Page 1

13 E J A A R G A N G NUMMER 2 APRIL 2009

Ontwerp en uitvoering van bemalingen: Belgische richtlijnen

Nieuw Hoog Catharijne Utrecht – Ontwerp 5-laags ondergrondse parkeergarage 

zandkorrels

afgepleisterd granulair materiaal

σθ Pf

Fracture grouting in zand

injectievloeistof

Damwandproef Raamsdonkveer: observaties tijdens in- en uittrillen van damwanden Industrieel slib voor bouwen van een dijk: geotechnisch gedrag en numerieke simulaties

inclusief

GEO kunst

pag. 59 – 68


Geotechniek is er weer bij! U ook?

ondom de 17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, oftewel de ICSMGE 2009, die dit jaar van 5-9 oktober in Alexandrië (Egypte) gehouden zal worden, verschijnt een speciale Engelstalige editie van het vakblad Geotechniek.

R

In deze special kunnen gerenommeerde bedrijven/instellingen uit de GWW-sector zich internationaal profileren door het afgeven van een ‘capability statement' en hiermee tevens de 'state of the art' van de Nederlandse geotechniek belichten. De Engelstalige editie rondom het ICSMGE zal begin september 2009 verschijnen. De uitgave zal worden gedistribueerd tijdens de ICSMGE in Egypte (congresbezoekers) en onder alle abonnees/sponsors van het Vakblad Geotechniek. Een unieke gelegenheid om uw organisatie aan een breed internationaal publiek te presenteren!

Informatie over plaatsingsmogelijkheden en tarieven: bel Uitgeverij Educom bv, Rotterdam 010-425 6544 of mail naar: info@uitgeverijeducom.nl.

Madrid, Osaka, Shanghai...: Geotechniek is ‘vaste gast’ op internationale congressen. Haar spraakmakende uitgaves zetten Nederlandse expertise in een internationaal voetlicht. U kunt daar (weer) bij zijn. Reserveer op tijd. Neem contact op met de uitgever voor informatie!


Van de redactie

Dit jaar bestaat het Laboratorium voor Grondmechanica (LGM, nu Deltares) 75 jaar. Het is leuk om je voor te stellen hoe er destijds door de pioniers van ons vakgebied werd geadviseerd. Met licht ontzag bedenk ik me dan dat er nog geen kant en klare modellen waren (laat staan normen) en er dus voor veel situaties een analytisch model moest worden ontwikkeld. Een glijcirkelanalyse begon, zo stel ik me voor, met een goed doordachte keuze van de cirkel want één cirkel doorrekenen moet met een rekenlineaaltje toch al gauw een dag hebben geduurd. Het leven ging wat langzamer en er was wellicht wat meer tijd maar ‘Bezint eer ge begint’ moet destijds een veel gehoorde uitspraak zijn geweest. In deze tijd hebben we beschikking over krachtige tools om in een korte tijd tot een geoptimaliseerd advies te komen. En toch is de irritatie soms nog groot als ik onder grote tijdsdruk een minuutje moet wachten op 1.000 runs in de zoektocht naar de meest kritische glijcirkel! Er is dus veel veranderd in die 75 jaar. Een aantal belangrijke Nederlandse ontwikkelingen zijn bijvoorbeeld de sondering, de celproef (Dutch cell test), het programma Plaxis en Smartsoils. Het leuke aan ons relatief jonge vakgebied is dat er nog steeds sprake is van ontwikkelingen en nieuwe inzichten op het gebied van bijvoorbeeld het grondonderzoek, de fundamentele grondmechanica, uitvoeringstechnieken, monitoring en de regelgeving. De laatste jaren worden de krachten daarbij steeds meer gebundeld. Denk aan bijvoorbeeld de CUR projecten zoals ‘blijvend vlakke wegen’ en INSIDE waar de verschillende marktpartijen gezamenlijk in hebben bijgedragen. Laten we hopen dat we ook in economisch moeilijker tijden als concurrerende collega’s op deze wijze toch gezamenlijk kunnen blijven innoveren. Het komt ons vakgebied ten goede. Ook in dit nummer worden diverse ontwikkelingen en onderzoeken beschreven. U vindt twee artikelen waar aan de hand van praktijkmetingen in het veld en in het laboratorium meer inzicht in het grondgedrag wordt verkregen. Daarnaast een artikel over een nieuwe in situ grondonderzoekstechniek zoals toegepast in Utrecht. Eén van de Belgische bijdragen betreft een artikel over de nieuwe Belgische richtlijn ten aanzien van het ontwerp en de uitvoering van bemalingen. We zijn blij met deze bijdrage over een onderwerp dat iets verder van de harde techniek afstaat maar waar veel van ons in de adviespraktijk wel mee te maken hebben. Vanaf heden zijn de artikelen van alle voorgaande edities vanaf begin 2007 in digitale vorm te downloaden van de website van Educom. Er wordt gewerkt aan een directe link met de website Geonet. De redactie is zeer verheugd dat de reeds gepubliceerde innovaties en projectervaringen op deze wijze nog beter wordt ontsloten. Ik wens u veel leesplezier. Namens de redactie en uitgever, Martin de Kant

R E C T I F I C AT I E In de vorige editie van het vakblad Geotechniek (januari 2009) is een fout geslopen in het artikel ‘A comparison of the ensemble Kalman filter with the unscented Kalman filter: application to the construction of a road embankment’. Op pagina 54 staat dat Akira Murakami en Shin-Ichi studenten zijn aan de universiteit van Okayama, maar zij zijn resp. professor en docent. In het artikel ‘Piping in een heterogeen zandpakket – kijkproeven en simulaties’ in de laatste tabel op pagina 37 staat een onjuistheid. Bij experiment 2 van zandpakket GF staat 14 cm. Dit moet (net als in de tweede tabel op pagina 37) 40 cm zijn. GEOtechniek – april 2009

1


Hoofd- en Sub-sponsors

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Hoofdsponsor

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

www.deltares.nl

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Sub-sponsors

Kleidijk 35 3161 EK Rhoon Tel. 010 - 503 02 00 www.mosgeo.com Veurse Achterweg 10 2264 SG Leidschendam Tel. 070 - 311 13 33 www.fugro.com

Galvanistraat 15 3029 AD Rotterdam Tel. 010 - 489 69 22 www.gw.rotterdam.nl

Rijksstraatweg 22F 2171 AL Sassenheim Tel. 071-301 92 51 www.geo-explorer.nl

INPIJN-BLOKPOEL Ingenieursbureau Son: 0499 - 47 17 92 Sliedrecht: 0184 - 61 80 10 Hoofddorp: 023 - 565 58 78 www.inpijn-blokpoel.com

IJzerweg 4 8445 PK Heerenveen Tel. 0513 - 63 13 55 www.apvandenberg.com

Klipperweg 14 Tel. 043 - 352 76 09 6222 PC Maastricht www.huesker.com

De Holle Bilt 22 3732 HM De Bilt Tel. 030 - 220 78 02 Fax 030 - 220 50 84

Gemeenschappenlaan 100 B-1200 Brussel Tel. 0032 2 402 62 11 www.besix.be

INFRA Consult + Engineering ingenieursbureau van Ballast Nedam Postbus 1555, 3430 BN Nieuwegein Tel. 030 - 285 40 00 www.icpluse.nl

Vlasweg 9, 4782 PW Moerdijk Tel. 0168 - 38 58 85 www.arcelorprojects.com

Korenmolenlaan 2 3447 GG Woerden Tel. 0348-43 52 54 www.vwsgeotechniek.nl

Dywidag Systems International

Zuidoostbeemster: 0299 - 433 316 Almelo: 0546 - 532 074 Oirschot: 0499 - 578 520 www.lankelma.nl

Industrieweg 25 – B-3190 Boortmeerbeek Tel. 0032 16 60 77 60 Veilingweg 2 - NL-5301 KM Zaltbommel Tel. 0031 418 578922 www.dywidag-systems.com

Röntgenweg 22, 2408 AB Alphen a/d Rijn Tel. 0172 - 427 800 Fax 0172 - 427 801 www.geomil.nl

Uretek Nederland BV Zuiveringweg 93, 8243 PE Lelystad Tel. 0320 - 256 118 www.uretek.nl

2

GEOtechniek – april 2009

Postbus 1025, 3600 BA Maarssen Tel. 030-248 6233 Fax 030-248 66 66 info@struktonengineering.nl www.struktonengineering.nl


Mede-ondersteuners

Colofon

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Mede-ondersteuners Arcadis Infra BV Postbus 220 3800 AE Amersfoort Tel. 033 - 477 1000 Fax 033 - 477 2000 www.arcadis.nl Baggermaatschappij Boskalis BV www.boskalis.nl Rosmolenweg 20 3356 LK Papendrecht Tel. 078 - 696 9011 Fax 078 - 696 9555 Cofra B.V. Kwadrantweg 9, 1042 AG Amsterdam Postbus 20694, 1001 NR Amsterdam Tel. 020 - 693 45 96 Fax 020 - 694 14 57 www.cofra.nl CRUX Engineering BV Asterweg 20 L1 + L2 1031 HN Amsterdam Tel. 020 - 494 3070 Fax 020 - 494 3071 www.cruxbv.nl Geomet BV Postbus 670 2400 AR Alphen aan den Rijn Tel. 0172 - 44 98 22 Fax 0172 - 44 98 23 www.geomet.nl Gouda Damwand B.V Postbus 493 2800 AL Gouda Tel. 0182 - 51 33 44 Fax 0182 - 52 09 89 www.damwand.nl

IFCO Funderingsexpertise BV Limaweg 17 2743 CB Waddinxveen Tel. 0182 - 646 646 Witte Vlinderweg 11 1521 PS Wormerveer www.ifco.nl Jetmix BV Oudsas 11 4251 AW Werkendam Postbus 25 4250 DA Werkendam Tel. 0183 - 50 56 66 Fax 0183 - 50 05 25 www.jetmix.nl Plaxis BV Postbus 572 2600 AN Delft Tel. 015 - 251 77 20 Fax 015 - 257 31 07 www.plaxis.nl SBR Postbus 1819 3000 BV Rotterdam Kruisplein 25Q 3014 DB Rotterdam Tel. 010-206 5959 Fax 010-413 0175 www.sbr.nl Vroom Funderingstechnieken BV Postbus 7 1474 ZG Oosthuizen Tel. 0299 - 40 95 00 Fax 0299 - 40 95 55 www.vroom.nl

Grontmij Vlaanderen Frans Smoldersstraat 18 B-1932 Zaventem Tel. +32 2 725 01 10 Fax +32 2 725 45 02 www.grontmij.be

Geotechniek jaargang 13 nummer 2 – april 2009 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. Uitgever/bladmanager Uitgeverij Educom BV, R.P.H. Diederiks Redactieraad Alboom, ir. G. van

Kooistra, mw. ir. A

Barends, prof. dr. ir. F.B.J.

Korff, mw. ir. M.

Brinkgreve, dr. ir. R.B.J.

Lange, drs. G. de

Brok, ing. C.A.J.M.

Mathijssen, ir. F.A.J.M.

Brouwer, ir. J.W.R.

Schippers, ing. R.J.

Calster, ir. P. van

Schouten, ir. C.P.

Dalen, ir. J.H. van

Seters, ir. A.J. van

Deen, dr. J.K. van

Smienk, ing. E.

Diederiks, R.P.H.

Stam, ir. J.L.

Eijgenraam, ir. A.A.

Steenbrink, ing. R.

Graaf, ing. H.C. van de

Thooft, dr. ir. K.

Haasnoot, ir. J.K.

Tigchelaar, ir. J.

Heeres, dr. ir. O.M.

Veenstra, ing. R.

Jonker, ing. A.

Vos, mw. ir. M. de

Kant, ing. M. de

Wibbens, G.

Redactie Brouwer, ir. J.W.R.

Kant, ing. M. de

Diederiks, R.P.H.

Korff, mw. ir. M.

Heeres, dr. ir. O.M.

Thooft, dr. ir. K.

Lezersservice Adresmutaties doorgeven via ons e-mailadres: info@uitgeverijeducom.nl Cover Altoon + Porter Architects in opdracht van Corio © Copyrights Uitgeverij Educom BV - april 2009 Niets uit deze uitgave mag worden geproduceerd door

Geotechniek is een uitgave van Uitgeverij Educom BV Mathenesserlaan 347 3023 GB Rotterdam

Tel. 010 - 425 6544 Fax 010 - 425 7225 E-mail info@uitgeverijeducom.nl www.uitgeverijeducom.nl

middel van boekdruk, foto-offset, fotokopie, microfilm of welke andere methode dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. © ISSN 1386 - 2758

GEOtechniek – april 2009

3


Uw carrière bij Grontmij Grontmij is een multidisciplinair advies- en ingenieursbureau voor milieu, water, energie, bouw, industrie en infrastructuur. Wij leveren meerwaarde in het hele proces van advies, ontwerp, engineering, management en realisatie van projecten. Meer dan 8.000 medewerkers zijn actief in Europa. Wij ontwerpen en realiseren plannen voor de toekomst door mensen en partijen in regio’s bij elkaar te brengen. Wij doen dat met respect voor de omgeving, voor onze klanten en voor elkaar.

Projectleider stabiliteit (m/v) 

Functiebeschrijving

Als projectleider stabiliteit word je ingeschakeld in een enthousiast team in Groot-Bijgaarden en ben je verantwoordelijk voor het concept en ontwerp van infrastructuurprojecten en kunstwerken. Je staat in voor: •

De uitwerking van het technisch concept van de ontwerpen van infrastructuurprojecten en kunstwerken (bruggen, tunnels, enz.), en dit in overleg met andere vakspecialisten;

• •

Het beheer en de uitvoering van de stabiliteitsstudies; Het ondersteunen van andere afdelingen (Infrastructuur, Open Ruimte, Mobiliteit, Hydraulica, …) met betrekking tot specifieke stabiliteitsaspecten;

 •

Het overleg met de opdrachtgever en de leveranciers gedurende de volledige projectcyclus nl. van studie tot met de exploitatiefase;

• •

De opvolging van werven; Het informatiebeheer, de planning en organisatie, het budget, de kwaliteit en de veiligheid tijdens het projectproces; De motivatie van een team van ingenieurs, vakspecialisten, tekenaars,

ontwerpers en administratieve medewerkers.

Wie zoeken we? Een dynamische burgerlijk of industrieel ingenieur bouwkunde met een vijftal jaar ervaring in – bij voorkeur – de civieltechnische stabiliteit en tevens met

een gedegen kennis betreffende grondmechanica;



Wat bieden we u?

• • •

Een aangename werksfeer in een groeiend bedrijf waar mensen centraal staan; Een voltijds contract van onbepaalde duur; Een aantrekkelijk loonpakket met extra legale voordelen;



Contacteer ons

Een open, communicatief, resultaatsgericht, maar tevens ook diplomatisch persoon met grote inzet en motivatie die zowel autonoom als in team goed aardt.

• • •

Opleidingsfaciliteiten en kansen op zelfontplooiing; Een afwisselend takenpakket en doorgroeimogelijkheden; Flexibele werkuren en standplaats te Groot-Bijgaarden.

Stuur je CV naar jobs@grontmij.be t.a.v. Marjolein Vanderpoorten - tel +32 499 07 01 57 - www.grontmij.be


Inhoud k

Geotechniek 1 6 11 12

Van de Redactie Actueel Technische commissies KIVI NIRIA rubriek

14 16 19 21

The Magic of Geotechnics Afstudeerders SBR-info Agenda

22

Ontwerp en uitvoering van bemalingen: Belgische richtlijnen P. Van Calster / F. De Cock / M. De Vos / J. Maertens / G. Van Alboom

28

Nieuw Hoog Catharijne Utrecht Ontwerp 5-laags ondergrondse parkeergarage: grondonderzoek in het algemeen en conusbelastingproef in het bijzonder A.E.C. van der Stoel / H.C. van de Graaf / D. Vink / H. Ali

34

afgepleisterd granulair materiaal

Fracture grouting in zand M.P.M.Sanders / A. Bezuijen

40

zandkorrels

Damwandproef Raamsdonkveer: observaties tijdens het in- en uittrillen van damwanden

σθ Pf injectievloeistof

P. Meijers / A.F. van Tol 46

Industrieel slib voor bouwen van een dijk: geotechnisch gedrag en numerieke simulaties P.H. Yonatan / J. Maertens / D. Van Gemert / J. Houtmeyers / M. Goorden

56

Grontmij begeleidt traject Grote Sluis Spaarndam i.o.v. het hoogheemraadschap van Rijnland

59

Geokunst

61

Van de redactie / Colofon

62

Geotextiele tubes en containers getest in de Deltagoot van Deltares Adam Bezuijen / Paul van Steeg

65

Ontlastconstructies met gewapende grond project A2 Eindhoven Bas Snijders / Constant Brok

Distributie van Geotechniek in België wordt mede mogelijk gemaakt door: ABEF vzw

Belgische Vereniging Aannemers Funderingswer

GEOtechniek – april 2009

5


Actueel  Nederlandse hulp  waterbeheer voor Mongolië Deltares en Royal Haskoning gaan ondersteuning geven bij de modernisering van het waterbeheer in Mongolië. Dit maakten de twee bedrijven bekend. In 1990 werd Mongolië een democratie. Door vele hervormingen is de watersector vrijwel ingestort, terwijl het land een onstuimige economische groei doormaakt. Hierdoor staat de watersector in het land voor verschillende uitdagingen. Er is onvoldoende veilig drinkwater, de sanitatie voor de bevolking is onvoldoende en er zijn negatieve gevolgen merkbaar van de mijnbouw op de waterkwaliteit. Ook de klimaatverandering heeft merkbare effecten op de watersector in Mongolië. Het project waarbij Deltares en Royal Haskoning ondersteuning gaan leveren, heet 'Strengthening integrated water resources management in Mongolia' en heeft als doel integraal waterbeheer in Mongolië te introduceren en de kennis in de watersector te vergroten. Samen met Unesco-IHE en lokale consultants, gaan de twee ingenieursbureaus trainingen verzorgen voor de projectpartners. Tegelijkertijd wordt in Mongolië bij twee universiteiten een opleiding waterbeheer opgezet en vinden er trainingen plaats in Mongolië en in Nederland. Hierbij wordt er ook aandacht besteed aan de bescherming van de unieke flora en fauna en aan het verbeteren van de bestaanszekerheid van de nomaden en hun kuddes in

Onder redactie van R.P.H. Diederiks / O.M. Heeres

Mongolië, die allen afhankelijk zijn van het water. Het project ging januari jl. van start en zal naar verwachting vier jaar duren. De totale kosten van het project bedragen 6,5 miljoen euro.

waardoor Deltapoort op dit moment voornamelijk een corridorfunctie vervult. Het lijkt alsof de zeven gemeenten zich onvoldoende bewust zijn van de kracht die zij samen kunnen ontwikkelen en het ruimtelijk beleid is naar ons idee te defensief. Wij willen in dit plan het tij keren. De wateropgave is

 Toekomstvisie ‘Kerend Tij’  wint Eo Wijers prijsvraag

bijvoorbeeld een kans om nieuwe interessante

Drechtsteden van nu worden grote Waterstad in 2048

kunnen zijn, waardoor ze in 2048 zichzelf weer

Advies- en ingenieursbureau DHV, Enno Zuidema Stedebouw en Espresse Publishing hebben de Eo Wijers-prijsvraag gewonnen. Hun inzending 'Kerend Tij' beschrijft de toekomst van het gebied Deltapoort, waarin de Drechtsteden samensmelten tot een nieuwe Waterstad. Het plan is gekozen uit 14 inzendingen.

Voorzitter van de jury is ir Dirk Sijmons. De Eo Wijers-stichting is een onafhankelijk netwerk dat een bijdrage wil leveren aan de verbetering van de ruimtelijke kwaliteit van Nederland op bovenlokaal schaalniveau. Aan deze editie van de prijsvraag konden inzenders een plan schrijven voor de Vechtstreek of de Deltapoort.

De jury reageerde enthousiast op de inzending: ‘Kerend Tij laat zien dat het complexe logistieke netwerk van de regio volop kansen biedt. Kerend Tij stelt de toevoeging voor van verschillende interessante woon- en werkmilieus (...) Weinig inzenders verankeren hun voorstellen in een visie op die op alle schaalniveaus uitgewerkt is. Tot slot richt de inzending de aandacht op een pretentieuze uitvoeringsstrategie met een gefaseerd uitvoeringsprogramma en bestuurlijke arrangementen waarmee het regiobestuur aan slagkracht kan winnen’. Het ontwerpteam: ’De Deltapoort is een toonaangevend gebied voor Nederland. Er wonen 260.000 mensen en het gebied wordt doorsneden door grootschalige gebiedsoverstijgende infrastructuur,

 InfraTech ’09 verrast  branche met vernieuwing

woonmilieus te creëren. We hebben een toekomstvisie geschreven waar de Drechtsteden trots op ‘de Poort van Holland’ mogen noemen’.

InfraTech 2009 gaat niet alleen de boeken in met een recordaantal exposanten van 525, ook het bezoekersaantal is boven verwachting uitgekomen. 19.175 vakgenoten brachten een bezoek aan InfraTech, maar liefst 25 % meer dan de laatste editie in 2007.

Een perfecte mix van opdrachtgever en opdrachtnemer, beslisser en uitvoerder, student en professional kwam samen om te netwerken, zaken te doen en bestaande relaties te verstevigen. Tijdens deze tweejaarlijkse vakbeurs voor de infrastructuur is een goede basis gelegd voor vernieuwing. Bezoekers waren positief verrast door de innovaties op de beurs, de mooie stands en de goede sfeer.

 ARCADIS wint water management project  in Florida ARCADIS, de onderneming die internationaal advies, ontwerp-, ingenieurs- en managementdiensten levert, heeft eind januari jl. bekend gemaakt dat een opdracht ter waarde van 8.8 miljoen dollar is binnengehaald van het South Florida Water Management District (SFWMD).

6

GEOtechniek – april 2009


Actueel Het SFWMD is beheerder van ruim 3.000 km kanalen en dijken, 60 pompstations en 500 grote waterbouwkundige constructies. ARCADIS is in de Verenigde Staten op verschillende fronten actief op het gebied van watermanagement. In New Orleans is ARCADIS is betrokken bij grote projecten die de stad moet beschermen tegen orkanen. Ook in Californie is ARCADIS op dit gebied actief. In Florida gaat ARCADIS de overheid helpen bij verschillende projecten in het midden en zuiden van Florida, waar het unieke natuurgebied de Everglades ligt. Het betreft ondermeer projecten op het gebied van onderhoud en aanleg van kanalen en dijken en wateraan- en afvoersystemen, als ook natuurbeheer en milieuprojecten. Piet Dircke, die voor ARCADIS wereldwijd grote watermanagement projecten coordineert, zegt over het project: ‘De projecten zijn gericht op het veiliger maken van de bebouwde omgeving en het behoud en herstel van de unieke natuur, niet alleen voor vandaag en voor de toekomst’. Bron: ANP

 Gouda heeft primeur  met waterbergende weg Gouda krijgt een zogenoemde waterbergende weg. De weg, die water opslaat in speciale holtes, is uniek in Nederland, aldus de gemeente maandag. Grote hoeveelheden water kunnen zo snel worden verwerkt.

Het water wordt opgeslagen in holle ruimtes onder het wegdek en afgevoerd naar de watergang. Zo wordt het riool niet onnodig belast. ’Je vangt als het ware regen dat op straat valt op en dat wordt dan via een buizensysteem naar open water vervoerd’, liet een woordvoerder weten. De weg is speciaal gemaakt voor gebieden met een slappe veenbodem, veel bebouwing en een hoge grondwaterstand. De holle ruimte onder de weg maakt de constructie lichter dan een normale weg. ‘Dat komt omdat er heel veel lucht in de weg zit. Wij

passen kunststofkratten toe met lucht daarin, dat weegt bijna niets’, legde de zegsman uit. ’Daarover gaat dan wel gesteente maar ook hier zit iets van 40 procent lucht in. Dat is alles bij elkaar een stuk lichter dan een gewone fundering.’ De lichtere constructie helpt tegen verzakkingen. ’Gouda heeft een veenbodem. Als je daar gewicht op zet, dan zakt de grond in elkaar. Hoe lichter je de bodem belast, hoe minder die in elkaar zakt en hoe minder verzakkingen ontstaan’, aldus de woordvoerder. De weg vangt zware metalen en koolwaterstoffen op uit de afstromende regen. De waterbergende weg aan de Goudse Emmastraat is februari jl. geopend. Bron:ANP

kunnen middels de toegevoegde waarde van de technologie van LoadTest aanzienlijke besparingen aanbieden aan hun klanten.

 Schreudersstudieprijs Afstudeerproject 'Parkeergarage Tropicana' heeft de Schreudersstudieprijs 2008 voor 'Techniek' in de wacht gesleept. De jury prijst de integratie van verschillende disciplines en de frisse blik van dit project van Jaap Peters, Rob Vinks en Don Zandbergen van de Hogeschool Rotterdam.

 Fugro neemt LoadTest  groep over Fugro heeft een overeenkomst getekend voor de overname van de LoadTest groep, met het hoofdkantoor in Gainesville, Florida en dochterondernemingen in Singapore, Korea en het Verenigd Koninkrijk. De overnamesom bedraagt circa € 13,5 miljoen. LoadTest is internationaal marktleider op het gebied van het statisch testen van funderingspalen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de merkgebonden Osterberg Cell® test methode. De omzet van het voorgaande financiële jaar was meer dan € 13 miljoen en het bedrijf heeft 40 werknemers in dienst. LoadTest is opgericht in 1991 en heeft een uitstekende reputatie opgebouwd met innovatieve funderingsoplossingen voor een groot aantal prestigieuze gebouwen en infrastructurele bouwwerken in de wereld. De paaltest uitgevoerd voor de Incheon brug in Zuid-Korea betrof het afdragen van 32.000 ton aan belasting door de paal aan de ondergrond. LoadTest’s betrokkenheid in het MiddenOosten, waar funderingen zijn getest voor een aantal van de hoogste gebouwen, zal verder worden uitgebreid ten gevolge van Fugro’s aanwezigheid in de regio. Jack Hayes, oprichter en directeur van LoadTest, zal het bedrijf verder leiden als onderdeel van de divisie ‘Geotechniek op het Land’. Werkmaatschappijen binnen deze divisie

In de categorie 'Conceptuele ontwerpen' won het project 'Stationsplein en ondergronds theater Haarlem' van Jeroen Derksen en David Windt van de TU Delft, Bouwkunde. 'Diepgaand uitgewerkt en zeer inspirerend voor ondergronds bouwen,' aldus de jury. De Schreudersstudieprijs is op 29 januari jl. uitgereikt tijdens de Dag van het Ondergronds Bouwen. De jury moest een keuze maken uit zeven nominaties in de categorieën 'Techniek' en 'Conceptuele ontwerpen'. Nadat Prof. Frits van Tol, voorzitter van de jury van de Schreudersstudie prijs, de zeven genomineerde projecten kort had toegelicht maakte Jan de Jong, voorzitter COB en directeur Van Hattum & Blankevoort de winnaars van de Schreudersstudieprijs 2008 bekend. De jury deelde verder twee eervolle vermeldingen uit aan het project 'Boren van double-Otube tunnels' van Erik Alink, TU Delft, Civiele Techniek, in de categorie 'Techniek'. 'Zeer bruikbaar' is het jury-oordeel over zijn onderzoek naar de innovatieve manier van tunnelboren. De andere eervolle vermelding ging naar 'Zand erover' van Saartje van der Made, TU Delft, Bouwkunde: 'een zeer goed, origineel en mooi weergegeven plan dat past in het gedachtengoed van behoud van cultureel en industrieel erfgoed door ontwikkeling'. Doel van de Schreuderprijs, die bestaat sinds 1999, is het stimuleren van bijzondere prestaties op het gebied van ondergronds bouwen.

GEOtechniek – april 2009

7


Actueel De prijs heet naar initiatiefnemer A. M. Schreuders. Om specifiek studenten te stimuleren om 'verdiept' te denken en met slimme ondergrondse oplossingen te komen, bestaat er sinds 2002 ook een Schreudersstudieprijs. Deze prijs kent twee winnaars, van het beste afstudeerproject op het gebied van 'Techniek' en van 'Conceptuele ontwerpen'. De winnaars ontvangen een oorkonde en 2500 euro. De jury kan daarnaast ook projecten belonen met een eervolle vermelding, die bestaat uit een oorkonde en 500 euro. Alle studenten die met succes een afstudeerproject op het gebied van ondergronds bouwen hebben afgerond aan een Nederlandse HBO-instelling of universiteit kunnen zich inschrijven voor de prijs.

 BESIX Foundation Op 13 januari 2009, de dag van de 100ste verjaardag van BESIX Group, heeft de Groep haar eigen stichting opgericht, namelijk de BESIX Foundation. Dit fonds richt zich op drie hoofdthema’s: het milieu en de bouw en de scholing voor de minderbedeelden. Voor meer informatie kunt u terecht op de gloednieuwe website: www.besixfoundation.com

 Grote opkomst bij eerste  debat in Rode Hoed

 Bedrijfsleven initieert  leerstoel Cradle-to-Cradle De Erasmus Universiteit Rotterdam heeft de Stichting Rotterdam Sustainabilitiy Initiative bevoegd verklaard tot het vestigen van een leerstoel 'Cradle to cradle in relatie tot duurzame systeeminnovaties en transities in theorie en praktijk'. Prof. Dr. Michael Braungart, medegrondlegger van Cradle-to-Cradle, is door de Stichting Rotterdam Sustainability Initiative benoemd op bovengenoemde leerstoel. Prof. Dr. Braungart zal onderwijs en onderzoek verzorgen aan de Erasmus Universiteit Rotterdam. In samenwerking met Prof. Ir. P. Luscuere van de TU Delft onderzoekt hij daarnaast de toepassingsmogelijkheden van het concept van Cradleto-Cradle in de gebouwde omgeving. Naast Prof. Dr. Braungart werken twee Phd-ers en een senior onderzoeker komend jaar bij de leerstoel. De leerstoel wordt gevestigd binnen de Faculteit der Sociale Wetenschappen bij het Dutch Research Institute for Transition (DRIFT). De Stichting Rotterdam Sustainability Initiative is een initiatief van een aantal marktpartijen, betrokken bij de gebouwde omgeving met een gedeelde visie op het vlak van de noodzaak en toepassing van het Cradle-to-Cradle concept. Hiertoe behoren Royal Haskoning, Koninklijke BAM Groep, OVG, Ministerie van VROM, Rijksgebouwendienst, Desso, TenneT, Gemeente Rotterdam. De leerstoel is hiertoe een eerste stap.

