Page 1

13 E J A A R G A N G NUMMER 3 JULI 2009

Trillingen tijdens het boren van de Hubertustunnel 

Bresvloeiing in zand

Last zakkingsgedrag MT-palen bij uitbreiding IBIS hotel Amsterdam

Toepassing optische vezeltechnologie voor lange termijn monitoring vernagelde taluds

inclusief

GEO kunst

pag. 55 – 63


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

Had u het al in de gaten? De pen voor het schrijven van dit voorwoord wordt sinds enkele uitgaven doorgegeven binnen de redactie. We willen u steeds weer verrassen met een heerlijke ‘appetizer’ voordat u het blad zelf gaat verslinden. Als voorgerecht kan ik u in deze uitgave zeer warm aanbevelen om de nieuwe rubriek van CUR Bouw&Infra te proeven. De redactie is verheugd dat deze rubriek terug is in het blad. Meteen daarbij krijgt u ook nog de kans u tegoed te doen aan de start van een artikelenserie rondom ‘leren van geotechnisch falen’. Over dat falen is de laatste tijd veel geschreven, de redactie is zeer blij met deze serie waarin lessen worden getrokken uit deze situaties. Behalve een overzichtsartikel is er een eerste casestudie beschreven, die betrekking heeft op de fundering van het Vlietland ziekenhuis in Schiedam. Als tussengerecht vind u de rubriek ‘Vraag en antwoord’ die enige tijd ontbrak, maar weer nieuw leven is ingeblazen. Het hoofdgerecht bestaat uit een heerlijke melange van stevige funderingen gemaakt van microtunnelling palen en nieuw gemeten en geanalyseerde trillingen tijdens het boren van de Hubertustunnel. Daarbij vindt u een artikel over grondnagels en optische vezels uit België, wat aldaar de innovatieprijs ‘Hubert Raedschelders 2008’ in de wacht heeft gesleept. De serie over het gedrag van zand onder cyclische belasting wordt vervolgd met een bijdrage over bresvloeiing. Natuurlijk is er ook een toetje, daarvoor nodig ik u uit de agenda van activiteiten in het vakgebied goed te bekijken en de data te reserveren om met vakgenoten en anderen de geotechniek op de kaart te zetten en te beleven, bijvoorbeeld op de geotechniekdag op 5 november in Rotterdam. Een flinke delegatie Nederlandstalige geotechnici zal in oktober afreizen naar het internationale congres voor grondmechanica en geo-engineering van ISSMGE te Alexandrië. Geotechniek komt daar met een special uit, waarmee we een zeer internationaal publiek kennis laten maken met mooie en uitdagende projecten. Er zit nog wel iets meer achter deze afwisseling van het schrijven van het voorwoord. De redactie kent momenteel geen formele hoofdredacteur, maar wordt gestuurd door een roulerend voorzitter. Otto Heeres heeft aangegeven dat het hoofdredacteurschap niet meer te combineren is met zijn andere werkzaamheden (bij Gemeentewerken Rotterdam en TU Delft). De redactie vindt het heel erg jammer dat Otto ons niet meer zal leiden en zal zijn inbreng in de vorm van de combinatie van wetenschap en praktijk zeer missen. Namens Robert, Koenraad, Roel, Martin, de redactieraad én alle lezers van Geotechniek wil ik hierbij Otto danken voor de grote hoeveelheid werk die hij de afgelopen jaren als opvolger van Geerhard Hannink heeft verzet. Die overgang, die bijna onmogelijk was, heb jij voor elkaar gekregen en daar zullen we in de redactie de komende tijd hopelijk de vruchten nog van kunnen plukken. Het laatste voorwoord van Otto als hoofdredacteur betrof een nadenker over de ‘ingenieur van de toekomst’. De redactie wenst Otto en ook alle andere lezers een heel mooie toekomst toe. Namens de redactie en uitgever, Mandy Korff

GEOtechniek – juli 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 www.grontmij.nl

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

Ringwade 51, 3439 LM Nieuwegein Postbus 1555, 3430 BN Nieuwegein Tel. 030 - 285 40 00 www.ballast-nedam.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

Westbaan 240 Tel. 0172-427 800 2841 MC Moordrecht Fax 0172-427 801 www.geomil.nl

Uretek Nederland BV Zuiveringweg 93, 8243 PE Lelystad Tel. 0320 - 256 218 www.uretek.nl

2

GEOtechniek – juli 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

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

Baggermaatschappij Boskalis BV www.boskalis.nl Rosmolenweg 20 3356 LK Papendrecht Tel. 078 - 696 9011 Fax 078 - 696 9555

IFCO Funderingsexpertise BV Limaweg 17 2743 CB Waddinxveen Tel. 0182 - 646 646 Witte Vlinderweg 11 1521 PS Wormerveer www.ifco.nl

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 CUR Bouw & Infra Postbus 420 2800 AK Gouda Tel. 0182 - 540630 Fax 0182 - 54 06 21 www.curbouweninfra.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

Geotechniek jaargang 13 nummer 3 – juli 2009 Geotechniek is een informatief/promotioneel onafhankelijk vaktijdschrift dat beoogt kennis en ervaring uit te wisselen, inzicht te bevorderen en belangstelling voor het gehele

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

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.

Cools, ir. P.M.C.B.M.

Seters, ir. A.J. van

Dalen, ir. J.H. van

Smienk, ing. E.

Deen, dr. J.K. van

Stam, ir. J.L.

Diederiks, R.P.H.

Steenbrink, ing. R.

Eijgenraam, ir. A.A.

Thooft, dr. ir. K.

Graaf, ing. H.C. van de

Veenstra, ing. R.

Haasnoot, ir. J.K.

Vos, mw. ir. M. de

Jonker, ing. A.

Wibbens, G.

Kant, ing. M. de 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 Foto Hubertustunnel: Nico Orie © Copyrights Uitgeverij Educom BV - juli 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 – juli 2009

3


Terracon Funderingstechniek B.V. is een dynamisch, toonaangevend en internationaal actief aannemersbedrijf in specialistische funderingstechnieken, voor met name het ontwerp en de uitvoering van in de grond gevormde funderingstechnieken, waaronder Vibro-palen, Terra-combi-palen, TerraSon-palen, Terr-Econ-palen, MV-palen, alsmede damwandconstructies en prefab betonpalen. Terracon Funderingstechniek B.V., Terracon International B.V. en Terracon Spezialtiefbau GmbH beschikken over modern materieel en een gemotiveerd team van medewerkers. De bedrijven zijn ISO-9001 en VCA** gecertificeerd. Het afgelopen jaar was Terracon actief in Nederland, BelgiĂŤ, Duitsland, Schotland en Portugal, met name voor industrie (waaronder de petrochemie en elektriciteitscentrales), infrastructuur, utiliteitsbouw en waterbouw. Wij zijn momenteel op zoek naar een:

ervaren Hoofd Bedrijfsbureau (M/V) Uw takenpakket zal onder andere bestaan uit: 

engineering, zowel geotechnisch als constructief



controleren van begrotingen



opstellen van aanbiedingen



het gehele traject van onderhandelingen t/m de contractvorming

Wij komen graag met u in contact wanneer u zich herkent in het onderstaande profiel: 

Opleiding bij voorkeur TU Civiele Techniek echter minimaal H.T.S. Civiele Techniek



Enkele jaren ervaring in een soortgelijke functie in de civiele techniek, bij voorkeur in de hei- en funderingstechniek



Bekend met de huidige technische normen en voorschriften op het gebied



Engelse en Duitse taal in woord en geschrift wordt goed tot zeer goed beheerst.



Positieve en flexibele instelling, beschikkend over goede communicatieve vaardigheden

van geotechniek en funderingstechniek.

en een representatieve, commerciĂŤle en klantgerichte benadering. Wij bieden het volgende: 

Een salaris passend bij opleiding en ervaring



Zeer goede secundaire arbeidsvoorwaarden



Doorgroeimogelijkheden afhankelijk van opleiding, ervaring en eigen ambitie



Een informele en collegiale werksfeer in een uiterst dynamisch bedrijf en vakgebied

Indien u meer inhoudelijke informatie wenst over de functie, kunt u contact opnemen met de heer ing. S. Doornbos, tijdens kantooruren tel. 0183-401311 of 06-531 531 34. Voor een nadere introductie van ons bedrijf verwijzen kijk op: www.terracon.nl. Uw sollicitatiebrief met C.V. kunt u sturen naar: Terracon Funderingstechniek B.V., T.a.v. mevrouw Sjanie Viveen, afd. P&O, Postbus 49, 4250 DA Werkendam. Mailen mag ook: s.viveen@terracon.nl

Acquisitie naar aanleiding van deze advertentie wordt niet op prijs gesteld.


Inhoud Geotechniek 1 6 11 12 14 16 20 22 24 26 29

Van de Redactie Actueel Agenda Vraag & antwoord Cur Bouw & Infra Info Leren van geotechnisch falen – Case Vlietland Ziekenhuis Technische commissies KIVI NIRIA rubriek Ingezonden brieven The Magic of Geotechnics SBR-info

31

Trillingen tijdens het boren van de Hubertustunnel S. van Baars / J.W. Vink

34

Bresvloeiing in zand M.B. de Groot / D.R. Mastbergen M. van der Ruyt / G.A. van den Ham

40

Last Zakkingsgedrag MT palen – Uitbreiding IBIS hotel te Amsterdam R.E.P. de Nijs

48

Toepassing optische vezeltechnologie voor lange termijn monitoring vernagelde taluds Noël Huybrechts / Patrick Ganne / Johan Vlekken Wim Maekelberg / Jan Maertens

55

Geokunst

57

Van de redactie / Colofon

58

Handboek Folieconstructies Colette Sloots

61

Een geotextiele oplossing voor het mobiliteitsprobleem Julian van Dijk

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

Belgische Vereniging Aannemers Funderingswerken Priester Cuypersstraat 3, 1040 Brussel Secretariaat: erwin.dupont@telenet.be

BGGG

Belgische Groepering voor Grondmechanica en Geotechniek c/o BBRI, Lozenberg 7, 1932 Sint-Stevens-Woluwe E-mail bggg@skynet.be GEOtechniek – juli 2009

5


Actueel  TEC ontwerpt vaste  oeververbinding  Denemarken-Duitsland Een internationaal consortium bestaande uit Rambøll (DK), ARUP (UK) en Tunnel Engineering Consultants, TEC (Royal Haskoning, DHV, Witteveen + Bos) uit Nederland, heeft de opdracht verworven voor het ontwerp van een 19 km lange afgezonken tunnel tussen Denemarken en Duitsland. TEC verstevigt met de verwerving van dit project haar leidende positie in de internationale markt van afgezonken tunnels. Maart jl. heeft het Deense parlement het verdrag voor de bouw van een vaste oeververbinding tussen Denemarken en Duitsland met een overweldigende meerderheid bekrachtigd. Nu kan er begonnen worden met het ontwerp van de verbinding. De Femern Bælt A/S, belast met de voorbereidende werkzaamheden voor de bouw van de vaste oeververbinding, heeft op 6 april jl. hiertoe een contract getekend met het consortium.

Voor de 19 km lange verbinding zullen parallel een brug- en een tunnelontwerp worden ontwikkeld. De Femern Bælt A/S zal een definitieve keuze voor een brug of tunnel maken als beide ontwerpen voldoende zijn uitgewerkt en de keuze gebaseerd kan worden op een evenwichtige afweging van alle relevante aspecten. De verbinding wordt een van de grootste vaste oeververbindingen ter wereld en bestaat uit een autoweg met twee keer twee rijstroken en een tweesporige treintunnel. De tunneloplossing is veruit de langste en een van de diepste afgezonken tunnels ter wereld. De kosten voor de realisering van het project zijn geraamd op een bedrag van € 6,6 miljard, inclusief de aan-

6

GEOtechniek – juli 2009

Onder redactie van R.P.H. Diederiks

passing van de infrastructuur op de Deense en Duitse oevers. De voorbereidende ontwerpwerkzaamheden nemen naar verwachting drie jaar in beslag. De verbinding kan naar verwachting eind 2018 in gebruik worden genomen.

innoverend vermogen, onderscheidt. Met de verkiezing wil KIVI NIRIA zichtbaar maken welke meerwaarde ingenieurs hebben voor de maatschappij en jongeren laten zien dat een ingenieursstudie een zeer gevarieerd en aantrekkelijk carrièreperspectief biedt. De ingenieur die dat beeld vertegenwoordigt, wordt met de titel Ingenieur van het Jaar 2009 in het zonnetje gezet en volgt daarmee de winnaar van 2008, Saskia Rijtema van Heerema Marine Contractors, op. Een deskundige jury zal aan de hand van de eerdergenoemde criteria bepalen wie zich een jaar lang Ingenieur van het Jaar mag noemen. De uitslag van de verkiezing zal in november tijdens een feestelijke bijeenkomst bekend worden gemaakt.

 Eemshaven krijgt eerste  zeedijk met sensoren Samenwerkingsverband TEC TEC is een permanent samenwerkingsverband tussen drie Nederlandse adviesbureaus Royal Haskoning, DHV en Witteveen+Bos, dat zich richt op het ontwerp van ondergrondse verkeersinfrastructuur. TEC is sinds haar oprichting in 1988 continu betrokken geweest bij het ontwerp en de uitvoering van een groot aantal afgezonken tunnels in binnen- en buitenland. Zo was TEC van 1993 tot 2000 betrokken bij het ontwerp en de uitvoering van de Øresund vaste oeververbinding tussen Denemarken en Zweden, vanaf 2002 bij de 8,6 km lange Busan Geoje vaste oeververbinding in Zuid Korea en vanaf 2008 bij de 32 km lange vaste oeververbinding tussen Hong Kong, Zhuhai en Macao in China. In al deze projecten zitten afgezonken tunnels met lengten variërend tussen de 3,2 en 6,0 km.

 Verkiezing  Ingenieur van  van jaar 2009 Het Koninklijk Instituut Van Ingenieurs KIVI NIRIA benoemt sinds 1993 jaarlijks de Ingenieur van het Jaar. De prijs wordt dit jaar in samenwerking met ondermeer Ebbinge & Company en Technisch Weekblad uitgereikt aan de ingenieur die zich door een aantal criteria, namelijk persoonlijkheid, ondernemerschap en

Eemshaven in Groningen krijgt de eerste ‘echte’ zeedijk met sensoren. Met deze meetapparatuur kan op afstand constant de conditie van de dijk worden bijgehouden. Het principe van een dijk met sensoren werd eerder al uitgetest met de IJkdijk, ook in Groningen. Hierbij ging het echter om een proefdijk. De sensoren die met de IJkdijk werden getest, bleken succesvol en nu wordt er een stuk zeedijk in de Eemshaven uitgerust met deze meetapparatuur. Met de sensoren kan de sterkte van de dijk constant in de gaten worden gehouden. Vanuit het buitenland is al interesse getoond voor de ‘dijk van de toekomst'.


Actueel  Wetenschappelijk  onderzoek naar  spoorverzakkingen

 Workshop Large  Deformations in  Geomechanics

Kennisinstituut Deltares start deze week in opdracht van ProRail een groot onderzoek naar de manier waarop de bodem reageert op langsrijdende treinen. De ingenieurs hopen zo een oplossing te vinden voor het toenemende aantal spoorverzakkingen bij bruggen en viaducten. Jaarlijks kost het onderhoud hieraan miljoenen euro’s.

Eindige-elementen modellen zijn tot veel in staat. Echter, wanneer de vervormingen groot worden schieten ze vaak tekort. Helaas is dit ook het geval bij veel problemen in de geotechniek. Ook daar treden, na het bezwijken van de grond, vaak grote deformaties op. Bijvoorbeeld bij afschuivingen, desastreuze verzakkingen, het aanbrengen van funderingselementen in de grond, bij het baggeren van grond en bij erosie en andere grond-water interactie problemen. Enkele jaren geleden zijn Deltares, Plaxis en de Universiteiten van Stuttgart en Stellenbosch een project gestart om numeriek gereedschap te ontwikkelen, waarmee bovenstaande problemen wel opgelost kunnen worden. Deze ontwikkeling vindt plaats onder de naam MPM (material point method), een uitbreiding op de eindigeelementen methode, waarbij grote vervormingen wel adequaat worden meegenomen.

In dit Delft Cluster project werkt Deltares samen met de sectie Geo-engineering van de TU Delft. Ook in het buitenland is veel belangstelling voor het onderzoek. Zo wordt samengewerkt met de University of Southampton en The New University of Lisbon. De metingen worden gedaan nabij NS-station Gouda Goverwelle en duren tot medio juni.

Spoorverzakkingen Spoorverzakkingen zijn een groot probleem, vooral in gebieden met een slappe bodem, zoals bij Gouda. Schade en overlast treden met name op vóór en achter overgangsconstructies – de plek waar de spoorbaan aansluit op een vast punt. Het Nederlandse spoornet telt bijna 8000 van deze plaatsen, zoals bruggen, viaducten en overwegen. De laatste jaren is het aantal verzakkingen toegenomen. De belangrijkste oorzaak is het intensievere gebruik van het spoor. Met bijna 6000 treinen per dag heeft Nederland na Zwitserland het drukst bereden spoor van Europa. Niet alleen rijden er meer treinen dan vroeger, ze zijn ook zwaarder en rijden harder.

Ontbreken wetenschappelijke gegevens Het herstellen van verzakkingen kost jaarlijks miljoenen. Het ballastbed wordt daarvoor ter plaatse iets opgehoogd. Vroeger gebeurde dit in de weekenden en ‘s nachts, maar ook dan rijden er tegenwoordig treinen. Logistiek is het onderhoud steeds moeilijker uitvoerbaar. ProRail is daarom op zoek naar nieuwe, onderhoudsarmere overgangsconstructies. Deltares onderzoekt daarvoor nu hoe de grond onder spoorbanen reageert. Opvallend genoeg ontbreekt het aan wetenschappelijke gegevens over de krachten die treinen daar uitoefenen. Deltares verzamelt met de metingen zo veel mogelijk gegevens. Deze gegevens worden geanalyseerd en gebruikt om het gedrag van

de constructie beter te begrijpen en modellen hiervoor te ontwikkelen. Op basis daarvan kunnen vervolgens nieuwe constructies worden ontwikkeld.

Metingen De metingen bij Gouda deze week zijn veel uitgebreider dan die vorig jaar op dezelfde locatie zijn gedaan. Op de overgangsconstructie bij een duiker worden nu ook de krachten op het spoor en de bewegingen van het baanlichaam en de ballast gemeten, naast de reeds uitgevoerde metingen van de vervorming van het spoor tijdens de treinpassage. Op het wissel worden de vervormingen van het spoor, de beweging van de ballast en het baanlichaam gemeten. Aansluitend wordt tot half juni periodiek de hoogte van het spoor gemeten.

Kader van het onderzoek Deltares voert dit onderzoek uit in het kader van het Delft Cluster-onderzoeksprogramma ‘Blijvend vlakke (spoor)wegen’. Het programma wordt gemonitord door een klankbordgroep onder leiding van Railsystemen, de technische afdeling van ProRail, met daarin onder meer diverse onderzoekers, railinfrabedrijven en ingenieursbureaus. Deze partijen zullen uiteindelijk samen met ProRail de nieuwe oplossingen in praktijk brengen.

Op 20 maart jl. vond bij Deltares (Stieltjesweg) een workshop plaats, waarbij de stand der techniek op dit gebied gepresenteerd en besproken werd. Een drietal lezingen gaven een goed beeld van de huidige mogelijkheden. Eerst liet prof. Eugenio Onate (Barcelona) zien wat mogelijk is op het gebied van ‘grond-waterconstructie’ interactie problemen. Vervolgens deed prof. Janos Urai (Aachen) hetzelfde voor geologische processen in de ondergrond, waarbij grote verschuivingen optreden. Als derde spreker liet prof. Pieter Vermeer (Stuttgart) zien wat de stand van zaken is in het bovengenoemde MPM-project. Hij liet o.a. toepassingen zien op het gebied van het heien van palen en het instorten van een boorfront, wanneer de druk wegvalt (zie figuur). De komende tijd zal deze ontwikkeling geintensiveerd worden, o.a. door het starten van het Europese samenwerkingsproject GeoInstall. Binnen afzienbare tijd zullen de ontwikkelde tools beschikbaar komen voor de praktijk. Meer informatie: peter.vandenberg@deltares.nl.

GEOtechniek – juli 2009

7


Actueel

Onder redactie van R.P.H. Diederiks

 BESIX bouwt nieuwe  parkeergarage in R’dam Maart jl. heeft BESIX Nederland van de gemeente Rotterdam de definitieve opdracht verkregen voor het project ‘Parkeergarage Kruisplein’. Het betreft een ondergrondse parkeergarage voor 760 personenauto’s in het centrum van Rotterdam, vlakbij het Centraal Station (OVT). De constructie bestaat uit een bouwput met diepwanden tot ca. 41 m diep. Deze bouwput kan vervolgens droog worden ontgraven tot ca. 20 m diep. Binnen deze bouwput wordt een betonconstructie van 5 niveaus gerealiseerd. Verder behoren tot het project: wegeniswerken, elektrotechnische installaties en de volledige afwerking van de parkeergarage en het maaiveld erboven. De werken zullen starten in 2009, de oplevering is voorzien in 2013.

 Geo-Oscars heten  vanaf 2009 Geo-Awards Tijdens de Funderingsdag op 5 november 2009 worden weer prijzen uitgereikt voor publicaties die bijdragen aan de ontwikkeling van het vakgebied Geo-engineering: het bouwen met, in en op de grond. Vanaf 2009 heten deze prijzen de Geo-Awards. Dag in dag uit leven, wonen, bouwen, werken, lopen, rijden we op en over de grond, maar weinigen zijn zich bewust van de bijzondere eigenschappen die grond als bouwmateriaal heeft. Om daar verandering in te brengen reiken Deltares en KIVI-NIRIA Geotechniek Geo-Awards uit in drie categorieën:  Wetenschappelijke publicaties (artikelen van Nederlandse en Belgische auteurs in de internationale wetenschappelijke literatuur van het afgelopen jaar),  Geo-engineering voor een breed publiek (populair-wetenschappelijke artikelen in de Nederlandse landelijke dagbladen en de populaire pers),  Jong talent beste afstudeerders aan TU’s en HBO-instellingen. Prijswinnaars worden op de Funderingsdag in het zonnetje gezet en tevens beloond met een cheque van € 1000,-. De organisatie zal uit de aanmeldingen een selectie maken waaruit de jury uiteindelijk drie prijswinnaars kiest. De voorzitter van de jury,

8

GEOtechniek – juli 2009

Mandy Korff, zal namens Deltares en KIVI-NIRIA Geotechniek de prijzen uitreiken. Een overzicht van de genomineerden (een selectie van ongeveer 10 kandidaten) wordt september op www.geonet.nl gepubliceerd.

 Jan Maertens ontvangt  Prijs E. De Beer  voor periode 2004-2008 Ter gelegenheid van de Algemene Vergadering van de Belgische Groepering voor Grondmechanica en Geotechniek (BGGG) die op 28 april jl. Werd gehouden in het Pullman hotel te Diegem, werd de vierjaarlijkse Prijs E. De Beer voor de periode 2004-2008 uitgereikt aan Prof. Jan Maertens. Prof. Jan Maertens is zaakvoerder van het geotechnische studiebureau ‘Jan Maertens & Partners bvba’ en is tevens docent aan het departement Burgerlijke Bouwkunde van de Katholieke Universiteit Leuven. Deze prijs wordt toegekend door de vzw ‘Fonds & Prijs E. De Beer’, die samengesteld is uit afgevaardigden van de polytechnische faculteiten van alle Belgische Universiteiten. Met het toekennen van deze prijs aan een personaliteit die een belangrijke bijdrage heeft geleverd aan het vakgebied van de grondmechanica en de geotechniek, wil de vzw de nagedachtenis van Prof E. De Beer in ere houden. Voorgangers van prof. Jan Maertens die sinds 1986 de prijs mochten ontvangen zijn Prof. Branko Ladanyi (Canada), Prof. Victor Roisin

(België), Dr. Alain Holeyman (VS), Prof. Michele Jamiolkowski (Italië), en Prof. William Van Impe (België) Na de formele overhandiging van de prijs, die door meer dan 70 personen werd bijgewoond, gaf de laureaat een uiteenzetting met betrekking tot de speciale geotechnische vaststellingen bij de Europaterminal te Antwerpen. Deze presentatie is te downloaden: www.janmaertens.com. Boven: prof. C. Bauduin (links - voorzitter BGGG en voorzitter vzw. Prijs E. De Beer ) overhandigt de prijs aan de laureaat prof. J. Maertens. Onder: prof. J. Maertens met prof. A. Holeyman (rechts - secretaris vzw Prijs E. De Beer ).


Engineering Een betrokken ingenieur ! Strukton Engineering bv Postbus 1025 3600 BA Maarssen Tel. 030 248 6233 Fax 030 248 6666 E-mail cdkloet@strukton.com Web www.struktonengineering.nl

Ben JIJ de praktijkgerichte geotechnicus? En spreekt onderstaande jou aan? Functie-inhoud:

Functie-eisen:

- het in multidisciplinaire teams bijdragen aan het ontwerp van diverse geotechnische constructies w.o. kerende constructies, funderingen en grondlichamen - het (zelfstandig) uitvoeren van diverse geotechnische berekeningen t.b.v. het aanbiedings- en uitvoeringsproces, o.a. met de M-Serie programmatuur en met Plaxis - bij voldoende ervaring als projectverantwoordelijke leiding geven aan kleine ontwerpteams - standplaats Utrecht en mogelijk ook elders op projectbasis

- HBO Civiele Techniek (constructieve afstudeerrichting met geo- en funderingstechnische vakken) of TU (Masteropleiding Civil Engineering, variant Hydraulic and Geotechnical Engineering)

- enkele jaren ervaring in het vakgebied is een prĂŠ. Pas afgestudeerden worden ook uitgenodigd te reageren - naast geotechnisch ook constructief inzicht hebben - kennis van de voor het vakgebied relevante normen en richtlijnen - gevolgde cursussen op het vakgebied is een prĂŠ

Dan zien wij graag jouw reactie tegemoet via de post of e-mail!


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  A pparatuur 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 Postbus 68, 8440 AB Heerenveen tel. 0513 631355 fax 0513 631212 info@apvandenberg.nl

www.apvandenberg.nl


agenda ’09-’10  = Organisatie

Internationale Congressen

Cursussen Basiscursus damwanden ontwerpen met MSheet volgens CUR-166 8 en 29 september  Deltares Academy

Eurocode 7: Geotechniek  PAO 13 oktober

Modelleren van bronbemalingen 22 september  Deltares Academy

Basiscursus damwanden ontwerpen met MSheet volgens CUR-166 15 oktober  Deltares Academy

Aan de grond zitten 28 september, 5-12-19-26 oktober Groep 1 30 september, 7-14-21-28 oktober Groep 2  Deltares Academy Ontwerpregels paalmatrassystemen 6 oktober  PAO Stabiliteit van grondlichamen berekenen met MStab 6 oktober  Deltares Academy

International Symposium on Geoenvironmental Engineering, ISGE 2009 September 8-10, 2009, Zhejiang University, Hangzhou – China www.ssgeo.zju.edu.cn 17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering 5 - 9 oktober 2009, Alexandrië – Egypte www.2009icsmge-egypt.org

Geotextiel in de waterbouw 3 november  PAO Horizontaal gestuurd boren met MDrill 10 november  Deltares Academy Gevorderdencursus damwanden ontwerpen met MSheet volgens CUR 166 17 november  Deltares Academy

Risicobeheersing van gemeentelijke bouwprojecten 7 oktober  Deltares Academy

Excursies

Paalfunderingen ontwerpen en toetsen volgens NEN en CUR 7 oktober en 24 november  Deltares Academy

Excursie N210 september 2009  KIVI NIRIA afdeling Geotechniek

Informatie en aanmelding

Deltares Academy 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

Geotechniek is er weer bij! U ook?

