolven vanuit de plank de grond ingaan. Een aandachtspunt is nog de slotwrijving. Via de slotwrijving kunnen al geplaatste planken ook in trilling komen. Een slechte kwaliteit van de sloten, bijvoorbeeld bij enigszins beschadigde planken, heeft een ongunstig effect. De planken komen slechter in of uit de grond. Ook wordt via de sloten een groter oppervlak aan damwand in trilling brengen.

Optredende belastingamplitude in de grond

 Figuur 4: Situatie tijdens het in- of uittrillen van damwandplanken

10 | Geotechniek | oktober 2004

De laatste jaren is veel onderzoek gedaan naar het voorspellen en beoordelen van trillingen, onder andere in Delft Cluster verband. Voor het voorspellen van het trillingsniveau zijn diverse methoden beschikbaar, variërend van relatief eenvoudig tot zeer geavanceerd. De bekendste is waarschijnlijk de methode die in CUR-handboek Damwandconstructies (C166) wordt genoemd. Dit is een puur empirische methode. Momenteel wordt dit handboek herzien. Op welke wijze daarbij de methodiek voor


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:17

Pagina 11

 Figuur 5: Beweging van de grond naast een trillende damwand; de grondstijfheid neemt toe met de diepte

het voorspellen van trillingen wordt herzien, was tijdens het schrijven van dit artikel nog niet bekend. Een meer geavanceerde methode is de zogenaamde L400-methode die gebruik maakt van de karakteristieke methode. Een andere aanpak is om het trillingsniveau met een eindige elementen model te voorspellen. Moderne EEM-pakketten, zoals PLAXIS, hebben vaak de mogelijkheid om dit te doen. Schematisering van de trillingsbron en parameterkeuze worden dan belangrijk. Door Delft Cluster is onderzoek gedaan naar de betrouwbaarheid van de trillingsvoorspellingen. Daaruit kwam naar voren dat gemiddeld genomen de methoden een goede voorspelling geven, maar dat de spreiding groot is (De Wit et al. 2003). Op deze problematiek zal hier niet verder worden ingegaan. Belangrijk is wel dat de trillingsamplitude afneemt naarmate men verder van de bron, in dit geval de damwandplank, komt. Hiervoor zijn twee redenen: • de damwand is, op enige afstand, op te vatten als een lijnbron; aangezien het golffrontoppervlak toeneemt met toenemende afstand, neemt de energiedichtheid af en daarmee ook de trillingsamplitude (geometrische spreiding) • door materiaaldemping wordt energie gedissipeerd, waardoor de amplitude eveneens afneemt

Mechanisme verdichting Bekend is dat door trillen zand verdicht kan worden. Maar hoe komt het dat zand bij een wisselende belasting zal verdichten? Formeler gesteld: hoe komt het dat een korrelskelet bij een wisselende belasting een dichtere pakking wil aannemen? Om hier inzicht in te krijgen, moet naar het gedrag van afzonderlijke korrels worden gekeken. Zand bestaat uit een zeer groot aantal korrels die op de één of andere manier op en tegen elkaar rusten. De meeste korrels zullen een stabiele ligging hebben. Er zullen ook korrels zijn die maar een klein zetje nodig hebben om ten

opzichte van hun buren te verschuiven. Bij losgepakt zand zullen dit er meer zijn dan bij vastgepakt zand. Bij een wisselende belasting wordt dit ‘zetje’ gegeven en kunnen de korrels iets ten opzichte van elkaar gaan verschuiven. De korrels zullen daarbij zoeken naar een stabielere stapeling dan waar ze eerst in zaten. Bij een groot aantal korrels zal de oude situatie stabieler zijn dan de situatie bij een kleine verschuiving. Bij de teruggaande beweging zullen ze naar hun oorspronkelijke positie terugkeren. Voor een aantal korrels zal de nieuwe situatie stabieler zijn dan de oude situatie. Deze zullen netto wel verschuiven. Hierdoor verandert er iets in het gehele spel van korrels en krachten. Een aantal korrels die eerst een stabiele ligging hadden, zullen nu minder stabiel zijn. Bij een volgende belasting zullen ze gaan verschuiven. In droog zand zal het totale volume daarbij iets willen toe- of afnemen. Het netto-effect is meestal dat de korrels een iets dichtere pakking aannemen. Dat het korrelskelet losser wordt onder een wisselende belasting wordt in laboratoriumproeven zelden, en alleen onder speciale belastingcondities, gevonden. Het voorgaande beschrijft de situatie bij droog zand. In Nederland hebben we vaak te maken met verzadigd zand. Bij snelle belastingen zal het water in de poriën niet kunnen afstromen. Netto zal er dan geen volumeverandering kunnen optreden. Toch zal het korrelskelet willen verdichten. Dit vertaalt zich dan als een tijdelijke wateroverspanning. Het is deze wateroverspanning waardoor het in- en uittrillen van damwanden succesvol is. Echter als deze wateroverspanning wegstroomt, zal de zakking zich alsnog manifesteren. Het voorgaande geeft als belangrijkste grondparameters die de mate van verdichting bepalen: • de (relatieve) dichtheid van de grond • de belastingamplitude • het aantal belastingwisselingen Uit laboratoriumproeven blijkt ook dat er ook nog een wat ongrijpbare factor is die in sterke mate de verdichting bepaalt. Deze parameter wordt vaak aangeduid met termen als ‘structuur’, ‘geschiedeniseffect’ of ‘pre-shearing’. Hiermee wordt het verschijnsel aangeduid dat zand met dezelfde dichtheid onder dezelfde belasting een sterk afwijkend gedrag bij cyclische belasting vertoont. De wijze van afzetten bepaalt mede dit aspect. Ook eerdere wisselende belastingen van de grond kunnen invloed hebben. Oudere zanden zullen dit verschijnsel in sterkere mate vertonen dan ophoogzanden.

Grootte invloedszone Als gesproken wordt over de invloedszone moet onderscheid worden gemaakt in twee soorten invloed. De eerste invloedszone is de zone waarin daadwerkelijk verdichting

oktober 2004 | Geotechniek | 11


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:17

Pagina 12

zal optreden. Deze zone lijkt beperkt te zijn tot 1 à 5 m. Metingen in Den Haag en Alkmaar (Nijs 2003) toonden aan dat in een zone van 1 à 2 m de conusweerstand verandert. Sonderingen bij de praktijkproef combiwanden (Havinga, Visser 2001) gaven aan dat op 2 m afstand een duidelijke invloed van het trekken van de combiwanden aanwezig is. Op 5 m afstand veranderde de gemiddelde conusweerstand niet. Berekeningen met inmiddels opgestelde modellen geven een vergelijkbare invloedszone. De zone waarin maaiveldzakkingen optreden is echter groter. Dit komt door spreiding van de verdichte zone naar boven. Voor de praktijk blijkt deze invloedszone vrij aardig te kunnen worden gekarakteriseerd door te stellen dat binnen een zone gelijk aan de helft van de damwandlengte significante zakkingen kunnen optreden. Dit komt ongeveer overeen met een actief glijvlak vanaf de punt van de damwand. Op een afstand van meer dan 1 maal de damwandlengte worden praktisch geen zakkingen meer gevonden. Een veilige benadering voor de invloedszone van zakkingen is 3 m + hoogteverschil tussen onderkant damwand en beschouwd object. Het beschouwde object kan zijn de staalfundering van een huis, de paalpunt van een naastgelegen gebouw, een riolering e.d. Wateroverspanningen ontstaan in de zone waar verdichting optreedt. Door drainage zullen de wateroverspanningen afnemen. Door deze drainage zal ook buiten de verdichtingszone de waterspanning tijdelijk toenemen. Het is niet ongewoon dat in een zone van 10 m een tijdelijke toename van de waterspanning wordt gevonden. Binnen een smalle damwandkuip is de mogelijkheid om af te stromen beperkt en zal de wateroverspanning sterker kunnen oplopen dan buiten de kuip of bij een vrijstaande wand.

Verschil tussen intrillen en uittrillen Een regelmatig gestelde vraag is of er bij het uittrillen van damwanden meer zakking optreedt dan tijdens het intrillen. Dit hangt af van de situatie. Als de damwand alleen wordt ingetrild en vervolgens uitgetrild, is de verdichting bij het uittrillen waarschijnlijk beperkt. De meeste verdichting is dan al bij het intrillen opgetreden. Wel zal er nog enige extra zakking kunnen optreden doordat een staalvolume uit de grond wordt verwijderd. In de meeste gevallen zal er aan één zijde van de damwand zijn ontgraven en daarna weer aangevuld. Aan de aangevulde zijde is in ieder geval maagdelijk zand aanwezig, wat nog een grote verdichting kan ondergaan. Bij het ontgraven zal de damwand enigszins vervormen. Ook de grond achter de damwand zal vervormen. Deze vervorming verandert de ‘structuur’ van de grond achter de damwand, waardoor deze verder kan verdichten. Bovendien betekent een vervormde wand meer slotwrijving en daarmee dus ook

12 | Geotechniek | oktober 2004

 Figuur 6: Vergelijking van voorspelde zakking maaiveld met diverse empirische methoden voor een fictieve situatie

een hoger trillingsniveau. Het is nog niet mogelijk om deze hypothese numeriek te onderbouwen. Goed gedocumenteerde praktijkervaringen zijn schaars. Uit de wel beschikbare gegevens blijkt dat bij het uittrillen grotere zakkingen kunnen optreden dan bij het intrillen.

Lopend onderzoek Door diverse onderzoekers zijn modellen opgesteld om de verdichting bij het intrillen van damwanden te bepalen (Massarch 1992, Drabkin et al. 1996, Bement 1997, Hergarden 2001). De modellen zijn sterk empirisch en pragmatisch. De basis is meestal dat op de één of andere manier de trillingsamplitude moet worden bepaald (op welke wijze wordt vaak niet vermeld) en vervolgens via een eenvoudige relatie de volumerek. Niet verwonderlijk is dat de verschillende methoden ook sterk verschillende voorspellingen geven. In figuur 6 is voor een fictieve situatie de berekende zakking volgens vier verschillende modellen weergegeven. In Nederland zijn acceptabele ervaringen opgedaan met het model van Hergarden. Deze methode voorspelt de mate van verdichting op basis van de relatieve dichtheid van het zand en de versnellingsamplitude. Wel voorspelt deze methode tamelijk grote zakkingen bij het gebruik van een hoogfrequent trilblok. Momenteel loopt er binnen Delft Cluster onderzoek om tot een betere voorspellingsmethode te komen. Een eerste versie van een model dat het hele proces, zoals hiervoor beschreven, modelleert is inmiddels opgesteld (Meijers, Van Tol 2004). Narekenen van een aantal situaties, waar redelijk bekend is hoeveel zakking is opgetreden, geeft bemoedigende resultaten. In de meeste gevallen betreft dit echter situaties waarbij schade is opgetreden. Veel relevante gegevens voor een volledige validatie ontbreken daarbij. Om het opgestelde model te valideren, zal in het najaar van 2004 een proef worden uitgevoerd om inzicht te krijgen in alle relevante deelprocessen. De resultaten van deze proef


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:17

Pagina 13

kunnen worden gebruikt om het opgestelde aan te passen en daarmee de overeenstemming tussen theorie en praktijk verder te verbeteren.

Conclusies • vele parameters spelen een rol bij het proces van verdichting tijdens het in- en uittrillen van damwanden • het gedrag van het korrelskelet onder wisselende belasting wordt bepaald door vele parameters, waarvan sommige moeilijk te kwantificeren zijn • bestaande methoden om de zakking te voorspellen geven een grote spreiding in de resultaten • er is een model opgesteld dat het totale proces beschrijft; voor validatie en verbetering van het model zal in 2004 een proef worden uitgevoerd

Referenties [1] Bement, R.A.P., Selby, A.R., (1997) Compaction of granular soils by uniform vibration equivalent to vibrodriving of piles Geotechnical and Geological Engineering, 15, 1997, pagina 121-143 [2] CUR (1997) Handboek damwandconstructies CUR publicatie 166, Gouda 1997 [3] Drabkin, S., Lacy, H., Kim, D.S., (1996) Estimating settlement of sand caused by construction vibration. Journal of Geotechnical Engineering, November 1996

[4] Havinga, H.R., Visser, H.J., (2001) Trekken van lange combiwanden Land+Water, nummer 1/2, 2001 [5] Hergarden, R.H., Tol, A.F. van (2001) Zakkingen tijdens het trillend trekken van damwanden. Geotechniek, juli 2001, pagina 84 - 90 [6] Massarch, K.R. (1992) Static and dynamic soil displacements caused by pile driving. Proceedings 4th Int. Conference Application of Stress-wave Theory to Piles, Den Haag 1992 [7] Meijers, P., Tol, A.F. van (2004) Densification of sand caused by vibratory sheetpiling In Th. Triantafyllidis (ed.), Cyclic Behaviour of Soils and Liquefaction Phenomena, Proceedings CBS04, Bochum 2004, pagina 523-532 [8] Nijs, R.E.P. de (2003) Het trillen van damwanden in granulaire bodem Geotechniek, oktober 2003, pagina 56-64 [9] Viking, K. (2002) Vibro-driveability, a field study of vibratory driven sheet piles in non-cohesive soils. Dissertatie Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm mei 2002 [10]Wit, M.S. de, Waarts, P.H., Hölscher, P., Stuit, H.G. (2003) Reliability of vibration predictions in civil engineering applications Proceedings European Safety and Reliability Conference, ESREL 2003, Maastricht, juni 2003


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:17

Pagina 14

VEEL PROJECTEN WORDEN GEREALISEERD MET DAMWANDEN VAN SPANBETON ...

Parkeergarage Wilhelmina Gasthuis te Amsterdam

Landhoofden van bruggetje op landgoed Eikenhorst te Wassenaar

Meer informatie? Kijk op www.spanbeton.nl of vraag onze documentatie aan.

Spanbeton BV Postbus 5 2396 ZG Koudekerk aan den Rijn Telefoon (071) 341 91 15 Telefax (071) 341 21 01 E-mail info@spanbeton.nl

Baanverbreding te Breukelen

Een uniek product voor civiele toepassingen Spanbeton levert Ervaring in de afgelopen jaren heeft uitgewezen, dat diverse parkeergarages: de betonnen typen damwanden aantrekkelijk en economisch functioneel zijn gebleken, geschikt voor het opnemen • split-level van zowel horizontale als verticale belastingen. Ze zijn • parkeerdek geschikt voor ondergronds en semi-ondergronds bouwen in combinatie met brugliggers en parkeer• hellingbaan dekken. Uit de praktijk is gebleken dat de betonnen damwand een economisch alternatief is voor • carrousel permanente damwandconstructies.

• ondergronds

www.spanbeton.nl


SPECIAL 4-2004 def

N

06-09-2004

15:18

Pagina 15

je kunt niet vroeg genoeg beginnen

Werken in de funderingsbranche: beroepen met toekomst!

h

n

sponsored by:

l

w w w. n v a f . n l

w w w. f o u n d a t i o n w o r l d . o r g . u k


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:18

Pagina 16

Samenvatting: Definitief gebruik van ongewapende onderwaterbetonvloeren

DEFINITIEF GEBRUIK VAN ONGEWAPENDE ONDERWATERBETONVLOEREN

Een klassieke methode om een droge bouwkuip te realiseren bij een in het werk gestorte, verdiept liggende constructie is het gebruik van damwanden, funderingselementen en een ongewapende onderwaterbetonvloer met daarop een in den droge gestorte constructievloer en wanden. De onderwaterbetonvloer heeft daarbij tot op heden een tijdelijke functie. Wanneer aangetoond kan worden dat de onderwaterbetonvloer voldoende sterk is voor de opname van verkeers- en grondwaterbelastingen, moet het mogelijk zijn de onderwaterbetonvloer als definitieve constructie toe te passen. Het kritieke punt daarbij is dat de waterdichtheid van de onderwaterbetonvloer op termijn niet 100% te garanderen is. Door de Bouwdienst Rijkswaterstaat zijn in 23 punten de randvoorwaarden geformuleerd waaronder de constructie kan worden toegepast.

â– ir G.M. Wolsink en ing. A. Zeilmaker, Afdeling Tunnelbouw van de Bouwdienst Rijkswaterstaat.

Inleiding Een klassieke methode om een droge bouwkuip te realiseren bij een in het werk gestorte verdiept liggende constructie is het gebruik van damwanden, funderingselementen en een ongewapende onderwaterbetonvloer (oowb-vloer) met daarop weer een in den droge gestorte gewapende constructievloer en wanden (figuur 1). De oowb-vloer heeft daarbij tot op heden een tijdelijke functie. Aan de bovenliggende constructievloer wordt enerzijds de eis gesteld dat deze voldoende sterk moet zijn om weerstand te bieden aan alle opgelegde belastingen, anderzijds dient de constructievloer voldoende waterdicht te zijn. Bij de Bouwdienst Rijkswaterstaat werd al enige tijd overwogen, dat wanneer aangetoond kan worden dat de oowb-vloer voldoende sterk is voor de opname van verkeers- en grondwaterbelastingen, het mogelijk moet zijn de oowb-vloer als definitieve constructie toe te passen. In dit artikel wordt een samenvatting gegeven van de belangrijkste overwegingen welke bij de Bouwdienst geleid hebben tot het onder voorwaarden toelaatbaar achten van een oowb-vloer als definitieve constructie in combinatie met definitieve damwanden.

Nadere uitwerking Het uitgangspunt bij het achterwege laten van een constructieve vloer op de oowb-vloer is dat niet gegarandeerd kan worden dat de vloer op termijn waterdicht zal blijven, hiervoor zal een oplossing gezocht moeten worden. Bijkomend probleem is dan het ontbreken van de moment-vastekoppeling van de betonnen wand met de oowb-vloer. Dit probleem wordt vermeden door uit te gaan van definitief functionerende damwanden (figuur 2). Het achterwege laten van de constructievloer en de wanden zal een significante besparing op de bouwkosten opleveren. Bovendien zal de bouwtijd aanzienlijk worden verkort. Uit in het verleden uitgevoerde studies (m.b.v. eindige elementen methode berekeningen) is gebleken dat de waterdichtheid van de oowb-vloer op termijn niet 100% te garanderen is. Indien dus een

16 | Geotechniek | oktober 2004


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:18

Pagina 17

EN

 Figuur 1: Toerit bestaande uit tijdelijk functionerende niet-getrokken damwanden en een oowb-vloer met definitief functionerende constructievloer en wanden.1

 Figuur 2: Toerit bestaande uit een definitieve oowb-vloer en definitieve damwanden; met voorzetschermen in verband met brandwerendheideisen en/of visuele overwegingen. Gestippeld is de conventionele bakconstructie weergegeven.

1

In de tekst worden figuren getoond van toeritten. Het toepassen van een definitieve ongewapende onderwaterbetonvloer (oowb-vloer) in combinatie met definitieve damwanden moet echter voor gesloten constructies niet worden uitgesloten. Hierbij kan bijvoorbeeld gedacht worden aan landtunnels. Het toepassen van een tussensteunpunt voor het dek vraagt dan wel om speciale aandacht bij het ontwerp van de definitieve oowb-vloer. Met name wanneer sprake is van grote verticale belastingen.

oktober 2004 | Geotechniek | 17


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:18

Pagina 18

constructie wordt verlangd waarbij strenge eisen aan de waterdichtheid gesteld worden, is het niet mogelijk om de constructievloer en de betonnen wanden te vervangen door een definitieve oowb-vloer in combinatie met definitieve damwanden. Indien echter enige extra lekkage geaccepteerd kan worden door het aanbrengen van een drainagelaag onder het asfalt wegdek, zijn er in principe wel mogelijkheden de definitieve oowb-vloer in combinatie met definitieve damwanden toe te passen.