8

GEOtechniek – april 2009

Op 26 januari jl. was de première voor de serie debatten 'Delta in balans'. In de Rode Hoed in Amsterdam organiseert DelftCluster deze serie samen met Deltares. Het eerste debat – onder leiding van Ed Nijpels – ging over de klimaatrobuustheid van Amsterdam, onder de kop 'Amsterdam, Venetië van het Noorden?' De zaal zat vol, het publiek was divers en erg betrokken en maakte het wethouder Maarten van Poelgeest en Lammy Garming van het waterschap niet makkelijk. De discussie werd telkens gevoed door wetenschappelijke feiten van Deltarianen Frans van de Ven en Marcel Stive. Een van de vier debaters professor Marcel Stive (lid van de commissie Veerman) ontkrachtte bij het begin van het debat meteen de titel. Amsterdam loopt op het punt van de beveiliging van de stad tegen de klimaatsverandering honderd jaar voor op Venetië. Dus wat hem (en de cijfers) betreft is het inderdaad: Amsterdam: een veilig Venetië van het Noorden. Hekel punt in het debat was: wie is er verantwoordelijk voor het klimaatrobuust maken van Amsterdam en wie gaat dit betalen? De optie uit de zaal dat heel Nederland moet meebetalen omdat een belangrijke stad als Amsterdam toch beschermd moet worden, viel niet bij iedereen in goede aarde. Daarnaast laaide ook de discussie over binnen-en buitendijksbouwen flink op. Ook hier ging het over de te nemen verant-

woordelijkheden en de kosten. Delft Cluster en Deltares hebben als doelstelling om Deltavraagstukken op de publieke agenda te plaatsen en te houden. Zij doen dit via een serie maatschappelijke debatten over de spanningsboog tussen ecologische en economische belangen en de rol die kennis speelt om de spanning tussen die twee te verkleinen. Het tweede en derde debat zijn gepland op 23 maart en 28 september.

 Weenatunnel Voor het Centraal Station Rotterdam realiseert BAM Civiel de verdubbeling van de capaciteit van de Weenatunnel. Deze tunnel is de belangrijkste oost-westverbinding in de stad. De nieuwe tunnel wordt een gebouwd op de plaats van de oude tunnel en krijgt twee tunnelbuizen met elk twee rijstroken. Logistiek gezien is het een ingewikkelde klus. Er is bijzonder weinig ruimte op de bouwplaats en ook de aan en afvoer van materieel en materiaal moet strak gepland worden. Omdat al het verkeer – voetgangers, fietsers, trams, metro’s en auto’s – doorgang moet blijven vinden is tevens veel aandacht voor de verkeersstromen en veiligheid. De eerste buis is gebouwd ten zuiden van de bestaande tunnel. Het verkeer maakt hier nu gebruik van, waardoor de bestaande tunnel kon worden gesloopt. Inmiddels wordt hard gewerkt aan de tweede buis. Deze komt op de plaats van de oude tunnel te liggen. De planning is de complete tunnel 1.1.2010 op te leveren.


Creating tools that move your business  Sondeerapparatuur 25-300 kN voor on- en offshore  Automatisch en continu sonderen  Conussen voor geo- en milieutechnisch bodemonderzoek  Boorapparatuur icm sondeerapparatuur  Apparatuur voor het nemen van ongestoorde bodemmonsters  Vane-testers  Draadloze gegevensoverdracht  Elektrische meetapparatuur  Software

Nieuw! Autocoson - Volledig automatisch en continu sonderen - Gebruikersvriendelijk - Kostenbesparend

A.P. van den Berg Machinefabriek bv Postbus 68, 8440 AB Heerenveen tel.: 0513 631355 fax: 0513 631212 info@apvandenberg.nl

www.apvandenberg.nl


Technische commissies Technische Commissies van de ISSMGE JTC = gemeenschappelijke commissie van de ISSMGE met de International Association for Engineering Geology and the Environment (IAEG) en de International Society for Rock Mechanics (ISRM) JTC 1 JTC 2 JTC 3 JTC 4 JTC 5 JTC 6 JTC 7

ICSE 4 Lokale ontgrondingen (in het Engels: scour) en erosie zijn de onderwerpen van TC-33. Het doel van deze internationale technische commissie is geotechnici en waterbouwkundigen bij elkaar te brengen voor het uitwisselen van kennis. Geotechnici leren hoe de belasting zou moeten worden gemodelleerd, terwijl omgekeerd waterbouwkundigen bijgebracht worden hoe met sterkte zou moeten worden omgegaan. Hoewel dit een vanzelfsprekendheid lijkt, is de realiteit vaak weerbarstiger. De belangrijkste activiteit van TC-33 is het tweejaarlijks organiseren van de ICSE (= Internationale Conferentie voor Scour en Erosie). In november 2008 werd in Tokyo voor de vierde keer het ICSE gehouden. De driedaagse conferentie met 7 key-note sprekers werd door 150 deelnemers bezocht. Prof. Gary Parker hield een sprankelende presentatie over het turbulente stromingsveld met inbegrip van het ontgrondingsproces rondom brugpijlers. In de Verenigde Staten is het ontgrondingsprobleem nog steeds actueel vanwege de 25.000 ‘scour critical’ bruggen, die tijdens hoogwater zouden kunnen bezwijken. Omdat de Nederlandse brugpijlers met granulaire filters of gelijksoortige constructies worden beschermd, treden deze problemen hier niet op. Naast het lokale ontgrondsproces rondom waterbouwkundige constructies werden ook onderwerpen bediscussieerd zoals externe erosie van gras op dijken, interne erosie in dammen en piping onder dijken. Prof Jean-Louis Briaud, voorzitter van TC-33, ging in op de erosiebestendigheid van Amerikaanse dijken nabij New Orleans. Niet alleen in de VS, maar ook in

Nederland wordt binnen het SBW (= Sterkte en Belasting Waterkeren) programma van Rijkswaterstaat onderzoek naar de grassterkte gedaan. Dit is interessant, omdat de Nederlandse erosiemodellen met Amerikaanse data gevalideerd kunnen worden en omgekeerd. Nederland was met 4 deelnemers vertegenwoordigd en hield 6 presentaties. De onderwerpen varieerden van lokale ontgrondingen nabij offshore constructies onder invloed van golven, ontgrondingskuilen rondom brugpijlers en kribben onder invloed van stroming, erosiebestendigheid van granulaire horizontale filters en piping onder dijken. In TC-33 is afgesproken om in 2010 ICSE-5 in San Fransico te organiseren en in 2012 ICSE-6 in Parijs. Meer informatie over TC-33 en ICSE-4 kunt u inwinnen bij de Nederlandse vertegenwoordiger van TC-33, dr.ir. Gijs Hoffmans van Deltares. www.issmge.org/home/ page.asp?sid=296&mid=2&Id=397

Landslides and Engineered Slopes Representation of Geo-Engineering Data Education and Training Professional Practice Sustainable Use of Underground Space Ancient Monuments/Historic Sites Soft Rocks and Indurated Soils

TC = internationale technische commissie van de International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ISSMGE) TC 1 TC 2 TC 3 TC 4 TC 5 TC 6 TC 8 TC 16 TC 17 TC 18 TC 23 TC 28 TC 29 TC 32 TC 33 TC 34 TC 35 TC 36 TC 37 TC 38 TC 39 TC 40 TC 41

Coastal Engineering and Dyke Technology Physical Modelling in Geotechnics Geotechnics of Pavements Earthquake Geotechnical Engineering and Associated Problems Environmental Geotechnics Unsaturated Soil Frost Geotechnics Ground Property Characterization from In-Situ Tests Ground Improvement Deep Foundations Limit State Design in Geotechnical Engineering Underground Construction in Soft Ground Laboratory Stress Strain Strength Testing of Geomaterials Engineering Practice of Risk Assessment and Management Geotechnics of Soil Erosion Prediction and Simulation Methods in Geomechanics Geo-Mechanics from Micro to Macro Foundation Engineering in Difficult Soft Soil Conditions Interactive Geotechnical Design Soil-Structure Interaction Geotechnical Engineering for Coastal Disaster Mitigation and Rehabilitation Forensic Geotechnical Engineering Geotechnical Infrastructure for Mega Cities and New Capitals

ERTC = Europese regionale technische commissie

Kanaal/Pijpvorming onder dijken in schaalmodel. (Bron: Deltares)

ERTC 3 Piles ERTC 7 Numerical Methods in Geotechnical Engineering ERTC10 Evaluation Committee for the Application of EC 7 ERTC12 Evaluation Committee for the Application of EC 8

GEOtechniek – april 2009

11


Afdeling Geotechniek

Activiteiten De Geotechniekdag en de Funderingsdag worden jaarlijks afgewisseld. In 2009 verzorgt KIVII/NIRIA in samenwerking met CUR en de Belgische zusterorganisatie KVIV de Geotechniekdag. Daarnaast worden er weer twee lezingenavonden georganiseerd. Het overzicht rechts geeft de activiteiten vanaf het verschijnen van dit blad.

Algemene ledenraadvergadering februari 2009 De algemene ledenraadvergadering werd dit jaar gecombineerd met een excursie naar het project A2 Hooggelegen bij Utrecht. De opkomst op deze druilerige regendag was met circa 25 man vergelijkbaar met voorgaande jaren. De presentatie over de afdeling werd gehouden door voorzitter William van Niekerk. Enkele punten uit de presentatie:  Na een minimum in het jaar 2005 is het aantal leden licht gestegen. In 2008 heeft deze trend zich doorgezet. Het aantal leden bedraagt nu circa 750, een toename van 20 leden ten opzichte van vorig jaar.  Het bestuur kent momenteel geen grote wisselingen. Alleen Paul Spruit van de Delftse ‘Ondergrondse’ vervangt Daan de Clippelaar. De huidige bestuurssamenstelling is weergegeven in de tabel.  Het aantal bezoekers van de website Geonet is stijgend. Gemiddeld zijn er nu ongeveer 3200 bezoekers per maand. In 2009 zal aandacht worden gegeven aan de actualiteit. Hiervoor is een vacature beschikbaar (student). Verder worden de mogelijkheden voor koppeling met het vakblad Geotechniek onderzocht.  Het aantal CGF cursisten in 2008 bedroeg 194 waarvan 120 geslaagd zijn voor het examen. In 2009 zullen verdere inspanningen worden verricht voor het updaten van de cursussen. In 2008 is

12

GEOtechniek – april 2009

SBR Bijeenkomst Funderingen

9 april / SBR, Bouwhuis Zoetermeer

1e Geotechniek Lezingenavond 2009

6 mei / Deltares, Delft / organisatie: Deltares

Excursie Aquaduct N57 kanaal door Walcheren

5 juni / op projectlocatie

Excursie N210

september / op projectlocatie

LNG opslag Maasvlakte 1

najaar / over de LNG terminal, ontwerp en aanleg

Beton in funderingen

22 september / i.s.m. de Betonvereniging / locatie n.t.b.

Geotechniekdag

5 nov. o.v.b. / 2-jaarlijkse bijeenkomst / locatie n.t.b.

2e Geotechniek Lezingenavond 2009

25 november / org. & locatie: BAM Infraconsult, Gouda

gestart met het toekennen van studiepunten (PDH’s) voor geotechnische cursussen (PAO, Elsevier, Delft Geoacademie en betonvereniging). Het eerste jaar wordt in mei 2009 geëvalueerd.  De afdeling Geotechniek zal samenwerking zoeken met het Netwerk Deltatechnologie om geotechniek hier als belangrijke pijler te profileren.  In 2008 zijn er twee jonge geotechnici afgevaardigd voor de 19th EYGEC in Hongarije. Vera van Beek van Deltares won een prijs voor de beste presentatie.  In 2008 waren er diverse succesvolle activiteiten van de internationale Technical commities (TC's):  TC1 (coastal engineering) int. cursus in Nederland;  TC28 (Underground construction) conferentie Shanghai met een Keynote Lecture van Adam Bezuijen;  Voor het internationale congres in Alexandria, Egypte (17th ICSMGE) in oktober 2009 zijn 29 Nederlandse papers toegezegd. Er zullen Nederlandse activiteiten Naam

KIVI NIRIA

worden georganiseerd en er verschijnt een Engelstalige special van Geotechniek.  In 2009 zal de afdeling van Geotechniek een financiele bijdrage leveren aan: organiseren van activiteiten, blad Geotechniek, website Geonet, verspreiding achtergronddocument Eurocode onder de leden, uitwisselen van kennis met de internationale society (ISSMFE), Geoforum, Netwerk Deltatechnologie. De eerste spreker van het niet officiële gedeelte was Rinze Rijpkema, manager cluster techniek van de alliantie. Rinze ging in op de organisatievorm van het project A2 Hooggelegen ten westen van Utrecht. Dit project met de verlegging en verbreding van rijksweg A2 en de aanleg van kruisende infrastructuur wordt uitgevoerd in alliantievorm. De alliantie bestaat uit de volgende partijen: Rijkswaterstaat, Van Hattem en Blankevoort, KWS, Boskalis, Mourik groot Ammers en Vialis. De kenmerken van een alliantie zijn

Bedrijf

volgens Rinze: het gemeenschappelijke doel; de bundeling van kennis; de gezamenlijk inbreng van kapitaal en mensen en het delen van de risico’s. Deze kenmerken maken de alliantie voor dit complexe werk een goede organisatievorm. Rinze sluit zijn presentatie af met 3 sheets vol met wijsheden voor de bouw waarvan wij u enkele niet willen onthouden: De zachte kant is keihard; Communiceren is elkaar ontmoeten ipv e-mailen; Met kwaadwillende honden is het slecht hazen vangen, De bouw mag ongelooflijk trots zijn op wat we presteren. Laten we er voor zorgen dat de maatschappij daar ook zo over denkt. De tweede spreker, Arjen Ramkema van VWS Geotechniek gaat in op plaats en de rol van geotechniek binnen het project. In vogelvlucht behandelt hij de interessante onderdelen. Toen het na afloop van de presentaties tijd was om het werk buiten te bekijken, brak de zon door. 

Functie

Einde termijn

William van Niekerk

BAM Infraconsult B.V.

Voorzitter

2009 / 2012

Mandy Korff

Deltares

Vice-voorzitter

2011

Erwin de Jong

VWS Geotechniek B.V.

Secretaris

2011

Egbert Teunissen

Witteveen + Bos

Penningmeester

2007 / 2010

René Beurze

BAM Infraconsult B.V.

Programmacommissaris

2009 / 2012

Ronald Brinkgreve

Plaxis B.V.

Lid Opleidingen (CGF)

2010

Paul Cools

Rijkswaterstaat Dienst Infrastructuur

Lid Geonet

2010 / 2013

Martin de Kant

Royal Haskoning

Lid Redactie Geotechniek

2007 / 2010

Sonja Karstens

Deltares

Lid Netwerk Deltatechnologie

2011

Mark Pehlig

Fugro Ingenieursbureau B.V.

Lid / Activiteiten

Paul Spruit

Student

Lid / De Ondergrondse

2009 / 2012


dé Ne Nederlandse e beroepsvereniging g van n en n voor KIVI NIRIA is dé ingen ingenieurs,, op opgeleid d aa aan n universiteiten n en n hogescholen,, en n vormtt h aardi dig g technisch h kennis-- en n kennissennetwerk.. Hiermee een hoogwaa hoogwaardig maakt maa aaktt KIVI NIRIA , het Koninklijk Instituut Van Ingenieurs, het belang van v n techniek technie iek k zichtbaa zichtbaar aarr in n onze e samenleving g en n ondersteuntt ingenieurs taak. ingenie s bijj hett uitoefenen n van n hun n belangrijke belang ngrij ijke e taa aak.. Ingenieurs staan aan de e basiss van n innovatie,, doord rdatt zijj hun n technische e kenniss weten n aan doordat toe e te e passen pas assen n ten n behoeve e van n ontwikkeli ontwikkeling ling g in n de e maat maatschappij. atschappij.

Waarom een Afdeling Geotechniek? Geotechniek volgens Van Dale: de toegepaste wetenschap, die zich bezighoudt met het gedrag van grond en rots, ten behoeve van het ontwerpen en uitvoeren van grond- en kunstwerken Dit klinkt erg abstract, maar in de praktijk zijn er maar weinig ingenieurs die niet met geotechniek te maken krijgen. Denk maar eens aan de fundering van een weg of gebouw, het aanbrengen van waterdichte schermen bij een bodemsanering of het verplaatsen van grond bij het baggeren of boren van een tunnel. Daarom dus een Afdeling Geotechniek.

Aanmelden of meer informatie over KIVI NIRIA Geotechniek ? Meer informatie over de Afdeling Geotechniek kunt u vinden op www.kiviniria.nl/geo of bij Marty Herrmann, KIVI NIRIA Kamer TU Eindhoven, Tel. 040-247 29 49 (ma t/m vrij 10 - 14 uur), E-mail kiviniria@tue.nl Meer informatie over KIVI NIRIA: www.kiviniria.nl

Netwerk en Communicatie De Afdeling Geotechniek vormt een netwerk van mensen werkzaam op het vakgebied, mensen die het vak studeren en andere geïnteresseerden. Dit netwerk strekt zich uit over de grenzen van ons land en uit zich in nauwe samenwerking met soortgelijke verenigingen binnen Europa. Jaarlijks organiseert de afdeling tal van activiteiten, waarvan een aantal op Europees niveau in samenwerking met anderen. KIVI NIRIA Geotechniek is tevens founding partner van Geonet, het onafhankelijk platform voor interactief geotechnisch Nederland (www.geonet.nl). Alle leden van KIVI NIRIA Geotechniek kunnen zich gratis abonneren op het vakblad Geotechniek. Geotechniek is een informatief/promotioneel onafhankelijk vakblad dat beoogt kennis en ervaring uit te wisselen, inzicht te bevorderen en belangstelling voor het gehele geotechnisch vakgebied te kweken. Het vakblad verschijnt vier maal per jaar (excl. specials). Activiteiten De Afdeling Geotechiek geeft steun aan wetenschappelijk onderzoek en helpt mee aan de ontwikkeling van diverse cursussen op het vakgebied. Daarnaast organiseert de afdeling de Funderingsdag en de Geotechniekdag en vele excursies, lezingen en symposia. Ook voor jonge leden is de afdeling actief. Zo levert zij een bijdrage aan de Young Geotechnical Engineers Conference en er is een speciale afstudeerdersmiddag.


The Magic of Geotechnics Dr. J.K. van Deen Deltares

Wie een kuil graaft voor een ander...

wikipedia.nl/Koepoortgarage

Deze rubriek beweegt zich bij voortduring langs de grenslijn van techniek en maatschappij. Meermalen is aan de orde geweest dat ‘de buitenwereld’ zich onvoldoende bewust is van het belang dat de ondergrond heeft bij alles wat wij doen in onze delta: wonen, werken, bouwen, forenzen, recreëren. Er is betoogd dat we als sector dus een taak hebben om het belang van de ondergrond en de eigenschappen van de grond aan de man te brengen. Maar het lijkt erop dat het belang van de eigenschappen van de ondergrond ook bij ons geo-engineers zelf niet altijd voldoende tussen de oren zit, getuige het feit dat meer dan ons lief is de kranten vol staan van ongewenste effecten van ondergronds bouwen

40 bouwputschades In september 2007 publiceert het vakblad Cement een artikel onder de neutrale titel ‘Schadegevallen bij bouwputten’ [1]. Hoogleraar funderingstechniek Frits van Tol beschrijft daarin een veertigtal gevallen van bouwputten waar het substantieel misging, en hij geeft een analyse van de oorzaken. Die publicatie verdient bredere

14

GEOtechniek – april 2009

aandacht dan alleen het lezerspubliek van Cement en omdat de belangrijkste conclusies in de niet-technische sfeer liggen is deze rubriek een geschikte plek voor een bespreking. In de analyse gaat Van Tol allereerst in op de vraag of de gebeurtenis voorspelbaar of niet voorspelbaar is. Voorspelbare ongewenste gebeurtenissen die toch optreden zijn het gevolg van onvoldoende kennis bij de ontwerpers of uitvoerders. Hier gaat het om de unknown knowns. De inzet van het juiste personeel, het laten uitvoeren van risicoanalyses en ontwerp-reviews kunnen dergelijke gevallen voorkomen. Anders ligt het bij niet of moeilijk voorspelbare ongewenste gebeurtenissen, de unknown unknowns; hier moet extra veiligheid in acht worden genomen en robuust worden ontworpen en voor een meer structurele oplossing moet er gewerkt worden aan de verbetering van de voorspelbaarheid door kennis- en modelontwikkeling. De moeilijkheid schuilt daarin dat het fenomeen eerst herkend en erkend moet worden: het was immers een unknown unknown. De vraag doet zich nu voor in hoeveel gevallen van dit laatste sprake is.

Known unknowns of unknown unknowns? Uit de analyse van de 40 schadegevallen blijkt dat in 24 van de 40 gevallen, dus 60%, de kennis

die benodigd was om de ongewenste gebeurtenis te voorspellen (en dus te voorkomen), wel bestond maar kennelijk niet op het juiste moment op de juiste plaats toegepast werd. Bij – bijvoorbeeld – de toepassing van jetgrouten als afdichting, of een schroefpalenwand als bouwputwand, bestaat er in principe voldoende kennis over de risico’s dat deze wanden of lagen niet volledig dicht zijn. Men weet weliswaar van te voren niet precies waar de onvolkomenheden zullen zitten, maar dat ze er zitten is met voldoende zekerheid bekend. In acht gevallen bleek dat de randvoorwaarden (grondopbouw, fundering belendingen, grenswaarden belendingen) vooraf niet goed bekend waren: de grondopbouw wijken plaatselijk af van hetgeen op basis van vooronderzoek werd verwacht, of het type fundering of de afmetingen van de bestaande funderingen wijkt af van hetgeen werd verwacht. In die gevallen heeft men er voor gekozen (of was men er toe gedwongen door bestaande bebouwing) een beperkt onderzoek uit te voeren. Als men zich bewust is van deze beperktheid is in principe de benodigde kennis aanwezig, namelijk dat dergelijke afwijkingen kunnen optreden. Het gaat dan vervolgens om het maken van een goede risicoanalyse, waarbij wordt nagegaan wat de gevolgen van de onvolkomenheden in informatie zijn, hoe we tijdig kunnen constateren dat een afwijking optreedt, en wat de terugvalopties zijn. Tijdig constateren heeft alles te maken met een adequaat monitoringsprogramma tijdens de uitvoering. Het van te voren doordenken van de terugvalopties is een wezenlijk onderdeel van de risicobeheersing.

Deskundigheid mobiliseren In de meeste gevallen bestond de kennis om de problemen te voorkomen wel, maar was deze niet aanwezig binnen de groep die verantwoordelijk was voor het ontwerp of de uitvoering. De juiste keuze van de in te zetten capaciteit is dus in heel veel gevallen bepalend voor het wel of niet optreden van schade. Scholing en opleiding van personeel is van belang, maar ook het vastleggen en doorgeven van ervaring omdat de verblijftijd van personeel op één werkplek tegenwoordig erg kort is. Bij veel bedrijven is het collectief geheugen de laatste jaren daardoor eerder af- dan toegenomen en het is maatschappelijk van groot belang dat er zoiets als een collectief geheugen van de sector tot ontwikkeling komt. Ontwikkelingen zoals GeoBrain waarin ervaringsgegevens in een database worden


The Magic of Geotechnics

vastgelegd, kunnen daar behulpzaam bij zijn. Dat betekent dus dat in 40% de kennis of niet bestond of in onvoldoende mate aanwezig was. In de helft van die gevallen was de kennis wel kwalitatief aanwezig maar niet kwantitatief. De leemten in kennis gaan over het algemeen niet om volledig onbekende fenomenen, maar veel meer over bekende verschijnselen die niet goed te voorspellen zijn. Een groot gedeelte van deze categorie heeft te maken met het installeren van damwanden en lekkage door damwanden, zowel veroorzaakt door slotopeningen als lekkage door de sloten in watervoerende zandlagen. Slechts in één geval was sprake van een tevoren volledig onbekend fenomeen. Alles overziend is onderzoek gewenst op het gebied van het installeren van damwanden, diepwanden en palenwanden zowel met betrekking tot het effect daarvan op belendingen (zakking en trillingen) als met betrekking tot de waterdichtheid.

Het gaat niet altijd fout... Van Tol zag 40 bouwputten in 10 jaar mis gaan, dat is gemiddeld 4 per jaar. Gelukkig zijn er dus

ook veel bouwputten zijn waar geen ellende optreedt. Misschien is dat wel zo in 80 of 90% van de gevallen. Maar dan nog steeds bepaalt die overige 10% wel het imago van de geo-engineering. Van gebeurtenissen als het A-theater in Middelburg, het Museumpark in Rotterdam of het Vijzelgrachtstation in Amsterdam wordt niemand blij. De opdrachtgever niet, want uiteindelijk komt een deel van de financiële schade toch daar terecht, nog afgezien van de vertraging en de imagoschade. De opdrachtnemer al helemaal niet, om precies dezelfde redenen. En u, als lezer van dit blad deel uitmakend van de geotechnische gemeenschap niet – als u uw schoonmoeder moet uitleggen waarom het nú weer mis is gegaan.

Hoe bereiken we dat we het als sector beter voor elkaar krijgen? Het Centrum Ondergronds Bouwen hield op 29 januari een bijeenkomst over 'Bouwen aan Vertrouwen'. Hier stond natuurlijk ook deze vraag op de agenda. Geconcludeerd werd door mensen van buiten de techniek dat (geo)technici

veel te weinig trots zijn op geslaagde projecten en hierover veel te weinig communiceren. Daarnaast loopt bij CUR Bouw&Infra een commissie die 'geotechnisch falen' onderzoekt, zodat we kunnen leren en daarmee het aantal known-unknowns kunnen terugdringen. Dit zijn belangrijke stappen op weg. Zijn ze voldoende om opdrachtgevers af te krijgen van de Oer-hollandse neiging om op laagste prijs aan te besteden en liefst het budget nog wat te knijpen omdat het project anders niet haalbaar is en de bestuurlijke ambities moeten worden bijgesteld? Hoe bieden we als sector tegenwicht hiertegen zonder in de valkuil te vallen van kartelvorming en verwijten van prijsopdrijving? Dit blad wil daarover graag een discussie uitlokken. Mail uw reactie of suggestie naar reactiegeotechniek@geonet.nl en we komen er in een volgend nummer op terug.

[1] A.F. van Tol, Schadegevallen bij bouwputten, Cement 59 (2007) nr 6, pag. 6-13. 


Afstudeerders

Ing. H.J. Everts

Bouwputvernageling

In deze rubriek wordt een samenvatting gegeven van het afstudeerwerk van studenten van de Technische Universiteit Delft, die afstuderen bij Geo-engineering. Dit keer bespreekt Bert Everts het werk van Robbert van Leeuwen, die afstudeerde bij prof. ir. A.F. van Tol.

Als het enigszins mogelijk is wordt in Nederland als onderafdichting van een bouwput gebruik gemaakt van van nature aanwezige, slecht waterdoorlatende lagen. Deze methode is vaak relatief betrouwbaar en goedkoop. Als zo diep wordt ontgraven dat het resterende gewicht op de slecht waterdoorlatende laag niet voldoende groter is dan de waterdruk tegen de onderzijde van die laag, dan moeten aanvullende maatregelen worden genomen. Die kunnen bijvoorbeeld bestaan uit het verlagen van de waterdruk of het toepassen van een verankerde onderwaterbetonvloer. Het eerste is in stedelijk gebied vaak ongewenst en het tweede is relatief kostbaar. Een minder ingerijpende methode is de methodiek van bouwputvernageling. Hierbij wordt een bouwputboden gestabiliseerd door middel van een vele malen te herhalen cyclus van het maken van een kleine ontgraving en daarbinnen aanbrengen van een verankerde plaat. Deze methode is vooral toepasbaar in gevallen waarbij in geval van integrale ontgraving net niet voldoende weerstand tegen opbarsten aanwezig is.

Tabel 1 Combinaties van materiaalen belastingfactoren om de maatgevende bezwijkmechanismen te vinden met Plaxis.

Werkwijze Het idee is dat eerst de ankers worden aangebracht vanaf een niveau boven de stijghoogte van de te doorsnijden slecht waterdoorlatende laag. Daarna wordt lokaal tot het gewenste niveau ontgraven. Binnen de ontgraving wordt een plaat gelegd en gekoppeld aan een anker. Vervolgens kan het anker worden voorgespannen.

