__MAIN_TEXT__
feature-image

Page 1

75 JAAR

an m f is ie us Bu 009 cl in g n 2 rli ng ve ezi Ke l

GEOTECHNIEKDAG 2009 THEMA-UITGAVE BAANBREKEND 13 E J A A R G A N G

NUMMER 5

NOVEMBER 2009


Bouwkundige verzakking?

Van de redactie

Voor u ligt de speciale uitgave van het blad Geotechniek in het kader van de Geotechniekdag 2009. Het doet ons genoegen dit blad op de dag zelf te kunnen uitbrengen, hetgeen mede mogelijk gemaakt wordt door de latere datum, waardoor er meer tijd beschikbaar is ten opzichte van het oktobernummer. We zijn erg blij dat we alle presentaties van deze dag in het blad hebben kunnen verwerken. Zoals altijd heeft de Geotechniekdag weer een bijzonder thema. Deze keer is dat: ‘baanbrekende’ ontwikkelingen in de geotechniek. Een zeer ambitieus thema, hetgeen een spannende dag belooft. Sinds 1918 wordt er in Nederland onderzoek verricht in de geotechniek. Door de afschuiving van de spoordijk bij Weesp, op vrijdag 13 (!) september in dat jaar, is ons vakgebied via de media van toen onder de aandacht gebracht. Sinds die tijd zijn er uiteraard genoeg ontwikkelingen te melden. Wat de laatste zijn, leest u onder meer in deze uitgave. De treinramp was de aanleiding voor het eerste systematische onderzoek in de geotechniek. Enige tijd later, in 1934, werd door Keverling Buisman (1890) het Laboratorium voor GrondMechanica (LGM) opgericht. Hij wordt beschouwd als de grondlegger van de grondmechanica in Nederland. Keverling Buisman ontwikkelde mee aan de eerste Nederlandse celproeven, de sondering en de Begemannboring. Al op het eerste congres van de internationale grondmechanici (toen nog SMFE, nu ISSMGE) in 1936 werd door prof. Ir. Keverling Buisman een belangrijk aandeel in de publicaties geleverd. Zijn boek ‘Grondmechanica’ uit 1940 neemt een belangrijke plaats in de geschiedenis van de Nederlandse grondmechanica in. De naam van Keverling Buisman komt op de Geotechniekdag terug in de vorm van een speciale lezing. Daarnaast wordt een prijs met zijn naam uitgereikt aan diegene die de beste geotechnische publicatie van 2009 heeft geschreven. Naast LGM is er nog een jubilaris te melden: de KIVI/NIRIA afdeling Geotechniek bestaat 60 jaar! Dit heuglijke feit zal echter op een later tijdstip uitgebreid aan de orde komen. Ook nu weer veel leesplezier met deze uitgave toegewenst! Namens de redactie en uitgever, Roel Brouwer

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 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

Geopolymeric innovations

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

2

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 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 Nummer 5 jaargang 13 Thema-uitgave november 2009 Geotechniek is een informatief/promotioneel onafhankelijk vaktijdschrift dat beoogt kennis en ervaring uit te wisselen, inzicht te

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 Stationsplein 45, A6.016 3013 AK 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

bevorderen en belangstelling voor het gehele geotechnische vakgebied te kweken. Uitgever/bladmanager Uitgeverij Educom BV, R.P.H. Diederiks Redactieraad Alboom, ir. G. van

Kant, ing. M. de

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

Kooistra, mw. ir. A

Brassinga, ing. H.E.

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

Steenbrink, ing. R.

Diederiks, R.P.H.

Thooft, dr. ir. K.

Eijgenraam, ir. A.A.

Veenstra, ing. R.

Graaf, ing. H.C. van de

Vos, mw. ir. M. de

Haasnoot, ir. J.K.

Wibbens, G.

Jonker, ing. A. Redactie Brassinga, ing. H.E.

Korff, mw. ir. M.

Brouwer, ir. J.W.R.

Thooft, dr. ir. K.

Diederiks, R.P.H. Kant, ing. M. de Lezersservice Adresmutaties doorgeven via ons e-mailadres: info@uitgeverijeducom.nl

© Copyrights Uitgeverij Educom BV - november 2009

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

Niets uit deze uitgave mag worden geproduceerd door middel van boekdruk, foto-offset, fotokopie, microfilm of welke andere methode dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. © ISSN 1386 - 2758 GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

3


Speciaal katern Keverling Buisman

8

22 28

14 Brussel, aanpassing uitvoeringstechnieken aan de stedelijke omgeving

De Nederlandse CUR Ontwerprichtlijn voor Paalmatrassystemen

Introductie Prof. Ir. A.S. Keverling Buisman

Ir. Geert Versweyveld

Ir. Suzanne van Eekelen

Prof.dr.ir. Arnold Verruijt

Projectleider Burg. Bouwkunde (Jan de Nul NV, Adjunct-projectdirecteur (THV Leophat)

Voorzitter CUR commissie C159-B: Ontwerprichtlijn Paalmatrassystemen

Deltares en TU Delft

De nieuwe spoorwegtunnel Schuman-Josaphat wordt gebouwd in het hartje van de Europese wijk van Brussel. Het tracé van de tunnel kruist bestaande constructies van diverse aard: kantoorgebouwen, bestaande tunnel en historische woningen. De randvoorwaarden van toegankelijkheid en hinder t.o.v. de omgeving zijn bovendien stringent. Dit maakt dat bij de bouw van deze tunnel diverse speciale uitvoeringstechnieken aangewend worden. Deze voordracht zet uiteen hoe de uitvoeringstechnieken aangepast werden aan de omstandigheden.

De Nederlandse Ontwerprichtlijn Paalmatrassystemen neemt belangrijke delen over van de Duitse EBGEO en past randvoorwaarden en veiligheidsfilosofie aan aan de Nederlandse situatie. Metingen in de Houtenspoorlijn, de N210 en de Kyotoweg ondersteunen de nieuwe richtlijn.

Voordracht ter ere van Keverling Buisman (18901944), de Nederlandse pionier van de grondmechanica, en vanwege het 60-jarig jubileum van de KIVI-Geotechniek. Ter sprake komen de historie van de grondmechanica in Nederland, karakteristieke onzekerheden in het vakgebied en hoe daarmee om te gaan, en de maatschappelijke waarde van duurzaamheid in en van het vakgebied.

4

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

Grondlegger van de grondmechanica in Nederland

Over onzekerheid en duurzaamheid in de geotechniek

Prof.dr.ir. Frans Barends

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


Inhoud

38

44 48

40 Leren van geotechnisch Diepwandtechniek opnieuw onder de loep falen: iets wat u allen aangaat!

Complexe bouwput met soil-mix en mega-jet in het stadscentrum van Kortrijk

Funderingen voor waterwerken in de Arabische Golf

Ir. Dik-Gert Mans

Ir. Jan van Dalen

Eddy Willems

Ing. Cees van Oosterom

Voorzitter CUR-commissie C163 ‘Leren van geotechnisch falen’

Rapporteur CUR-commissie C174/COB-commissie T114 ‘Diepwanden’

Smet F&C NV, Projectleider Speciale Funderingstechnieken

Project Manager, BAM Infraconsult

In het project ‘Leren van geotechnisch falen’ zijn 6 cases onderzocht. In een cross-case analyse zijn deze met elkaar vergeleken om structurele oorzaken zichtbaar te maken. Dit biedt aanknopingspunten voor verbetering.

Diepwandtechniek werd in Nederland tot voor kort gezien als ‘Beproefde techniek’. Recente ervaringen met bouwputten in de grote steden leren echter dat er risico’s zijn. Wat is er aan de hand? Zijn we de in de jaren ‘70 en ‘80 opgedane kennis vergeten of moet er kennis worden ontwikkeld? Aan beide aspecten wordt momenteel gewerkt: In CUR/COB verband wordt een ’state of the art’rapport over ontwerp en uitvoering van diepwanden geschreven en bovendien vindt er wetenschappelijk onderzoek plaats naar de kritische proces-parameters tijdens het maken van diepwanden. Een lezing over de laatste inzichten.

Complexe bouwput met soil-mix en mega-jet in het stadscentrum van Kortrijk. Temidden van geklasseerde gevels wordt een bouwput met vier ondergrondse bouwlagen en een autolift uitgevoerd met soil-mix wanden tot in de klei ter realisatie van een waterdichte kuip. De uitgraving gebeurt in stross. De aanpalende gebouwen worden onderschoeid door middel van jetgrouting. De kolombelasting bedraagt in tijdelijke situaties tot 5300 kN. Een waterpeilverlaging in de omgeving is niet toegestaan.

Velen zullen wellicht bij de Arabische Golf denken aan zand, zand en nog eens zand. Maar dat is zeker niet het geval. Andere grondslag, zoals gesteente van zeer zwak tot hard, kalkhoudend zand, gips, koraal (caprock) en dergelijke komen voor en vragen om hele andere funderings- en uitvoeringstechnieken dan men doorgaans in Nederland toepast. In deze voordracht zal aandacht worden besteed aan de grondsoorten en gesteenten die men in de Arabische Golf kan aantreffen, de typische eigenschappen hiervan, hoe deze ondergrond het constructieve ontwerp kan beïnvloeden en wat dat betekent voor de uitvoeringsmethode.