9th International conference on geosynthetics (IX ICG), 23 -27 maart 2010 – Brazilië www.9icg-brazil2010.info DFI-EFFC International Conference Geotechnical Challanges in Urban Regeneration 26 - 28 mei 2010, Londen – UK www.geotechnicalconference.com 2th International Symposium on Service Life Design for Infrastructure 4-6 oktober 2010, Delft – Nederland

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

Lezingen / Themadagen Beton in funderingen 22 september  Betonvereniging / KIVI NIRIA Geotechniekdag 5 november  KIVI NIRIA / KVIV 2e Kivi/Niria lezingenavond 2009 25 november  KIVI NIRIA afdeling Geotechniek

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

Gerenommeerde bedrijven/instellingen uit de GWW-sector profileren zich internationaal door het afgeven van een ‘capability statement’ en belichten hiermee tevens de ‘state of the art’ van de Nederlandse geotechniek. Deze editie verschijnt begin september 2009, exclusief voor de congresbezoekers en abonnees/sponsors van 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.


dr. ir. O.M. Heeres Gemeentewerken Rotterdam en TU Delft

In deze rubriek dit keer vragen uit het tentamen Numeriek modeleren van geotechnische problemen, afkomstig uit de academische jaargang 2006-2007.

Vraag 1 In tegenstelling tot 25 jaar geleden worden eindige elementen tegenwoordig veel vaker toegepast. Eén van de redenen is de toegenomen complexiteit van problemen. Er zijn echter nog twee belangrijke redenen. Geef deze redenen. Geef ook een korte toelichting. A Ten eerste maakt de ontwikkeling van computers het mogelijk geavanceerde berekeningen uit te voeren. In de jaren ‘70 van de vorige eeuw werd in de constructiewereld nog veel met de rekenliniaal gewerkt. Ook kwamen de eerste computers beschikbaar waarmee voor het eerst raamwerken of zettingen met de computer konden worden berekend. Tegenwoordig kunnen veel driedimensionale berekeningen gewoon op de pc worden uitgevoerd. 3d berekeningen lijken in veel gevallen zelfs de trend te worden. Ten tweede heeft er een enorme ontwikkeling plaatsgevonden met betrekking tot eindige elementen, algoritmen, grondmodellen, de simulatie van constructieve elementen, enz. Hierdoor kan een veel grotere range aan problemen worden gesimuleerd dan enkele decennia terug.

Vraag 2 Noem een probleemtype waarvoor de keus voor eindige elementen de juiste kan zijn. A Er zijn veel probleemtypes denkbaar, maar hier wordt vooral gedoeld op problemen waarin vervormingen een rol spelen, zoals interactievraagstukken. Men moet echter nooit blind vertrouwen op eindige elementen. Zo wordt in de praktijk bijvoorbeeld soms gedacht dat eindige elementensommen grondvervormingen achter damwanden goed kunnen voorspellen. Potts & Zdravkovic (2001) geven een aansprekend voorbeeld waarin ze laten zien dat de uitkomsten volledig afhankelijk zijn van het gekozen grondmodel en de afmetingen van de eindige elementenmesh. Daarnaast kunnen lang niet alle grondmodellen de vervormingen goed voorspellen bij de kleine rekken die optreden in bijvoorbeeld zettingstroggen achter damwanden, zie bijvoorbeeld Brinkgreve et al. (2006). Vraag 3 Noem enkele conventionele rekenmethoden voor geotechnische problemen.

12

GEOtechniek – juli 2009

A Veelgebruikte conventionele modellen voor geotechnische problemen zijn: voor damwanden de methode Blum, en de verend ondersteunde ligger. Voor zettingen: Koppejan en Terzaghi, en voor stabiliteitsproblemen de methode Bishop (zie bijvoorbeeld Verruijt, 1990).

Vraag 4 In bepaalde situaties zijn conventionele rekenmethoden meer gepast, en kunnen eindige elementen ‘te veel van het goede’ zijn. Noem een probleemtype waarvoor dit kan gelden. A Eindige elementenberekeningen geven ‘complete’ uitvoer. In situaties waarin bekend is volgens welk mechanisme het probleem zich zal gedragen, is deze complete uitvoer vaak niet nodig en zijn conventionele sommen voor de hand liggend. Programma’s die gebaseerd zijn op conventionele methoden zijn meestal ook veel sneller in het gebruik dan eindige elementen. In situaties waarin dus snel resultaten nodig zijn kan het beter zijn om met conventionele methoden, of met combinaties daarvan, te werken. Verder hebben conventionele modellen meestal minder invoerparameters nodig dan eindige elementenmodellen, en vaak ook bekendere parameters. Door ervaring van jaren, is er sprake van een zekere ‘balans’ tussen de ‘systeemfout’ van conventionele methoden en de ‘fout’ in de parameters. Bij geavanceerde modellen hoeft dit niet zo te zijn. Het gebruik van eindige elementen kan dus meer vragen oproepen dan het beantwoordt, waardoor extra kosten gemaakt moeten worden. Vraag 5 Noem drie zaken die kunnen worden geanalyseerd met een eindig elementenmodel, en minder goed of niet met een conventionele rekenmethode.

vraag & antwoord belastingen, en randvoorwaarden. Deze keuzen hebben grote invloed op de resultaten. Modelleren van de grondlagen: voeg je lagen samen of niet, keuze van grondmodellen, welke parameters voer je in, en hoe kom je aan deze parameters. De keuzen hebben grote invloed op de resultaten. Met het type analyse wordt bedoeld: gedraineerd of ongedraineerd, statisch of dynamisch, vervormingsanalyse of stabiliteitsanalyse. Deze keus is van grote invloed op resultaten. Zo is bijvoorbeeld bij ingravingen de stabiliteit op lange termijn maatgevend, en bij ophogingen de stabiliteit op korte termijn. Het te bouwen eindige elementenmodel moet bovendien afgestemd zijn op het analysetype. Zo kan een model dat geschikt is voor een stabiliteitsanalyse te klein zijn voor een vervormingsanalyse omdat de randvoorwaarden het mechanisme beinvloeden. Door foutieve keuzen kan de plank dus mis worden geslagen. Modellering van constructies: Ook deze keus is van grote invloed. Modelleer je bijvoorbeeld palen of ankers met lijnelementen die axiale krachten en buigende momenten of alleen axiale krachten kunnen overbrengen, of kies je juist voor volume-elementen. Vooral in 2d sommen beïnvloedt deze keuze de omliggende grondvervormingen in hoge mate. Bij volume-elementen bestaat in sommige gevallen een risico op onrealistische spanningsverdelingen in doorsneden ter plaatse van laagovergangen of hoeken in de geometrie. Bovenstaande is slechts een greep uit de keuzen die moeten worden gemaakt. Het moet inmiddels duidelijk zijn deze keuzen bepalend zijn voor de uitkomsten.

A Driedimensionale effecten, vervormingen, spanningspaden, interactie

Vraag 6 Bij het maken van een eindige-elementenmodel worden onder andere de volgende keuzen gemaakt. Geef voor elk van de onderstaande punten een voorbeeld van een keuze die moet worden gemaakt. Hoe beïnvloeden deze de rekenresultaten? – Modeleren van de geometrie – Modeleren van de grondlagen – Type analyse – Modelering van constructies, indien aanwezig

A Modelleren van de geometrie: 1d, 2d of 3d, de afmetingen van het model, de grootte van eindige elementen, modellering van symmetrie,

Vraag 7 Grond gedraagt zich zeer niet-lineair. Om dit gedrag goed te kunnen modeleren zijn eindige elementenprogramma’s gebaseerd op algoritmen die de belastingen in incrementen opdelen, en iteratief voor ieder increment de spanningen en vervormingen berekenen. Als het algoritme is ‘geconvergeerd’, betekent dit dat het programma een oplossing heeft gevonden, waarvoor bijvoorbeeld evenwicht geldt. Betekent het predicaat ‘geconvergeerd’ dat je uitkomsten hebt gevonden die je denkt te hebben gevonden? Geef een toelichting.

A Eerst volgt een korte uitleg over de eindige elementenmethode zelf.


vraag & antwoord In eindige elementenprogramma’s worden grond en constructies in stukjes opgedeeld, die we eindige elementen noemen. In ieder element worden een aantal knopen gedefinieerd. Gebaseerd op de geldende differentiaalvergelijkingen wordt voor ieder element een relatie afgeleid tussen de krachten in de knopen en de verplaatsingen van de knopen. De algemene uitdrukking van de relatie is : stijfheid maal verplaatsing = kracht, Ku = F. De voor alle elementen geldende vergelijkingen worden in het programma samengevoegd tot één stelsel vergelijking dat voor het hele model geldt. Ook dit stelsel heeft de bekende vorm: stijfheid maal verplaatsing = kracht, Ku = F. In geval van niet-lineaire grondmodellen wordt dit stelsel incrementeel opgelost: K ∆u = ∆F. Voor het oplossen van dit stelsel vergelijkingen zijn diverse algoritmen beschikbaar (Zienkiewicz and Taylor, 1991). Deze berekenen de oplossing binnen een bepaalde nauwkeurigheid, de zogenaamde convergentienorm. Deze is vaak in de orde 10-5, wat betekent dat het programma probeert het stelsel vergelijkingen met deze nauwkeurigheid op te lossen.

Afwezigheid van numerieke instabiliteiten en het vinden van een oplossing betekent dus niet meer dan dat de gevonden verplaatsingen en spanningen voldoen aan de vergelijking K ∆u = ∆F, binnen de door de gebruiker opgegeven nauwkeurigheidsmarge. Zoals bij vraag 6 al bleek, hebben de keuzen die worden gemaakt tijdens het modelleren, een invloed die vele ordes groter is. De conclusie luidt dan ook dat convergentie niet betekent dat je vindt wat je denkt te vinden en waar je behoefte aan hebt.

Tot slot Wanneer je een eindige elementenanalyse uitvoert of beoordeeld is het goed om je drie dingen af te vragen: 1. Doet het programma wat het zegt dat het doet? Met andere woorden, is er met een goed programma gewerkt? 2. Krijg ik de antwoorden waarvan ik denk dat ik ze krijg? Dit betreft vooral de input die in het programma is gestopt. Rubbish in is rubbish out. 3. Krijg ik de antwoorden die ik nodig heb? Deze vraag slaat vooral op de manier waarop het model tot stand is gekomen en de keuzen

die daarbij zijn gemaakt. Vertrouw dus niet zo maar op mooie kleurenplaatjes (Wood, 2004).

Literatuur – Brinkgreve R.B.J., Bakker K.J., Bonnier P. (2006), The relevance of small-strain soil stiffnes in numerical simulation of excavation and tunneling projects, In Numerical Methods in Geotechnical Engineering, Schweiger (ed.), Taylor and Francis Group, London, pp. 133 - 139. – Potts D.M. and Zdravkovic L. (2001), Finite Element analysis in geotechnical engineering, volume 2 - Application, Thomas Telford Ltd, London, pp. 79 - 82. – Verruijt (1990), Grondmechanica, Delftse Uitgeversmaatschappij, Delft. Wood D.M. (2004), Geotechnical modeling, Spon Press, Oxfordshire, pp. 217 - 225. – Zienkiewicz O.C. and Taylor R.L. (1991), The Finite Element Method - Volume 2, Fourth Edition, McGraw-Hill, London, pp. 211 - 225.


CUR Bouw & Infra Info Hoogwaardig bouwen met baggerspecie in geotextiele tubes Tijdens de wettelijk verplichte, vijfjaarlijkse toetsing op veiligheid van primaire waterkeringen is in 2006 gebleken dat ongeveer 30% van alle primaire waterkeringen niet voldoet. Het toetsen van het veel grotere areaal aan regionale waterkeringen is in gang gezet. De eerste resultaten van deze toetsing wijzen ook voor de regionale keringen op een grote versterkingsopgave. Het niet voldoen van waterkeringen aan de veiligheidsnorm zorgt voor een gevoel van onveiligheid in de desbetreffende gebieden. Er zijn hoge kosten verbonden aan de maatregelen om de waterkeringen met voldoende veiligheid hun waterkerende functie te laten vervullen. Het verbeteren van de waterkerende functie wordt gerealiseerd door waterkeringen te verhogen en het profiel ervan te verstevigen. Veiligheid op zowel korte als lange termijn staat voorop. Los van het advies van de Deltacommissie van september 2008 is er een enorme versterkingsopgave voor onze waterkeringen. Indien het advies wordt vertaald in concrete projecten zal het de versterkingsopgave vergroten, waardoor de kosten alleen maar verder zullen toenemen.

In de huidige situatie wordt baggerspecie vaak in speciaal ingerichte depots gestort. In andere gevallen wordt de bagger in zee of in estuaria gestort. Structurele afzet van baggerspecie tegen de laagste stortkosten staat hier voorop. Er ontstaat echter een toenemende maatschappelijke weerstand tegen depots. Ten eerste door de milieubelasting vanwege het transport en de verwerking, ten tweede vanwege de hoge stortkosten die nodig zijn om de aanleg van depots te compenseren en ten derde door het ruimtegebruik van de depots. Vooral ook vanuit het Ministerie van Verkeer en Waterstaat wordt gestimuleerd om baggerspecie niet op te bergen maar als grondstof toe te passen. Met de toepassing van met baggergevulde geotextiele tubes wordt de keten van erosie, baggeren, en versterking van waterkeringen gesloten en worden transport- en energiekosten geminimaliseerd. CUR-commissie F50 heeft onderzoek gedaan naar de haalbaarheid van deze toepassing: technische/ economische aspecten alsook weten regelgeving. Het resultaat is dat hoogwaardige toepassing in waterkeringen haalbaar is. Bij het verschijnen van deze Geotechiek is de publicatie waarschijnlijk beschikbaar. Meer informatie: erwin.vega@curbouweninfra.nl

Innovatief bouwen op/in de slappe bodem In opdracht van de Werkgroep Slappe Bodem binnen het Intergemeentelijk Samenwerkingsorgaan Midden-Holland (ISMH) is een onderzoek uitgevoerd naar de ervaringen met innovatieve contracten dan wel innovatieve technieken binnen de aangesloten slappe bodem gemeenten. Het initiatief tot dit onderzoek werd genomen door de ambtelijke stuurgroep, waarin de bestuurders van de gemeenten in het gebied Midden-Holland zijn vertegenwoordigd. Achtergrond is om met en van elkaar te leren; om ervaringen te delen en zo elkaar te helpen in een betere en meer economisch verantwoorde aanpak bij het bouwen op en in dit slappe bodem gebied. Kort gezegd: denk wijzer, werk slimmer en bouw beter. De inventarisatie van innovatieve contracten en het toepassen van innovatieve technieken leverde een aantal interessante beelden op. Ervaringen met bv. een D&C contract, een bouwteamconstructie en het in de markt zetten van een project op basis van een Programma van Eisen. Wat bleek – en dat is niet zo verwonderlijk –, een nauwe samenwerking tussen opdrachtgever en opdrachtnemer is bij een innovatief contract voorwaarde is. Het alleen maar ‘over de schutting gooien’ van het contract en dan afwachten wat de opdrachtnemer ermee doet leidt niet tot een succesvolle uitvoering. Wat betreft toepassing van innovatieve technieken bleek dat het daarbij niet alleen gaat om toepassing van lichte ophoogmaterialen. Het gaat ook om het ontwerpen en toepassen van systemen om bv. bij hevige regenval het hemelwater snel te kunnen afvoeren. Daarnaast bleek een aantal gemeenten de slappe bodem vrijwel geheel dan wel gedeeltelijk te verwijderen.

14

GEOtechniek – juli 2009

In april jl. zijn de projectleiders binnen de werkgroep Slappe bodem bijeen geweest om de resultaten van deze inventarisatie met elkaar te delen. Wat mooi was in die bijeenkomst was vooral dat de deelnemers vanuit de verschillende gemeenten concreet kennis namen van de ervaringen van hun collega’s. Het ging echt om het uitwisselen van kennis en ervaring, bv. de vraag ‘Hoe pak je dat nu concreet aan in die contractvorm of die innovatieve techniek’. Afspraken werden gemaakt om bij elkaar te gaan ‘buurten’; om verder door te praten en de kennis en ervaring in een bepaalde gemeente naar jouw eigen situatie te vertalen. Kortom: samenwerking met elkaar en leren van elkaar; dat is al een van de resultaten van dit onderzoek. Meer weten: erwin.vega@curbouweninfra.nl of fred.jonker@curbouweninfra.nl

Diepwanden Bij een aantal projecten waarbij diepwanden zijn toegepast, zijn in het recente verleden problemen opgetreden. De vraag die zich daarbij voordoet is of dat te maken heeft met gebrek aan kennis of ervaring, of dat andere fenomenen daarbij een rol hebben gespeeld. In de discussie die hierover is gevoerd is geconstateerd dat het voor de komende projecten en met name het project spoortunnel Delft zeer gewenst is, zo niet noodzakelijk, om: – op korte termijn een state-of-theart rapport te realiseren waarin alle kennis en ervaring m.b.t. ontwerp en uitvoering wordt opgenomen; – een praktijkonderzoek uit te voeren bij de te bouwen spoortunnel Delft, gericht op kwaliteitscontrole van de gemaakte wand vooraf aan de ontgraving (zoals waterdichtheid) Inmiddels is een gezamenlijke CUR/COB-commissie aan de slag om beide activiteiten te ontwikke-


CUR Bouw & Infra Info len en te begeleiden. Op termijn zal de inhoud van het state-of-theart rapport ook worden opgenomen in het bij het COB in ontwikkeling zijnde Handboek Tunnelbouw en het COB kennissysteem KCOB. Geïnteresseerd? Mail svp fred.jonker@curbouweninfra.nl of klaas-jan.bakker@cob.nl

Nieuwe perspectief in Bouwputten en Funderingen Betreft de samenwerking CUR Bouw & Infra met Delft Cluster. Het programma bestaat uit vier commissies op basis van het Delft Cluster onderzoeksprogramma. Het streven is om de commissies eind derde kwartaal 2009 af te ronden. Richtpunt voor afronding is de geplande Geotechniekdag op 5 november 2009.

Commissie Axiaal belaste palen De commissie Axiaal belaste palen zal haar werkzaamheden in september afronden. De onderzoeksresultaten zijn meerdere keren in de commissie gepresenteerd en besproken. De analyse en rapportage zal worden beperkt tot het gedrag van grondverdringende palen omdat onvoldoende kwalitatief hoogwaardige gegevens beschikbaar zijn van de overige paaltypen. De commissie zal aanbevelen om vervolgonderzoek te verrichten op proefpalen van diverse typen op terreinen die langdurig beschikbaar zijn als proeflocatie.

Commissie Monitoring bouwputten De eerste versie van de richtlijn is in het eerste kwartaal 2009 getoetst aan twee concrete praktijkcases, het SDU project in Den Haag en de Weenatunnel in Rotterdam. Op basis van de daarin opgedane ervaringen wordt nu de final draft van

richtlijn komt in het derde kwartaal 2009 beschikbaar.

Blijvend Vlakke Wegen

de richtlijn voorbereid. Deze final draft zal in mei 2009 in de commissie besproken worden. Daarna volgt de eindredactie en het drukgereed maken van de definitieve richtlijn. Gepland is dat de richtlijn in het derde kwartaal 2009 beschikbaar komt.

Commissie Snelle paaltesten De commissie Snelle paaltesten is bezig haar activiteiten af te ronden. De eindresultaten van de in Waddinxveen uitgevoerde proef zijn in de commissie besproken. Het internationale afstemmingproces is opgestart en wordt in de tweede helft 2009 afgesloten. De richtlijn is inmiddels gecompleteerd met een stappenplan voor de twee daarin opgenomen rekenmethoden. In juni 2009 is de final draft in de commissie besproken en start het publicatie gereed maken van de richtlijn. De richtlijn komt in het derde kwartaal 2009 beschikbaar.

Commissie Door grond horizontaal belaste palen Op basis van een uitvoerige analyse, met verschillende rekenmethoden, van een vijftal cases en uitvoering van een centrifugeproef begint de nieuwe op te stellen richtlijn vorm te krijgen. Cruciaal onderdeel van de commissieactiviteiten, op het raakvlak constructie/ grond, vormde de afstemming met ervaren constructeurs. De final draft is in juni 2009 in de commissie behandeld; de

Betreft een samenwerking met CROW en Delft Cluster Het programma wordt, evenals het programma Nieuw perspectief en Bouwputten, in de tweede helft 2009 afgesloten. Onder de noemer ‘Blijvend Vlakke Wegen in de Praktijk’ wordt onderzocht of er bij de betrokken partijen draagvlak voor een vervolgtraject aanwezig is. In dit vervolgtraject zal een sterk accent gelegd worden op doorwerking in de praktijk van de in Blijvend Vlakke Wegen bereikte resultaten. Het programma Blijvend Vlakke Wegen omvat twee CUR commissies en drie CROW werkgroepen. De stand van zaken m.b.t. de beide CUR commissies is als volgt:

Commissie Paalmatrassystemen Betreft de voortzetting van de eerdere commissie Paalmatrassystemen op dit onderwerp, C147. Het resultaat daarvan was een voorlopige richtlijn die alleen digitaal beschikbaar is. Op basis van nader Delft Cluster onderzoek en de resultaten uit twee actuele praktijkcases, de N210 in de Krimpenerwaard en de spoorwegovergang in Houten, wordt er voortvarend gewerkt aan de nieuwe ontwerprichtlijn. Gepland is dat ook deze richtlijn in het derde kwartaal 2009 beschikbaar komt.

Commissie Grond-onderzoek (in de tenderfase) van infrastructurele projecten

korte termijn start de integratie van de onderdelen tot een richtlijn waarmee opdrachtgever/ adviseur in staat is het benodigde grondonderzoek op uniforme wijze, risicogestuurd uit te voeren. Ook deze commissie zal haar activiteiten in het derde kwartaal 2009 afronden. Meer weten: ton.siemerink@curbouweninfra.nl

Programma Klimaatdijk Het programma Klimaatdijk is, vanuit de klimaatveranderingen, ontstaan in het Innovatie programma Water van Rijkswaterstaat (WINN). Begin vorig jaar is het programma ondergebracht bij CUR Bouw & Infra. Het programma bestaat uit een netwerk Klimaatdijk met daarin een coördinerend Platform Klimaatdijk, een kennisprogramma Klimaatdijk waarin alle benodigde kennis gemobiliseerd wordt en een uitvoeringsprogramma Klimaatdijk waarin met concrete praktijkcases een sterke wisselwerking met de praktijk gelegd wordt. Op basis van een eerste kennisinventarisatie Klimaatdijk, die samen met Kennis voor Klimaat is uitgevoerd, wordt het netwerk Klimaatdijk thans versterkt met die partijen die noodzakelijk zijn om het gewenste eindresultaat te bereiken. Met de binnen het netwerk Klimaatdijk te vormen consortia zullen het komende half jaar een drietal tenderprocessen worden op gestart ter verdere financiering van het programma Klimaatdijk. Meer weten: ton.siemerink@curbouweninfra.nl

Deze commissie richt zich, getriggerd vanuit de nieuwe contractvormen, op een richtlijn voor eenduidig grondonderzoek in de verschillende fases van een infrastructureel project. De eerste onderdelen van het werkplan zijn inmiddels uitgevoerd. Op

GEOtechniek – juli 2009

15


D.G. Mans Meged Engineering & Consultancy

Leren van geotechnisch falen Waarom een project ‘Leren van ….’ Falen van grond- en grondgerelateerde constructies (bouwputten, funderingen, grondwerk) vormen een belangrijke schadepost, zowel in de utiliteits- en woningbouw als de grond-, wegen waterbouw. Naast directe schade kan dit ook gepaard gaan met indirecte schade. Aan aansprekende voorbeelden, met name bij binnenstedelijke ondergrondse bouwwerken, geen gebrek. Het ligt voor de hand: leer ervan en zorg dat hetzelfde je niet nog een keer overkomt. Dat blijkt moeilijker dan het lijkt. Discussies na falen concentreren zich vaak op de schuldvraag. Meerdere oorzaken en meerdere betroken partijen maken het beeld er niet helderder op. En in volgende projecten werken partijen weer in een andere samenstelling. Met het project ‘Leren van geotechnisch falen’ wordt beoogd een meer structurele aanpak van case onderzoek en het daarop volgende leerproces te verkrijgen. Het is een initiatief van KIVI NIRIA Geotechniek en RWS en wordt als CUR Bouw&Infra project uitgevoerd. Eerder is daar het project ‘Leren van Instortingen’ geïnitieerd, inmiddels voortgezet in het Platform Constructieve Veiligheid. Het project wordt uitgevoerd onder leiding van een commissie bestaande uit de volgende deelnemers: K.J.(Klaas Jan) Bakker Centrum Ondergronds Bouwen C.B.M. (Kees) Blom IGWR, gemeente Rotterdam

P.M.C.B.M. (Paul) Cools Rijkswaterstaat J.K. (Jacco) Haasnoot CRUX Engineering A. (Fred) Jonker (secretaris) CUR Bouw&Infra D.G.(Dik-Gert) Mans (voorzitter) Meged Engineering&Consultancy A.J. (Adriaan) van Seters Fugro H.R. (Hans) van der Sluis CIHR Adviezen M. Th. (Martin) van Staveren Deltares J.(Jan) de Vos Geomet

Aanpak van het onderzoek In eerste instantie wordt beoogd, door het onderzoeken van cases waarbij falen van grond- of grondgerelateerde constructies is opgetreden, inzicht te krijgen in de oorzaken. Bij de keuze van cases wordt gelet op voldoende spreiding in de aard van de constructies. Voorwaarde is dat de gegevens openbaar zijn of beschikbaar worden gesteld. Om lessen te kunnen trekken wordt met de volgende invalshoeken naar het falen gekeken: - welke technische, organisatorische of andere aspecten hebben een rol gespeeld bij het falen? - hadden andere ontwerpen, voorbereidingen, uitvoeringstechnieken, maatregelen en/of organisatie wel tot een goed project resultaat geleid? De case onderzoeken worden telkens uitgevoerd door twee commissieleden en de resultaten bediscussieerd in de commissie alvorens deze vast te stellen. Na het bestuderen van meerdere cases zullen vervolgens generieke conclusies worden getrokken en acties worden geïnitieerd om tot verbetering te komen.