Bezwijkmodellen Robbert van Leeuwen beschouwt in het gebied tussen platen 3 bezwijkmechanismen (zie figuur 2a-b-c): a. uitkraging zonder glijvlakontwikkeling; b. uitkraging met glijvlakontwikkeling; c. grondkegelbreuk. Deze bezwijkmechanismen zijn door middel van een standaard phi-c-reductie met een elementenprogramma niet te vinden. De reden daarvoor is dat deze bezwijkmechanismen geen sterkteprobleem zijn. De gevonden bezwijkmechanismen zijn immers nauwelijks afhankelijk

Benadering

Sterkteeigenschappen

Opwaartse waterdruk

Grondbelasting

I

ϕ'-c' reduction

1,0

1,0

II

1,0

variëren

1,0

III

c'd = c'rep /1,5 tan ϕ'd = tan ϕ'rep / 1,2

variëren

1,0

IV

1,0

1,0

varieren

V

c'd = c'rep /1,5 tan ϕ'd = tan ϕ'rep / 1,2

1,0

varieren

van de sterkte van de grond, maar worden beheerst door de grootte van de waterdruk en het eigen gewicht van de grond. Die worden met een phi-c-reductie evenwel niet beinvloed. Daarom is gekozen voor een analyse met de volgende combinaties van metariaal en belastingfactoren. Deze bezwijkmechanismen zijn vertaald in 3 opbarstmodellen, zie figuur 3. In dit opbarstmodel zijn 3 mogelijk maatgevende situaties te onderscheiden. Het gebied waar een breukvlak wil ontstaan wordt rondom begrensd door taluds (1). Nadat een plaat is aangebracht wordt de volgende ontgraving aan 1 zijde begrensd door een talud en aan een andere zijde door een plaat (2). Na het aanbrengen van meerdere platen zijn er locaties die rondom worden begrensd door platen (3). De voor het evenwicht maatgevende vertikalen zijn aangegeven. Per situatie is het evenwicht op 3 verschillende wijzen beschouwd. In de ondergrensbenadering wordt ter plaatse van een vertikaal als weerstand alleen het gewicht van de direct bovenliggende lagen in rekening gebracht, zonder schuifspanningseffecten. In een meer geavanceerde beschouwing wordt ook rekening gehouden met spanningsspreiding. Het effect van spanningsspreiding is weergegeven in figuur 4. In het model wordt als weerstand dan het gewicht van het rode blokje in rekening gebracht, samen met de schuifspan-

a 1

2

3 b

c

Figuur 1 De bouwfasering: 1, 2,en 3

16

GEOtechniek – april 2009

Figuur 2 Onderscheiden bezwijkmechanismen.


Afstudeerders

1

2

3

De in rekening gebrachte schuifspanningen zijn die spanningen die optreden bij een verticale verplaatsing van 0,1 m. Bij grotere verplaatsingen wordt het optreden van scheurvorming waarschijnlijk geacht en ontstaat een ander bezwijkmechanisme. Een bovengrens voor de weerstand wordt verkregen indien in de verticale vlakken een glijvlak ontstaat. Bij dit bezwijkmechanisme speelt de sterkte van de grond wel een rol, maar in de onderzochte gevallen een ondergeschikte.

Figuur 3 Onderscheiden opbarstmodellen.

Figuur 4 De in verticale vlakken gemobiliseerde schuifweerstand is gespreid naar het ontgravingsniveau.

ningen die in de verticale vlakken van het rode blokje worden ontwikkeld. In figuur 4 zijn deze gespreid naar de bodem van de ontgraving.

Figuur 5 Maximale weerstand tegen opbarsten bestaat uit gewicht blokje, vermeerderd met bezwijkschuifspanningen in verticale vlakken.

In sommige publicaties wordt als weerstand zowel het effect van spanningsspreiding als de schuifweerstand in verticale vlakken in rekening gebracht, hetgeen onjuist is. In dat geval wordt de schuifweerstand 2 maal in rekening gebracht. In het afstudeerwerk worden verder richtlijnen gegeven voor het toepassen van de verschillende modellen en ontwerpbenaderingen. 


SBR-info Column Jack de Leeuw

Het staat er zo gewoontjes: ‘Deel B van het Handboek Funderingen is volledig vernieuwd en komt binnenkort op de markt’. Maar wat zijn we er trots op. Nergens vindt u een vollediger overzicht van de producten die op de markt zijn. Achter het maken van dat overzicht zitten tientallen mensen bij bedrijven die hun gegevens hebben geleverd, een rapporteur die achter iedereen aan zat om het voor elkaar te krijgen, een redactiecommissie die alles heeft beoordeeld en een uitgever en redacteur die met de grootst mogelijke zorgvuldigheid alles hebben verwerkt en vormgegeven. Met deel B hebt u alle informatie in huis om gefundeerde keuzes te maken. Dat er veel wordt geïnnoveerd mag blijken uit nieuwe begrippen die hun intrede doen. Waar we op de bouwplaats toch nog steeds praten over heipalen, laat het boek zien dat het vakgebied zich sterk heeft ontwikkeld. Voor elke plek en elke omstandigheid is er wel een paalsysteem. Goed is ook om te zien dat duurzaamheid een belangrijke rol speelt. Steeds vaker wordt gezocht naar integratie van functies en met de toenemende belangstelling voor warmte en koude opslag in de bodem dragen ook paalsystemen hun steentje bij. Slim materiaalgebruik en verbetering van de milieuwaarde is ook een trend die doorzet. Dat komt ook tot uitdrukking in de productnamen. SBR heeft ooit een boekje uitgebracht over (het gebrek aan) marketing in de bouw. Daar hebben we zo te zien hier geen last van! Het levert af en toe een glimlach op bij de redactie, terwijl ze bezig waren objectief kenmerken toe te kennen aan de systemen. Kortom, het was een hele klus, maar die is met veel plezier uitgevoerd en het resultaat is er naar. Op 9 april lichten we alvast een tipje van de sluier op.

ir. Jack de Leeuw Algemeen directeur SBR

Update leveranciers van paalsystemen In opdracht van SBR is er een volledige update gemaakt van de leveranciers van paalsystemen op de Nederlandse markt. De leveranciers zijn benaderd met de vraag om hun bedrijfsgegevens te controleren en de door hen geleverde paal- en ankersystemen op te geven. Van de paalsystemen zijn specificaties verzameld en waar nodig geverifieerd en gevalideerd. Er is veel effort in gestoken om een zo compleet mogelijk spectrum van paalsystemen te genereren. Met deze gegevens komt binnenkort deel B van het SBR Handboek Funderingen in een volledig herziene vorm beschikbaar. In hoofdzaak zijn de volgende wijzigingen doorgevoerd: - volledige actualisatie van de gegevens van huidige leveranciers; verdwenen bedrijven zijn afgevoerd, nieuwe spelers zijn toegevoegd en naamswijzigingen zijn verwerkt; - aan de systemen zijn trefwoorden toegevoegd waardoor het zoeken wordt verbeterd; - bij veel systemen zijn de paalafmetingen gewijzigd; - veel nieuwe systemen met vaak exotische namen, zoals Lekapaal, MVP-paal, Fluisterpaal, Hailightpaal, Ecopaal, VSD-paal, VGS-paal, zijn toegevoegd; - nieuwe typen paalsystemen, zoals Casing boorpaal, MicroTunneling-paal en klapanker zijn in aparte paragrafen ondergebracht; - het hoofdstuk stalen buispalen is geherstructureerd; hier is zoals aangekondigd een nieuwe categorie toegevoegd: ankerpalen overeenkomstig de indeling van CUR commissie 152; - de benadering van de ontwerpfactoren van gedrukte paalsystemen is iets aangepast; - de ‘mini-vibropalen’ als tegenhanger voor de

HSP-paal zijn toegevoegd; - het overzicht van paalsystemen in het hoofdstuk funderingsverbetering is aangepast - afbeeldingen zijn aangepast en waar nodig toegevoegd. Binnenkort kunnen abonnees de herziene versie op internet, via de online bibliotheek www.sbr-info.nl, raadplegen. Heeft u de oude handboeken Funderingen nog staan? Dan ontvangt u al twee jaar geen updates meer. Actuele kennis en informatie over bijvoorbeeld toeleveranciers is belangrijk voor uw concurrentiepositie! SBR beveelt u daarom sterk aan om over te stappen op de online versie van het handboek. Daarmee hebt u altijd de nieuwste informatie direct binnen handbereik. Bovendien kunt u deze informatie door de vele hyperlinks veel gemakkelijker doorzoeken.

Inruilactie: 25% korting! Lever nu uw oude ringband in en pak 25% korting op de aanschafprijs van het digitale handboek. Daarbij krijgt u kosteloos de beschikking over de digitale versie van de SBR-Richtlijn Trillingen (delen A, B en C). Voor meer informatie neem contact op met SBR, afdeling verkoop, 010-411 41 11. Of kijk op www.sbr.nl/funderingen.

Paalsystemen centraal tijdens bijeenkomst SBR Funderingen 2009 Kom 9 april 2009 naar het Bouwhuis Zoetermeer en laat u in één middag helemaal bijpraten over funderingen. De bijeenkomst staat geheel in het teken van paalsystemen. Kijk in de agenda op www.sbr.nl voor meer informatie en aanmelden.

GEOtechniek – april 2009

19


agenda 2009  = Organisatie

Cursussen Risico beheersing van gemeentelijke bouwprojecten 1 april 2009  PAO

3D modelleren van paalgroepen 19 mei 2009  Delft Geoacademy

Beter bouw en woonrijpmaken  PAO 7 april 2009

Application of soil improvements for infrastructure on soft soils 19 en 20 mei 2009  Delft Geoacademy

Risicomanagement voor geotechnici 7 april  Delft Geoacademy Geo-engineering bij aanleg kabels en leidingen 7 april  Delft Geoacademy

Geotechniek in het toetsen van dijken voor dijkbeheerders 26 en 27 mei 2009  Delft Geoacademy, PAO Sondeermeester 30 mei en 13 juni 2009

Cursus Eurocode 7: Geotechniek 16 april 2009 april  PAO Inleiding GeoQ - Risicomanagement van de ondergrond 7 en 8 april 2009  Delft Geoacademy Basiscursus damwanden ontwerpen met MSheet volgens CUR-166 24 april 2009  Delft Geoacademy

 Delft Geoacademy

Isotachen zettingsberekeningen 3, 10 en 17 juni 2009  Delft Geoacademy Cursus Paalfunderingen voor civiele constructies 9 juni 2009  PAO Setting up a geotechnical soil investigation program 9-11 juni 2009  Delft Geoacademy

Cursus Stabiliteit van grondlichamen berekenen met MStab 6 oktober 2009  Delft Geoacademy Cursus Risicobeheersing van gemeentelijke bouwprojecten 7 oktober 2009  Delft Geoacademy Paalfunderingen ontwerpen en toetsen volgens NEN en CUR 7 oktober en 24 november 2009  Delft Geoacademy Basiscursus damwanden ontwerpen met MSheet volgens CUR-166 15 oktober 2009  Delft Geoacademy Horizontaal gestuurd boren met MDrill 10 november 2009  Delft Geoacademy Gevorderdencursus damwanden ontwerpen met MSheet volgens CUR 166 17 november 2009  Delft Geoacademy

Basiskennis geologie voor civiele techniek in Nederland 21, 22 en 24 april 2009  Delft Geoacademy, PAO

Basiscursus damwanden ontwerpen met MSheet volgens CUR-166 8 en 29 september 2009  Delft Geoacademy

Geotechnical Instrumentation for field measurements 21 tot 23 april 2009  Delft Geoacademy

Modelleren van bronbemalingen 22 september 2009  Delft Geoacademy

Excursies

Aan de grond zitten 28 sept. / 5 -12 -19 - 26 okt. 2009 Groep 1 30 sept. / 7-14 - 21 - 28 okt. 2009 Groep 2  Delft Geoacademy

Noord/Zuidlijn tussen stations 21 april 2009, Amsterdam  Betonvereniging

Eurocode 0 + 1: grondslagen en belastingen 12 mei 2009  PAO Modelleren van moderne consolidatietechnieken bij ophogingen 12 mei 2009  Delft Geoacademy

Eurocode 7: Geotechniek 1 en 2 oktober  PAO

Lezingen / Themadagen 1e Kivi/Niria lezingenavond 2009 6 mei  KIVI NIRIA afd. Geotechniek

Beton in funderingen 22 september  Betonvereniging / KIVI NIRIA

CUR Bouw & Infra dag 14 mei 2009  CUR

Geotechniekdag 5 november o.v.b.

CUR Delft Cluster lezingenmiddag 9 juni  CUR Delft Cluster

2e Kivi/Niria lezingenavond 2009 25 november  KIVI NIRIA afd. Geotechniek

Informatie en aanmelding

Delft GeoAcademy www.delftgeoacademy.nl +31-(0)15-269 3752

Betonvereniging www.betonvereniging.nl +31-(0)182-539 233

Deltares www.deltares.nl +31-(0)15-269 3500

COB www.cob.nl +31-(0)182-540 660

Elsevier Opleidingen www.elsevieropleidingen.nl +31-(0)78-625 3888

CROW www.crow.nl +31-(0)318-695 300

KIVI NIRIA www.kiviniria.nl +31-(0)70-391 9890

CUR www.cur.nl +31-(0)182-540 600

KOAC-NPC www.koac-npc.nl +31-(0)55-543 3100

Excursie aquaduct middelburg 5 juni 2009  KIVI/NIRIA afdeling bouw en waterbouw Excursie Nieuwbouw bestuurscentrum Rabobank Nederland 29 juni 2009  KIVI/NIRIA afdeling bouw en waterbouw Excursie N210 september 2009  KIVI NIRIA afdeling Geotechniek

 KIVI NIRIA / KVIV

NGO www.ngo.nl +31-(0)30-605 6399 NSTT www.nstt.nl +31-(0)182-567 380 PAO www.pao.tudelft.nl +31-(0)15-278 4618 PLAXIS www.plaxis.nl +31-(0)15-251 7720 TI-KVIV www.ti.kviv.be +32-(0)3-260 0840

Internationale Congressen International Symposium on Geoenvironmental Engineering, ISGE 2009 Zhejiang University, Hangzhou – China September 8-10, 2009 www.ssgeo.zju.edu.cn 17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering 5 - 9 oktober 2009, Alexandrië – Egypte www.2009icsmge-egypt.org 9th International conference on geosynthetics (IX ICG), 23 -27 maart 2010 – Brazilië www.9icg-brazil2010.info

GEOtechniek – april 2009

21


EurGeol. P. Van Calster Voorzitter Werkgroep Bemalingen ir. F. De Cock Geo.be BVBA ir. M. De Vos Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf (WTCB) prof. ir. J. Maertens Jan Maertens & Partners BVBA en KULeuven ir. G. Van Alboom Vlaamse Overheid, Dep. Mobiliteit en Openbare Werken, Afd. Geotechniek

Samenvatting Bij bemalingswerkzaamheden is het vaak onduidelijk welke de taken en verantwoordelijkheden zijn van de verschillende betrokken partijen. Een Werkgroep, opgericht in de schoot van het TI-KVIV Genootschap ‘Grondmechanica en Funderingstechniek’, stelde richtlijnen op die de opdrachtgever en de ontwerper begeleiden bij het ontwerp van een bemaling, vanaf het grondonderzoek tot bij de technische bestektekst. Nadien vinden de opdrachtgever, de ontwerper en de uit-

Ontwerp en uitvoering van bemalingen: Belgische richtlijnen

voerder in de richtlijnen ook de nodige begeleiding bij de uitvoeringsaspecten van de bemaling.Het artikel omschrijft kort wat men in de Richtlijnen Bemalingen kan vinden: verantwoordelijkheden, benodigd grondonderzoek, wat omvat de studie van de ontwerper, en aanbevelingen met betrekking tot de uitvoeringsaspecten.

Figuur 1 Voorbeeld van een bemalingsinstallatie.

Inleiding Voor de uitvoering van bouwwerken, klein of groot, heeft men steeds de betrachting om ‘in den droge’ te werken. Tijdelijke grondwaterver-

Cat. Voorbeeld

Aantal CPT's

Aantal peilbuizen

Andere proeven

0

grond : zand afmalingshoogte : < 3 m afstand naburige constructies : > 20 m bemalingsduur : < 2 maanden

min. 2

min. 1 / watervoerende laag

-

1

grond : leem, kleihoudend zand afmalingshoogte : 3 à 6 m afstand naburige constructies : > 20 m bemalingsduur : 2 à 6 maanden

werken langs een traject : min. 1 / 50 m

werken langs een traject : min. 1 / 200 m, en dit in iedere watervoerende laag

-

bouwputten,... : min. 1 / 500 m2 minimum minimorum : 2

bouwputten,... : min. 1 / 2000 m2, en dit in iedere watervoerende laag minimum minimorum : 1 / watervoerende laag

2

grond : gelaagd, gespannen water afmalingshoogte < 3 m afstand naburige constructies : < 20 m bemalingsduur : 2 à 6 maanden

aantal te bepalen door de ontwerper, maar steeds > aantal geldig voor cat. 1

aantal te bepalen door de ontwerper, maar steeds > aantal geldig voor cat. 1

min. 1 boring

3

grond : aanwezigheid van veen afmalingshoogte 3 à 6 m afstand naburige constructies : < 20 m bemalingsduur : > 6 maanden

aantal te bepalen door de ontwerper, maar steeds > aantal geldig voor cat. 1

aantal te bepalen door de ontwerper, maar steeds > aantal geldig voor cat. 1

boringen: aantal te bepalen door de ontwerper, met een minimum van 1 pompproeven: ontwerper beslist of deze nodig zijn

Tabel 1 Benodigd grondonderzoek in functie van de categorie van de bemaling.

22

GEOtechniek – april 2009

lagingen of bemalingen zijn dan ook een belangrijk domein van de bouwkunde. Het laatste decennium merken we hieromtrent een belangrijke toename van discussies tussen opdrachtgever, ontwerper en uitvoerder. Deze discussies eindigen dikwijls in een lange juridische strijd. Dit komt soms omdat het onderwerp behoort tot de specialisatie van de hydrogeologie waarin noch de ontwerper, noch de uitvoerder zich echt thuis voelen. Maar meestal worden de discussies veroorzaakt door slechte of onduidelijke afspraken. In de hoop om het aantal conflictsituaties te verminderen, werd door het TI-KVIV Genootschap Grondmechanica & Funderingstechniek een werkgroep opgericht. Deze werkgroep heeft een objectieve poging gedaan om richtlijnen voor het ontwerp en de uitvoering van een bemaling op te stellen, rekening houdende met het advies van gespecialiseerde bemalingsfirma's, algemeen aannemers, studiebureaus, opdrachtgevers en verzekeringsmaatschappijen. Deze richtlijnen hebben tot doel de opdrachtgever en de ontwerper te begeleiden vanaf het grondonderzoek tot bij de technische bestektekst. Eenmaal de uitvoerder aangeduid, vinden de opdrachtgever, de ontwerper en de uitvoerder in deze richtlijnen de nodige begeleiding bij de uitvoeringsaspecten van de bemaling.


Verantwoordelijkheden In de richtlijnen worden eerst en vooral de verantwoordelijkheden en de taken vastgelegd respectievelijk van de opdrachtgever, de ontwerper en de uitvoerder bij bemalingswerkzaamheden, zoals weergegeven in figuur 2. De ontwerper zorgt achtereenvolgens voor het vooronderzoek, het grondonderzoek, de bepaling van de hydraulische parameters, het concept van de bemaling, het definiëren van de monitoring, de risicoanalyse en het opstellen van de bestektekst voor de bemalingswerkzaamheden. De uitvoerder stelt een gedetailleerd bemalingsplan op en voert de bemaling uit. Als basisregel geldt dat de ontwerper de vermelde taken uitvoert voorafgaandelijk aan de aanbesteding. De architect of de studiedienst van het gehele bouwproject is dus ook ontwerper van de bemaling. Hij kan zich uiteraard laten bijstaan door een specialist ter zake. Uitzondering hierop zijn bijvoorbeeld de contracten van het type ’Design & Build’ waarbij de aannemer uitvoerder én ontwerper is. In dat geval moet bij voorkeur het vooronderzoek, het grondonderzoek en de bepaling van de hydraulische parameters vooraf gebeurd zijn door de architect of studiedienst van de opdrachtgever, ofwel moet voldoende tijd voorzien worden voor het door de aannemer uit te voeren en te analyseren grondonderzoek.

1

Opdrachtgever

2

Ontwerpen bemaling

Uitvoeren bemaling

Architect aanstellen Eventueel inschakelen studiedienst

Aannemer aanstellen

- Vooronderzoek / grondonderzoek - Bepalen hydraulische parameters - Concept bemaling + afschermende maatregelen - Inschatten effecten bemaling - Risicoanalyse - Monitoringprogramma

- Gedetailleerd bemalingsplan - Installeren monitoring - Uitvoeren bemaling

Opdrachtgever

Inschakelen architect/studiedienst

Ja

Ontwerpen bemaling

Uitvoeren bemaling

conform bovenstaand

Neen Aannemer

- Vooronderzoek / grondonderzoek - Bepalen hydrau lische parameters - Concept + gedetailleerd bemalingsplan - Afschermende maatregelen - Risicoanalyse - Opstellen monitoringprogramma + installeren - Uitvoeren bemaling

Grondonderzoek De ontwerper zal eerst de bestaande geologisch, hydrogeologisch en geotechnisch relevante gegevens verzamelen. Hiervoor kan hij zich baseren op onder andere de Databank Ondergrond Vlaanderen (figuur 3) en verschillende kaarten (historische kaarten, grondmechanische en geologische kaarten, quartair kaarten, bodemkaarten, hydrogeologische, grondwaterkwetsbaarheids- en grondwaterverziltingskaarten). Daarnaast kan informatie ingewonnen worden over de fundering en uitvoeringswijze van naburige constructies. Verder dient ook informatie verzameld te worden over mogelijke bestaande verontreinigingen en over de aanwezigheid van grondwaterwingebieden in de omgeving. Op basis van deze ingewonnen informatie wordt de geologische en de lithologische opbouw van de betrokken site aangegeven, met aanduiding van de opeenvolging en de diktes van de verschillende watervoerende en waterremmende lagen. Op basis van de verzamelde gegevens bepaalt de ontwerper het benodigde grondonderzoek. Om rekening te houden met de impact van de bemaling op de omgeving en de risico's verbonden aan de bemaling, wordt eerst de categorie bepaald, waartoe het werk behoort. Dit gebeurt door aan de bemaling verschillende scores toe te

Figuur 2 Traditionele projectorganisatie (boven) en ‘Design & Build’ organisatie (onder).

Figuur 3 Voorbeeld uit Databank Ondergrond Vlaanderen (topografische kaart met aanduiding van sonderingen en boringen en grondwaterkwetsbaarheidskaart).

GEOtechniek – april 2009

23


voor aanvang van de werken

Hydraulische parameters en waterstanden

fase i van de werken

peilbuis seizoenschommeling GWS kar. waarde GWS

bemalingsdiepte afmalingshoogte

stijghoogte laag 1

Q min. historische GWS verschil t.o.v. historische GWS

doorlatende laag 2

weinig doorlatende laag

doorlatende laag 1

Figuur 4 Kenmerkende waterstanden en stijghoogten water in de peilbuis en onttrekkingsput.

Figuur 5 Schema lagenmodel voor MODFLOW-berekening.

De ontwerper bepaalt de doorlatendheidscoëfficiënt en zonodig andere hydraulische parameters. De doorlatendheidscoëfficiënt kan bepaald worden uitgaande van verschillende gegevens (literatuur, proeven, modellen). In tabel 2 worden deze gegevens gerangschikt volgens hun betrouwbaarheid voor de bepaling van de doorlatendheidscoëfficiënt. Daarbij duidt ’1’ op ’meest geschikt’ en hoe hoger de waarde, hoe minder geschikt. Doorlatendheidscoëfficiënten, bekomen uit proeven of gegevens waaraan een score van 3 of hoger werd toegekend, moeten getoetst worden aan andere beschikbare gegevens (lokale of regionale proefgegevens); uiteindelijk zal op basis van engineering judgement en gekoppeld aan een sensitiviteitsanalyse de meest geschikte waarde worden aangenomen. Voor het ontwerp van de bemaling bepaalt de ontwerper de relevante waterstanden en stijghoogten (zie ook figuur 4): - de karakteristieke waarde van de grondwaterstand(en) en stijghoogten in rust: behoudens sterke seizoensvariaties kunnen deze waarden meestal gelijk worden genomen aan de gemiddelde gemeten waarden; - de vermoede of gekende minimale historische grondwaterstand die bij de raming van de zettingen kan worden aangehouden; bij afwezigheid van historische gegevens wordt best gerekend met de laagst opgemeten grondwaterstand; - de karakteristieke waarden van de grondwaterstand(en) en stijghoogten die bij de stabiliteitscontroles in de diverse bouwfasen en voor de afgewerkte constructie worden gehanteerd; dit is meestal een veilige schatting van de hoogst mogelijke waterstanden of van het hoogst mogelijk stijghoogteverschil tussen verschillende grondlagen. Merk op dat de grondwaterstanden, gebruikt voor het ontwerp van de bemaling over het algemeen verschillend zijn van de grondwaterstanden waarvan uitgegaan wordt voor de controle op opdrijven.

Concept van de bemaling

kennen volgens de grondlagenopbouw, de bemaalbaarheid, de afmalingshoogte en de aanwezigheid van constructies in de nabijheid en de bemalingsduur. De som van deze scores bepaalt tot welke categorie een bemaling behoort. Per categorie is vastgelegd welke en hoeveel proeven minimaal uitgevoerd moeten worden. Het grondonderzoeksprogramma

24

GEOtechniek – april 2009

voor de verschillende categorieën wordt gegeven in tabel 1. De resultaten van dit grondonderzoek worden door de ontwerper geëvalueerd. Indien hij dit nodig acht (bv. bij belangrijke verschillen tussen de resultaten van het grondonderzoek en deze van het vooronderzoek), wordt bijkomend grondonderzoek uitgevoerd.

De ontwerper bepaalt op basis van de verzamelde informatie de bemalingsmethode en de laag/ lagen waarin gepompt moet worden. Hij specificeert tot welke peilen het grondwater verlaagd moet worden. Hij laat zich bij deze keuzes leiden door: - de bestaande grond- en grondwateromstandigheden - de uitgravingsdiepte en de omvang van de te realiseren grondwaterverlaging


Ontwerp en uitvoering van bemalingen: Belgische richtlijnen

De invloed van de bemaling op de omgeving kan ook beperkt worden door de duur van de bemaling te beperken, bijvoorbeeld door voor het uitgraven van de bouwput verticale trekelementen aan te brengen en om de algemene funderingsplaat of de vloerplaat van de op te richten constructie aan deze trekelementen vast te maken. De trekelementen en de vloerplaat worden zodanig gedimensioneerd dat de bemaling kan worden stopgezet van zodra de kelderwanden opgetrokken zijn. Op deze wijze kan worden voorkomen dat er nog gedurende een zeer lange periode gepompt moet worden totdat het gewicht van de constructie voldoende groot is om opdrijven tegen te gaan.

Grondwatermodellering De ontwerper stelt een hydrogeologisch rekenmodel op. De berekeningen kunnen gaan van zeer eenvoudig/handmatig tot zeer complex via performante rekenprogrammatuur (figuur 5). Hij maakt voor de mogelijke bemalingsmethoden in combinatie met de eventuele afschermende maatregelen een raming van de verlagingen buiten de bouwput, de invloedssfeer van de bemaling en de bemalingsdebieten om de gewenste verlagingen ter plaatse van de bouwput

Rechtstreekse bepaling

Type proef

Onrechtstreekse bepaling

- de eventuele noodzaak om de invloed van de bemaling op de omgeving te beperken - de milieuvergunningseisen - de uitvoeringswijze van de constructie Ter beperking van de invloed van de bemaling op de omgeving, kan het nuttig of aangewezen zijn om afschermende maatregelen te voorzien. De ontwerper kan bijvoorbeeld een verticaal waterremmend scherm voorzien en/of een horizontale waterremmende laag (deze laatste kan ook van nature aanwezig zijn). Dergelijke barrières beperken niet alleen de grondwaterverlaging in de omgeving, zowel naar diepte als naar afstand, ze hebben tevens een aantal bijkomende voordelen: het te ontwateren grondvolume en het pompdebiet zijn kleiner, waardoor de materieelen energiekosten lager zijn, en er wordt minder of geen water geloosd. Vooral in het geval van verontreinigde grond of grondwater kan dit een belangrijk pluspunt zijn. Als alternatief, of soms in combinatie met bovenstaande afschermende wanden, kan een retourbemaling worden toegepast. De haalbaarheid van deze retourbemaling wordt door de ontwerper afgewogen, rekening houdende met de resultaten van de risicoanalyse, de kostprijs, de beschikbare ruimte, de technische haalbaarheid, de effecten op de omgeving,etc. In de richtlijnen wordt informatie gegeven met betrekking tot het ontwerp en de uitvoering van afschermende maatregelen.

Betrouwbaarheidsniveau Voor niet-cohesieve gronden

Voor cohesieve gronden

Pompproef

1

(2)*

Doorlatendheidsproeven in een boorgat**

2

-

Doorlatendheidsproeven in het laboratorium*** : proef met veranderlijk verval

-

3

Doorlatendheidsproeven in het laboratorium*** : proef met constant verval

5

-

Doorlatendheidsproeven in het laboratorium*** : flexible wall permeameter

-

2

Uit korrelverdeling (d10 )

3

-

Uit samendrukkingsproeven

-

4

Uit dissipatieproeven bij piëzoconesonderingen

-

3

Uit inversiemodel (grondwatermodellering)

3

3

Uit beschikbare gegevens

3à4

3à4

* Verticale doorlatendheden van een continue waterremmende laag tussen 2 watervoerende lagen kunnen ook uit pompproeven worden afgeleid. ** Door een verbuisde boring wordt de grond ‘gesmeerd’, waardoor de doorlatendheid die gemeten wordt, lager kan zijn dan de werkelijke doorlatendheid. *** Door het beperkte monstervolume mogelijks niet representatief voor de volledige laag.

Tabel 2 Betrouwbaarheid van proeven ter bepaling van de doorlatendheid (schaal van 1 tot 5, waarbij 1 staat voor ‘meest geschikt’).

te realiseren. Door de vele aannamen mogen de analytisch berekende resultaten in veel gevallen slechts als een globale indicatie van de mogelijke effecten van de bemaling worden gezien.

Invloed van de bemaling De ontwerper bestudeert de invloed van de bemaling op de omgeving. Naast het ontstaan van zettingen, kan een bemaling mogelijks ook tot gevolg hebben dat grond- en/of grondwaterverontreinigingen zich verplaatsen en (bij langdurige bemalingen) een invloed hebben op de omgevende flora (bomen, gewassen, landbouw) en op waterwinningen en vijvers (gevaar op droogvallen). Ook de begrenzingen van zoet en brak water kunnen wijzigen ten gevolge van een bemaling. Met betrekking tot de zettingen wordt in de richtlijnen informatie verstrekt, zowel wat betreft de raming van de te verwachten zettingen, als wat betreft de grenswaarden voor totale en differentiële zettingen. De ontwerper dient eveneens een aantal andere

stabiliteitsaspecten die gepaard gaan met de grondwaterverlaging te beschouwen, zoals bijvoorbeeld de veiligheid tegen opbarsten van de bouwputbodem, de stabiliteit van de bouwputbegrenzing, kwel door de bouwputbodem of door de wand, welvorming, de stabiliteit wanneer de grondwaterverlaging wordt verminderd of stopgezet, etc.