Het lekdebiet Omdat richting vergunningverstrekker aangegeven moet worden wat op termijn het te verwachtte lekdebiet is, wordt ervan uitgegaan dat in elke 4 m tunnel (in rijrichting gemeten) een scheur van 10 m lang met een scheurwijdte van 0,2 mm optreedt. Dit is een bovengrensbenadering, maar achterliggende gedachte is om niet in de problemen te komen met de vergunningverstrekker. Vervolgens zijn een viertal theorieën beschouwd waarvan er één uitgaat van geen self-healing, één van volledige selfhealing en twee van enige self-healing2. Wanneer uitgegaan wordt van enige self-healing blijkt voor beide methoden (onder ongunstige aannamen) voor zowel een toerit van 200 m met een definitieve owb-vloer met een gemiddelde dikte van 1,0 m en een gemiddelde hydrostatische druk van 8 m waterkolom als voor een stuk landtunnel van 250 m met een definitieve owb-vloer met een dikte van 0,9 m en een hydrostatische druk van 6 m waterkolom het lekdebiet circa 11 m3/uur te bedragen. Wanneer bij bovenstaand ontwerp pompkelders worden toegepast met een inhoud van 500 m3 en een totale pompcapaciteit van 180 m3/uur zullen de pompen circa 1,5 uur per etmaal in dienst zijn. Voor de landtunnel betekent dit, afhankelijk van de grootte van de kelder (500750 m3), dat elke 250 à 400 m een pompkelder moet zijn voorzien. Onverlet bovenstaande beschouwingen zal in de contractdocumenten aangegeven moeten worden bij welke mate van optredende scheurvorming de owb-vloer als kwalitatief onvoldoende beschouwd dient te worden en alsnog tot de terugvaloptie van het aanbrengen van een constructievloer overgegaan moet worden.

Randvoorwaarden voor het toepassen van een definitieve ongewapende onderwaterbetonvloer in combinatie met definitieve damwanden volgens de visie van de Bouwdienst Rijkswaterstaat Algemeen 1 Omdat spoorwegverkeer door de Bouwdienst niet is 2

Self-healing is het op den duur dichtslibben van een watervoerende scheur.

18 | Geotechniek | oktober 2004

beschouwd, is dit artikel niet van toepassing voor oowbvloeren die bereden worden door treinen. Bovendien wijkt het laststelsel voor spoorverkeer sterk af van dat voor gewoon verkeer, zodat met name verwacht mag worden dat de dynamische effecten voor spoorverkeer aanzienlijk groter zullen zijn dan die voor gewoon verkeer. 2 Aanvullend op onderstaande randvoorwaarden mag vooralsnog een definitieve oowb-vloer worden toegepast wanneer de bouwkuipbreedte niet groter is dan 30 m en de te keren waterdruk niet groter is dan 8 m. 3 Het aanbrengen van een definitieve oowb-vloer in veengronden wordt vooralsnog uitgesloten, wegens de kans op grotere lekkage als gevolg van slibinsluitingen in damwandkassen en nabij paalkoppen. Opmerking: wanneer een aantal werken met goed resultaat zijn uitgevoerd, zouden de hier genoemde beperkende randvoorwaarden geheel of gedeeltelijk kunnen komen te vervallen. Ontwerp 1 Nagegaan moet worden wat de kwaliteit van het lekwater is en of dit lekwater zomaar geloosd mag worden. Het tijdig opstarten van overleg in verband met onttrekking en lozing van grondwater wordt aangeraden. 2 De minimale dikte van “het zand voor zandbed” onder het asfalt zal zodanig gekozen moeten worden, dat bij een tegenvallend resultaat van de oowb-vloer nog steeds als terugvaloptie kan worden overgegaan tot de aanleg van een constructieve vloer (figuur 2). 3 Het drainagesysteem dient controleerbaar en onderhoudbaar te zijn. Bij voorkeur een nat drainagesysteem toepassen, wat echter op een helling niet eenvoudig te realiseren is. 4 In het gebied waar zonder de verkeersbelasting de palen op trek worden belast, maar waar wel rekening dient te worden gehouden met verkeersbelasting, moeten de palen/schotels getoetst worden op pons volgens NEN 6720 “Voorschriften beton, Constructieve eisen en rekenmethoden”, waarbij in verband met spanningsvariaties voor fb een waarde van 0,30 N/mm2 moet worden aangehouden. Om aan deze randvoorwaarde te kunnen voldoen, kan het noodzakelijk zijn om rond de palen/schotels een wapeningskorf te plaatsen. 5 Bij kleigronden een grind/zandlaag van minimaal 500 mm dik onder de oowb-vloer toepassen. 6 De beton sterkteklasse voor de oowb-vloer bedraagt B25. Voor de oowb-vloer moet in verband met dooizouten milieuklasse 3 worden aangehouden in verband met de aanwezigheid van wapeningstekken uit de palen en eventueel aanwezige wapeningskorven. 7 Het toepassen van gladde H-profielen als funderingselement is in verband met het gevaar van slibinsluitingen niet toegestaan.


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:18

Pagina 19

8

Tussen de damwand en de oowb-vloer dient een voorziening te worden aangebracht waarmee in een latere fase zonodig een betere waterdichting gerealiseerd kan worden, bijvoorbeeld met behulp van injectieslangen. 9 Uit berekeningen moet blijken dat in alle fasen van het project de damwand (incl. de compartimenteringsdamwand) tegen de oowb-vloer wordt gedrukt. Is dit niet het geval dan moet een trekverbinding tussen de damwand en de oowb-vloer worden toegepast. 10 Volgens CUR Aanbeveling 77 moet uit berekeningen blijken dat in alle fasen van het project de verticale kracht in de damwand (incl. de compartimenteringsdamwand) niet groter is dan 0,3 maal de normaalkracht in de oowb-vloer ter plaatse van de damwand. Wanneer dit niet het geval is, zal een dwarskrachtverbinding moeten worden toegepast. 11 Definitieve dam-/combiwand incl. verankering beschermen tegen brand. Hiervoor een voorzetwand gebruiken. De ruimte tussen de dam-/combiwand en de voorzetwand moet voldoende groot zijn om een eventuele hulppost in te kunnen plaatsen. Bovendien zal deze ruimte groot genoeg moeten zijn opdat bij een tegenvallend resultaat het mogelijk blijft een traditionele betonnen wand te storten zonder het profiel van vrije ruimte geweld aan te doen (figuur 2). De brandwerendheid van de voorzetwand moet op twee aspecten worden aangetoond: bestandheid tegen afspatten door middel van brandproeven en thermische isolatie door middel van berekeningen of brandproeven. Voor de aan te houden corrosietoeslag van een definitieve dam-/combiwand wordt uitgegaan van een gematigd agressief milieu met een corrosiesnelheid van 0,02 mm/jaar (totale waarde). 12 Omdat de ankers een definitieve functie hebben, te rekenen op het uitvallen van één anker.

Uitvoering 1

2 3 4

De oowb-vloer en de damwanden moeten op het moment van oplevering waterdicht zijn dan wel waterdicht gemaakt worden. Bij kleigronden tijd nemen om het slib te laten bezinken en vervolgens te verwijderen. De damwandkassen goed schoonmaken. Te allen tijde een inspectie uit laten voeren door duikers. Zij zullen in ieder geval moeten inspecteren of: • er redelijk egaal ontgraven is; • de damwandkassen schoon zijn; • bij aanwezigheid van schotels deze voldoende diep in de oowb-vloer steken; • de palen door de oowb-vloer steken; • er zich geen vuil aan de palen bevindt. Bij kleigronden de bodem goed door duikers laten inspecteren in verband met pieken van klei; • zich tijdens het storten geen ongeregeldheden

5

6 7

8

voordoen, bijvoorbeeld aan het stortfront. De paalkoppen snellen op bovenkant oowb-vloer (incl. wapening). De paalkopwapening (incl. voorspanning) op dekking afwerken. De definitieve ankerstaaf/-streng voorzien van een dubbele corrosiebescherming. Voor een goede uitvoering van de oowb-vloer wordt onder andere verwezen naar onderstaande literatuurlijst nr.7. In verband met de controle van de dikte van de oowbvloer moet de hoogteligging van zowel het ontgravingsniveau als de bovenkant van de oowb-vloer gemeten worden. Hiertoe wordt dwars op de rijrichting tussen elke schotels/palenrij gemeten, waarbij ter hoogte van iedere paal gemeten wordt. De gemiddelde dikte per meetrij zal moeten voldoen aan de op tekening vermelde dikte. De toegestane tolerantie op de hoogteligging welke volgt uit de tekening, is aan de bovenzijde 75 mm en aan de onderzijde 150 mm.

Besluit Bij één van de opritten van de 2e Heinenoordtunnel is de toepassing van de oowb-vloer een aantal jaren geleden reeds kleinschalig tot uitvoering gekomen. We gaan waarschijnlijk bij de Bouwdienst tot grootschaliger toepassingen over; zoals bij de verkeerstunnels in de A73.

Literatuur [1] CUR Aanbeveling 77: “Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren” verschenen in 2001 als bijlage bij Cement nr. 3. [2] NEN 6720: “Voorschriften beton, TGB 1990, Constructieve eisen en rekenmethoden, (VBC 1995)” 2e druk d.d. september 1995. [3] CUR Aanbeveling 89: “Maatregelen ter voorkoming van betonschade door alkali-silicareactie (ASR)” verschenen in 2002 als bijlage bij Cement nr. 4. [4] VRC-Richtlijnen: “Basismaatregelen” concept versie 1.0, d.d. juli 2002. [5] NEN 6702: “Technische grondslagen voor bouwconstructies, TGB 1990, Belastingen en vervormingen” d.d. december 2001. [6] CUR Publicatie 166: “Damwandconstructies” 3e druk d.d. maart 1997. [7] Stubeco-rapport: “Onderwaterbeton in vloerconstructies, de stand van zaken 1997, Ontwerp-aspecten, Voorbereidingsfase Uitvoering” door Stubeco studiecel C06 ‘Onderwaterbeton’ d.d. juni 1997. [8] Cement nr. 8, “Definitieve ongewapende onderwaterbetonvloeren in combinatie met definitieve damwanden”, pag 56 e.v., 2003.

oktober 2004 | Geotechniek | 19


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:18

Pagina 20

De bodem de baas

info@apvdberg.nl

www.apvdberg.nl

Sondeerapparatuur 25 - 300 kN voor on- en offshore Conussen voor geo- en milieutechnisch bodemonderzoek Monstername-apparatuur voor het nemen van ongeroerde bodemmonsters Draadloze gegevensoverdracht Elektrische meetapparatuur Software Boorapparatuur Vanetesters Dilatometer

Optoconus - draadloos

Minirups met automatische verankering

A.P. van den Berg Machinefabriek B.V.

Nieuw!!! Vestiging in Gouda voor

Postbus 68, 8440 AB Heerenveen

sondeeronderdelen: Jan van der Speld,

Tel. 0513 - 63 13 55

Edisonstraat 16p, 2809 PB Gouda,

Fax 0513 - 63 12 12

Tel. 0182 - 51 79 21, Fax 0182 - 58 41 79

FUGRO IS ACTIEF OP HET GEBIED VAN GEOTECHNIEK: • Grondonderzoek • Funderingsadviezen • Bemalingsadviezen • Bouwrijp maken • Stedelijk grondwaterbeheer • Geotechnische risico-analyses • Uitvoeringsbegeleiding • Monitoring • Materiaalkundig onderzoek

MARINER

FUGRO INGENIEURSBUREAU B.V. / FUGRO ENGINEERS B.V. Veurse Achterweg 10, 2264 SG, Leidschendam Tel: 070-311 13 33/ 070-311 14 44

www.fugro.com


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:18

Pagina 21

Royal Haskoning is een internationaal en multidisciplinair bureau van consultants, architecten en ingenieurs. De adviesdiensten bestrijken het brede veld van de duurzame interactie tussen de mens en zijn omgeving op het gebied van Ruimtelijke Ontwikkeling, Infrastructuur & Transport, Architectuur & Bouw, Installatietechniek, Milieu, Water, Kust & Rivieren en Maritiem. Royal Haskoning heeft diverse vestigingen, projectkantoren, dochterondernemingen en partners over de hele wereld. Momenteel zijn wij voor onze binnenlandse (Nijmegen) en buitenlandse afdelingen op zoek naar:

GEOTECHNICI Uw functie U verzorgt grondmechanische en funderingstechnische advisering in multidisciplinaire projectteams en werkt aan grotere complexe infrastructurele projecten. U heeft oog voor risico's die samenhangen met gebruik van de ondergrond en voor de economie van het totale project. Daarnaast bent u in staat zelfstandig grondmechanische advisering aan derden te verstrekken en begeleidt u de uitvoering van grondmechanisch werk en funderingen. Uw kwaliteiten U beschikt over een opleiding op HBO-/academisch niveau met als specialisatie geotechniek en minimaal 5 jaar ervaring met geotechnisch advieswerk. Verder bent u op de hoogte van nieuwe ontwikkelingen op het gebied van grondonderzoek en softwaretoepassingen voor grondmechanische ontwerpen, vooral met Eindig Elementen Modellen (Plaxis). U hebt affiniteit met constructies en funderingstechniek, beschikt over een analytisch denkvermogen en hebt de juiste instelling om in teamverband te werken. Internationale ambities? Onze buitenlandse projecten betreffen in het algemeen irrigatie en drainagewerken inclusief kunstwerken, polders en dijksystemen en aarden dammen. Voor de buitenlandse vacature gelden een aantal aanvullende voorwaarden. U heeft ervaring met het werken in het buitenland, u bent bereid om voor kortere of langere tijd buiten Europa werkzaam te zijn en u beheerst de Engelse taal in woord en geschrift. Is uw interesse gewekt? Stuur dan uw schriftelijke sollicitatie binnen 14 dagen naar Royal Haskoning, t.a.v. Aafke van Egdom, Human Resources Management, postbus 151, 6500 AD Nijmegen. Wij verzoeken u bij uw sollicitatie aan te geven of u interesse heeft in de binnenlandse of de buitenlandse vacature. www.royalhaskoning.com

NT’

AME S FUND

IT AL

FUNDERINGSTECHNIEK B.V

ITE ‘KWAL

TERRACON LEVERT EN VERVAARDIGT: • • • • • • • • • • • •

VIBROPALEN VIBROCOMBIPALEN TERRACOMBIPALEN TERRASONPALEN TERR-ECONPALEN MV-PALEN SLURRYWANDEN TERRACONCRETE-WAND PREFABPALEN STALEN BUISPALEN DAMWANDEN SPECIALE HEIWERKEN

Terracon Funderingstechniek B.V. Terracon International B.V. Vierlinghstraat 17 Postbus 49, 4250 DA Werkendam Telefoon 0183 - 40 13 11 Telefax 0183 - 40 35 83 Internet www.terracon.nl E-mail info@terracon.nl

(Vibropaal met prefabkern) (anti-negatieve kleefpaal) (trillingsvrij met prefabkern) (trillingsvrij grondverdringend) (trekpalen) (waterdichte schermen)

Terracon Spezialtiefbau GmbH Großbeerenstraße 231 14480 Potsdam Duitsland Telefon INT. +49.331.23746.04 Telefax INT. +49.331.23746.05 Alle bedrijven zijn gecertificeerd volgens NEN-EN-ISO 9001 en VCA**.


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:18

Pagina 22

Samenvatting: Heien in bouwputten

Bij ondergrondse bouwprojecten met een bouwput wordt vaak gebruik gemaakt van palen. In de bouwfase worden deze, in combinatie met een (onderwater)betonvloer, op trek belast; in de gebruiksfase worden ze, met name in het westen van Nederland, dikwijls juist op druk belast. Bij het heien van palen in een bouwput spelen omgevingsinvloeden en uitvoeringswijze een grote rol. Het draagvermogen van palen is groter wanneer er eerst wordt geheid en daarna ontgraven, maar economisch en uitvoeringstechnisch kan de omgekeerde volgorde gunstiger zijn. Geotechnische en geohydrologische omstandigheden zijn hiervoor cruciaal. Het is daarom van belang om de geologische geschiedenis van het gebied goed te analyseren en zo in het ontwerpstadium de geotechnische risico’s te ondervangen.

HEIEN IN BOUWPUTTEN ■ ir. A.J. van Seters, hoofd Adviesafdeling Geotechniek/Regio West, Fugro Ingenieursbureau BV ■ ir. A. Verweij, geotechnisch adviseur, Fugro Ingenieursbureau BV

Inleiding In Nederland wordt voor ondergrondse bouwprojecten waarbij een bouwput wordt aangelegd vaak gebruik gemaakt van palen. De palen hebben in de bouwfase vaak de functie van trekelement, wanneer in combinatie met (onderwater)beton voor de kering van de waterdruk dient te worden gezorgd. Hierbij is dan meestal sprake van een veld van dicht opeenstaande palen, waarbij palen op korte afstand naast de bouwputbegrenzing moeten worden geïnstalleerd. Wanneer de grondslag dat toelaat, zal het bouwproject op staal worden gefundeerd. Het komt met name in het westen van Nederland vaak voor dat de palen in de gebruiksfase de bovenbouw zullen dragen en juist op druk worden belast. Bij het heien van palen in een bouwput spelen omgevingsinvloeden een grote rol. Enerzijds kan het heien de bouwputbegrenzing beïnvloeden, maar andersom kan dit ook het geval zijn. Hieromtrent zijn diverse fenomenen bekend die een factor kunnen zijn bij de afweging tussen verschillende paal- en wandsystemen en de bouwfasering. Zoals altijd spelen de geotechnische en geohydrologische omstandigheden hierbij een cruciale rol. Bij het ontwerp van bouwputten kan het daarom van groot belang zijn om de geologische geschiedenis van het gebied goed te analyseren. Hierdoor kan een optimale afweging van de mogelijke geotechnische risico’s gemaakt worden en kunnen deze reeds in het ontwerpstadium worden ondervangen. Hierna volgen enkele voorbeelden die dit zullen illustreren. Er zijn twee belangrijke aandachtspunten bij het heien in bouwputten. Ten eerste moet de invloed van het heien op de bouwputbegrenzing en de nabije omgeving van de bouwput worden ingeschat. Ten tweede moet het uiteindelijke draagvermogen van de palen van tevoren goed worden bepaald. Bij beide zaken spelen de keuzen die gemaakt worden ten aanzien van de uitvoeringswijze van zowel het heiwerk als van de bouwputbegrenzing een belangrijke rol. Aan de hand van voorbeelden zullen verschillende aspecten worden belicht, waar in het ontwerp en in de voorbereiding van de bouw rekening mee moet worden gehouden. Daarna zal worden ingegaan op de relatie tussen de bepaling van het draagvermogen van palen in een bouwput en de kosten- en uitvoeringstechnische afwegingen die hiermee gepaard gaan.

22 | Geotechniek | oktober 2004


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:18

Pagina 23

Binnen deze compartimenten is gebruik gemaakt van vibrocombinatiepalen en onderwaterbeton. In de bouwfase zijn de palen op trek belast, terwijl in de gebruikssituatie drukkrachten op de palen zijn opgetreden. De bouwput is uitgevoerd met stalen damwanden, waarbij een enkele rij groutankers werd toegepast. Nadat deze zijn aangebracht, is de put ontgraven en zijn er palen in de ontgraven bouwput geheid. Tijdens de uitvoering van de palen bleek de damwand zowel horizontaal de put in als verticaal aanzienlijk te verplaatsen. Uit nader onderzoek bleek dat ook de bouwputbodem gezakt was. Na bestudering van het grondonderzoek bleek dat de bovenste zandlagen van het Pleistoceen door de trillingen van het heiwerk aanzienlijk waren verdicht, waardoor de bouwputbodem was gezakt en daarmee de damwand. Door het zakken van de damwand zakte het ankerpunt van de groutankers, waardoor de damwand weer voorover ging hellen. Blijkbaar woog het verdringend volume van de palen niet op tegen de mogelijke extra verdichting van het Pleistocene zand, waardoor netto-verdichting optrad en daarmee zakking van de putbodem. Onderkennen van deze aspecten had in het ontwerpstadium kunnen leiden tot aanpassingen van het damwandontwerp (grotere kerende hoogte; verticale belasting; voorspanning ankers) of een alternatief (trillingsarm of –vrij) paalsysteem.  Figuur 1: Doorsnede van een opgeheide paal. De scheurvorming in de paal is aangetoond door een kernboring.

Fenomenen bij het heien in een bouwput Zoals gezegd kunnen er afhankelijk van de situatie verschillende verschijnselen optreden voor, tijdens of na het heien van palen in een bouwput. Deze kunnen invloed hebben op de palen of de bouwputbegrenzing, of op allebei. Verder kunnen deze zaken afzonderlijk, gelijktijdig of na elkaar optreden. Bekende fenomenen zijn: 1. Verplaatsingen van de damwand 2. Verlaging van de bouwputbodem door compactie van zandlagen 3. Opheien van de bouwputbodem in stijve kleilagen 4. Zwel van de bouwputbodem 5. Horizontale belasting van de palen bij ontgraving onder talud in slappe grond 6. Taludinstabiliteit door heien

Bouw van een aquaduct in de N11 te Alphen Halverwege de jaren ‘90 werd begonnen aan de bouw van een aquaduct voor de nieuwe rijksweg N11 bij Alphen. Dit aquaduct was nodig om in één keer zowel de spoorbaan Alphen – Gouda, de rivier de Gouwe als de provinciale weg N207 te kunnen kruisen. Het kunstwerk heeft een breedte van ca. 20 m en een totale lengte van ca. 850 m. Het aquaduct is uitgevoerd als een betonnen bak op palen. De bouw heeft grotendeels gefaseerd plaatsgevonden in een gecompartimenteerde bouwkuip bestaande uit 12 secties.