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

5


i.p.v. drukwerk


Er zijn leukere zaken om je geld aan uit te geven dan aan drukwerk. Maar u kunt niet zonder. En áls het moet: dan goed! Uitgeverij Educom staat al meer dan 20 jaar voor kwaliteit, service en aantrekkelijke tarieven. Of het nu gaat om een huisstijl, nieuwsbrief, brochure of handelsdrukwerk. Wij bereiken ‘meer voor minder’. En met die besparingen kunt u dan iets leuks doen.

Uitgeverij Educom BV

 Personeels- en relatiemagazines

Rotterdam

 Mediacommunicatie

Tel. 010 - 425 6544

 Beurzen en evenementen

www.uitgeverijeducom.nl

 Advies op marketing-, huisstijl- en identiteitsgebied  Websites: concept / bouw / beheer  Drukwerkorders: concept / druk / distributie


Ir. G. Versweyveld Projectleider Burgerlijke Bouwkunde Jan de Nul NV Adjunct-projectdirecteur THV Leophat

Samenvatting De nieuwe spoorwegtunnel SchumanJosaphat wordt gebouwd in het hartje van de Europese wijk van Brussel. Het tracé van de tunnel kruist bestaande constructies van diverse aard: kantoorgebouwen, een bestaande tunnel en historische woningen. De randvoorwaarden van toegankelijkheid en hinder t.o.v. de omgeving zijn bovendien stringent. Dit maakt dat bij de bouw van deze tunnel diverse speciale uitvoeringstechnieken aangewend worden. In dit artikel wordt bondig toegelicht hoe de uitvoeringstechnieken aangepast werden aan de omstandigheden.

Figuur 1 Galerij in uitvoering.

Spoorwegtunnel Schuman-Josaphat in hartje Brussel

Aanpassing uitvoeringstechnieken aan de stedelijke omgeving Meiser

Brussel-Schuman Merode

Brussel-Luxemburg

Mouterij L 161

L 26

Etterbeek Delta

Arcaden

Watermaal

Figuur 2 Schematische situering tunnelproject.

8

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

De beheerder van de Belgische spoorweginfrastructuur, Infrabel, heeft een plan in uitvoering gebracht om het spoorwegnet uit te breiden in de wijde omgeving van Brussel, Gewestelijk Express Net genaamd. Dit ten behoeve van het woon-werkverkeer, en in de hoop daarmee een deel van het fileleed op de weg op te lossen. Een van de belangrijke schakels in het plan bestaat uit de verbinding van 2 bestaande spoorweglijnen in het centrum van Brussel – de lijnen 161 en 26, gelegen in het hartje van de Europese wijk (figuur 2 ). Dit project, ’spoorverbinding Schuman-Josaphat’ genaamd, heeft een waarde van € 210.000.000 en werd in mei 2008 gegund aan de Tijdelijke Handelsvereniging Leophat, samengesteld uit Jan de Nul NV, Cei-demeyer, Galere, Wayss & Freitag en Franki Foundations Group. De werken dienen afgerond te zijn in de loop van juni 2012. Voor dit project treden Beliris en Infrabel gezamenlijk op als bouwheer. Het aanbestedingsontwerp werd opgesteld door

de THV Bagon-SGI (eerste deel) en Grontmij (tweede deel). De uitvoeringsstudie wordt door de aannemer uitgewerkt. De verbinding tussen beide lijnen gebeurt door middel van een tunnel van circa 2 km lang. Het tracé van die tunnel kruist diverse bestaande constructies en structuren, die voor een goed begrip verder gebundeld worden in drie items: Gebouweneiland Archimedes, Kortenbergtunnel en Huizeneiland Plasky (figuur 3). Door de complexiteit van de kruisingen, en door de onmogelijkheid om grote bouwputten aan de oppervlakte te maken, werd voor de bouw van deze tunnel geopteerd voor een aantal speciale technieken, die we hier verder zullen toelichten. Geologisch gezien bevindt de nieuwe tunnel zich quasi integraal in de zandsteenhoudende fijnkorrelige zandlagen van het Lediaan en het Brusseliaan. De zone van de werken is gekend voor de aanwezigheid van oude zandsteenontgin-


Figuur 3 Overzichtsplan tunneltracé.

Figuur 4 Grondplan passage onder Gebouweneiland Archimedes.

Figuur 5 Realisatie van micropalen.

ningen in de ondergrond. Uit deze kleine oude mijngangen en holtes werden de bouwstenen voor de historische gebouwen van Brussel gedolven. Uiteraard vormen deze bestaande gangen een gevaar voor instortingen en zettingen tijdens de werken. Over het algemeen zijn de zanden dichtgepakt, doch plaatselijk komen ook ontkalkte zones voor beperkte samenhang. In het vervolg van de tekst wordt het tracé van de nieuwe tunnel overlopen en worden de particulariteiten van dit project nader toegelicht.

Gebouweneiland Archimedes (figuur 4) Het tracé start bij de onderdoorgang van Gebouweneiland Archimedes. Dit bestaat uit 6 kantoorgebouwen van een tiental bouwlagen (2 à 3 ondergronds), waaronder de ambassades van Portugal, Nederland en Oostenrijk. De gebouwen zijn gefundeerd op staal. De afstand tussen het te realiseren tunneldak en de funderingszolen van de gebouwen is 0,5 à 2,5 m. De toelaatbare zettingen tijdens de werken zijn beperkt tot 5 mm (waarschuwings-

peil) en 10 mm (alarmpeil). Om dit te monitoren werd een automatisch, online consulteerbaar waterpassysteem geïnstalleerd in de kelders van de gebouwen. Slechts 2 van de 6 kelders zijn voor de werken toegankelijk, zij het erg beperkt. Daarom werd geopteerd voor een aantal speciale technieken. Daar waar de tunnel op zeer korte afstand onder de bestaande funderingen passeert (< 1,5 m) worden in de kelders micropalen gerealiseerd. D.m.v. een structuur bestaand uit stalen liggers, klemkragen in beton en tijdelijke vijzels wordt de draagstructuur van de bestaande gebouwen overgebracht op de micropalen. De tijdelijke vijzels maken compensatie van zettingen mogelijk tijdens de bouwfase. Eenmaal dit gerealiseerd, worden vanuit de kelder de tunnelwanden handmatig uitgegraven d.m.v. de techniek van beschoeide sleuven, met een breedte van 1,05 m tot een diepte van circa 15 m. Na plaatsing van de wapening worden de sleuven gebetonneerd. Vervolgens wordt tussen de micropalen uitgegraven tot het niveau

Figuur 6 Typesnede passage onder Gebouweneiland Archimedes.

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

9


Figuur 7 Dwarsdoorsnede deel onder Kortenberglaan.

In een volgende fase word de tunnelsectie in stross uitgegraven onder het tunneldak en wordt de vloerplaat gerealiseerd. Hierbij worden ook de micropalen afgebroken (figuur 5).

Figuur 9 Typesnede overgang ArchimedesKortenbergtunnel.

onderzijde tunneldak en wordt het tunneldak gebetonneerd. Hierbij worden alle bestaande funderingszolen afgebroken. Tenslotte wordt een direct contact gerealiseerd tussen de bestaande draagstructuur en het tunneldak d.m.v. definitieve platte vijzels, geplaatst in paar.

10

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

Daar waar de tunnel op grotere afstand onder de bestaande funderingen loopt (1,5 à 2,5 m), wordt gebruikt gemaakt van de galerij-techniek (figuur 6). Vanuit 2 fronten worden hoofdgalerijen met sectie B 2,6 x H 2,6 m handmatig uitgegraven, volgens de langszin van de tunnel (figuur 1). Deze hoofdgalerijen situeren zich aan beide zijkanten van de dwarssectie, ter hoogte van het tunneldak Vervolgens worden tussen beide hoofdgalerijen dwarsgalerijen van B 1,5 x H 1,8 m handmatig uitgegraven, gewapend en gebetonneerd. Deze worden onderling in langszin verbonden d.m.v. schroefmoffen en vormen zo het tunneldak. Vanuit de langsgalerijen worden eveneens beschoeide sleuven B 1,05 m gegraven die na betonneren de wanden van de toekomstige spoortunnel zullen vormen.

Figuur 8 Betonneren van een beschoeide sleuf.

Wanneer deze operatie afgelopen is, wordt de tunnelsectie in stross uitgegraven en de vloerplaat gerealiseerd. In deze zone wordt de zettingscompensatie op diverse manieren uitgevoerd, afhankelijk van de geometrie van de bestaande funderingen en de beschikbare hoogte tussen tunneldak en fundering. Zo worden plaatselijk consolidatieinjecties uitgevoerd, d.m.v. horizontaal geboorde TAM’s onder bepaalde funderingen. Elders worden galerijen plaatselijk verhoogd tot aan de funderingszool en worden vanuit de galerij vijzels geplaatst tussen de zool en het toekomstige tunneldak. Grondwater wordt slechts in dit deel van de tunnel tegengekomen, met name in de onderste meters van de nieuwe tunnelwand. Daartoe wordt een bemaling d.m.v. dieptebronnen geïnstalleerd. De aard van de ondergrond, en de historische voorbelasting die hij onderging, maken echter het gevaar voor zettingen t.g.v. de bemaling zeer klein.