Monitoring Monitoring kan bestaan uit: - peilbuismetingen - debietmetingen - controle van het onttrokken water - plaatsbeschrijvingen - inmeten van meetpunten op omgevende constructies en wegeninfrastructuur - opvolgen van scheuren De ontwerper specificeert de door de uitvoerder uit te voeren monitoring, met name de aard van de metingen, de plaats en het aantal meetpunten, de periode gedurende dewelke gemeten

GEOtechniek – april 2009

25


moet worden en de meetfrequentie. De uitgebreidheid van de monitoring zal afhankelijk zijn van de categorie van het werk (conform bovenstaand en tabel 1). Voor werken van categorie 0 zal meestal geen monitoring vereist zijn, voor werken van categorie 3 zal over het algemeen een uitgebreide monitoringcampagne te verkiezen zijn, en voor werken van categorie 1 of 2 zal, afhankelijk van de specifieke omstandigheden, een eerder beperkte of eerder uitgebreide monitoringcampagne aangewezen zijn. Bij de ontwerpeisen worden grenswaarden vooropgesteld voor de opgevolgde parameters. Hieruit worden de drempelwaarden (= 2/3 van de grenswaarden) en de alarmwaarden (= grenswaarden) afgeleid. Wanneer bij het monitoren een overschrijding van de alarmwaarde of de drempelwaarde van een opgevolgde parameter wordt vastgesteld, zal de uitvoerder de ontwerper en de opdrachtgever verwittigen. Bij het overschrijden van de drempelwaarde bepaalt de ontwerper de nieuwe meetfrequentie van de opgevolgde parameter, hij evalueert de alarmwaarde en past deze eventueel aan in functie van de specifieke constructie, en hij definieert in overleg met de uitvoerder de maatregelen die genomen moeten worden wanneer de alarmwaarde overschreden wordt en legt deze voor aan de opdrachtgever. Bij het overschrijden van de alarmwaarde evalueert de ontwerper het probleem constructiespecifiek en geeft hij opdracht aan de uitvoerder om de maatregelen die gedefinieerd werden bij het overschrijden van de drempelwaarde en goedgekeurd werden door de opdrachtgever, uit te voeren. Voor kritische bemalingsperioden moet de bemaling zijn uitgerust met een afdoend bewakingssysteem, zodanig dat storingen in de bemaling ten spoedigste worden gemeld aan de verantwoordelijke werftoezichter(s). Dit kan bijvoorbeeld door een alarm te plaatsen op één of meerdere peilfilters en dit aan te sluiten op een GSM.

Risicoanalyse Aansluitend bij het ontwerp maakt de ontwerper een risicoanalyse. Dit houdt in dat de mogelijke problemen die kunnen optreden bij een bemaling één voor één bekeken moeten worden en dit wat betreft de oorzaak van de fout, de kans op voorkomen, en de schade die eruit zou voortvloeien. Voor de belangrijkste situaties moet een interventiescenario opgesteld worden, waarin omschreven wordt welke voorzieningen getroffen moeten worden om zonodig de schade te voorkomen of te beperken.

26

GEOtechniek – april 2009

Rapport van de ontwerper en gedetailleerd bemalingsplan van de uitvoerder De ontwerper maakt ten behoeve van de uitvoerder en de opdrachtgever een rapport op van zijn studie. Het omvat onder andere alle relevante informatie en documentatie, de keuze van de bemalingsmethode, de lagen waarin gepompt moet worden en eventuele afschermende maatregelen, de toegepaste grondwatermodellering met raming van de debieten en de grondwaterverlagingen en de risicoanalyse. De besluitvorming wordt verwoord in het bestek. De uitvoerder stelt op basis van het rapport van de ontwerper en het bestek een gedetailleerd bemalingsplan op en legt dit ter goedkeuring voor aan de ontwerper. Dit gedetailleerd plan omvat onder meer: - een raming van het te verwachten waterbezwaar in de diverse fasen; - een volledige beschrijving van het bemalingssysteem; - een beschrijving van de bewaking en de monitoring; - een interventieplan.

Literatuur – Maertens, J. [et al.], Bemalingen: eeuwig discussiepunt? - Studiedag, Antwerpen, 10 December 2003, Technologisch Instituut Genootschap Grondmechanica & Funderingstechniek, 2003. – De Vos, M. [et al.], Workshop Bemalingen Antwerpen, 13 Juni 2006, Technologisch Instituut Genootschap Grondmechanica & Funderingstechniek, 2006. – Janssen, G. J. M., Bemaling van bouwputten, 2e uitgave, Rotterdam: Stichting Bouwresearch (SBR), 2003. – Belgisch Instituut voor Normalisatie, NBN B 03-003: Vervormingen van draagsystemen - Vervormingsgrenswaarden - Gebouwen, Brussel: NBN, 2003. – Belgisch Instituut voor Normalisatie, NBN EN ISO 22475-1: Geotechnisch onderzoek en beproeving - Monsternemingsmethoden en grondwatermetingen - Deel 1: Technische uitvoeringsprincipes, Brussel: NBN, 2007. 

Uitvoeringsaspecten In de richtlijnen worden eveneens aanbevelingen gegeven met betrekking tot de uitvoeringsaspecten, zoals het aanbrengen van de bemalingselementen, het al dan niet uitvoeren van een proefbemaling, de bedrijfszekerheid en het onderhoud van de boveninstallatie en de putten en het beëindigen van de bemaling.

Repertorium bestektekst Tot slot wordt in de richtlijnen een leidraad gegeven voor het opstellen van een bestektekst voor bemalingswerkzaamheden. Er wordt een logische opsomming gegeven van de op te nemen punten in het bestek.

Conclusies Met de publicatie van de Richtlijnen Bemalingen wordt hopelijk heel wat stof tot discussie omtrent taken en verantwoordelijkheden bij bemalingswerkzaamheden weggenomen. De verschillende aspecten van het ontwerp en de uitvoering van een bemaling worden systematisch behandeld en belangrijke aandachtspunten worden gemeld. Het is echter geenszins een handboek waarin uiteengezet wordt hoe bijvoorbeeld een grondwatermodellering uitgevoerd wordt of een bemaling geïnstalleerd wordt. De richtlijnen kunnen gedownload worden van de volgende website: www.tis-sft.wtcb.be en dit onder de rubriek ’publicaties’.

Reageren op dit artikel? Stuur dan uw reactie vóór 29 mei 2009 naar info@uitgeverijeducom.nl


Prof. dr. ir. A.E.C. van der Stoel CRUX Engineering BV Amsterdam, Nederlandse Defensie Academie en Universiteit Twente Ing. H.C. van de Graaf Lankelma Ingenieursbureau voor Geo- Milieu- en Funderingstechniek, Oirschot - Zuidoostbeemster - Almelo ir. D. Vink CRUX Engineering BV Delft ir. H. Ali Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, Paris (F) / Polytech' Clermont-Ferrand, Université Blaise Pascal, Aubière (F)

Samenvatting

Nieuw Hoog Catharijne Utrecht, ontwerp 5-laags ondergrondse parkeergarage: grondonderzoek en conusbelastingproef

Ter plaatse van het deelgebied Vredenburg Hoog Catharijne in het centrum van Utrecht staat de aanleg van een 5-laags ondergrondse parkeergarage gepland. Omdat omgevingsbeïnvloeding van naastgelegen bestaande bebouwing een belangrijke rol speelt, worden eindige-elementen berekeningen uitgevoerd van de bouwkuip. Om de stijfheid van de grond te kunnen bepalen is in het grondonderzoek gebruik gemaakt van in-situ stijfheidsbepaling middels de recent ontwikkelde conusbelastingsproef. Voor deze proef zijn geen grondmonsters nodig en vindt directe

Inleiding Ter plaatse van het deelgebied Vredenburg Hoog Catharijne in het centrum van Utrecht staat de aanleg van een 5-laags ondergrondse parkeergarage gepland. De grote diepte van de parkeergarage en de voornamelijk uit zand bestaande ondergrond, het integreren van een gracht in de garage, de hoge kolomlasten van de op de garage geprojecteerde hoogbouw en de omgevingsbeïnvloeding van nabijgelegen bestaande van parkeergarages voorziene bebouwing vormen daarbij een speciale uitdaging voor ontwerp van constructie, bouwkuipwanden, verankeringen, funderingspalen en bemaling. In opdracht van Corio wordt door een ontwerpteam van Van Rossum Raadgevende Ingenieurs, Wareco Raadgevend Ingenieurs en CRUX Engineering een ontwerp gemaakt, waarbij een aantal belangrijke constructieve, geohydrologische en geotechnische vraagstukken worden onderzocht. Deze publicatie, waarbij onder andere een nieuwe, door Lankelma uitgevoerde grondonderzoeksmethode wordt uiteengezet, is naar verwachting dan ook de eerste uit een serie.

Het Bouwproject In het kader van een grootscheepse herstructurering van het gebied rondom Hoog Catharijne en de modernisering van het winkelcentrum is onder andere de bouw van een 5-laags ondergrondse parkeergarage voorzien. Het vloerniveau van de bovenste parkeerlaag bevindt zich rond NAP (het maaiveld ligt op 3,65 m + NAP) ; de bovenkant van de vloer van de onderste parkeerlaag ligt op NAP-12 m. Er is uitgegaan van een poldergarage, waarbij gebruik wordt

28

GEOtechniek – april 2009

gemaakt van een grondkering bestaande uit een cementbentonietwand van 1m dikte tot de afsluitende kleilaag op circa NAP-58 m waarin een betonnen spanwand met hoogte 750mm tot NAP 28 m wordt afgehangen. De cementbentonietwand dient als waterkering terwijl de spanwand de constructieve sterkte levert voor de grondkering. De bouwvolgorde is zo dat er telkens een laag van 3m droog ontgraven wordt waarna de vloer wordt aangebracht. De vloer fungeert daarmee als stempel voor de grondkering. De 5-laags parkeergarage wordt gerealiseerd op een locatie waar nu reeds een 2-laags parkeergarage aanwezig is. De 2-laags garage wordt voor een deel gesloopt en het deel dat blijft wordt aangesloten op de nieuwe 5-laags garage. Hiervoor moeten tijdens de bouw speciale maatregelen genomen worden. Het grondonderzoek moet dus bovendien gefaseerd worden uitgevoerd, omdat de sondeerlocaties vanuit de bestaande situatie slechts beperkt toegankelijk zijn. Overigens zal over het project zelf nog separaat in de Geotechniek worden gepubliceerd.

Grondparameters Omdat omgevingsbeïnvloeding van naastgelegen bestaande bebouwing (onder andere het Muziekpaleis) een belangrijke rol speelt, worden onder andere eindige-elementen berekeningen uitgevoerd van de bouwkuip, waarbij de stijfheid van de grond een belangrijke rol speelt. Deze is namelijk bepalend voor de reactie van de wand, de verplaatsingen en spanningsveranderingen in de grond en daarmee voor de respons van de belendingen. De grondslag ter plaatse bestaat vrijwel geheel

stijfheidsmeting bij de in-situ-dichtheid plaats. De proef is goedkoop, snel en kan redelijk eenvoudig uitgevoerd worden en draagt bij aan een economisch ontwerp.

uit zand. Een gangbare werkwijze voor het bepalen van de grondparameters voor een grondkerende wand is het uitvoeren van sonderingen, gevolgd door boringen met ongeroerde monstername en triaxiaalproeven in het laboratorium. Een probleem hierbij wordt gevormd door ongeroerde monstername in zand. Zoals beschreven in de nieuwe internationale norm voor boren en monstername (zie literatuur) staan wereldwijd geen grondmonsternametechnieken ter beschikking om in cohesieloos zand onder de grondwaterspiegel de vereiste monsterklasse 1 te verkrijgen. Het probleem bij dit zand is dat tijdens de verschillende productiefasen, zoals boren, monster steken, vervoer en inzetten in het triaxiaalapparaat, de dichtheid en structuur van het monster verandert. Deze verandering kan een grote impact hebben op de zo bepaalde parameters en daarmee op de validiteit van de ontwerpberekeningen. Om dit verstoringsprobleem te vermijden is in het grondonderzoek van Nieuw Hoog Catharijne gebruik gemaakt van een methode voor in-situ stijfheidsbepaling, te weten de recent ontwikkelde conusbelastingsproef. Bij deze proef, welke op dit project voor het eerst in Nederland is toegepast, wordt een sondering op een bepaalde diepte onderbroken, waarna een trapsgewijze, statische proefbelasting op de conuspunt wordt uitgevoerd, totdat bezwijken van de


Figuur 1 Sondeergrafiek en boorstaat. Comparison: Insitu vs Reconstituted Relative Density Relative density (%) 60

80

100

120

5

Depth (m)

10

15

20

Figuur 2 Verband tussen conusweerstand en relatieve dichtheid (Baldi).

25 Triaxial Speciman:

Figuur 3 In-situ relatieve dichtheid bepaald uit de conusweerstand en relatieve dichtheid van de triaxiaalproefstukken.

conuspunt wordt waargenomen. De elasticiteitsmodulus verkregen uit deze proeven is vervolgens gecorreleerd aan die van triaxiaalproeven, uitgevoerd op kunstmatig uit geroerde monsters opgebouwde proefstukken met een dichtheid die overeenkomt met de uit de sonderingen afgeleide in-situ dichtheid. De conusbelastingsproef is dusdanig kosteneffectief gebleken voor het bepalen van de elasticiteitsmodulus van zand, dat toepassing ervan een waardevolle aanvulling vormt op bestaande technieken.

Grondonderzoek Op basis van de sonderingen en boringen van het uitgevoerde onderzoek volgt globaal de volgende grondlagenopbouw:  circa 5 m dik bovenpakket van klei;  circa 50 m dik pakket van doorgaans grof zand, doorsneden door kleiige lagen; het zand is vast tot zeer vast;  circa 5 m dikke zandhoudende leemlaag (Kedichem);  pakket van fijn, dicht gepakt zand. Tot op heden is, in fase 1 (voor sloop) het volgende onderzoek uitgevoerd:

Terreinonderzoek  18 sonderingen, reikend tot een diepte van 45 à 65 m, waarvan 1 inpandig vanuit de bestaande parkeerkelder.  Een pulsboring met ongeroerde monstername, diepte 63 m, inclusief peilbuis met het filter op einddiepte.  Ongeroerde monstername, waarbij de dieptes zijn bepaald aan de hand van de sondeerresultaten.  Een serie conusbelastingproeven tot 23 m diepte op één locatie, met in totaal 15 proeven op verschillende dieptes (uitgevoerd binnen 1 werkdag!).

Laboratoriumonderzoek Bovenpakket van klei  2 triaxiaalproeven. Zandpakket  10 triaxiaalproeven inclusief de bepaling van de maximum- en minimum dichtheid, verdeeld over de diverse zandlagen.  9 korrelverdelingen, door middel van zeving. Diepe leemlaag  4 samendrukkingsproeven.  5 doorlatendheidsproeven.  5 korrelverdelingsbepalingen (bezinkproef).

1

CPT 23 A till 23,2 m

2

3

CPT 23

 gedetailleerde beschrijving van continu gestoken ongeroerde monsters De resultaten hiervan worden in dit artikel, dat gefocust is op de parameters die van belang zijn voor de dimensionering van de betonnen spanwand, niet nader belicht. De triaxiaalproeven op de zandmonsters zijn geconsolideerd en gedraineerd uitgevoerd na isotrope consolidatie. Hierbij is gebruik gemaakt van de enkeltrapsmethode. Hierbij worden voor 1 triaxiaalproef 3 proefstukken getest tot bezwijken. De consolidatiespanning van de proefstukken is gekozen op één, anderhalf en twee maal de verticale korrelspanning. De eerstgenoemde consolidatiespanning is dus iets hoger gekozen dan de (bij een K0 van 0,5 behorende) isotrope consolidatiespanning van 0,7 x de verticale korrelspanning. Hiervoor is gekozen om ruim boven het mogelijke voorbelastingsgebied te komen. De proefstukken voor de triaxiaalproeven zijn op de volgende wijze geprepareerd:  bepaling van de relatieve dichtheid uit de conusweerstand volgens Baldi et al (zie literatuur, zie figuur 2; opvallend hierbij was dat dit

GEOtechniek – april 2009

29


bij de zeer vaste zandlaag, aanwezig tussen NAP -2m en NAP- 7m leidde tot een relatieve dichtheid van iets boven de 100%;  bepaling van de maximum en minimum dichtheid van het monstermateriaal;  berekening van de gewenste dichtheid van het proefstuk;  opbouw van het proefstuk met de gewenste dichtheid; overigens lukte dit niet voor de bemonsteringsdiepten waar een extreem hoge relatieve dichtheid werd gevonden (zie figuur 3). De doorlatendheidsproeven op de leemmonsters zijn uitgevoerd in een samendrukkingsapparaat volgens de falling head methode; dit na consolidatie onder een bovenbelasting die overeen komt met de lokaal aanwezige verticale korrelspanning.

Conusbelastingsproef Er is grote behoefte aan een nieuwe, snelle proef ter bepaling van het vervormingsgedrag van grond. Dit geldt voor alle grondsoorten, maar in het bijzonder voor zand. In-situ proeven als de Ménard-pressiometerproef en de conuspressiometerproef bieden een oplossing, maar zijn duur en hebben soms te lijden van technische beperkingen. Zo is het vrijwel ondoenbaar om in zand een boorgat met een ongeroerde wand te maken (Ménard-pressiometerproef). De conuspressiometer heeft op haar beurt weer het nadeel dat het dilatabele gedeelte van de conus bij het verder wegdrukken stuk kan gaan voordat de einddiepte is bereikt. De platte dilatometer heeft het nadeel dat de vervormingscurve uit slechts twee meetpunten bestaat en dat de dilatometer bij het wegdrukken vaak scheef wegloopt. Dit belemmert het in één keer wegdrukken van deze

Figuur 4 Principe van de conusbelastingsproef.

Figuur 5 Dissipatie van de conusweerstand voorafgaand aan de eigenlijke conusbelastingsproef.

30

GEOtechniek – april 2009

sonde, waardoor afwisselend geboord en gepenetreerd moet worden, hetgeen tijdrovend is. De seismische conus geeft wel inzicht in de vervormingseigenschappen maar alleen voor zeer kleine vervormingen. Met uitzondering van de conuspressiometer missen bovengenoemde technieken bovendien de gecombineerde uitvoering met de statische sondering, die als groot voordeel heeft dat naast de discontinue vervormingsproeven, ook een continu beeld van de ondergrond uit de gewone sondeerparameters wordt verkregen. De conusbelastingsproef is in de jaren ‘70 van de vorige eeuw ontwikkeld in Frankrijk en is daar toen op beperkte schaal en tot geringe diepte getest. Enkele jaren geleden is de proef nieuw leven ingeblazen door deze te combineren met een gewone elektrische sondering. Het principe van een dergelijke proef is weergegeven in figuur 4. De proef wordt uitgevoerd met standaard sondeerapparatuur waaraan enkele bijzondere voorzieningen zijn toegevoegd. Dit zijn een elektrische verplaatsingsopnemer met een slag van circa 30 mm en een handpomp om het hydraulische wegdrukappraat nauwkeurig te kunnen besturen. De proef wordt als volgt uitgevoerd. Op de gewenste proefdiepte wordt de sondering gestopt en de afname van de conusweerstand tegen de tijd wordt gemeten. Na 5 à 10 minuten wordt begonnen met de daadwerkelijke proefbelasting van de conus. Hierbij wordt in circa 10 trappen van 1 minuut de conusweerstand opgevoerd tot bezwijken. De verticale verplaatsing van de kop van de sondeerbuizenstreng wordt voortdurend met de elektrische verplaatsingsopnemer gemeten. Na het toepassen van een correctie op de metingen (voor samendrukking van de sondeerbuizenstreng) wordt een last-zakkingsdiagram verkregen door de zakking van de conuspunt aan het einde van de belastingtrap van 1 minuut uit te zetten tegen de bijbehorende constant gehouden conusweerstand. Uit de helling van dit lastzakkingsdiagram kan vervolgens de elasticiteitsmodulus worden bepaald. Uiteraard dienen bij deze nieuwe proef een aantal kanttekeningen te worden gemaakt. De belangrijkste is wel, dat voorafgaand aan de last-zakkingsproef de grondslag is voorbelast door het sonderen tot aan de proefdiepte. Een ander aspect is de nauwkeurigheid van de meting van de verticale verplaatsing van de conuspunt. Deze wordt namelijk niet rechtstreeks gemeten, maar afgeleid uit de nauwkeurig bovengronds gemeten zetting van de kop


Nieuw Hoog Catharijne Utrecht, ontwerp 5-laags ondergrondse parkeergarage

van de sondeerbuizen, waarna een correctie wordt uitgevoerd voor de samendrukking van de sondeerbuizenstreng om zo de zakking van de conuspunt te krijgen. Voor het bepalen van deze correctie moet een bepaald verloop met de diepte van de normaalkracht in de sondeerbuizen worden aangenomen. Voor het onderhavige project is de aanname gedaan, dat deze normaalkracht het gemiddelde is van de gemeten totale wegdrukkracht en de kracht op de conuspunt. Hoe groter de proefdiepte en hoe hoger deze krachten zijn, hoe groter deze correctie is en hoe groter de invloed is op het meetresultaat. Om deze reden is in de vaste zandlagen van Utrecht de proefdiepte beperkt gehouden tot circa 23 m. Doordat een praktische toepassing van de proef vrij nieuw is, heeft nog weinig validatie van proefresultaten kunnen plaatsvinden.

Figuur 6 Last-zakkingscurven.

De in Utrecht uitgevoerde serie conusbelastingsproeven is overigens gefocust op de zandlagen, omdat juist in deze grondsoort grote behoefte is aan nieuwe onderzoekstechnieken, gericht op de bepaling van stijfheidsparameters.

E 50 CLT Vs qc 0

20

Module (MPa) 40

60

80

100

120

140

160

180

0

Beschouwing van de resultaten van de conusbelastingsproeven

Vervolgens startte de eigenlijke proef. De lastzakkings krommen van de 13 proeven welke op verschillende diepten variërend tussen 2,20 m maaiveld en 23,20 m - maaiveld zijn uitgevoerd, zijn afgebeeld in figuur 6. Hierbij is druk op de conuspunt uitgezet tegen de zakking van de conuspunt, gemeten aan het eind van de 60 seconden durende belastingtrap. Deze zakking is berekend door de bovengronds gemeten zakking van de kop van de sondeerbuizen te corrigeren met de samendrukking van de sondeerbuizen. Analoog aan de wijze waarop dit bij de triaxiaal-

5

10 Depth (m)

Overeenkomstig het voor dit soort proeven afgesproken protocol werd steeds voorafgaand aan elke proef een aanpassingstijd van circa 5 minuten in acht genomen. Hierbij wordt bij ’stilstaande’ sondeerbuizen de conusweerstand tegen de tijd gemeten, vergelijkbaar met een ’dissipatieproef’. De eerste minuut was hierbij het sondeerapparaat - zonder de wegdrukkracht af te laten aan de sondeerbuizen geklampt. Gedurende deze tijd nam de conusweerstand langzaam af. Daarna werd het sondeerapparaat ‘ontklampt’, hetgeen zich manifesteerde in een plotselinge terugval in conusweerstand. Daarna bleef de conusweerstand constant. Hiermee is verzekerd dat de eigenlijke proef plaatsvindt tijdens een stabiele nulsituatie. Eén en ander is weergegeven in figuur 5.

15

20

25 E50 CLT

qc (CPT 23 A)

qCLT

Figuur 7 Vergelijking tussen E50CLT , qCLT en qc,

GEOtechniek – april 2009

31


proef pleegt te worden gedaan voor de E50TRIAXIAAL is voor elke kromme uit de helling de E50CLT berekend. Hierbij is zoals gebruikelijk bij de conusbelastingsproef gebruik gemaakt van de formule E = ∆ P / ∆ h x 0,7 x R (zie literatuur, Van de Graaf et al)

penetratiesnelheid gemeten qCLT lager dan de qc, echter de verhouding is niet dezelfde voor de verschillende grondlagen. De 3 curves volgen elkaar wel. Geconcludeerd mag worden, dat in de diverse zandlagen E50CLT ongeveer 5 à 7x zo hoog is als de conusweerstand.

Hierin is: ∆ P = spanningstoename op de conuspunt ∆ h = zettingstoename van de conuspunt (gemeten kopzakking, gecorrigeerd met de berekende samendrukking van de sondeerstangen) 0,7 = vormfactor, afkomstig uit de plaatbelastingsproef (zie literatuur, Reiffsteck et al) R = de straal van de 15 cm2 conuspunt

Bespreking van de onderzoeksresultaten

Figuur 8 geeft de vergelijking tussen de gemeten conusweerstand en de moduli uit de triaxiaalproeven. Opvallend hierbij is, dat de curve van de moduli uit de triaxiaalproeven de conusweerstand niet volgt. Dit komt door de, in vergelijking met de conusweerstand, onverwacht lage waarden in de zeer dichte zandlaag tussen 7 en 11 m minus maaiveld. Een aannemelijke verklaring hiervoor is dat bij het prepareren van de proefstukken voor de triaxiaalproeven de in-situ dichtheid niet kon worden bereikt.

De op bovenbeschreven wijze bepaalde moduli zijn weergegeven in figuur 7. In dezelfde figuur zijn ter illustratie de bij het gewone (met een snelheid van 2 cm/s) sonderen gemeten conusweerstand qc en de aan het eind van de belastingtrap bereikte druk op de conuspunt qCLT weergegeven. Zoals te verwachten is de bij een zeer geringe

In figuur 9 worden de moduli uit de conusbelastingproef vergeleken met de moduli uit de triaxiaalproeven. Celdruk 1 komt ongeveer overeen met de in-situ korrelspanning en celdruk 2 en 3 met respectievelijk 1,5x en 2x de heersende verticale korrelspanning. De getalwaarden van alle resultaten zijn

E 50 triaxial Vs qc 0

20

60

80

Opvallend is dat in het boven de 15 m minus maaiveld gelegen zeer vaste zandpakket de uit de conusbelastingsproef bepaalde modulus 4 à 5 x zo hoog is als bij de corresponderende triaxiaalproeven. Echter, zij correleren goed met de gemeten conusweerstanden. Een verklaring hiervoor kan zijn, dat in deze laag de triaxiaalproeven niet representatief zijn vanwege de genoemde de lage dichtheid van de geprepareerde proefstukken.

E 50 CLT vs E 50 triaxial

Module (MPa) 40

afgebeeld in figuur 10. Hieruit blijkt dat van de matig vaste tot vaste zandlaag, aanwezig tussen 15 en 23 m minus maaiveld, de vervormingsmodulus E50 verkregen via conusbelastingsproeven in dezelfde orde van grootte ligt als die uit triaxiaalproeven. In het bovenliggende zeer vaste zandpakket is de uit de conusbelastingsproef bepaalde modulus 4 tot 5 maal zo hoog als die van de triaxiaalproef. Zij correleren echter goed met de gemeten conusweerstanden. Dat in dit zeer vaste zandpallet (te?) lage moduli van de triaxiaalproeven gevonden zijn, kan worden toegeschreven aan een te lage dichtheid van de proefstukken in relatie tot de in-situ dichtheid.

100

120

140

0

0

5

0

20

40

Module (MPa) 60

80

100

120

140

5

10

Depth (m)

depth (m)

10

15

15

20 20

25 qc (CPT 23 A)

E50 triaxial - Cell pressure:

1

2

3 25 E50 CLT

Figuur 8 Vergelijking tussen E50 TRIAXIAAL en qc,

32

GEOtechniek – april 2009

E50 triax - Cell pressure:

1

2

3

Figuur 9 Vergelijking tussen E50CLT en E50TRIAXIAAL.

160

180


Nieuw Hoog Catharijne Utrecht, ontwerp 5-laags ondergrondse parkeergarage

Conclusies

 de conusbelastingsproef is goedkoop ten opzichte van modulusbepaling met andere in-situ testen, zoals bijvoorbeeld de pressiometerproef, die daarom vaak niet worden uitgevoerd;

De conusbelastingsproef voor de bepaling van de vervormingsmodulus van zandlagen biedt een aantal belangrijke voordelen ten opzichte van bestaande technieken en levert hierop een waardevolle aanvulling, waardoor een leemte in de beschikbare grondonderzoeksmethoden wordt opgevuld, immers:

 de conusbelstingsproef is snel: binnen een dag kunnen op 1 proeflocatie tot wel 15 bepalingen gedaan worden op verschillende diepten;

 voor de conusbelastingsproef zijn geen grondmonsters nodig terwijl het testen van werkelijk ongeroerde zandmonsters door middel van triaxiaalproeven technisch gezien niet mogelijk is;

 de conusbelastingsproef kan redelijk eenvoudig uitgevoerd worden, aangezien standaard sondeerapparatuur gebruikt wordt met slechts enkele kleine aanpassingen.

 de conusbelastingsproef vindt bij insitu-dichtheid plaats terwijl het ten behoeve van triaxiaalproeven tot de in-situ dichtheid opbouwen van proefstukken van zand, zeker bij extreem hoge in-situ dichtheden zoals op bepaalde diepten aanwezig in Utrecht, slechts in beperkte mate mogelijk is;

Duidelijk is ook dat bij het ontwerp van belangrijke grondkerende constructies onderzoek dat leidt tot parameterbepaling beloond wordt met (hogere en) realistischere waarden voor de rekenparameters en bijdraagt aan een veilig maar zeker ook economisch ontwerp. Het terugvallen op de parameters uit de bekende tabel in NEN 6740 zal vrijwel altijd leiden tot onrealistische, extreem (lage) conservatieve waarden en dus tot overdimensionering en is bovendien gezien de aard van een constructie als de hier omschreven parkeergarage

 de conusbelastingsproef is een directe stijfheidsmeting en is dus in principe beter dan het bepalen van de afgeleide stijfheid via correlatie met de conusweerstand, aangezien een sondering de sterkte meet;

volstrekt ontoereikend. Er zijn met dit project belangrijke stappen gezet in de validatie en introductie van de CLT (Cone Loading Test). Door de conusbelastingsproef op meerdere projecten toe te passen zal de relatief snelle uitvoering nog sneller en daardoor nog efficiënter kunnen plaatsvinden en wordt verdere validatie door voortdurende correlatie met de resultaten van andere onderzoekstechnieken mogelijk. De conusbelastingsproef kan beschouwd worden als een waardevolle aanvulling in het spectrum van de grondonderzoeksmethoden. De auteurs willen graag ir G.J. Dousi van Corio, als vooruitstrevende belegger/ontwikkelaar, bedanken voor het investeren in deze nieuwe en bijzondere grondonderzoeksmethode. Hopelijk dient het als een voorbeeld voor andere opdrachtgevers om een deel van het budget te investeren in vooruitstrevend (grond)onderzoek en monitoring.