Nieuwbouw onderkelderd pand Op een voormalig fabrieksterrein in het noorden van Nederland is men in 2002 begonnen met de nieuwbouw van een onderkelderd pand. Het terrein wordt onder andere aan een grondige sanering onderworpen en er werd een ontgraving binnen damwanden gepleegd voor de aanleg van een parkeerkelder. Het oorspronkelijke maaiveld lag op ca. NAP +1,0 à +2,0 m. De bodemopbouw bestaat daar uit een toplaag van klei en zand (ca. 2,5 m), daaronder ca. 5 tot 10 m keileem en daaronder een pakket potklei tot ca. NAP –35 m of dieper. Voor de belasting uit de bovenbouw zou via kolommen op 3-, 4- of 5-paals poeren worden geleid. Voor dit project is een combinatie van vibro- en boorpalen toegepast. Tijdens de uitvoering bleek dat zowel de bouwputbodem als de palen waren opgeheid. Plaatselijk werd een verhoging van de bouwputbodem van 300 mm gemeten, terwijl sommige palen meer dan 140 mm waren opgeheid. Het opheien van grondlagen kan optreden wanneer de bodem bestaat uit volumevast materiaal. Door het grondverdringend inbrengen van palen zal de omliggende grond worden verdrongen en omhoog willen verplaatsen. Hierdoor ontstaan trekspanningen in de nabijgelegen palen die tot scheurvorming kunnen leiden. Er zijn in bepaalde palen kernboringen gemaakt. Uit de boringen bleek dat de palen beneden de kopwapening op regelmatige afstanden scheuren vertoonden tot 30 mm (zie figuur 1). Uit na-sonderen bleek dat het wrijvingsgetal in de keileem bijna verdubbeld was, wat op opheien van de palen

oktober 2004 | Geotechniek | 23


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:18

Pagina 24

 Figuur 2: Sondering voor het heien (links) en na het heien (rechts). In de keileem is het wrijvingsgetal door het heien bijna verdubbeld.

wees (zie figuur 2). Het verschijnsel is moeilijk te kwantificeren, doch kennis van de lokale omstandigheden kan in het ontwerpstadium leiden tot een aanpassing van bijvoorbeeld de paalwapening.

Startschacht Groene Harttunnel Voor de HSL is de Groene Harttunnel aangelegd. De noordelijke schacht is hierbij binnen diepwanden aangelegd met een onderwaterbetonvloer, die door zogenaamde baretten (gewapende diepwandpanelen van 2,8 x 1,0 m) werd verankerd. De schacht was 19 – 31 m breed en 92 m lang. Hierbij verliep het ontgravingsniveau van ca. NAP –1 m tot NAP –23 m. Voorafgaand aan de ontgraving werden de baretten geïnstalleerd tot een diepte van ca. NAP –60 m in de zandlagen beneden de Formatie van Kedichem. Deze gelaagde formatie bestaat uit zand en is doorsneden door zeer stijve kleilagen met een netto dikte van ca. 6,5 – 9,0 m. Door de zeer diepe ontgraving bestond de mogelijkheid dat de kleilagen konden gaan zwellen. Zwel treedt op door ontlasting van de ondergrond. Hierdoor kan volumevergroting optreden. In de praktijk treedt zwel relatief snel na het ontgraven op. De mate van

24 | Geotechniek | oktober 2004

zwel is afhankelijk van de grootte van de bouwput, daar schuifspanningen langs de bouwputbegrenzing en eventuele waterspanningen geïnduceerd door grondverdringend heien de zwel kunnen beperken. In dit geval zijn de baretten bij de startschacht stevig in het onderliggende zandpakket gefundeerd en leverde de zwel van de Formatie van Kedichem een trekbelasting op de baretten. Inachtneming van de zwel resulteerde in een verschillende vervormingskarakteristiek dan wanneer enkel rekening was gehouden met de opwaartse waterdruk. Door voorafgaand aan de bouw op het fenomeen zwel in te spelen kon een goede schatting van de belastingen en verplaatsingen worden opgesteld en kon de aannemer de lengte van de baretten bepalen afhankelijk van de toe te laten vervormingen.

Horizontale belasting op de palen door ontgraving Bij het aanleggen van bouwputten in een open ontgraving spelen andere factoren een belangrijke rol. Bij een samenkomst van ongelukkige omstandigheden kunnen bij een dergelijke relatief eenvoudige aanleg alsnog problemen optreden wanneer palen in de ontgraven put worden geheid. Enerzijds kan er zwel optreden. Door de zwel kan


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:18

Pagina 25

 Figuur 3: Invloed overconsolidatie op het draagvermogen van palen. Links na ontgraven bouwput; rechts na het installeren van de palen.

een horizontale grondverplaatsing van onder de taluds vandaan de put in worden geĂŻnduceerd. Daarnaast kunnen door een combinatie van dynamische belasting door het heien en een steil ontgraven talud extra vervormingen optreden. Met name bij zeer slappe (organische) klei en veengronden kunnen aanzienlijke horizontale verplaatsingen optreden. In het ontwerp dienen deze gevaren te worden onderkend en moeten de palen gewapend worden om de momenten te kunnen opnemen. Tevens moet de taludhelling worden afgestemd op dit fenomeen.

het ontgraven op het draagvermogen van trekpalen nader onderzocht. Door een ontgraving wordt de korrelspanning gereduceerd. Afhankelijk van de korrelspanningsverlaging dient de voor ontgraven gemeten conusweerstand in de berekeningen te worden gereduceerd en daarmee het rekentechnisch grondmechanisch trekdraagvermogen. Uit het onderzoek bleek dat in hoofdzaak onderscheid kon worden gemaakt tussen twee uitvoeringsvolgorden: 1. Eerst heien, daarna ontgraven van de bouwput 2. Eerst ontgraven, daarna heien van de palen.

Draagvermogen van palen versus uitvoering In veel gevallen zal een uitvoeringsvolgorde in eerste instantie leidend zijn voor de manier waarop een bouwput wordt gemaakt. Het kan echter zijn dat een bouwfasering gewijzigd moet worden om een geotechnisch haalbare fundering te maken, of omdat een economische optimalisatie daarom vraagt. In beide gevallen kan een oplossing worden gezocht in de geotechnische regelgeving en de onderliggende grondmechanische theorie. In CUR-commissie C98/C123 (Trekpalen) is de invloed van

In het eerste geval blijven de oorspronkelijke horizontale grondspanningen in de grond aanwezig na het ontgraven. In het tweede geval wordt de grond als het ware “losgeslagen� en nemen de horizontale spanningen in de grond sterker af. De gemeten conusweerstanden hoeven in het eerste geval minder te worden gereduceerd dan in het tweede. Naast de bouwfasering moet bij de bepaling van de draagkracht rekening worden gehouden met de mate van overconsolidatie van de formatie waarin de palen worden geplaatst. Een deel van de overconsolidatie zal door de

oktober 2004 | Geotechniek | 25


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:19

Pagina 26

invloed van heitrillingen verdwijnen. Een mooi voorbeeld hiervan is gegeven in figuur 3. De linkersondering toont de gemeten conusweerstand in een ontgraven put; de rechter toont de conusweerstand nadat er palen zijn geheid. Bij heien voorafgaand aan het ontgraven wordt de conusweerstand gereduceerd volgens:

qc;z;ontgr = 1/ OCR * (σ 'v ;z;ontgr / σ 'v ;z;0 ) * qc;z In geval van heien na ontgraven wordt een lineaire reductie toegepast volgens:

qc;z;ontgr = 1/ OCR * (σ 'v ;z;ontgr / σ 'v ;z;0 ) * qc;z waarbij: OCR = graad van overconsolidatie qc;z;ontgr = gecorrigeerde conusweerstand op diepte z qc;z = oorspronkelijke (gemeten) conusweerstand op diepte z σ’v;z;ontgr = verticale korrelspanning na ontgraven σ’v;z;0 = oorspronkelijke verticale korrelspanning Daarnaast zal in paalgroepen het draagvermogen van een heipaal vaak toenemen door verdichting. Voor het geval van trekpalen is dit verdisconteerd in rapport CUR 2001-4 in de factor f1, die groter is dan 1,0 en in de praktijk kan variëren tot 1,5. Overigens mag deze factor alleen worden toegepast wanneer de verdichting ook door na-sonderen is aangetoond. Voor drukpalen wordt in NEN 6743 geen toename van de conusweerstand door verdichten meegenomen. Een dergelijke toename zou ook voor de schachtwrijving voor palen belast op druk kunnen worden toegepast. Gezien de ruimtelijke spreiding zal de toename van de conusweerstand onder de paalpunt minder zijn. Geconcludeerd kan worden dat in het ontwerp bespaard kan worden op paalengte beneden de bouwputbodem wanneer er tijdens de uitvoering geheid zou worden voorafgaand aan het ontgraven. Dit wordt in de praktijk natuurlijk altijd afgewogen tegen de extra paallengte die nodig is bij het heien vanaf maaiveld. Verder wordt het ontgraven bemoeilijkt door de aanwezigheid van palen tussen maaiveld en het ontgravingsniveau. Daar komt bij dat de extra paallengte tussen maaiveld en ontgravingsniveau meestal overbodig wordt wanneer de onderste keldervloer is gestort. Het komt er in de praktijk dan ook meestal op neer dat de palen in een ontgraven put worden aangebracht, ofwel in een droge put ofwel in den natte vanaf een traverse. Een enkele keer wordt er een paaltype toegepast, waarbij vanaf maaiveld wordt geheid, maar waar de paalkop zich op het ontgravingsniveau bevindt. Dit kan bijvoorbeeld het geval zijn bij vibro-combinatiepalen, waarbij de kop van het prefab element boven de (onderwater)beton-

26 | Geotechniek | oktober 2004

vloer uitsteekt en de rest van de paal tot maaiveld wordt opgevuld met zand of grind. Ook bij sommige geboorde systemen zoals Gewi- of Terra-compact- of Leeuwankerpalen wordt de paalkop soms beneden maaiveld beëindigd. Voorzichtigheid is echter geboden met deze methoden, omdat er door de uitvoering grote onzekerheid kan bestaan over de kwaliteit en diameter van de palen in de zone rond de kop van het groutlichaam. Recente ervaringen met de trekpalenproef voor de A73 in Roermond staven dit. Aanbevolen wordt dan ook om dit soort werken te laten uitvoeren door aannemers die ervaring hebben met dit soort uitvoering en de lokale bodemgesteldheid. Tevens dienen controlemogelijkheden te worden ingebouwd om na uitvoering de kwaliteit van de palen te kunnen controleren.

Conclusies Bij het heien van palen in bouwputten kunnen zich een aantal verschijnselen voordoen die de bouwputbegrenzing en/of de palen zelf nadelig kunnen beïnvloeden. Bekende fenomenen zijn: 1. Verplaatsingen van de damwand 2. Verlaging van de bouwputbodem door compactie van zandlagen 3. Opheien van de bouwputbodem in stijve kleilagen 4. Zwel van de bouwputbodem 5. Horizontale belasting van de palen bij ontgraving onder talud in slappe grond 6. Taludinstabiliteit door heien Vaak spelen de geotechnische en geohydrologische omstandigheden hierbij een cruciale rol. Bij het ontwerp van bouwputten kan het van groot belang zijn om de geologische geschiedenis van het gebied goed te analyseren. Hierdoor kan een optimale afweging van de mogelijke geotechnische risico’s gemaakt worden en kunnen deze reeds in het ontwerpstadium worden ondervangen. Het draagvermogen van palen in een bouwput wordt beïnvloed door de uitvoeringswijze en bouwfasering van het project. Het grondmechanisch draagvermogen van een paal is groter wanneer er eerst wordt geheid en daarna ontgraven, in plaats van andersom. Anderzijds kan het economisch en uitvoeringstechnisch gunstiger zijn om eerst te ontgraven en vervolgens de palen aan te brengen. Een en ander is sterk afhankelijk van de mogelijkheden die de grondslag en de directe omgeving van de bouwlocatie bieden.


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:19

Pagina 27

Tensar International is nu uw directe partner voor oplossingen in de funderingstechniek

Wegverbreding N247 op spijkerbed (1999)

Tensar International biedt innovatieve oplossingen in de funderingstechniek, toegespitst op de hedendaagse eisen met een blik op de toekomst. Sleutelwoorden hierbij zijn: duurzaam bouwen, inpassing in de omgeving, kostenbesparend en bouwtijd verkortend. Al sinds het einde van de jaren zeventig ontwikkelt Tensar International geogrids die sindsdien wereldwijd in duizenden projecten succesvol functioneren. Tensar International beschikt over een team van gekwalificeerde en ervaren civiele ingenieurs. Zij zorgen ervoor dat u uw doel op tijd en binnen uw budget kunt bereiken. Tensar International biedt u nu in Nederland zelf deskundig advies en ondersteuning op het gebied van:

Speciale funderingsconstructies ● Gewapend granulaatmatras op palen als zettingbeheersende constructie onder infrastructuur en bedrijfshallen (bijv. het Spijkerbed®-systeem). ● Funderingssystemen voor ophogingen, zwaar belaste (overslag)terreinen, wegen en spoorwegen.

Voor technische ondersteuning

Voor de verkoop en levering van haar producten heeft Tensar International de krachten gebundeld met Joosten Kunststoffen, dé geokunststof-leverancier van Nederland.

Tensar International B.V. Veemarktkade 8 5222 AE 's-Hertogenbosch t. 073 624 1916 f. 073 624 0652 e. info@tensar.nl www.tensar.nl

Een ijzersterke combinatie in de GWW waarop u kunt bouwen!

en advies

Voor verkoop en levering:

Gendt t. 0481-424721 f. 0481-424501 e. info@joostenkunststoffen.nl Delft t. 015-2855580 f. 015-2850087 e. delft@joostenkunststoffen.nl Velsen-Noord (Beverwijk) t. 0251-261800 f. 0251-261809 e. beverwijk@joostenkunststoffen.nl / www.joostenkunststoffen.nl


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:19

Pagina 28

Witteveen+Bos Van Twickelostraat 2 postbus 233 7400 AE Deventer telefoon 0570 69 79 11 telefax 0570 69 73 44 www.witteveenbos.nl

Witteveen+Bos sponsor van de funderingsdag

IJB Geotechniek voor een solide basis Bodemonderzoek Sonderen Funderingsadvies Betonmortel Heipalen Heiwerken Prefab funderingen

IJB Groep Lemmer (0514) 56 88 00 www.ijbgroep.nl info@ijbgroep.nl

Tot de IJB Groep behoren de werkmaatschappijen: IJB Milieu, IJB Geotechniek, IJB Engineering, IJB Heipalen, IJB Funderingen en IJB Mortel.


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:19

Pagina 29


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:19

Pagina 30

Samenvatting: Smartsoils®: grondeigenschappen op bestelling Bij de ‘bouwstof’ grond is de kwaliteit niet op bestelling leverbaar. De grond ligt er. Het SmartSoils- concept brengt hier mogelijk verandering in. Micro-organismen in de bodem kunnen de doorlatendheid van de grond in situ beïnvloeden door bijvoorbeeld ijzerionen in de poriën te laten neerslaan en zo de ondergrond te verstoppen. Een variant van de benutting van microbiële processen is de ontwikkeling van BioGrout als grondverbeteringstechniek. Daarbij gaat het om het verbeteren van de mechanische eigenschappen van de grond, zoals sterkte en stijfheid. Een derde variant van SmartSoils is de baggerspeciematras, waarbij ruwe baggerspecie zonder voorbehandeling binnen enkele dagen wordt omgezet in een zichzelf reinigende, lichtgewicht bouwstof.

SMARTSOILS®: GRONDEIGENSCHAPPEN OP BESTELLING ■ Ir. W.O. Molendijk, sectordirecteur, Ir. L.A. van Paassen, projectleider, GeoDelft. ■ Ir. B.J. Admiraal, bedrijfsleider, VWS-Geotechniek.

Inleiding Het merendeel van de economische activiteiten in de wereld vindt plaats in deltagebieden. De Nederlandse Randstad ligt geheel in het deltagebied van Maas en Rijn. De delta wordt gekenmerkt door een breed scala aan relatief jonge sedimenten die vanuit zee of vanuit het achterland zijn aangevoerd. Deze sedimenten vormen een ondergrond die technisch gekarakteriseerd wordt door een hoge mate van heterogeniteit, een relatief hoog watergehalte, een lage sterkte en een sterke samendrukbaarheid. Daarnaast zijn er tevens menselijke ingrepen in het recente verleden, zoals grondwateronttrekkingen of vervuiling, die de grond een complexe en vaak voor wat betreft de technische eigenschappen een ongewenste, maar onontkoombare ondergrond maken voor bouwactiviteiten. In de bouw bestelt de constructeur tegenwoordig die kwaliteit beton, staal of kunststof die het beste past bij de toepassing die wordt geëist. Hij koopt het bij de fabriek. Dat is geenszins zo bij de ‘bouwstof’ grond. Die ligt er. De hoedanigheid ervan is niet te bestellen. Daarnaast is er in de bouw, beheer en onderhoud van gebouwen, terreinen en infrastructuur altijd sprake van een marge, van een onzekerheid, die te maken heeft met variërende eigenschappen en omstandigheden. Exactheid is hier utopie. In de staalbranche is een onzekerheidsmarge van 5% gebruikelijk, in de betontechniek circa 12%, maar in de grond is dat vanwege de natuurlijke variatie in de orde van 50% en meer. Deze onzekerheden worden in passende veiligheidsfactoren verdisconteerd. Dat kost geld, veel geld soms. GeoDelft lanceert daarom het concept SmartSoils. Bestel de grond met de gewenste eigenschappen, en dan natuurlijk ter plaatse, want transport is duur en niet bevorderlijk voor de omgeving. De grond wordt op locatie gemodificeerd. Een ‘maakbare grond’, waarvan de eigenschappen een te hanteren ingrediënt worden in plaats van een onzeker gegeven.

Geogenese De geo-engineering, is sinds zijn ontstaan vooral een diagnostische wetenschap geweest. In veel opzichten vergelijkbaar met de medische

30 | Geotechniek | oktober 2004


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:19

Pagina 31

wereld. In de medische wereld wordt op dit moment wereldwijd zeer veel onderzoek gedaan om inzicht te krijgen in de genetica en genese van processen. Zouden we als geo-engineering hier nu niet van moeten leren? Een benaderingswijze zoals gevolgd door de medische wereld opent voor de geo-engineering geheel nieuwe perspectieven. Concreet betekent dit in een onderzoeksbenadering vanuit de geogenese, de leer van het ontstaan van grondeigenschappen. Het verwerven van inzicht in de natuurlijke, tijdgebonden ‘grondverbeteringprocessen’ in de bodem, veelal gepaard gaand met een verandering van de structuur van de grond op micro- en nanoschaal. De processen die hieraan ten grondslag liggen zijn gedeeltelijk van chemische, maar voor een belangrijk deel ook van microbiële aard. GeoDelft heeft hier de brug geslagen tussen de bouwpraktijk en recente wetenschappelijke ontwikkelingen, door te putten uit het reservoir aan onderliggende kennis die de afgelopen jaren is ontwikkeld op het gebied van de bio- en nanotechnologie. Met het initiatief SmartSoils beoogt GeoDelft de technische en milieuhygiënische eigenschappen van grond te modificeren door de natuurlijke processen die deze veranderingen veroorzaken te beïnvloeden. De biotechnologie, geochemie en de kennis van micro- en nanostructuren spelen hierbij een belangrijke rol.