Aanpassing van de uitvoeringstechnieken aan de stedelijke omgeving

Onder de bestaande Kortenbergtunnel Eenmaal het Gebouweneiland Archimedes voorbij, loopt de nieuwe tunnel onder de Kortenberglaan, meer bepaald onder de wegtunnel die zich daar al bevindt. De bestaande wegtunnel dateert uit de jaren â&#x20AC;&#x2DC;80. Hij werd gebouwd door middel van de wandendak methode. De wanden bestaan eveneens uit beschoeide sleuven. De nieuwe tunnel situeert zich binnen de steek van de bestaande beschoeide sleuven (figuur 7). In eerste instantie wordt vanuit een strossgat, gelegen in de bestaande wegtunnel, de bestaande vloerplaat ondergraven (stross-fase 1) en wordt het nieuwe tunneldak gebouwd op volle grond. Vervolgens wordt de tweede stross-fase uitgegraven onder het nieuwe tunneldak, tot circa halve hoogte van de toekomstige tunnel. Vanop dat niveau worden de wanden van de nieuwe tunnel gebouwd, opnieuw onder de vorm van beschoeide sleuven (figuur 8). Op de beschoeide sleuven wordt een kroonbalk en steunmuur gebouwd om de verbinding te maken van de dakplaat. Hierbij wordt ook een verbinding gerealiseerd met de bestaande tunnelwand, zodat de lasten van de bestaande tunnel overgedragen worden naar de nieuwe. Om de zetting van de bestaande tunnel te beperken wordt gewerkt in fases van maximaal 6 m lang. Dat betekent dat over deze lengte zowel beschoeide sleuven, als kroonbalk en steunmuur gerealiseerd moeten worden alvorens de naast-

liggende sectie aangevat mag worden. Op die manier wordt het gewicht van de bestaande tunnel zo snel mogelijk overgedragen op de nieuwe en wordt het risico op zakking van de bestaande tunnel door ontspanning van de fundering ervan geminimaliseerd. Tenslotte wordt de derde stross-fase uitgegraven en wordt de nieuwe tunnelvloer gebouwd. Complexer wordt het ter hoogte van de overgang tussen Gebouweneiland Archimedes en de bestaande wegtunnel (figuur 9). Daar moet immers ingebroken worden in de bestaande tunnelwand. Daartoe wordt opnieuw de techniek van galerijen aangewend. In eerste instantie wordt gefaseerd een opening van circa 2x2 m in de bestaande tunnelwand geschoten vanuit de strossfase. Deze opening dient als aanzet van de dwarsgalerijen die loodrecht op de tunnelas gegraven worden en zo de draagbalken van de nieuwe tunneldak zullen vormen. Aan het uiteinde van de dwarsgalerij wordt de nieuwe tunnelwand gebouwd, onder de vorm van een beschoeide sleuf. Tussen de dwarsgalerij en de bestaande tunnelwand worden platte vijzels geplaatst om de lasten van de bestaande tunnel zettingsvrij over te brengen naar het nieuwe tunneldak. Eenmaal de vijzel op spanning, kan de naastliggende dwarsgalerij aangevat worden.

Figuur 10 Grondplan passage onder Huizeneiland Plasky.

Onder het Huizeneiland Plasky De laatste sectie van de nieuwe tunnel maakt de verbinding met de bestaande lijn 26, die zich op deze plaats ook in een tunnel bevindt (figuur 10 en 11). Die bestaande tunnel werd gebouw rond 1920. Hij heeft een halfcirkelvormige sectie en is gebouwd in ongewapend beton. Destijds werd hij eveneens via galerij-techniek gebouwd, wat maakt dat in de bestaande tunnel veel stortnaden aanwezig zijn. Daardoor wordt de aansluiting op de bestaande tunnel een delicate aangelegenheid. Allereerst wordt het dak van de nieuw tunnel gebouwd boven dat van de bestaande. Hiervoor wordt de techniek van het buizendak aangewend. Vanuit een centrale werkput worden twee stalen buizen diameter 3000 mm ingeperst d.m.v. TBM-techniek, en dit in de langse zin van de tunnel. De langse persingen situeren zich aan elke uiteinde van het dak, in dwarssectie beschouwd. De centrale werkput is aan de oppervlakte slechts zichtbaar onder de vorm van een schacht van 8 bij 8 m. Ondergronds meet de put echter circa 30 bij 8 m. De overbreedte t.o.v. de schacht wordt gerealiseerd d.m.v. galerijen en beschoeide sleuven. Vanuit de stalen buizen worden vervolgens de tunnelwanden gebouwd d.m.v. beschoeide sleuven, met breedtes tussen 1,40 en 1,80 m

Figuur 11 Typesnede passage onder Huizeneiland Plasky.

GEOtechniek â&#x20AC;&#x201C; Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

11


Vanuit die zelfde stalen buizen worden eveneens dwarsboringen uitgevoerd, van langse buis naar langse buis. Het betreft betonnen buizen dia. 1600 mm die ingeperst worden d.m.v. open front-techniek. Op de plaats waar de oude en de nieuwe tunnel naast elkaar lopen is de overspanning te groot om nog met een buizendak te kunnen werken. Daar worden de dwarse verbindingen dan ook gemaakt d.m.v. galerijen B 1,80 m x H 2,20 m. Eenmaal de structuur van de nieuwe tunnel over de oude gemaakt is, en de oude tunnel daardoor ontlast werd, wordt de ruimte tussen de nieuwe en de bestaande tunnel gedeeltelijk uitgegraven. Vervolgens worden onder de bestaande tunnel stempelbalken gebouwd, opnieuw onder de vorm van galerijen, die de twee nieuwe tunnelwanden met elkaar verbinden. Wanneer dit alles gebouwd is, kan de bestaande tunnel volledig vrijgegraven en gefaseerd afgebroken worden. Dit gedeelte van de nieuwe tunnel loopt onder residentiële bebouwing. Het betreft namelijk woningen van rond 1900, bestaande uit een 5-tal bouwlagen. Het tunneldak bevindt zich circa 4 m onder de kelders van deze woningen.

Figuur 12 Grondplan Compensation Grouting.

12

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

Als grenswaarde voor absolute zettingen wordt hier 20 mm gehanteerd. De differentiële zetting dient beperkt te worden tot 1/1000 (waarschuwingspeil) en 1/500 (alarmpeil). Om de zettingen in dit gedeelte te compenseren, wordt Compensation Grouting toegepast vanuit 2 werkputten in de middenberm van de Plaskylaan. Vanuit de werkputten worden injectiebuizen horizontaal ingeboord in waaiervorm, met een onderlinge tussenafstand van maximaal 1,60 m. De injectiebuizen bevinden zich circa 2,5 m onder het niveau van de kelders (figuur 12). Na het boren van de TAM’s worden voorinjecties uitgevoerd in opeenvolgende fases. In eerste instantie wordt grout geïnjecteerd met de bedoeling om de horizontale spanningen in de ondergrond groter te maken dan de vertikale (prestressing-fase). Vervolgens wordt opnieuw geïnjecteerd om een horizontaal scheurvlak ter hoogte van de TAM’s te creëren en wordt de grond boven de TAM’s lichtjes opgedrukt (preheaving-fase). Eenmaal dit doorlopen, is het systeem operationeel en kan ingegrepen worden telkens zettingen in de woningen vastgesteld worden boven de grenswaarde. Bij elke interventie worden de

zettingen gecompenseerd door het heffen van de grond tussen de injectielaag en de woningen. Dit door middel van gerichte groutinjecties. Het systeem van Compensation grouting wordt gestuurd door een meetsysteem op basis van automatische waterpassing dat in de kelders van de bestaande woningen geïnstalleerd wordt. De metingen zijn online beschikbaar. Tijdens de prestressing en preheaving fase wordt een relatie vastgelegd tussen de geïnjecteerde hoeveelheden per injectiepoort en de respons van de bovenliggende structuur. Hiervoor wordt gespecialiseerde software gebruikt. Wanneer tijdens de tunnelwerken zettingen vastgesteld worden op een bepaalde plaats kan dan ook zeer gericht opgetreden worden. Op dat moment zal de software aanduiden vanuit welke injectiepoorten hoeveel grout geïnjecteerd moeten worden om de gewenste heffing te bekomen. Met deze verzameling van speciale technieken is het toch mogelijk om een nieuwe spoortunnel te bouwen in een zeer druk gedeelte van de stad waar al veel infrastructuur aanwezig is. Hierbij is de hinder aan de oppervlakte minimaal. Bovendien zijn de gehanteerde technieken aangepast aan de specifieke aard van de ondergrond. 


Jan De Nul Group, is wereldspeler in de civiele bouwsector, in de bagger- en maritieme sector en in de milieusector. Zowel in ontwerp- als in uitvoeringsfase wordende sleutelactiviteiten binnen deze pijlers doorde eigen ingenieurs en met eigen materieel uitgevoerd. Door de combinatie van die verschillende activiteiten en de drie pijlers kan Jan De Nul Group een totaalpakket aanbiedenen grootschalige projecten van begin tot einde afwerken.