Oorzaken van falen Doorgaans zijn meerdere oorzaken aan te wijzen. Analyse leert ons dat het vaak voldoende is één van de oorzaken weg te nemen om falen te voorkomen (zie figuur 1). Onderscheid wordt gemaakt in oorzaken van technische aard en van menselijke aard. Technische oorzaken hebben betrekking op het falen van de (geo-) technieken: de uit het slot gelopen damwand, falende meetapparatuur, lekkende voegen, andere grondslag dan verwacht. Voor de oorzaken van menselijke aard worden de volgende niveaus onderscheiden: - oorzaken van falen op het niveau van de professional, - oorzaken van falen op het niveau van de projectorganisatie, - oorzaken van falen op het niveau van de sector. Van een oorzaak op het niveau van de professional is sprake als geen falen zou zijn opgetreden als een andere persoon of een ander onderdeel van een organisatie de betreffende taak wel goed zou hebben uitgevoerd. De fout (door vergissing, door gebrek aan kennis) van de professional (de geotechnisch adviseur, de uitvoerende) valt in deze categorie. Maar ook de beroepsfout van een gespecialiseerd adviesbureau of de heiploeg die slecht werk levert terwijl hun collega-ploeg in dezelfde omstandigheden dat niet doet. Van oorzaken van falen op het niveau van de projectorganisatie is sprake als een andere projectorganisatie, door een andere taak-

sector

(niet) falende grond- en grondgebonden constructies

professional

Figuur 1 Falen door meerdere oorzaken, maar het wegnemen van één oorzaak kan al voldoende zijn om falen te voorkomen, hier geïllustreerd door het gatenkaas model.

16

GEOtechniek – juli 2009

projectorganisatie

Figuur 2 De drie onderscheiden rubrieken kunnen elkaar beïnvloeden.


J.K. Haasnoot CRUX Engineering BV

H.R. van der Sluis CIHR Adviezen BV

In het kader van het project Leren van geotechnisch falen wordt een aantal cases beschouwd. In dit artikel:

verdeling, andere maatregelen in de zin van coördinatie, communicatie, preventieve maatregelen, controle, monitoren e.d., het falen had kunnen voorkomen. Onder de projectorganisatie wordt hier verstaan het geheel van organisatorische relaties dat, al dan niet verplicht, wordt aangegaan om de doelstellingen van het project te realiseren. Van oorzaken van falen op het niveau van de sector is sprake in geval van onbekende fenomenen, leemten in kennis, gebrekkige opleidingen, gebrekkige regelgeving en normering, slechte gewoonten (zoals dominantie van prijs boven kwaliteit) e.d. De genoemde rubrieken zijn niet onafhankelijk van elkaar. Een projectorganisatie kan, door passende maatregelen, falen ten gevolge van oorzaken op niveau van de professional en/of techniek voorkomen of de gevolgen beperken, de sector kan door kennisoverdracht en cultuur invloed uitoefenen op professionals en toekomstige projectorganisaties enz. (zie figuur 2.)

Case studies en vervolg Inmiddels is een vijftal cases uitgewerkt en is er nog een aantal in voorbereiding. De komende periode zullen resultaten hiervan worden gepubliceerd. Er is een aanvang gemaakt met een cross analyse waarin over de cases heen oorzaken worden gerubriceerd. Dat geeft handvatten voor verbeteringen op het werkterrein van de professional, de projectorganisatie en de sector. Expliciete toepassing van integraal toegepast risicomanagement zal hier zeker een onderdeel van uit maken. Ook in andere verbanden wordt gewerkt aan verbeteringen. RWS is gestart met GeoImpuls, een programma met als doel een reductie van geotechnisch falen met 50%. Lessen uit ‘Leren van geotechnisch falen’ en de acties van ‘Geo-Impuls’ moeten het continue leerproces, noodzakelijk om betere resultaten te behalen, voeden en stimuleren. Nadere informatie over het project is te verkrijgen bij de secretaris van de commissie, Fred Jonker, via CUR Bouw&Infra secretariaat@curbouweninfra.nl 

Case Vlietland ziekenhuis Inleiding Bij het maken van de paalfundering ten behoeve van de nieuwbouw van het Vlietland ziekenhuis te Schiedam, in 2004, zijn problemen ontstaan. De in de grond gevormde, geheide palen, type vibro, bleken gedurende de uitvoering van grondwerk en paalfundering te verplaatsen en te breken. Via een proces van nader onderzoek naar de conditie van de palen en na pogingen tot gedeeltelijke vervanging heeft dit uiteindelijk geleid tot volledige afkeuring van de gerealiseerde paalfundering. Er is een nieuwe paalfundering ontworpen en uitgevoerd bestaande uit geprefabriceerde betonpalen. Dat is gepaard gegaan met vertraging van het bouwplan en dispuut over de verantwoordelijkheden. Inmiddels is het ziekenhuis gereed en begin 2009 in gebruik genomen. Het College Bouw Zorginstellingen heeft in 2007 een commissie ingesteld onder voorzitterschap van voormalig kamerlid Bert Bakker. Deze commissie heeft een feitenonderzoek gedaan naar de problemen met de paalfundering bij de nieuwbouw van het Vlietland ziekenhuis te Schiedam. Bij analyse van deze case is het verslag [2] van deze commissie gebruikt.

Beschrijving van het project en de problemen De projectorganisatie is gebaseerd op traditionele verhoudingen: een opdrachtgever die architect, bouwmanager en adviseurs (onder andere de constructeur en geotechnisch adviseur) heeft aangetrokken en een aannemer heeft geselecteerd en gecontracteerd voor de uitvoering. Het project kent een lange voorgeschiedenis, onder andere betreffende de locatiekeuze; de bodemgesteldheid is daarbij overigens geen punt van afweging geweest. De gekozen nieuwbouwlocatie Nieuwland in Schiedam is gelegen in een gebied met zeer slappe grondslag. De eerste 5 m bestaat uit veen. De bovenkant van het pleistocene zand varieert van 13 à 19 m onder maaiveld.

Pas vlak voor de aanvang van de bouw vindt een zandophoging plaats om het terrein toegankelijk te maken en op gewenst niveau te brengen; dit terwijl al in 1999 was geadviseerd een ophoging zo snel mogelijk aan te brengen. De adviezen van de grondmechanisch adviseur betreffende het bouwrijp maken, de bouwputvoorzieningen, de paalfundering en de uitvoering zijn gebaseerd op vraagstellingen van diverse partijen zoals de architect, de bouwmanager en de aannemer. Het zettinggedrag van de grond is berekend en de uitkomsten daarvan zijn gehanteerd voor het bepalen van het tijdstip waarop met de uitvoering van de paalfundering kan worden begonnen. Het blijkt bij de projectbetrokkenen achteraf niet bekend hoe het bouwrijp maken van het terrein in detail is uitgevoerd. Bouw en Woningtoezicht heeft, op grond van ervaring, in een vooroverleg, de voorkeur uitgesproken voor geprefabriceerde palen. De constructeur heeft echter, op grond van kosten, gekozen voor in de grond gevormde, geheide palen, type vibro. Zowel Bouw- en Woningtoezicht als de grondmechanisch adviseur hebben hier vervolgens voorwaarden aan verbonden om een goed resultaat te verkrijgen en te controleren. Er wordt slechts een beperkte excentriciteit van de paalbelasting (momentcapaciteit) voorgeschreven. Het grondmechanisch advies stelt dat slechts geringe horizontale krachten op de palen te verwachten zijn. Tegelijkertijd wordt wel geadviseerd geen open ontgravingen toe te passen in verband met dan te verwachten horizontale vervormingen. De toegepaste wapening is onvoldoende voor de in het bestek voorgeschreven paalexcentriciteit; in toetsingen van het ontwerp van de leverancier wordt dit niet opgemerkt. Tijdens de uitvoering blijkt dat de door Bouw en Woningtoezicht gestelde eis dat de betonconsumptie per paal niet meer dan 125% van de theoretische mag zijn, niet haalbaar; daar zijn geen consequenties aan verbonden.

GEOtechniek – juli 2009

17


Leren van geotechnisch falen Bij de open ontgraving ten behoeve van een kelder wordt schade geconstateerd: palen zijn verplaatst en gebroken door horizontale grondvervormingen. Er worden stalen buispalen bijgeplaatst ter vervanging van gebroken palen. Deze activiteit veroorzaakt schade aan tot dat moment bruikbare palen. Het akoestisch doormeten van de vibropalen door drie verschillende partijen leidt tot verschillende interpretaties. In deze fase worden second opinions ingewonnen. Ondertussen wordt het bouwplan aangepast: nieuwe ontgravingen ten behoeve van een leidingtunnel leiden tot extra paalbreuken zodat besloten wordt de leidingen niet in de grond maar op het dak van het ziekenhuis te situeren. De besluitvorming over hoe nu verder verloopt moeizaam. Meerdere partijen hebben vanuit hun opdracht een rol daarin, maar de regie ontbreekt in eerste instantie: de grondmechanisch adviseur voert directie over de grondwerkzaamheden, de architect over de bouwwerkzaamheden en de bouwmanager voert het overall projectmanagement. Uiteindelijk wordt, na inschakeling van nog meer deskundigen, besloten dat onvoldoende zekerheid is over de kwaliteit van de aangebrachte paalfundering en dat deze dus moet worden afgekeurd.

Nadere beschouwing van de geotechnische aspecten In de beschouwingen van de geotechnisch adviseur is uitgegaan van een gelijkmatige zandophoging.

Op grond van geotechnische berekeningen zijn de te verwachten zettingen tijdens de consolidatiefase berekend en op grond daarvan het tijdstip waarop deze zettingen zullen eindigen. Deze berekeningen hebben een beperkt nauwkeurigheid. In werkelijkheid is de ophoging niet zo gelijkmatig uitgevoerd als verondersteld (o.a. ter plaatse van te dempen sloten) en zullen er ook nog significante secundaire zettingen (kruip) lange tijd na de consolidatiefase optreden. Daarmee zullen ook horizontale vervormingen optreden met horizontale belastingen op in deze grond geplaatste palen tot gevolg. Het niet kunnen opstorten van een deel van de palen tot maaiveld en de overconsumptie van beton duidt op een paalschacht met uitstulpingen en een ongelijkmatig doorsnede verloop. Locale bovenbelastingen uit heistelling, bouwverkeer of opslag en ontgravingen zullen nieuwe horizontale vervormingen veroorzaken en daarmee laterale belastingen op palen.

Zonder volledigheid te willen nastreven worden de volgende oorzaken genoemd.

Daarbij vormen de verplaatsingen van de paalkop de belangrijkste indicator, dat er wat mis is. Scheurvorming in de palen onder maaiveld bleek door metingen niet eenduidig vast te stellen. Dit alles resulteerde in een paalfundering met aanvullend stalen buispalen daar waar vibropalen gebroken waren maar veel onzekerheden over de kwaliteit van de nog te gebruiken vibropalen.

Op het niveau van de projectorganisatie: - integratie van het ontwerp van bouwput, paalfundering en uitvoering heeft ontbroken; - in de planning van het project is onvoldoende rekening gehouden met en zijn onvoldoende de mogelijkheden benut van vroegtijdige voorbelasting van de ondergrond ter reductie van grondvervormingen; - toezicht op het ‘built as designed’ is voor de grondwerkzaamheden onvoldoende geweest; - leiding en regie tijdens de uitvoering en met name tijdens de ontstane problemen heeft lange tijd ontbroken; herstelmaatregelen en aanpassingen van het ontwerp waren daardoor te fragmentarisch en bleken uiteindelijk niet voldoende.

Oorzaken van het falen Er is een reeks van oorzaken die een rol hebben gespeeld bij het mislukken van de paalfundering.

Op het niveau van de professional: - de keuze voor een vibropaal (op grond van kosten) is onverstandig; met deze ondergrond wordt daarmee een te grote wissel getrokken op nauwkeurigheid van grondeigenschappen grondmechanische berekeningen, uitvoering en uitvoerbaarheid; - bij het bepalen van horizontale belastingen en vervormingen van de palen is de kruip van de grond, na consolidatie, ten onrechte verwaarloosd dan wel onderschat; - de toegepaste paalwapening is minder dan voorgeschreven in het bestek; - de uitvoering van het bouwrijp maken en de ontgravingen zijn niet geheel conform de opgestelde adviezen uitgevoerd; - er is niet gereageerd op de waarneming dat de betonconsumptie van de palen groter was dan vooraf als grenswaarde was toegestaan.

In de discussie van deze case in de commissie ‘Leren van geotechnisch falen’ is geconstateerd dat er enkele factoren, die meer algemeen voor de gehele sector gelden, een rol hebben gespeeld: - de samenhang en integratie van de adviezen van geotechnisch adviseur met de overige disciplines was hier onvoldoende en vraagt een nadrukkelijker aandacht; - de cultuur van het kiezen voor de goedkoopste oplossing en de tijdsdruk boven kwaliteit. Als oorzaken van technische aard zijn aan te wijzen: - het akoestisch doormeten van de palen heeft hier onvoldoende uitsluitsel gegeven over de

18

GEOtechniek – juli 2009


Leren van geotechnisch falen kwaliteit en is daarmee een ondeugdelijk controle middel gebleken - de bepaling van horizontale belastingen en opgelegde vervormingen levert in de praktijk vaker problemen op; hierover bestaan geen eensluidende richtlijnen.

Conclusies Uit deze case blijkt dat er een reeks van oorzaken is aan te wijzen, zowel op het niveau van de professional als op het niveau van de projectorganisatie, dat een rol heeft gespeeld bij het falen van de paalfundering. Voor de lessen die hieruit getrokken kunnen worden is het niet zozeer van belang in welke mate elk van die oorzaken hebben bijgedragen aan het falen. Interessanter is de gedachtegang hoe een ander optreden van de diverse professionals en hoe een andere werkwijze van de projectorganisatie wel tot een goed resultaat had kunnen leiden. De benoemde oorzaken geven hier duidelijk richting aan. Na behandeling van meerdere cases zullen door middel van een cross-case analyse meer generiek conclusies worden getrokken.

Figuur 1 Paalbreuk als gevolg van ongelijkmatige bovenbelasting.

Referenties [1] Mans D.G., Leren van geotechnisch falen, Geotechniek nummer 3, 2009. [2] Bakker A.D., Chao-Duivis M.A.B., Venema D.S., Slappe lagen, hard gelag. Rapport van de

Figuur 2 Paalbreuk als gevolg van ongesteunde ontgraving.

Onderzoekscommissie Vlietland ziekenhuis ten behoeve van het College bouw zorginstellingen, november 2007: http://www.bouwcollege.nl/ pdf/CBZ%20 Website/ Publicaties/Persberichten/Rapport% 20totaal%20versie%201%201.pdf 

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


Dirk Luger en Mandy Korff

ISSMGE-TC40 Forensic Engineering: CSI in geotechniek De International Society for Soil mechanics and Geotechnical Engineering heeft een Technische Commissie TC40 op het gebied van ‘forensic engineering’. Dat klinkt als een spannende TVserie maar is in werkelijkheid een serieus vakgebied op de grens tussen techniek en juridische zaken. Ten opzichte van de gebruikelijke geotechnische ontwerpactiviteiten, die je normaal gesproken vooraf doet, is het meest kenmerkende van de forensic engineering dat het werk pas tijdens of na de bouwactiviteiten plaatsvindt. Het betreft dan zeker niet alleen maar het zoeken naar verklaringen voor incidenten en eventuele schuldigen, het is ook het analyseren en begrijpen van opgetreden faalmechanismen om zo snel en veilig mogelijk maatregelen te nemen en een verdere afbouwprocedure te bepalen. Dat zorgt er meteen voor dat het karakter van het forensisch onderzoek qua tijdsdruk sterk kan verschillen: - hoge tijdsdruk wanneer een werk stil ligt en moet worden bepaald hoe er veilig verder gegaan kan worden en - lagere tijdsdruk tegen de tijd dat er in arbitrages of voor de rechtbank een schuldvraag wordt uitgezocht.

Institution of Civil Engineers (ICE) georganiseerde conferentie, waaraan tevens een bijeenkomst van TC40 was gekoppeld. Ter illustratie enkele onderwerpen die bij forensic engineering aan de orde kunnen komen: - diagnostische testen; laboratorium en veldonderzoek naar daadwerkelijke grondparameters om het gedrag van de grond achteraf te verklaren; - back analysis: technieken voor het terugrekenen en analyseren van de bouwfase; - analyseren van gegevens uit monitoring; - ontwikkelen van faalhypothesen; - juridische aspecten en jurisprudentie. Tijdens het congres kwamen diverse casestudies aan bod, van grote en bekende bouwongelukken (waaronder Nicoll Highway in Singapore) als kleinere, onbekende, maar niet minder leerzame cases. Zo was er bijvoorbeeld een bergbezinkbassin dat was ontworpen zonder rekening te houden met een hoge opwaartse grondwaterdruk in geval het een flink zou regenen tijdens de bouw. De hele betonnen bak van 32 m bij 16 m, 6 m hoog dreef precies volgens het boekje op en moest met een complete damconstructie eromheen weer op zijn plek worden gevaren.

Technische commissies De primaire fouten [1] waren hier: - onderschatting van de grondbelasting op de diepwand door een verkeerde berekeningsmethode; - capaciteit van de verbinding tussen stempel en gording was een factor 2 te laag door een verkeerde interpretatie van BS5950. Daarnaast waren er ook nog diverse andere factoren die hebben bijgedragen, zoals fouten tijdens het verzamelen en interpreteren van de grondgegevens (ligging stijvere laag) en monitoringsgegevens (cruciale peilbuis functioneerde niet en was niet vervangen). Verder had niemand de rekniveaus in het groutstempel gecontroleerd en was niet gerekend op stempeluitval. Daarnaast waren er geen alarmniveaus ingesteld en werden stempels niet voldoende snel geplaatst ten opzichte van de voortgang van de ontgraving. Tenslotte werd nog vermeld dat de cultuur meespeelde, in de zin dat er wel een of meer personen op het werk waren die zagen dat een en ander niet klopte, maar dat niet aan hun superieuren konden of durfden zeggen. Forensic engineers zijn erg kien op het gebruik van de juiste technieken voor oorzaakanalyse. Zo heb je diverse zaken die bijdragen aan de oorzaak (contributing factors), moet er een trigger zijn voor het daadwerkelijk mis gaat (en dat is dus niet altijd de belangrijkste oorzaak) en gaat het er in rechtzaken altijd om of falen zou zijn voorkomen als een bepaald aspect wel in orde was geweest. In media en discussies worden dergelijke zaken nogal eens door elkaar gebruikt, waardoor een heel ander beeld kan ontstaan dan de forensisch expert uiteindelijk concludeert. TC40 werkt aan een publicatie waarin diverse voorbeelden van forensische situaties worden beschreven. De Nederlandse vertegenwoordiger voor TC40 is Dirk Luger. Op het congres werd verder door Michiel Maurenbrecher een presentatie gegeven over het falen van de Malpasset dam in Frankrijk, dit jaar 50 jaar geleden.

Referenties Gezien de toenemende aandacht voor fouten en problemen tijdens de uitvoering van projecten, reden genoeg om in deze rubriek stil te staan bij wat kan worden geleerd voor iedereen die ooit te maken krijgt met een onderzoek naar een fout of ongeluk bij een project. Experts op dit gebied waren bijeen van 2-4 december 2008 in Londen bij een door de

20

GEOtechniek – juli 2009

Lessen uit Nicoll Highway werden getrokken door Brian Simpson van Arup. Het legde vooral uit dat veel van de oorzaken die genoemd zijn tijdens het onderzoek nodig waren om uiteindelijk te verklaren waarom het tot de catastrofe is gekomen. Als slechts een paar van die onderdelen wel in orde waren geweest, was ondanks de andere fouten het waarschijnlijk goed afgelopen.

– [1] Simpson, B. N., D.; Banfi, M.; Grose, B.; Davies, R. (2008). Collapse of the Nicoll Highway Excavation, Singapore. 4th International Conference on Forensic Engineering. London, UK, ICE. – [2] Maurenbrecher, P.M.; The Malpasset Dam failure investigation and analysis Examined. 4th International Conference on Forensic Engineering. London, UK, ICE. 


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

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

ERTC = Europese regionale technische commissie ERTC 3 ERTC 7

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

TC 17 TC 18 TC 23 TC 28 TC 29

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

TC 32 TC 33 TC 34 TC 35 TC 36 TC 37 TC 38 TC 39 TC 40 TC 41

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

Meer informatie over de vertegenwoordigingen: Nederland: http://afdelingen.kiviniria.net/geotechniek BelgiĂŤ (alleen leden): www.bggg-gbms.be


Afdeling Geotechniek

KIVI NIRIA

sen. Zij hebben elkaar daarbij nodig op grond van specifieke kennis, ervaringen en expertise. Door samen met alle relevante spelers in het veld te werken aan het vaststellen van een meerjarig impulsprogramma (de ‘Geo-Impuls’) kan de eerste stap gezet worden op weg naar het halen van het gewaagde doel. Op die manier werkt ieder vanuit zijn eigen kracht mee aan oplossingen met respect voor elkaars belangen en problemen. Oplossingen in technologische zin maar zeker ook in procesmatige, contractuele, communicatieve en beleidsmatige zin om daarmee ook een verandering in houding en gedrag te bereiken.

V Managen van Verwachtingen Op 10 maart is een werkbijeenkomst gehouden met als doel om een aantal trekkers te vinden voor de verschillende pijlers en deze uit te werken in concrete projectvoorstellen. Aan het einde van de dag bleek het animo groot en is het gelukt om alle 5 de pijlers te laten trekken door vertegenwoordigers vanuit aannemerij en kennisinstellingen, ingenieursbureaus en andere opdrachtgevers dan RWS. Daarmee is duidelijk geworden dat niet alleen RWS zich verantwoordelijk voelt voor het realiseren van het gewaagde doel voor de Geo-Impuls.

Geo-Impuls ‘Een impulsprogramma voor betere beheersing van geotechnische risico’s in projecten’ Het is zeer prijzenswaardig dat één van de grootste civiele opdrachtgevers in Nederland het initiatief heeft genomen om te komen tot een programma voor de reductie van risico’s die met die programma’s samenhangen. Vanuit de KIvI Niria Afdeling voor Geotechniek zijn we enthousiast over het idee, en inmiddels ook over de ingezette uitvoering. Met name omdat het hier gaat om geotechnische risico’s. Het is een bekend fenomeen dat de faalkosten van een werk tientallen procenten van de totale kosten bedragen. Circa de helft hiervan heeft een grondgerelateerde oorzaak. Als voorbeeld: de aanleg van het depot IJsseloog (foto) is destijds als gevolg van geotechnisch falen bijna 20 miljoen Euro duurder geworden dan oorspronkelijk gedacht. Andere bekende voorbeelden zijn de dijkdoorbraken bij Wilnis en in het Julianakanaal, de tramtunnel in Den Haag (foto), de bouwputten in Middelburg en Delft en zeer recent de Noord-Zuid

metrolijn in Amsterdam. Voor Rijkswaterstaat zijn niet enkel deze gevolgen in financiële termen van belang. Gevolgen in termen van tijd en imago en niet te vergeten veiligheid spelen zeker een even grote rol. Het management van Rijkswaterstaat vindt dit een ongewenste situatie en wil een impuls geven aan het kennisveld Geo-Engineering met de formulering van het volgende gewaagde doel: ‘Afname van geotechnisch falen in GWW-werken tot minstens een halvering in 2015’ Rijkswaterstaat realiseert zich dat zij niet alleen staat. Andere opdrachtgevers hebben vergelijkbare problemen en ook aannemers, kennisinstituten en ingenieursbureaus hebben last van de grote risico’s die het omgaan met onzekerheden in de ondergrond met zich meebrengt. Samenwerking tussen alle partijen in de Nederlandse bouwwereld is dan ook van groot belang om de gevolgen van deze onzekerheden te kunnen beheer-

Activiteiten september

Excursie N210

22 september

Beton in funderingen (i.s.m. Betonvereniging)

5 - 9 oktober

17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (Alexandrië, Egypte)

5 november

Geotechniekdag, thema ‘Baanbrekend’

25 november

2e lezingenavond

De Geotechniekdag en de Funderingsdag worden jaarlijks afgewisseld. In 2009 verzorgt KIVI NIRIA in samenwerking met CUR en de Belgische zusterorganisatie KVIV de Geotechniekdag.

22

GEOtechniek – juli 2009

Eind januari is een mini-top ‘GeoImpuls’ georganiseerd in het LEF. In aanwezigheid van in totaal 50 personen, veelal op directieniveau, heeft de DG van RWS Bert Keijts de sector uitgenodigd om mee te werken aan het bereiken van de gewaagde doelstelling en heeft de sector haar steun uitgesproken. Op basis van de resultaten van deze mini-top is een start gemaakt met het concreet invullen van het Plan van Aanpak langs 5 oplossingsrichtingen of ‘pijlers': I

Geo-Engineering in Contracten II Toepassen en Delen van Bestaande Kennis en Ervaring III Kwaliteit van Ontwerp en Uitvoering in de Geo-Engineering IV Nieuwe Kennis voor GeoEngineering voor Uitdagingen in onze projecten van 2015

In de werkbijeenkomst in het LEF op 11 mei hebben de verschillende werkgroepen hun projectvoorstellen gepresenteerd en konden alle deelnemers hun voorkeuren uitspreken. Ook zijn de doelgroepen gevraagd om na 11 mei zich sterk te maken voor beschikbaar stellen van de middelen door hun achterban. Uiteindelijk zal een ‘offerte’ vanuit Geo-Engineering op de mini-top van 1 juli worden teruggeven aan de verschillende directieleden die ook op de eerste mini-top aanwezig waren. Op die dag zal naar verwachting het ‘groene licht’ worden gegeven en kunnen na de zomer de verschillende acties worden opgestart, die uiteindelijk leiden tot de gewenste halvering. Ir. W.J. van Niekerk Voorzitter Afdeling voor Geotechniek 


KIVI NIRIA is dĂŠ Nederlandse beroepsvereniging van en voor ingenieurs, opgeleid aan universiteiten en hogescholen, en vormt een hoogwaardig technisch kennis- en kennissennetwerk. Hiermee maakt KIVI NIRIA , het Koninklijk Instituut Van Ingenieurs, het belang van techniek zichtbaar in onze samenleving en ondersteunt ingenieurs bij het uitoefenen van hun belangrijke taak. Ingenieurs staan aan de basis van innovatie, doordat zij hun technische kennis weten toe te passen ten behoeve van ontwikkeling in de maatschappij. 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 geĂŻnteresseerden. 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.