Geschiedenis Het idee om natuurlijke processen in de grond te initiëren of te stimuleren om de eigenschappen van grond te verbeteren, is ontstaan vanuit de kennis die de afgelopen 20 jaar is ontwikkeld om bij de aanpak van chemische verontreiniging de natuurlijke afbraak, geochemie en biologische processen te betrekken. Begin tachtiger jaren van de vorige eeuw is bodemverontreiniging op de politieke agenda van Nederland gekomen. Dit gebeurde met de vaststelling dat een woonwijk van Lekkerkerk gebouwd is op verontreinigde baggerspecie en een woonwijk van Gouderak op huishoudelijk en industrieel afval. Deze vaststelling was maatschappelijk verre van acceptabel. Vanaf dat moment kwam het onderzoek naar de risico’s van bodemverontreiniging in een stroomversnelling terecht. De aanvankelijk gevolgde aanpak, zoveel mogelijk vervuiling saneren of eeuwig durende beheersmaatregelen installeren om een verdere verspreiding van de vervuiling te voorkomen, bleek binnen enkele jaren maatschappelijk onbetaalbaar. GeoDelft heeft daar in die tijd op ingespeeld door deze problematiek niet alleen vanuit een civieltechnische

achtergrond te benaderen, maar ook fysici en (geo)chemici bij de vraagstelling te betrekken. Basisonderzoek werd nu gefocust op kennisontwikkeling van de fenomenen die het gedrag en transport van een verontreiniging bepalen, zoals: • migratie van verontreinigende stoffen in het grondwater door advectie en dispersie; • geochemische interactie tussen verontreinigende stoffen onderling en met bodemdeeltjes; • omzetting en afbraak van verbindingen onder invloed van de macrochemische omstandigheden en aanwezige microorganismen. De grond werd hierin benaderd als een natuurlijk reactorvat en het bleek mogelijk actief sturing op deze processen aan te brengen. Door dit nieuw ontwikkelde inzicht werd de kiem gelegd voor ontwikkelingen als Flexibele Emissie Beheersing (FEB, t.b.v. aanpak bodemverontreiniging), het Fail-Safe concept (t.b.v. stortlocaties) en Reactieve Barrieres (bescherming van het grondwater). In veel situaties was saneren niet langer noodzakelijk en werd door middel van de ontwikkeling van een stuk beleidsvernieuwing (BeVer) de aanpak van de milieuproblematiek weer mogelijk tegen maatschappelijk aanvaardbare kosten.

ETAC De ontwikkelde kennis op het gebied van de Geochemie en de internationale samenwerking tussen GeoDelft en de universiteit van Osaka (Japan) zijn de basis geweest voor de ontwikkeling van technologie die het mogelijk heeft gemaakt om veilig geboorde tunnels in stedelijk gebied aan te leggen. In 1998 is begonnen met de ontwikkeling van ETAC, een staartspleetgrout die geschikt is voor het boren in typisch Nederlandse slecht doorlatende gronden zonder daarbij schade aan belendingen te veroorzaken. Na een succesvolle test bij de Botlek Spoortunnel [ref 1], was ETAC in 2003 de oplossing voor de grote schade die bij het gebruik van traditionele grouts ontstond tijdens de aanleg van de Channel Tunnel Rail Link in Londen. Het vastgelopen boorproces kon hier met Nederlandse hulp weer vlot getrokken worden.

Recente ontwikkelingen Vanuit de ervaring in de bodemsanering (waarbij biochemische processen in-situ werden gebruikt om vervuiling van de ondergrond te verwijderen of beheersen) en vanuit de ontwikkeling van de producten als ETAC (waarbij de eigenschappen van het natuurlijke materiaal als bouwstof naar eigen wens met geochemie kan worden aangepast) ontstond de gedachte om de fysische en mechanische eigenschappen van grond met behulp van microbiële processen (in situ) te modificeren. Bij deze gedachte is het inzicht ontstaan dat deze SmartSoils benadering wel eens

oktober 2004 | Geotechniek | 31


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:19

Pagina 32

micro-organismen en zij zoeken zelf de lekkage op om deze vervolgens duurzaam te repareren. Deze methode, inmiddels BioSealing gedoopt, is met behulp van een door Senter gesubsidieerd TS-onderzoek verder ontwikkeld samen met de afdeling Civiele Techniek en Geowetenschappen van de Technische Universiteit Delft en de aannemer Visser en Smit Bouw (VSB). Er is nu grotendeels empirisch een op pilot-schaal (foto 1) werkende methodiek ontwikkeld [ref 3]. Echter van het precieze achterliggende microbiële en geochemische proces is nog maar weinig bekend. Dit beperkt de huidige inzetbaarheid van BioSealing, terwijl er vanuit de markt nu talloze vragen komen van probleembezitters die BioSealing zien als de oplossing van hun probleem. Het is echter noodzakelijk om rondom dit onderwerp een rigide wetenschappelijke basis op te bouwen. Pas dan kan BioSealing een echte vlucht nemen.

BioGrout

 Foto 1: Pilot-proef BioSealing.

een revolutie in de geo-engineering zou kunnen ontketenen [ref 2].

BioSealing Bouwputten en tunnels, zoals we die in Nederland gewend zijn aan te leggen, zijn in vrijwel elke situatie “lek”. Lek wil hier zeggen dat er zoveel water door gaten in de bouwputbodem of niet goed sluitende naden in de bouwputwand heen komt, dat hierdoor schade ontstaat. Deze schade kan bestaan uit overlast binnen de bouwput of tunnel, maar ook uit zakkingsschade aan belendende infrastructuur of bebouwing. Als het al mogelijk is te lokaliseren waar het echte lek zit, zijn mitigerende maatregelen in veel gevallen niet mogelijk of zeer kostbaar. Uit de ervaringen die GeoDelft heeft opgedaan bij de monitoring van het herstel van de schade als gevolg van de beruchte lekkage van de Haagse Tramtunnel is zo’n 5 jaar geleden het idee ontstaan om de doorlatendheid van de grond in-situ te beïnvloeden door micro-organismen in de bodem te stimuleren om in het grondwater aanwezige ijzerionen te laten neerslaan die de voor grondwaterstroming beschikbare kanaaltjes in de ondergrond verstoppen. Deze verstopping van de grond vindt met name plaats op die plaatsen waar de stroomsnelheid van het grondwater hoog is en dat is nu juist rondom het lek. Kortom, voedt de

32 | Geotechniek | oktober 2004

Een stap verder als het gaat om benutting van microbiële processen is de ontwikkeling van BioGrout als grondverbeteringstechniek. BioGrout is gebaseerd op het initiëren van natuurlijke microbiële processen in de bodem met als doel de mechanische eigenschappen van de grond te verbeteren. Hierbij gaat het specifiek om de eigenschappen die het gedrag van grond als constructie- of funderingsmateriaal bepalen, zoals sterkte en stijfheid. In tegenstelling tot BioSealing worden bij BioGrout extra bacteriën in de ondergrond gebracht. Geïnspireerd door een Australisch onderzoek, waarbij bacteriën werden gebruikt om zandsteen monumenten te restaureren, is GeoDelft op het idee gekomen om te onderzoeken of dit proces van het herstellen van de natuurlijke binding van zandkorrels in zandsteen ook direct op los zand kon worden toegepast. In dit kader is in Australië een aantal kleine cilinders met los Nederlands zand verstevigd tot een materiaal dat sterk lijkt op een natuurlijke zandsteen. In het Australische onderzoek produceren bacteriën een enzym dat door een reactie met het grondwater het neerslaan van kalk in de vorm van kleine calcietkristallen op het oppervlak van de zandkorrels veroorzaakt (foto 2). Deze calcietkristallen vormen een soort natuurlijk cement dat de individuele zandkorrels aan elkaar bindt en daarmee de sterkte en stijfheid van het materiaal sterk doet toenemen. Een belangrijke eigenschap van dit cementatieproces is dat de doorlatendheid van het zand grotendeels behouden blijft. Het behoud van doorlatendheid is bij veel potentiële toepassingen een vereiste om het proces ook op grotere schaal in de praktijk toe te kunnen passen. Vanuit de perspectieven die in-situ versteviging van zand kunnen bieden, hebben de Volker Wessels bedrijven -


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:19

Pagina 33

 Foto 2: Electronenmicroscoopfoto van zand, dat op biologische wijze op laboratoriumschaal is gecementeerd.

Volker Stevin Rail & Traffic, Van Hattum en Blankenvoort en Visser en Smit Bouw - vertegenwoordigd door VWSGeotechniek en GeoDelft gezamenlijk het initiatief genomen te onderzoeken of bovengenoemde verkenning tot een nieuwe grondverbeteringsmethode kan leiden. Als belangrijke toepassingsgebieden worden gezien: • Een alternatief voor bestaande (chemische) grondinjectietechnieken ter versteviging van bestaande funderingen; • Het versterken van aardebaanlichamen onder (spoor-) wegen; • Het versterken van weringen; • Het creëren van waterdoorlatende grondkeringen; • Het voorkomen van zandtransport bij onderloopsheid. Omdat Volker Wessels en GeoDelft zelf slechts een beperkte hoeveelheid biotechnologische kennis in huis hebben, is de vakgroep Bioprocestechnologie van de Technische Universiteit Delft - faculteit Technische Natuurwetenschappen - gevraagd in deze ontwikkeling te participeren. Gezamenlijk is een onderzoeksplan opgesteld en inmiddels gehonoreerd als Innovatie Samenwerkingsproject gesubsidieerd door Senter.

Europese bouwsector werd gevraagd te komen met ideeën om de beschikbare fysieke ruimte die wegen beslaan, te gebruiken om vervuild baggerslib te bergen en tegelijkertijd te reinigen. Vanuit een achtergrond van 20 jaar onderzoek naar de eigenschappen van baggerspecie, gecombineerd met de huidige kennis van “natuurlijke” reinigingsprocessen bedacht GeoDelft een oplossing, verwierf hierop octrooi en werkte deze praktisch uit met Nederlands grootste baggeraar, Boskalis. Er werd vanuit een creatief team binnen drie maanden een proces uitgewerkt waarbij ruwe baggerspecie zonder voorbehandeling binnen enkele dagen wordt omgezet in een zichzelf reinigende, lichtgewicht bouwstof (figuur 1), “de baggerspeciematras”. Van baggerslib naar een bouwstof welke qua kostprijs kan concurreren met zand. Een enorme ontwikkelingsstap welke door de onafhankelijke deskundige jury werd uitgeroepen als meest vergaande, innovatieve oplossing en aldus bekroond als winnaar. De baggerspeciematras is overigens niet alleen geschikt voor de aanleg van wegen, maar zou ook prima toegepast kunnen worden voor lichte funderingen op staal.

Referenties: [1] A. Feddema et al., ETAC two-component grout field test at Botlek rail tunnel, Proceedings Modern Tunneling Science and Technologie, page 809-815, 2001 [2] S. Terbruggen, Bacteriën bouwen biodijken, de Ingenieur 19 maart 2004, pagina 30-31. [3] R. Didde, Deze damwand eet suiker, Wetenschapsbijlage Volkskrant 22 mei 2004

De baggerspeciematras Als derde recente succesvolle SmartSoils innovatie is begin dit jaar een initiatief gelanceerd dat inhaakt op de baggerspecie problematiek. Stelt u zich eens voor: u rijdt over een weg die is gebouwd op verontreinigde baggerspecie. Op de voorheen donkere yoghurtachtige substantie is zonder voorbewerking een weg aangelegd die op het moment van passeren schoner wordt. Waarschijnlijk met dit beeld voor ogen schreef Rijkswaterstaat eind 2003 vanuit haar innovatieprogramma “Wegen naar de Toekomst” de prijsvraag “De reinigende weg” uit. Aan de

 Figuur 1: Schematische opbouw van “de baggerspeciematras” met ecologische zone voor het afbreken of vastleggen van uit de baggerspecie uitgeloogde verontreinigingen.

oktober 2004 | Geotechniek | 33


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:19

Pagina 34

Trillingen meten? IFCO Funderingsexpertise BV is al meer dan 15 jaar marktleider op trillingsmeetgebied. Jaarlijks voert IFCO tientallen meetprojecten uit voor zowel aannemers en gemeenten als particuliere opdrachtgevers. Betrouwbare trillingsmetingen: • Directe meetresultaten • Conform de nieuwste SBR-richtlijnen • Bemand en onbemand • Automatische alarmering • Apparatuur conform DIN45669 Tevens verkoop en verhuur van trillingsmeetapparatuur.

IFCO Funderingsexpertise BV Postbus 429 2740 AK Waddinxveen

Website: www.ifco.nl Tel. 0182 - 646 646 Fax 0182 - 646 654

Bezoek ook onze stand op de Funderingsdag

Samen werken aan oplossingen voor de dag van morgen

Airphoto Netten

Bouwen in een binnenstedelijke omgeving is geen eenvoudige zaak. Vooral niet als het gaat om hoogbouw of ondergrondse infrastructuur. Hoe bouw je als de grond is opgebouwd uit bijvoorbeeld grind, mergel of slappe klei? Is er sprake van verontreinigde grond of grondwater? Hoe houd je de bouwput droog, als er gegraven moet worden tot beneden de grondwaterstand? Maar ook onderwerpen als het inschatten van risico’s bij complexe bouwprojecten, de verdeling van deze risico’s over verschillende partijen en veiligheid van eindgebruikers vragen om aandacht.

www.royalhaskoning.com

Het succesvol realiseren van projecten vergt niet alleen kennis van de functionele aspecten van het bouwwerk, de bouwlogistiek, constructie-, funderings- en installatietechnieken, maar ook van architectonische, bestuurlijke, milieukundige en economische zaken. Royal Haskoning heeft die kennis en meer dan een eeuw ervaring als adviseur voor overheid en bedrijfsleven. Met 2.900 professionals en meer dan 40 vestigingen over de hele wereld biedt Royal Haskoning alle belangrijke lokale markten toegang tot internationale deskundigheid.


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:19

Pagina 35

GEFUNDEERD bouwen aan de toekomst

Haalbaarheidsstudies, ontwerpen en advisering op het gebied van:

• Funderingen • Verankeringen • Grondkeringen • Grondverbeteringen • Ondergrondse constructies

VWS Geotechniek bv Korenmolenlaan 2, Postbus 525, 3440 AM Woerden Telefoon 0348 - 435254, Telefax 0348 - 435255 E-mail: info@vwsg.nl

GEFUNDEERD ADVIES... ...met een duurzaam karakter.

Van onderzoek tot en met de oplossing:

Met 25 jaar ervaring en een team

Zoekt u een innovatieve partner,

Inspectie bestaande funderingen

directe contacten, professioneel

volgens VNG-protocol

advies en doeltreffende oplossingen?

is Wareco toonaangevend op

Handhavingstermijnen

020 - 750 46 00

het gebied van bestaande

Funderingsherstelplannen

info@wareco.nl

funderingen.

Directievoering

www.wareco.nl

van enthousiaste professionals


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:20

Pagina 36

Samenvatting: BioSealing, een nieuwe herstelmethode voor waterremmende constructies BioSealing is een nieuwe benadering voor het herstellen van lekkages in ondergrondse waterremmende constructies. Door Visser en Smit Bouw, TU Delft en GeoDelft is de haalbaarheid van dit concept aangetoond door middel van een aantal laboratoriumexperimenten en recent door een geslaagd veldexperiment. Het principe van BioSealing is gebaseerd op het voeden van de van nature aanwezige bacteriën in de bodem. Transport van het bioslijm naar het lek geschiedt door middel van grondwaterstroming. Toekomstige ontwikkelingen zijn vooral gericht op het beter sturen van het verstoppingsproces.

BIOSEALING, EEN NIEUWE HERSTELMETHODE VOOR WATERREMMENDE CONSTRUCTIES ■ Ing. J.W.M. Lambert, adviseur afdeling Funderingstechniek en Ondergrondse Werken, GeoDelft

Inleiding Om gedurende het bouwproces het waterbezwaar in de bouwput te beperken, wordt in veel gevallen gebruik gemaakt van waterremmende constructies zoals stalen damwanden, diepwanden en folies. Soms blijken deze constructies niet zo waterdicht als ze zouden moeten zijn en dat leidt dan tot oponthoud en hoge kosten. Enkele voorbeelden van lekkende constructies hebben landelijke bekendheid verworven, maar insiders in de bouw weten dat lekkage regelmatig tot grote problemen leidt. De oorzaken van de optredende lekkages zijn divers, ze kunnen zijn gelegen in onvoldoende kennis van de ondergrond, te zuinig of onjuist ontwerp en in uitvoeringsfouten. Dat de problemen die samenhangen met lekkage vaak zo groot zijn heeft een aantal redenen: • door lekkages wordt vaak niet meer voldaan aan de vergunningvoorwaarden voor grondwateronttrekking, zoals die worden gesteld in de Grondwaterwet. Dat betekent dat de overheid kan ingrijpen, ook wanneer dit technisch niet direct noodzakelijk of economisch niet gewenst is • tot voor kort ontbraken lekdetectietechnieken waarmee snel en eenduidig de lekken kunnen worden gelokaliseerd. De laatste jaren hebben deze technieken zich snel ontwikkeld, maar ze zijn nog steeds kostbaar • in stedelijk gebied zijn de locaties waar lekkage wordt geconstateerd vaak niet goed bereikbaar met de apparatuur, nodig voor conventionele reparatietechnieken Als gevolg van al deze beperkingen en omdat men vaak niet tevoren de consequenties van eventuele lekkage heeft overwogen, leiden lekkages vaak tot langdurige discussies en oponthoud. Er moet dus een markt zijn voor eenvoudige en goedkope hersteltechnieken. BioSealing is een nieuwe benadering voor het herstellen van lekkende constructies. In dit artikel wordt ingegaan op de ontwikkeling van BioSealing, voorlopig afgesloten met een geslaagd veldexperiment.

36 | Geotechniek | oktober 2004


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:20

Pagina 37

Dat verstoppingsprocessen kunnen optreden, is al lang bekend; in de waterwinning is het optreden van verstopping van winningsputten een probleem waar al jaren onderzoek naar wordt verricht; de moeilijkheid zit hem in het sturen van de processen. • Verlaging van de doorlatendheid met een factor 5 – 20 is vaak voldoende

Laboratoriumexperimenten

 Figuur 1: Proefopstelling waarbij kleurstof is toegevoegd.

Voorgeschiedenis Wie in de civiele praktijk te maken krijgt met lekkende bouwputten en de gevolgen daarvan, bekruipt al gauw het gevoel dat het probleem toch eenvoudiger en goedkoper oplosbaar zou moeten zijn. Een paar zaken vallen in de praktijk op: • De exacte locatie van het lek is vaak niet goed bekend. Gelukkig hebben de detectietechnieken zich de laatste jaren sterk ontwikkeld; de locatie kan, zij het tegen vrij hoge kosten, op enkele meters nauwkeurig worden bepaald. Conventionele hersteltechnieken moeten exact ter plaatse worden toegepast, anders moet het hele verdachte gebied worden hersteld. Met technieken als dummy-wanden, groutinjecties is dit kostbaar • Met conventionele methoden wordt getracht de waterdichtheid van het ontwerp alsnog te bereiken; dit is in veel gevallen niet nodig uit het oogpunt van risico’s voor de omgeving; afname van de doorlatendheid ter plaatse van het lek met een factor 5 – 20 is vaak meer dan voldoende Ervan uitgaand dat het inderdaad mogelijk is de locatie van het lek op enkele meters nauwkeurig te bepalen, heeft langzamerhand de gedachte van ‘herstel op afstand’ postgevat. Herstel op afstand is mogelijk wanneer: • Gebruik kan worden gemaakt van de grondwaterstroming Rondom het lek is de grondwaterstroming altijd richting het lek wanneer binnen de constructie een verlaagde grondwaterstand wordt gerealiseerd. • Processen die het verstoppen van de grond veroorzaken kunnen worden opgewekt en gestuurd

In 1999 en 2000 werden de eerste laboratoriumproeven opgezet. Invalshoek was in eerste instantie de vraag of het mogelijk was om het verstoppingsmechanisme te veroorzaken en te versnellen; niet alleen biologische, maar ook chemische en mechanische verstoppingsmechanismen kwamen in aanmerking. Bij chemische processen werd bijvoorbeeld gedacht aan het sturen van ijzer- of kalkverstopping, bij mechanische mechanismen bijvoorbeeld aan het injecteren van micro-cement met vertragers. Figuur 1 toont de gebruikte proefopstelling. Door het toevoegen van kleurstof is de grondwaterstroming zichtbaar gemaakt. De eerste laboratoriumexperimenten wezen uit dat biologische verstopping een aantrekkelijke optie kan zijn en de kans op succes daarmee het grootst. Door eenvoudige, natuurlijke voedingsstoffen toe te dienen, kan het bacterieleven in de bodem zodanig worden gestimuleerd dat explosieve bacteriegroei optreedt. Het bacterieslijm dat zo ontstaat, zorgt voor een – mogelijk slechts tijdelijke – verstopping. Vervolgens blijkt zich het meer stabiele ijzersulfide te vormen. Daarmee wordt naar verwachting een doorlatendheidreductie met een langere levensduur bereikt. In de jaren 2000 – 2003 zijn vervolgens nog de nodige laboratoriumexperimenten uitgevoerd, voordat de sprong naar buiten gewaagd werd. De experimenten hadden tot doel meer inzicht te krijgen in de omstandigheden waaronder de verstopping al dan niet optreedt en in de mogelijkheden om het proces te kunnen sturen en beheersen. Belangrijke conclusies uit het laboratoriumonderzoek waren: • Het toedienen van betrekkelijk kleine hoeveelheden suikers in de vorm van stroop of melasse is voldoende om de beoogde explosieve bacteriegroei te bewerkstelligen • In laboratoriumopstellingen werd de beoogde doorlatendheidreductie met een factor 5 – 20 in vrijwel elke proef ruimschoots gehaald • De reductie van de doorlatendheid werd behaald onafhankelijk van het materiaal waarin het lek zich bevindt (ijzer, kunststof), en – binnen de grenzen van de proefopstelling – onafhankelijk van de omvang van het lek • Of ook in basisch milieu (bv. cement-bentoniet) het bacterieleven wordt gestimuleerd, is niet getest • De geconstateerde verstopping wordt voornamelijk

oktober 2004 | Geotechniek | 37


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:20

Pagina 38

veroorzaakt door de groei van anaërobe bacteriën • In alle proefopstellingen vond de verstopping voornamelijk in en benedenstrooms van het lek plaats • Het chloridegehalte van het grondwater is voor het optreden van de verstopping niet van belang Op grond van de proefresultaten werd in 2003 besloten om een veldexperiment op te zetten. Dit experiment is uitgevoerd op de Maasvlakte.