ONDERNEMINGEN JAN DE NUL N.V. Tragel 60 I 9308 Hofstade-Aalst I BelgiĂŤ T +32 53 731 711 I F +32 53 781 760 info@jandenul.com I www.jandenul.com


Suzanne van Eekelen. Voorzitter CUR commissie C159-B ‘Ontwerprichtlijn Paalmatrassystemen’, Deltares, TU Delft

Samenvatting De nieuwe Nederlandse Ontwerprichtlijn voor paalmatrassystemen is eind 2009 beschikbaar en vervangt CUR publicatie 2002-7. De ontwerpmethode bevat eisen, randvoorwaarden en rekenregels voor het ontwerp van de matraswapening en de palen. Voor de matraswapening zijn de ontwerpregels grotendeels overgenomen van de Duitse EBGEO, met aanpassingen en aanvullingen voor de Nederlandse situatie. Zo wordt er een Nederlandse set van partiële factoren

Figuur 1 De CUR Ontwerprichtlijn voor paalmatrassen verschijnt eind 2009.

gegeven, en een tabel om verkeersbelasting te bepalen. Bij het palenontwerp wordt onderscheid gemaakt tussen een paalmatras

De Nederlandse CUR Ontwerprichtlijn voor Paalmatrassystemen Inleiding Vanaf eind 2009 is de nieuwe Nederlandse Ontwerprichtlijn voor paalmatrassystemen beschikbaar in de vorm van een CUR publicatie. Deze vervangt CUR publicatie 2002-7. De nieuwe ontwerprichtlijn geeft eisen, randvoorwaarden en rekenmethoden voor het ontwerp van de matraswapening en de palen. Ook aanleg en beheer worden beschreven. De ontwerpmethode van de matraswapening wordt grotendeels overgenomen van de Duitse EBGEO (hoofdstuk 9). Aanvullingen en aanpassingen maken de methode geschikt voor de

Dimensionering geokunststoffen paalmatras

Uitgangspunten en randvoorwaarden, oa keuze:  hoh afstand palen  afmetingen paaldeksels  verkeersbelasting m.b.v. tabel 3  geokunststof (type/sterkte)  aanname rek en stijfheid geokunststof (m.b.v. isochrone curven)

Nederlandse situatie. De keuze voor de EBGEO is onder meer gebaseerd op veldmetingen in de N210, de Kyotoweg en de spoorlijn in Houten alsmede op vergelijking met numerieke EEM berekeningen (van Eekelen et al., 2009).

Paalmatrassen Een paalmatras is een matras van granulair materiaal dat onderin is gewapend met een geokunststof en rust op een veld van palen. Nederland heeft al zeker twintig paalmatrassen. Recente voorbeelden zijn de 14 km lange N210 in de Krimpenerwaard, een paalmatras onder land-

Bereken trekkracht en rek in geokunststof  met Nederlandse partiële veiligheidsfactoren (tabel 1)  voor constructiefase-UGT en gebruiksfase UGT en BGT:  trekkracht en rek t.g.v. verticale belasting met boogwerking volgens EBGEO (= trekkracht // wegas)  trekkracht t.g.v. horizontale

dat geheel door de palen wordt gedragen, en een systeem waarbij de slappe ondergrond blijft meedragen. Momenten in palen worden bepaald met een eindige elementenprogramma, waarbij scheurvorming soms kan worden geaccepteerd. De keuzes binnen de Nederlandse ontwerprichtlijn worden onder meer gebaseerd op veldmetingen in de N210, de Kyotoweg en de spoorbaan bij Houten.

hoofden bij de A2-verbreding bij Beesd en de spoorlijn bij station Houten.

EBGEO aangepast aan Nederlandse omstandigheden De ontwerpmethode voor de geokunststof matraswapening is analytisch. Hij wordt overgenomen van de Duitse EBGEO, met enkele aanpassingen en toevoegingen voor de Nederlandse situatie. De keuze voor de EBGEO is ondermeer gemaakt op basis van veldmetingen, waarover verderop in deze publicatie meer.

Toets:  trekkracht < sterkte  rekken < eisen rek en  rek ≈ aangenomen rek  ontwerp optimaal?

voldoet niet voldoet Ontwerp geokunststof matraswapening gereed

spreidkrachten

_

 trekkracht l wegas: neem som van deze twee krachten Figuur 2

14

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009


Parameter

RC1

RC2

RC3

γQ;dyn

1,05

1,10

1,20

Interne wrijvingshoek tan ϕ (˚)

γm;ϕ

1,15

1,15

1,15

Volumieke massa γ

γm;γ

0,90

0,85

0,80

Beddingsconstante k (kN/m3)

γm;κ

1,30

1,30

1,30

Axiale stijfheid geokunststof EA (kN/m')

γm;E

1,00

1,00

1,00

Sterkte geokunststof (kN/m')

γm;T

1,25

1,30

1,40

*

*

*

Verkeersbelasting p (kN/m2)

(kN/m3)

Reductie i.v.m. dynamische belasting*

κ

*Als de verkeersbelasting groter is dan de statische belasting, dan krijgt de κ een grotere waarde dan 1,0 (Heitz, 2006), waardoor de vereiste treksterkte van de geokunststof wapening groter wordt. De κ wordt afgelezen uit grafieken op basis van de statische en dynamische belasting en de frequentie.

Tabel 1 Partiële belastings- en materiaalfactoren voor ontwerp matraswapening.

Figuur 2 laat het ontwerpproces van de matraswapening zien. Het EBGEO rekenhart gaat uit van boogwerking. Dat betekent dat de verticale belasting in de aardebaan deels horizontaal naar de palen wordt getrokken. Er ontstaan als het ware ‘bogen’ in de aardebaan. Het gewicht van het granulaat onder de ‘bogen’ moet worden gedragen door de geokunststof wapening, die onderin de aardebaan wordt aangebracht. EBGEO rekent niet met een harde ‘boog’, maar met ’schalen’ met een verschillende straal (figuur 3). Hierdoor verloopt de overgang van ‘onder de boog’ naar ‘boven de boog’ geleidelijk. Eén toevoeging en twee aanpassingen aan de Nederlandse situatie worden hier apart besproken: de verkeersbelasting, de veiligheidsfilosofie en de randvoorwaarden.

De verkeersbelasting De drie aslasten van een maatgevende vrachtwagen moeten worden omgerekend naar een gelijkmatig verdeelde verkeersbelasting. Dat gebeurt als volgt:  een aslast wordt verondersteld te spreiden conform Boussinesq. Dit is gevalideerd met numerieke berekeningen,  de belasting spreidt over een spreidingshoogte (aardebaanhoogte H) van wegdek tot aan het wapeningsniveau,  voor de verharde bovenlaag mag een extra spreidingshoogte worden gerekend,  de drie aslasten komen elkaar vanaf een bepaalde diepte 'tegen' en worden dan gesuperponeerd,  binnen één grid van vier palen wordt de maximale mogelijke belasting gemiddeld.

Tabel 2 Faalkans (pf) en betrouwbaarheidsindex β, zoals geëist in de Eurocode.

Tabel 3 Verkeersbelasting p [kN/m2] voor een 600 tons vrachtwagen (drie assen, aslast 200 ton). Andere aslasten gaan naar rato. Samenvatting van uitgebreidere tabel uit de ontwerprichtlijn.

Veiligheids- Paalmatras klasse Eurocode Eurocode

β

pf

Geokunststof wapening bepaald met foutenboom β pf

RC1

3,3

4,8E-04

3,5

2,0E-04

RC2

3,8

7,2E-05

4,0

3,5E-05

RC3

4,3

8,5E-06

4,5

4,0E-06

Hart-op-hart afstand palen

1.5 x 1.5 m2

2.0 x 2.5 x 2.0 m2 2.5 m2

1.0 m

61.3

51.3

44.8

2.0 m

33.7

30.0

27.8

3.0 m

21.1

19.8

19.0

Spreidingshoogte (= aardebaanhoogte)

Dit resulteert in een tabel die de verkeersbelastingen geeft, afhankelijk van maximale aslast, spreidingshoogte H, en hart op hart afstand s van de palen. Tabel 3 laat een deel van deze tabel zien. Voor treinbelastingen wordt verwezen naar het ProRail document OVS00056-7.1.

Veiligheidsfilosofie Duitsland werkt met een overall veiligheidsfactoren-benadering (eerst rekenen, dan de factoren). Nederland is gewend aan een set van partiële materiaal- en belastingsfactoren (eerst factoren, dan rekenen). Voor de Nederlandse ontwerprichtlijn is daarom een set van factoren ontworpen, (tabel 1). Met een foutenboom en een MonteCarlo analyse is aangetoond dat deze set van factoren voldoet aan de betrouwbaarheid die wordt geëist in de Eurocode (tabel 2). Figuur 4 laat zien dat de nieuwe Nederlandse set van partiële factoren niet helemaal dezelfde resultaten geeft als EBGEO. De betrouwbaarheid die de Eurocode eist wordt echter gehaald, en dus is deze set van factoren voldoende veilig.