Ingezonden Een reactie op ‘Fracture grouting in zand’van M.P.M. Sanders en A. Bezuijen in Geotechniek april 2009.

ir. Jacco Haasnoot Senior geotechnisch adviseur / directeur, CRUX Engineering BV prof. dr. ir. Almer van der Stoel Senior geotechnisch adviseur / directeur, CRUX Engineering BV; hoogleraar NLDA / UTwente

Met veel belangstelling hebben wij het artikel ‘Fracture grouting in zand’ in Geotechniek april 2009 gelezen. Het is zeer interessant om de vorm en omvang van fracture grouting in het zand bloot te leggen, mede omdat daar in de praktijk nauwelijks mogelijkheden toe bestaan. Naar aanleiding van het artikel, de gevolgde lijn van onderzoek en de conclusies willen wij echter een aantal zaken aan de auteurs ter overweging meegeven. In het artikel wordt onderscheid gemaakt in fracture grouting en compaction grouting. In punt 5 van de conclusies wordt aangegeven dat ‘fracture grouting optreedt bij relatief lage injectiedrukken (tot ongeveer 15 bar), daarboven zal sprake zijn van compaction grouting’. Het is ons inziens niet correct om op basis van de injectiedruk een onderverdeling in grouting techniek te maken. Bij het proefproject Sophiatunnel, waar fracture grouting is toegepast, zijn bijvoorbeeld injectiedrukken gemeten, zowel de piek als de gemiddelde injectiedruk, die duidelijk hoger liggen dan 15 bar [1]. Het belangrijkste verschil in toepassing van de

24

GEOtechniek – juli 2009

beide grouting technieken is dat bij compaction grouting sprake is van een relatief stijve grout met een lage mobiliteit, waarbij bovendien per definitie slechts één keer door het injectiepunt kan worden geïnjecteerd. Bij fracture grouting is echter sprake van een relatief vloeibare grout, waarmee veelvuldig kan worden geïnjecteerd. Dit herhaaldelijk en met eventueel grote tussenposen kunnen injecteren is de kracht van de fracture grouting, als techniek waarbij gedoseerd verplaatsingen kunnen worden gecompenseerd. Voor de effectiviteit (geïnjecteerd volume versus volume aan zettingscompensatie) van het compensation grouting proces is het gewenst om de volume toevoeging zo dicht mogelijk bij het injectiepunt en daarmee over het algemeen bij de bron van de zettingen te houden. Het creëren van dunne scheuren met een groter bereik dan dat van de zettingen is dus niet gewenst. Echter, het is wel gewenst op herhaaldelijk te kunnen injecteren. Een belangrijke onderzoeksvraag is dus ‘hoe kan de reikwijdte van de injectie worden beperkt, waarbij desondanks het herhaaldelijk injecteren mogelijk blijft’. Dit vraagt eerder om onderzoek naar het scheurgedrag van het groutmateriaal dan naar dat van het scheurgedrag van zand. De onregelmatig gevormde groutlichamen uit de eerste proevenseries, waarbij de gebruikelijke groutmengsels voor fracture grouting zijn gehanteerd, zijn in dat licht interessanter dan een verstrekkend onderzoek naar het creëren van ‘daadwerkelijke fractures’. Dat de focus van het onderzoek van de praktijk is afgebogen spreekt uit het gebruiken van het installatieproces van de TAM om condities te zoeken waarbij ‘daadwerkelijk fracturing’ optreedt. In het laboratorium wordt een installatieproces van de TAM gesimuleerd waarbij grondverwijdering wordt opgelegd aan het zandpakket. Bij de injectie wordt vervolgens een daadwerkelijke scheur gevonden. Deze gesimuleerde condities zijn niet in lijn met de werkwijze van het fracture grouting proces. Voor het compenserend grouten is het van belang om (bij TAM installatie) zo min mogelijk grondverwijdering te veroorzaken omdat dat potentieel tot zakking van de constructies leidt die juist moeten worden beschermd. In de proefprojecten voor de Noord/Zuidlijn te Amsterdam (Praktijk Injectie Proef) en Rotter-

dam bij de Sophia tunnel zijn de TAMs dan ook grondverdringend ingebracht [2]. Vervolgens geldt dat indien er toch sprake is van grondverwijdering dit effect binnen enkele injecties teniet zal worden gedaan. Het stellen dat het installatieproces van de TAMs van invloed is op, of zelfs een voorwaarde is voor, het fracture grouting proces is derhalve niet opportuun, sterker nog, zettingsneutrale installatie van TAMs is juist eerder een vereiste en daarmee uitgangspunt voor mogelijke toepassing van compensation grouting. Op basis van de gepresenteerde onderzoeksgegevens wordt aanbevolen om voor vervolgonderzoek de focus te verleggen van een queeste naar het creëren van ideale scheuren in zand, naar het onderzoeken van het scheurgedrag van het groutmateriaal in combinatie met de ‘compaction grouting’ werking bij fracture grouting. Hiermee kan in potentie de effectiviteit van het fracture grouting proces, namelijk het compenseren van verplaatsingen, worden verbeterd. – [1] Jacco K. Haasnoot, Almer E.C. van der Stoel, F.J. Kaalberg, 2003, Full-scale compensation grouting trial North/South line Amsterdam; Spatial relationships of fracture grouting injection pressures, 13 ECSMGE, Prague Czech Republic – [2] Jacco K. Haasnoot, Almer E.C. van der Stoel, F.J. Kaalberg, 2002, Fracture grouting to mitigate settlements of wooden pile foundations, AITES - ITA Downunder, Sydney Australia

Commentaar

op de reactie op ons artikel ‘Fracture grouting in zand’ door M.P.M. Sanders en A. Bezuijen Het commentaar van ir. Haasnoot en prof. dr. ir van der Stoel geeft aan dat er soms wat spanning zou kunnen ontstaan tussen praktijk en onderzoek. Wij bedanken hen voor hun nuttige bijdrage, waaruit blijkt dat zij ons artikel nauwkeurig hebben gelezen. In dit commentaar zullen we op hun vragen en opmerkingen in gaan om zo te proberen de inzichten op het gebied van compensation grouting wat verder aan te scherpen. Haasnoot en Van der Stoel hebben gelijk dat het niet gebruikelijk is om op basis van injectiedruk een onderscheid te maken tussen fracture grouting en compensation grouting. Hiervoor wordt meestal de consistentie van het grout gebruikt, zoals zij ook aangeven. ‘stijf grout’


Ingezonden met een lage mobiliteit geeft compaction grouting en vloeibaar grout geeft fracture grouting. Nu is het mogelijk om bij injectie van vloeibaar grout te stellen dat men aan het facture grouten is, maar dat wil nog niet zeggen dat er in de grond dan ook echt fractures optreden. Welke groutvormen in het Sophia proefproject zijn opgetreden bij de hoge injectiedrukken is niet bekend. Ons onderzoek (en vergelijkbaar onderzoek in Cambridge) geeft aan dat het zeer onwaarschijnlijk is dat er fracture grouting is opgetreden bij hoge injectiedrukken. De hoge injectiedrukken leiden tot ‘pressure filtration', al tijdens de injectie wordt er zoveel vloeistof uit het grout geperst, dat het grout dicht bij het zand vergelijkbaar wordt met het ‘stijve grout’ van compaction grouting en er dus toch compaction grouting optreedt. Het is een interessante gedachte dat de werkelijke onderzoeksvraag vanuit de praktijk is om juist alleen scheuren van een beperkte lengte te creëren om zo ‘gedoseerd verplaatsingen te

kunnen compenseren’. Het probleem in ons onderzoek was echter, dat wij inderdaad die scheuren van beperkte lengte kregen, maar dat die in de praktijk niet werden gevonden bij dezelfde groutsoorten. In het Sophia proef project werd gevonden dat de grond soms meer dan 10 m van het injectiepunt omhoog ging. In feite zaten we dus nog een stap voor de gedachte van Haasnoot en Van der Stoel. Het moest eerst duidelijk zijn dat onze proeven representatief waren voor de werkelijkheid en daarom moesten we begrijpen hoe die lange en dunne fractures ontstaan. Nu we daar zicht op hebben, weten we ook hoe we met de grouteigenschappen (doorlatendheid en vaste stof gehalte) de fracture lengte kunnen beïnvloeden. Het inbrengen van de TAM’s is iets ingewikkelder dan Haasnoot en Van der Stoel schetsen, zoals is beschreven in ons artikel. De TAM’s worden ingebracht met een casing, tussen de TAM en de casing zit Blitzdämmer een soort grout. Ook al wordt de casing grondverdringend

ingebracht, dan nog zal er door het volumeverlies van de Blitzdämmer wanneer het water uittreedt (weer een geval van ‘pressure filtration') een ontspanning van de grond rondom de TAM ontstaan, waardoor de spanning in de grond snel afneemt. In feite gebeurt hetzelfde bij herhaalde injecties. De grondspanning neemt toe tijdens de injectie, maar pressure filtration van het grout geeft een elastische ontspanning, wat ook bij kleine vervormingen tot veel lagere spanningen kan leiden, waardoor de nieuwe fracture vaak langs de bestaande optreedt. We onderschrijven de richting die het onderzoek moet gaan volgens Haasnoot en Van der Stoel. We hopen met deze bijdrage aangetoond te hebben dat het in ons artikel gepresenteerde onderzoek een noodzakelijk stap was om met vertrouwen in die richting te gaan en dat daarmee ook al wat stappen in die richting gezet zijn. 


The Magic of Geotechnics Sonja Karstens / Paul Hölscher / Jurjen van Deen

Krediet voor de delta of delta in diskrediet? meer een kwestie van veel geld, maar vooral van inventiviteit, lef en daadkracht. De overheid is op een heel andere manier met de economische crisis bezig dan bedrijven. Waar de private sector zoekt naar antwoorden op bovenstaande vragen om de crisis zo goed mogelijk, of überhaupt, te overleven, is de overheid bezig met het optimaliseren van de verdeling van kommer en kwel. Het zou goed zijn als de overheid zich ook uitgedaagd voelt scherpe keuzes te maken en slim extra te investeren om langetermijnproblemen het hoofd te bieden.

Onze delta staat voor een aantal grote uitdagingen. Het klimaat verandert en dat zal leiden tot het stijgen van de zeespiegel en toenemende rivierafvoeren. Het lijkt echter alsof de economische crisis het bewustzijn van deze problemen heeft weggedrukt uit ons collectieve geheugen: de kranten staan bol van de economische crisis. Toch blijkt uit recent onderzoek dat bijna drie kwart van de Nederlanders de klimaatcrisis even belangrijk vindt als de economische crisis. Dit is opmerkelijk aangezien de gevolgen van de economische crisis op dit moment heel concreet tastbaar zijn, terwijl de gevolgen van klimaatverandering vooral op langere termijn zullen optreden en bovendien omgeven zijn met allerlei onzekerheden. Het omgaan met de gevolgen van klimaatverandering maakte de roep om innovatie in de deltatechnologie-sector al groot, de economische crisis doet daar nog een schepje bovenop. Hoe kunnen we zo omgaan met de economische crisis dat we er beter uitkomen dan we er ingegaan zijn?

De crisis als katalysator voor nieuwe ontwikkelingen of juist niet? Joseph Schumpeter zei in 1943 al dat recessies een platform voor innovaties en economische groei bieden doordat de creativiteit sterk gestimuleerd wordt. Het verleden leert ons dat perioden van economische crisis vaak ook leiden tot ontwikkeling van nieuwe technologie en nieuwe manieren van werken. Ondernemers en innovatoren onder ons zien in een crisis vooral kansen. Het is een soort survival of the fittest:

26

GEOtechniek – juli 2009

Wat betekent de economische crisis voor de deltatechnologiesector?

bedrijven die niet naar de werkelijke behoeften van de klanten hebben gekeken en er dus niet op inspelen gaan ten onder en maken de weg vrij voor de bedrijven die dat wel hebben gedaan. Het geeft bedrijven een impuls nog eens goed onder de loep te houden waar nu echt mee door te gaan en waar niet, en de strategie kritisch te bezien. Al met al worden bedrijven gedwongen meer te focussen op waar ze echt goed in zijn. Daarbij is wel een duidelijk verschil te zien in grote en kleine bedrijven. Grote bedrijven reageren op innovatiegebied vaak behoudend omdat innoveren risico’s met zich meebrengt. Kleine verbeteringen, vooral gericht op kostenreductie, wil men nog wel proberen, maar zoeken naar radicale vernieuwingen, in de vorm van nieuwe producten en diensten, wordt op een laag pitje gezet. Voor kleinere bedrijven ligt het anders. Een crisis brengt alles in beweging en dit geeft uitgelezen kansen om door te breken. Innoveren is niet langer

Natuurlijk is het koffiedik kijken hoe lang de economische crisis zal aanhouden en wat de precieze gevolgen van de crisis voor de delta zullen zijn. Eén ding is zeker: de economische crisis is tijdelijk maar zal voor de deltatechnologiesector zeker gevolgen hebben.

Veiligheid Eén van de gevolgen van de economische crisis is dat de waarde in gebieden minder snel toeneemt door minder nieuwbouw en andere kapitaalinvesteringen. Uitgaande van de definitie ‘risico is kans maal gevolg’ neemt het schaderisico minder snel toe dan wanneer er geen crisis zou zijn. Dit klinkt misschien vreemd maar als de veiligheidsrisico’s minder snel toenemen ten gevolge van de economische crisis zijn er op korte termijn minder preventieve maatregelen nodig om de kans op schade te verkleinen. Investeringen in nieuwbouw en infrastructuur Als gevolg van de economische crisis zullen werken zoals nieuwbouw en infrastructuur voor


The Magic of Geotechnics

opdrachtgevers goedkoper worden. Dit heeft te maken met marktwerking: investeringen in de bouw lopen terug en dit heeft een prijsdrukkend effect. Bij nieuwbouw zijn de onzekerheden in terugverdienmogelijkheden groot, omdat het onduidelijk is hoe de markt zich ontwikkelt. Bij infrastructuur zit de overheid aan het roer en kan de werken die toch al gepland staan versneld uitvoeren, gunstig zowel vanuit het oogpunt van kostenefficiency van de overheid als van continuĂŻteit in de bedrijfsvoering van de private sector. Extra voordeel hierbij is dat de overlast beperkt is omdat het aantal files gedaald is door de crisis.

Kustsuppleties Niet alleen voor nieuwbouw en infrastructuur geldt dat de werken versneld uitgevoerd zouden kunnen worden maar ook voor kustsuppleties. Die werken moeten toch gebeuren om onze kustlijn te handhaven. Vanuit dat oogpunt zou het een goed moment zijn om het experiment van de Zandmotor te starten. Op dit moment nemen de grootschalige waterbouwwerkzaamheden zoals in Dubai sterk af. Het op korte termijn inzetten van de vrijkomende schepen voor kustsuppleties aan onze eigen kust is daarom voor overheid en private sector interessant. Met de extra investering die het kabinet nu beschikbaar heeft gesteld kan versneld worden

gestart met het inhalen van achterstallig onderhoud aan de kust.

Nu investeren voor later De uitdaging is om de investeringen die we nu extra doen niet alleen aan het hier en nu ten goede te laten komen maar ook om onze eigen delta op de lange termijn veilig en leefbaar te houden en wereldwijd onze concurrentiepositie te versterken. Het kabinet heeft in het aanvullende regeerakkoord gekozen om te investeren in het bevorderen van innovaties. Naast experimenteerruimte voor de Zandmotor kan bijvoorbeeld ook gedacht worden aan innovaties in snelle, hindervrije aanleg van onderhoudsarme wegen en spoorwegen. Om dat te doen moeten we vanuit de overheid, het bedrijfsleven en de kenniswereld de handen ineen slaan om samen de crisis te lijf te gaan en te overwinnen. De overheid zou als launching customer innovaties actief kunnen stimuleren. Het bedrijfsleven moet samen met de kennisinstellingen win-win oplossingen en slimme innovaties zoeken die geld besparen voor de maatschappij en geld opleveren voor het bedrijfsleven. Dit artikel is een bewerking van het slothoofdstuk van Onze Delta, onze toekomst, Staat en Toekomst van de Delta 2009. Zie voor de volledige tekst www.staatvandedelta.nl


SBR-info Column Jack de Leeuw

Bijeenkomst SBR Funderingen 2009

Als relatieve buitenstaander kijk je naar funderingen als een onderwerp waar we langzamerhand toch wel alles over zullen weten. Een paar jaar geleden moesten we zelfs nadenken of er nog wel een aanvulling op het handboek funderingen moest komen. Een stevige doorstart heeft dat vraagstuk opgelost: er is genoeg vernieuwing om verder te gaan. Dat blijkt mede uit de sfeer van de bijeenkomst op 9 april die hiernaast beschreven staat. SBR staat (onder andere) bekend als onafhankelijk uitgever van talloze publicaties waar nieuwe en bestaande kennis praktisch bruikbaar en toegankelijk voor iedereen wordt gemaakt. Met dat imago zijn we blij, maar we beginnen het pas echt leuk te vinden als de bouwpraktijk die kennis gebruikt en er beweging ontstaat om weer tot nieuwe kennis te komen. En dan zijn bijeenkomsten onontbeerlijk. Wij merken dat veel mensen na afloop van een goede bijeenkomst melden dat ze niet zoveel echt nieuwe dingen hebben gehoord, maar dat het vooral nuttig was collegaexperts te ontmoeten, nieuwe relaties aan te knopen en mee te doen in discussies. Ons motto voor de komende jaren is dan ook ‘prettig kennis te maken’ in beide betekenissen: fijn om u te ontmoeten tijdens bijeenkomsten en bij ons op kantoor en te praten over uw vakgebied èn prettig samen met u nieuwe kennis te maken! En zo staan we ook al lang bekend: we brengen de nieuwe kennis van enkelen bij elkaar om die om te bouwen tot bruikbare kennis voor velen.

ir. Jack de Leeuw Algemeen directeur SBR

Op 9 april jongstleden organiseerde SBR in nauwe samenwerking met CUR Bouw&Infra de Visiebijeenkomst ‘sBR Funderingen 2009’. Het thema van de bijeenkomst was paalsystemen. Een vijftigtal belangstellenden waren aanwezig bij een breed palet van presentaties. Ondanks dat de meeste deelnemers insiders waren bleek er nieuws onder de zon. Joop van Leeuwen (gemeente Almere, voorzitter COBc) knoopte als dagvoorzitter de verschillende inleidingen soepel aan elkaar. Hij maakte van de gelegenheid gebruik om het SBR Handboek Funderingen nogmaals nadrukkelijk onder de aandacht te brengen. In het afgelopen jaar heeft SBR de in Nederland toegepaste paalsystemen laten inventariseren en categoriseren. Dat gebeurde in het kader van een volledige update van deel B van het SBR Handboek Funderingen. Ed Smienk (ABT) ging in zijn bijdrage op de bijeenkomst in op de gevolgde werkwijze en de manier waarop de verschillende systemen zijn ingedeeld. Ook liet hij zien dat er veel nieuwe systemen zijn bijgekomen, waarvan sommigen met bijzondere, soms exotische namen, zoals de Lekapaal, MVP-paal, Fluisterpaal, Hailightpaal of Ecopaal. Vanuit het publiek werd de te verwachten vraag gesteld in welke mate er overeenstemming bestaat tussen de paalfactoren zoals die nu in het SBR Handboek zijn opgenomen en die van COBc, die door de gemeenten worden gebruikt. Ed Smienk legde uit dat er nu grote mate van overeenstemming is, zij het dat waar onderbouwing van de waarden ontbrak er indicatieve, veilige waarden zijn vermeld. Er zijn zeker niet klakkeloos door bedrijven aangeleverde waarden opgenomen. Joop van Leeuwen ondersteunde dat antwoord nadrukkelijk.

In zijn bijdrage ging Ton Siemerink als secretaris van enkele CUR-commissies in op de stand van zaken in die commissies. Daaruit bleek dat veel commissies zich in een cruciale fase bevinden en in de loop van dit jaar hun eindresultaten te verwachten zijn. Na de pauze was het de beurt aan Ad Vriend (Acécon). In een helder betoog ging hij in op de voordelen, maar ook de risico’s van trekpaalsystemen. Hij bleek een warm voorstander van dergelijke systemen, maar waarschuwde nadrukkelijk voor de risico’s. In dat verband pleitte hij ervoor om veel meer te testen. De huidige 3 procent is veel te weinig. Hij verwacht dat de CUR-commissie die zich bezighoudt met deze trekpaalsystemen het testen zal belonen met aanzienlijk gunstiger factoren. Op die manier kan met minder palen worden volstaan en wordt testen zo terugverdiend. Zoals gebruikelijk werd de bijeenkomst besloten met twee presentaties van nieuwere paalsystemen. Daarvoor presenteerde Erwin de Jong het Casing boorpaalsysteem van VWS Geotechniek en Corneel Timmermans (MT Piling) het Micro Tunnelingsysteem. Beide systemen bestaan uit ter plaatse gestorte palen met grote diameter. Erwin ging met name ook in op het beproeven van deze palen met een statnamische proef. Hoewel er al vaker aandacht is geweest voor deze paalsystemen wisten ook deze inleiders de deelnemers te boeien met de laatste nieuwe informatie. Terugkijkend een interessante en door de deelnemers goed gewaardeerde bijeenkomst. Alle reden om uit te kijken naar de volgende editie in april 2010!

GEOtechniek – juli 2009

29


S. van Baars Universitair Docent Grondmechanica aan de Technische Universiteit Delft

J.W. Vink Student Civiele Techniek aan de Technische Universiteit Delft

Samenvatting Tijdens het boren van de Hubertustunnel in Den Haag zijn geen schadelijke trillingen opgetreden, maar wel onverwachte hinderlijke trillingen. Bij het boorproces in bijvoorbeeld rotsformaties zijn dergelijke trillingen bekend, maar men had dit niet verwacht in het hier aanwezige strandzand. Uit analyse van de gemeten trillingen blijkt dat de trillingen voornamelijk zijn ontstaan door de stroeve voortgang van de TBM in het zand ten gevolge van het stick-slip effect. Het vooruit schokken van de TBM veroorzaakt hoofdzakelijk trillingen in boorrichting: schuifgolven langs de wand en drukgolven aan het boorfront.

Trillingen tijdens het boren van de Hubertustunnel Inleiding Sinds enkele jaren is de studie aan de Technische Universiteit Delft opgedeeld in 3 jaar Bachelorfase (BSc) en 2 jaar Masterfase (MSc). Hierdoor is er niet meer alleen een MSc afstudeeropdracht op het einde, maar ook een korte tussentijdse afstudeeropdracht voor het verkrijgen van het BSc-diploma. Het werk van J.W. Vink is een mooi voorbeeld tot welke resultaten een student

reeds in het derde studie jaar kan komen in slechts 6 weken, in samenwerking met een eerste begeleider (S. van Baars), een tweede begeleider (J.W. Bosch) en een contactpersoon van het projectbureau (J.F.W. Joustra).

De Hubertustunnel De Hubertustunnel is een geboorde tunnel voor snelverkeer in Den Haag die aan de zuidelijke

Figuur 1 De Hubertustunnel tijdens de bouw (foto Wikipedia)

30

GEOtechniek – juli 2009

kant aansluit op het Hubertusviaduct en aan de noordelijke kant op de provinciale weg N440. De tunnel loopt onder de Hubertusduin door. Voor elke rijbaan is een aparte buis met twee rijstroken geboord. Om de 250 meter is een dwarsverbinding tussen beide buizen aangelegd. Het is voor Nederland de eerste dubbele boortunnel met dwarsverbindingen in strandzand, maar ook de eerste geboorde tunnel onder bebouwing. In juli 2006 begon aan de kant van de N440 het boren van de eerste tunnelbuis. In november kwam de machine, 1500 meter verder, achter de Hubertusduin, weer bovengronds (dus van NO naar ZW). Daar werd de boormachine gedemonteerd en in onderdelen naar het begin getransporteerd om vervolgens, na weer in elkaar te zijn gezet, aan de tweede tunnelbuis te beginnen. In juni 2007 passeerde de machine voor de tweede keer de Hubertusduin. Het boren van de buis vorderde met een snelheid van gemiddeld 28 meter per etmaal. Tijdens het boren bleven de bovengrondse gebouwen onbeschadigd en ontstonden er nauwelijks verzakkingen. De opening vond plaats in oktober 2008.


Trillingshinder Tijdens het boorproces van de zuidbuis (1ste buis) zijn relatief sterke trillingen opgetreden. Dit heeft tot overlast geleid bij de omwonenden. Om de sterkte van de trillingen te onderzoeken zijn er trillingsmetingen verricht aan de noordbuis. Uit de meetgegevens bleek dat er geen schade aan de bebouwing door trillingen was te verwachten, maar wel dat de trillingen hinder konden veroorzaken. Bij het boorproces in rotsformaties zijn dergelijke trillingen bekend, maar men had dit niet verwacht in dit (strand)zand, ondanks de relatief hoge conuswaarden (qc = 20 tot 40 MPa) en hoge wrijving (∅ = 36° tot 43°). De oorzaak van deze trillingen was niet direct duidelijk. Gedacht werd aan trillingsbronnen zoals het graafwiel, het grout-pompen en het voortbewegen van de tunnelboormachine (TBM). Een belangrijk punt van aandacht was de hypothese van het toenmalige projectbureau. Zij stelden dat de bron van de trillingen te maken heeft met de ‘stroeve’ voortgang van de TBM.

waarde van de trilsnelheid in de tijd. In figuur 3 zijn de trillingen bovengronds gemeten aan een gebouw boven de TBM. In figuur 2 is in de TBM zelf gemeten. In de figuren herkent men de drie verschillende fasen van het boren terug: 1. boren en voortbewegen (V), 2. plaatsen van segmenten (S) en 3. stilstand / pauze (P).

Pauzes worden duidelijk waargenomen rond 7 uur, na 10 uur en van kwart voor twaalf tot kwart over twaalf. De trillingen tijdens het plaatsen van de segmenten zijn in de TBM duidelijk waarneembaar als een wolk van trillingen (zie ellips in figuur 2), o.a. rond half negen en rond de pauze van twaalf uur. Deze trillingen zijn vooral random (5 à 15 Hz) en worden boven-

Figuur 2 Trillingen gemeten in TBM 2de buis, op 2/3de deel, vóór de Hubertusduin.

Type boortrillingen Er zijn op verschillende plaatsen geofoons geplaatst om de trillingen in drie richtingen te meten. De geofoons zijn geplaatst in de 1ste buis op vaste plaatsen, in de 2de buis meebewegend met de TBM en op de gevels van de bebouwing ter plaatse van de Van Alkemadelaan. De xrichting is in boorrichting (axiaal), de y-richting is haaks hierop (lateraal) en de z-richting is naar beneden (verticaal). Figuren 2 en 3 tonen de gemeten maximale

Figuur 3 Trillingen gemeten aan gebouw op 2/3de deel, vóór de Hubertusduin.

Figuur 4 Verdubbeling gewicht t.g.v. Hubertusduin bij einde tunnel.

GEOtechniek – juli 2009

31


Figuur 5 Trillingen TBM onder de Hubertusduin.