Tevoren kan goed de waterdichtheid van de container worden vastgesteld. Hierdoor wordt de proef goed controleerbaar. De containers met de vooraf aangebrachte lekken werden ingegraven. Er was gekozen voor drie soorten lekken: • een container met 6 kleine gaten (diameter 0,08 m) • een container met 1 groot gat (diameter 0,25 m) • een container met een wigvormige spleet, een uit het slot gelopen damwand voorstellend

Opzet van het veldexperiment Doel van het veldexperiment is om op praktijkschaal de werking van het verstoppingmechanisme aan te tonen. In eerste instantie werd gedacht om een damwandkuip met een lek aan te brengen. Hierbij is echter altijd het gevaar aanwezig dat buiten het geplande lek zich nog onvoorziene onvolkomenheden voordoen, zoals het uit het slot lopen van damwandplanken. Het ingraven van zeecontainers met vooraf aangebrachte lekken bleek een goed alternatief.

De containers werden ingegraven en voorzien van een drainbemaling, waarin de grondwaterstand tot een constant niveau werd verlaagd. Figuur 2 geeft een schematisch overzicht van de ligging van de containers. In een cirkelsegment op ca. 2,5 m afstand van de aangebrachte lekkages werden injectiepunten aangebracht waarmee – onder druk en op verschillende diepten – de verdunde voedingsstoffen werden geïnjecteerd. Daarbij werd dagelijks een vooraf bepaalde hoeveelheid ingebracht en met water nagespoeld. In figuur 3 wordt de proefopstelling met waarnemings- en injectiepunten getoond. In kleur zijn de berekende stroomlijnen vanuit de injectiepunten weergegeven.

 Figuur 2: Schematische weergave van de proefopstelling.

Nadat in de containers 2 en 3 een stationair onttrekkingsdebiet optrad, met een constant verschil binnen en buiten de container, werd in container 2 begonnen met het injecteren van voedingsstoffen. Bij container 3 werd niet geïnjecteerd, maar werd wel het verschil binnen en buiten de container gehandhaafd, zodat daar sprake was van een blanco proef.

De proefresultaten

 Figuur 3: Bovenaanzicht Bouwput I met 2 containers, ligging waarnemingsfilters en injectiepunten met berekende stroomlijnen

38 | Geotechniek | oktober 2004

Het resultaat van de proef is grafisch weergegeven in figuur 4. Hierbij is te zien dat het onttrekkingsdebiet (verticale as) in container 2 met de tijd afneemt. Met verticale lijnen zijn de tijdstippen aangegeven waarop injectievloeistof is toegediend. Het afnemen van het debiet voorafgaand aan de injectie


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:20

Pagina 39

 Figuur 4: Het verloop van het onttrekkingsdebiet in de tijd.

wordt veroorzaakt door het stationair worden van het onttrekkingsdebiet. Ongeveer 6 weken nadat voor het eerst werd geïnjecteerd, werd de verstoppingsfactor 5 bereikt en kon de proef als geslaagd worden beschouwd. Uiteindelijk werd, aan het eind van de proef, een verstoppingsfactor van bijna 30 bereikt. Vervolgens zijn ook de beide andere containers beproefd en wel met nagenoeg dezelfde resultaten. Gezien de beschikbare tijd en budget kon respectievelijk slechts een factor 3,5 en een factor 8 worden bereikt, maar het onttrekkingsdebiet vertoonde nog steeds een dalende trend, zodat ook deze proeven als geslaagd kunnen worden beschouwd. Bij wijze van duurzaamheidstest is – voordat de proefopstelling werd ontmanteld – de bemaling in container 2 opnieuw geïnstalleerd en in werking gesteld. Ongeveer 3 maanden na het beëindigen van de eerste proef bleek de verstoppingsgraad nog op hetzelfde niveau en was er dus geen sprake van afbraak. Dit aspect leidt uiteraard tot optimisme over de levensduur van BioSealing. Na het beëindigen van de proeven zijn inmiddels de containers uitgegraven. De grond rondom het lek, binnen en buiten de container is bemonsterd, geanalyseerd en beproefd. De resultaten daarvan zijn nog niet beschikbaar,

 Figuur 5: Eén van de containers voor het ingraven.

maar visueel kan worden vastgesteld dat zowel boven- als benedenstrooms van het lek een zwartkleuring van de grond is opgetreden. Dit wijst op het optreden van bioactiviteit en verlaging van de doorlatendheid. Figuur 5 toont één van de containers voor het ingraven; de zes vooraf aangebrachte gaten zijn op deze foto duidelijk te zien. Figuur 6 geeft een indruk van de verkleuringen die waarneembaar zijn als gevolg van het injecteren met voedingsstoffen.

Nawoord Ontwikkelingen als deze vereisen multi-disciplinair onderzoek en zodoende teamwork. Dat lukt alleen wanneer alle betrokkenen er in geloven en enthousiast zijn. Bij dit onderzoek was dat het geval. Een hecht team van GeoDelftenaren, medewerkers en directie van Visser en Smit Bouw en van de TUDelft hebben in dit project samengewerkt. Het project werd gesubsidieerd door het Ministerie van Economische Zaken (Senter). De voedingsstoffen werden door Avebe ter beschikking gesteld, maar daarnaast werd ook meegedacht, geadviseerd en geanalyseerd. Door Lyondell werd de proeflocatie op de Maasvlakte tijdelijk ter beschikking gesteld.

 Figuur 6: Verkleuring als gevolg van het injecteren met voedingsstoffen.

oktober 2004 | Geotechniek | 39


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:20

Pagina 40

imedia.lu

Stalen Damwanden van ProfilARBED

Economische en innovatieve oplossingen Stalen damwanden van ProfilARBED worden wereldwijd in de meest uiteenlopende toepassingen gebruikt. Dit is het resultaat van een voortdurende ontwikkeling en uitbreiding van ons leveringsprogramma. Onze klanten kunnen dankzij deze diversiteit bij elke toepassing de beste oplossing kiezen. Aanvullend op het zeer uitgebreide leveringsprogramma van ProfilARBED kan ARBED Damwand tevens zijn technische know-how en moderne constructiewerkplaats aanwenden. Hiermee zijn wij voor u de meest complete partner voor al uw stalen damwandtoepassingen.

Verkoop Nederland:

Verkoop BelgiĂŤ:

Postbus 24 4780 AA Moerdijk Nederland Tel. 0168 385 885 Fax 0168 385 888 info@arcelorprojects.nl www.arbeddamwand.nl

Industrielaan 2 B-3900 Overpelt BelgiĂŤ Tel. 011 800 890 Fax 011 800 895 info@arcelorprojects.be www.arbeddamwand.be

Innovatief, flexibel, economisch - www.arbeddamwand.nl - www.arbeddamwand.be


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:20

Pagina 41

DE NIEUWE PVE

OM DOOR EEN

RINGETJE TE HALEN... Bij Dieseko staan we garant voor innovaties die u werk uit handen nemen en de efficiency bevorderen. Dit geldt ook voor de ringvibrator, onze nieuwste vinding. De ringvibrator maakt het heien van stalen buizen nog efficiĂŤnter: u kunt met een kortere makelaar langere buizen heien. Bovendien kunt u tegelijkertijd een buis volstorten, iets wat met een trilblok niet mogelijk is. Dit levert de nodige tijdwinst en kostenbesparingen op. De PVE ringvibrator is voorzien van een Variabel Moment met een gepatenteerd MDC -Moment Difference Control- systeem. Dit met de geleverde slagkrachten van 800 kN tot 1900 kN maken deze machines geschikt voor nagenoeg ieder projekt. Wederom een innovatie van Dieseko om door een ringetje te halen.

Rental - Construction & Engineering - Sales Lelystraat 49, 3364 AH Sliedrecht - Tel. +31 (0)184 410 333 - Fax +31 (0)184 411 386 - info@dieseko.com, www.dieseko.com


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:20

Pagina 42

Samenvatting: Tunnelbouw door Limburgs grind en kalksteen De tunnel onder de Maasboulevard in Maastricht is bijzonder vanwege de complexe constructie, de aanwezige grondslag met een grind- en kalksteenpakket, alsmede veel oude funderingen en obstakels, het bouwen direct naast de rivier de Maas, een korte uitvoeringstijd en de beperkte beschikbare ruimte in het hart van de stad. De tunnel is gebouwd door middel van de cut-and-covermethode met diepwanden door het Maasgrindterras, waarbij het kalksteenpakket is gebruikt als waterremmende laag aan de onderzijde van de bouwput. Het artikel behandelt de geotechnische en geohydrologische condities, de risicoanalyse en de risicoverdeling tussen opdrachtgever en aannemer, de aanwezigheid van obstakels en de constructie met diepwanden en verbuisde boorpalen en besluit met een terugkoppeling van de uitvoeringservaringen.

COMPLEXE CONSTRUCTIE LANGS RIVIER EN HISTORISCHE BINNENSTAD MAASTRICHT

TUNNELBOUW DOOR LIMBURGS GRIND EN KALKSTEEN ■ Ing. R.H. Gerritsen, Royal Haskoning, Nijmegen

Inleiding De tunnel is gelegen onder de Maasboulevard te Maastricht, parallel aan de rivier de Maas (figuur 1). De tunnel maakt deel uit van een groter plan, het Markt-Maasproject, welke onlangs is omgedoopt tot ‘Mosae Forum’. De geometrie van de tunnel (figuur 3) is grotendeels bepaald door de functies ervan: • Het ‘wegnemen’ van het doorgaande verkeer van de Maasboulevard. Bestemmingsverkeer, openbaar vervoer, maar vooral fietsers en voetgangers mogen gebruik blijven maken van de bestaande wegenstructuur op en rond de kade. Doorgaand verkeer wordt echter door de nieuwe transittunnel geleid (niveau -2). • Het ontsluiten van een nieuw te bouwen parkeergarage vanuit twee richtingen. De parkeergarage wordt in een tweede fase gebouwd onder nieuwe stadskantoren. Om kruisend verkeer in de tunnel te vermijden, zijn aparte tunnelbuizen aangelegd richting de parkeergarage, welke een ander verticaal alignement hebben (niveau -1). • Het onderbrengen van een laad- en losperron in het midden van de tunnel (onder de toegang van de parkeergarage). Dit ten behoeve van de bevoorrading van het toekomstige winkelcentrum en de stadskantoren (niveau -2). De gesloten tunnel heeft een lengte van ca. 400 m en wordt aan de noordzijde ontsloten door een nieuw gebouwde toerit van ca. 100 m. Aan de zuidzijde sluit de tunnel aan op de bestaande onderdoorgang onder de St. Servaasbrug, welke nu dienst doet als zuidelijke toerit (figuur 2). De grindlaag onder de bestaande onderdoorgang is tot de kalksteen afgedicht door middel van jetgrouten. De bouwputbegrenzingen zijn uitgevoerd als diepwand en vormen tevens de permanente wanden van de tunnelconstructie. Door het aanbrengen van de diepwanden tot in de kalksteen en de beperkte waterdoorlatendheid ter plaatse, kan de kalksteen gebruikt worden als waterremmende laag aan de onderzijde van de bouwput. In figuur 12 is een overzicht gegeven van

42 | Geotechniek | oktober 2004


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:20

Pagina 43

 Figuur 1: Luchtfoto afbouwfase tunnel onder de Maasboulevard. Tevens is gestart met de bouw van de parkeergarage onder de nieuwe stadskantoren (Airphoto Netten).

 Figuur 2: Luchtfoto oorspronkelijke situatie Maasboulevard langs de binnenstad van Maastricht. Links op de foto is de bestaande onderdoorgang onder de St. Servaasbrug te zien (Airphoto Netten).

 Figuur 3: Plattegrond en (geotechnisch) lengteprofiel tunnel

oktober 2004 | Geotechniek | 43


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:20

Pagina 44

NAP +43 m (voor geohydrologische condities zie verderop in dit artikel). De bovenste meters van de grondslag bestaan uit antropogene lagen: afwisselingen van leemschollen, geroerde grond, puinlagen en veel obstakels. Hieronder bevindt zich het Maasgrindterras met een dikte van ca. 8 m. Het overgrote deel van het grindpakket bestaat uit een mengsel van fijn tot zeer grof grind met stenen, enkele blokken en grof zand. De opbouw van het grindpakket is over het algemeen regelmatig. TNO-NITG heeft aan  Figuur 4: Omhullende met 90%-betrouwbaarheidsinterval van mogelijke korrelverdelingen van het grindde hand van archiefgegevens en pakket [lit. 3]. ervaring een boven- en ondergrens De aangegeven boven- en ondergrenzen zijn vastgesteld op basis van een proefverzameling (grindpakket vastgesteld van de verschillende Formatie van Beegden, laagpakket van Oost-Maarland) en beschrijven een omhullende van alle mogelijke fractieverdelingen van het korrelverdelingen. De kans op een korrelverdeling die voor één of meerdere fracties buiten de weergegeven omhullende valt, is gesteld op 10%. Het voorkomen van grote diameters is moeilijk uit te drukken als bijdrage grindpakket ter plaatse van de in een korrelverdeling, aangezien betrouwbare zeefanalyses uit boormonsters voor deze fracties zeldzaam zijn. projectlocatie (figuur 4). De kans Om deze reden is een gedeelte van de bovengrens gestippeld weergegeven. Tevens zijn enkele werkelijke op het aantreffen van grote korrelverdelingen uitgezet van monsters genomen op de locatie. blokken (> 600 mm) was op basis van het onderzoek zeker niet uit te sluiten. Hierop moest in het werkterrein met de tunnelbuizen van niveau -1 in de uitvoering geanticipeerd kunnen worden. aanbouw en in figuur 13 het ontgraven van de bouwput Het is moeilijk gebleken representatieve monsters te vertussen de diepwanden. krijgen van de grindformatie, aangezien een groot gedeelte van de fijne fractie bij de pulsboringen werd uitgewassen. Geotechnische condities Om de omvang van de fijne fractie te kunnen vaststellen, is Voor het in kaart brengen van de voor Nederlandse bedaarom een boring verricht met een extra grote diameter grippen bijzondere grondslag is uitgebreid terreinonderzoek (12 inch boorbuizen), waarbij het monstermateriaal inclusief gedaan bestaande uit enkele ondiepe sonderingen en een werkwater is afgevoerd naar het laboratorium. Hier is het groot aantal (diepere) boringen. In figuur 3 is een geotechmateriaal ingedroogd en gezeefd. nisch lengteprofiel weergegeven over de locatie. Het maaiveldniveau is gelegen tussen NAP +46 en +48 m. De geDe bovenzijde van de top van de kalksteen (mergel) is op de middelde grondwaterstand is met peilbuizen vastgesteld op projectlocatie aangetroffen tussen NAP +35 en +38 m. De kalksteenmonsters zijn bij het grondonderzoek lithologisch beschreven en lithostratigrafisch ingepast [lit. 2]. Hierbij zijn kalkstenen onderscheiden behorende tot de ‘Kalksteen van Nekum’ (toplaag vrijwel gehele tracé van de tunnel) en de ‘Kalksteen van Emael’. Deze kalkstenen horen beide tot de Formatie van Maastricht. In figuur 5 zijn boorkernen van de kalksteen weergegeven. Op de monsters is laboratoriumonderzoek verricht, bestaande uit bepaling van de volumegewichten, ongesteunde druksterkte, treksterkte volgens de Braziliaanse splijtproef, reststerkte ‘remoulded’ materiaal, pocket penetrometer proeven en RQD-waarden (Rock Quality Designation). De RQD-waarde geeft een indicatie van de mate waarin de kernen zijn  Figuur 5: Boorkernen van kalksteenmonsters genomen tussen NAP +32 gebroken en geeft daarmee indirect een indicatie over de en +28 m (ca. 5 tot 9 m in de kalksteen). Aan de hand van het aantal breuken is de RQD-waarde te bepalen. sterkte van de gesteentemassa. In [lit. 6] is meer te vinden

44 | Geotechniek | oktober 2004


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:20

Pagina 45

Gebeurtenis

Mogelijk gevolg

Aantreffen massieve obstakels (oud fundament, zwerfkei, vuursteenlaag, etc.), niet verwijderbaar door diepwandgrijper. Sleufinstabiliteit tijdens ontgraven of betonstorten diepwanden. Onvoldoende afpleisterende werking bentonietsuspensie in grindpakket.

Niet of problematisch op diepte komen van de diepwandgrijper, stagnatie bouwproces.

Groot waterbezwaar bouwput als gevolg van grotere doorlatendheid kalksteen, of sterk watervoerende breuken hierin.

Groot bemalingsdebiet bouwput, mogelijk overschrijding vergunning grondwateronttrekking, onvoldoende drooglegging bouwput, stagnatie bouwproces.

Schade omgeving, reductie dikte diepwand (kwaliteitsprobleem diepwand), stagnatie bouwproces.

Beheersmaatregel en/of mitigerende maatregel Ontwerpfase Uitvoeringsfase Obstakels lokaliseren op basis Adequaat overleg, ontgraven van historisch onderzoek en toplaag locatie, proefboringen, proefsleuven, opgeven adequate beschikbaarheid referentiewaarden afwijking materieel voor verwijderen locatie in bestek. obstakel. Uitgebreid vooronderzoek Adequaat overleg, vergroting grindpakket, opgeven 90%percentage bentoniet, vooraf betrouwbaarheidsinterval van toeslagmaterialen bepalen en mogelijke korrelverdelingen, het in voorraad hebben minimale veiligheidseisen hiervan op de bouwplaats, sleufstabiliteit, stellen aanpassen breedte ervaringseisen diepwandwerk diepwandpanelen, reparatie in bestek. betonwand, injecteren. Uitgebreid vooronderzoek Adequaat overleg, installeren naar doorlatendheid kalksteen, grotere pompcapaciteit per voorzien compartimentering compartiment, breuk in secties, opgeven lokaliseren en injecteren, referentiewaarden debiet aanbrengen extra in bestek. compartimentering, onderwaterbeton.