Figuur 3 3D Boogwerking met het ’schalenmodel’ van EBGEO. Bron: Zaeske, 2001, blz. 90

Randvoorwaarden Nederland is vlak. Daarom heeft Nederland behoefte aan dunne aardebanen. Die behoefte bestaat in Duitsland niet. Het bleek mogelijk om de Duitse eis voor minimale aardebaandikte op te rekken, zie figuur 6. De Duitsers eisen een minimale aarde- baandikte H die gelijk is aan de diagonale dagmaat, onze Nederlandse norm eist 66% daarvan. Hierbij wordt de voorwaarde gesteld dat de verkeersbelasting kleiner moet blijven dan de statische belasting (eigen gewicht van de constructie boven de geokunststof-

Figuur 4 Verschil tussen de Duitse en de Nederlandse veiligheidsfilosofie (Lastfall 1, EBGEO) en RC2 (Nederlands/Eurocode). Boogwerkingsreductie niet meegenomen.

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

15


wapening). Zo niet, dan wordt de boogwerking gereduceerd, zodat de vereiste treksterkte van de wapening groter wordt. Dit gebeurt met het κ-model van Heitz (2006).

Ontwerp palen Het paalontwerp kan traditioneel worden uitgevoerd. Eventueel zijn optimalisaties mogelijk. Twee constructietypen worden onderscheiden. 1. Zettingsvrij. De palen worden zo ontworpen dat alle belasting via de palen naar de ondergrond wordt overgebracht. De palen ondergaan hooguit een zeer geringe zetting. Ze worden ontworpen met de gebruikelijke ontwerpregels (NEN 6743 ed.) en de gebruikelijke factoren (anders dus dan die van de matraswapening!). Hierbij wordt de matras aangemerkt als een slappe (niet-stijve) constructie. Soms zal de slappe ondergrond tussen de palen de matras blijvend ondersteunen. Dat kan bijvoorbeeld zijn als de ondergrond is voorbelast. Dit mag dan in rekening worden gebracht (met

Paal

Interactie

Ondergrond

Interactie-veer

een beddingsconstante) en levert een lichter ontwerp op voor de geokunststof wapening. Een zettingsberekening moet aantonen dat het verantwoord is om die blijvende ondersteuning in rekening te brengen. 2. Zettingsreducerend. De palen worden zo ontworpen dat de ondergrond tussen de palen blijvend meedraagt. Hiervoor is het noodzakelijk dat de palen enigszins zakken. In deze situatie kan zonder negatieve kleef worden gerekend. De ontwerprichtlijn geeft handvaten om de draagkracht van de palen interactief te bepalen ('interactiemodel'). Dit is een numerieke berekening. De rest van de belasting wordt dan gedragen door de ondergrond. In deze situatie zal de ondergrond tussen de palen de matras altijd blijven ondersteunen. Het ‘interactiemodel’ is een elastisch-plastisch verenmodel (figuur 5). Een paal en de omliggende grond worden gemodelleerd als twee axiaal belaste kolommen. Multi-lineaire veren modelleren de interactie tussen paal en slappe ondergrond. De samendrukking van de ondergrond kan worden bepaald volgens een één- dimensionale zettingsberekening, bijvoorbeeld op basis van de methode Koppejan. De veerstijfheid van de paal is elastisch. Het model is iteratief. Op de bovenste knopen wordt de verschilzetting tussen maaiveld en paalkop opgelegd. Horizontale belastingen op palen en omgeving kunnen worden veroorzaakt door verkeer (remmen, vetergang), door asymmetrie (bijvoorbeeld een ophoging naast paalmatras), bochten in wegen of door spreidkrachten (bij een hoge

aardebaan). Dit geeft momenten in de palen die, gegeven de optredende normaaldrukspanning, moeten worden opgenomen door de paal. Voor houten palen moet de optredende buigtrekspanning daarom getoetst worden aan de toelaatbare buigtrekspanning van het hout. Voor gewapende betonpalen kan de wapening worden afgestemd op de optredende momenten. Dit is begrotelijk zodat het loont om de momenten zorgvuldig te berekenen. Dit kan alleen met een eindige elementen berekening. Vaak worden er net boven het Pleistoceen diepgelegen paalmomenten berekend. Wapening op die diepte is erg kostbaar. De ontwerprichtlijn geeft voorwaarden waaronder het mogelijk is enige scheurvorming op deze diepte te accepteren. Het belangrijkste is dat de twee delen van de paal niet significant ten opzichte van elkaar mogen verschuiven.

Vervormingen Het voorspellen van de vervormingen van het wegdek boven een paalmatras gaat het beste met een eindige elementenberekening. De ontwerprichtlijn werkt echter ook een analytische methode uit (figuur 7). Deze methode is een 3Duitbreiding van de methode van Peck (1969), waarbij de zakkingen tussen iedere vier palen worden gespreid volgens een Gauss verdeling en vervolgens worden gesuperponeerd.

Uitvoering, beheer en onderhoud De ontwerprichtlijn beschrijft onder meer hoe de geokunststof wapening in diverse situaties dient

Figuur 7 Vervorming van het wegdek, vergelijking van de methode van Peck (uitgebreid naar 3D) en de methode Britse norm BS8006.

Figuur 5 Interactiemodel om wrijvingspalen voor een zettingsreducerende constructie te berekenen.

sx a (diameter

paaldeksel)

s

sy

Figuur 6 De minimale aardebaandikte is 66% van de diagonale dagmaat: H≥0,66(s-a).

Figuur 8 Belastingsverdeling in een paalmatras, definitie van A, B en C, locatie drukopnemers om A en A+B te meten in de Kyotoweg, in Houten en in de N210.

Houten en Kyotoweg

Pressure CellA

A

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

A

B B C

A

B B C

Pressure CellA+B

Houten en Kyotoweg

16

A

C

B B C

Pressure CellA+B N210

C

C


De Nederlandse CUR Ontwerprichtlijn voor Paalmatrassystemen

te worden gelegd en hoe overgangen naar traditionele aardebanen of kunstwerken kunnen worden uitgevoerd. Een voordeel van een paalmatras is dat het onderhoud van de constructie beperkt blijft. Voor bestaande, nieuwe of toekomstige kabels en leidingen worden suggesties gedaan. Voor het doorvoeren van toekomstige kabels en/of leidingen worden vaak op regelmatige tussenafstanden loze mantelbuizen aangebracht.

Figuur 9 Belastingsverdeling onder de spoorlijn in Houten, voorspelling en metingen (Van Duijnen en Van Eekelen, 2009 en 2010).

Veldmetingen De keuze om grote delen van de EBGEO over te nemen is mede gebaseerd op het vergelijken van voorspellingen met veldmetingen. Voor het vergelijken van berekeningen en metingen definiĂŤren we eerst hoe de belasting in een paalmatras wordt verdeeld in de belastingsdelen A, B en C, (figuur 8) A. gaat direct naar de palen; B. gaat via de geokunststof matraswapening naar de palen; C. rust op de ondergrond. Figuur 9 tot en met figuur 11 vergelijken de voorspelling van EBGEO met de metingen in Houten, de N210 en de Kyotoweg. Respectievelijk Van Duijnen en Van Eekelen (2009 en 2010), Haring et al (2008), Van Eekelen en Bezuijen (2008) en Van Eekelen et al. (2010) rapporteren over deze veldmetingen. Alle metingen laten meer ondergrondondersteuning (C) zien dan voorspeld. De metingen gaan echter slechts over enkele maanden tot enkele jaren, terwijl de ondersteuning best minder kan worden in de loop der jaren. Belastingsdeel B bepaalt direct de trekkracht in de matraswapening en is daarom een belangrijke meting. De gemeten B is 25-40-73% van de EBGEO-voorspelling, dat is aan de veilige kant, maar wel redelijk van dezelfde orde van grootte. De Britse BS8006-voorspelling van figuur 11 is veel te hoog, zoals altijd bij de Britse methode voor een dunne aardebaan. De rekken onder de spoorweg zijn 30% van de EBGEO-rekken, terwijl de rekken in de N210 veel hoger zijn dan voorspeld. Mogelijk zijn de rekmetingen in de N210 verstoord doordat de wapening is geĂŻnstalleerd op de rulle aarde die tussen de paaldeksels was aangebracht. De N210 laat tussen de paaldeksels veel hogere rekken zien dan bovenop de paaldeksels.

Figuur 10 Belastingsverdeling in de N210, voorspelling en metingen (Haring et al, 2008 en Van Eekelen et al, 2010).

Figuur 11 Belastingsverdeling in de Kyotoweg, voorspelling en metingen (van Eekelen en Bezuijen, 2008 en Van Eekelen et al. 2010).

Dankwoord De ontwikkeling van de CUR Ontwerprichtlijn voor paalmatrassystemen zou niet mogelijk zijn geweest, en de meetdata zou niet beschikbaar zijn geweest zonder de samenwerking met en de steun van verschillende partijen.