Literatuur – EN ISO/CEN 22475-1 (2005) Sampling Methods and Ground Water Measurements, Technical Principles. – Van de Graaf, H.C., Reiffsteck, Ph., Gourvès, R., Bacconnet, C. Bepaling van de Vervormingsmoduli uit de Conusbelastingsproef, Geotechniek, oktober 2007.

Grondwater

Diepte

Gamma'

Sigma' vert. qc

E50 CLT

start

m

kN/m3

kN/m2

Mpa

Mpa

E 50 triax – Reiffsteck, Ph., Van de Graaf, H., Goddé,

Mpa Cell pres.1

Cell pres. 2 Cell pres. 3

E.,Bacconnet, C., Gourvès, R. Determination of Elastic Modulus from Stress Controlled Cone

Boven

2,2

15,70

35

1,60

122

4,6

10

11

3,2

15,70

50

0,84

10

4,2

9,62

40

0,57

4,6

5,2

9,62

50

0,77

2

6,2

9,62

60

21,95

7,2

9,62

69

24,33

147

15

18

23

8,2

9,62

79

25,22

156

16

21

41

9,2

9,62

88

28,38

164

10,2

9,62

98

30,16

164

32

34

48

11,2

9,62

108

21,92

12,2

9,62

117

17,34

150

13,2

9,62

127

11,97

123

33

33

62

15,7

9,62

151

17,31

86

43

45

67

20,2

9,62

194

17,65

62

75

67

120

23,2

9,62

223

21,16

136

89

51

100

Penetration Tests, ISC 3, Taipeh, Taiwan, 2008. – Baldi, G., Bellotti, R., Ghionna, V., Jamiolkowski, M. and Pasqualini, E. (1986) Interpretation of CPTs

Onder

11

9,9

and CPTUs; Second part: Drained Penetration of Sands, Proceedings of the Fourth International Geotechnical Seminar, Singapore, 143-56 

Reageren op dit artikel? Stuur dan uw reactie vóór 29 mei 2009 naar info@uitgeverijeducom.nl

Figuur 10 Vergelijking tussen E50 TRIAXIAAL en qc,

GEOtechniek – april 2009

33


M.P.M.Sanders Royal Haskoning A. Bezuijen Deltares / TU Delft

Samenvatting

Fracture grouting in zand

Laboratoriumproeven tonen aan dat fracture grouting in zand beïnvloed wordt door de grout samenstelling en de initiële situatie van het zandpakket waarin het grout geïnjecteerd wordt. Bij groutinjectie in een onverstoord zandpakket op meer dan 10 m diepte met water-cement factoren van 1 à 2 van het grout, is sprake van compaction

Inleiding Steeds vaker is men in de bouw genoodzaakt mitigerende maatregelen toe te passen om zettingen van bestaande bebouwing tegen te gaan. Men wil de bestaande economische centra bereikbaar en aantrekkelijk houden. Om dit te bereiken worden delen van de hoofdinfrastructuur ondergronds aangelegd. Bij de aanleg van deze nieuwe ondergrondse infrastructuur moet schade aan de bestaande bebouwing door zettingen minimaal zijn. De zettingen aan bestaande gebouwen kunnen worden geminimaliseerd door gebruik te maken van de mitigerende maatregel compensation grouting. Compensation grouting is een techniek waarbij mogelijke zettingen van bestaande bebouwing worden gecompenseerd doormiddel van het injecteren van grout onder of naast deze bebouwing. Compensation grouting kan worden toegepast in de vorm van fracture grouting en compaction grouting, zie figuur 1. Fracture grouting is het scheuren (fracturing) van het grondpakket doormiddel van een groutinjectie. Hierbij wordt de grond boven de scheur opgetild. Bij compaction grouting wordt de grond rondom de groutinjectie hoofdzakelijk verdicht (compacted), waarbij lift van de grond alleen boven deze injectie optreedt. Laatst genoemde methode zorgt in het bijzonder voor een versteviging van de ondergrond.

Figuur 1 Het principe van compaction grouting (l) en Hydraulic fracture grouting (r)

34

GEOtechniek – april 2009

De techniek van compensation grouting is ontwikkeld in de 30-er jaren in de VS voor het compenseren van verzakkingen onder wegen. Sinds de 90-er jaren wordt deze techniek ook gebruikt om zakkingen ten gevolge van de aanleg van tunnels te compenseren. Voorbeelden zijn: Westminster Station in de Jubilee Line extension line bij de BigBen in Londen, het Centraal Station in Antwerpen en een winkelcentrum in Perth in Australië. In Londen is geïnjecteerd in stijve klei (London Clay). Hier is fracture grouting opgetreden. Dit is ook het geval onder het Centraal Station in Antwerpen waar in een schelpenlaag is geïnjecteerd. Er zijn sterke aanwijzingen dat er in Perth bij genoemd winkelcentrum compaction grouting is opgetreden bij het injecteren in zand. Het resultaat van compensation grouting is zichtbaar door het controleren van eventuele zettingen of lift aan maaiveld. Echter of men nu compaction grouting of fracturing toepast, is onbekend. Dit kan alleen gecontroleerd worden door het resultaat vrij te graven en dat is juist meestal onmogelijk. Om meer grip op het grouting proces te krijgen, zijn daarom grouting onderzoeken opgezet in Cambridge en in Delft. Naar aanleiding van de bouw van de Noord/ Zuidlijn is er de mogelijkheid van compensation grouting onder een paalfundering onderzocht bij de Sophia Spoortunnel. Hier is geïnjecteerd in

grouting; bij water-cement factoren van 5 tot 20 treedt fracturing op. In de praktijk is echter al bewezen dat met water-cement factoren van 1 à 2 wel scheurvorming in een homogeen zandpakket kan optreden. Dit komt doordat de grond in de praktijk verstoord is door het installatieproces ten behoeve van het compensation grouting. Dit artikel geeft een schets van de resultaten die tot nu toe in het fracture grouting onderzoek aan de TU Delft, de Universiteit van Cambridge en bij Deltares zijn bereikt.

de zandlaag waarin ook de paalpunten waren geïnstalleerd. Compenserend grouten bleek mogelijk, maar de relatie tussen de plaats van het injectiepunt en de plaats waar heffing optrad bleek onduidelijk [Grotenhuis te, 2004]. Om beter begrip te krijgen van de mechanismen die spelen tijdens compenserend grouten is er in 2001 door GeoDelft en TU-Delft in opdracht van Delftcluster en later in samenwerking met de Universiteit van Cambridge een onderzoek gestart naar fracture grouting in zand. In Amsterdam is voor de Noord/Zuidlijn compensation grouting noodzakelijk. In het centrum van Amsterdam zijn de historische panden op palen gefundeerd waarbij de paalpunten in de eerste

Figuur 2 Resultaten uit de proevenserie 2006. Links compaction grouting (met grout), rechts fracture grouting (met cross-linked gel).


zandlaag staan. De tunnel wordt onder deze 1ste zandlaag geboord. Zonder mitigerende maatregelen is de kans aanwezig dat de zettingen die kunnen ontstaan ten gevolge van het boren leiden tot onacceptabele vervormingen van de bebouwing. Door toepassing van compensation grouting onder de paalfundering worden deze zettingen gecompenseerd door grout. Het grout wordt in de grond onder de paalpunten geïnjecteerd en grond en palen kunnen wat omhoog geduwd worden. Naar verwachting kunnen met deze techniek zettingen tot enkele centimeters worden gecompenseerd. De techniek dient dan toegepast te worden onder de paalpunten van de funderingen. Theoretisch gezien is het gewenst om onder een paalfundering fracture grouting toe te passen, zodat de palen niet stuk voor stuk omhoog gedrukt worden zoals dat het geval is bij compaction grouting. Echter, de ervaringen van fracture grouting in relatief homogeen zand zijn beperkt en dat is dan ook een belangrijke drijfveer geweest om het onderzoek te starten naast de wens tot begripvorming van het grouting proces. Zowel in Delft als in Cambridge duurt het onderzoek naar fracture grouting nog steeds voort. In dit artikel zal kort worden ingegaan op de uitvoering van compensation grouting bij tunnels. Daarna zal het laboratorium onderzoek in Delft beschreven worden met enkele resultaten die afgelopen jaren bereikt zijn.

Fracture grouting in de praktijk Allereerst zal worden weergegeven hoe compensation grouting in de praktijk wordt uitgevoerd. In de schematische weergave in figuur 3 is te zien dat vanuit een schacht horizontale leidingen onder de paalfundering geplaatst worden. Door de waaiervorm ontstaat er na groutinjectie een horizontale groutplaat onder de fundering. De genoemde horizontale leidingen worden Tube à Manchette genoemd, kortweg TAM. In de TAM zitten met een constante tussenafstand openingen waar doorheen het grout wordt geïnjecteerd. Aan beide zijden van de openingen zijn ringen geplaatst en de openingen zijn afgedekt met een rubberen band. Op deze manier wordt het grout niet aan de buitenzijde langs de TAM geperst en kan na het wegvallen van de injectiedruk door de rubberen band het grout en de grond niet terugvloeien in de TAM. Met behulp van een injectieslang die op het uiteinde voorzien is van 2 packers, wordt het grout bij de juiste openingen geïnjecteerd.

Figuur 3 Schematische weergave van het compensation grouting systeem in de praktijk.

De packers zijn tijdens injectie opgeblazen, zodat de TAM aan de binnenzijde afgesloten is en het grout alleen door de betreffende opening waar de kop zich bevindt, wordt geïnjecteerd. In figuur 4 zijn de injectiekop en onderdelen van een TAM uit de praktijk afgebeeld. In de praktijk bestaat het compensation grouting proces uit 3 injectiefases: de pre-conditioning fase, de hoofdinjectie en de post-grouting fase. In de pre-conditioning fase wordt een kleine groutinjectie uitgevoerd om de ruimte rondom de TAM’s, ten gevolge van installatie, op te vullen en de omliggende grond op te spannen. In de hoofdinjectie vindt de werkelijke compensation grouting plaats en in de post-grouting fase worden eventuele nazettingen gecompenseerd. De eerste twee fasen zijn gebaseerd op het volgende theoretische concept. Het opspannen van de grond wordt uitgevoerd om de K0 naar 1 of hoger te forceren. In een homogene spanningsneutrale grond zal een breuk in verticale richting ontwikkelen, doordat de verticale spanning hoger is dan de horizontale spanning en de grond zijdelings opzij gedrukt kan worden. Door de pre-conditioning fase wordt de grond opgespannen en zal de horizontale spanning toenemen, waardoor de K0 dus toeneemt. Als K0 groter dan 1 wordt, dus de horizontale spanning is hoger dan de verticale spanning, zal de breuk in horizontale richting verder ontwikkelen en heave optreden. Dit theoretisch concept wordt niet altijd teruggevonden in de praktijk. In Antwerpen zijn bij ontgraving geen verticale fractures gevonden, maar alleen horizontale. Tijdens de proevenserie is 1 test uitgevoerd, waarbij 2 maal geïnjecteerd is (met grout met verschillende kleuren). Hierbij bleek het grout (net als in Antwerpen) bij de tweede injectie het pad van de eerste injectie

Figuur 4 Op de bovenste afbeelding zijn een aantal TAMs te zien. Op de onderste 2 afbeeldingen is de injectiekop te zien met aan het uiteinde de packers.

te volgen. Waarschijnlijk wordt de spanningstoestand al verstoord door het aanbrengen van de leidingen en is dit ook van invloed op de richting van de fractures. Uit de praktijk blijkt verder dat tijdens het compensation grouting proces het injectievolume voor de pre-conditioning vaak hoger ligt dan tijdens de hoofdinjectie. Doordat tijdens de pre-conditioning de grond voldoende wordt opgespannen, is tijdens de hoofdinjectie alleen nog een kleine injectie nodig om de zettingen te compenseren. Het injectiedebiet dat in het veld wordt toegepast, varieert van ca. 4 à 6 l/min tot ca. 8 à 10 l/min op grotere diepte, waarbij een w/c-

GEOtechniek – april 2009

35


factor van 1 à 2 wordt gehanteerd. De bentoniet concentraties zijn niet altijd te herleiden doordat vaste mengsels gebruikt worden, waarvan de samenstelling fabrieksgeheim is. Verwacht wordt dat de bentonietconcentratie tussen de 3 tot 7 % ligt. Bij de opzet van de proeven werd voor de injectiedruk die optreedt tijdens fracture grouting een verhouding ‘injectiedruk / verticale spanning 5’ verwacht [De Pater, 2003]. Deze verhouding is echter in de proevenseries van 2005 en 2006 niet teruggevonden. In de proevenserie van 2008 was deze verhouding voor een aantal proeven wel uit de resultaten te herleiden.

Laboratoriumonderzoek Zoals al is aangegeven is in 2001 gestart met het onderzoek naar fracture grouting in zand. Een onderdeel van het onderzoek naar fracture grouting zijn laboratoriumproeven. Vanaf 2005 is er een aantal laboratoriumproeven uitgevoerd waarbij er gekeken is naar de grout samenstelling, verschil in type materiaal (grout of polymeer), verschil in drukken, variatie in grondeigenschappen en invloed van de installatie van de TAM. In dit artikel zijn alleen de proevenseries 2005, 2006 en 2008 besproken welke zijn uitgevoerd bij Deltares. De proeven uitgevoerd aan de Universiteit van Cambridge worden buiten beschouwing gelaten. Deze leveren overigens vergelijkbare resultaten [Gafar et al., 2008]. De opstelling voor de uitvoering van de proeven bestaat uit een cel bestaande uit 4 stalen ringen

Water niveau Buret

Grout reservoir

450

27 Plunjer pomp

GEOtechniek – april 2009

Water niveau PPT

Water kamer PVC plaat

2 filters

Rubber band

390

900

36

Aan de onderkant van de opstelling en in de pvcplaat zitten drainagesleuven onder zanddichte geotextielen welke verbonden zijn met een waterburet die boven op het deksel is geplaatst. Het drainage water wordt met behulp van een drukopnemer gemeten. Aan de zijkant van de cel hangt de pomp die het grout in de injectiepijp injecteert.

Drainage buret

Luchtdruk 10-100 kPa

240

met een diameter van 90 cm en een totale hoogte van 1,08 m. De cel is gevuld met zand (h=0,84 m) dat verdicht wordt tot een relatieve dichtheid van ca. 65%. In het midden van het zandpakket is een stalen pijp gepositioneerd die fungeert als TAM. De diameter van de pijp is kleiner dan de werkelijke diameter (0,027 in plaats van 0,063 m). De spanningen zijn vergelijkbaar met de werkelijke spanningen (100 kPa). Op het zandpakket wordt een pvc-plaat geplaatst waarboven zich een waterkamer bevindt. Om de plaat worden rubberen ringen aangebracht, zodat de verbinding tussen de waterkamer en het zandpakket waterdicht is. De waterkamer boven de plaat wordt onder een druk van 100 kPa gezet, om de grondspanningen op ongeveer 10 m diepte te realiseren. De druk in deze waterkamer wordt gereguleerd via luchtdruk die aan de bovenkant van een buret wordt aangebracht. De buret zorgt ervoor dat de waterkamer altijd geheel onderwater staat. Door de waterhoogte in de buret te meten met een verschildrukopnemer zijn volumeveranderingen in de waterkamer en dus in het zandpakket te meten.

Figuur 5 Opstelling proevenserie 2005 en 2006 (maten in mm). [Sanders, 2007]

In het zandpakket wordt op 4 verschillende plaatsen de waterspanning gemeten en op 1 plaats de horizontale en verticale spanning. In figuur 5 is een dwarsdoorsnede van de opstelling afgebeeld. De opstelling is voor de proevenserie in 2008 gewijzigd. Hierop zal later dit artikel worden ingegaan. Naast het simuleren van een diepte werd de waterkamer in de proevenseries van 2005 [Kleinlugtenbelt, 2005] en 2006 [Sanders, 2007] tevens gebruikt om een voorspanning van de ondergrond te simuleren. Om de pre-conditioning fase te simuleren is in 2005 en 2006 de waterkamer onder extra druk van 300 kPa gebracht en vlak voor de injectie is die druk teruggebracht naar 100 kPa. Voor de proevenserie van 2008 is besloten de invloed van de TAM installatie te simuleren door de opstelling rondom de injectiepijp aan te passen. De proeven zijn uitgevoerd met grout mengsels variërend met een water cement factor van 1 tot 100 en bentoniet concentraties van 5, 6,2 of 7 %. Daarnaast is er in de serie van 2006 een injectie uitgevoerd met cross-linked gel, een injectiemateriaal dat wordt toegepast voor hydraulic fracturing in de olie-industrie.

Laboratoriumresultaten tot nu Fracturing bleek in de proeven lastiger te realiseren dan in de praktijk beweerd wordt. De gebruikelijke mengsels voor fracture grouting, bleken onregelmatig gevormde groutlichamen te geven, maar deze waren toch nauwelijks te duiden als fractures. Bij een hogere water-cement factor (meer dan 2) leek het resultaat meer op scheurvorming. Vanaf een w/c-factor van 20 trad veel leak off op (het mengsel wordt tijdens de injectie in de poriën geperst), waardoor er weinig materiaal resteerde voor de vulling van de fractures. Daarnaast waren de injectiedrukken erg hoog. Volgens de theorie van De Pater (2003) zou in de proefopstelling fracturing optreden bij injectiedrukken van ongeveer 5 bar. In de proeven zijn injectiedrukken tot 29 bar gevonden. In tabel 1 zijn enkele resultaten van de proevenserie 2005 en 2006 weergegeven. Test 1 is uitgevoerd in de proevenserie van 2005 en test 2 t/m 6 in proevenserie 2006. Het toegepaste bentoniet is in alle proeven geactiveerd-calcium bentoniet en het cement is Portland cement (CEM I). De injectiesnelheid bedroeg voor alle proeven 10 l/min. Naast de onderstaande gegevens zijn er proeven uitgevoerd met vliegas en silica flour als vervangers voor cement. Voor deze resultaten en achtergrondinformatie over de eigenschappen


Fracture grouting in zand

van de hulpstoffen wordt verwezen naar Sanders (2007). Mogelijke reden voor de discrepantie in laboratoriumresultaten en praktijkervaring is het verschil in de effectieve spanningen in de grond. Dit is met behulp van een model [Bezuijen, 2008] berekend en gecontroleerd met proeven welke in de proevenserie van 2008 zijn uitgevoerd door Wilson Au en Luca Masini bij Deltares [Au en Masini, 2008]. Dit idee volgend zouden de grondspanningen bij compensation grouting lager zijn dan de oorspronkelijke spanningen die worden bepaald door het gewicht van de boven liggende grond, zoals verderop zal worden toegelicht.

initiëren. Hierdoor kan het grout verder indringen en een breuk wordt gevormd. Voorwaarde voor het fracture proces zoals hier beschreven is dat het grout op het niveau van de zandkorrels wel als een vloeistof beschreven mag worden. Wanneer het water uit het grout wordt geperst tijdens injectie en er een zogenaamde filter cake ontstaat op de overgang tussen het grout en het zand, kan die filtercake

voorkomen dat de vloeistofdruk indringt tussen de korrels, zie figuur 8, en zal de fracture stoppen. Verdere injectie is dan alleen mogelijk met hoge druk en zal leiden tot compaction grouting. Bij een lage water-cement factor zit er relatief veel cement in het grout. Dit maakt de filtercake doorlatend (ten opzichte van een filtercake van alleen bentoniet) waardoor sneller een cake van een zekere dikte kan ontstaan die fracturing onmogelijk maakt.

De relevante grout eigenschappen die van invloed zijn op het fracturing proces zullen nu nader worden behandeld.

Relevante grout eigenschappen AFPLEISTEREN

Bezuijen & Van Tol (2007) hebben beschreven hoe afpleistering van grout het fracturing proces beïnvloedt. Fracturing treedt op omdat de radiale spanning in het zand rond een breuk hoger is dan de tangentiele spanning. Dit zal nader toegelicht worden.

Figuur 6 Resultaten proevenserie 2006, Links: grout met w/c-factor 20, Rechts: grout met w/c-factor 2 [Sanders, 2007].

Als we kijken naar de zandkorrels rondom een injectiepunt, zien we dat de korrels niet homogeen verdeeld zijn zoals aangenomen wordt in de continuüm mechanica. Op het grensvlak met het zand en de groutinjectie zal tussen enkele korrels meer ruimte zijn dan bij andere. Tussen deze ruimte kan zich grout bevinden, zoals schematisch is weergegeven in figuur 7. Zo lang het grout een vloeistof is, zal de groutdruk alzijdig zijn. Door de druk worden de korrels wat naar buiten gedrukt en zal de radiale spanning op de korrels groter zijn dan de tangentiële. De hogere vloeistofdruk kan dan daar waar ruimte is tussen de korrels, de korrels opzij drukken en een breuk

zandkorrels

Test nr.

Bentoniet %

w/c –factor

Piek injectie druk kPa

Injectie type

1

5

1,4

15 *

Compaction

2

6,2

2

23,5

Compaction/ fracturing

3

6,2

5

29

Fracturing

4

6,2

20

12

Leak off, fracturing

5

6,2

200

17

Leak off, small fracturing

6

Cross-linked gel

7,5

Fracturing

* De maximale pompcapaciteit bedroeg slechts 15 bar, is later verhoogd naar 50 bar. Tabel 1 Enkele resultaten proevenserie 2005 en 2006.

zandkorrels

σθ Pf injectievloeistof

σθ

lokale vervorming

Figuur 7 Principe schets hoe fracturing geïnitieerd wordt.

zandkorrels

afgepleisterd granulair materiaal

σθ

Pf

Pf

injectievloeistof

injectievloeistof vervorming volgens ‘cavityexpansion’ theorie

Figuur 8 Principe schets van afpleistering.

GEOtechniek – april 2009

37


De vorming van de filtercake bij bepaalde injectiedrukken en verschillende groutsamenstellingen is nader onderzocht door Bezuijen et al. (2007). LEAK-OFF

Leak-off is het indringen van fijne groutdeeltjes in het zandpakket. In figuur 9 is een principeschets getoond van fracturing met daarbij afpleistering en leak-off. Onderzoek van Sanders (2007) toont aan dat bij een hogere water-cement factor en dus lagere concentraties cement in het groutmengsel, meer

bentoniet deeltjes in de zandporiën kunnen indringen en dus meer leak off optreedt. I N V LO E D VA N G R O N D D E F O R M AT I E S

De proeven in Delft en ook in Cambridge worden uitgevoerd in een homogeen ongestoord zandpakket. In de praktijk zal dit echter niet het geval zijn. In de omgeving van de TAM’s zal er een spanningsverandering optreden bij het installeren daarvan. De TAM’s worden aangebracht met een boorbuis of casing die teruggetrokken wordt als de TAM op positie is. Tussen de boorbuis en de TAM bevindt zich ‘Blitzdämmer’. Dit is grout-

Figuur 9 Principe schets fracturing proces [Gafar et al. 2008].

Figuur 10 Principe schets boorbuis en TAM tijdens installatie [Bezuijen et al. 2008].

Test nr.

w/c –factor

Piek injectie druk kPa

σ'v;initial kPa

Piek σ'v kPa

Piek σ'h kPa

202

450

102

88

9 (2006)

5

2900

140

1 (2008)

5

370

102

σ'v;initial = 85 4 (2008)

1,8

600

Tabel 2 Enkele grondspanningen 2006 en 2008.

38

GEOtechniek – april 2009

103

120

245

mengsel van de cementleverancier Heidelberg. Door de installatie zal de grond in eerste instantie opspannen waarna ontspanning optreedt bij het terugtrekken van de boorbuis en consolidatie van de Blitzdämmer. In figuur 10 is een principe afbeelding getoond van een boorbuis en TAM tijdens installatie met alleen grondverdringing. Uit het model van Bezuijen (2008) volgt dat door spanningsverlaging en daarop volgend spanningsverhoging door groutinjectie een andere reactie van de omliggende grond optreedt dan bij injectie van een homogeen onaangetast zandpakket. Door een spanningsverlaging ontstaat er rondom het injectiepunt een plastisch actieve zone. Een groutinjectie creëert rondom het injectiepunt een plastisch passieve zone. Als de grond rondom het injectiepunt een actieve zone betreft, zal de benodigde injectiedruk lager liggen om een plastische passieve zone te creëren dan wanneer de omliggende grond neutraal is. Voor verdere details wordt verwezen naar Bezuijen et al. (2008) en naar het onderzoek van Wang & Dusseault (1994). Wang & Dusseault (1994) hebben de spanningspreiding van de grond rond een boorgat geanalyseerd ten gevolge van belasting-ontlasting tijdens een boring. In de proevenserie van 2008 is bovenstaande theorie getoetst door de proefopstelling van 2005 en 2006 aan te passen. Om de TAM is een boorbuis ontworpen welke teruggetrokken zal worden na het vullen van de tussenruimte tussen deze boorbuis en TAM met Blitzdämmer. Hierdoor ontstaat de genoemde spanningsverlaging van het omliggende zandpakket. Na een periode van uitharding van de Blitzdämmer wordt het grout geïnjecteerd voor de fracturing proef. Het voorspannen van het pakket door de belastingverhoging door de waterkamer is niet meer uitgevoerd, omdat de pre-conditioning fase nu is vervangen door de vernieuwde opstelling, zoals omschreven is en afgebeeld is in figuur 11. Alle overige procedures zijn wel in overeenstemming met de proevenserie van 2005 en 2006. Zowel de horizontale als de verticale grondspanningen zoals gemeten met de gronddrukopnemers in het zandpakket is in de proevenserie van 2008 significant lager dan in 2005 en 2006. In tabel 2 zijn van één proef uit 2006 en 2 proeven uit 2008 grondspanningen weergegeven. Test 9 uit 2006 en test 1 uit 2008 zijn met eenzelfde groutmengsel uitgevoerd. (w/c-factor = 5, bentonietconcentratie = 6,2 %) Uit de proevenserie blijkt dat met dezelfde grout mengsels als toegepast in 2006, de injectiedrukken veel lager zijn en er ook daadwerkelijk fracturing optreedt. Hieruit volgt dat de installatie van het grouting systeem veel invloed heeft


Fracture grouting in zand

Figuur 11 Situatieschets vernieuwde opstelling proevenserie 2008.

op het mechanisme compaction of fracturing. In figuur 12 is een resultaat van de proevenserie 2008. Hier is te zien dat fractures gevormd zijn. Voor meer resultaten van het onderzoek 2008 wordt verwezen naar komende publicatie voor ITA 2009.

Discussie & Conclusies In hoofdstuk 4 is besproken welke grouteigenschappen van belang zijn om fracturing te kunnen toepassen in een homogeen zandpakket. De filtercake mag niet te dik worden, omdat zich anders geen fracture zal vormen in de grond, en leak off moet beperkt blijven, zodat voldoende materiaal beschikbaar blijft om fracturing te kunnen voortzetten. Daarnaast is de initiële situatie van de omliggende grond van belang. Als er een spanningsverlaging is opgetreden door bijvoorbeeld installatie van de TAM’s, zal de benodigde injectiedruk om het fracture grouting te bereiken kleiner worden. Uit het onderzoek kan tot nu toe het volgende geconcludeerd worden: 1. Voor fracturing is naast de materiaaleigenschappen van het grout ook het installatieproces van belang. 2. Ontlasting van de grond voor belasting heeft een lagere injectiedruk tot gevolg. 3. Een verlaagde injectie druk betekent minder consolidatie en leak-off. Minder consolidatie leidt tot een dunnere filtercake. 4. Door minder leak-off en een dunnere filter cake blijft er meer groutmateriaal over om fractures te vullen cq. verlengen.

Figuur 12 Resultaat test 1 proevenserie 2008.

5. Fracture grouting in zand treedt op bij relatief lage injectiedrukken (tot ongeveer 15 bar) daarboven zal sprake zijn van compaction grouting.

Dankwoord Het onderzoek naar fracture grouting wordt ondersteund door Delft Cluster. De samenwerking met de Universiteit van Cambridge in dit onderzoek is als zeer stimulerend ervaren.

Referenties – Au, W. & Masini, L., 2008. Compensation grouting in sandy soils: The effect of TAM installation. Research collaboration Deltares, University of Cambridge, ‘Sapienza’ University of Rome, Delft. – Bezuijen, A., Tol, A.F.van & Sanders, M.P.M. 2008. Mechanisms that determine between fracture and compaction grouting in sand. Proc. 6st Int. Symposium on Geotch. Aspects of Underground Construction in Soft Ground, Shanghai. – Bezuijen, A., Sanders, M.P.M., Hamer, D. & Tol, A.F.van 2007. Laboratory tests on compensation grouting, the influence of grout bleeding. Proc. World Tunnel Congress, Prague. – Bezuijen, A. & Tol, A.F.van 2007. Compensation grouting in sand, fractures and compaction. Proc. XIV European Conference on Soil Mechanics & Geotechnical Engineering, Madrid. – Bezuijen, A. & Talmon, A.M. 2003. Grout the foundation of a bored tunnel. Proc ICOF. Dundee: Thomas Telford.