 Tabel 1: Risicoanalyse van enkele specifieke geotechnische aspecten [lit. 1]

Opdrachtgever Architect Adviseur constructies, geotechniek en uitvoeringsbegeleiding Hoofdaannemer Aannemer deelbestek diepwanden Hoeveelheid diepwanden Hoeveelheid boorpalen Hoeveelheid jetgrouten Kosten gehele tunnel Start uitvoering Oplevering tunnel

Gemeente Maastricht Jo Coenen & Co Architecten, Maastricht Royal Haskoning Van Hattum en Blankevoort / Van Kan-Jongen Maastricht vof Franki Geotechnics België 11.200 m2 dikte 0,6 en 0,8 m 60 stuks diameter Ø 1,07 m ca. 100 m3 € 21.000.000 Augustus 2001 Juni 2003

 Tabel 2: Projectgegevens van de tunnel onder de Maasboulevard

over de resultaten van dit laboratoriumonderzoek en de daarbij gevonden parameters. Voor het ontwerp van de diepwanden is de invloed van de verschillende parameters onderzocht. De laag-karakteristieke gemiddelde waarde van de ongesteunde druksterkte van de kalksteen (770 kN/m2), vastgesteld aan de hand van uni-axiale drukproeven uitgevoerd op 9 monsters, was ruimschoots voldoende om de benodigde verticale draagkracht te mobiliseren. Voorts bleek ook de sterkte van ‘remoulded’ kalksteen niet maatgevend voor het ontwerp. De gemiddelde effectieve wrijvingshoek van ‘remoulded’ materiaal (al gemobiliseerd bij een paar millimeter schuifvervorming), vastgesteld met behulp van een directe schuifproef (twee monsters) bedroeg 37,5° ten opzichte van een benodigde rekenwaarde van 30°. Aan de zuidzijde van de bouwput komt de kalksteen van Emael omhoog, echter deze kalksteen blijft vrijwel overal

beneden het funderingsniveau van de diepwand. Aan de hand van het uitgevoerde onderzoek en geologische kennis is het gehalte aan vuurstenen en de verschijningsvorm zo goed mogelijk vastgesteld.

Geotechnische risicoanalyse De eigenschappen van het grind- en kalksteenpakket waren van groot belang voor de haalbaarheid van het ontwerp. Om de geotechnische risico’s van het project zo goed mogelijk in kaart te brengen, is tijdens de ontwerpfase een risicoanalyse uitgevoerd, welke onderdeel is geworden van de aanbestedingsstukken. Uit de risicoanalyse konden verschillende oorzaken en mogelijke gevolgen worden afgeleid, met hieraan gekoppeld de te treffen beheersmaatregelen en/of mitigerende maatregelen (zowel voor de ontwerp- als de uitvoeringsfase). In tabel 1 staan enkele

oktober 2004 | Geotechniek | 45


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:21

Pagina 46

resultaten weergegeven van de risicoanalyse van geotechnische aspecten. In de uitgevoerde risicoanalyse was tevens aangegeven welke partij een bepaald risico droeg (opdrachtgever, aannemer of verdeling tussen beiden). Het achterliggende idee was het inzichtelijk maken van de verschillende risico’s voor de inschrijvende aannemers, zodat een heldere prijsvorming zou worden verkregen.

Referentieparameters en risicoverdeling In het bestek waren ten behoeve van de risicoverdeling tussen opdrachtgever en aannemer tevens referentiewaarden opgegeven van geotechnische- en uitvoeringsparameters. Hierdoor ontstond een werkbare situatie, waarbij de aannemer bij wezenlijk afwijkende condities gecompenseerd kon worden voor kosten en/of tijd ten laste van de opdrachtgever. De aannemer zou hierbij aan moeten tonen dat de nadelige parameters geleid hebben tot grotere kosten in vergelijking met het oorspronkelijke ontwerp of de voorziene werkmethode. In het bestek zijn bijvoorbeeld referentiewaarden gesteld aan de volgende parameters:

 Figuur 6: De obstakels (metselwerk kademuren) zijn verwijderd met een techniek gelijk aan verbuisde boorpalen (boorbuizen Ø 1.500 mm).

• Ligging obstakels conform tekening (maximale afwijking horizontale richting 0,25 m).

BOUWFASE 1-2

BOUWFASE 3-4

BOUWFASE 5-6

BOUWFASE 7-8

 Figuur 7: Bouwfasering (met schematische weergave in figuren) BOUWFASE 1-2 1. Ontgraving bovengrond en verwijdering obstakels in grindpakket. 2. Aanbrengen diepwanden als permanente tunnelwanden tot in de kalksteen. BOUWFASE 3-4 3. Aanbrengen verbuisde boorpalen ter ondersteuning parallelle tunnelbuizen. 4. Constructie wanden en vloeren tunnelbuizen niveau -1 steunend op diepwanden en boorpalen. BOUWFASE 5-6 5. Verlaging grondwaterstand en ontgraving grond binnen diepwanden. 6. Aanbrengen tunnelvloer niveau -2 en laten opkomen grondwaterstand. BOUWFASE 7-8 7. Aanbrengen (prefab) dak over gehele tunnel. 8. Grondaanvulling naast de tunnel.

46 | Geotechniek | oktober 2004


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:21

Pagina 47

• Maximale blokgrootte in Maasgrind (0,07 m3 = vierkant ca. 0,4 m). • Ligging bovenzijde kalksteen (minimale penetratie 1,5 m, extra m2 is verrekenbaar). • Maximaal gehalte en volume vuurstenen in kalksteen Nekum-Emael (maximaal 1-5%, maximaal volume 0,03-0,3 m3). • Waterbezwaar bouwput (maximaal 1.600.000 m3 per 9 maanden bemalen).

Obstakels Ontwerpfase Het centrum van Maastricht heeft een lange historie (welke teruggaat tot de Romeinse tijd) en deze historie is terug te vinden in de aanwezigheid van vele ‘bodemschatten’ van vroegere bewoners. In de loop der tijd zijn ter plaatse van de Maasboulevard vele in onbruik geraakte constructies aangebracht (fundamenten, oude riolen, kelders, damwanden), welke tijdens de uitvoering potentiële obstakels zouden vormen voor de tunnelconstructie. Als voorbeeld kan genoemd worden de bouw van een lateraal kanaal in 1847 door middel van verschillende (baksteenmetselwerk) kademuren. Het kanaal werd door de bouw van de stuw bij Borgharen overbodig en is in de jaren 60 gedempt. De aanwezigheid van de vele obstakels werd al bevestigd tijdens het uitvoeren van grondonderzoek en het graven van proefsleuven op de locatie. Om de ligging van obstakels vooraf zo goed mogelijk in kaart te brengen, is gebruik gemaakt van archieftekeningen en oude luchtfoto’s welke geprojecteerd zijn onder de ontwerptekeningen. Op basis hiervan konden de knelpunten met de tunnel geanalyseerd worden en is in de ontwerpfase het alignement van de tunnel enigszins verschoven om verwachte obstakels gedeeltelijk te kunnen mijden. Uitvoeringsfase Voorafgaande aan de tunnelbouw zijn de bovenlagen tot een peil van NAP +44 m afgegraven voor een milieukundige sanering. Dit had als bijkomend voordeel dat hierdoor de bovenzijde van de meeste obstakels zichtbaar werd, zodat de aannemer hier goed op kon anticiperen. De metselwerk kademuren zijn uiteindelijk verwijderd over een afstand van ca. 200 m. Hiertoe is gebruik gemaakt van de techniek van verbuisde boorpalen, mede vanwege de bestekseisen aan het beperken van geluids- en trillingshinder voor de omgeving. Met een boorstelling zijn boorbuizen Ø 1.500 mm met een boorkroon in de grond gebracht (zie figuur 6). Het opgeboorde materiaal verbrijzelt in de boorbuizen en wordt afgevoerd naar het maaiveld. Na het op diepte komen van de boring (ca. 8 à 9 m) is het boorgat gevuld met gestabiliseerd materiaal bestaande uit zand, cement, bentoniet en een superplastificeerder. Het mengsel heeft zodanige eigenschappen dat de

diepwanden hierdoor zonder problemen konden worden aangebracht.

Diepwanden en verbuisde boorpalen Ontwerpfase De diepwanden dienen enerzijds voor een horizontale grond- en waterkerende functie, anderzijds voor een verticale draagfunctie voor de tunnelbuizen. De diepwanden hebben een dikte van 600 en 800 mm (betonkwaliteit B25). De diepwanden worden later voorzien van een voorzetwand. Voor het verkrijgen van een voldoende waterremmende bodem in de bouwput is in de ontwerpfase een penetratie van 1,5 m in de kalksteen vastgesteld. Voor het vaststellen van deze penetratie heeft bij het ontwerp een afweging plaatsgevonden tussen verwachte bemalingsdebieten, risico’s en kosten. Het aanlegniveau van de diepwand verloopt sprongsgewijs met het verloop van de bovenzijde van de kalksteen (vastgesteld op basis van het grondonderzoek). Voor het constructieve ontwerp van de diepwanden wordt verwezen naar [lit.5]. Voor het beoordelen van voldoende sleufstabiliteit in het grindpakket (en daarmee de haalbaarheid van diepwanden op de projectlocatie) is in de ontwerpfase onderzoek gedaan naar de eigenschappen van het grindpakket. Dit betrof de aanwezigheid van fijne fractie tussen de grindkorrels en zijn gradatie, in relatie tot de afpleisterende werking en het in te zetten graafmaterieel. Tijdens het ontwerp is onderkend dat de moeilijke omstandigheden op locatie (grondslag, obstakels, werkhoogte) mogelijk nadere eisen zouden stellen aan de uitvoering. Hiertoe zijn de verschillende mogelijkheden onderzocht om de sleufstabiliteit in het grindpakket te vergroten. Tevens is laboratoriumonderzoek gedaan naar het uitzakken van de bentonietspoeling bij aanraking met de kalksteen. Bij geen van de monsters is hierbij uitvlokking waargenomen. Als bestekeis voor het diepwandwerk is een maximale afwijking van de verticaliteit van de wand gesteld van 0,5%. Voor de afwerking van de diepwand waren betonuitstulpingen toegestaan tot +100/-30 mm (ingegeven door de grondslag en het later moeten aanbrengen van een voorzetwand). Uitvoeringsfase In figuur 7 staat de bouwfasering van de tunnel schematisch weergegeven. Op basis van de aangeleverde gegevens bij het bestek is door de aannemer van de diepwanden de stabiliteit van de openstaande diepwandsleuven berekend volgens DIN 4126. Aan de hand van de uitgevoerde analyse kon de aannemer een link leggen tussen de grootte van de maatgevende korrelafmeting d10 en de geëiste veiligheid (minimaal 1,1 bij berekening sleufstabiliteit; gebied weergegeven in figuur 4) [lit. 4]. Voor het project luidde de

oktober 2004 | Geotechniek | 47


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:21

Pagina 48

 Figuur 8: Aanbrengen van de diepwanden in paneellengtes van ca. 7 m met een draadgrijper tot een diepte van ca. 12 m-mv.

conclusie, dat zolang de maatgevende korrelafmeting d10 < 2 mm, de uitvoering van de diepwanden mogelijk was zonder het treffen van bijzondere voorzieningen. In zones waar d10 > 2 mm zou voorkomen, zou volstaan kunnen worden met beperkte voorzorgsmaatregelen ter handhaving van de stabiliteit van de diepwandsleuven. Gezien de onderkende problemen is besloten tot het graven van een proefsleuf en het verhogen van het bentonietgehalte in de graafslurry tot 40 kg/m3. Het volumegewicht van de bentonietsuspensie varieerde van gemiddeld 1.150 kg/m3 (tijdens het graven) tot 1.050 kg/m3 (tijdens het betonstorten, zie figuur 10). Ten einde voldoende drukverschil te creëren, is het niveau van de bentonietslurry boven de grondwaterstand bijvoorbeeld aangehouden op minimaal 1,5 x sleufbreedte. Om problemen ten aanzien van de sleufstabiliteit tijdens de uitvoering te kunnen beheersen, werden de volgende maatregelen achter de hand gehouden: • Het in reserve houden van voldoende bentoniet in de bentonietcentrale om in geval van een plotselinge daling van de bentonietspiegel (bij het doorgraven van grove grindlagen), het niveau direct te kunnen aanvullen. • Het adequaat beschikbaar hebben van toeslagmaterialen voor de bentonietsuspensie, in dit geval zand 0/2 mm (vergroten fijne fractie en daarmee de afpleisterende werking). Het graven van de diepwanden is probleemloos verlopen. De aannemer heeft overal gebruik gemaakt van een draadgrijper, en kon de kalksteen hiermee zonder problemen voldoende penetreren (zie figuur 8 en 9). De graafsnelheid lag in de kalksteenlagen even hoog als door de grinddeklaag. De inbeddingsdiepte van minimaal 1,5 m in de kalksteen is tijdens de uitvoering gecontroleerd, maar hoefde nergens bijgesteld te worden. Het bentonietverbruik was

48 | Geotechniek | oktober 2004

 Figuur 9: Detail beitelgrijper (Leffer SWG) met een grijperopening van 2,8 x 0,6 m2

door het werken in de grindlagen wel hoger dan normaal. Tijdens de uitvoering van de diepwanden is het niet nodig gebleken ergens beheersmaatregelen en/of mitigerende maatregelen toe te passen. Dit kan wellicht verklaard worden door de in situ aanwezigheid van voldoende fijn materiaal in de grondmatrix, of de aanwezigheid van fijn materiaal in de aanvullingen van het gedempte laterale kanaal. Met uitzondering van een aantal incidentele locaties is de wand binnen de gestelde toleranties uitgevoerd. Onder de Wilhelminabrug is de werkhoogte beperkt tot ca. 4 m. De diepwanden onder de brug (6 panelen) zijn gemaakt met speciaal (elektrisch) diepwandmaterieel type ICOS (figuur 11). Deze machine werkt met een grijperopening van 0,8 x 2,2 m2. De grijper wordt geopend in een speciale bak, welke lateraal wordt weggereden en geleegd in een grondcontainer naast de brug. Ter ondersteuning van de aparte tunnelbuizen naar de parkeergarage waren in het ontwerp vrijstaande diepwandpanelen voorzien (baretten). Uit oogpunt van maakbaarheid, efficiëntie en kosten zijn deze in overleg tijdens de uitvoering vervangen door verbuisde boorpalen met een equivalent draagvermogen (Ø 1.070 mm).

Geohydrologische condities en bemaling Ontwerpfase Gezien de ligging naast de rivier wordt de grondwaterstand sterk beïnvloed door de Maaswaterstand. Het (gestuwde) rivierpeil is circa 1 m hoger dan de gemiddelde grondwaterstand op NAP +43 m. Dit betekent dat op de locatie het Maaswater infiltreert naar de omgeving. Op basis van langdurige peilbuismetingen met digitale dataloggers is vastgesteld dat bij hoogwatergolven op de Maas de grondwaterstand vertraagd volgt met een demping tot ca. 60%.


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:21

Pagina 49

 Figuur 10: Het storten van beton door een stortkoker onderin de sleuf, onder gelijktijdige terugwinning van de steunvloeistof.

Op basis van de metingen zijn herhalingsfrequenties vastgesteld van de grondwaterstanden en de Maaswaterstanden bij een hoogwatergolf. De kerende hoogte van de diepwand diende tijdens het grootste gedeelte van de uitvoering van de tunnel NAP +44,5 m te bedragen. Voor het afschatten van het waterbezwaar van de bouwput is de doorlatendheid van het kalksteenpakket van groot belang. De doorlatendheid van een kalksteenpakket is onderscheiden in een primaire doorlatendheid (homogeen pakket van constante dikte) en een secundaire doorlatendheid (effecten van watervoerende breuken, diaklazen en verweringsverschijnselen). Op basis van het uitgevoerde onderzoek is de kans op grootschalige breukvlakken of sterk waterdoorlatende vuursteenbanken klein geacht. De doorlatendheid van de kalksteen is gebaseerd op ervaringsgetallen uit de literatuur, monstermateriaal en doorlatendheidsproeven in het veld. De veldproeven zijn uitgevoerd in een boring tot ca. 8,5 m in de kalksteen, met een blinde stijgbuis door het grindpakket. Uiteindelijk is op basis van alle beschikbare gegevens voor de kalksteen een gemiddelde doorlatendheid aangehouden van 2,5 m/dag. Het verwachte waterbezwaar is zowel 3D als 2D berekend in een range van 4.500 tot 9.000 m3/dag (onder- en bovengrens toestroom). Dergelijke waarden zijn berekend bij bemaling van alle compartimenten tegelijk. In werkelijkheid zou de bemaling gefaseerd plaatsvinden per compartiment. De verlaging van de grondwaterstand in de directe omgeving van de bouwput is berekend op 0,5 m. Hierbij is door de ligging van de projectlocatie direct naast de Maas rekening gehouden met de voedende werking van de rivier op het grondwater. Uitvoeringsfase Voor de uitvoering is de bouwkuip verdeeld in vier compartimenten. Hierdoor kon gefaseerd en doelmatig bemalen worden. Tevens gaf de indeling in compartimenten de

 Figuur 11: Aanbrengen van de diepwanden met speciaal graafmaterieel (ICOS) voor 6 panelen bij een beperkte werkhoogte van ca. 4 m onder de Wilhelminabrug.

 Figuur 12: Overzicht van het werkterrein met tunnel in aanbouw. Op de achtergrond de te maken aansluiting op de bestaande onderdoorgang onder de St. Servaasbrug.

 Figuur 13: Ontgraving tussen de diepwanden en stempeling.

oktober 2004 | Geotechniek | 49


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:21

Pagina 50

mogelijkheid om in het geval van een lokaal waterbezwaar, nog beheersmaatregelen te nemen. Bij de uitvoering heeft de aannemer deep wells geplaatst met filters in de resterende grindlaag bovenop het kalksteenpakket. De deep wells zijn vergruizend op diepte geboord en geplaatst in PVC-mantelbuizen Ø 180 mm. Het type pomp werd gekozen bij een opvoerhoogte van ca. 8 m en een capaciteit van minstens 60 m3/uur. Tijdens de uitvoering zijn door de aannemer in een aantal compartimenten extra deep wells geplaatst om voldoende toestroom van water te bewerkstelligen en hierdoor voldoende drooglegging te verkrijgen. Het waterbezwaar van de bouwput lag tussen 4.000 en 6.000 m3/dag. De verlaging van de grondwaterstand in de directe omgeving van de bouwput is gemeten maximaal 0,85 m beneden de nulmeting.

Conclusies Bij ondergronds bouwen in grind- en kalksteenlagen worden zowel de ontwerpers als de aannemers voor bijzondere geotechnische uitdagingen gesteld, welke afwijken van het bouwen in het typerende Nederlandse slappe lagenpakket. Door het opstellen van een risicoanalyse zijn in een vroeg stadium de geotechnische risico’s van het project in beeld gebracht. Aan de hand van deze risicoanalyse is een draaiboek verkregen voor anders ‘mogelijk onvoorziene’ omstandigheden. Op grond van een terugkoppeling van de uitvoeringservaringen met de ontwerp- en besteksuitgangspunten kunnen de volgende conclusies worden getrokken: • Obstakels in de ondergrond hoeven niet noodzakelijkerwijs voor vertraging te zorgen in de uitvoering, mits tijdig onderkend en voldoende vooronderzoek wordt uitgevoerd. • Het verkrijgen van voldoende sleufstabiliteit van diepwanden in een grindpakket dient vooraf nauwkeurig beschouwd te worden. De ervaringen met sleufstabiliteit zijn bij dit project positief. Het verdient aanbeveling meerdere beheersmaatregelen en/of mitigerende maatregelen achter de hand te houden. Tijdens de uitvoering van de diepwanden is het uiteindelijk niet nodig gebleken deze maatregelen toe te passen. • Door het beperkt penetreren van de kalksteen (1,5 m) is het mogelijk gebleken voldoende waterremming te creëren aan de onderzijde van de bouwputbodem. De bemalingsdebieten lagen aan de ondergrens van de berekeningen. Het voorschrijven van een dergelijke beperkte penetratie is echter alleen verantwoord indien de massa-eigenschappen van de kalksteen, verwering,

50 | Geotechniek | oktober 2004

watervoerende breukpatronen, sterkte, stijfheid etc. in voldoende mate zijn onderzocht. Het openen van de tunnel op vrijdag 13 juni 2003 lijkt het tarten van het noodlot. Desondanks kan zowel vanuit het ontwerp als de uitvoering worden teruggekeken op een succesvol resultaat!

Dankwoord De auteur dankt de heer ir. J. van den Poel van Franki Geotechnics België voor het verstrekken van informatie betreffende de uitvoering.