GEOtechniek â&#x20AC;&#x201C; Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

17


Dit waren onder meer: Arthe Civil & Structure, Ballast Nedam, Bataafse Alliantie, Breijn, Colbond, CRUX Engineering, CUR Bouw&Infra, Delft Cluster, Deltares, Rijkswaterstaat -DVS, Eerland Bouwstoffen, Fugro, Grontmij, GWR, Huesker Synthetic, Kantakun, Movares, ProRail, Royal Haskoning, Tencate Geosynthetics, Tensar, Van Biezen Heipalen, Vlam Consult, Voskamp Business Consultancy, Voorbij Funderingstechniek. 

Referenties  Duijnen, Piet van, Eekelen, Suzanne van, Eerste paalmatras onder spoorbaan in Nederland. Overgangsconstructie zonder onderhoud? Geokunst oktober 2009, pag. 60-65.  Duijnen, Piet van, Eekelen, Suzanne van, J.M. van, 2010, Holland’s first railway on a piled embankment, design against monitoring, wordt gepubliceerd in de proceedings van 9ICG, 9ICG, Brazilië, 2010.  Eekelen, S.J.M. van, Bezuijen, A., Duijnen, P. van, Jansen, H.L., Piled embankments using geosynthetic reinforcement in the Netherlands: design, monitoring & evaluation, Proceedings of 17th ICSMGE 2009 - Session 2B,

18

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

oktober 2009, Alexandrië, Egypte.  Eekelen, Suzanne van en Bezuijen, Adam, Op weg naar een Nederlandse ontwerprichtlijn voor paalmatrassen 2, vergelijking ontwerpmodellen met veldmetingen aan de Kyotoweg, GeoKunst oktober 2008, blz 58-62.  Eekelen, Suzanne van, Jansen, Hein, Duijnen, Piet van, Kant, Martin de, Dalen, Jan van, Brugman, Marijn, Stoel, Almer van der, Peters, Marco (2010). The Dutch Design Guideline for Piled Embankments, wordt gepubliceerd in de proceedings van 9ICG, nr. 120, Brazilië, 2010.  Eekelen, Suzanne van, Bezuijen, Adam and Alexiew, Dimiter (2010), The Kyoto Road, monitoring a piled embankment, comparing 31/2 years of measurements with design calculations, wordt gepubliceerd in de proceedings van 9ICG, nr. 461, Brazilië, 2010.  Haring, W., Profittlich, M. & Hangen, H Reconstruction of the national road N210 Bergambacht to Krimpen a.d. IJssel, nl: design approach, construction experiences and measurement results, 4th European Geosynthetics Conference, September 2008, Edinburgh, UK.  Heitz, C., 2006, Bodengewölbe unter ruhender

und nichtruhender Belastung bei Berücksichtigung von Bewehrungseinlagen aus Geogittern. Schriftenreihe Geotechnik, Uni Kassel, Heft 19, November 2006.  Love, Jerry and Milligan, George 2003, Design methods for basally reinforced pilesupported embankments over soft ground, Ground Engineering, March 2003.  Peck, R.B. (1969), Deep excavations and tunnelling in soft ground, Proceedings 7th International Conference Soil Mechanics and Foundation Engineering, Mexico City, pag. 225-290.  Zaeske, D., 2001, Zur Wirkungsweise von unbewehrten und bewehrten mineralischen Tragschichten über pfahlartigen Gründungselementen. Schriftenreihe Geotechnik, Uni Kassel, Heft 10, februari 2001.  CUR 2002-7, Gewapende granulaatmatras op palen, Toepassing, ontwerp- en uitvoeringsaspecten, Gouda 2002, ISBN 903760 262 2.  CUR 2009-C159-B, Ontwerprichtlijn paalmatrassystemen.  OVS00056-7.1 Ontwerpvoorschrift Baanlichaam en Geotechniek, Prorail, versie 002, 24-07-2006.


NIEU

W

Adv. VNU

2-3 DECEMBER 2009

JAARBEURS UTRECHT CONGRES EN VAKBEURS ONDER ÉÉN DAK HÉT PLATFORM VOOR GEOPRODUCTEN, TOEPASSINGEN EN DIENSTEN IN NEDERLAND

W W W. G E O I N F O X C H A N G E . N L HOOFD MEDIAPARTNERS

MEDIAPARTNER

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

19


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


13 E J A A R G A N G NUMMER 5

Bijlage

NOVEMBER 2009

Keverling Buisman Lezing 2009


Prof. Dr. Ir. Arnold Verruijt Emeritus hoogleraar TUDelft

Inleiding Als de grondlegger van het vakgebied van de Grondmechanica in Nederland geldt algemeen Prof.ir. A.S. Keverling Buisman. In dit artikel wordt een kort overzicht gegeven van zijn leven en werken, met de nadruk op zijn bijdragen aan de ontwikkeling van het vakgebied.

Figuur 1 Het spoorwegongeluk bij Weesp, 1918.

Prof. Ir. A.S. Keverling Buisman

Grondlegger van de grondmechanica in Nederland Albert Sybrandus Keverling Buisman werd geboren op 2 november 1890, in Neder-Hardinxveld, en bezocht de HBS in Dordrecht. Het gezin verhuisde later naar Maassluis, waar zijn vader directeur van het postkantoor was. Hij ging Weg- en Waterbouwkunde studeren in Delft aan de Technische Hogeschool, een studie die hij gedeeltelijk bekostigde door bijlessen te geven. Hij reisde per trein vanuit Maassluis naar Delft heen en weer, en was een ijverig en goed student, want reeds op 7 juli 1912, op 21-jarige leeftijd, behaalde hij het diploma van civiel ingenieur. Van de groep van 33 jonge civiel ingenieurs die op die dag het diploma kregen was hij de beste, en de enige die met lof afstudeerde. Na zijn afstuderen trad Keverling Buisman in dienst bij de ‘Hollandsche Maatschappy tot het maken van werken in Gewapend Beton’ (later de HBG, de Hollandse Beton Groep), en huwde de jonge vrouw die hij in de trein van Maassluis naar Delft had ontmoet, en op wie hij een eerste indruk maakte door zijn galante optreden. Samen vertrokken ze in 1914 voor de HBG naar het toenmalige Nederlandsch Indië. Hij was daar betrokken bij vele en diverse bouwactiviteiten in Tandjong Priok, maar bracht ook menig advies uit voor projecten in andere delen van de Archipel.

22

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

Veel van zijn werk had toen al betrekking op funderingen en grond. Hij ontwikkelde bijvoorbeeld een (betonnen) kleefpaal, bedoeld om in kleiachtige gronden een groot draagvermogen te ontwikkelen, door een stervormige doorsnede, zodat de omtrek relatief groot was ten opzichte van het oppervlak. Bij het ontwerp van een fundering voor een loods in Tandjong Priok besefte hij dat de zakkingen van de kolommen ongelijkmatig zouden zijn, wat heel nadelig voor de krachtswerking in de constructie zou zijn. Hij schreef daarom voor dat deze kolommen later nog opgevijzeld zouden moeten kunnen worden, een techniek die ook heden ten dage nog veelvuldig wordt toegepast. Hij maakte ook berekeningen van de stabiliteit van een kademuur in Belawan, met behulp van de theorie van Coulomb, met een veilige waarde voor de wrijvingshoek van de grond, waarvoor hij een waarde nam iets kleiner dan de geobserveerde helling van het natuurlijk talud. Dat zou je tegenwoordig gewoon een goede grondmechanische berekening noemen, met de sterkte van de grond bepaald uit een proef, maar voor die tijd was het een originele combinatie van experimentele gegevens over de sterkte en een statische berekening. In 1918 kwam het echtpaar Buisman naar

Nederland terug, waar hij in 1919, op 29-jarige leeftijd, benoemd werd tot hoogleraar aan de Technische Hogeschool te Delft. Juist op dat moment ontstond er een grote behoefte aan verbetering van inzicht en kennis op het gebied van het gedrag van grond, door een tragisch spoorwegongeval nabij Weesp, op 13 september 1918. Keverling Buisman raakte betrokken bij het onderzoek naar de oorzaken van die ramp, en het was in dat kader dat hij zijn bijzondere gaven verder kon ontwikkelen. Voor Nederland is dat het begin van de grondmechanica als vakgebied.