– Gafar, K., Soga, K., Bezuijen A., Sanders M.P.M., Tol A.F. van (2008). Fracturing of sand in compensation grouting. Proc. 6st Int. Symposium on Geotch. Aspects of Underground Construction in Soft Ground, Shanghai. – Gafar, K. & Soga, K. 2006. Fundamental investigation of soil-grout interaction in sandy soils. Report. University of Cambridge. – Grotenhuis R. te, 2004 Fracture Grouting in Theory, Modelling of fracture grouting in sand, MSc thesis, Delft University of Technology; November. – Kleinlugtenbelt, R., Bezuijen, A., Tol A.F. van, 2006. Model tests on compensation grouting. Proc. World Tunnel Congress, Seoul. – Kleinlugtenbelt, R. 2005. Compensation grouting, laboratory tests in sand. MSc thesis. Delft University of Technology. – Pater, C.J. de, Bohloli, B., Pruiksma, J., Bezuijen, A., 2003. Experimental study of hydraulic fracturing in sand. TU Delft. – Sanders, M.P.M 2007. Hydraulic fracture grouting, laboratory tests in sand. MSc thesis. Delft University of Technology. – Wang, Y., Dusseault, M.B. 1994, Stresses around a circular opening in an elastoplastic porous Medium Subjected to repeated hydraulic loading. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech abstr. Vol.31. No.6. pp. 597-616  Reageren op dit artikel? Stuur dan uw reactie vóór 29 mei 2009 naar info@uitgeverijeducom.nl

GEOtechniek – april 2009

39


P. Meijers A.F. van Tol

Deltares Technische Universiteit Delft, Deltares

Samenvatting

Damwandproef Raamsdonkveer:

Bij het in- en uittrillen van damwanden treedt vaak maaiveldzakking op. Deze zakking kan nadelige gevolgen hebben voor objecten in de omgeving, zoals leidingen, gebouwen, wegen en spoorwegen. Voor de validatie van een nieuw model om deze zakkingen te voorspellen

observaties tijdens het in- en uittrillen van damwanden

is een goed geĂŻnstrumenteerde damwandproef uitgevoerd. In dit artikel worden de achtergrond van de damwandproef, de proefopzet en de meest interessante meetresultaten beschreven.

gepresenteerd. In een komend artikel zal het rekenmodel en de validatie uitgebreid worden beschreven.

Globale beschrijving van de deelmechanismen

Figuur 1 Uitvoering damwandproef, een deel van de instrumentatie is zichtbaar aan de linkerkant van de geleidebalk.

Inleiding Damwanden worden veel gebruikt voor de verticale begrenzing van bouwputten. Vergeleken met andere technieken als diepwand, palenwand, grondinjectie en grondbevriezing zijn ze relatief goedkoop, eenvoudig te plaatsen en terug te winnen. In- en uittrillen van damwanden gaat gepaard met, zoals de naam van de methode al aangeeft, trillingen. Het opleggen van trillingen is in de weg- en waterbouw een beproefde methode om zand te verdichten. Daarbij is de verdichting een gewenst resultaat. Bij het in- en uittrillen van damwanden is verdichting vaak juist niet gewenst. Verdichting leidt namelijk tot zakking van het maaiveld. Dit kan weer tot schade tot gevolg hebben zoals verzakking van wegen en

40

GEOtechniek â&#x20AC;&#x201C; april 2009

spoorwegen, scheurvorming in gebouwen en breuk van leidingen. Dit aspect is onderwerp geweest van diverse onderzoeken, zie bijvoorbeeld [Hergarden, Tol 2001], [Nijs 2003], [Meijers 2004] en [Meijers 2007]. Dit heeft geresulteerd in een aantal modellen om de zakking te kunnen voorspellen. Ook in het buitenland zijn door diverse onderzoekers modellen ontwikkeld om de zakking te voorspellen [Drabkin et al. 1996], [Massarsch 1992], [Massarsch 2004], [Bement, Selby 1997]. In dit artikel wordt ingegaan op een uitgebreide veldmeting in Raamsdonksveer die gebruikt is om een nieuw rekenmodel [Meijers 2007] te valideren. Eerst wordt kort het rekenschema van het nieuwe rekenmodel beschreven. De belangrijkste resultaten van de damwandproef worden

Het nieuwe model gaat uit van de zogenaamde 'bron-pad-object' benadering. Figuur 2 toont het schema. Het proces dat uiteindelijk tot verdichting leidt kan worden opgedeeld in een aantal deelprocessen. Deze zijn (voor de nummering zie ook figuur 2): 1. Overdracht van trillingen (schuifspanningen) vanuit de plank naar de omgeving, aangezien het de bedoeling is dat de plank in de grond zakt kan worden aangenomen dat op het grensvlak plank-grond de bezwijkspanning wordt overschreden. 2. Voortplanting van de trillingen in de ondergrond. 3/4. De trillingen veroorzaken een verdichting van het korrelskelet, onder de grondwaterstand zal in eerste instantie een opbouw van wateroverspanning optreden. 5. Een eventuele wateroverspanning dissipeert, waardoor het grondvolume afneemt. 6. Het volume van de damwand veroorzaakt ook een grondverplaatsing, bij het plaatsen van de damwand compenseert deze het volumeverlies door verdichting, bij het verwijderen van de damwand geeft dit een extra volume verlies. 7. De grond zal zakken om het volumeverlies te compenseren, met als gevolg een maaiveldzakking. Op basis van deze beschrijving is een rekenmodel opgezet [Meijers 2007]. In dit model zijn voor de verschillende subprocessen deelmodellen opgezet. Dit model zal in een komend artikel uitgebreider worden beschreven.

Opzet damwandproef Voor de validatie van het rekenmodel is in


oktober 2004 te Raamsdonksveer een damwandproef uitgevoerd. De instrumentatie tijdens de proef is zodanig gekozen dat de zoveel mogelijk de verschillende deelprocessen uit figuur 2 gevalideerd kunnen worden. Dit heeft geleid tot de volgende metingen: - versnelling damwand (2 versnellingsopnemers) - tijd waarin de planken worden geplaatst en verwijderd (draad extensometer) - versnelling op maaiveld en op diepte (17 versnellingsopnemers) - wateroverspanning (4 waterspanningsmeters) - verandering locale dichtheid (4 elektrische dichtheidssondes) - verandering conusweerstand (33 sonderingen) - verloop waterspanning in de tijd (4 opnemers) - zakking maaiveld (30 maaiveldpiketten) - zakking op diepte (8 vastpunt conussen). Figuur 3 toont schematisch de plaats van de diverse opnemers op diepte. Tijdens de proef zijn dubbele damwandplanken (5 maal AZ26 en 5 maal Larssen 605) met een lengte van 15 m trillend geplaatst en getrokken. De triltijd voor installeren was 4 Ă 5 minuten per plank, voor verwijderen was ongeveer 3 minuten per plank nodig. Na verwijderen van de stalen damwand zijn ook 3 betonnen Spanwand elementen in de grond getrild en verwijderd. Ten behoeve van dit gedeelte zijn extra maaiveldpiketten geplaatst en extra sonderingen uitgevoerd. De resultaten worden hier niet besproken, verwezen wordt naar [Meijers, Tol 2007].

7 5 m

3,4

2

6 Figuur 2 Schema met deelprocessen die maaiveldzakking geven, voor een verklaring van de nummers wordt naar de tekst verwezen

Qc [MPa] 0

CP T

CP T

CP T Tmv2

Tmv3

CP T CP T

5

10

15

20

2

Tmv1 0

-2

ed1

De ondergrond ter plaatse is als volgt te beschrijven. De toplaag bestaat uit ophoogzand. Daaronder bevindt zich ongeveer 1 m klei. Daaronder bevindt zich tot ongeveer NAP - 11 m middelvast zand, gevolgd door vast zand. Figuur 3 toont een representatieve sondering. Hierna zullen de meest relevante meetresultaten worden gepresenteerd en besproken. Binnen het kader van dit artikel is het niet mogelijk alle meetresultaten te bespreken.

Gemeten zakking De zakking van op maaiveld is gemeten in 5 meetraaien, met op iedere meetraai een meetpunt op 0.5 m, 1.5 m, 3 m, 5 m, 10 m en 15 m uit de voorkant van de damwand. De zakking op diepte is gemeten op 0.5 m, 1.5 m, 3 m en 5 m uit de voorkant van de damwand. Voor de meting van de zakking op diepte zijn zogenaamde vastpuntconussen gebruikt. Dit zijn gemodificeerde mechanische conussen die tot een bepaalde diepte worden weggedrukt. Daarna wordt de

-4

ed3

vp7

vp3

vp5

Td3

vp1

-6

Td1

Td2

-8

ed4

ed2

-10

vp8

vp4

vp6

vp2 -12

-14

Niet op schaal CPT vp

Plaats sondering

Vastpunt conus

Waterspanningsmeter

-16

ed

Elektrische dichtheidsmeting

Tmv

Trillingsopnemer op maaiveld

Td

-18

Trillingsopnemer op diepte -20

Figuur 3 Plaats opnemers op diepte.

GEOtechniek â&#x20AC;&#x201C; april 2009

41


buitenstang gedeeltelijk getrokken. Deze fungeert daarna als mantelbuis voor de binnenstang zodat de punt de verticale beweging van de grond op puntniveau kan volgen. In figuur 4 zijn de zakkingen op drie niveaus (maaiveld, 7 m onder maaiveld en 11 m onder maaiveld) weergegeven. Om een goed ruimtelijk inzicht te krijgen zijn de zakkingslijnen verschoven, zodanig dat het nulniveau van de zakking overeen komt met het niveau waarop de opnemers zijn geplaatst. Vlakbij de damwand is de maaiveldzakking na intrillen ongeveer 3 cm. Tijdens het uittrillen neemt de maaiveldzakking vlak bij de damwand toe met ongeveer 5 cm. In de zakkingslijnen is het punt waar de zakking ongeveer nul is te schatten. Door deze punten te verbinden is er een lijn te trekken waar de zak-

Tabel 1 Volume balans.

king nul is. Twee zaken vallen op in deze figuren. Uit deze vergelijking volgt dat tijdens deze proef bij het intrillen de meeste verdichting optreedt maar dat de zakking gedeeltelijk wordt gecompenseerd door het volume van de damwand. Bij het uittrillen is er een omgekeerd effect. Er treedt bijna geen extra verdichting op maar de zakking is groter omdat nu ook het verwijderde volume van de damwand moet worden gecompenseerd. Bij de laatste conclusie moet nog wel een kanttekening worden geplaatst. Tijdens de proef is er niet ontgraven zodat er in de grond ook geen spanningsveranderingen zijn opgetreden. Denkbaar is dat bij een echte bouwput zich achter de damwand bij het ontgraven actieve gronddrukken ontwikkelen die de grond plaatselijk plastisch maken. Hierdoor kan het opgebouwde effect van preshearing (het feit dat de structuur van het korrelskelet is veranderd door de verdichting bij het plaatsen van de damwand) gedeeltelijk teniet worden gedaan. Dit aspect

Volume – [m3/m]

Na plaatsen

Na verwijderen

T.g.v. verwijderen

– zakkingstrog

2*0.078

2*0.234

2*0.156

– damwand

-0.27

0

0.27

– verdichting zand

0.43

0.47

0.04

-2

2,5 cm

verdient nader onderzoek. Na afloop van de proef is gekeken of ook visueel een maaiveldzakking was te zien. Ondanks het feit dat er bijna 8 cm zakking is opgetreden en er ter plaatse van het meetveld geen verstoring is opgetreden door bouwverkeer e.d. was het alleen met de wetenschap dat er zakkingen zijn opgetreden iets van een zakking te zien. De grootte was visueel niet te schatten. Het is daarom waarschijnlijk dat in de praktijk naast de damwand regelmatig zakkingen van 5 à 10 cm optreden zonder dat dit wordt opgemerkt.

Gemeten verandering dichtheid zand De verandering van de dichtheid van het zand tijdens de proef is gemeten met een elektrische dichtheidsmeting. Bij deze meting wordt de elektrische weerstand van de grond gemeten. Het principe van deze meting is dat water de elektriciteit goed geleidt en kwarts niet. Als de dichtheid toeneemt (wat hetzelfde is als een

-2

5 cm

zakking [cm]

-12

-7

zakking [cm]

-12

Diepte [m+m.v.]

-7

nazakken

6,5 cm

α

8 cm 4,5 cm

-17

5 cm

-17

-22 0

2

4

6

8

10

-22

0

2

4

6

8

verdichtingszone

10

Afstand tot hartlijn damwand [m]

Figuur 4 Gemeten zakking op maaiveld en op diepte door plaatsen en door verwijderen. Links: zakking door plaatsen. Rechts: zakking door verwijderen. Totale zakking is de som van beide figuren.

42

GEOtechniek – april 2009

Figuur 5 Vertaling lokale verdichting naar maaiveldzakking.


Damwandproef Raamsdonkveer: observaties tijdens het in- en uittrillen

afname van de porositeit) zal de elektrische weerstand toenemen. In figuur 6 is de uit de dichtheidsverandering afgeleide volumerek gepresenteerd. De dichtheidsmetingen op korte afstand van de wand (opnemers ed-1 en ed-2, geplaatst op ongeveer 0,3 m uit de voorkant van de damwand) geven een volumerek van ongeveer 3% tijdens het intrillen. Tijdens het uittrillen komt daar nog ongeveer 1% bij. De verdichting treedt op als de damwandplanken direct naast de opnemer worden geplaatst of verwijderd. De opnemers ed-3 en ed-4, op 2 m uit de damwand geven praktische geen volumeverandering aan. Hieruit volgt dat de verdichting optreedt in een beperkte zone direct naast de damwand.

Figuur 7 Sonderen op korte afstand van de damwand.

Verandering conusweerstand Na het intrillen en na het uittrillen van de damwanden zijn op verschillende afstanden vanaf de damwand nasonderingen uitgevoerd. In figuur 8 2 CPT 0 r

1

-2

0

0,5 m 1m 1,5 m 3m 5m

-1 Volumerek [%]

1- 05 1- 08 1- 09

-4

ed -1 ed -2 ed -3 ed -4

-2 -3

-6

Diepte [m+NAP]

-4 -5 -6 06:00

12:00

18:00

21-10 Datum en tijd

-8

-10

1

-12 0

Volumerek [%]

-1

-14

-2

ed -1 ed -2

-3

ed -3 ed -4

-16

-4

-18

-5 -6 06:00

12:00 18-10

18:00

00:00

Datum en tijd

06:00

12:00

18:00

19-10

-20 0

5

10

15

20

Conus weerstand [MPa]

Figuur 6 Gemeten volume rek, tijdstip van plaatsen of verwijderen damwanden is aangegeven met een verticale pijl.

Figuur 8 Verandering conusweerstand door het plaatsen van de damwand (r is de afstand tot dagzijde damwand).

GEOtechniek â&#x20AC;&#x201C; april 2009

43


worden de nasonderingen vergeleken met sonderingen die voorafgaand aan de proef zijn gemaakt. De zwarte en grijzen lijnen vertegenwoordigen de sonderingen die vooraf zijn gemaakt. De gekleurde lijnen vertegenwoordigen de nasonderingen. De kleurkeuze komt overeen met de kleuren van de regenboog, waarbij rood de nasondering vlak bij de wand is en blauw de nasondering op 5 m afstand van de wand. Duidelijk is te zien dat de conusweerstand is afgenomen. De afname is het grootst vlak bij de wand. Op ongeveer 5 m afstand is er praktische geen verschil meer in de oorspronkelijke conusweerstand en de nasondering. Deze afname van de conusweerstand is opmerkelijk. Alle andere metingen wijzen op verdichting zodat het niet waarschijnlijk is dat de afname het gevolg is van een afname van de dichtheid. Een andere reden waardoor de conusweerstand kan afnemen is een afname van het spanningsniveau. Een afname van de verticale korrelspanning zou verklaard kunnen worden uit een nog aanwezige wateroverspanning of uit het ‘hangen’ van de grond aan de damwand. De uitgevoerde waterspanningsmetingen (hier niet gepresenteerd) geven aan dat de wateroverspanning binnen 1 minuut na het beëindigen van het intrillen is verdwenen. De tweede verklaring is ook onwaarschijnlijk. Als de grond na het intrillen nog aan de wand ‘hangt’ geeft dit een afname van de verticale spanning geven. Als deze hypothese juist is zou er na het uittrillen geen afname van de conusweerstand mogen zijn, er is immers geen wand meer waaraan de grond kan hangen. Bij sonderingen na het verwijderen van de damwand wordt echter ook een afname van de conusweerstand gevonden zodat deze hypothese moet worden verworpen. Een derde mechanisme is dat door het trillen de horizontale spanning afneemt. Een afname van de horizontale spanning kan worden verklaard uit de verdichting van het zand. Als de volumerek isotroop is dan wil de grond niet alleen verticaal maar ook horizontaal krimpen. Vanuit continuïteit kan dit niet en dus zal de grond in horizontale richting ontspannen. Tijdens de proef zijn de horizontale spanningen niet gemeten zodat deze hypothese noch bewezen noch afgewezen kan worden. Een indicatie voor dit gedrag wordt gevonden bij de metingen van White en Lehane [White, Lehane 2004]. Zij voerden modelproeven uit met cyclisch axiaal belaste paaltjes waarbij de horizontale spanning op het paaltje is gemeten. Uit hun metingen blijkt dat de horizontale spanning tijdens de proef sterk afneemt.

44

GEOtechniek – april 2009

Uit deze conclusie volgt tevens dat niet alleen het ontstaan van wateroverspanningen de reden is dat trillen een effectieve methode is om damwandplanken te installeren. Ook een afname van de horizontale korrelspanning (anders gezegd: een afname van de K0 waarde) nabij de plank draagt bij aan het verminderen van de grondweerstand tijdens het intrillen. Ook na het verwijderen van de planken zijn sonderingen gemaakt. Deze vertonen globaal hetzelfde beeld als de sonderingen na het plaatsen van de damwand.

Referenties [1] Bement, R.A.P., Selby, A.R., Compaction of granular soils by uniform vibration equivalent to vibrodriving of piles Geotechnical and Geological Engineering, 15, 1997, pagina 121-143. [2] Drabkin, S., Lacy, H., Kim, D.S., Estimating settlement of sand caused by construction vibration. Journal of Geotechnical Engineering, November 1996, pagina 920 - 928. [3] Hergarden, R.H., Tol, A.F. van, Zakkingen tijdens het trillend trekken van damwanden.

Denkbaar is dat in de loop der tijd door kruip de horizontale spanning, en daarmee de conusweerstand, weer oploopt. Bij de proef zijn geen sonderingen enige maanden na afloop uitgevoerd, zodat deze hypothese hier niet kan worden onderbouwd.

Geotechniek, juli 2001, pagina 84 -90.

Conclusies

[5] Massarsch, K.R., Vibrations caused by Pile

Uit de hier gepresenteerde meetresultaten kunnen de volgende conclusies worden getrokken: – Bij in- en uittrillen van damwanden wordt de zakking niet alleen bepaald door verdichting maar ook door het ingebrachte of verwijderde volume van de damwand. – In middelvast zand is de zone met verdichting beperkt (naar schatting 0,5 à 1m), de breedte van de zakkingstrog komt ongeveer overeen met een actief glijvlak vanuit de teen van de damwand, vermeerderd met de breedte van de verdichtingszone. – De grootste zakking hoeft niet op maaiveld op te treden maar kan, afhankelijk van de grondopbouw, ook op enige diepte optreden. – Verdichting betekent niet automatisch dat de conusweerstand toeneemt. – Naast de optredende wateroverspanningen is waarschijnlijk een afname van de horizontale gronddrukcoëfficiënt mede de reden dat intrillen van damwanden een efficiënte methode is.

Driving.The Magazine of Deep Foundations

[4] Massarsch, K.R., Static and dynamic soil displacements caused by pile driving. Proceedings 4th Int. Conference Application of Stress-wave Theory to Piles, Den Haag 1992, pagina 15-24.

Institute, najaar 2004, pagina 39-42. [6] Meijers, P. Tol, A.F. van, The Raamsdonksveer sheet pile test, measured surface settlements during vibratory sheet piling Proc. 14th Eur. Conf. Soil Mech. Geotech.Eng., Madrid, Sept. 2007, pp.603-609. [7] Meijers, P., Invloed inbrengen en verwijderen van damwanden op omgeving Geotechniek, oktober 2004, pagina 8 - 13. [8] Meijers, P., Settlement during vibratory sheet piling Dissertatie TU Delft, december 2007. [9] Nijs, R.E.P. de, Het trillen van damwanden in granulaire bodem Geotechniek, oktober 2003, pagina 56-64. [10] White, D.J., Lehane, B.M., Friction fatigue on displacement piles in sand Géotechnique 54, no. 10, pagina 645-658, 2004. 

Afsluiting De damwandproef is uitgevoerd als onderdeel van het Delft Cluster programma Nieuw perspectief voor funderingen en bouwputten. De auteurs bedanken Deltares, Delft Cluster, WoudWormer, NVAF, Spanbeton, ArcelorMittal, PSD en Dieseko voor hun bijdragen die het uitvoeren van deze damwandproef hebben mogelijk gemaakt.

Reageren op dit artikel? Stuur dan uw reactie vóór 29 mei 2009 naar info@uitgeverijeducom.nl


P.H. Yonatan, J. Maertens & D. Van Gemert Departement Burgerlijke Bouwkunde, Katholieke Universiteit Leuven, Heverlee, Belgium J. Houtmeyers & M. Goorden Tessenderlo Chemie, Ham, Belgium

Samenvatting

Industrieel slib voor bouwen van een dijk: geotechnisch gedrag en numerieke simulaties

Het gedrag van industreel slib is gelijkaardig aan dat van kleiachtige grond. Industrieel slib kan voor het bouwen van dijken gebruikt worden, als het geotechnisch gedrag van deze materialen betrouwbaar beschreven is. Dit rapport brengt verslag uit over de onderzoeken uitgevoerd om de geotechnische eigenschappen van een slib te identificeren en zijn geschiktheid voor de constructie van dijken na te gaan. Uitgebreide laboratorium

Inleiding De behandeling en storting van industrieel slib zijn belangrijke problemen in de meeste geïndustrialiseerde landen. Enerzijds wordt het storten van industrieel slib goed geregeld in de meeste industriële landen die beperkte opties voor stortplaatsen hebben. Anderzijds bestaat industrieel slib uit materialen waarvan de eigenschappen onbekend zijn vanuit het oogpunt van de geotechniek. Nochtans, eenmaal gedumpt in stortterreinen, kan slib als een geotechnisch materiaal worden bekeken en gewoon als nietgekonsolideerde grond (Klein & Sarsby 2000) worden beschouwd. Het belangrijkste verschil is dat industrieel slib of afval geen geologische geschiedenis hebben omdat de oorspronkelijke materialen door chemische reacties of mechanische processen zijn veranderd zodat deeltjes ontstaan zijn die verschillen van het oorspronkelijke geologische materiaal. Vanuit dit oogpunt vertoont het gebruik van industrieel slib als

bouwmateriaal gelijkenissen en verschillen met de natuurlijk gevormde grond. In dit artikel wordt een overzicht gegeven van de onderzoeken die werden uitgevoerd om de geotechnische eigenschappen van een slib te identificeren en zijn geschiktheid voor de bouw van dijken na te gaan. Het slib is afkomstig van de productie van fosfaten. Het vloeibaar restprodukt bestaat hoofdzakelijk uit SiO2-houdend calciumfluorideslib (CaF2). In het slib bevinden zich restproducten zoals fosfaten. Bij extreme droging vormen deze kristallen op het materiaaloppervlak, die in hoofdzaak bestaan uit brushiet (CaHPO4.2H2O). Dit is niet verwonderlijk, vermits het basismateriaal voor het productieproces afkomstig is uit Marokko, wat een van de zeldzame plaatsen op aarde is waar dit brushiet voorkomt. Bij normale behandeling en stockering werden echter geen transformaties of reacties opgemerkt, zodat dit aspect niet verder onderzocht werd.

Figuur 1 Doorsnede van de finale dijk (P.H. Yonatan et al. 2008).

46

GEOtechniek – april 2009

proeven werden uitgevoerd om het geotechnisch gedrag van het slib te identificeren. Verschillen en gelijkenissen werden gevonden met grond. Daarom werden proefdijken opgebouwd om het reële gedrag van het slib te kennen. Computersimulaties werden ook uitgevoerd als een controle en ontwerp van de dijk. Die hebben redelijk goede voorspellingen opgeleverd. Het model werd gekalibreerd met behulp van de metingen, die op de proefdijk werden uitgevoerd.

Het slib werd aanvankelijk in drie grote bekkens met een totale oppervlakte van 75 ha gestort. In 1993 werd ingeschat dat het volume van dit stortgebied op basis van de geplande productiecapaciteit niet voldoende was. Omdat het milieutechnisch niet mogelijk was om de oppervlakte van de bekkens verder te vergroten was


Figuur 3 SEM microfoto van de morfologie van het slib (l) en een typische kaoliniet klei(r). (P.H. Yonatan et al. 2008)

Figuur 2 De luchtfoto van het stortterrein (uit Google maps).

Eigenschappen

het nodig om de bestaande bekkens in de hoogte uit te breiden. Verder werd beslist om het slib eerst te behandelen in filterpersen ten einde het volume ervan te verminderen. Bijkomend werd beslist om te onderzoeken of het mogelijk was om de dijken, nodig voor de verhoging van de bekkens, te realiseren met ontwaterd slib. Het finale doel was om de dijken met een hoogte van 10 m onmiddellijk achter de huidige dijk van 8 m hoogte aan te brengen voor de nodige dijkverhogingen. Figuur 1 toont de finale doorsnede van de dijken en Figuur 2 toont een luchtfoto van de bekkens in Tessenderlo.

Watergehalte Natte dichtheid Droge dichtheid Soortelijk gewicht Vloeigrens Uitrolgrens Plasticiteitsindex Cohesie** Wrijvingshoek** Poriëngetal Doorlatendheid

w

γw γd Gs wl wp PI c

φ e k

% kN/m3 kN/m3 % % % kPa ° m/s

Soort v/h monsters Filterkoeken Ongeroerd monster*

Waarde van Natuurlijke gronden†

Normen°

75 - 85 15 - 17 8.5 - 10 2.85 - 2.95 85 - 95 40 - 45 45 - 50 5 - 15 28 - 30 1.5 - 3.0 -

30 - 80 15 - 18 8.5 - 13 2.65 - 2.7 45 - 90 20 - 40 20 - 60 1.0 - 2.3 0.5 - 3x10-9

ASTM D 2216 BS 1377 BS 1377 ASTM D 854 ASTM D 4318 ASTM D 4318 ASTM D 3080 ASTM D 3080 ASTM D 2435

50 - 90 15 - 17 8 - 10 2.8 - 2.95 85 - 95 43 - 45 1.5 - 2.5 10-9 - 10-10

* Uit boringen (Tennekoon 2007) ** Afschuifproef † Nash et al. (1992) ° ASTM: American Society for Testing and Materials (1994), BS: British Standards Institution (1990)

Tabel 1 Samenvatting van basische eigenschappen (P.H. Yonatan et al. 2008).

Behandeling van het slib Om het probleem tussen de productie van slib en de beperkte opslagcapaciteit van het stortterrein op te lossen, werden er twee filterperskamers gebouwd om het slib te behandelen. De filterperskamers hebben een capaciteit van 105000 ton droge stof per jaar. Speciale filterdoeken worden gebruikt om het water en de vaste bestanddelen te scheiden. Het resultaat van de mechanische ontwatering bestaat uit rechthoekige blokken van ongeveer 3cm dikte. Tijdens het persen wordt op het slib een druk van 15 bar uitgeoefend, het geen overeenstemt met een vijzelkracht van 6000 kN op de filters van 2 m x 2 m. Het oorspronkelijk slib heeft een watergehalte van 340 tot 345%. Door de behandeling tot filterkoeken (FK) in de filterpersen wordt het watergehalte verlaagd tot 70 tot 80%. Het resultaat van directe schuifproeven toont aan dat de cohesie en wrijvingshoek van de filterkoeken respectievelijk 5 tot 15kPa en 28° tot 30° bedraagt. Bijgevolg kan er geconcludeerd wor-

dijken op ware grootte gebouwd om het gedrag van de dijken te bestuderen. Er werden twee geïnstrumenteerd proefdijken gebouwd. Via numerieke modellering werd de veiligheid van de dijken gecontroleerd.

den dat de behandeling van het slib d.m.v. filterpersen successvol is om het watergehalte van de FK te verminderen en men een betrekkelijk stijver materiaal bekomt. Hoewel de filterkoeken stijver zijn in vergelijking met het slib zijn de waarden van de cohesie laag en in overeenstemming met zachte grond.