Referenties [1] Gerritsen, R.H., Van der Schrier, J.S. (2001), Rapport geotechnische aspecten, Tunnel onder de Maasboulevard, Markt-Maasproject gemeente Maastricht, Deelbestek Diepwanden, Haskoning, Nijmegen. [2] Felder W.M. (2001), Rapport betreffende het onderzoek uitgevoerd ten behoeve van het MarktMaasproject te Maastricht, Vijlen. [3] Gruijters S.H.L.L. (2001), Briefrapport beschrijving grindformatie ten behoeve van het MarktMaasproject te Maastricht, TNO-NITG, Nuenen. [4] Van den Poel, J. (2002), Specifieke uitdagingen bij de diepwanden van het Markt-Maasproject te Maastricht, Studiedag Franki Geotechnics B., Saintes, België, 17 september 2002. [5] Verweij A.T.W.G., Hergarden R, Van Limbergen, R, Peters D.J. (2003), Tunnel geeft Maasoever nieuw gezicht, Cement nr. 7, Stichting ENCI Media, ‘s-Hertogenbosch. [6] Van der Schrier, J.S., Gerritsen, R.H. (2004), Cut and cover tunnel below the Meuse boulevard (Netherlands), Proceedings of the 1st European regional IAEG conference, Lecture notes on earth sciences, Professional practices and engineering geological methods in European Infrastructural projects, 4-7 May 2004, Springer-Verlag, Liège Belgium. [7] Van Limbergen, R. (2003), Challenging Cut and Cover Tunnel in Maastricht City Centre, Proceedings of ITA World Tunneling Congress, 12-17 April 2003, Amsterdam.


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:21

Pagina 51


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:21

Pagina 52

Gefundeerd ontwerp Of het nu gaat om geotechnische oplossingen voor uw uitdagingen op het gebied van ruimtelijke ontwikkeling, infrastructuur of waterbouw, in alle gevallen is ARCADIS voor u een waardevolle partner. Onze opdrachtgevers vragen ons om onze expertise en ervaring in te zetten bij grootschalige railprojecten, zoals de Utrechtboog, onderdeel van de spoorverdubbelingproject tussen Amsterdam en Utrecht. Of bij de ontwikkeling van het Oosterdokseiland, een centrum voor werken, wonen en cultuur in binnenstedelijk gebied, dat rust op een ondergrondse parkeergarage die ruimte biedt aan 1000 auto’s. En bij de aanleg en verbetering van tal van waterkeringen en dijken, kade- en damwandconstructies, sportparken, en vele andere projecten. Maar ook bij calamiteiten zoals in Wilnis, waar de dijkdoorbraak zorgde voor bewegingen in de bebouwing en de grond. Onze specialisten op het gebied van geotechniek, kunnen – waar nodig – terugvallen op een breed netwerk van deskundigen die met elkaar samenwerken in multidisciplinaire teams die wij, afhankelijk van uw vraag of project, in kunnen zetten. ARCADIS is een toonaangevende dienstverlenende kennisorganisatie, wereldwijd werkzaam op de terreinen infrastructuur, gebouwen, milieu en communications. Dankzij ons internationale netwerk en de investering in onze kennis en vaardigheden kunnen we onze opdrachtgevers maximale meerwaarde bieden in de vorm van haalbare oplossingen die bijdragen aan hun succes.

Part of a bigger picture Voor meer informatie kunt u contact opnemen met: Hans Niemeijer T 055 581 5720 E j.niemeijer@arcadis.nl Peter Schouten T 033 4771 815 E c.p.schouten@arcadis.nl of bezoek ons op www.arcadis.nl Infrastructuur, gebouwen, milieu, communications


n.

SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:22

Pagina 53

PREFAB-BETONFUNDERINGSSYSTEMEN: DRAAGKRACHT VERZEKERD! De belangrijkste voordelen van prefab-betonfunderingssystemen op een rij: groot draagvermogen

na installatie onmiddellijk belastbaar

snelle realisatie van funderingsconstructies

‘oneindige’ levensduur

gecontroleerde kwaliteit

100% getest

PREPAL, Postbus 194, 3440 AD WOERDEN, Telefoon: 0348 - 48 44 84, Fax: 0348 - 48 44 50 E-mail: welling@bfbn.nl, Internet: www.prepal.nl De betere betonfabrikant is aangesloten bij de Bond van Fabrikanten van Betonproducten in Nederland (BFBN).

DE INTERNATIONALE ONTMOETINGSPLAATS VOOR DE BOUWKOLOM EN DE BETONPRODUCTENINDUSTRIE. 18th BIBM International Congress and Exhibition Amsterdam The Netherlands

11-14 MEI 2005

e

ns

Meldt u NU aan als congresdeelnemer, exposant of spreker op www.BIBM2005.com


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:22

Pagina 54

Samenvatting: Geotechnische ontwerpaspecten tunnel Swalmen

Voor de tunnel in Rijksweg 73-zuid in Swalmen is door de Bouwdienst van Rijkswaterstaat en SAT Engineering v.o.f. een ontwerp uitgewerkt waarbij het gesloten gedeelte en de toeritten worden aangelegd in de vorm van een damwandpolder. De damwandpolderconstructie bestaat uit een primaire grondkerende damwand, een sandwichconstructie met waterafsluitende folie, een secundaire waterkerende damwand en een voorzetwand. De interacties in deze constructie en de randvoorwaarden in dit project maken het gebruik van geavanceerde eindigeelementenmodellen noodzakelijk. De berekenings-systematiek voor kerende constructies volgens CUR-publicatie 166 sluit hier nog niet goed op aan. Op basis van de CUR 166 systematiek zijn zowel met een verenmodel (M-Sheet) als met een eindige-elementenmodel (PLAXIS) berekeningen uitgevoerd om voor dit project specifieke partiële factoren af te leiden.

GEOTECHNISCHE ONTWERPASPECTEN TUNNEL SWALMEN AANLEG BINNEN EEN DAMWANDPOLDER

■ Ir. G. Meinhardt, ARCADIS Infra B.V. ■ Ir. J.H. de Vries, ARCADIS Infra B.V. ■ Ir. A.J.C. van Aart, Bouwdienst Rijkswaterstaat

Inleiding In de gemeente Swalmen nabij Roermond is in het kader van de aanleg van de Rijksweg 73-zuid tussen Venlo en Maasbracht een tunnel gepland. Ten behoeve van het onderzoeken van de haalbaarheid van een tunnel in Swalmen en het verkrijgen van een indicatie voor de raming van kosten is Deksloof 2 300 X 800 Deksloof 1 500 X 800 24.85 BK deksloof q = 20kN/m2

q = 20kN/m2

q = 20kN/m2

22.70 1:

3

22.50 BK deksloof & bevestiging VZW 22.00 OK deksloof 21.50 ankerkop & koppeling SDW & klemconstructie folie

22.20 21.80

hoog 20.85

m

Voorzetwand (VZW)

13 .4

GWS gemm 19.10

Sandwich inclusief folie

laag 18.25 45˚

1:40 afschot

16.40 OK Fundament 16.20 ON sproeien

m

m

H. O .H

1. 26

10

16.90 TB BK wegverharding

Primaire wand (PDW)

Secundaire wand (SDW) PP hoog 14.60 gemm 14.40 laag 14.15

Groutanker 12.00 inheiniveau SDW

Primaire wand (PDW)

Folie

Afdichtingspaneel (wapeningsnet, geotextiel, molton)

Geotextiel

9.80 FD folie 9.30 ontgravingsdiepte

1.00 inheiniveau PDW

 Figuur 1: Schets damwandpolderconstructie met detail sandwichconstructie

54 | Geotechniek | oktober 2004


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:22

Pagina 55

 Figuur 2: Overzicht nieuwe situatie

door de Bouwdienst Rijkswaterstaat een referentie-ontwerp opgezet in de vorm van een damwandpolderconstructie (zie figuur 1). Het project zal uitgevoerd worden als een Design & Construct-contract waarvan de aanbesteding heeft plaatsgevonden in april 2004.

Beschrijving damwandpolderconstructie De damwandpolder heeft, in gebieden waar de grondwaterstand niet mag worden verlaagd, ten opzichte van de bouwmethode met onderwaterbeton en trekpalen of een conventionele folieconstructie met taluds een aantal voordelen. De belangrijkste zijn het geringere materiaalverbruik respectievelijk het geringere ruimtebeslag zowel tijdens de uitvoering als in de gebruiksfase. Dit resulteert in lagere bouwkosten en kortere proceduretijden zoals bijvoorbeeld voor de vergunningsaanvragen in verband met grondwateronttrekkingen [1 en 2]. De damwandpolderconstructie bestaat uit (zie figuur 1): • een grondkerende primaire damwand (PDW) respectievelijk diepwand; • een waterafsluitende sandwichconstructie bestaande uit een afdichtingspaneel (wapeningsnet, geotextiel en molton), folie en geotextiel; • een waterkerende secundaire damwand (SDW); • een voorzetwand. De Bouwdienst Rijkswaterstaat heeft de principes van deze innovatieve constructie in een eerder stadium uitgebreid onderzocht [3]. De tunnel met toeritten wordt bij een damwandpolder gebouwd binnen een bemalingsvrije bouwkuip van permanente damwanden. De grondkering van de bouwkuip bestaat uit verankerde stalen damwanden en over een kort stuk uit diepwanden, omdat langs het bestaande monumentale stationsgebouw strengere vervormings- en uitvoeringseisen gehanteerd zijn. In dit artikel wordt alleen over het damwandgedeelte gesproken. De verankerde stalen damwand is de primaire grondkerende wand (PDW) waarbinnen nat ontgraven wordt en waarin

een folieconstructie wordt afgezonken. De waterafsluiting wordt door de folie verzorgd. De overige componenten van de sandwichconstructie beschermen het folie in het verticale deel tegen scherpe delen (molton), tegen overbelasting (geotextielen) en voorkomen dat de folie in de damwandkassen wordt gedrukt (wapeningsnet). Omdat achter de folie de volledige waterdruk staat, wordt het verticale deel van de folie op zijn plaats gehouden door een tweede kortere en lichtere wand, de secundaire damwand (SDW) die na aanvullen op de folie wordt aangebracht. Deze is aan de bovenzijde verankerd door middel van een koppeling met de primaire damwand (PDW). De damwanden maken in de eindsituatie deel uit van de permanente constructie. Binnen de folie wordt, na nat aanvullen van de bouwkuip en verlagen van het polderpeil, de betonconstructie gebouwd. De damwanden van de primaire damwand vormen de buitenwanden en hebben naast de grondkerende functie een dragende functie als oplegging voor het tunneldek. Voorafgaand aan het plaatsen van het dek wordt binnen een tijdelijke damwandkuip de waterkelder aangelegd op het diepste punt in het tracé. Aan de voorzijde van de secundaire damwanden worden betonnen voorzetwanden geplaatst.

Situatie De totale lengte van de tunnel inclusief toeritten bedraagt circa 1.050 m (zie figuur 2). Het circa 450 m lange gesloten gedeelte van de tunnel bestaat uit twee verkeersbuizen, welke elk geschikt zijn voor twee rijstroken met een ontwerpsnelheid van 120 km/h en een vluchtstrook. De afstand tussen de primaire damwanden bedraagt ongeveer 30 m. De bovenkant van het wegdek op het diepste punt van de tunnel ligt op NAP +16 m en de bovenkant van het dek op NAP +22 m. Het gesloten gedeelte loopt van Middelhoven tot en met de Beeselseweg langs het monumentale huidige stationsgebouw. Op het dek van de tunnel komen stedebouwkundige voorzieningen (een tweetal kruisende wegen en een busstation) en het

oktober 2004 | Geotechniek | 55


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:22

Pagina 56

Onder deze toplaag bevindt zich een grindlaag welke in dikte varieert van 7 tot 13 m. Hieronder zijn tot de verkende diepte van circa 30 m beneden maaiveld zandige lagen aangetroffen.

Waterstanden

 Figuur 3: Sondering en boring

dienstengebouw. Het monumentale stationsgebouw van Swalmen dient te worden gehandhaafd en bevindt zich op ongeveer 10 m afstand aan de oostzijde van de tunnel. Voor de bouw van de tunnel worden de spoorlijn van Venlo naar Roermond, de spoorbrug over de Swalm, de perrons en de kabels en leidingen omgelegd naar de westzijde van de te bouwen tunnel van de rijksweg. Het ontwerp en de uitvoeringsbegeleiding van de spoorbaanomlegging worden eveneens door ARCADIS verzorgd.

Bodemopbouw Het veldonderzoek heeft bestaan uit sonderingen en boringen. Verder is laboratoriumonderzoek uitgevoerd. Op basis van het veldonderzoek varieert het maaiveld langs het tunneltracé van ongeveer NAP +21 m tot NAP +23 m. De globale bodemopbouw laat vanaf maaiveld eerst een 8 à 12 m dikke toplaag van wisselende samenstelling zien (zie figuur 3). Hoofdbestanddeel is fijn tot matig grof zand, maar naast lokale leemlagen worden ook nog diverse bijmengingen (leem, grind en silt) aangetroffen.

56 | Geotechniek | oktober 2004

Doordat de tunnel binnen het invloedsgebied van de Maas (hoogwatergolf) en de rivier de Swalm ligt, de doorlatendheid van de grindlaag hoog is en de tunnel door de diepteligging en oriëntatie ten opzichte van de isohypsen een obstructie vormt voor de grondwaterstroming, heeft dit project een grote impact op de geohydrologische situatie. Door derden is in opdracht van Rijkswaterstaat een studie verricht naar de ontwerpwaterstanden en stijghoogten in respectievelijk de deklaag en de grindlaag voor verschillende scenario’s. Door het verticale alignement en de invloed van de Swalm verschillen de waterstanden in de deklaag langs de as van de tunnel. Daarnaast leidt de obstructie van de grondwaterstroming in de grindlaag tot verschillen in de stijghoogte voor en achter de primaire damwand in de ordegrootte van meters. Met deze effecten dient rekening te worden gehouden zoals onder andere is behandeld in [4]. Het polderpeil in de kuip wordt kunstmatig in stand gehouden en wordt bepaald door de droogleggingseis van het wegdek. Dit alles heeft er toe geleid dat in de berekeningen een aantal verschillende waterstanden (grondwaterstand buiten de kuip, stijghoogte in de grindlaag binnen en buiten de kuip, waterstand in de damwandkassen en polderpeil) in verschillende belastingscombinaties onderzocht dienen te worden.

Geotechnisch ontwerp damwandpolderconstructie Stabiliteits- en vervormingsberekeningen voor damwanden worden in Nederland in het algemeen volgens de veiligheidsfilosofie conform de ontwerprichtlijn CUR 166 met verenmodellen, zoals bijvoorbeeld het computerprogramma M-Sheet, uitgevoerd. Het concept van de damwandpolderconstructie - primaire damwand, sandwichconstructie, secundaire damwand (zie figuur 1) - en de specifieke randvoorwaarden - grond- en waterdrukken – maakt de invloed van de interactie tussen de genoemde deelsystemen en randvoorwaarden een belangrijk aspect bij de schematisering van de constructie.


SPECIAL 4-2004 def

Berekening (Parameterset) 1 2 3 4 5

06-09-2004

15:22

Pagina 57

Partiële veiligheidsfactor voor grondparameters φ’) φ’-c’ reductie E of k tan(φ c’ 1,0 1,0 1,0 Geen 1,3 1,0 1,0 Geen 1,3 1,0 1,0 Tot 1,2 1,3 1,2 1,1 Geen

Belasting Repr. Rekenw. Rekenw. Rekenw.

Waterstand Repr. Rekenw. Rekenw. Rekenw.

Geometrie Repr. Rekenw. Rekenw. Rekenw.

Programma PLAXIS PLAXIS PLAXIS PLAXIS M-Sheet

Legenda: Repr. = representatieve waarde; Rekenw. = rekenwaarde  Tabel 1: Vergelijkingsberekeningen: sets van partiële factoren voor grondparameters, belasting, waterstanden en geometrie

De interactie van de deelsystemen maakt dat ontkoppelen uiterst moeilijk is. De constructie kan daarmee slecht in eenvoudige verenmodellen geschematiseerd worden. Door het gebruik van een eindige-elementen model voor geotechnische constructies (PLAXIS) kan deze interactie van de deelsystemen en randvoorwaarden beter worden gemodelleerd. Eindige-elementen modellen worden tot nu toe in het algemeen meer voor de toetsing van bruikbaarheidsgrenstoestanden dan voor de toetsing van uiterste grenstoestanden gebruikt. Indien voor ontwerpberekeningen toch gebruik wordt gemaakt van een eindige-elementen model kan de ontwerpfilosofie volgens de ontwerprichtlijn CUR 166 echter niet meer direct toegepast worden. Dit omdat deze destijds voor analytische berekeningsmethoden en enkelvoudig verankerde damwanden is opgesteld. Door enige aanpassingen in de te volgen ontwerp- en berekeningsstappen uit CUR 166 aan te brengen, is het echter mogelijk de ontwerpfilosofie te implementeren in eindige-elementen modellen. Het gaat hierbij met name om het hanteren van partiële materiaal-, belasting- en modelfactoren dan wel globale veiligheidsfactoren. Wel dient inzicht te worden verkregen in de gevolgen van het toepassen van deze aangepaste ontwerpfilosofie. Voor een uitgebreidere beschrijving van deze problematiek bij het gebruik van eindige-elementen modellen voor ontwerpberekeningen en een koppeling met de ENV 1997-1, Eurocode 7 wordt verwezen naar [5].

Vergelijkingsberekeningen Gezien de beschreven interactie van constructie-elementen onderling, optredende grond- en waterdrukken bleek een aanpak met eindige-elementen modellen in dit project noodzakelijk. Aanvullend was vereist om de ontwerpberekeningen conform de ontwerprichtlijn CUR 166 uit te voeren. Omdat er relatief weinig ervaring is met het toepassen van eindige-elementen modellen voor het ontwerp van geotechnische constructies zijn door SAT Engineering, in overleg met de Bouwdienst Rijkswaterstaat, vergelijkingsberekeningen met zowel M-Sheet als PLAXIS uitgevoerd. De vergelijkingsberekeningen hadden tot doel inzicht te krijgen in de gevolgen van het toepassen van het eindigeelementen model voor de schematisering van de damwandpolderconstructie in plaats van de gebruikelijke schema-

tisering van een damwandconstructie met het verenmodel. Een ander argument was dat de totale hoeveelheid rekenwerk voor de dwarsdoorsneden bij een vergelijking met een goed resultaat kon worden beperkt. Voor een dwarsdoorsnede met een relatief grote kerende hoogte zijn meerdere berekeningen met verschillende combinaties van partiële veiligheidsfactoren op de grondparameters en de waterstanden berekend (zie tabel 1). De overige belastingen en de geometrie waren in alle berekeningen constant, met uitzondering van één volledig representatieve berekening welke als referentie diende. De nadruk bij de vergelijkingsberekening tussen M-Sheet en PLAXIS heeft op de interne en de ankerkrachten en minder op de vervormingen gelegen. Daarom is in de vergelijkberekening in PLAXIS het materiaalmodel Mohr-Coulomb gebruikt.

Schematisering M-Sheet-vergelijkingsberekeningen Bij de vergelijkingsberekeningen met M-Sheet is het damwandpoldersysteem ontkoppeld geschematiseerd en is de ontwerpfilosofie volgens CUR 166 toegepast. De primaire en secundaire damwand zijn daarmee in twee aparte modellen onderzocht (zie figuur 4 en 5). De interactiekrachten zijn bij de berekening met M-Sheet als uitwendige belastingen in de twee modellen ingevoerd. Voor de sterkte- en stijfheidsparameters van de grond en voor de geometrie (maaivelden, ontgraving) en de waterstanden zijn rekenwaarden gebruikt. Voor de secundaire damwand is aan de passieve zijde als waterstand het polderpeil gebruikt, aan de actieve zijde is de waterstand achter de folie ingevoerd (zie figuur 4). Daarnaast is aan de actieve zijde het volumieke gewicht van het aanvulzand op nul gesteld, omdat door silowerking in de ongeveer 1 m brede ruimte tussen primaire en secundaire damwand niet de natuurlijke actieve gronddruk optreedt. In plaats daarvan is als uitwendige belasting de waarde van de korreldruk zonder folie direct achter de secundaire damwand analytisch berekend met een siloformule en geverifieerd op basis van de resultaten uit de PLAXIS-vergelijkingsberekening. Zowel de waterdruk op de folie als de korreldruk in de ruimte tussen primaire en secundaire damwand worden hiermee verdisconteerd.

oktober 2004 | Geotechniek | 57


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:22

Pagina 58

Kracht op de koppelconstructie

Waterstand achter de folie

Secundaire wand (AZ 18)

Polderpeil voor secundaire wand

Volumegewicht van de grond achter de voorzetdamwand is gelijk aan nul (geen actieve gronddruk) Waterdruk achter de folie Grijsvlak: Korreldruk op secundaire wand als uitwendige belasting opgegeven (siloformule)

Waterdruk voor de wand

secundaire damwand door de vervorming leidt tot een reductie van de passieve gronddruk voor de primaire damwand. Daarom is als veilige benadering de berekende passieve gronddruk van de secundaire damwand als uitwendige belasting op de primaire wand aan de actieve zijde ingevoerd. Hierbij wordt aangenomen dat de reactie van de primaire wand de reactie van de secundaire wand overdrukt en het passieve gronddrukvlak van de secundaire wand volledig in het passieve gronddrukvlak van de primaire wand ligt. Verder is de koppelkracht van de secundaire damwand als belasting opgegeven.