Grondmechanica Tot in de jaren twintig van de vorige eeuw was van een vakgebied grondmechanica nog geen sprake, terwijl toch de basiselementen reeds lang bekend waren. Toepassingen van de mechanica op constructies van hout, beton en staal waren al behoorlijk ver ontwikkeld. De basis voor de toegepaste mechanica wordt gevormd door algemeen erkende principes als de wet van behoud van massa, de bewegingswetten van Newton, zoals die door Cauchy en anderen waren gegeneraliseerd voor continua, en de elasticiteitswet van Hooke, die stelt dat de vervormingen evenredig zijn met de spanningen, wat voor de klassieke bouwmaterialen ook een behoorlijk goede benadering is. Voor praktische toepassingen waren er


voor veel constructies relatief eenvoudige technieken ontwikkeld: bijvoorbeeld voor vakwerken op basis van de aanname dat er alleen normaalkrachten worden overgedragen. Voor balken en voor raamwerken was op basis van de aanname dat vlakke normaaldoorsneden bij vervormingen vlak blijven de zogenaamde balktheorie ontwikkeld, die het mogelijk maakte om op grond van het evenwicht de inwendige spanningsverdeling in een balk te bepalen, als het buigend moment bekend was, en ook dat was in veel gevallen vooral een probleem van statica. Voor de bepaling van de spanningen en vervormingen in continue elastische materialen, zoals grond, waren ook wel enige theoretische resultaten beschikbaar, vooral door het werk van Boussinesq, maar dat was van een wiskundig nogal complex karakter. En bovendien besefte men al snel dat de aanname van een lineair verband tussen spanningen en vervormingen voor grond niet realistisch was. Weliswaar bestond voor het bezwijken van grondmassieven ook al een theorie, van Coulomb uit 1776, maar het was niet goed duidelijk wat de relatie daarvan met de elastische theorie was, en hoe je sterkte kon invoeren in statische berekeningen. Er was dan ook een behoorlijke verwarring onder civiel ingenieurs over de aanpak van problemen uit de mechanica van grond. Daarbij kwam nog dat grond in de meeste gevallen uit (tenminste) twee fasen bestaat: korrels of deeltjes die tezamen een poreus materiaal vormen, en een vloeistof, meestal water, in de poriën. Dat water kan nog door het poreuze materiaal stromen, ten gevolge van afwijkingen in de hydrostatische druk, volgens een experimentele wet die in 1854 door Darcy, de stadsingenieur van Dijon, was gevonden. Maar voor de

verdeling van de spanningen in de grond over de twee fasen was nog geen aanpak beschikbaar.

Begin van de Grondmechanica Er was in het begin van de twintigste eeuw niet alleen een grote behoefte aan theoretische beschouwingen, maar ook aan correlatie van theoretisch werk aan proeven op echte grond, in het laboratorium of in het terrein. Die behoefte ontstond door de veelheid aan problemen waarbij men gehinderd werd door een gebrek aan inzicht in het gedrag van funderingen en grondlichamen. Belangrijk theoretisch werk is in de eerste helft van de twintigste eeuw verricht door Karl Terzaghi, een in Praag geboren ingenieur, die aanvankelijk hoogleraar was in Wenen, maar die in 1938 naar de USA vertrok om hoogleraar aan Harvard University te worden. Hij wordt algemeen gezien als de belangrijkste grondlegger van het vak Grondmechanica. Maar ook Nederlandse ingenieurs speelden in de beginfase van het vak een grote rol. Een belangrijke stimulans werd geleverd door het reeds genoemde spoorwegongeluk bij Weesp in 1918, waarbij de trein van Utrecht naar Amsterdam plotseling verongelukte door afschuiving van de spoordijk bij de brug over het Merwedekanaal. De onderzoekscommissie onder leiding van de oud-minister van Waterstaat dr.ir. C. Lely kwam tot de conclusie dat de belangrijkste oorzaak was geweest dat het grondwater in het dijklichaam te hoog was geweest, door een gemakkelijke toevoer van water uit het kanaal, door uitzonderlijk hoge regenval, en doordat drainage steeds moeilijker was geworden door samendrukking van de slappe lagen onder het zandlichaam van de dijk. Er werden diverse praktische aanbevelingen gedaan, onder andere tot verbetering van de drainage, en vermindering van de mogelijkheden van toestroming van water uit het Merwede-

kanaal. Bij de discussies naar aanleiding van het verslag van de commissie bleek echter ook dat er een groot gebrek was aan kennis van de grondmechanica, en daarom stelde het Koninklijk Instituut van Ingenieurs een nieuwe commissie in, de ‘Commissie voor Bouwgrondonderzoek’, weer onder voorzitterschap van Lely, en met als een van de leden A.S. Keverling Buisman, de net benoemde Delftse hoogleraar. Deze werd zelf voorzitter van de subcommissie ‘ter bestudering van de theoretische vraagstukken betreffende het draagvermogen van bouwgrond’. In andere landen (USA, Zweden, Duitsland) werden in diezelfde tijd soortgelijke studiecommissies ingesteld, ook naar aanleiding van ernstige ongelukken. Buisman en zijn commissie kwamen tot het inzicht dat het vooral ontbrak aan een systematisch onderzoek naar de ‘wetmatigheden die de vervormingen in de grond beheersen’, en naar de inpassing daarvan in de mechanica. Een belangrijke stimulans werd geleverd door het in 1925 verschenen boek van Karl Terzaghi, ‘Erdbaumechanik auf bodenphysikalischer Grundlage’. Keverling Buisman had daar grote bewondering voor. Het werk van de in diverse landen bestaande commissies werd daardoor naar zijn mening ‘op het tweede plan gesteld’. De splitsing van de spanningen in waterspanningen en effectieve spanningen werd door Terzaghi aangegeven, evenals een aantal basisprincipes van het vervormingsgedrag van grond, zoals het verschillende gedrag bij samendrukking en bij afschuiving. Met behulp van de principes die Terzaghi had aangegeven concentreerde Buisman zich, naast de bestudering en ontwikkeling van de theorie, vooral op de ontwikkeling van apparatuur om de grondeigenschappen te kunnen meten, op de beschrijving van de gevonden

Vervormng

Tijd

Figuur 2 Seculair effect.

Figuur 3 Warmtetransport met warmtelek.

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

23


proefresultaten, eventueel door middel van nietlineaire formules, en op het inpassen van die beschrijving in ontwerpen. Geld om apparatuur te kopen of te bouwen had de hogeschool niet, en daarom werd veel van die apparatuur uit eigen middelen betaald, en opgesteld in zijn huis in Den Haag, met behulp van meccano-onderdelen, fietswielen, en uiteraard water en zand. Pas in 1931 kwam er in het Gebouw voor Weg- en Waterbouwkunde aan het Oostplantsoen in Delft enige ruimte beschikbaar voor een laboratorium. Dat voorzag in een grote behoefte, ook bij overheid en bedrijfsleven, en daarom werd in 1934 dat laboratorium verzelfstandigd, tot ‘Laboratorium voor Grondmechanica’ (thans onderdeel van Deltares). Op die manier kon het geven van adviezen aan de bouwpraktijk worden gescheiden van de universitaire taken, en konden inkomsten worden verworven. Keverling Buisman bedong wel dat de hoogleraren van de Technische Hogeschool, en de studenten, gebruik mochten maken van de voorzieningen van het Laboratorium. Het was overigens nog tot 1955 gevestigd in de kelder van het gebouw voor Weg- en Waterbouwkunde, wat de samenwerking erg gemakkelijk maakte.

De ontwikkeling van het vakgebied Grondmechanica ging in de dertiger jaren in Nederland zeer snel, en er waren veel activiteiten. Een weerslag daarvan kan worden gevonden in de pagina’s van De Ingenieur. Keverling Buisman speelde daarbij een belangrijke rol. Niet alleen hield hij zelf regelmatig voordrachten, waarvan dan in De Ingenieur uitvoerige verslagen verschenen, hij gaf ook regelmatig commentaar op artikelen en voordrachten van anderen. Daardoor had zijn werk ook een belangrijke educatieve functie.

Seculair effect Waarschijnlijk het belangrijkste werk van Keverling Buisman op theoretisch gebied is zijn werk op het gebied van de kruip van klei geweest. Terzaghi had in de twintiger jaren zijn consolidatietheorie gepubliceerd, waarin de vertraging van de vervormingen van een kleilaag kunnen worden berekend op grond van de traagheid van het proces van de uitpersing van het poriënwater door de kleine doorlatendheid van de klei. Na afloop van dat proces zijn de waterspanningen tot nul gereduceerd, en zouden er volgens de theorie geen verdere vervormingen zijn. Keverling Buisman geloofde eigenlijk alleen echt wat hij zelf gemeten had, en hij verrichte daarom samendrukkings-proeven op kleimonsters in het laboratorium. Daarbij vond hij dat de

24

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

vervormingen niet tot staan kwamen, maar dat de grond steeds maar meer vervormde, al nam de snelheid van vervormen wel steeds af. Door de proefresultaten op een logaritmische schaal uit te zetten vond hij een rechte lijn, en dat leidde hem tot het voorstellen van de formule (de asymptoot van het gedrag getekend in figuur 2)