Figuur 6 Verschil trillingen tussen oost- en westzijde gebouw C.

ondergronds kruisen van de Van Alkemadelaan, onder gebouw C door van de Alexander Kazerne. Op gebouw C zijn twee meetpunten aanwezig: aan de oost- en westzijde van het gebouw. Wanneer de TBM de oostzijde van het gebouw passeert zijn de axiale trillingen (groen) klein en de verticale trillingen (rood) groot. Tijdens het passeren van de westzijde zijn juist de vertikale trillingen kleiner en de axiale trillingen groot. Het verschil in de trillingen wordt veroorzaakt door de veenlaag die nog wel aanwezig is onder de oostzijde van het gebouw, maar niet meer onder de westzijde. De veenlaag bevat relatief veel water en heeft een lage schuifstijfheid. Schuifgolven worden hierdoor slecht doorgegeven of zelfs gereflecteerd. Drukgolven daarentegen worden in het waterrijke veen nog beter doorgegeven dan in zand. Wanneer de TBM het veen (oostzijde) passeert zijn er dus grotere verticale trillingen (omhoogkomende drukgolven) waar te nemen en worden axiale trillingen (schuifgolven) gedempt. Aan de westzijde is de veenlaag niet meer aanwezig, waardoor de axiale trillingen juist ongedempt worden waargenomen.  Reageren op dit artikel? Stuur dan uw reactie vóór 29 juli a.s. naar info@uitgeverijeducom.nl

gronds nauwelijks waargenomen (zie figuur 3). De trillingen tijdens voortbewegen daarentegen zijn wel regelmatig, zijn vooral laagfrequent (∼ ∼ 1 Hz), worden bovengronds wel duidelijk waargenomen (trilsnelheden tot 0,5 mm/s) en zijn vooral bij de TBM het sterkst in boorrichting (axiaal is x-richting).

Stick-slip effect Omdat de axiale trillingen het sterkst zijn, is het aannemelijk dat de trillingen ontstaan door de schoksgewijze voortgang ten gevolge van het stick-slip effect. Dit zorgt voor schuifgolven langs de TBM wand en voor drukgolven aan de voorkant bij het graaffront. Beide golven hebben een axiale trilrichting. Figuren 2 en 3 tonen regelmatig de grootste trilsnelheid kort na het begin van voortbewegen. De reden hiervoor is niet met zekerheid te geven, maar kan te maken hebben met het zetten van de grond rondom de TBM tijdens het niet-voortbewegen. In dat geval nemen

32

GEOtechniek – juli 2009

de spanningen op de TBM toe en dus ook de wrijving, het stick-slip effect en de veroorzaakte trillingen. De aanname van trillingen ten gevolge van het stick-slip effect is des te aannemelijker als men kijkt naar de afhankelijkheid van de trillingen met de grondspanningen bij het passeren van de Hubertusduin (van rechts naar links in figuur 4). De dekking op de tunnel stijgt van 11 m naar 22 m voornamelijk droog zand. Door de verdubbeling van het gewicht op de tunnel over korte afstand, verdubbelt ook de wrijving op de wand en de druk aan het graaffront. Dit zorgt voor de verdubbeling van de axiale trillingen tijdens voortbewegen (zie figuur 5).

Invloed veenlaag Een ander opmerkelijke zaak die aan het licht kwam is de invloed van een dunne veenlaag in het zand. De 2de tunnelbuis gaat, vlak voor het

Figuur 7 Tracé boortunnel.


ir. M.B. de Groot Deltares

ir. M. van der Ruyt Deltares

ir. D.R. Mastbergen Deltares

dr. G.A. van den Ham Deltares

Samenvatting

Bresvloeiing in zand

Bij een zettingsvloeiing in een onderwater talud van zand kan het gaan, al naar gelang het fysisch proces, om een verwekingsvloeiing, een bresvloeiing of een combinatie van beide. In dit artikel

Inleiding Een onderwater zandtalud kan soms schijnbaar spontaan of tijdens baggeren zo instabiel worden dat het zand uitvloeit om pas bij een zeer flauwe helling te sedimenteren. In het algemeen wordt dit als een ‘zettingsvloeiing’ betiteld. Het kan daarbij gaan om een ‘verwekingsvloeiing’, ‘een bresvloeiing’ of een combinatie van beide. Verwekingsvloeiing is besproken in een eerder artikel in Geotechniek [de Groot e.a. 2007]. In dit artikel zal aandacht besteed worden aan de fysische achtergronden van een bresvloeiing. Bij het baggeren van een talud in zand wordt het talud vaak instabiel gemaakt met behulp van het bresproces: er wordt een ‘bres’ (een lokale taludversteiling) geïnitieerd, die zich geleidelijk langs het oppervlak van het zandmassief omhoog verplaatst, waarbij het vrijkomende zand-watermengsel omlaag stroomt en opgezogen wordt. Meestal vindt dit op een beheerste manier plaats. Onder bepaalde omstandigheden kan het bresproces echter niet meer beheerst worden. Dat is voor het eerst onderkend door van Rhee en Bezuijen [1998]. De stroming langs het talud neemt dan steeds meer zand mee naar de teen en bovenaan het talud kan een oeverinscharing optreden. Ook als men vervolgens ophoudt met baggeren zal het bresproces niet direct stoppen en zal het talud zich pas onder een hele flauwe helling stabiliseren. Dan kan van een bresvloeiing gesproken worden. Bresvloeiingen treden ook in de natuur op. De bres wordt dan geïnitieerd bijvoorbeeld door een locale afschuiving of door een locale versteiling als gevolg van erosie. Mogelijk zijn veel van de zettingsvloeiingen die zijn waargenomen in de Zeeuwse getijgeulen in de 19e en begin 20e eeuw bresvloeiingen of combinaties van bresvloeiingen en verwekingsvloeiingen. De ‘turbidity currents’ die op de zeebodem zijn waargenomen aan de randen van het continentale plat, zijn vermoedelijk ook bresvloeiingen [van den Berg e.a. 2002; Mastbergen & van den Berg 2003]. Hetzelfde geldt wellicht ook voor recente taludinstabiliteiten in de

34

GEOtechniek – juli 2009

ontgrondingskuilen van de Oosterscheldekering [De Groot & Mastbergen, 2006].

wordt de fysische achtergrond beschreven van een bresvloeiing, een vloeiing die geheel bepaald wordt door een terug-

Het mechanisme van een bresvloeiing volgt uit het mechanisme van het bresproces. Dat proces speelt zich af aan het oppervlak van een onderwater zandtalud. Daarbij maken zandkorrels zich los uit het zandmassief ofwel verliest een zandlaagje aan het oppervlak zijn stabiliteit, erosie. Dat gebeurt onder invloed van de zwaartekracht en de stroming van zand en water over het taludoppervlak. Voor het begrip van het bresproces wordt in dit artikel eerst aandacht besteed aan die krachten. Daarna volgt een beschouwing over de voortplanting van de ‘bres’, gevolgd door een beschouwing over de stroming van het zandwatermengsel langs een onderwater talud. Vervolgens wordt uiteengezet hoe de interactie tussen bressen en stroming van zand langs het talud kan leiden tot een beheerst bresproces bij baggeren, maar ook tot een bresvloeiing. Tot besluit worden de belangrijkste kenmerken van bresvloeiingen besproken samen met de belangrijkste voorwaarden voor het ontstaan van een dergelijke vloeiing. Ook worden enige typische vormen van bresvloeiingen geschetst. Een volgend artikel zal gewijd worden aan de verklaring van waargenomen zettingsvloeiingen met behulp van de theoretische kennis over verweken en bressen, alsmede aan de mogelijk-

Figuur 1 Krachten op een laagje zand aan het talud in aanwezigheid van zandstroming over het talud en grondwaterstroming.

schrijdend erosieproces langs het taludoppervlak, het bresproces. Dat proces kan ‘ontaarden’ in een bresvloeiing. De belangrijkste kenmerken van bresvloeiingen worden besproken samen met de belangrijkste voorwaarden voor het ontstaan van een dergelijke vloeiing. Ook worden enige typische vormen van bresvloeiingen geschetst.

heden en beperkingen van de thans beschikbare rekenmodellen.

Stabiliteit van een zandlaagje aan het taludoppervlak Het bresproces is uitgebreid beschreven in [Breusers 1978]. Bij het bresproces verliezen zandkorrels aan het taludoppervlak hun stabiliteit. Vaak gaat het om zeer veel korrels tegelijk. De snelheid waarmee het oppervlak terugschrijdt bedraagt de dikte van orde 1 tot 100 korrels per seconde. Het zijn eerder zandlaagjes dan individuele korrels die hun stabiliteit verliezen. Daarom wordt hier de stabiliteit van een zandlaagje beschouwd. Stabiliteit en stabiliteitsverlies worden sterk beïnvloed door de stroming van zand en/of een zand-watermengsel langs het taludoppervlak

Figuur 2 Voortplanting bres langs talud omhoog.


en door grondwaterstroming onder invloed van dilatantie (toename van het poriëngehalte van zand bij schuifvervorming). Het debiet van de grondwaterstroming loodrecht het talud in wordt hier aangeduid met q = k.i, waarbij k de doorlatendheid is en i het verhang loodrecht op het talud. De stabiliteit van een laagje zand aan het taludoppervlak met dikte d kan daardoor beschreven worden aan de hand van de volgende 5 krachten of componenten van krachten (figuur 1): 1. Schuifkracht die de stroming op het talud oppervlak uitoefent, τ s 2. Stromingskracht van het water dat het talud in stroomt, ρ w g.d.i. 3. Zwaartekrachtscomponent G'cos β = (1-n)(ρ s –ρ w )gd.cosβ 4. Zwaartekrachtscomponent G’sinβ = (1-n)(ρ s –ρ w )gd.sinβ 5. Wrijvingskracht N.tanϕ met normaalkracht N = G'cosβ + ρ g.d.i De krachten zijn hier uitgedrukt per eenheid van oppervlak (spanning). De symbolen hebben de volgende betekenis: d dikte van het beschouwde zandlaagje [m] g versnelling van de zwaartekracht [m/s2] i inwaarts verhang loodrecht op het talud [ - ] k doorlatendheid van het zand [m/s] n poriëngehalte [ - ] q inwaarts debiet per eenheid van oppervlak loodrecht op het talud [m/s] β taludhelling [rad of graden] ρ s dichtheid zandkorrels [kg/m3 ] ρ w dichtheid water [kg/m3 ] ϕ hoek van interne wrijving van het zand en/of rusthoek [rad of graden].

Bresvoorplanting We beschouwen een talud van zand, waarvan de sterkte volledig bepaald wordt door de interne

Figuur 3 Modelproef van bres met walsnelheid in fijn zand

wrijvingshoek ϕ . Als daar door baggerwerkzaamheden of door een afschuiving een bres ontstaat, dat wil zeggen een taludgedeelte met helling β B R E S > ϕ , dan zal dat gedeelte niet stabiel zijn. Toch treedt bij vastgepakt zand of middel-vastgepakt zand niet direct een (nieuwe) afschuiving op die resulteert in een flauwere taludhelling. In plaats daarvan schuiven er steeds dunne laagjes zand langs het oppervlak van de bres naar beneden, regenen zandkorrels van dat oppervlak af en plant het steile taludgedeelte zich voort langs het talud naar boven, zonder dat de helling van het taludgedeelte significant verandert. Dat is het gevolg van de negatieve waterspanning die veroorzaakt wordt door de dilatantie van het zandpakket bij de schuifvervorming op weg naar instabiliteit. Er moet water het talud instromen alvorens de korrels los kunnen komen uit het zandpakket. Dit proces is schematisch weergegeven in figuur 2 voor een verticale bres in de situatie dat er geen zandstroming bovenaan de bres aanwezig is. De snelheid waarmee een verticale bres (of ‘wal’) zich verplaatst in de richting van het zandmassief, dus de snelheid van terugschrijdende erosie van het bresproces, wordt de ‘walsnelheid’ vWAL genoemd (figuur 3). Deze kan bij benadering berekend worden door combinatie van de continuïteitsvergelijking voor het (grond)water en de evenwichtsvergelijking voor een laagje zand aan het oppervlak. Het evenwicht wordt in dit geval bepaald door slechts 3 van de 5 bovengenoemde ∼ 0 en cosβ = 0. krachten: τ s ∼ Als het poriëngehalte van het zand n0 bedraagt en als dat gehalte tengevolge van de dilatantie moet toenemen van n0 tot n1 alvorens doorgaande afschuiving kan plaatsvinden, dan is de hoeveelheid water q die het (verticale) bresoppervlak instroomt per eenheid van oppervlak en per

Figuur 4 Karakteristieken van bres of wal.

eenheid van tijd ongeveer: (1) Dat debiet vereist een inwaarts verhang i = q/k1, waarin k1 de doorlatendheid is van het zandlaagje aan het oppervlak, die veelal iets hoger is dan die van het ongestoorde zand. De stroming drukt het buitenste zandlaagje met dikte d tegen het zandmassief aan met een kracht per eenheid van oppervlak van ρw g.d.i = ρw g.d.q/k1. Die kracht zorgt juist voor evenwicht van dat verticale laagje als geldt: (2) Combinatie van (1) en (2) leidt tot: (3) waarin ∆n = (n1- n0)/(1- n1). Als de bres of wal niet zuiver verticaal staat, maar onder een helling βBRES (figuur 4) dan is af te leiden dat geldt, mits 90º > βBRES > ϕ: (4)

Uit formule (4) volgt ondermeer: – walsnelheid neemt toe met de doorlatendheid, dus met de grofheid van het zand en met een lossere pakking van het zand; – orde-grootte van de walsnelheid is ongeveer 25x de doorlatendheid van het ongestoorde zand k0, dat is 1 tot enkele mm/s voor de meeste zandsoorten; – de walsnelheid neemt af naarmate de helling van de bres βBRES flauwer is en wordt nul als βBRES = ϕ; – de walsnelheid neemt toe naarmate ∆n, dus de dilatantie kleiner wordt, dus naarmate het zand losser gepakt is (naast de toename van k die daardoor veroorzaakt wordt); de walsnelheid zou zelfs oneindig groot worden als ∆n = 0; nu geldt dat losgepakt zand bij afschuiving in eerste instantie contractant is, maar meestal bij verdere afschuiving toch weer dilateert, zeker bij de extreem lage korrelnormaalspanning die aan het oppervlak heerst, zodat ∆n dan toch nog positief is, zij het klein (figuur 5); waarschijnlijk geldt ∆n ∼ 0 alleen voor zéér losgepakt zand; de formule suggereert dat dan onmiddellijk instabiliteit optreedt: kan het daarbij gaan om een locale verwekingsvloeiing? Verder volgt de hoeveelheid zand die per eenheid van tijd aan de teen van de bres terecht

GEOtechniek – juli 2009

35


komt, sTEEN [kg/sm]: (5) waarin hBRES de hoogte van de bres is.

Figuur 5 Grootte van ∆n als functie van pakkingsdichtheid.

Dat zand gaat verder stromen over het talud aan de teen van de bres, meestal als zand-watermengsel. Afhankelijk van de grootte van sTEEN en de helling van het bestaande talud aan de teen βTEEN zullen daar verschillende effecten optreden. Dit wordt in de volgende paragrafen verder toegelicht.

Stroming van zand-watermengsels onder water

Figuur 6 Storten van zand in water op bestaand zandtalud.

Die effecten kunnen het best begrepen worden door gedachte-experimenten uit te voeren als geschetst in figuur 6, waarbij droog zand of een zand-watermengsel met een constant zanddebiet s in stilstaand water op een bestaand talud van hetzelfde soort zand gestort wordt. De resulterende stroming en de interactie van het zand-watermengsel met talud en stilstaand water worden sterk bepaald door een aantal hydraulisch-morfologische fenomenen. Hier zullen slechts enige belangrijke resultaten worden weergegeven UNIFORME STROMING

Bij een bepaalde combinatie van zandtransport s en taludhelling β treedt dan een uniforme stroming van zand langs dat talud op. Met uniforme stroming wordt bedoeld dat het debiet van het zand niet verandert in de tijd (stationair) en niet verandert langs het talud. Ook laagdikte, stroomsnelheid en dergelijke veranderen niet langs het talud. Overigens kan het zijn dat er wel sedimentatie optreedt, maar die is dan gelijk aan de erosie, zodat de netto sedimentatie juist nul is (figuur 7). Figuur 7 Uniforme stroming van zand langs talud naar beneden.

De taludhelling waarbij uniforme stroming optreedt, hier aangeduid met βUNIFORM, is een functie van het zanddebiet s [Mastbergen e.a., 1988]. De functie is voor één korreldiameter weergegeven in figuur 8. Daar is aangegeven dat er twee regimes zijn te onderkennen, afhankelijk van de mate waarin meer of minder water mee stroomt met de zandkorrels: 1. korrelstroming, 2. suspensiestroming. KORRELSTROMING

Figuur 8 Taludhelling in evenwicht met uniforme zandstroming voor D50= 200µm

36

GEOtechniek – juli 2009

Korrelstroming (figuur 9) treedt op als het om een geringe hoeveelheid zandkorrels gaat, dus als het korreldebiet s klein is. Elke korrel rolt en stuitert min of meer onafhankelijk van de andere korrels over het taludoppervlak en brengt daar-

bij weinig water in beweging. Feitelijk gaat het hier dus niet om een mengsel van zand en water. Bij een korrelstroming geldt βUNIFORM = ϕ, zodat de bewegende korrels nog juist in beweging blijven en het bovenste zandlaagje van nietbewegende korrels nog net niet in beweging komt. Immers, beschouwt men de krachten op het bovenste zandlaagje van niet-bewegende korrels, dan kan men stellen dat er geen water het talud instroomt, zodat die stromingskracht nul is en dat de schuifkracht die de stroming van die weinige korrels op het taludoppervlak uitoefent, τs, verwaarloosbaar is. Beschouwt men de krachten op de bewegende korrels, dan kan men stellen dat er een krachtenevenwicht is loodrecht op het talud tussen de korrels en het onderliggende talud, waarbij het onderwater gewicht van de bewegende korrels volledig gedragen wordt door de korrel-korrel interactie, ofwel de korrelspanning. SUSPENSIESTROMING

Bij grotere zanddebieten beïnvloeden de korrels elkaar en nemen het water dat tussen de korrels zit mee. Het zand-watermengsel wordt een turbulente suspensiestroming. Het stromend zand-watermengsel gedraagt zich nu ten gevolge van de hogere dichtheid ten opzichte van het bovenliggende (stilstaande) water als een turbulente dichtheidsstroming: een turbulent twee-lagen systeem. Het zand-watermengsel stroomt daarbij langs het talud naar beneden, zonder de rest van het water significant te beïnvloeden. Zie figuur10. De fenomenen die in het mengsel optreden en op het grensvlak met het talud zijn bestudeerd met grootschalige experimenten en hydraulisch-morfologische modellen [Mastbergen et al 1988; Bezuijen & Mastbergen 1988]. Het mengsel is turbulent, zodat er binnen de laag voortdurend menging plaats vindt. Een kluitje van korrels met water ertussen dat zich op het ene moment vlakbij het talud bevindt, zal op een volgend moment vlakbij de grens met het stilstaande water terecht komen. Binnen dat kluitje bewegen de korrels onder invloed van de zwaartekracht naar beneden en stroomt het water tussen de korrels door naar boven. Maar door de kleine afstand tussen de korrels is de stromingsweerstand groot waardoor dat transport, vooral bij fijn zand, relatief gering is (effect van ‘hindered settling'). In het mengsel is de concentratie korrels dicht bij het talud iets groter dan aan het grensvlak met het stilstaande water. Zo ontstaat een dynamisch evenwicht in


Bresvloeiing in zand

de richting loodrecht op het talud: het transport van korrels richting talud onder invloed van de zwaartekracht is gelijk aan het gemiddelde transport richting het grensvlak met het stilstaande water door turbulente menging (turbulente diffusie). Het krachtenevenwicht van de bewegende korrels wijkt sterk af van dat bij de korrelstroming. Binnen het turbulente mengsel worden de korrels bijna volledig gedragen door het water: ‘suspensie transport’. Er heerst een (meetbare) wateroverspanning, terwijl de korrelspanning praktisch nul is. Beschouwt men de krachten op het bovenste zandlaagje van niet-bewegende korrels, dan kan men stellen dat er bij uniforme stroming geen netto erosie optreedt, dus ook geen water het talud instroomt onder invloed van dilatantie, zodat slechts 4 van de 5 bovengenoemde krachten van belang zijn. Vooral de schuifkracht die de stroming op het taludoppervlak uitoefent, τs, is van belang. Die kracht is groter naarmate het zanddebiet groter is en naarmate de taludhelling steiler is. Bij een uniforme stroming is er juist evenwicht. Dat impliceert dat de taludhelling flauwer moet worden als het zanddebiet toeneemt. Uit experimenten [Mastbergen et al 1988; CUR 1991, formule 21] is de volgende relatie afgeleid. (6) waarin D50 in µm en s in kg/sm. De zo gevonden evenwichtshelling als functie van het zanddebiet s is geschetst in figuur 8 voor een korreldiameter van D50 = 200µm. De situatie is in werkelijkheid iets gecompliceerder dan hier geschetst, omdat er ook op het grensvlak tussen suspensiestroming en het stilstaande water daar direct boven enige uitwisseling van korrels en water plaatsvindt. Die heeft echter een relatief geringe invloed. NIET-UNIFORME STROMING

Tot hier zijn de gedachte-experimenten als aangeduid in figuur 6, beperkt tot die welke resulteren in uniforme stroming. Maar als zand gestort wordt op een bestaand talud (helling β) met een zo klein zanddebiet dat βUNIFORM > β, treedt er netto sedimentatie op en nemen zanddebiet en stroomsnelheid van het mengsel langs het talud naar beneden af. Hetzelfde geldt voor de schuifspanning τs die het mengsel op het bestaande talud uitoefent. Dat heeft tot gevolg dat βUNIFORM toeneemt met de diepte, waardoor het verschil met de bestaande helling nog groter

wordt en de afname van zanddebiet en andere grootheden nog sterker. Zo kan het gebeuren dat al het gestorte zand op korte afstand van het stortpunt sedimenteert. Is het zanddebiet daarentegen groter, dan zal juist netto erosie optreden. Dan nemen zanddebiet, stroomsnelheid en schuifspanning τs langs het talud toe, wordt βUNIFORM steeds kleiner en groeien de erosiesnelheid en de andere grootheden explosief, tenminste tot waar de helling β flauwer wordt. Die explosieve groei is vaak kenmerkend voor bresvloeiingen. Het is goed zich te realiseren dat netto erosie impliceert dat het toplaagje van zandkorrels aan het oppervlak, al schuivend in de stroomrichting langs het oppervlak, los komt van dat oppervlak. Het proces verschilt niet wezenlijk van dat bij een verticale bres. Bij (matig) vastgepakt, dus dilatant zand moet daartoe eerst water het talud in stromen om het poriëngehalte voldoende te laten toenemen om het korrel-korrel contact op te heffen. Dat waterdebiet is recht evenredig met de erosiesnelheid. Dat geldt ook voor de stromingskracht waarmee dat water het talud in stroomt (ρwg.d.i.). Een kwantificering van dit effect is gegeven in [Mastbergen & van den Berg 2003]. Er ontstaat geen explosieve, doch een beheerste toename van die grootheden als de helling β gaande langs het talud naar beneden steeds in voldoende mate flauwer wordt. Bij een bepaalde, holle taludvorm kan er zelfs een situatie ontstaan waarbij de stroming op elk gedeelte van het talud bijna uniform is. Dit is zeer relevant voor het baggerproces dat bij zandwinning veel wordt toegepast. Dat is in figuur 11 geïllustreerd voor een talud in homogeen zand. De winzuiger zuigt zand op aan de teen van het talud en het talud plant zich met constante lage snelheid voort naar achteren zonder van vorm te veranderen. Er is dus overal enige erosie. Het zandtransport neemt geleidelijk toe van nul bovenaan tot de maximale waarde bij de zuigmond. Bovenaan is het zanddebiet zo klein dat er korrelstroming optreedt en de taludhelling gelijk is aan die van het natuurlijk talud. Op een stukje talud ergens halverwege is sprake van een suspensiestroom. Daar kan de locale taludhelling benaderd worden met de waarde volgens formule (6), als ook geschetst in figuur 8.

Figuur 9 Korrelstroming.

Figuur 10 Zand-watermengsel als suspensiestroming.

Figuur 11 Beheerste voortplanting van talud.

Interactie van bres en suspensiestroming Het is van belang op te merken dat de holle vorm van het talud van figuur 11 min of meer vanzelf

Figuur 12 Onbeheerste voortplanting van bres langs talud omhoog.

GEOtechniek – juli 2009

37


Figuur 13 Onbeheerste voortplanting van twee kleine bressen.

Figuur 14 Type bresvloeiing door hoge bres aan teen.

Figuur 15 Oeverinscharing door bresvloeing in zandwinning 2008.

Figuur 16 Type bresvloeiing door verstoring bovenin talud.

ontstaat als aan de teen gezogen wordt, maar ook dat daar flinke tijd voor nodig is, gewoonlijk minstens enige uren. Voor de zuigpraktijk betekent dat ook dat de hoeveelheid zand die in het begin van het talud afstroomt beperkt is. Wil men toch meteen veel zand opzuigen, dan moet de zuigpijp diep de bodem ingestoken worden, ontstaat een hoge bres en begint een zand-water mengsel met een flink debiet te stromen aan de teen van die bres.

Bezuijen 1988]. Als voor de taludhelling β geldt β = βUNIFORM,TEEN, dan blijft de breshoogte constant en verplaatst zich langzaam langs het talud naar boven tot aan de waterlijn. Als β < βUNIFORM,TEEN, dan wordt de breshoogte kleiner en daarmee ook het zanddebiet aan de teen sTEEN. Bijgevolg wordt βUNIFORM,TEEN nog weer iets groter en neemt de breshoogte af tot hij geheel verdwenen is en het bresproces ‘uitsterft’.

Hoe de interactie tussen bres en suspensiestroming dan precies verloopt is niet bekend. Maar wel kan gesteld worden dat de suspensiestroming zorgt voor een verandering van het talud beneden de teen van de bres op de manier die hierboven is aangegeven. Tegelijk verandert ook het talud boven die teen als gevolg van de voortplanting naar boven van de bres. Voor de hoek waaronder de teen van de bres zich verplaatst in de richting van het zandlichaam, kan worden aangenomen dat deze overeenkomt met die van een uniforme stroming volgens formule (6) op basis van het zanddebiet sTEEN volgens formule (5). Die hoek wordt hier aangeduid met βUNIFORM,TEEN (figuur 12).

Met β > βUNIFORM,TEEN daarentegen, groeit de bres in hoogte en neemt die groei ook steeds meer toe (figuur 12). Er treedt een bresvloeiing op, vaak resulterend in een grote oeverinscharing. Als dit tijdens het baggerproces gebeurt spreekt men wel van ‘onbeheerste bresgroei’. Kenmerkend is dat het proces langzaam verloopt maar niet te stuiten is. Zodra het bresproces op gang gebracht is, wordt het nauwelijks meer beïnvloed door het stoppen van het baggeren.