Schematisering PLAXISvergelijkingsberekening

 Figuur 4: M-Sheet-schematisering van de secundaire damwand

Het gekoppelde systeem inclusief interacties (primaire en secundaire damwand en folie) is met PLAXIS geschematiseerd waarbij de CUR 166 filosofie zoveel mogelijk wordt overgenomen. Voor de sterkte- en stijfheidsparameters van de grond en voor de geometrie (maaivelden, ontgraving) en de waterstanden zijn om verVoor de primaire damwand is aan de actieve zijde als gelijking met de M-Sheet-berekening mogelijk te maken in waterstand de grondwaterstand in de toplaag gebruikt. eerste instantie rekenwaarden gebruikt. Daarnaast is nog Aan de passieve zijde is het polderpeil als waterstand een aantal andere combinaties van partiĂŤle factoren geingevoerd en onder het folieniveau is een wateroverspanbruikt waaronder een volledig representatieve berekening. ning in rekening gebracht (zie figuur 5). Om de interactie Ook is phiâ&#x20AC;&#x2122;-câ&#x20AC;&#x2122;-reductie toegepast op een berekening met met de secundaire waterkerende damwand mee te nemen, representatieve sterkteparameters en rekenwaarden voor de is aanvullend op de primaire damwand als uitwendige stijfheidsparameters om de totale stabiliteit te beoordelen. belasting aan de passieve zijde de resulterende waarde van Voor de juiste schematisering van de waterspanningen is de waterdruk ten gevolge van de stijghoogte in de ruimte gebruik gemaakt van een aantal clusters met elk een eigen tussen folie en primaire damwand en het polderpeil in waterstand respectievelijk stijghoogte (zie figuur 6). rekening gebracht. De reactie aan de passieve zijde van de Verder is een interface gedefinieerd met zeer lage sterkteparameters van grond op de overgang van grond en folie en is in de Kracht uit de koppelconstructie Waterstand achter met secundaire wand ongeveer 1 m brede ruimte tussen primaire en primaire wand secundaire damwand een grondsoort Waterstand voor de primaire wand en buiten de folie (variabel) gedefinieerd met enige cohesie uit numerieke als uitwendige belasting stabiliteitsoverwegingen. Hierdoor wordt het opgegeven (grijs vlak) mogelijk dat ruimte ontstaat tussen de folie Anker enerzijds en de grond tussen de folie en de Polderpeil primaire damwand anderzijds. De veerstijfheid van de koppelconstructie is in eerste instantie ingeschat en geverifieerd aan de hand van de uitkomsten van de PLAXIS-vergelijkingsberekening.

Resultaten vergelijkingsberekeningen Folie Wateroverspanning onder de folie Waterdruk voor primaire wand

Belastingsvlak passieve reactie van de secundaire wand als uitwendige belasting opgegeven primaire wand

 Figuur 5: M-Sheet-schematisering van de primaire damwand

58 | Geotechniek | oktober 2004

Waterdruk achter primaire wand

De belangrijkste resultaten van de berekende momenten en krachten van de verschillende in tabel 1 gedefinieerde berekeningen van de vergelijkingsberekening voor de primaire damwand (PDW) en de secundaire damwand (SDW) zijn voor een bouw- en gebruiksfase in tabel 2 weergegeven. Voor de meest ongunstige resultaten van de


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:22

Pagina 59

primaire damwand qua moment en ankerkracht uit PLAXIS (berekening 4) is de vergelijking met de berekende momenten en ankerkrachten uit M-Sheet (berekening 5) in tabel 3 weergegeven. Verder is een verhoudingsfactor tussen de berekende momenten respectievelijk krachten in M-Sheet en PLAXIS opgenomen.

Waterstand cluster deklaag

Stijghoogte cluster grindlaag

Waterstand cluster in de kassen en binnen kuip

Folie Secundaire wand Primaire wand

Waterstand cluster polder (afgesloten door folie)

Interpretatie vergelijkingsberekening Interpretatie van alle resultaten van de vergelijkingsberekeningen met verschillende sets partiële factoren en belastingen (inclusief waterdrukken) leidde tot de volgende bevindingen: • In het algemeen komen de berekende interne krachten voor de damwanden berekend met M-Sheet en PLAXIS redelijk goed overeen, bij gebruik van de beschreven schematiseringen. De verschillen bedragen maximaal ongeveer 20% voor de primaire damwand en 30% voor de secundaire damwand. Voor de primaire damwand geldt dat de in PLAXIS berekende momenten lager zijn dan de in M-Sheet berekende. Bij de secundaire damwand is dit omgekeerd. Het verschil in de berekende resultaten heeft met de gekozen modellering van de interacties in M-Sheet te maken. • De maatgevende momenten en ankerkrachten berekend met PLAXIS en M-Sheet treden voor vergelijkbare sets partiële factoren niet altijd op

Cluster deklaag

Cluster polder

Cluster kassen en binnen kuip*)

Cluster grindlaag

*) Aangenomen wordt dat de doorlatenheid van het aanvulmateriaal in de kassen goed is en daarmee de waterstand in de kassen gelijk is aan de stijghoogte onder de folie tot aan de teen van de primaire wand. legenda: Interface folie-grond Interface damwand-grond

 Figuur 6: PLAXIS-schematisering

Fase

Berekening

Bouw Ontgraven in den natte

Gebruik Waterstand hoog

1 (PLAXIS) 2.(PLAXIS) 3 (PLAXIS) 4 (PLAXIS) 5 (M-Sheet) 1 (PLAXIS) 2 (PLAXIS) 3 (PLAXIS) 4 (PLAXIS) 5 (M-Sheet)

Secundaire wand (SDW) Mmax Fkoppel kNm/m kN/m 128 133 140 108 120 114 113 95

umax mm 17 -

Primaire wand (PDW) Mmax Fanker kNm/m kN/m 555 294 804 357 852 382 946 333 509 322 520 317 805 406 961 475

umax mm 102 102 + 6 -

 Tabel 2: Vergelijkingsberekening: resultaten berekende krachten en momenten

Fase

Bouw Gebruik

Berekening 4 (PLAXIS) SDW PDW Mmax Fkoppel Mmax kNm/m KN/m kNm/m 852 120 114 805

Fanker KN/m 382 406

Berekening 5 (M-Sheet) SDW PDW Mmax Fkoppel Mmax kNm/m KN/m kNm/m 946 113 95 961

Fanker KN/m 333 475

M-Sheet/PLAXIS SDW PDW M M 1 1 1,1 0,9 1,2

Fa 1 0,9 1,2

 Tabel 3: Vergelijkingsberekening: samenvatting resultaten berekende krachten en momenten

oktober 2004 | Geotechniek | 59


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:22

Pagina 60

Aspect

Partiële veiligheidsfactor φ’) E tan (φ c’ Vervormingen 1,0 1,0 1,0 Totale stabiliteit Via PLAXIS φ’-c’ 1,0 reductie (vereist minimaal 1,5) Interne krachten 1,0 1,0 1,0

Globale factoren γGSF;totale stabiliteit γGSF;moment -

Belasting Waterstand Geometrie γGSF;anker Repr. Repr. Repr.

1,5

-

-

Rekenw.

Rekenw.

Rekenw.

-

1,5

2,0

Rekenw.

Rekenw.

Rekenw.

Legenda: Repr. = representatieve waarde; Rekenw. = rekenwaarde  Tabel 4: Gehanteerde partiële en globale factoren

in dezelfde berekeningsfasen. Dit heeft eveneens met de gekozen modellering in M-Sheet te maken. • Het systeem is met name voor de optredende momenten in de primaire damwand gevoelig voor het verschil in waterstand over de primaire damwand dat naast het te realiseren polderpeil in relatie tot de waterstanden en stijghoogten ook bepaald wordt door de obstructie van de grondwaterstroming. • Bij gebruik van rekenwaarden voor de sterkteparameters phi’ en c’ van de grond ligt het optredende moment 30% tot 50% hoger dan bij gebruik van representatieve waarden. • De vervormingen van de primaire damwand liggen in de ordegrootte van 11 cm en van de secundaire wand in een ordegrootte van 2 cm. • Het relatief grote verschil tussen de berekende momenten van de primaire damwand en de secundaire damwand komt mede door het feit dat de voet van de secundaire damwand de gemiddelde vervorming van de primaire damwand volgt en daardoor relatief weinig kromming krijgt in vergelijking met de primaire damwand. Dit toont ook aan dat het gedrag van de primaire damwand maatgevend wordt voor het systeem damwandpolder.

Conclusies vergelijkingsberekening • De in PLAXIS gebruikte schematisering (berekening 4) geeft ten opzichte van de schematisering in M-Sheet (berekening 5) vergelijkbare berekeningsresultaten qua momenten en krachten. • Het eindige-elementen model is beter en betrouwbaarder in staat het gedrag van het systeem damwandpolder weer te geven. Dit wordt ook onderbouwd door het met PLAXIS berekende vervormingsgedrag. • In M-Sheet is slechts met veel moeite en aannamen de interactie tussen de twee damwanden mee te nemen. Het is mogelijk om de veiligheidsfilosofie (ontwerpmethode) uit CUR-publicatie 166 voor de meest relevante onderwerpen te implementeren voor het gebruik in PLAXIS. Hierbij wordt echter voor het berekenen van de interne krachten in de damwanden in de uiterste grenstoestand geen gebruik gemaakt van de standaard in PLAXIS beschikbare phi’-c’-reductie. Dit omdat de spanningsgeschiedenis van de grond tijdens de phi’-c’-reductie niet

60 | Geotechniek | oktober 2004

wordt meegenomen in de volgende rekenstap. De sterkteen stijfheidsparameters van de grond dienen ofwel direct bij invoer als rekenwaarde ingevoerd te worden, ofwel als representatieve waarde waarbij de resultaten met een globale veiligheidsfactor vermenigvuldigd dienen te worden. Door het toepassen van de richtlijnen uit CUR-publicatie 166 met betrekking tot de rekenwaarde van de geometrie (maaivelden en ontgraving) en de waterstanden kan in combinatie met het hanteren van een bandbreedte voor de elasticiteitsmodulus de veiligheidsfilosofie uit CUR-publicatie 166 worden geïmplementeerd. Door de beschikbaarheid van de gedocumenteerde resultaten van de vergelijkingsberekening is onder afweging van vakinhoudelijke en financiële aspecten een semi-deterministische aanpak voor dit project in overleg met de opdrachtgever bepaald. De randvoorwaarden ten aanzien van de waterstand in de deklaag, de stijghoogte in de grindlaag, de obstructie van de grondwaterstroming door de constructie alsook de juiste modellering van de interacties in het systeem damwandpolder maken het gebruik van geavanceerde eindigeelementen modellen noodzakelijk. Gebruik van representatieve waarden voor sterkte- en stijfheidsparameters en rekenwaarden voor de belastingen in combinatie met globale factoren voor de berekening van de maatgevende ankerkrachten en optredende interne krachten (moment, dwarskracht, normaalkracht) in de uiterste grenstoestand maakt dat met één model gewerkt kan worden. De rekenwaarden voor de geometrie (maaivelden, ontgraving) en waterstanden volgens CUR-publicatie 166 worden hierbij als aparte fasen in de berekening ingevoerd. De totale stabiliteit in maatgevende berekeningsfasen is gecontroleerd aan de hand van de in PLAXIS beschikbare phi’-c’-reductie. De gehanteerde partiële en globale factoren zijn weergegeven in tabel 4.

Ontwerpberekeningen Tijdens de ontwerpfase zijn binnen PLAXIS verschillende modellen ontwikkeld om de bovengenoemde mechanismen af te beelden. Daarmee is de interactie tussen de verschillende constructie-elementen en de geohydrologische randvoorwaarden binnen en buiten de damwandpolder zo realistisch mogelijk geschematiseerd. Uiteindelijk is het


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:22

Pagina 61

definitieve referentie-ontwerp in PLAXIS met behulp van het Hardening Soil model berekend om naast het grensdraagvermogen (UGT) ook het vervormingsgedrag (BGT) zo realistisch mogelijk te modelleren. Het tracé van de tunnel is opgesplitst in 9 vakken, waarvoor in ieder vak de maatgevende dwarsdoorsnede is gemodelleerd, rekening houdend met specifieke randvoorwaarden zoals bodemopbouw, geohydrologische situatie en  Figuur 7: Ontwerpberekening met het PLAXIS-model: snede waterkelder belastingen. Per vak zijn de resultaten zowel voor de oostelijke als de westelijke wand krachtenspel tussen de verschillende onderdelen van de gebruikt en is de inheidiepte geoptimaliseerd op basis van de damwandpolder alsmede de juiste modellering van de benodigde kerende hoogte. Een PLAXIS-model ter plaatse geohydrologische randvoorwaarden in eenvoudige van de waterkelder is ter illustratie in figuur 7 weergegeven. verenmodellen moeilijk te implementeren zijn. Een betere aansluiting van een toekomstige versie van De toetsing van de gekozen aanpak tijdens het ontwerpde ontwerprichtlijn CUR 166 aan de ontwerpmogelijkproces heeft voor wat betreft interne krachten bovendien heden met geotechnische eindige-elementen modellen is plaatsgevonden aan de hand van schematisering volgens wenselijk, mede ook gezien het feit dat de computerCUR-publicatie 166 in M-Sheet van de uitvoeringsfasen programma´s steeds gebruiksvriendelijker worden en zonder interactie (fase ontgraven in den natte) en vergedaardoor meer als instrument voor ontwerpbelijking met de PLAXIS-berekening met toepassing van rekeningen zullen worden gebruikt. globale factoren. Volgens de ENV 1997-1, Eurocode 7 is bij niet-lineair gedrag, toetsing van de interne krachten bij Literatuur gebruik van representatieve waarden voor de grondpara[1] W. Hemelop and H. de Vries (2003), meters zowel voor de rekenwaarden verkregen door “Damwandpolder” new building method for lowered vermenigvuldiging met de globale factor als uit de phi’-c’infrastructure. reductie noodzakelijk. In het kader van dit project is in Proc. ITA 2003: World Tunnelling Congress 2003, overleg met de Bouwdienst Rijkswaterstaat uitsluitend van Amsterdam, 12-17 April 2003. de eerste toetsing gebruik gemaakt. [2] J. de Vries en W. Jansen (2001), Damwandpolder, een innovatieve manier voor een Een aanvullende controle van de interne krachten bij een verdiepte aanleg. Cement, 59e jaargang, nr. 1. phi’-c’-reductie met een partiële factor van 1,2 heeft echter ’s Hertogenbosch: ENCI Media. laten zien dat deze interne krachten in dezelfde grootte [3] D.W. Hemelop (2002), orde of lager liggen als bij de berekeningen met de globale Praktijkproef damwandpolder. factoren, zolang de spanningsgeschiedenis een ondergeGeotechniek, 6e jaargang, nr. 4. Rotterdam: Educom. schikte rol speelt: dit is het geval tot en met de fase [4] G.J.M. Janssen (2001), ontgraven in den natte. Barrièrewerking van ondergrondse bouwdelen. Geotechniek, special Geotechniekdag 2001, Rotterdam: Educom. Conclusie en aanbeveling [5] C. Bauduin, M. de Vos and B. Simpson (2000), De tunnel van de Rijksweg 73-zuid in de gemeente Some considerations on the use of finite element Swalmen kan middels een damwandpolderconstructie methods in ultimate limit state design. gerealiseerd worden. De damwandpolderconstructie en Proc. LSD 2000: International workshop on limit state de geohydrologische randvoorwaarden maken het design in geotechnical engineering, Melbourne, gebruik van eindige-elementen modellen voor het 18 November 2000. ontwerp noodzakelijk. Dit omdat de interacties in het

oktober 2004 | Geotechniek | 61


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:22

Pagina 62

Enkagrid®

Steil talud, Noorder Dierenpark Emmen, gewapend met Enkagrid PRO

Enkagrid PRO, Enkagrid MAX en Enkagrid TRC

Big Spotters’ Hill op de Floriade, gewapend met Enkagrid PRO

Colbond Geosynthetics biedt met de geogrids Enkagrid PRO, MAX en TRC een compleet pakket aan effectieve oplossingen voor grondwapening en stabilisatie voor o.a. steile taluds, (on-)verharde wegen, blokkenwanden, parkeerhavens, platforms, dijklichamen en funderingen.

Enkagrid PRO is als gecertificeerd polyester geogrid gebruikt in vele gewapende hellingen. Enkagrid TRC heeft zich bewezen als grondstabilisatie op zeer slappe ondergrond. Hierin hebben het aramide geogrid en het vlies zowel een wapenings- als een scheidingsfunctie. Enkagrid MAX biedt door de stijve knooppunten een goede haakweerstand en een hogere verdichtingsgraad voor het granulaat in een wegfundering.

Ruim 30 jaar ervaring in onderzoek, ontwikkeling, productie en levering van producten voor grondwapening en stabilisatie maakt Colbond Geosynthetics uw juiste partner voor ontwerp, levering en begeleiding. Colbond Geosynthetics Postbus 9600 6800 TC Arnhem Tel.: 026 366 4600 Fax: 026 366 5812 geosynthetics@colbond.com www.colbond.com

Zijn klei en leem uw probleem ?! Bij civiele werken zijn klei- en leemgrond vaak een probleem. Werkterreinen zijn onbegaanbaar, ontgraven grond is slecht verwerkbaar en afzet van grond is moeilijk en duur. Grondverbetering met kalk is een goedkope en milieuvriendelijke oplossing. Inmenging van kalk resulteert in een directe verkruimeling van de grond tot een droog en goed verwerkbaar materiaal. Na verdichting heeft de grond een aanmerkelijk hoger draagvermogen. De werkwijze is simpel en snel: de kalk wordt uitgestrooid, ingemengd en daarna wordt de grond verdicht. De Lhoist groep heeft speciaal voor de wegenbouw Proviacal® ontwikkeld dat stofemissies met meer dan 90% vermindert. Proviacal® is in Nederland al met succes ingezet voor hergebruik van gronden bij wegenaanleg, aanvulling van rioolsleuven en aanleg van industrieterreinen. Bel ons voor meer informatie.

Proviacal®

De stofarme wegenbouwkalk voor grondverbetering

info@lhoist.com Lhoist Nederland Minervum 7412B - 4817 ZG Breda Tel.: +31 76 587 50 51 - Fax: +31 76 571 28 69 Lhoist Western Europe Parc des Collines 50 - 1300 Wavre België - Tel.: +32 10 23 38 11 - Fax: +32 10 23 38 96


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:22

Pagina 63


SPECIAL 4-2004 def

06-09-2004

15:22

Pagina 64

Uw partner in risicomanagement 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70

70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 70 Voor advies: • GeoCheck: uw kansen benut! Laagdrempelige kwaliteitscontrole zorgt dat uw onzekerheden zijn afgedekt. Geschikt voor bijvoorbeeld nieuw te ontwikkelen locaties, parkeergarages, leidingen en saneringen. • Specialistisch advies: bijzondere projecten vragen om een combinatie

Delft Cluster partner

van state of the art kennis en ontwikkelingen op maat.

GeoDelft

Voor kennis en onderzoek:

Stieltjesweg 2 2628 CK Delft Postbus 69 2600 AB Delft

• GeoDelft ontwikkelt samen met funderingsbedrijven en experts ervaringsdatabases en voorspellingsmodellen voor diverse funderingstechnieken i

www.geobrain.nl.

• BioSealing is een recent ontwikkelde herstelmethode voor ondergrondse Tel (015) 269 35 00 Fax (015) 261 08 21 info@geodelft.nl www.geodelft.nl

lekkages.

i

www.geodelft.nl/biosealing.

Nationaal instituut voor geo-engineering

70 jaar

Profile for Uitgeverij Educom

Geotechniek oktober 2004 Special Funderingen  

Achtste jaargang nummer 5 oktober 2004 Onafhankelijk vakblad voor het Geotechnische werkveld

Geotechniek oktober 2004 Special Funderingen  

Achtste jaargang nummer 5 oktober 2004 Onafhankelijk vakblad voor het Geotechnische werkveld

Recommendations could not be loaded

Recommendations could not be loaded

Recommendations could not be loaded

Recommendations could not be loaded