Geotechnische karakterisatie

Methodologie

DEELTJES INDELING

Uitgebreide laboproeven en insituproeven werden uitgevoerd om de eigenschappen van de verse FK en gestorte FK op het stortterrein te bepalen. Uit deze proeven kan geconcludeerd worden dat het gedrag van de filterkoeken gelijkaardig is aan dat van natuurlijke klei, maar verschillen worden ook gevonden in vergelijking met natuurlijk voorkomende klei. Dit zal in de volgende paragraaf besproken worden. Tabel 1 geeft een samenvatting van de materiaaleigenschappen [P.H. Yonatan et al. 2008]. Behalve uitgebreide laboproeven werden proef-

Het resultaat van de bezinkingsproef toonde aan dat de filterkoeken uit 58% kleifractie, 24% zandfractie en slechts 18% siltfractie bestaan. Volgens ASTM 2487 kan men het slib classificeren als elastisch silt met zand (MH) waarvan de vloeigrens onder de ‘A’ lijn gesitueerd is. Door middel van een ‘Scanning Electron Microscope’ (SEM) kon worden vastgesteld dat de vorm van de slibdeeltjes anders is dan deze van natuurlijk voorkomende kaoliniet klei zoals getoond in figuur 3. In figuur 3a is duidelijk te zien dat de meeste korrels homogeen verspreid en bolvor-

GEOtechniek – april 2009

47


mig zijn in plaats van plaatvormig zoals de kaoliniet deeltjes getoond, in figuur 3b. FYSISCHE EIGENSCHAPPEN

De vloeigrens (wl) van het slib varieert tussen 85 en 90% en de plasticiteitsgrens (wp) tussen 45 en 50. Deze waarden zijn hoger dan de waarden van natuurlijke kleien. Het soortelijk gewicht (Gs) varieert van 2.75 tot 2.95 met de gemiddelde waarde van 2.9. Deze waarde ligt ook significant hoger dan bij normale grond soorten. Het hoge soortelijk gewicht van het slib kan verklaard worden door de hoge waarde van het soortelijk gewicht van CaF2 en de aanwezigheid van kleine hoeveelheden van zware metalen zoals Cu, Cd, Hg, Zn, enz. STERKTEKENMERKEN

Zoals getoond in tabel 1 is de cohesie van de FK laag en in overeenstemming met zachte klei. Deze proeven werden uitgevoerd met een afschuifsnelheid van 0.1mm/min zodat er mag worden van uitgegaan dat de proef min of meer gedraineerd verlopen is. De afschuifmal voor het proefstuk heeft een dimensie van 66cm. Onder cyclische omstandigheden gedragen de filterkoeken zich bijzonder bij droging en herbevochtiging. Deze proeven werden uitgevoerd met verschillende proefstukken die aan verschillende drogings- en herbevochtigingscyclussen werden onderworpen. Proefstukken werden gedurende een bepaalde periode gedroogd bij kamertemperatuur en daarna gedurende eenzelfde periode in water herbevochtigd. Na de herbevochtiging werden de proefstukken 24 uur met een bepaalde spanning belast en daarna afgeschoven met een snelheid van 0.1mm/min.

Het kiezen van de afschuifsnelheid is gedaan op basis van twee criteria: (1) inschatting de afschuifsnelheid volgens ASTM 3080 en (2) uitvoering van afschuifproeven met verschillende afschuifsnelheid (0.01, 0.1, 1 en 10 mm/min) op filterkoeken. De schatting volgens ASTM toonde dat een afschuifsnelheid van 0.05 tot 0.1 mm/min kan worden gebruikt. Anderzijds heeft het experiment getoond dat de cohesie en wrijvingshoek van de proeven met afschuifsnelheid van 0,1 en 0,01 mm/min gelijkaardige waarde gaven met percentageverschil van 2 tot 10%. Volgens ASTM 3080 zou de afschuifsnelheid langzaam genoeg moeten zijn om poriënwateroverspanningen en bezwijken te vermijden. Uit de experimenten blijkt dat de afschuifsnelheid van 0.1 mm/min langzaam genoeg is omdat bij deze snelheid de resultaten glijkaardig waren aan deze bij de proef met afschuifsnelheid van 0.01 mm/min. Er mag dus werden aangenomen dat er tijdens het afschuiven geen noemenswaardige poriënwateroverspanningen ontstaan en dat de proeven als gedraineerde proeven kunnen aanzien worden. In figuur 4 is duidelijk te zien dat de cohesie van de proefstukken bijna nul is wanneer de duur van de cyclus 4 dagen of minder bedraagt. Na een cyclus van meer dan 4 dagen ontwikkelen de proefstukken een cohesie die groter is dan 30 kPa. Het verlies van cohesie tijdens de eerste 4 dagen kan verklaard worden door de beschadiging van de grondstructuur wegens de uitzetting. In de praktijk zijn de eigenschappen van één enkele filterkoek niet relevant. In werkelijkheid worden deze filterkoeken gespreid met bulldozers en daarbij volledig geroerd. Om de invloed

Figuur 4 Het gedrag van de filterkoeken bij droging en herbevochtiging (P.H. Yonatan et al. 2008).

48

GEOtechniek – april 2009

van de vermenging te onderzoeken werden schuifproeven uitgevoerd met een groot afschuifapparaat. Dit apparaat heeft volgende dimensies: 30x30x20 cm3. Deze proeven werden uitgevoerd met verschillende stapelingen van de filterkoeken, namelijk horizontaal, verticaal en gemengd. Het monster werd eerst gedurende 24 u belast en kreeg aldus de kans om te consolideren, waarna de test werd uitgevoerd. De snelheid van deze afschuifproeven bedroeg 1 mm/min en kon niet kleiner ingesteld worden. Dat wil zeggen dat deze proeven niet gedraineerd zijn. Deze proeven werden ook uitgevoerd met natte filterkoeken en er waren geen poreuze stenen onder en boven het monster. Daarom is de kans reëel dat poriënwateroverspanningen tijdens deze proef ontwikkeld worden. Figuur 5 toont de waarden van de cohesie en de wrijvingshoek uit deze proeven. De aanwezigheid van macroporiën in een mengsel van filterkoeken beïnvloedt misschien de cohesie en de wrijvingshoek omdat de vervormingen van die mengsel gemakkelijker gebeuren door de aanwezigheid van macroporiën. Toch wordt een grotere cohesie opgemerkt bij horizontaal en gemengd gestapelde filterkoeken. Dit is te wijten aan de onverzadigde conditie van de proeven. Bij niet-gedraineerde conditie van een proef wordt de spanning gecontroleerd daar er geen volumeveranderingen kunnen gebeuren [Lancellotta, R. 1995]. Indien het monster onverzadigd is, loopt de beswijktlijn niet horizontaal, en wordt een cohesie in combinatie met wrijvingshoek gevonden. Hoewel er macroporiën voorkomen, is de doorlatendheid te laag opdat de poriënwaterspanningen tijd genoeg hebben om af te bouwen. Bovendien wordt er tijdens deze proeven opgemerkt dat de macroporiën na

Figuur 5 Afschuifkarakteristieken van filterkoekenmengsel bij verschillende stapelingen (Op 't Eynde, S. en Michiels, T. 2005).


Industrieel slib voor bouwen van een dijk

de normaalspanning van 100 kPa verdwenen zijn. Bijgevolg wordt het filterkoekenmengsel één grote massa van filterkoeken waarvan de doorlatendheid steeds laag is, waardoor het poriënwater niet kan afvloeien. CONSOLIDATIEKENMERKEN

De mechanische eigenschappen van gronden worden extreem beïnvloed door hun structuur die afhankelijk is van vele factoren, zoals de geologische geschiedenis. In dit geval is de geologische voorgeschiedenis afwezig omdat het originele materiaal bij chemische processen verloren gegaan is. Om de samendrukbaarheidskenmerken te bepalen werden intrinsieke eigenschappen van de filterkoeken bepaald omdat die eigenschappen onafhankelijk zijn van hun natuurlijke staat. De intrinsieke samendrukkingslijn (ICL) vormt een belangrijke referentielijn voor het bestuderen van de samendrukkingskenmerken van natuurlijke geconsolideerde kleien [Burland, J.B. 1990]. Burland (1990) heeft verschillende intrinsieke samendrukkingslijnen van verschillende kleiachtige gronden voorgesteld. Hij heeft geconcludeerd dat een redelijk unieke lijn wordt gevonden indien de intrinsieke samendrukkingslijn in functie van normaalspanning en poriënindex (Iv) wordt geplot. Het resultaat voorgesteld in figuur 6 is de intrinsieke samendrukkingslijn van Argile plastique, London klei en Magnus klei. In figuur 6 zijn de resultaten van deze proeven getoond met de poriënindex op de verticale as. De poriënindex wordt volgens Burland (1990) gedefiniëerd als in vergelijking 1 waar e*100 en e*1000 het intrinsieke poriëngetal bij σ’v = 100 kPa en 1000kPa zijn. C*c = e*100 – e*1000. De resultaten van deze proeven tonen aan dat de ICL van het slib samenvalt met het resultaat van Burland (1990). Dat betekent dat het gedrag van het slib vergelijkbaar is met natuurlijke klei. De normale samendrukkingsproef op filterkoeken valt ook samen met de ICL van Burland boven een spanning van ongeveer 160 kPa, wat ongeveer rond zijn preconsolidatiedruk is. Uit deze resultaten kan men concluderen dat deze spanning kan gecorreleerd worden aan de effectieve korelspanning terwijl het slib in de filterperskamer geperst wordt. Bij het filterpersen wordt dus uiteindelijk ongeveer 10% van uitgeoefende druk overgedragen op de korrels.

Figuur 6 Poriënindex in functie van effectieve verticale spanning voor verschillende proeven.

Figuur 7 Afschuifweerstand vs diepte uit vinproef (Op 't Eynde, S. en Michiels, T. 2005).

Figuur 8 Resultaten sondering met PANDA-apparaat. (Op 't Eynde, S. en Michiels, T. 2005).

(1) De filterkoeken worden via transportbanden aangevoerd op het slibbekken. Door het vallen op deze transportbanden worden de koeken in

GEOtechniek – april 2009

49


Figuur 9 Doorsnede van de eerste proefdijk.

kleine stukken gebroken en met verschillende stapelingen geplaatst op het slibbekken. Om de invloed van deze stapelingen te bestuderen worden de filterkoeken in een groot oedometerapparaat beproefd met verschillende stapelingen. De resultaten van deze proeven worden tevens getoond in figuur 6. Uit deze figuur kan men duidelijk afleiden dat de grafieken van het poriëngetal in functie van de druk voor horizontaal en verticaal gestapelde filterkoeken kruisen met deze van filterkoeken bij een druk van 50 tot 70 kPa. Deze kruispunten kunnen beschouwd worden als een conditie waarop de gestapelde filterkoeken één grote massa van filterkoeken worden. Dat betekent dat de macroporiën vanaf deze drukken verminderd worden. Dat bevestigt ook de bevinding dat de holle ruimten sterk verminderen bij drukken hoger dan 50 kPa. PROEVEN IN-SITU

Figuur 10 Poriënwaterspanningen i.f.v. tijd voor proefdijk 1 (a) zonder zandlagen en (b) met zandlagen.

Figuur 11 Afgewerkte fundering voor proefdijk 2.

Vinproeven en dynamische sonderingen, PANDA genaamd naar het gebruikte toestel, worden uitgevoerd om de in-situ eigenschappen van de filterkoeken te bepalen. De vinproef is gebaseerd op ASTM D 2573. Figuur 7 geef de afschuifweerstand in functie van de diepte weer op een punt in het midden van de dwarssectie van de nieuwe proefdijk (zie PROEFDIJK 2) en in het midden van de langssectie. De resultaten tonen aan dat aan het oppervlak grote maximale schuifweerstanden aanwezig zijn. Dit is mogelijk toe te schrijven aan oppervlaktefenomenen zoals capillaire spanningen en vorst. Zoals reeds bij de vinproef werd opgemerkt, geeft ook het resultaat van de slagsondering in figuur 8 een sterkere oppervlaktelaag aan. Bij beide proeven is het duidelijk dat de grond aan het oppervlak verstevigd werd door consolidatie of oppervlaktefenomenen. BOUW VAN GEÏNSTRUMENTEERDE PROEFDIJKEN

Proefdijken werden opgebouwd om het gedrag van de dijk en het onderliggende slib op te volgen. Twee proefdijken werden uitgerust met een aantal meetinstrumenten. Bij de eerste proefdijk werd onderzocht of het mogelijk was om de dijk met geperst slib op te bouwen. Met de ervaring van de eerste dijk werd de tweede dijk opgebouwd welke werd gepland als een onderdeel van de toekomstige dijk voor de ophoging van het stortterrein. PROEFDIJK 1

De bouw van de dijk werd in twee fasen uitgevoerd. De bouw van het eerste deel gebeurde in twee lagen filterkoeken van 2 m dikte. Op de

50

GEOtechniek – april 2009


Industrieel slib voor bouwen van een dijk

bodem van het dijklichaam en tussen de lagen werden er zandlagen over de helft van de dijk voorzien met een dikte van 30cm. De bedoeling hiervan was om de drainering in dit deel te verbeteren en het effect ervan te kennen. De consolidatieperiode tussen de lagen was één jaar. Er werden een aantal meetinstrumenten in en onder de dijk geplaatst die het mogelijk maakten het gedrag van de proefdijk en het onderliggende slib op te volgen. Het opmeten van de poriënwaterspanningen gebeurde door middel van waterspanningsmeters en peilbuizen terwijl het zettingsgedrag aan de hand van zettingsbakens werd opgevolgd. Figuur 9 toont de ligging en doorsnede van de eerste proefdijk. De hoogte van die dijk werd beperkt tot 6 m omdat de slibfundering onstabiel werd. De lengte van

de proefdijk was 60 m en de breedte aan de basis 30 m. De volgende conclusies werden uit de meetresultaten getrokken:  tussenlagen met draineerzand versnellen het consolidatieproces.  de fundering uit filterkoeken mag niet steunen op een dikke laag ongeperst slib.  wegpersen (squeezing) van onderliggend slib veroorzaakt grote zettingen, opstuwing naast de dijk en gevaar voor de stabiliteit. In figuren 10a en 10b is duidelijk te zien dat er een groot verschil bestaat tussen de zones met en zonder de zandlagen. Aan de kant waar er zandlagen waren, werd de poriënwaterspanning sneller afgebouwd dan aan de andere kant. Dat benadrukt het belang van de zandlagen voor het

Figuur 12 Zettingsprofielen voor proefdijk 2 op doorsnede A.

Parameter

Eenheid

Grondmodel

afvloeien van het water en het verminderen van de poriënwaterspanning. PROEFDIJK 2

De afmetingen van de tweede proefdijk worden aangeduid in figuur 1. De lengte van die dijk is ongeveer 190m en die dijk zal ook gebruikt worden als deel van de definitieve dijk voor de ophoging van het stortterrein. Figuur 11 toont de afgewerkte fundering voor de proefdijk. De bouw van de dijk werd uitgevoerd in 4 fases en de consolidatieperiode tussen de fases was telkens één jaar. Het dijklichaam werd opgebouwd met filterkoeken. Zoals getoond in figuur 1 werden zandlagen tussen de lagen van het dijklichaam voorzien om het afbouwen van de poriënwaterspanning te vergemakkelijken.

Figuur 13 Poriënwaterspanning op proefdijk 2.

Waarde uit LaboPlaxisproeven simulatie -

SSC

Doorlatendheid

kx/ky

m/s

10

5x10-9

Initieel Poriëngetal

e0

-

1.95

1.95

Verandering van Doorlatendheid

ck

-

0.1

0.3

-

0.0528

0.046

-

0.0126

0.005

Gemodificeerde Krimpingsindex

λ* κ* µ*

-

-

0.00175

Cohesie

c

kPa

5-15

6

Wrijvingshoek

φ

°

28-30

30

Ontbelastings-/belastingsPoissonverhouding

νu

-

-

0.35

-9

Gemodificeerde Samendrukkingsindex Gemodificeerde Ontlastingsindex

Tabel 2 Parameterwaarden uit de simulatie (P.H. Yonatan et al. 2009).

Figuur 14 Zettingen op doorsnede A.

GEOtechniek – april 2009

51


Deze proefdijk werd uitgerust met hydrostatische zettingsbuizen, piëzometers en waterspanningsmeters. De zettingsbuizen werden geïnstalleerd op vier doorsneden (A, B, C en D) langs de lengte van de dijk. Op elke doorsnede werden er twee zettingsbuizen op 10 m van elkaar geïnstalleerd. Dus zijn er in totaal 8 zettingsbuizen. Figuren 12 en 13 tonen de meetresultaten voor de zettingsbuis en de poriënwaterspanning op doorsnede A. Het resultaat voor het zettingsprofiel over de doorsnede A is in figuur 13 weergegeven. Zoals getoond in figuur 14, is in de doorsnede A de zetting in het midden van de dijk ongeveer 50 cm terwijl in doorsnede D de gemiddelde zetting 110 cm is. Er is dus een duidelijke toename van de zettingen van deze proefdijk naar het open bekken toe. Vergelijking van de opgemeten zettingen in de zones A en D leert dat in de zone A de maximale zetting nagenoeg in het midden optreedt. In de zone D is de plaats van maximale zetting opgeschoven naar het bekken toe.

NUMERIEKE SIMULATIE

Het onduidelijke gedrag van de slib vestigde de aandacht op de vervormingen van de slibfunderingen. Daarom zijn er numerieke simulaties uitgevoerd om het gedrag van de dijk te evalueren. De stabiliteit van het talud werd geëvalueerd om de veiligheid van de dijk te bepalen en de zettingen werden berekent. Enkel de simulaties voor de tweede proefdijk worden hier besproken. De numerieke simulatie is uitgevoerd met PLAXIS versie 8. De Mohr-Coulomb (MC) en soft soil creep (SSC) grondmodellen zijn gebruikt voor het dijklichaam en het ondergelegen slib. De voorspelde zettingen uit de simulaties werden met de opgemeten zettingen vergeleken. Om de parameters van het SSC grondmodel te bepalen, werd een back-analysis van de 1-D labosamendrukkingproef met het SSC grondmodel uitgevoerd. De back-analysis toonde dat het SSC grondmodel het opgemeten resultaat niet perfect kon nabootsen. Afwijkingen tussen de opgemeten en de gemodelleerde resultaten zijn duidelijk merk-

baar voor verticale spanningen kleiner dan 20 kPa en groter dan 1300 kPa. Deze fenomene kunnen te wijten zijn aan de variatie van de samendrukbaarheid van het slib met de toename van de spanning evenals de initiële verzadigingsgraad van het monster [Tennekoon, 2007]. De lage doorlatendheid kan volledige verzadiging van het monster voorkomen en kan dus tot grotere dan normale onmiddellijke zettingen aanleiding geven terwijl in het model volledige verzadiging is vooropgesteld. Het model vertoont goede resultaten rond een verticale spanning van 160 kPa. Figuur 15 toont het resultaat van de back-analysis en tabel 2 vat de parameters uit de back-analysis samen. De gemodificeerde samendrukkingsindex en ontlastingsindex uit laboproeven voorgesteld in tabel 2 werden berekend gebaseerd op cc (0.33) en cr (0.043) volgens internationale genormaliseerde parameterverhouding van deze parameters, aangegeven in Plaxis versie 8 [Brinkgreve, R.B.J. et al. 2006]. De waarden uit de simulatie voorgesteld in tabel 2 werden toegepast voor de modellering van de oude sliblaag. STABILITEIT VAN DE DIJK

Figuur 15 Het resultaat van de simulatie van de oedometerproef met Plaxis.

Figuur 16 Typische glijvlakken voor doorsnede D.

52

GEOtechniek – april 2009

Om de stabiliteit van de dijk te beoordelen werd een stabiliteitsberekening uitgevoerd met de φ-c reductie methode. Deze methode is beschikbaar in Plaxis. De methode houdt in dat de sterkteparameters, tan φ en c, achtereenvolgens gereduceerd worden tot de structuur bezwijkt. Zoals eerder vermeld werden MC en SSC grondmodellen gebruikt voor het dijklichaam en het ondergelegen slib. De afmetingen van de dijk werden weergegeven in figuur 1. De bestaande dijk of de zanddijk op de rechterkant wordt beschouwd als een vaste grens voor het slib. Dat wil zeggen dat bewegingen en vervormingen van deze dijk heel klein worden verondersteld en daardoor worden verwaarloosd. In totaal werd er gebouwd in 4 fases met 1 jaar consolidatieperiode tussenin. Dit plan werd niet helemaal gevolgd wegens verschillende redenen zoals de productiesnelheid van het slib. Bijvoorbeeld in doorsnede D werd de sectie opgebouwd in 5 maanden met ophogingen van ongeveer 4.5m. Het gedrag van deze dijk langs doorsnede D is dus interessanter dan in de andere doorsneden omdat de zettingen en poriënwaterspanningen evenals de mogelijkheid van bezwijking van de dijk groter zijn dan bij de andere doorsneden. Nochtans blijkt dat de dijk stabiel is tot nu toe en dat het ondergelegen slib een dijk van 10 m hoogte kan dragen. De resultaten van deze berekening zijn samengevat in tabel 3. Figuur 16 toont typische glijvlakken voor doorsnede D. Zoals verwacht verminderen de veiligheidsfactoren


Industrieel slib voor bouwen van een dijk

Figuur 17 Gesimuleerde en gemeten zettingen voor doorsneden A en B (P.H. Yonatan et al. 2009).

Figuur 18 Gesimuleerde en gemeten zettingen voor doorsneden C en D (P.H. Yonatan et al. 2009).

Figuur 19 Gesimuleerde en gemeten poriënwateroverspanningen voor doorsnede B (P.H. Yonatan et al. 2009).

Figuur 20 Gesimuleerde en gemeten poriënwateroverspanningen voor doorsnede D (P.H. Yonatan et al. 2009).

bij de toename van de dijkophogingen. In het algemeen is doorsnede A veiliger dan doorsnede B. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat de consolidatieperiode tussen de fases 1 jaar bedroeg bij doorsnede A. Dus hadden de poriënwaterspanningen tijd genoeg om af te vloeien en werd er voldoende sterkte opgebouwd om de dijk te steunen. Anderzijds werden fase 2 en 3 van doorsnede D in slechts 5 maanden uitgevoerd. Bijgevolg, toch op het einde van fase 3, geeft de berekening een kritische veiligheidsfactor van 1.1 voor doorsnede D, waar de andere doorsneden een veiligheidsfactor van 1.5 hebben.

Nochtans, beide doorsneden zijn in kritische conditie op het einde van de 4de fase. De veiligheidsfactoren op lange termijn zijn meer dan 1.8 voor beide doorsneden zoals getoond in tabel 3. Bij deze stabiliteitsberekeningen werd geen rekening gehouden met de eventuele reductie van de wrijvingshoek in het contactvlak met het geotextiel. In dit geval is het geotextiel geruwd, en de praktijk toont aan dat de reële veiligheidsfactoren hoger zijn dan de berekende.

Fase

Veiligheidsfactor Doorsnede A Doorsnede D

1

2.37

2

1.88

3

1.51

4

1.15

1.08

Lange termijn

1.86

1.83

2.37 1.10

Tabel 3 Samenvatting van de veiligheidsfactoren.

GEOtechniek – april 2009

53


SIMUL ATIE VAN ZET TINGEN

Conclusies

Referenties

De resultaten van numerieke voorspellingen voor de zettingen samen met de opgemeten zettingen worden in figuren 17 en 18 voorgesteld. Als getoond in figuur 17 zijn de voorspelde zettingen uit de simulatie redelijk in overeenstemming met de opgemeten zettingen. De simulatieresultaten vallen binnen de gemiddelde waarden van opgemeten zettingen tussen doorsneden A en B. Bij de aanvang van de bouw is de overeenstemming tussen meting en simulatie beter. Dit is terug te voeren naar de toegepaste gemodificeerde samendrukkingsindex (λ*) van de simulatie. Het ongeroerde monster voor het modelleren van de 1-D oedometerproef werd genomen in een zone waar compactiekrachten van de transport wagens kleinere invloed op de slibfunderingen hebben gehad.

Het algemene gedrag van het slib is goed vergelijkbaar met dat van klei. Omdat deze materialen sterk samendrukbaar en weinig draagkrachtig zijn, moet voldoende aandacht besteed worden aan de eigenschappen van het slib, waarbij tevens de geotechnische mechanismen die kunnen optreden bij ophogingen, moeten geanalyseerd worden. Dit onderzoek toont dat gefilterperst slib bruikbaar is als bouwmateriaal voor de bouw van dijken. Uit dit onderzoek is duidelijk gebleken dat er verschillen en gelijkenissen zijn tussen dit industrieel slib en kleiachtige grond. De deeltjes van het slib zijn bolvormig in plaats van plaatvormig. Het slib heeft ook een hoog watergehalte. Dit is het gevolg van de sterke aantrekking van watermoleculen bij het ontstaan van het slib. Ten gevolge daarvan gedraagt het slib zich anders bij cyclische droging en bevochtiging. Dit benadrukt het belang van de opmeting van negatieve poriënwaterspanning of zuigkrachten. Verder onderzoek is nuttig om het uitzettingsen krimpgedrag van het slib te identificieren.

– American Society for Testing and Materials

Bij doorsneden C en D heeft de simulatie een nauwkeuriger voorspelling opgeleverd maar er zijn duidelijk verschillen tussen de opgemeten zettingen en de gesimuleerde zettingen in het begin van de constructie van de dijk. Nochtans zijn de absolute waarden van de zettingen tijdens de consolidatie niet veranderd. Dit toont aan dat het ongeroerde monster in overeenstemming is met de samendrukkingstoestand van het slib rond doorneden C en D. Dit benadrukt ook dat er variaties in de samendrukkingstaat van het slib op het stortterrein bestaan. De laboproeven tonen ook variaties in samendrukkingstaat zoals getoond in figuur 6. De simulatieresultaten van de poriënwateroverspanningen zijn in figuur 19 en 20 weergegeven voor doorsneden B en D. De berekende poriënwaterspanningen tonen overeenstemming met de gemeten waarden voor beide doorsneden. Nochtans, de poriënwaterspanningen van doorsnede D tonen een verschillende trend in vergelijking met die van andere doorsneden. Dit is wegens het feit dat het bouwen van fase 2 en 3 in enkel 5 maanden met beperkte consolidatieperiode uitgevoerd werd. Dit heeft hoge voortdurende waterspanningen voor een periode van bijna 1 jaar veroorzaakt. De dip in de poriënwaterspannings curve in figuur 20 is mogelijks veroorzaakt door een lokale afschuiving in die zone.

(ASTM). 1994. Standard classification of soils for Engineering Purposes. ASTM D 2487, Annual Book of ASTM Standards, Vol. 04-08, Philadelphia, 206-216. – American Society for Testing and Materials (ASTM). 1994. Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions. ASTM D 3080, Annual Book of ASTM Standards, Vol. 04-08, Philadelphia, 290-295. – Brinkgreve, R.B.J., Broere, W., & Waterman, D. (eds). 2006. Plaxis 2D – Version 8, Manual. PLAXIS BV, Balkema, Netherlands. – Burland, J.B. 1990. On the compressibility and shear strength of natural clays. Géotechnique 40 (3): 329-378. – Delveaux, T. & De Broe, E. 1993. Recyclage van afvalslib voor dijkbouw. Thesis. Department of Civil Engineering, K. U. Leuven, 133pages. – Klein, A. & Sarsby, R.W. 2000. Problems in defining the geotechnical behavior of wastewater sludges. In T.B. Edil & P.J. Fox (eds), Geotechnics of high content materials, ASTM STP 1374: 74-87. West Conschohocken, Pa. – Lancellotta, R. 1995. Geotechnical Engineering.

Uit de eerste en tweede proefdijk kunnen de volgende conclusies getrokken worden : – de ophoging moet gefaseerd geschieden, omdat de doorlatendheid te klein is voor een snelle consolidatie en opbouw van cohesie en inwendige wrijving. – het aanbrengen van drainerende tussenlagen versnelt de consolidatie – de indringing van hemelwater moet vermeden worden door een afwerking onder lichte helling.

A.A. Balkema, Rotterdam, Netherlands. – Nash D. F. T., Sills G. C. & Davison L.R. (1992) Onedimentional consolidation testing of soft clay from Bothkennar. Géotechnique 42(2): 241-256. – Op ‘t Eynde, S. & Michiels, T. 2005. Stabiliteitsonderzoek van dijken gebouwd met en op industrieel slib. Thesis. Department of Civil Engineering, K. U. Leuven, 97pages. – Yonatan, P.H. et al. 2008. Management and re-use of contaminated industrial sludge from geotechnical point of View. Proceedings of the 1st International Conference on Hazardous Waste Management. Chania, Crete, Greece, Technical University of Crete, Greece: 263. – Yonatan, P.H. et al. 2009. Construction of an embankment on and with an improved soft industrial sluge. In Karstunen & Leoni (eds). Proceedings of the 2nd International Workshop on Geotechnics of Soft Soil – Focus on Ground Improvement. Glasgow, Scotland, UK, CRC Press, Taylor & Francis Group: 444. – Tennekoon, J. 2007. Geotechnical characterization of an industrial sludge and numerical analysis of sludge dam behaviour. PhD thesis. Katholieke Universiteit Leuven. Belgium. 

Reageren op dit artikel? Stuur dan uw reactie vóór 29 mei 2009 naar info@uitgeverijeducom.nl

54

GEOtechniek – april 2009


Op zoek naar eerder verschenen publicaties uit het vakblad Geotechniek? Raadpleeg het pdf-archief op www.vakbladgeotechniek.nl


Grontmij, opgericht in 1915, is een multidisciplinair advies- en ingenieursbureau. Met ruim 8.000 professionals actief op het gebied van milieu, water, energie, bouw, industrie en infrastructuur. Wij willen de beste lokale dienstverlener zijn in Noordwest-Europa en meerwaarde leveren op het hele traject van ontwerp, advisering, engineering, contracting en management van multidisciplinaire projecten.

Wij ontwerpen en realiseren plannen voor de toekomst door mensen en partijen in regio’s bij elkaar te brengen en met elkaar te verbinden. Wij doen dat met respect voor de omgeving, vooronze klanten en voor elkaar. Grontmij heeft een notering aan de Effectenbeurs van Euronext Amsterdam.

Grontmij begeleidt traject Grote Sluis Spaarndam in opdracht van het hoogheemraadschap van Rijnland ing. J.G.M. Bos, senior adviseur Waterbouw

In het kader van de Wet op de waterkering verricht Grontmij onderzoek naar stabiliteit, sterkte, kerende hoogte en het bedieningsregiem van de afsluitingsmiddelen van waterkerende kunstwerken. Sluizen en stuwen moeten voortdurend aan hogere eisen voldoen. Bestaande installaties moeten worden aangepast aan de huidige stand van de techniek, aan de gewijzigde waterhuishouding of aan de veranderde scheepsvaart. Grontmij heeft in de loop der jaren veel ervaring opgebouwd in de engineering van civiele en bouwkundige werken en de mechanische en elektrotechnische installatie van sluizen en stuwen. Eén van de projecten die Grontmij op het gebied van sluizen doet is het project Grote Sluis Spaarndam. Grontmij heeft van het hoogheemraadschap van Rijnland opdracht gekregen voor de inspectie en het hersteladvies voor de historische Grote Sluis Spaarndam. Het gehele traject van voorontwerp tot uitvoeringsbegeleiding wordt door Grontmij uitgevoerd.