Nu zijn er drie mogelijkheden [van Rhee &

38

GEOtechniek – juli 2009

Twee kleine bressen met een hoogte gelijk aan de helft van één grote kunnen ongeveer hetzelfde effect hebben als de grote bres. Zie figuur 13. Het zanddebiet aan de teen van de onderste bres is de som van het debiet dat ontstaat bij beide bressen en het eventueel daartussenin

geërodeerde talud. Het kan zijn dat de bovenste bres steeds kleiner wordt en op een gegeven moment uitsterft, terwijl de onderste steeds groeit en na een bepaalde tijd voor een bresvloeiing zorgt. Er is nog een verschil: de onderste bres ondervindt ook enige invloed van de langstrekkende suspensiestroming, zodat de destabiliserende kracht groter is en bijgevolg vWAL ook iets groter dan bij de bovenste bres: de onderste bres haalt de bovenste in. Dat geldt althans als er geen verschil in taludhelling βBRES is en geen verschil in zandeigenschappen. In de figuren 12, 13 en 14 is een scherp onderscheid gemaakt tussen verticale bressen en taludgedeeltes die veel flauwer zijn. De hier geschetste beschrijving is feitelijk een versimpeling van het proces. De besproken effecten spelen ook bij de meer algemene situatie van een willekeurige taludvorm op een bepaald moment, mits ergens een taludgedeelte aanwezig is met taludhelling steiler dan het natuurlijk talud en/of een suspensiestroming op andere manier op gang gekomen is. Men kan stellen dat op elke taludgedeelte elk van de 5 bovengenoemde krachten van belang zijn en resulteren in een bepaalde


Bresvloeiing in zand

erosiesnelheid. Net als in het voorbeeld van de twee onder elkaar gelegen bressen (figuur 13) kan het zijn dat de erosiesnelheid van een lager gelegen taludgedeelte groter is dan dat van een hoger gelegen taludgedeelte, waardoor versteiling optreedt en het talud nog minder stabiel wordt. In het kader van Delft Cluster is bij Deltares een eenvoudig rekenmodel ontwikkeld (HMBreach) waarbij, gerekend langs het talud vanaf een initiële bres, de ontwikkeling van de stroomsnelheid, erosie en zandtransport worden berekend voor een stationaire niet-uniforme dichtheidsstroming. Hiermee kan onderzocht worden bij welke taludvorm en diepte beheerst bressen mogelijk is, zoals aangegeven in figuur 11, en wanneer een zelfversterkende suspensiestroom kan optreden met het risico op een bresvloeiing. De invloed van horizontale gelaagdheid wordt in het model meegenomen. Het is echter nog niet ∼ 0) gemodelduidelijk hoe losgepakt zand (∆n ∼ leerd moet worden. Dit rekenmodel kan, ondanks zijn beperkingen, worden toegepast voor het ontwerp van veilige oevers voor zandwinputten. Het laat duidelijk zien dat, wil men een bresvloeiing wil voorkomen, de gemiddelde taludhelling flauwer gekozen moet worden naarmate het talud hoger wordt, de baggercapaciteit groter en het zand fijner. Zie [CUR 2008], [Delft Cluster 2003] en [Delft Cluster 2009].

Kenmerken van bresvloeiingen EXTREME TYPES Uit het bovenstaande kunnen twee extreme types bresvloeiing worden afgeleid. In de praktijk zullen waarschijnlijk allerlei andere vormen optreden. Bij het ene extreme type (figuur 14) wordt het proces op gang gebracht door een bres aan de teen van het talud die hoog genoeg is om het proces zoals geschetst in figuur 12 op gang te brengen. De hoge bres kan gemaakt zijn door een baggeraar die te snel zijn zandproductie op gang wilde brengen, maar kan ook het resultaat zijn van een locale afschuiving of een locale verwekingsvloeiing. De vloeiing waarvan de resulterende inscharing op de foto van figuur 15 zichtbaar is kon op deze manier verklaard worden. Bij het andere extreme type (figuur 16) wordt het proces op gang gebracht door een verstoring bovenaan het talud. Bij die verstoring kan het eveneens gaan om een gebaggerde bres of een locale taludinstabiliteit. Maar het kan ook gaan om grond die op het talud gestort wordt. In

ieder geval moet een suspensiestroming op gang gebracht zijn met een voldoende groot debiet om op het bestaande talud te versnellen en netto erosie te veroorzaken. Verder moet het talud hoog genoeg zijn om de suspensiestroming de gelegenheid te geven explosief te groeien voordat hij weer vertraagt doordat hij de horizontale bodem bereikt. Bij explosieve groei zal het talud onderaan zodanig geërodeerd worden dat het locaal ook significant versteilt tot een helling steiler dan het natuurlijk talud ofwel een locale bres. Die situatie is aangegeven met t1 in figuur 16. De rest van het proces (t2 tot tEIND) is ongeveer gelijk aan dat bij het eerste extreme type.

VOORWAARDEN De kans op een bresvloeiing wordt vergroot naarmate: – het talud steiler is (of grilliger van vorm met locaal steile delen); – het talud hoger (dieper) is; – de initiële verstoring (bres; initiële zanddebiet) groter is; – de bodemopbouw ongunstiger. Bij laatstgenoemde voorwaarde kan gedacht worden aan de volgende factoren: – Losgepakt zand. Daarbij is de maximale dilatante volumetoename ∆n heel klein, waardoor de walsnelheid vWAL groot is (formule 4) en dus ook het zanddebiet onderaan de steile taludgedeeltes. De invloed kan op dit moment echter nog niet gekwantificeerd worden. – Fijn zand. Naarmate het zand fijner is, is de doorlatendheid k kleiner, is de walsnelheid kleiner (formule 4), is het initiële zanddebiet bijgevolg ook kleiner (formule 5) en zal er aanvankelijk minder bruto erosie optreden. Maar de bruto sedimentatie is ook kleiner, zodat het zand veel langer in suspensie blijft en waardoor de waarde van βUNIFORM toch kleiner is (formule 6) en de gevoeligheid voor bresvloeiing groter. – Onregelmatige bodemopbouw met veel stoorlagen (bijvoorbeeld kleilagen), waardoor steile taludgedeeltes gemakkelijk kunnen ontstaan. Een ongunstige bodemopbouw is, anders dan bij verwekingsvloeiingen geen keiharde voorwaarde. Ook bij een homogeen zandmassief met vastgepakt, grof zand kunnen bresvloeiingen optreden. Dit is incidenteel waargenomen bij zandwinputten [CUR, 2008].

bresvloeiing en de in een vorig artikel [de Groot e.a. 2007] beschreven verwekingsvloeiing: – In tegenstelling tot verwekingsvloeiingen vindt de taludontwikkeling alleen plaats aan het oppervlak. – Een bresvloeiing duurt vele uren; dat is veel langer dan een verwekingsvloeiing.

Literatuur – Berg, J.H. van den, Gelder, A. van & Mastbergen, D.R. (2002). The importance of breaching as a mechanism of subaqueous slope failure in fine sand. Sedimentology 49, pp 81 - 95. – Bezuijen, A. & Mastbergen, D.R. (1988). On the construction of sand-fill dams - part 2: soil mechanical aspects. Modelling Soil-Water Structure Interactions, P. Kolkman et al(eds), Balkema, Rotterdam, pp 363 - 371. – Breusers, H.N.C. (1978). Hydraulic excavation in sand, in: Modern dredging: development in techniques to achieve optimum project realisation, Proceedings of the international course, 5-10 June 1977, Post Graduate Courses in Civil Engineering, The Hague. ca. 400 pp. + fig., tab. – CUR (1991). Kunstmatig in water opgebouwde zandlichamen. CUR rapport 152. CUR, Gouda, ISBN 90376 00190, ongeveer 300 pp. – CUR (2008). Oeverstabiliteit bij zandwinputten. CUR-Aanbeveling 113. CUR Bouw en Infra, Gouda, ongeveer 140 pp. – Delft Cluster (2003). Numerieke modellering taludvorming bij zandwinning. DC1-321-10. – Delft Cluster (2009). Oeverstabiliteit bij Zandwinputten, Rekenmodel HMBreach, DC1-321-10. – Groot, M.B. de, Stoutjesdijk, T.P., Meijers. P., Schweckendiek, T. (2007). Verwekingsvloeiing in zand. Geotechniek, oktober 2007, pp 54 - 59. – Groot, M.B. de & Mastbergen, D.R. (2006). Scour hole slope instability in sandy soil. Proc. of the 3rd Int. Conf. on Scour and Erosion ICSE, CURNET, Gouda, pp 126 -127. – Mastbergen, D.R., Winterwerp, J.C. and Bezuijen, A. (1988). On the construction of sandfill dams - part 1: hydraulic aspects, Modelling Soil-Water-Structure Interactions, P. Kolkman et al(eds), Balkema, Rotterdam, pp 353 - 362. – Mastbergen, D.R. & Berg, J.H. van den (2003). Breaching in fine sands and the generation of sustained turbidity currents in submarine canyons. Sedimentology, Nr 50, pp 635 - 637. – Rhee, C. van & Bezuijen, A. (1998). The breaching of sand investigated in largescale model tests. Proc. Int. Conf. Coastal Engineering (ASCE), Vol. 3, pp 2509 - 2519. 

KARAKTERISTIEKE UITINGEN Fenomenologisch zijn er twee belangrijke verschillen tussen de in dit artikel behandelde

Reageren op dit artikel? Stuur dan uw reactie vóór 29 juli a.s. naar info@uitgeverijeducom.nl

GEOtechniek – juli 2009

39


ir. drs. R.E.P. de Nijs Witteveen + Bos

Samenvatting Binnen het project ‘Uitbreiding IBIS hotel’ te Amsterdam is de zogenaamde MT-paal® toegepast. De paal wordt geïnstalleerd middels een verticaal toegepaste Tunnel Boor Machine. Ten tijde van het ontwerp van de paalfundering waren van dit grote diameter paaltype geen bewezen paalmodelleringen of paalparameters beschikbaar. Een belangrijk aandachtspunt vormde het verlies aan effectieve korrelspanning aan de paalpunt, mogelijk resulterend in onacceptabel grote paalzakking. Binnen het project bestond de unieke mogelijkheid voor de 10 palen zowel de paalkopzakking alsmede de paalbelasting te registreren. De lastzakkingsdiagrammen tonen een uniforme, directe paalrespons en een maximum paalkopzakking van 20 mm bij oplevering van het project. Deze resultaten doen vermoeden dat het verlies aan korrelspanning aan de paalpunt tijdens het productie proces wordt gecompenseerd, de schachtwrijving bij aanvang van de belasting al een forse bijdrage levert en dat de MT-paal kan worden gemodelleerd zonder verlies aan effectieve korrelspanning aan de paalpunt. Figuur 1 IBIS Hotel, Amsterdam, november ‘08.

Uitbreiding IBIS hotel te Amsterdam

Last zakkingsgedrag MT-palen Inleiding Het in opdracht van NS Vastgoed uitgevoerd project ‘Uitbreiding IBIS Hotel’ betreft een uitbreiding van het bestaande pand nabij het Centraal Station te Amsterdam. De zes verdiepingen tellende uitbreiding is gerealiseerd boven de perrons 1 en 2, waarbij drie spoorlijnen worden overbrugd (zie figuur 1). Tijdens de uitvoering mochten de dienstregeling en het gebruik van de perrons niet worden onderbroken. Het vereiste paaldraagvermogen bedroeg ca. 10.000 kN. Op 8 van de 10 paalposities diende een 2 tot 4 m dik betonlichaam te worden gepasseerd, een restant van de rond 1900 bezweken fundering van de westelijke spoorbrug van het stationseiland. De techniek van de Micro Tunneling paal

40

GEOtechniek – juli 2009

(MT-paal) was gekozen gegeven de hoge draagkracht, de beperkte benodigde werkruimte/ hoogte, de moge lijkheid tot het passeren van obstakels in de ondergrond, de te realiseren paallengte en de trillingsarme paalinstallatie. De paal wordt in de grond gebracht met behulp van een verticaal toegepaste Tunnel Boor Machine (TBM). De stalen casing fungeert als tunnelbuis waarbij de reactie kracht op maaiveld wordt aange-bracht. Wanneer het vereiste paalpunt niveau is bereikt, kan de boormachine door de geïnstalleerde casing teruggetrokken worden naar maaiveld. Hiertoe wordt gebruik gemaakt van aangepaste spaken van het graafwiel, zie figuur 2. Deze spaken kunnen tijdens het trekken haaks op de as kantelen, waarmee de diameter afneemt tot minder dan de inwendige buisdiameter. De open paalpunt wordt voorzien van

een grout injectie buis en afgedekt met grind. Vervolgens wordt de bentoniet in de oversnit langs de paalschacht verdrongen middels een grout injectie. Na uitharding van de met beton afgevulde paal kan de paalpuntinjectie in het grindlichaam aan de paalpunt plaatsvinden waarna de paalinstallatie is voltooid. In totaal zijn 10 palen geïnstalleerd met een lengte van 25 m en een diameter van 1,4 m. Het funderingsniveau bedroeg NAP-22,5 m, overeenkomstig 28 m beneden perron niveau. De palen zijn daarmee 9 m diep in de tweede zandlaag van Amsterdam gefundeerd. De Eemklei bevindt zich ter plaatse 10 m beneden het funderingsniveau. Voor iedere paal is een CPT uitgevoerd. Na voltooiing van de eerste twee verdiepingsvloeren, waarmee een starre constructie is verkregen, zijn de poten hydraulisch verlaagd


naar de funderingspoer op de paalkop. Ter voorkoming van doorgifte van trillingen veroorzaakt door passerend treinverkeer is de constructie per poot voorzien van een groot aantal veren (56 tot 84 stuks per poer). De palen zijn geïnstalleerd in de periode van begin tot medio 2006. Op 3 juli 2007 is de constructie bestaande uit de eerste twee verdiepingsvloeren op de poeren gevijzeld. In augustus 2008 was de ruwbouw voltooid. De uitbreiding van het hotel is sinds november 2008 in gebruik.

Paalontwerp Tijdens het paalontwerp, opgesteld door Ingenieursbureau Harmelen, onstond onzekerheid omtrent de aan te houden modelleringwijze en de te hanteren paalparameters. Dit gegeven het onbewezen paalgedrag en het ontbreken van grote series proefbelastingen ten behoeve van parameterbepaling. De onzekerheid betrof niet het paaldraagvermogen, daar diverse berekeningssystematieken een afdoende paaldraagvermogen aangaven. De onzekerheid betrof de verplaatsing die gepaard zou gaan met het mobiliseren van het paaldraagvermogen. De grootste zorg ging uit naar verlies aan effectieve korrelspanning tijdens de installatie van de stalen buis en het terugwinnen van de TBM. Teneinde de wandwrijving tijdens de installatie te reduceren werd een oversnit van 1 cm ten opzichte van de uitwendige paaldiameter toegepast, zie figuur 2. Daarnaast werd de open paalpunt na het uitnemen van de TBM enkele dagen ongemoeid gelaten. Teneinde verlies aan effectieve korrelspanning tegen te gaan zijn diverse maatregelen doorgevoerd. De radius van het snijrad zou de uitwendige buisdiameter met slechts 1 cm overtreffen. Daarnaast werd ten behoeve van een goede boorfront afdichting nabij de paalpunt een kraag met een hoogte van 0,6 m toegepast. De 1 cm grote oversnit werd gesteund met een bentoniet spoeling en na het bereiken van de einddiepte vanaf de paalpunt geïnjecteerd met grout, waarmee het lichtere bentoniet mengsel naar de oppervlakte zou worden verdrongen. Ter hoogte van de holocene lagen zou de bentonietschil worden gehandhaafd ter reductie van negatieve kleef. Tevens werd een paalpunt injectie toegepast nadat de paal afgevuld en uitgehard zou zijn. Deze injectie zou middels het ca. 0,6 m hoge grindbed aan de paalpunt worden uitgevoerd. Na analyse van het paalconcept en het vervaardigingsproces door Witteveen+Bos en in overleg met de dienst Bouwtoezicht van de gemeente Amsterdam werd een werkplan vastgesteld alsmede een ontwerpsystematiek en bewakings-

Figuur 2 Doorsnede TBM aan MT-paalpunt.

Figuur 3 Last-Zakkingscurves MT-palen Uitbreiding IBIS Hotel te Amsterdam.

protocol tijdens de uitvoering. De MT-paal zou als een paaltype worden gezien met beperkte grondontspanning aan de paalpunt en een niet van initieel afwijkende spanningstoestand langs de paalschacht, waarbij de schacht als half ruw, half glad zou worden beschouwd. Het paaldraagvermogen alsmede het lastzakkingsgedrag is vooraf bepaald met behulp van de NEN 6743. De methode voorzag echter niet in de gekozen combinatie van paalpunt en paalschacht. Om deze reden is het meest gelijkende paalsysteem in de norm gekozen, waarbij in de ontwerpberekening een conservatiever lastzakkingsgedrag is verkregen. Daarnaast werd vermoed dat de NEN 6743 ten aanzien van grote paaldiameters (1 m of meer) een overschatting van de paalzakking genereert, daar de systematiek met name is ontleend aan het

beproeven van kleinere paaldiameters (minder dan 0,5 m). Negatieve kleef en samendrukking van dieper gelegen lagen waren in het ontwerp niet beschouwd. Teneinde een robuust, stijf en uniform paalgedrag te bewerkstelligen zijn alle palen ontworpen op de maximale ontwerpbelasting, hoewel 8 van de 10 palen tot ten hoogste 80% van deze belasting worden belast. De in het ontwerp vastgestelde last zakkings curve is gepresenteerd in figuur 4 (lijn aangeduid met ‘NEN6743 Harmelen (ap=0,75:at=0,007)’). Tevens zijn in deze figuur 4 de meest kenmerkende waargenomen last zakkingsdiagrammen weergegeven (gemarkeerde lijnen) alsmede de resultaten uit de Eindige Elementen Modellering (gladde

GEOtechniek – juli 2009

41


paalbelasting van 1600 kN tot 3500 kN en de paalkopzakking van 2 mm tot 8 mm. Ten tijde van voltooiing van de constructie varieerde de paalbelasting van 5500 kN tot 8800 kN en de paalkopzakking van 6 mm tot 20 mm. Uit de grafieken blijkt dat de grootste paalbelasting niet in de grootste paalkopzakking heeft geresulteerd. De zakking van de constructie, ook beïnvloedt door de samendrukking van de veerpakketten, bedroeg 18 tot 27 mm. Op basis van de grafieken kan geen directe relatie worden herkend tussen het bereikte paalpuntniveau en de paalrespons. Ook de aan de paalpunt bereikte injectiedruk lijkt geen direct verband te houden met het paalgedrag. De paalrespons varieerde van 360 MN/m tot meer dan 1000 MN/m. De grafieken doen vermoeden dat de palen ruim beneden het maximale paaldraagvermogen worden belast. Figuur 4 Waargenomen en gemodelleerde Last-Zakkingscurves MT-palen uitbreiding IBIS Amsterdam.

lijnen). Vergelijking van de curve conform NEN6743 met de metingen aan de qua zakkingsgedrag maatgevende paal J17 geeft aan dat het door de NEN6743 beschreven last zakkingsgedrag niet is overschreden.

Waarnemeingen tijdens de paalinstallatie Tijdens de paalinstallatie zijn alle relevante parameters vastgelegd, zoals voortgang, aandrijvend moment van het graafwiel, geïnjecteerde volumes, toegepaste reactie kracht, installatie diepte etc. In het algemeen werd het beoogde paalpuntniveau bereikt, uitgezonderd de eerste paal J15 waarvan het installatieproces 24 uur werd onderbroken. Na hervatting van de installatie bleek dat een aandrijvende drukkracht van 1000 kN niet afdoende was om de paal dieper te krijgen. Het boormoment was ten tijde van deze poging minimaal. Na specifieke controle op paalbelasting en paaldraagvermogen werd besloten de machine te trekken op 2,25 m boven het beoogde paalpunt niveau. Deze waarneming doet vemoeden dat de schachtwrijving ten minste 1000 kN bedraagt, voorafgaande aan de schachtinjectie. Tijdens de groutinjectie van het grindbed aan de paalpunt werd bij iedere paal een volume van 1 m3 ingebracht. De groutdruk gemeten aan de pomp op maaiveld betrof in de regel een druk van 8 bar. In enkele gevallen werd een druk tot 18 bar waargenomen. Tijdens het pompen werd bij alle palen een plotselinge drukval gemeten, waarna de

42

GEOtechniek – juli 2009

injectiedruk zich stabiliseerde rond de 8 bar. Vermoed wordt dat de druk langs de paalschacht kon ontsnappen. Dit is mede gebaseerd op de gasbellen welke langs de paal aan de oppervlakte kwamen in de werkkuip. Heffing van de paalkop is nimmer waargenomen. Gegeven de toegepaste injectiedruk en paaldoorsnede wordt vermoed dat de paalschacht een belasting in de orde van 1200 kN tot 2700 kN heeft weerstaan.

Waarnemingen tijdens de bouw Gedurende de bouw zijn van iedere paal per bouwfase de paalbelastingen en paalkopzakkingen vastgelegd, zie figuur 3. De paalkopzakking werd waargenomen aan de funderingspoer vanaf de start van de bouw. De actuele paalbelasting ten tijde van het vijzelen is afgeleid van de toegepaste hydraulische druk alsmede het oppervlak van de cilinder Eenmaal geplaatst op de funderingspoer is gedurende de resterende bouwfasen de toename van de paalbelasting ontleend aan de incrementele indrukking van de veren onder de poten. Deze kon worden vastgesteld middels het meten boven en onder de veerpakketten. Op basis van de veerconstante en de configuratie per paal kon met deze indrukking de toename van de paalbelasting worden vastgesteld. De metingen zijn uitgevoerd in de periode van augustus 2007 tot en met augustus 2008, bij voltooiing van de ruwbouw. Ten tijde van het hydraulisch plaatsen van de constructie op de paalpoeren varieerde de

In februari 2008 was reeds 80% van de rustende belasting aangebracht. Deze belasting liep op tot 90% in april 2008 en was volledig bij voltooiing van de ruwbouw in augustus 2008. De laatste drie punten uit de last zakkingsgrafieken gepresenteerd in de figuren 3 en 4 corresponderen met deze bouwfasen. Gegeven de redelijk constante helling van de grafieken en gegeven de verstreken tijd tussen de waarnemingen, worden de eventueel opgetreden consolidatie effecten in de dieper gelegen Eemkleilaag niet significant verondersteld. Samendrukkingsproeven op de diverse Amsterdamse Eemklei monsters, niet specifiek voor dit werk uitgevoerd en niet specifiek ter plaatse van het project verkregen, tonen een Over Consolidatie Ratio (OCR) in de orde van 1,5. Op basis van een grove benadering wordt vermoed dat de rustende belasting opgelegd vanuit de paalfundering op het niveau van de bovenzijde van de Eemklei een spanningstoename in de orde van 10% heeft veroorzaakt ten opzichte van een initiële effectieve korrelspanning in de orde van 300 kPa. Paalzakking / referentiepunt zakking als gevolg van natuurlijke lange termijn consolidatie beneden paalpunt niveau heeft geen effect gehad op de metingen. In het algemeen bedraagt deze zogenaamde achtergrond zakking van Amsterdamse historische houten paalfunderingen niet meer dan 1 tot 2 mm op jaarbasis. [Cook et al. 2007]

Eindige elementen modelering De diverse waarnemingen, berekeningen, grondonderzoeken en monitoring tijdens de installatie hebben bijgedragen aan het vertrouwen in de prestaties van het MT-paalconcept. Deze informatie en analyse heeft echter niet geresulteerd in een


Last Zakkingsgedrag MT palen

volledige verklaring van het paalgedrag. Daarnaast kon op basis van de lastzakkingsgrafieken nog altijd niet een ontwerpwaarde conform NEN6743 voor het maximale paaldraagvermogen worden afgegeven. Gegeven de in het kader van de Noord/Zuidlijn uitgevoerde analyses van de Amsterdamse grondslag en gegeven de specifieke CPT testen op de projectlocatie, kon een ander middel ter analyse worden ingezet: Eindige Elementen Modellering (EEM). Hoofdzaak van de modellering was de gevolgen van het installatieproces op het paaldraagvermogen te doorgronden en het vaststellen van een maximum paaldraagvermogen. Het model is in het EEM software pakket Plaxis versie 8.6 opgebouwd. In het programma is gebruik gemaakt van axiaal symmetrische paalmodel. De parametersets van de verschillende te onderscheiden grondlagen zijn ontleend aan de ervaringen opgedaan binnen het Noord/Zuidlijn project [North/Southline Consultants. 2000]. De bodemopbouw is ontleend aan de op locatie uitgevoerde CPT tests. Binnen de programmatuur is gekozen voor het Hardening Soil model. De verschillende fasen van de paalinstallatie zijn gemodelleerd, waarbij de eerste fase de paal op einddiepte betrof met een ongesteunde paalvoet. De volgende fase betrof het vullen van de paal over de eerste 10 m (overeenkomstig één vrachtwagen lading), waarbij de volledige hydrostatische betondruk is aangehouden ter plaatse van de paalpunt. De derde fase betrof het aanbrengen van het volledige eigen gewicht van de paal. Stap 4 betrof het aanbrengen van 8 bar injectiedruk middels een poriënoverdruk in de grindlaag. In stap 5 is de druk weggenomen en een uitgehard groutlichaam aangehouden in de directe omgeving van de paalpunt. In de laatste fase is de paalbelasting aangebracht, waarbij gebruik is gemaakt van een geautomatiseerde belastingstoename teneinde een last zakkingsdiagram te realiseren. Het effect van het boorproces, bentoniet injectie en naderhand groutinjectie is gemodelleerd middels een zogenaamde interface tussen de stalen buis en de omringende grond. Tijdens het inregelen van het EEM zijn de grondparameters niet gewijzigd. Het initiële model toonde een te grote paalkopzakking. Na de introductie van de fase met 10 m hydrostatische betondruk ontstond een sterke verbetering van de aansluiting tussen model en metingen. De laatste aanpassingen betroffen de verhoging van de OCR van de zandlaag van 1,0 naar 1,5 en het aanpassen van de wrijvingshoek van de interface van

Figuur 5 Waargenomen en gemodelleerde LastZakkingscurves MTpalen uitbreiding IBIS Amsterdam.

Figuur 6 Krachtswerking bij hoge paalbelastingen.

15 graden naar 22 graden (zie figuur 4). De interface is toegepast, daar het schachtdraagvermogen sterk achter bleef bij de in het veld waargenomen weerstand. Een deel van het probleem lag daarbij in de minimaal te hanteren modeldimensies, waarbij de oversnit niet kleiner dan 2 cm kon worden gekozen, tweemaal zo groot als de gehanteerde oversnit. Daarnaast zijn de uiteindelijke materiaaleigenschappen van het in de oversnit aangebrachte bentoniet en naderhand geinjecteerde grout onbekend. Deze problematiek is ondervangen middels een interface, waarbij middels aanpassing van de wrijvingshoek aansluiting met de waarnemingen is gevonden. De uitvoer van het model (zie figuur 5 en 6) toont

dat het verlies aan effectieve korrelspanning tijdens de ongesteunde paalpunt beperkt blijft tot de directe omgeving van de paalpunt. De spanning reduceert op één paaldiameter beneden de paalpunt met 50%, hetgeen overeenkomt met eerder beschouwde analytische modellen [Maclean 2006]. Het vullen van de paal over de eerste 10 m resulteert in een toename van de korrelspanning aan de paalpunt tot 50% van de initiële waarde op basis van het gewicht van het betonmengsel. Het effect van de paalpuntinjectie is beperkt, daar het niet aannemelijk is dat de injectiedruk tijdens het uitharden van het grout behouden blijft. Gezien de beperkte reductie van de effectieve korrelspanning na voltooiing van de paal is een

GEOtechniek – juli 2009

43


alternatief paalmodel opgesteld, waarin alle voorgelegen productiestappen zijn overgeslagen. Deze zogenaamde neutraal paal is gebaseerd op een paal welke zonder beïnvloeding van de korrelspanning is geïnstalleerd, maar waarbij de paalschacht interface en het groutlichaam aan de paalpunt zijn gehandhaafd (zie figuur 4, lijnen aangeduid met ‘neutral’). Op basis van dit model zijn berekeningen met en zonder paalpunt injectie uitgevoerd. De resultaten uit het EEM bestaande uit een gefaseerde paalinstallatie komen goed overeen met de resultaten uit het EEM van de neutraal paal. Het effect van de paalpunt injectie is niet significant te herleiden uit de modelleringen. De directe paalrespons wordt blijkens de EEM voornamelijk verklaard door het beperkte verlies aan korrelspanning. Op basis van de modellen kan worden geconcludeerd dat bij een paalbelasting van 13.000 kN een paalkopzakking van 50 mm wordt bepaald en dat bezwijken van de paal niet is te verwachten bij een dergelijke belasting.

1. Het voor de uitvoering voorspelde last zakkingsgedrag is conservatief gebleken. 2. De goede paalprestaties kunnen worden verklaard door het beperkte verlies aan effectieve korrelspanning. Het effect van de ongesteunde paalpunt blijft beperkt tot 1 paaldiameter beneden de paalpunt. Het vullen van de paal met vloeibaar beton herstelt ca. 50% van de oorspronkelijke korrelspanning aan de paalpunt. Daarnaast levert de schachtwrijving een directe bijdrage aan het paaldraagvermogen, in dit project bij aanvang van de paalbelasting reeds in de orde van 1000 kN. 3. De paalpuntinjectie wordt minder effectief verondersteld, gezien de beperkte injectie druk en het drukverlies tijdens uitharding. 4. Een maximaal paaldraagvermogen is niet vastgesteld. Op basis van de monitoring en de EEM resultaten wordt een zeer hoog draagvermogen vermoed dat ruim boven de actuele paalbelasting ligt. 5. Tijdsafhankelijk gedrag is niet waargenomen in de grafieken.

Conclusies Op basis van de monitoring, analyse en EEM wordt het volgende geconcludeerd:

Aanbevelingen Aanbevolen wordt CPT´s in en buiten de buispaal

uit te voeren. Ook de installatie van tell tales ter registratie van de paalpuntzakking kan veel inzicht brengen. Tevens zou de poriënwaterdruk kunnen worden geregistreerd tijdens de paalpunt injectie.

Referenties – Cook, D, de Nijs, R.E.P., Frankenmolen, S.F. 2007. Amsterdam Noord/Zuidlijn: Use of Background Monitoring Data Prior to Construction Commencement. Reston: ASCE. – Maclean, R. 2006. Load settlement behaviour MT-piles. (thesis in Dutch). Delft: Technical University, Faculty of Civil Engineering. – North/Southline Consultants. 2000. Soil Parameters final design. Amsterdam: department of Infrastructure Traffic and Transport.  Reageren op dit artikel? Stuur dan uw reactie vóór 29 juli 2009 naar info@uitgeverijeducom.nl


U kent Educom ...als uitgever van en participant in Geotechniek. Educom initieert, investeert in, en realiseert kwaliteits-publicaties met bijbehorende websites. En dat al meer dan 20 jaar.


U kent Educom nog niet...

 Wij ontwikkelen voor u personeelsen relatiemagazines: hĂŠt succesalternatief voor e-mailings.  Als bureau verzorgen wij uw mediacommunicatie.  Ons werkterrein omvat ook beurzen en evenementen.  Wij adviseren op marketing-, huisstijl- en identiteitsgebied.  Wij verzorgen websites (concept/bouw/beheer).  Wij verzorgen uw drukwerkorders (van concept tot druk tot distributie). Uw communicatie-uitingen zijn veelzijdig. Ga in zee met een veelzijdige partner als Educom. Bel 010-425 65 44.

Uitgeverij Educom BV Mathenesserlaan 347 Rotterdam T 010-425 6544 info@uitgeverijeducom.nl www.uitgeverijeducom.nl


Ir. Noël Huybrechts WTCB

Dr. Ir. Patrick Ganne WTCB

Dr. Johan Vlekken FOS&S

Ir. Wim Maekelberg TUC RAIL n.v.

Prof. Jan Maertens Jan Maertens & Partners bvba en KULeuven

Samenvatting

Toepassing van optische vezeltechnologie voor de lange termijn monitoring van vernagelde taluds te Ottignies (GEN)

In het kader van de aanleg van het Gewestelijk Express Netwerk rond Brussel worden te Ottignies de bestaande taluds verstevigd met jet-grout nagels. Omwille van de specifieke omstandigheden op deze locatie bestond bij TUC Rail de wens om lange termijn metingen uit te voeren van de taludverplaatsingen en van de krachtswerking over de volledige lengte van de aangebrachte jet-grout nagels. In het kader van het TIS-SFT project dat gecoördineerd wordt door het WTCB werden een aantal kennisactoren samengebracht en werd een systeem op basis van de Fibre Bragg Grating optische vezel technologie ontwikkeld. De ontwikkeling van dit meetsysteem vereiste een hele reeks brainstormings, laboproeven en systeemtesten vooraleer het daadwerkelijk op de reële site medio 2008 met succes geïnstalleerd werd. Ten opzichte van klassieke meetmethodes

Figuur 1 Dwarsdoorsnede: finale situatie GEN te Ottignies (bron TUC RAIL n.v.).

biedt deze technologie o.a. het grote voordeel dat er op één drager met zeer beperkte afmetingen zeer veel sensoren geïntegreerd kunnen worden. Ondertussen worden er bijkomende proeven en ontwikkelingen gerealiseerd om dit veelbelovende systeem verder te ontwikkelen.

Inleiding en problematiek Voor de aanleg van het Gewestelijk Express Netwerk (GEN) rond Brussel, wordt het bestaande spoorwegnet aanzienlijk uitgebreid. Op de verbinding L161 Watermael - Louvain-La-Neuve betekent dit concreet dat naast de bestaande lijn twee bijkomende sporen aangelegd worden op de bestaande spoorwegtaluds. Figuur 1 geeft een typische dwarsdoorsnede van de finale situatie te Ottignies. Om deze uitbreidingsconstructie te realiseren is een innovatieve verstevigings- en funderingsconstructie bedacht waarbij tal van geotechnische technieken worden toegepast, o.a. berlinerwanden, mechanische schroefverankering, vernageling, micropalen, enz. Figuur 2 illustreert dit. Voor meer details in verband met de uitvoering en de fasering van deze constructie wordt echter verwezen naar Maekelberg e.a. (2008). Specifiek voor het verstevigen van de bestaande taluds, die veelal uit ophoogmateriaal bestaan met relatief lage conusweerstanden (1 à 3 MPa), wordt de techniek van vernageling aangewend. De nagels worden hierbij uitgevoerd met behulp

48

GEOtechniek – juli 2009

van holle wapeningsstangen en hoge druk injectie (300 bar) van een water-cement mengsel (jetgrout nagels). Deze jet-grout nagels worden in figuur 2 aangeduid met de letters E en F. Omwille van het belang voor de spoorlijn, en de specificiteit van het ontwerp – waarbij men dient te benadrukken dat de taludveiligheid van de bestaande ophoging slechts ±1.05 bedroeg en de taludveiligheid van de toekomstige constructie licht verhoogd werd tot ongeveer 1.15 – bestond er bij TUC RAIL de wens om lange termijn metingen uit te voeren van de taludverplaatsingen enerzijds en de krachtswerking over de volledige lengte van de jet-grout nagels anderzijds. Dit met de bedoeling om het bestaande ontwerp te valideren, en desgevallend deze gegevens aan te wenden voor het optimaliseren van toekomstige ontwerpen. Door de combinatie met de voorziene monitoring kan de berekende veiligheid in definitieve situatie bovendien als aanvaardbaar beschouwd worden. Gezien de gestelde problematiek werd al vrij snel duidelijk dat dit voor wat betreft de krachtswerking in de nagels niet mogelijk is met klassieke meettechnieken. Vandaar dat

Deze bijdrage werd bekroond met de KVIVInnovatieprijs Hubert Raedschelders 2008 (zie figuur 13).

het Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf (WTCB), in het kader van project ‘Thematische Innovatie Stimulering Speciale FunderingsTechnieken (TIS-SFT: WTCB, 2006-2008)’, een aantal actoren heeft samengebracht om een innovatieve oplossing uit te werken op basis van de optische vezel technologie. Dit TIS-SFT project wordt gesteund door het Instituut voor de aanmoediging van Innovatie door Wetenschap en Technologie in Vlaanderen (IWT). Er werd vertrokken van de volgende randvoorwaarden en uitdagingen:  Het meetsysteem dient na de installatie in de holle sectie van de nagels aangebracht te worden.  Het meetsysteem dient hierbij rekening te houden met de geometrische beperkingen van de holle wapeningselementen, meer bepaald een interne diameter van 24 mm, met vernauwingen tot 15 mm ter hoogte van de mofverbindingen.


 De instrumentatie moet een gemiddelde meetwaarde geven over een zekere meetbasis, typisch 0.5 m à 1 m (=extensometerpricipe).  De instrumentatie moet voorzien in een perfecte samenwerking met het wapeningselement.  De instrumentatie mag de bestaande stijfheid van de nagel zo min mogelijk beïnvloeden.  Omwille van de moeilijke werkomstandigheden op een talud, dient de plaatsing snel en eenvoudig uitvoerbaar te zijn. Het meetsysteem moet bovendien voldoende robuust zijn om niet beschadigd te worden tijdens de installatie. De plaatsingseffecten mogen de metingen daarenboven minimaal beïnvloeden.  De uitlezing van de instrumenten moet snel en eenvoudig zijn. Op basis van deze randvoorwaarden werd er geopteerd voor een systeem waarbij de verschillende sensoren zich op één drager en/of keten bevinden, en waarbij deze in de holle wapeningselementen worden vastgezet met een water-cement mengsel. Voor wat betreft de optische vezel werd in overleg met FOS&S de Fibre Bragg Grating (FBG) technologie aangewend. Het meetprincipe van de FBG optische vezeltechnologie werd hierbij, volgens het extensometerprincipe, aangepast zodat het geschikt is voor geotechnische toepassingen. Bovendien werd de bescherming van de vezel ontworpen, zodat deze niet beschadigd wordt tijdens de installatie in de holle wapeningsstang. Daarnaast werd er in het labo een samenstelling van een cement-mengsel op punt gesteld waarmee de vezel vastgezet kan worden in de holle wapeningsstang. De samenstelling is hierbij aangepast om enerzijds krimp van het mengsel zoveel als mogelijk te beperken of zelfs te vermijden, en anderzijds om een goede samenwerking tussen de holle wapeningsstang en de FBG sensoren te garanderen. Tenslotte werd er een systeem gerealiseerd om

Holle wapeningsstang

de optische vezel op (grote) diepte te krijgen, voor te spannen en vast te zetten (via injectie) in de holle wapeningsstang. Aan de effectieve installatie van het optisch meetsysteem te Ottignies gingen heel wat brainstormings, laboproeven en systeemtesten vooraf. Een beschrijving van deze voorafgaande proeven, het concept dat uiteindelijk op punt gesteld werd en de effectieve installatie te Ottignies wordt hierna verder toegelicht. Hierbij dient er nog opgemerkt te worden dat het experimentele proefgedeelte gefinancierd werden door het WTCB, de Federale Overheidsdienst Economie, en FOS&S.

Concept en installatieprocedure van optische vezeltechnologie De doelstelling is het monitoren op lange termijn van de vervormingen van een geïnstalleerde nagel. Naast de geometrische beperkingen (vernauwingen in de holle wapeningsstangen tot een diameter van 15 mm) dient het meetprincipe tevens eenvoudig te installeren en robuust te zijn.

fiek van het DGT type (Draw Tower Grating). FBG sensoren, waarvan het principe geïllustreerd wordt in figuur 4, werken op basis van de reflectie van licht. Ze worden verwerkt in een optische vezel. De gebruiker dient een breedbandig lichtsignaal (1520 tot 1600 nm) te sturen doorheen de optische vezel. De FBG sensor reflecteert een bepaalde golflengte van het lichtspectrum. Deze golflengte verandert lineair in functie van de vervorming ter hoogte van de FBG sensor. Door de meting van de verandering van de golflengte van het gereflecteerde licht wordt de vervorming gemeten met een nauwkeurigheid van 1µStrain. Daar een FBG sensor ook een lineaire respons geeft ten aanzien van temperatuurswijzigingen dient men, daar waar relevant, de temperatuur op te meten zodat het mogelijk is om de vervormingsmetingen te corrigeren. Deze technologie wordt niet beïnvloed door

Op basis van ervaring met andere geotechnische meetsystemen wordt er gekozen voor het extensometerprincipe: verschillende vervormingssensoren worden in de holle wapeningsstang geplaatst. Elke sensor meet een gemiddelde vervorming over een bepaalde meetbasis. De meetbasissen van de sensoren sluiten achter elkaar aan. Door de lengte van de meetbasis en het aantal sensoren te variëren wordt een zo groot mogelijke lengte van de holle wapeningsstang gedekt (figuur 3). Dankzij dit principe heeft een kleine lokale vervorming van de nagel, ten gevolge van heterogeniteiten in de grond en in het staal, slechts een beperkte invloed op de metingen. Voor de effectieve meting van de vervormingen wordt geopteerd voor het gebruik van FBG (Fibre Bragg Grating) sensoren, en meer speci-

Figuur 4 Principe van Fibre Bragg Grating sensoren.

Figuur 2 Detail verstevigings- en funderingsconstructie uitbreidingswerkzaamheden GEN te Ottignies (bron : TUC RAIL n.v.)

Ca. 1 cm

Meetbasis Figuur 3 Schets van de achter elkaar aansluitende meetbasissen in de holle wapeningsstang.

De gereflecteerde golflengte hangt af van de vervorming van de optische vezel.

GEOtechniek – juli 2009

49


eventuele elektrische of electromagnetische stralingen, elektrische zwerfstromen (cfr. spoorwegomgeving), noch door de aanwezigheid van water en heeft daarenboven een levensduur van meer dan 20 jaar. Het belangrijkste voordeel van FBG sensoren in deze toepassing is de mogelijkheid tot multiplexing. Verschillende FBG sensoren worden namelijk op één enkele optische vezel verwerkt. De verschillende FBG sensoren krijgen dan een andere referentiegolflengte. De vervormingen (ε in µStrain) worden dan berekend aan de hand van de verandering van de opgemeten gereflecteerde golflengte ten opzichte van de referentie golflengte:

Figuur 5 Het spectrum van het gereflecteerde licht in de optische vezel in nagel 109F op dag 1.

met λ[nm] de opgemeten golflengte en λref [nm] de referentiegolflengte. Een toename van ε komt overeen met een rek door verlenging. De verschillende FBG sensoren op éénzelfde optische vezel worden tegelijkertijd opgemeten. Figuur 5 geeft een voorbeeld van het spectrum van het gereflecteerde licht in een optische vezel met 11 FBG sensoren (nagel 109F, zie verder). De 11 reflectiepieken zijn duidelijk zichtbaar tussen 1538.735 nm (sensor 1) en 1586.531 nm (sensor 11). De optische vezel met een diameter van 195 µm wordt beschermd door een primaire bescherming (uitwendige diameter 900µm) en een secundaire bescherming (uitwendige diameter 3 mm) die over elkaar worden geschoven. De wrijving tussen de primaire en de secundaire

Reflectiespectrum - nagel 109F - dag 1 Intensiteit [dB]

-30

-50

-70 1520

1540

1560

1580

Golflengte [nm]

Figuur 6 Schets van de optische vezel (diameter 195 µm) met een primaire (diameter 900 µm) en een secundaire bescherming (3 mm).

Secundaire bescherming

3 mm

Moer

Capillair

Primaire bescherming

Figuur 7 Foto van een deel van een optische vezel met zicht op de primaire en secundaire bescherming, een capillair en een moersecundaire bescherming (3 mm).

50

GEOtechniek – juli 2009

1600

bescherming is beperkt, zodat er geen spanningen of vervormingen kunnen worden overgebracht doorheen de bescherming (figuur 6). Deze bescherming wordt onderbroken ter hoogte van een capillair, die volgens een specifiek procedé verkleefd is met de optische vezel. Op dit capillair is een moer voorzien (figuur 7), waarmee vervormingen worden overgebracht naar de optische vezel. Met deze configuratie worden de vervormingen enkel via de capillairen overgedragen naar de optische vezel. De positie van de capillairen definiëren aldus de hoger vermelde meetbasissen. Een belangrijk voordeel van het gebruik van FBG sensoren, is de mogelijkheid om meerdere vervormingssensoren (tot meer dan 30) in één keer op te meten met één enkele optische vezel (totale diameter = 3 mm). Dit is een eenvoudig principe waarbij de uitvoering van de meting (van vele sensoren) weinig tijd vergt. Opdat de FBG sensoren dezelfde vervormingen zouden ondergaan als de nagel, wordt de optische vezel (met bescherming, capillair en moer) in de wapeningsstaaf vastgecementeerd. Hierbij dienen krimpverschijnselen van het cement-mengsel te worden beperkt zonder de adhesiekrachten tussen het cement-mengsel en de holle wapeningsstang te verliezen. Ter optimalisatie van het cement-mengsel, werden verschillende labotesten uitgevoerd. Hierbij werden vergelijkbare holle wapeningsstangen (lengte 0.75 m) geïnstrumenteerd met een optische vezel, vastgecementeerd met verschillende cement-mengsels. Hierbij werden er verschillende water-cementverhoudingen en additieven beschouwd. Tijdens een uniaxiale trektest werden de vervormingsmetingen met de optische vezel vergeleken met de opgemeten vervormingen aan de hand van klassieke DEMEC punten. Er werd vastgesteld dat het verschil tussen de opgemeten vervormingen kleiner was dan 3% bij hetzelfde belastingsniveau. Na validatie van het meetprincipe en het optimaliseren van het cement-mengsel in het laboratorium, is de installatieprocedure verder geoptimaliseerd aan de hand van in situ systeemtesten. Hiertoe is dit principe o.a. ook toegepast bij de instrumentatie van vier holle stang ankers op de proefsite van het WTCB te Limelette, die vervolgens statisch proefbelast werden (WTCB, 2004-2008). Hierbij is gebleken dat de opgemeten vervormingen met de optische vezels vergelijkbaar zijn met de vervormingen opgemeten met klassieke extensometers in andere ankers. Een voorbeeld van de resultaten van een dergelijke systeemtest in een holle stang anker te


Toepassing van optische vezeltechnologie

Limelette is gegeven in figuur 8. Het betreft hierbij metingen met een optische vezel over een totale lengte van 18 m met in totaal 18 FBG sensoren. De holle stang werd hierbij belast tot voorbij de elasticiteitsgrens van het staal.

6000

5000

Deformation (µstrain)

Voor de installatie van de optische vezels wordt momenteel volgende procedure gevolgd: 1 Na de installatie van de nagel dient de wapeningsstaaf te worden uitgespoeld met water om eventuele aanwezigheid van cement te verwijderen. Afhankelijk van het uitvoeringsprocedé van de nagel, is de wapeningsstaaf inderdaad gedeeltelijk of volledig gevuld met een boorvloeistof op basis van cement. Deze boorvloeistof dient volledig te worden uitgespoeld voordat deze uitgehard is. 2 De optische vezel wordt in de holle wapeningsstaaf geschoven met behulp van een holle injectiebuis uit roestvrij staal (figuur 9). Hiervoor is het noodzakelijk dat het onderste deel van de optische vezel wordt vastgemaakt aan het onderste deel van de injectiebuis. 3 Wanneer de injectiebuis, met de optische vezel, zich op diepte bevindt, wordt de optische vezel licht voorgespannen. Dit gebeurt door manueel aan de optische vezel te trekken. De veroorzaakte vervorming (overeenkomstig met ongeveer 1 nm golflengte) wordt real-time gemeten met de FBG sensoren. Het einde van de optische vezel aan de oppervlakte wordt vastgezet op de injectiebuis om de voorspanning te behouden. 4 Vervolgens wordt doorheen de injectiebuis een specifiek cement-mengsel geinjecteerd. Dankzij de opening aan de onderzijde van deze injectiebuis wordt de holle wapeningsstaaf met het cement-mengsel van onderuit gevuld. Hierdoor worden grote luchtinsluitsels vermeden. 5 In de uren en dagen die volgen op de installatie van de optische vezel wordt het niveau van het cement-mengsel gevolgd en eventueel bijgevuld. Het gebeurt namelijk soms dat een beperkt deel van het cement-mengsel uit de holle wapeningsstaaf vloeit.

Figuur 8 Belastingsproef (herbelasting t.e.m. stap 9) op holle stang anker te Limelette; vervormingsmetingen met optische vezel met 18 FBG sensoren.

7000

4000

3000

2000

1000

0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Length (m)

Figuur 9 Installatie van optische vezel en injectiesysteem in een jet-grout nagel te Ottignies.

Case study: in situ lange termijn monitoring met optische vezel technologie Zoals aangegeven in de inleiding, worden er te Ottignies nagels voorzien ter stabilisatie van het spoorwegtalud. Vier nagels worden voorzien van een optische vezel: nagels 93E, 93F, 109E en 109F. De nagels 109E en 109F bevinden zich onder elkaar met een tussenafstand van 2.2 m (figuur 10). De nagels 93E en 93F bevinden zich tevens onder elkaar met een tussenafstand van 2.2 m (gemeten volgens de helling van de talud).

De afstand tussen nagels 93E en 109E en tussen nagels 93F en 109F bedraagt 27.3 m (gemeten volgens de richting van het spoor, zie figuur 11). De lengte van de nagels bedragen 11.9 m (nagels 93E en 109E) en 14.6 m (nagels 93F en 109F). In elke nagel bevindt zich één optische vezel die de relatieve vervorming van de nagel volgens het extensometerprincipe opmeet. In elke optische

vezel zitten 10 à 13 FBG-sensoren verwerkt, die elk de gemiddelde vervorming over een meetbasis van 1.03 m volgt. Op deze manier worden in totaal op 45 posities de vervormingen van de nagels opgevolgd. In nagel 93F is bovendien een extra optische vezel aangebracht waarmee het mogelijk is om op verschillende dieptes in het talud de

GEOtechniek – juli 2009

51


spoorlijn

2.2 m 109E

93E

109F

93F 27.3 m

Figuur 10 Schets van de inplanting van de nagels (profielzicht) met de aanduiding van de gedefinieerde dieptemeting.

Nagel 109F - Sensor 10 1582

Golflengte [nm]

Figuur 12 Evolutie van de metingen van de golflengte [nm] van sensor 10 in nagel 109F in functie van de tijd [dagen] na installatie (installatie = dag 1).

Figuur 11 Schets van de inplanting (bovenaanzicht) van de geïnstrumenteerde nagels (O).

Zeker in het kader van het optimaliseren van de huidige ontwerpmethodes en/of het stimuleren van nieuwe en meer economische ontwerpmethodes, zoals bvb. de Observational Method, kan dit een grote toegevoegde waarde leveren.

1581

1580

Referenties

1579 0

temperatuur op te meten, om desgevallend de vervormingsmetingen te corrigeren. Ten titel van voorbeeld geeft figuur 12 de evolutie van de golflengte [nm] van sensor 10 in nagel 109F. Deze sensor bevindt zich ongeveer op een tiental meter in het talud. De golflengte op dag 0 is de geconcipieerde golflengte van de sensor (in rust). De weergegeven golflengte op dag 1 is gemeten na de installatie van de optische vezel. Het verschil tussen de golflengte op dag 0 en dag 1, is veroorzaakt door de manueel aangelegde voorspanning tijdens de installatie. In de komende dagen verlaagt de golflengte terug, hetgeen het gevolg is van hydratatiekrimp van het cement-mengsel. Na 3 dagen is 90% van de vervorming ten gevolge van krimp reeds opgetreden. Na ongeveer 30 dagen zijn de variaties van de golflengte gestabiliseerd. Uit deze meetgegevens kan men afleiden dat, t.g.v. de krimpverschijnselen in de cementspecie waarmee de vezel wordt vastgezet, deze sensoren gebruikt kunnen worden voor lange termijnmetingen met een relatieve nauwkeurigheid van 25 µStrain, indien de referentiemeting van de FBG sensoren na 3 dagen wordt uitgevoerd. Indien de referentiemeting wordt uitgevoerd

52

GEOtechniek – juli 2009

Hierbij dient in het bijzonder opgemerkt te worden dat deze technologie o.a. het zeer grote voordeel biedt dat er op één drager met zeer beperkte afmetingen zeer veel sensoren geïntegreerd kunnen worden. De auteurs zijn er van overtuigd dat dit meetsysteem naar de toekomst toe een groot potentieel biedt. Vandaar dat er momenteel op basis van deze ervaringen de nodige stappen ondernomen worden om het meetsysteem nog te verfijnen en te verbeteren. Hierbij is het vooral te bedoeling om een gestandaardiseerd systeem te ontwikkelen dat op een economische en eenvoudige manier aangewend kan worden in verscheidene geotechnische en/of andere civieltechnische constructies.

20

40 Tijd [dagen]

60

80

na 30 dagen dan bedraagt de relatieve nauwkeurigheid voor lange termijnmetingen echter 10 µStrain. De vervormingsmetingen in de nagels te Ottignies worden sinds juli 2008 op regelmatige tijdstippen opgemeten. Het is in elk geval de bedoeling om vanaf heden deze metingen te blijven uitvoeren tot en met de ingebruikname van deze nieuwe spoorweginfrastructuur.

– Maekelberg, W., Bollens, Q., Verstraelen, J., Theys, F., De Clercq, E., Maertens, J. Practical Experience of TUC RAIL with Ground Anchors and Micro-piles, proceedings of the International Symposium ‘Ground Anchors’ - Volume 1, 14.05.2008, Brussels. – WTCB 2006-2008, Thematische Innovatiestimulering - Speciale FunderingsTechnieken, TIS-SFT, Project gesubsidieerd door het IWT, project nr. 050586. – WTCB 2004-2008. Grondankers - opstellen van een genormaliseerde berekeningsmethode in functie van de uitvoeringswijze. Onderzoeksproject gesubsidieerd door het FOD Economie & NBN, Conventies CC CCN-119 & CC CCN-169.  Reageren op dit artikel? Stuur dan uw reactie vóór 29 juli a.s. naar info@uitgeverijeducom.nl

Conclusie In deze bijdrage werd een overzicht gegeven van de laboproeven en de systeemtesten die geresulteerd hebben in het op punt stellen van een meetsysteem op basis van optische vezeltechnologie en dit ten behoeve van de lange termijn monitoring van de vervormingen van jet-grout nagels te Ottignies. Deze ontwikkeling vond plaats naar aanleiding van een specifieke vraag van TUC RAIL en in het kader van het door het IWT gesteunde project TIS-Speciale FunderingsTechnieken (www.tis-sft.wtcb.be). Het systeem dat op punt gesteld werd leidt tot een betrouwbare oplossing voor het meten van vervormingen in geotechnische constructies.