56

GEOtechniek – april 2008

Grote Sluis Spaarndam

Bouw

Communicatie

In 1897 is in Spaarndam op de plaats van de toenmalige sluis (1803), de Grote Sluis gebouwd zodat het Spaarne toegankelijk werd voor zeeschepen. In de periode tussen 1897 en nu is er veel verbouwd aan de sluis. De toestand van de sluis is sindsdien zodanig afgenomen, dat deze geheel moet worden vervangen.

De nieuwe sluis wordt gebouwd op de plek van de bestaande sluis. Om de stremming voor de scheepvaart tot een minimum terug te brengen, worden de sluishoofden gefaseerd gebouwd: eerst de wanden (geen stremming voor de scheepvaart) en dan de vloer er tussen (wel stremming voor de scheepvaart). Naast het noordelijk sluishoofd wordt opnieuw een beweegbare brug aangebracht. Middenin de kolk wordt een tussenhoofd gebouwd, die voorzien wordt van een roldeur. Er is gekozen voor een roldeur, vanwege de beperkte ruimte die aanwezig is voor dit hoofd. Dit tussenhoofd heeft als functie de zoutindringing op het Spaarne, als voor het schutten niet de gehele schutkolk benodigd is, te beperken. Voor en achter de sluis worden uitgebreide wachtplaatsen en remmingwerken aangelegd. Langs de kolk komt een nieuw bedieningsgebouw.

Ter begeleiding van de renovatie was er ook behoefte aan een communicatieplan. Grontmij heeft zowel het maken van het communicatieplan als de uitvoering daarvan op zich genomen. Een en ander gebeurt in nauw overleg met het hoogheemraadschap. Het vervangen van de Grote Sluis in Spaarndam heeft bijzonder veel consequenties voor omwonenden, de scheepvaart, het wegverkeer en de middenstand. Het communicatieplan brengt de te verwachten situatie in kaart, bevat een analyse van de verschillende belangengroepen, doet een voorstel voor overlegmomenten met de doelgroepen en geeft een planning van communicatieactiviteiten en de inzet van communicatiemiddelen. De uitvoering van de communicatieactiviteiten vindt in nauw overleg met het hoogheemraadschap plaats voorafgaand aan en tijdens de renovatiewerkzaamheden.

Uit onderzoek van de sluis bleek dat de sterkte van de sluishoofden onvoldoende was. Daarnaast bleek dat de staat van de sluisdeuren en hun bewegings- en de remmingwerken slecht was. Vanwege de slechte toestand van de sluis en de stremmingsduur, die rekening houdend met het vaarseizoen tot een half jaar moet worden beperkt, heeft het hoogheemraadschap van Rijnland besloten de sluis geheel te vernieuwen en tegelijk op te waarderen naar CEMT klasse IV. Zo kunnen grotere schepen Haarlem bereiken.


Grontmij De Holle Bilt 22 3732 HM De Bilt T +31 (0)30 220 79 11 F +31 (0)30 220 24 68 waterbouw@grontmij.nl www.grontmij.nl

Tracé Groenewoudsedijk 63 3528 BG Utrecht T +31 30 238 03 45 F +31 30 238 03 44 www.tracedetachering.nl

Volg jij de opleiding Civiele Techniek en zit je in het begin van je derde jaar? Heb je de ambitie om waterbouwkundig vakspecialist te worden of wil je dit gaan ontdekken? Schrijf je dan in voor de waterbouwbeurs bij Grontmij. Want: echte waterbouwers werken bij Grontmij! Waterbouwbeurs Grontmij biedt jaarlijks vier plekken binnen het programma van de waterbouwbeurs. Elk jaar worden er door detacheringsbureau Tracé twee sollicitatierondes gehouden, één in juni en één in december. Als Tracé jou selecteert voor deze prestigieuze beurs, start je in je derde studiejaar met een oriënterende stage bij Grontmij. In je laatste studiejaar maak je een afstudeeropdracht bij ons. Na het afronden van je opleiding heb je een goede kans om een aanbieding op maat te krijgen. Een vliegende start van je carrière dus! Hoe jouw stage, afstudeeropdracht en baan precies ingevuld worden, overleggen we met jou. Hierbij houden we rekening met jouw talenten en ambities.

Waar kom je te werken? De afdeling Waterbouw binnen Grontmij bestaat uit de teams geotechniek, kust & rivieren, havens & vaarwegen, ondergronds bouwen en projects. In De Bilt hebben we vier plekken per jaar beschikbaar binnen één van deze teams. Je komt te werken binnen een jong, professioneel team en je krijgt een vaste begeleider bij wie je terecht kunt met al je vragen. Tijdens jouw waterbouwbeurs word je begeleid door een consultant

Jachthaven Bruinisse, Nederland

Noord-Zuidlijn Amsterdam, Nederland Bron Gé Dubbelman Hollandse Hoogte

van Tracé en werk je aan je persoonlijke ontwikkeling. Je volgt effectieve trainingen, zoals persoonlijk leiderschap, timemanagement, onderhandelen en schrijfvaardigheid voor techneuten. Hoe maak je kans op de waterbouwbeurs? Lijkt dit je wel wat? Stuur dan een brief naar Grontmij of Tracé. Vermeld hierbij dat het om de waterbouwbeurs gaat.

Echte waterbouwers werken bij Grontmij! Haven Fredericia, Denemarken

GEOtechniek – april 2008

57


11 E J A A R G A N G NUMMER 2 APRIL 2009

Geotextiele tubes en containers getest in de Deltagoot van Deltares

Ontlastconstructies met gewapende grond in het project A2 Eindhoven


De collectieve leden van de NGO zijn:

Geokunst wordt mede mogelijk gemaakt door: Subsponsors Colbond BV Postbus 9600 6800 TC Arnhem Tel. 026 - 366 4600 Fax 026 - 366 5812 E-mail geosynthetics@colbond.com www.colbond-geosynthetics.com

NAUE Benelux Gewerbestrasse 2 32339 Espelkamp-Fiestel Duitsland Tel. +49 5743 41-0 Fax +49 5743 41-240 E-mail info@naue.com www.naue.com

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Bonar Technical Fabrics NV, Zele Bouwdienst Rijkswaterstaat, Utrecht Cofra B.V. Amsterdam Colbond BV, Arnhem CURNET CUR Bouw & Infra, Gouda Enviro Advice BV, Nieuwegein Fugro Ingenieursbureau BV, Leidschendam 8. Deltares, Delft 9. DVS (Dienst Verkeer en Scheepvaart), Delft 10. Geopex Product (Europe) BV, Gouderak 11. Movares Nederland BV, Utrecht 12. Intercodam Infra BV, Amsterdam 13. InfraDelft BV, Delft 14. Joosten Kunststoffen, Gendt 15. Kem Products NV, Heist op den Berg (B) 16. Kiwa NV, Rijswijk 17. NAUE Benelux, Espelkamp-Fiestel 18. Ooms Nederland Holding, Scharwoude 19. Pelt & Hooykaas BV, Rotterdam 20. Prosé Kunststoffen BV, Britsum 21. Quality Services BV, Bennekom

22. Robusta BV, Genemuiden 23. Schmitz Foam Products BV, Roermond 24. Stybenex, Zaltbommel 25. Ten Cate Geosynthetics Netherlands BV, Almelo 26. Tensar International BV, Oostvoorne 27. Terre Armee BV, Waddinxveen 28. TNO Ind. Div. Prod Onderzoek, Eindhoven 29. T&F Handelsonderneming BV, Oosteinde 30. Trisoplast® Mineral Liners, Kerkdriel 31. Van Oord Dredging and Marine Contractors, Rotterdam 32. Van Oord Nederland BV, Gorinchem 33. Voorbij Funderingstechniek BV, Amsterdam 34. Zinkcon Boskalis Baggermij., Papendrecht 35. Ceco BV, Maastricht

Enkagrid ®

Steil talud, Noorder Dierenpark Emmen,

Enkagrid PRO, Enkagrid MAX en Enkagrid TRC

gewapend met Enkagrid PRO

Colbond 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.

60

GEOkunst – april 2009

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

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 uw juiste partner voor ontwerp, levering en begeleiding. Colbond bv Postbus 9600 6800 TC Arnhem Tel.: 026 366 4600 Fax: 026 366 5812 geosynthetics@colbond.com www.colbond.com


Van de redactie Beste Geokunst lezers,

In memoriam Koos van Harten

Nederland heeft sinds de opkomst van de eerste geotextielen een

Onlangs ontvingen wij van Oud Voorzitter en erelid van de

prominente rol gespeeld als het gaat om innovatie en technische

NGO, Koos Mouw, het bericht dat Prof. Ir. Koos van Harten

ontwikkelingen. Deze traditie wordt voortgezet door baan-

afgelopen juli op de leeftijd van 85 jaar is overleden.

brekend onderzoek op het gebied van paalmatrassystemen,

Koos van Harten was medeoprichter en eerste voorzitter van

waarover in de voorgaande nummers van Geokunst is bericht

de NGO. Hij was ook vicevoorzitter van het eerste bestuur

en door onderzoek ‘op schaal’ naar het gedrag van geocontainers

van de IGS (International Geosynthetics Society). Naast zijn

en geotubes in de Deltagoot. Met ‘op schaal’ bedoelen wij niet

bestuurlijke functies bij de NGO was hij ook voorzitter van

dat monsters worden onderzocht in een lab. Het gaat hierbij om

de normcommissie en lid van de CEN-commissie. Bij zijn

het testen van constructies van meerdere lagen containers en

terugtreden als NGO bestuurslid in 1987, werd hij als eerste

tubes op een schaal van 1 op 4, in een van de grootste golfgoten

benoemd tot Erelid van de NGO.

ter wereld. Adam Bezuijen en Paul van Steeg doen verslag van

Met zijn baanbrekend onderzoekswerk aan de TU Delft heeft

de eerste beproevingen in 2007 en 2008. Er is gekeken naar de

hij een geweldige impuls gegeven aan de kennisontwikkeling

stabiliteit van containers en tubes onder golfaanval. Later, in

op het gebied van de mechanische eigenschappen van

een volgend artikel, zullen de consequenties van het onderzoek

geokunststoffen.

worden besproken voor de stabiliteitscriteria die gelden voor

De geokunststoffenwereld en de NGO in het bijzonder,

dit soort constructies onder golfaanval.

heeft veel aan Koos van Harten te danken.

In den droge gelden natuurlijk ook stabiliteitscriteria. Constant Brok en Bas Snijders nemen ons mee naar wat misschien wel de grootste bouwput van Nederland mag worden genoemd: de ombouw van de randweg Eindhoven. Door toepassing van geogrids in gewapende ophogingen van ongelijkvloerse kruisingen onder een scherpe hoek kan de horizontale gronddruk op de betonconstructies van de kunstwerken gereduceerd worden tot praktisch nul, waardoor een aanzienlijk lichter constructie en fundering kan worden toegepast. Shaun O’Hagan Eindredacteur Geokunst

Prof. Ir. Koos van Harten 1923 – 2008

Colofon

Geokunst wordt uitgegeven door de

Een abonnement kan worden

Nederlandse Geotextiel-organisatie.

aangevraagd bij:

Het is bedoeld voor beleidsmakers,

Nederlandse Geotextielorganisatie (NGO)

opdrachtgevers, ontwerpers, aannemers

Postbus 7053

en uitvoerders van werken in de grond-,

3430 JB Nieuwegein

weg- en waterbouw en de milieutechniek.

Tel. 030 - 605 6399

Geokunst verschijnt vier maal per jaar

Fax 030 - 605 5249

en wordt op aanvraag toegezonden.

www.ngo.nl

Tekstredactie

C. Sloots

Eindredactie

S. O’Hagan

Redactieraad

C. Brok, A. Bezuijen, M. Dus̆kov, J. van Dijk, W. Kragten, R. de Niet

Productie

Uitgeverij Educom BV, Rotterdam

GEOkunst – april 2009

61


Ir. Adam Bezuijen Ir. Paul van Steeg

Deltares en TU Delft Deltares

Samenvatting Geotextiele zandelementen worden in veel gevallen gezien als een serieus alternatief voor

Geotextiele tubes en containers getest in de Deltagoot van Deltares

traditionele oeverbeschermingsconstructies zoals breuksteen of betonnen elementen. Omdat deze constructie-elementen veelal een lagere milieubelasting geven en lagere kosten hebben, heeft Deltares deze innovatieve materialen getest in de Deltagoot. In 2007 en 2008 is er onderzoek uitgevoerd naar de stabiliteit van geotextiele containers en geotextiele tubes onder golfaanval. Dit artikel gaat in op beide onderzoeken. Er blijken belangrijke verschillen te zijn tussen containers en tubes

Deltagoot Probleem was en is dat, hoewel er ondertussen al de nodige constructies met geosystemen zijn gebouwd, er relatief weinig ervaring is met deze constructies in vergelijking met de traditionele constructies. In â&#x20AC;&#x2DC;CUR217 : Ontwerpen met geotextiele zandelementen(2006)â&#x20AC;&#x2122; zijn de belangrijkste ontwerpregels samengevat. Bij de samenstelling van de CUR publicatie bleek dat de stabiliteit van geotextiele tubes en geotextiele containers onder golfaanval nog maar beperkt onderzocht was. Veel onderzoek is gebaseerd op relatief kleinschalig fysiek modelonderzoek in golfgoten en bassins. Hierbij was het vermoeden dat de stabiliteit in de kleinschalige modellen hoger is dan in werkelijkheid, omdat vervormingen van de zandelementen en intern zandtransport niet goed geschaald kan worden. Binnen Deltares is daarom besloten om de stabiliteit van geotextiele tubes en geotextiele containers te onderzoeken met behulp van een grootschalig modelonderzoek. Hiervoor is de

Deltagoot gebruikt. De Deltagoot is met een lengte van 235 m, een breedte van 5 m en een maximale waterdiepte van 5,5 m een van de grootste golfgoten ter wereld. In deze golfgoot kunnen onregelmatige golven met een significante golfhoogte tot 1,5 m worden opgewekt, zodat vrij hoge golfbelastingen kunnen worden aangebracht.

Containers en Tubes Voorbeelden van geotextiele zandelementen zijn geotextiele containers en geotextiele tubes. Geotextiele containers zijn grote langwerpige elementen met een volume van 100 m3 tot 600 m3 en worden geplaatst met behulp van een splijtbak (zie figuur 1). Geotextiele tubes zijn lange buizen van geotextiel met een doorsnede van maximaal 6 meter. Geotextiele tubes worden geplaatst door een zand-watermengsel in een vulslurf te pompen. Het voornaamste verschil tussen containers en tubes is de vulgraad. Bij containers moet die

Figuur 1 Artist impression, geotextiele container valt uit splijtbak.

62

GEOkunst â&#x20AC;&#x201C; april 2009

met betrekking tot de stabiliteit onder golfaanval. Een volgend artikel zal de consequenties van het onderzoek bespreken voor de stabiliteitscriteria die moeten gelden voor dit soort constructies onder golfaanval.

vulgraad laag zijn omdat de opening van de splijtbak waardoor deze worden geplaatst een beperkte breedte heeft. Bij een vulling van meer dan 50 % lukt het niet meer om de containers door die opening te laten vallen. Tubes worden op de locatie volgespoten wat leidt tot een vulgraad van 60 tot 80%. De vulgraad wordt bepaald ten opzichte van het theoretische maximale volume waarbij de dwarsdoorsnede van de container een cirkel is.

Geotextiele containers In 2007 is de stabiliteit van geotextiele containers onderzocht in de Deltagoot. Hiervoor werd

Figuur 2 Vullen van een model geotextiele tube (naast de golfgoot) tijdens de open dag op 3 december 2008.


een talud gebouwd van modelcontainers. Deze hebben een hoogte van 0.55 m, een breedte van 2.75 m en een lengte van 5 m. De geometrische schaal is circa 1:4. De containers werden in den droge gebouwd en verdicht. Twee opstellingen zijn getest: in de eerste testopstelling was de waterstand gelijk aan de bovenkant van de bovenste containers, in de tweede testopstelling lag de bovenste geocontainer onder water (ca. 0.75 Hs, waarbij Hs de significante golfhoogte is). Dit is weergegeven in figuur 3. Een foto van het opgebouwde talud is weergegeven in figuur 4.

Figuur 3 Constructies met geotextiele containers getest in de Deltagoot van Deltares. Het talud onder de containers is gemaakt van beton.

In dit onderzoek bleek de stabiliteit van de containers onder golfaanval lager dan gedacht. Er trad een mechanisme op dat lang geleden (Venis, 1967) wel was beschreven, maar daarna toch wat in de vergetelheid was geraakt: het zand in de geocontainer gaat onder invloed van de golfaanval bewegen ten opzichte van het geotextiel met als gevolg dat de container gaat 'rupsen'. Dit fenomeen is rupsen genoemd, omdat het geotextiel dezelfde beweging maakt als de rups van een rupsvoertuig. Er is geen beweging ten opzichte van de ondergrond, maar de bovenkant beweegt wel en zo vervormt de container en het zand in de container (Van Steeg & Klein Breteler, 2008). Er ontstaat dus geen direct bezwijken, maar bij een toenemend aantal golven gaat de constructie meer en meer vervormen, totdat deze bezweken is. In de analyse is het vermoeden geuit dat dit rupsen veroorzaakt wordt door de lage vulgraad van de containers. Hierdoor is de trekspanning in het geotextiel laag, met als gevolg dat dit onder golfaanval kan gaan bewegen waardoor het zand in de container kan gaan schuiven.

Figuur 4 Opbouw van geotextiele containers in de Deltagoot.

Geotextiele tubes Geotextiele tubes liggen veelal aan de bovenkant van een constructie en daarom is ook de stabiliteit van een enkele tube van belang. Daarom zijn de constructies getest, die zijn weergeven in figuur 5. Variabelen zijn de afmetingen (2 verschillende afmetingen), de vulpercentages (3 verschillende vulpercentages) en het aantal gebruikte tubes (een enkele tube, twee tubes achter elkaar geplaatst en een zogenaamde 2-1 stapeling). De hoogte van de tubes varieerde van 0.57 m tot 0.88 m, de breedte varieerde van 1.47 m tot 2.19 m. Alle tubes hadden een lengte van 5.0 m, gelijk aan de breedte van de Deltagoot. De geotextiele tubes zijn gemaakt op de manier

60%

75%

90%

Figuur 5 Constructies met geotextiele tubes getest in de Deltagoot. Het talud onder de tubes is gemaakt van beton.

zoals dat ook in de praktijk gaat: Een zandwatermengsel wordt in de tube gepompt, het water stroomt eruit en het zand blijft achter (figuur 2). Het gebruikte zand heeft een d50 van 195 µm. De aannemer De Vries en Van De Wiel, die ook

ervaring heeft met het volpompen en plaatsen van geotextiele tubes in de praktijk, heeft dit onderdeel verzorgd. Ten Cate heeft de geotextielen (Geolon PE180 met een treksterkte van 40 kN/m en een O90 van 180 µm) geproduceerd en geleverd.

GEOkunst – april 2009

63


Voordat de golfproeven plaatsvonden, is een gedeelte van de vorm van de tube exact bepaald en vergeleken met een daarvoor door Deltares ontwikkeld rekenprogramma. Het blijkt dat de uitkomsten van dit rekenprogramma en de metingen goed met elkaar overeenkomen (zie figuur 6). De verschillende constructies werden belast met 1000 golven. Indien de constructie niet bezweek werd de test herhaald met een golfhoogte die 15 % hoger was dan de voorgaande test. Dit proces is herhaald totdat de constructie bezweek. Tijdens de verschillende testen bleek dat de geotextiele tubes 'tegen een stootje kunnen' (figuur 7). Door de hogere vulgraad bleek het rupsen, dat bij de containers de stabiliteit nadelig had beïnvloed, nu veel minder aanwezig. Wel bleek dat bij een gladde ondergrond, de tube vrij gemakkelijk kon gaan schuiven. Hoe stabiel de containers zijn en welke factoren de stabiliteit beïnvloeden, komt in een volgend artikel aan de orde.

64

GEOkunst – april 2009

Figuur 6 Vorm van de geotextiele tube direct na constructie, metingen en berekening.

Referenties Venis, W.A. (1967), Closure of estuarine channels in tidal regions, Behaviour of dumping material when exposed to currents and wave action, De ingenieur, 50, 1968 – CUR, 2006, CUR 217: Ontwerpen met geotextiele zandelementen, Stichting CUR, Gouda – Steeg, van P. en Klein Breteler, M. Large scale physical model tests on the stability of geocontainers, Deltares report H4595, mei 2008. 

Figuur 7 Golfaanval op geotextiele tubes in de Deltagoot. Op de geotextiele tubes zijn witte kruisen geplaatst om vervormingen te registreren.


Ir. Bas Snijders Ing. Constant Brok

Breijn Huesker Synthetic GmbH

Samenvatting Het Project Ombouw Randweg Eindhoven bestaat uit het ombouwen van de huidige situatie (2x3 rijbanen) naar de 4x2 rijbanen. Breijn, een adviesbureau dat onderdeel is van Heijmans Infra, heeft de engineering verzorgd ten behoeve van de uitvoering. Het door Heijmans uitgevoerde deel van het werk loopt van de knooppunten Ekkersweijer tot Leenderheide. De lengte van het werk is circa 17 km en bevat naast 33 kunstwerknummers een aantal grote keerwanden, geluidschermen, portalen en enkele kleine kunstwerken. In samenwerking met Huesker zijn enkele

Ontlastconstructies met gewapende grond in het project A2 Eindhoven

optimalisaties bedacht waarbij gebruik wordt gemaakt van geokunststoffen. Dit artikel beschrijft het gebruik van geokunststoffen als ontlastconstructie achter kunstwerken.

Foto 1 Gehanteerde bekisting.

Ontlastingsconstructies Kunstwerken In dit project zijn 6 kunstwerken waarbij de kruisende wegen, door middel van ongelijkvloerse kruisingen, een scherpe hoek met elkaar maken (zie figuur 1). Het betreft de kunstwerken 1, 5, 6, 7, 21 en 34A/B, die op palen gefundeerd worden. Als gevolg van de scherpe hoek zijn de grondaanvullingen voor het talud tegen de betonconstructie ongelijkmatig. Bij een klassieke uitvoering zou dit een ongelijkmatige horizontale gronddruk geven, die zou resulteren in een globaal moment in het horizontale vlak, werkend op de constructie. Dit is niet gewenst. Door de grondaanvulling uit te voeren in gewapende grond en deze op circa 0,10 m vanaf de betonconstructie te bouwen wordt dit globale moment voorkomen. Een groot bijkomend voordeel van de ontlastconstructie is het reduceren van horizontale krachten op de fundering. Het principe van de ontlastconstructie is weergegeven in figuur 2.

Berekeningen

Figuur 1 Schuine ongelijkvloerse kruising.

Voor het ontwerp van gewapende grond zijn in het buitenland rekenregels ontwikkeld, onder andere op basis van theoretische beschouwingen en ervaringen met en metingen aan gerealiseerde constructies. In 2000 is de Nederlandse CUR-publicatie 198 ‘Kerende constructies in gewapende grond’

GEOkunst – april 2009

65


verschenen waarin de principes van de rekenregels met bijbehorende veiligheidsanalyses uit de Britse norm BS 8006 en Duitse norm EBGEO (DIN 4084) zijn overgenomen. Zoveel mogelijk zijn de rekenregels in overeenstemming gebracht met de Nederlandse normen NEN 6702 en NEN 6740 (zie CUR 198 Hoofdstuk 3). In CUR 198 is aangetoond dat beide berekeningswijzen, BS8006 en DIN 4084, vergelijkbare uitkomsten genereren. De berekeningen van de gewapende grondconstructies zijn uitgevoerd met het programma Huesker-Stability (specifieke ontwikkeling van GGU-Stability) gebaseerd op onder andere Bischop en Janbu. Hierbij wordt zowel de inwendige (zie figuur 3) als de uitwendige (zie figuur 4) stabiliteit gecontroleerd volgens DIN 4084. Figuur 2 Principe ontlastconstructie. Er zijn 2 documenten die op basis van empirische methoden een manier aangeven hoe de horizontale deformatie van de gewapende grond met zand als bouwmateriaal enigszins te bepalen valt, namelijk:  document ’Application of the Ko-stiffness method to reinforced soil wall limit states design’, d.d. december 2001 van US Department of Transportation, Federal Highway Administration en  document ’Mechanically stabilized earth walls and reinforced soil slopes design & construction guidelines’, d.d. maart 2001 van National Highway Institute, Office of Bridge Technology (doc.nr. FHWA-NHI-00-043). Gebruik makend van dezelfde figuur uit deze twee documenten is snel een maximale horizontale deformatie te berekenen. Echter deze dient voor deze gewapende grondconstructie als bovengrens beschouwd te worden, omdat er uitgegaan wordt van alleen zand als ophoog materiaal, terwijl hier in de kopsekant zand-cement stabilisatie met puingranulaat wordt toegepast. In 2004 zijn in Neurenberg,Duitsland in het kader van ’voegloos bouwen’ 1 op 1 testen gedaan met een 5 m hoge gewapende wand. Deze wand is trapsgewijs belast tot een funderingsdruk van 600 kN/m2 waarbij de vervormingen aan de voorzijde zijn gemeten. Deze testen gaven de zekerheid dat een gleuf van 10 cm tussen de betonconstructie en de gewapende grond voldoende zou moeten zijn. De gewapende grondconstructie is opgebouwd uit horizontale Fortrac TP® geogrid wapeningslagen met een laagdikte van 0,60 m. De grids worden terugverankerd. De treksterkte en verankeringslengte kan per laag variëren. Bij alle constructies zijn treksterktes van 80 en 55

66

GEOkunst – april 2009

Figuur 3 Uitwendige stabiliteit.

Figuur 4 Inwendige stabiliteit.


Foto 3 Gleuf tussen beton en gewapende grond.

Foto 2 Opbouw nadert zijn einde.

kN/m1 toegepast. De aanvulgrond bestaat uit zand met aan de voorzijde minimaal 0,5 m puingranulaat 0/31,5 en een afgedekte zandcement stabilisatie om een betere vormvastheid te creëren. De gewapende grond wordt zo steil mogelijk gebouwd (90°) zodat de gleuf, de afstand tot de betonconstructie, beperkt blijft.

Uitvoering gewapende grond Heijmans heeft voor de bouw van de gewapende grond een steunbekisting gemaakt waarbij bij aanvang twee lagen in één keer gebouwd kunnen worden. Met afstandhouders wordt de bekisting klem gezet tegen de betonwand. Nadat men klaar is met een laag worden de afstandhouders (wiggen) getrokken zodat de bekisting vrij komt van de betonwand. Daarna wordt de bekisting steeds één laag getrokken zodat de laatste gebouwde laag nog steeds steun ondervindt wanneer een nieuwe laag wordt opgebouwd. Dit proces wordt herhaald tot aan de bovenzijde van de betonwand. Foto 1 en foto 2 geven een beeld van de opbouw.

Foto 4 Stempels betonwerk op gewapende grond.

Elke laag wordt verdicht tot de minimaal 98% proctordichtheid. Aan de voorzijde wordt de ophoging in twee keer met een trilplaat verdicht en aan de achterzijde wordt een wals ingezet om de zandlaag in één keer te verdichten. Elke laag wordt, indien nodig, ingewaterd om het optimaal te kunnen verdichten. Met behulp van een nucleaire dichtheidsmeting wordt de verdichtingsgraad van elke laag op diverse

GEOkunst – april 2009

67


locaties gemeten. De verdichting wordt doorgezet, totdat aantoonbaar aan de eis van minimaal 98% wordt voldaan. Als de gewapende grond is opgebouwd wordt de bovenzijde van de gleuf met een folie, die met een staalplaat aan het beton wordt bevestigd, afgedicht en met een zandcementstabilisatie met daarop een grondlaagje afgedekt. Het betonwerk kan nu verder met het dek en daarom worden er stempels geplaatst op de gewapende grond. Zelfs onder deze belasting blijft de gleuf open staan. Voor een impressie zie de foto's 3 en 4. De gleuf wordt later niet gevuld maar er blijft een luchtspleet achter. Als het betonwerk gereed is worden ook de kieren aan de zijkanten met folie en staalplaten afgedicht en wordt het talud afgewerkt.

Tijdelijke ontlasting KW 18 Kunstwerk 18 over de A67 wordt in het project gesloopt en opnieuw opgebouwd met twee overspanningen. Omdat het verkeer doorgang moet vinden wordt naast het kunstwerk een tijdelijke brug gebouwd. De bedoeling was om de steile taluds uit te voeren door een damwandconstructie waarop het brugdek zou komen te liggen. Vlak voor de uitvoering bleek dat er vlak achter de oplegging een grote duiker en kabels en leidingen aangelegd moest worden. Hierdoor was het niet mogelijk om de damwandconstructie door te trekken en aan te sluiten op de damwand waarop het brugdek zou komen te liggen waarmee een stijve constructie zou worden gevormd. De oplossing hiervoor is een steil talud met gewapende grond en een ontlastconstructie vlak achter het brugdek. De foto's 5 en 6 geven de constructie weer.

Foto 5 Tijdelijke terp kw18.

Conclusie Zowel in definitieve als tijdelijke situaties kunnen ontlastconstructies met gewapende grond een interessante en kostenbesparende oplossing zijn om te voorkomen dat constructies door hoge horizontale gronddruk worden belast. In Nederland is dit principe nu toegepast bij dit project en bij een viertal kunstwerken in de A73. In 2009 wordt deze oplossing ook gebruikt bij een van de kunstwerken in de Hanzelijn. 

Foto 6 Ontlastingsconstructie tijdelijke kw18.

68

GEOkunst â&#x20AC;&#x201C; april 2009


Profile for Uitgeverij Educom

Geotechniek april 2009  

Dertiende jaargang nummer 2 april 2009 Onafhankelijk vakblad voor het Geotechnische werkveld

Geotechniek april 2009  

Dertiende jaargang nummer 2 april 2009 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