Figuur 13 KVIV Innovatieprijs Hubert Raedschelders 2008.


www.cofra.nl

Cofra B.V. de specialistische aannemer grondverbeteringstechnieken & folieconstructies Cofra

Cofra De beschikbare ruimte voor infrastructuur wordt steeds beperkter en de uitvoeringstijd korter. Hierdoor groeit de behoefte aan innovatieve oplossingen voor het bouwrijp maken van zettingsgevoelige gebieden. Cofra voorziet in deze behoefte en heeft zich gespecialiseerd in innovatieve grondverbeteringstechnieken die wereldwijd worden toepast. Met de aanwezige kennis en ervaring biedt Cofra oplossingen op maat en bestaat de mogelijkheid om het gehele proces van ontwerp tot uitvoering voor u te verzorgen.

Kwadrantweg 9 - 1042 AG Amsterdam

building worldwide on our strength

Postbus 20694 - 1001 NR Amsterdam T. 020 6934596 - F. 020 6941457


HUESKER ingenieurs ondersteunen u bij het ontwerp en de realisatie van uw bouwprojecten. Veelomvattende knowhow en jarenlange ervaring zijn de basis voor een betrouwbare uitvoering en zorgen voor een soepel verloop van de werkzaamheden. Uw kunt steunen op de producten en oplossingen van HUESKER.

HUESKER geokunststoffen â&#x20AC;&#x201C; betrouwbaar door ervaring. www.huesker.com


11 E J A A R G A N G NUMMER 3 JULI 2009

Geotextiele oplossing voor het mobiliteitsprobleem

Handboek Folieconstructies


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

De collectieve leden van de NGO zijn:

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, Velddriel 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

Grip op grond Met sterke producten van een ervaren partner in geotechniek • Stabiele (bouw)wegen ➞ Enkagrid® MAX voor grondstabilisatie • Steile grondlichamen ➞ Enkagrid® PRO voor grondwapening • Erosievrije oevers en taluds ➞ Enkamat® voor erosiepreventie • Waterafvoer op maat ➞ Enkadrain® voor drainage • Bouwrijpe grond ➞ Colbonddrain® voor grondconsolidatie

Colbond bv • tel.: 026 366 4600 • fax: 026 366 5812 • geosynthetics@colbond.com • www.colbond.com • www.colbond-geosynthetics.nl


Van de redactie Beste Geokunst lezers, Het CUR/COB handboek folieconstructies uit 1998, is door CUR

Het systeem van het verplaatsbare wegdek is in gebruik genomen

Bouw en Infra geactualiseerd en in januari 2009 uitgebracht onder

door Rijkswaterstaat Oost Nederland. Het idee is dat de mat op

de naam Rapport 221. Folieconstructies voor verdiept aangelegde

een aantal strategische locaties wordt gestationeerd, zodat het

infrastructuur

©

snel ter plaatse kan zijn bij calamiteiten. In september 2008 is het

Stichting CURNET, Gouda 2009. Deze publicatie

is het eindresultaat van CUR-commissie C157 Actualisatie

ingezet bij een ongeluk met een vrachtwagen op de A73 bij Ewijk.

Handboek Folieconstructies waarin vele NGO-leden zitting hebben

Julian van Dijk gaat in op deze ontwikkelingen in zijn bijdrage aan

genomen. De eindredactie is uitgevoerd door Cor van Ommeren

deze Geokunst: ‘Een geotextiele oplossing voor het mobiliteits-

(Quality Services B.V.). Deze versie omvat vooral aanpassingen op

probleem’.

het gebied van ontwerp, materialen, uitvoeringsmethoden, inspectie, kwaliteitscontrole en beheer. Colette Sloots sprak met

Een ander NGO lid heeft zich ingezet voor een futuristische

stuurgroepvoorzitter Hans de Vries en werkgroepvoorzitter Gerrit

variant van file bestrijding. Deze mobiele landingsbaan, op

Wolsink, beide van de Dienst Infrastructuur van Rijkswaterstaat,

deze locatie langs de A1 vooral handig als je een vliegende

over hun bijdrage aan en uitleg over de aanpassingen in deze

auto bezit, bestaat uit een mammoetmat bedekt met een

publicatie. U leest het interview in deze Geokunst.

geotextiel van T&F.

Rijkswaterstaat speelt ook een belangrijke rol in ons tweede

Ik wens u veel leesplezier met deze Geokunst.

artikel. In 2006 heeft het Ministerie van Verkeer en Waterstaat het project Fileproof geïnitieerd. Het idee was om bedrijven te

Shaun O’Hagan

stimuleren om met innovatieve oplossingen te komen met als doel

Eindredacteur Geokunst

filebestrijding op de korte termijn. Naar verluid heeft dit project de weggebruiker al 3,4 miljoen uren vertraging bespaard. Er zijn 60 projecten uitgevoerd op ongeveer 1000 locaties. De projecten liepen uiteen van OV-proefabonnementen voor inwoners van Waterland tot verplaatsbare barrières en zelfs een verplaatsbaar wegdek, dat bij calamiteiten snel kan worden ingezet om bijvoorbeeld een bypass aan te leggen bij een afgezette rijbaan. Deze laatste innovatie is een doorontwikkeling van de Mammoetmat, een product van Robusta, die zijn oorsprong heeft in militaire toepassingen en is toegepast in de Oosterschelde Stormvloedkering. Er is zelfs een mini uitvoering van de mat, die is gebruikt als oprolbare rijplaat in de Paris-Dakar rally en voor de ‘die hard’ geotextielen liefhebber kan zelfs een onverslijtbare mammoetmat-vloerkleed op maat worden geleverd!

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

Productie

Uitgeverij Educom BV, Rotterdam

GEOkunst – juli 2009

57


Colette Sloots CS Advies en Ondersteuning

Samenvatting Het CUR/COB handboek folieconstructies uit 1998, is door CUR Bouw en Infra geactualiseerd en in januari 2009 uitgebracht onder de naam ‘Rapport 221. Folieconstructies voor verdiept aangelegde infrastructuur’

Handboek folieconstructies

©Stichting

CURNET, Gouda 2009.

Deze publicatie is het eindresultaat van CURcommissie C157 ‘Actualisatie Handboek Folieconstructies’. In het afgelopen decennium hebben de technische ontwikkelingen op het gebied van folieconstructies en het inzicht in ontwerp- en rekenmethodes een

Inleiding Begin van dit jaar is de actualisatie van het in 1998 door CUR/COB gepubliceerde Handboek Folieconstructies gereed gekomen. Het handboek is een leidraad voor het ontwerpen, bouwen en beheren van folieconstructies voor de verdiepte aanleg van infrastructurele werken. Van deze typisch Nederlandse bouwmethode kan de volgende definitie worden gegeven: ‘Een folieconstructie is een kunstwerk, of een onderdeel daarvan, waarbij in een ontgraving door middel van een folie een kunstmatige bodemafsluiting wordt gerealiseerd. De hierin toegepaste folie is een dun, membraanvormig vloeistofdicht constructie-element’. Omdat folieconstructies de meest toegepaste constructie met geokunststoffen in Nederland is, heeft NGO met twee van de hoofdrolspelers in deze publicatie gesproken: Hans de Vries en Gerrit Wolsink, beiden werkzaam bij Rijkswaterstaat Dienst Infrastructuur.

Achtergrond Het handboek is tot stand gebracht door de CUR commissie C157 ‘Actualisatie Handboek Folieconstructies’. De commissie bestaat uit een stuurgroep, waar zowel Hans de Vries, als stuurgroepvoorzitter en Gerrit Wolsink, voorzitter van de werkgroep Ontwerp en Materialen, lid van zijn. De commissie bevat naast laatstgenoemde werkgroep ook de werkgroepen Uitvoering en Beheer

en onderhoud. De werkgroepen worden bemand door vertegenwoordigers van aannemers, ingenieursbureaus, opdrachtgevers en onderzoeksinstituten. Een brede vertegenwoordiging dus.

enorme vlucht genomen. Bovendien is er in die periode veel ervaring opgedaan met folieconstructies. De nieuwe uitgave is gebaseerd op de laatste stand der techniek. Het is nu mogelijk om constructies veel

De werkgroepen waren verantwoordelijk voor de aanlevering van de technische teksten. De eindredacteuren Cor van Ommeren en zijn collega Iljo Fluit (beide van Quality Services uit Bennekom) hebben er volgens Gerrit Wolsink nog een flinke klus aan gehad om de dubbelingen eruit te halen en de leesbaarheid te verbeteren. Verder bevat het handboek vele afbeeldingen en figuren als voorbeelden ter verduidelijking. Overigens zijn conceptteksten uit het handboek ook als syllabus gebruikt bij de PAO cursus die vorig jaar juni is gehouden in Delft. Het eerste exemplaar van het handboek uit 1998, dat door CUR en COB was opgesteld was vooral bedoeld als handboek voor de markt, vertelt Gerrit Wolsink. ‘Je moet je voorstellen dat folieconstructies voor een verdiepte aanleg van infrastructurele werken een type constructie is die niet veel voorkomt. Het is in Nederland uitgevonden en de behoefte ontstond om kennis vast te leggen en normen te stellen. De protocollen voor het toepassen van kunststof geomembranen hadden een milieuachtergrond, deze zijn in opdracht van VROM opgesteld. Hierbij is aansluiting gezocht. Met de nodige aanpassingen op basis van nieuwe inzichten, materialen en uitvoeringsmethoden heeft dit geresulteerd in

efficiënter te ontwerpen en aan te leggen. De manier van kwaliteitscontrole en kwaliteitsborging is ook veranderd door de nieuwe contractvormen (Design, Construct, Maintain) die voortvloeien uit het beleid van de ‘terugtredende overheid’. Kortom: het werd tijd om het handboek te herzien.

het Handboek Folieconstructies, dat begin dit jaar is uitgekomen.’

Aanpassingen Volgens de inleiding van het handboek omvat deze nieuwe versie vooral aanpassingen in de technische hoofdstukken. Wij lopen ze samen met Gerrit Wolsink en Hans de Vries door. Het hoofdstuk materialen (3) beperkt zich nu tot de meest geschikte materialen. Voor de verbindingstechniek tussen de foliedelen geldt het hetzelfde. Hierover zegt Gerrit Wolsink: ‘In het vorige handboek werden nog wat buitenbeentjes aan materialen besproken die mogelijk toepasbaar zouden zijn. Dat wat niet overtuigend was is geschrapt. Dit lijkt heel simpel maar je kunt je voorstellen dat er in de verschillende

Figuur 1 Dwarsdoorsnede.

58

GEOkunst – juli 2009


werkgroepen over dit soort wijzigingen uit ten treuren wordt gesproken’. Hans de Vries vertelt dat er qua verbindingstechnieken ook veel te melden valt. Er wordt aandacht besteedt aan zowel thermische als gelijmde en mechanische verbindingen. De eisen aan de verschillende folies heeft ook veel gesprekstof opgeleverd. Hans: ‘Dunnere folie is natuurlijk goedkoper dan dikkere, maar hoe dikker de folie hoe robuuster de constructie. Het aandeel van de materiaalkosten van de folie ten opzichte van de totale bouwkosten is relatief beperkt. Om uit kostenoverwegingen te kiezen voor een (te) dunne folie is verkeerde zuinigheid’. De eisen en keuringen zijn aangepast aan de geldende Europese voorschriften. Het hoofdstuk Ontwerp (4) is grondig herzien op de aspecten onzekerheid van grondwaterstanden, klemconstructies, berekening van het verticale evenwicht en bepaling van de benodigde capaciteit van kelders, rioleringssystemen en drainagesystemen. Gerrit: ‘Wij hebben Meteoconsult opdracht gegeven om KNMI data te analyseren om te komen tot nieuwe krommen van extreme neerslag. Dit geeft weer veranderende eisen aan hemelwaterafvoer, waterkelders en noem maar op.’

Figuur 2 Aanbrengen in den natte.

Hans: ‘Als je aan ontwerpmethodes denkt zou je kunnen veronderstellen dat je niet mag afwijken van de voorgeschreven methodes. Wij hebben geprobeerd duidelijk te maken, dat je best lokaal kunt zondigen op de regel, door aan te geven wat mogelijk is qua afwijkingen, waar de limieten zitten en hoe je ermee om kunt gaan. Het is meer een leidraad dan een voorschrift’. Gerrit: ‘Omdat een folieconstructie veel ruimte nodig heeft, zie je in de praktijk veel gemengde constructies, waarbij de aansluitingen van bijvoorbeeld een betonconstructie op een folieconstructie cruciaal is, daar is dan ook de nodige aandacht aan gegeven’. In het vijfde hoofdstuk Uitvoering zijn de voorbeeldprojecten geactualiseerd. Door voortschrijdend inzicht zijn op het gebied van het aanbrengen van de folieconstructies vooral ‘in den natte’ andere aanlegmethodes ontwikkeld. Hans geeft als voorbeeld dat het ‘in den natte’ afzinken van de folie voorheen een bewerkelijke techniek was. In het verleden werden pontons gebruikt om de folie af te zinken, wat ook nog wel eens mis ging. De folie kwam niet altijd daar terecht waar deze hoorde. In de loop der jaren is gebleken dat het afzinken eenvoudiger kan. Tegenwoordig wordt de folie op het water

Figuur 3 Aanbrengen in den droge.

gelegd en aan de oppervlakte gehouden met drijvertjes. Door daarna voorzichtig het water eronder vandaan te pompen en dit water op de folie te brengen, komt de folie terecht waar deze bedacht is; op de bodem van het cunet. Ter illustratie van de verschillende technieken passeren in dit hoofdstuk diverse infrastructurele projecten de revue. Er is zowel in het hoofdstuk Uitvoering als in het hoofdstuk Lekdetectie ruim aandacht

besteed aan de risico’s tijdens het leggen. Hoewel enorme voorzichtigheid wordt gepredikt, is ook rekening gehouden met calamiteiten. Hans en Gerrit leggen mij uit dat men door schade en schande wijs is geworden bij projecten. Hans de Vries: ‘Middels lekdetectie kom je er altijd wel achter waar de lekken zitten, maar beter is natuurlijk dat te voorkomen. Het is ook bij de uitvoerder natuurlijk alles aan gelegen lekkage te voorkomen.’ Gerrit Wolsink voegt daaraan toe: ‘Tot nu toe is het in de gebruiksfase

GEOkunst – juli 2009

59


nog niet echt fout gegaan. Een nadeel is dat de folie kwetsbaar is. Het kan beschadigd raken door bijvoorbeeld het, goedbedoeld, plaatsen van een paal, lichtmast of graven van een sleuf’. Hans en Gerrit zijn dan ook een groot voorstander van het zichtbaar maken van de locaties waar gebruik is gemaakt van folieconstructies. Op het gehele proces van kwaliteitscontrole wordt ingegaan in hoofdstuk 6. Voorheen was RWS betrokken bij het hele traject van productie tot het afzinken en aanvullen. Tegenwoordig opereert RWS meer op afstand. Gerrit vertelt dat het uitvoeringsplan van de aannemer en kwaliteitsplan met risico’s en maatregelen op papier wel goed zijn, maar dat er desondanks behoefte bestaat aan kwaliteitscontrole door derden. Dat kan ook het geval zijn als de aannemer een eigen kwaliteitssysteem hanteert. Het controleproces omvat de productie, de bouwfase en de oplevering van een project. Hoofdstuk 8 Beheer en onderhoud had niet zoveel pagina’s nodig. Hans: ‘Feitelijk heeft de

constructie zelf geen onderhoud nodig, als je er maar vanaf blijft. Je moet er natuurlijk wel voor zorgen dat de drainagesystemen blijven werken’. Nieuwe hersteltechnieken na oplevering worden in hoofdstuk 9 beschreven. Als bijlagen zijn de RAW voorbeeld besteksteksten voor folieconstructies toegevoegd. Deze zijn aangepast ten opzichte van het handboek uit 1998.

Economisch aantrekkelijk In het handboek worden niet alleen de voordelen van de folieconstructies genoemd, maar zeker ook de nadelen. Hans de Vries en Gerrit Wolsink menen, dat dit handboek alle betrokkenen een volledig en onpartijdig beeld geeft en dat met de benodigde zorgvuldigheid het gebruik van folieconstructies economisch en visueel aantrekkelijk kan zijn. Het handboek folieconstructies is te bestellen bij CUR Bouw & Infra.  Foto 4 Markeringspaal.


Ing. Julian van Dijk Robusta Technical and Industrial Fabrics

Samenvatting Van A naar Beter via geokunststoffen. Een van de innovatieve oplossingen die uit het door Rijkswaterstaat opgezette project ‘FileProof’ is gekomen, is het verplaatsbare wegdek van Robusta. Het systeem bestaat uit een 4m brede, oprolbare mat geweven van polypropyleen garens versterkt met staaldraden in de lengterichting en met stalen staven in de dwarsrichting. De mat kan worden uitgerold op een zachte ondergrond bij calamiteiten, om een omleiding te vormen via de berm. Dit is een doorontwikkeling van de Mamoetmat, die zijn oorsprong heeft in militaire toepassingen en is toegepast in de Oosterschelde Stormvloedkeuring.

Figuur 1 Van A naar Beter.

Een geotextiele oplossing voor het mobiliteitsprobleem Initiatief De urenlange vertragingen door verkeersincidenten kunnen verkort of voorkomen worden door de inzet van tijdelijke infrastructuur. Het product Verplaatsbaar Wegdek was al langer in gebruik bij verschillende buitenlandse defensieonderdelen om slecht terrein toegankelijk te maken voor zwaar materieel. Het dichter bij huis inzetten van deze techniek heeft wat langer op

zich laten wachten omdat bij deze toepassing snelheid en eenvoud cruciaal is. Toen er in het kader van het project Fileproof in de Cobouw een artikel verscheen waarin er aangegeven werd dat er behoefte was aan een snel en eenvoudig te plaatsen ‘wegdek’, heeft Robusta onderzocht wat er nodig is om het al bestaande product ook voor deze toepassing te kunnen gebruiken. Binnen het project Fileproof

! Berm Ballast

ballast

Verplaatsbaar wegdek

Vluchtstrook

Figuur 2 Schematische weergave principe verplaatsbare wegdek.

Ballastvoertuig

was er ruimte voor, en behoefte aan, nieuwe ideeën om het fileleed te verminderen en was het mogelijk om het concept verder te testen en gebruiksklaar te maken. Het principe van het verplaatsbaar wegdek komt er op neer dat er in geval van een groot incident, waarbij het reguliere wegdek tijdelijk niet kan worden gebruikt, er een parallelle rijbaan langs het incident wordt gelegd. Voorwaarden voor het kunnen toepassen van de mat zijn, dat er voldoende ruimte naast de rijbaan moet zijn en dat het systeem snel ter plaatse en gebruiksklaar moet zijn. Als de situatie het toelaat, kan met het systeem een bypass van 75 m binnen 20 minuten worden aangelegd. De wachttijd achter een incident kan worden verkort door de mobilisatietijd te verkorten. Dit kan gerealiseerd worden door het systeem beschikbaar te hebben op strategische plaatsen in Nederland, zoals nu met sneeuwschuivers en strooiwagens het geval is. Naast het inzetten als bypass bij een groot incident is het ook goed te gebruiken als parallelle rijstrook voor de hulpdiensten, een opstelplaats voor de bergingsvoertuigen zonder een rijstrook op te offeren, opstelplaats voor de pechafhan-

GEOkunst – juli 2009

61


deling van vrachtwagens of zelfs als opstelplaats voor een dynamisch rijstrook informatiesysteem.

Praktijk Na afronden van het project Fileproof is het verplaatsbaar wegdek in gebruik genomen door Rijkswaterstaat regio Oost Nederland. Hieronder is het letterlijke verslag weergegeven van de officier van dienst van Rijkswaterstaat Oost Nederland die bij dit incident de leiding had: Woensdag 24 september 2008 was het dan zover. De eerste praktijkinzet van het verplaatsbaar wegdek. Op knooppunt Ewijk in de verbindingslus van de A50 Links naar de A73 Links vloog ‘s-ochtends om 4.00u letterlijk en figuurlijk een 7 tons vrachtauto uit de bocht.De vrachtauto kwam op zijn zij terecht en de bestuurder en bijrijder raakten daarbij zwaargewond. Nadat er technisch onderzoek uitgevoerd was hebben we de rijstrook om 7.00u weer vrijgegeven, met de afspraak om de auto om 10.00u, na de spits, te bergen. Als we op traditionele wijze de vrachtauto hadden moeten bergen, zou de verbindingsweg afgesloten moeten worden. De berging zou 2 á 3 uur duren. Omdat er ruimte in de berm aanwezig was en we via het achterland de auto ook konden bereiken is ervoor gekozen om het verplaatsbaar wegdek in te zetten. Nadat de calamiteitenaannemer gearriveerd was duurde het 20 minuten om 75m wegdek te leggen. De berging van het voertuig heeft 1,5 uur geduurd. De berging heeft vlot kunnen lopen doordat de berger alle ruimte had om dicht bij het voertuig te komen, mede hierdoor heeft hij ook lichter hijsmateriaal in kunnen zetten. Bij traditionele berging was de hijsafstand groter geweest en daardoor ook zwaarder materieel. Het opruimen van het wegdek nam ook 20 minuten in beslag. De mat is niet verankerd geweest. Achteraf was iedereen positief over het gebruik van de mat, zelfs de politie. Naast het inzetten bij bergingen is de verplaatsbare weg ook al regelmatig ingezet tijdens asfalteringswerkzaamheden van de toerit van een benzine pomp om te voorkomen dat deze omzet zou mislopen. Vrijdag 17 april is er in Groot-Brittannië een trial gedaan waarbij het verplaatsbaar wegdek tot de limiet is getest. Er is daar een terrein gebruikt waar men letterlijk tot de knieën in het moeras wegzakt en er is hier overheen gereden met een voertuig van minimaal 10 ton. Doel van de test was om te onderzoeken of het verplaatsbaar

62

GEOkunst – juli 2009

Figuur 3 Proef Rijkswaterstaat, april 2008.

Figuur 4 Aanbrengen verplaatsbare wegdek Ewijk (links gekantelde vrachtauto).

wegdek geschikt is om in te zetten bij olie pijpleidingen reparatie en inspectie in Siberië als het niet vriest. Het terrein was dusdanig slecht dat we dachten dat we de grens van wat mogelijk was hadden opgezocht, maar we werden positief verrast. De test heeft uitgewezen dat het verplaatsbaar wegdek ook onder deze omstandigheden toepasbaar is.

Techniek De lastspreidende werking van het verplaatsbaar wegdek berust voornamelijk op twee mechanismen:  Plaatwerking door de buigstijfheid van de dwarswapening.  Membraamwerking door de trekstijfheid van de dwarswapening en langswapening. De buigstijfheid van de dwarswapening geeft


Een geotextiele oplossing voor het mobiliteitsprobleem

Figuur 5 Zware belasting op verplaatsbare wegdek.

Figuur 6 Detail wikkelaar met snelwisselsysteem.

het verplaatsbaar wegdek een plaatwerking, die, min of meer onafhankelijk van de onvlakheid van de ondergrond of het gemaakte spoor, aanwezig is. De membraamwerking berust op het feit dat de mat wordt opgespannen zodra deze de vervorming van de ondergrond volgt waardoor de belasting wordt gespreid over een groter oppervlak. Deze opspanning of membraamwerking kan alleen bestaan als de horizontale componenten van de opspankracht kunnen worden opgenomen. Dat wil zeggen: als de mat verankerd is. Omdat de mat niet, zoals bij gewone geotextiel toepassingen, wordt bedekt met een aggregaatlaag, kan hieruit geen verankering worden ontleend. De verankering wordt bij de verplaatsbare weg ontleend aan wrijving met de ondergrond, waarbij de wielen van het passerende voertuig de mat op de ondergrond drukken en zo voor de nodige bovenbelasting zorgen. In de dwarsrichting leveren de verenstalen pennen ook nog een buigstijfheid, waardoor ook het geotextiel, dat niet door de auto belast wordt, een bijdrage levert aan de belastingspreiding. Om maximaal resultaat te behalen is het aan te bevelen om de mat als geheel op te spannen om de lastspreiding te optimaliseren. Dit is met het oog op de ondergrondse infrastructuur aanwezig langs de rijkswegen het best te doen door de afzonderlijke secties onderling te koppelen en het geheel aan begin en eind

door middel van ballast te zekeren. Op deze manier wordt voorkomen dat er schade ontstaat aan de ondergrondse kabels en leidingen door het inslaan van palen of andere ankers. Deze ballast zal in de praktijk het voertuig van de weginspecteur of de verkeersregelaar zijn, die altijd bij een groot incident waarbij het verplaatsbaar wegdek wordt ingezet aanwezig zal zijn.

Materiaal Om de hierboven beschreven werking te mogelijk te maken wordt er gewerkt met een geweven product dat vervaardigd is uit polypropyleen garens gecombineerd met staaldraden in lengterichting. Dit weefsel wordt in dwarsrichting verstevigd door middel van verenstalen pennen. De standaard afmetingen zijn 4 meter breed en 25 meter lang. Hierbij worden de rollen op een speciale kern gewikkeld, die eenvoudig door een shovel met wikkelaar opgepakt en uitgewisseld kunnen worden. Door het meeweven van het staaldraad is het mogelijk om het verplaatsbaar wegdek aanzienlijk op te spannen. De maximale treksterkte ligt in de buurt van de 800 kN/m1. Om het systeem toepasbaar te maken voor inzet buiten Europa is het vervaardigd van garens met speciale additieven die het materiaal geschikt maken voor inzet in alle voorkomende klimaat zones. De wikkelaar is uitgerust met een snelwisselsysteem en is zodanig ontworpen dat de machinist de mogelijkheid heeft om het op en afwikkelen

Figuur 7 Mobiele airstrip.

van de matten hydraulisch te sturen zodat dit gecontroleerd kan worden uitgevoerd.

Spin off Het verplaatsbaar wegdek wordt momenteel klaargemaakt om in te zetten bij het groot onderhoud aan olie- en gaspijpleidingen in de onherbergzame gebieden in SiberiĂŤ. Naast het verplaatsbaar wegdek zijn er momenteel ook de mobiele airstrip, voor lichte en/of onbemande vliegtuigen en het mobiele heliplatform, in ontwikkeling. Deze twee zijn om hulporganisaties zoals de Verenigde Naties, Unicef e.d. hulp te bieden in onherbergzame gebieden bij de distributie van voedsel, medicijnen en andere goederen en diensten. 

GEOkunst â&#x20AC;&#x201C; juli 2009

63


Profile for Uitgeverij Educom

Geotechniek juli 2009  

Dertiende jaargang nummer 3 juli 2009 Onafhankelijk vakblad voor het Geotechnische werkveld

Geotechniek juli 2009  

Dertiende jaargang nummer 3 juli 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