ε = εp + εs log(t / t0) waarin t0 een eenheid van tijd is, bijvoorbeeld 1 dag. De grootheid εp noemde hij de directe rek, en εs de seculaire rek (van seculum, Latijn voor eeuw). Hij realiseerde zich dat deze formule voor t ∞ natuurlijk onbruikbaar wordt, omdat dan de rek zo groot zou worden dat de dikte van het monster tot nul wordt gereduceerd, maar, praktisch ingenieur die hij was, zag hij daarin geen bezwaar, redenerende dat na 1000 jaar de seculaire rek nog maar een factor 5.5 maal zo groot was als die na 10 dagen. Later is de formule door sommigen om het onmogelijke gedrag voor oneindig lange tijden toch soms bestreden, totdat de experimentele bevestiging en ook de theoretische rechtvaardiging op grond van de zogenaamde ‘rate theory’ zo sterk werd dat algemene aanvaarding geschiedde, in de jaren zestig. Het grote belang van de zo eenvoudige formule is dat de zakkingen van slappe grond doorgaan, ook als het primaire consolidatieproces, zoals beschreven door Terzaghi’s consolidatietheorie, is afgelopen. Het veronachtzamen van deze seculaire vervormingen kan ernstige consequenties hebben. Het grote vliegveld Kansai Airport bij Osaka, aangelegd op een kunstmatig eiland op een dik pakket van kleilagen, is vele meters meer gezakt dan in het ontwerp voorzien, omdat met seculaire zettingen geen of althans onvoldoende rekening is gehouden. Gebouwen en landhoofden van bruggen zijn inmiddels al eens opgevijzeld, en het eiland zal moeten worden voorzien van dijken. En dat alles omdat men meende dat de zakkingen zouden stoppen na de consolidatiefase, zoals de consolidatietheorie ook suggereert. Interessant is dat het tijdstip van de ontdekking vrij precies kan worden vastgesteld (oktober 1932), omdat er een briefje bewaard gebleven is van Keverling Buisman aan zijn assistent Pesman, waarin hij deze verzoekt de lopende proef nog niet te stoppen, maar nog door te gaan met het doen van waarnemingen omdat hij de indruk had dat de vervormingen nog doorgingen. De algemene erkenning van het logaritmische verloop van de zettingen als functie van de tijd, zoals Buisman dat voorstelde gaat zo ver dat de formule thans is opgenomen in internationale regel-

geving. Ook in computerprogramma’s voor de niet-lineaire (elasto-plastische) berekening van spanningen en vervormingen met de methode der eindige elementen is het logaritmische gedrag volgens Keverling Buisman vaak opgenomen. Dat wordt dan ingebouwd als een plastische vervorming bij alzijdige druk.

Celapparaat Zoals hierboven reeds gesteld was Keverling Buisman zeer sterk in het bepalen van de eigenschappen van grond door beproeving. Daartoe moest nieuwe apparatuur worden ontwikkeld. Hij ontwierp een handig samendrukkingsapparaat, waarin precies een grondmonster paste zoals dat uit een steekbus kwam, en waarmee de zakkingen van een grondmonster afkomstig uit het terrein nauwkeurig konden worden bepaald, en dus de stijfheid van de grond kon worden gemeten, ook al is die afhankelijk van de spanning. Hij ontwikkelde ook een apparaat voor de bepaling van de schuifsterkte van grond, in de vorm van een cel met een rubber vlies waarbinnen het grondmonster moest worden aangebracht, en met de mogelijkheid een extra verticale belasting op het monster aan te brengen, zie figuur 3. Door de druk van het water in de cel geleidelijk te verlagen, door het aftappen van enig water, kan het monster geleidelijk tot op de rand van bezwijken worden gebracht, als de horizontale spanning minimaal wordt. Het fraaie van deze beproevingswijze is dat de volledige spanningstoestand in het monster bekend is, en dat men dus zonder enige verdere aanname de bezwijkspanningen kan bepalen, dit in tegenstelling tot de schuifproef in het zogenaamde schuifapparaat, waarin de horizontale spanning onbekend is. Later, na de tweede wereldoorlog, is het celapparaat in Engeland door Bishop en Henkel verbeterd tot wat thans bekend staat als het triaxiaalapparaat. In wezen is het principe nog steeds hetzelfde, alleen is de apparatuur professioneler uitgevoerd, met een iets andere wijze van aanbrengen van het rubber vlies , en is de proefprocedure wat veranderd, in die zin dat meestal een verticale vervorming wordt opgelegd en de bijbehorende spanning wordt gemeten, maar dat zijn eigenlijk allemaal maar onbelangrijke veranderingen. In het boek ‘Grondmechanica’ van Keverling Buisman uit 1940 worden alle basisprincipes van de celproef al op heldere wijze uiteengezet. Zo wordt bijvoorbeeld ook reeds aandacht besteed aan wat thans ongedraineerde proeven worden genoemd, en wat Buisman snelle celproeven op klei noemde. Hij concludeerde dat men bij dergelijke proeven een wrijvingshoek ongeveer gelijk aan nul zou moeten vinden, en een bijzondere waarde van de schuifsterkte, die vooral


Grondlegger van de grondmechanica in Nederland

bruikbaar is voor snelle belastingen in het terrein. Hij stelde ook dat het eigenlijk niet goed is om die sterkte als cohesie aan te duiden. Dat is precies de redenering die ook nu nog wordt gevolgd, en die sterkte noemt men nu de ongedraineerde schuifsterkte. Hij stelde ook al dat op deze manier een veilige manier van construeren wordt bereikt omdat de korrelspanningen met de tijd alleen maar zullen toenemen, waardoor de sterkte vergroot wordt. En hij beval ook al aan om bij de uitvoering de optredende waterspanningen te meten, omdat daarmee een goed inzicht in het tot ontwikkeling komen van de korrelspanningen kan worden verkregen. Allemaal inzichten die van grote waarde voor de praktische grondmechanica zijn gebleken. In feite kan men in zijn werk ook al de basis vinden van wat thans de observational method wordt genoemd. Uiteraard besteedde het Laboratorium voor Grondmechanica onder de leiding van Keverling Buisman veel aandacht aan het zorgvuldig steken van grondmonsters in het terrein, omdat die monsters nodig waren om de sterkte en de stijfheid in de ontwikkelde apparatuur te bepalen. En ook werd de methode voor het bepalen van het draagvermogen van funderingspalen met behulp van het sondeerapparaat geleidelijk geperfectioneerd, vanaf het eerste handsondeerapparaat, ontwikkeld door Barentsen. Een probleem daarbij was vaak het verkrijgen van de reactiekracht om voldoende druk te kunnen ontwikkelen. Dat vereiste de installatie van een aantal ankers, waardoor de proef nogal lang duurde. Het probleem is later opgelost door vanuit een zware vrachtwagen te sonderen, maar aan een dergelijk gebruik van een dure vrachtwagen durfde men voor 1940 blijkbaar niet te denken.

Spanningsverdelingen In de dertiger jaren is in Nederland een uitgebreide discussie gevoerd over het probleem van de bepaling van de spanningen in een halfoneindige ruimte ten gevolge van een belasting op het oppervlak. Voor het geval van een isotroop lineair elastisch materiaal was daarvoor al in 1885 door Boussinesq een analytische oplossing gegeven. Die oplossing was weliswaar tamelijk eenvoudig van vorm, vooral als men gebruik maakt van poolcoördinaten, maar de afleiding was behoorlijk gecompliceerd, en ook thans is het aantal ingenieurs dat de formules kan afleiden waarschijnlijk nog tamelijk klein. Keverling Buisman had als belangrijkste bezwaar tegen de oplossing van Boussinesq dat ze uitging van een lineair verband tussen spanningen en vervormingen, met een homogene elasticiteitsmodulus E, terwijl hij zelf, met Terzaghi, van mening was dat een logaritmische formule veel beter geschikt

was om experimenteel gevonden resultaten te beschrijven. De voorgestelde formule was, voor het geval van eendimensionale samendrukking,

. waarin p1 de oorspronkelijk aanwezige (druk)spanning in de grond is, p2 de spanning na het aanbrengen van de belasting, en pc en C grondconstanten zijn. Keverling Buisman realiseerde zich dat men voor relatief kleine belastingen kan stellen dat p2 = p1 + ∆ p en dat dan voor kleine waarden van ∆ p de formule reduceert tot , Dit is dan toch weer een lineair verband tussen de rek en de spanningstoename. Blijkbaar gedraagt het materiaal zich toch als het ware lineair elastisch, alleen neemt de schijnbare elasticiteitsmodulus toe met de beginspanning, volgens E = C(p1 + pc). Dat is een eigenschap die goed te begrijpen en te verklaren is, omdat bij hogere beginspanningen de korrels steviger op elkaar worden gedrukt, en dus moeilijker ten opzichte van elkaar kunnen verschuiven. Het betekent ook dat de stijfheid van de grond met de diepte toeneemt, en dat was een uitspraak die overeenkwam met veel ervaringen: zo ondervindt een in de grond gedrukte (of geheide) staaf of paal steeds grotere weerstanden. In de aantekeningen van Keverling Buisman is terug te vinden dat hij de logaritmische samendrukkingswet eigenlijk afleidde uit de veronderstelling dat de stijfheid van de grond evenredig met de heersende spanning is. De uiteindelijke formule, met een constante pc, maakt het ook mogelijk dat voor bepaalde grondsoorten (Keverling Buisman dacht aan klei met zeer hoge capillaire onderspanningen) de schijnbare elasticiteitsmodulus ongeveer constant zou zijn, als pc heel groot zou zijn. Voor dat soort gronden zou de spanningsverdeling volgens Boussinesq dan toch geldig zijn. Het valt ook thans nog niet mee om het overzicht te behouden over wat in de grondmechanica benaderde waarheid is en wat onrealistische aannamen en onbruikbare resultaten zijn. Buisman ontwikkelde een benaderingsberekening voor de spanningen en vervormingen in een grondmassief ten gevolge van een puntlast of een belasting op een ronde plaat, uitgaande van zijn geliefde aanname dat de stijfheid van de grond lineair met de diepte toeneemt, en verder aannemende dat een halve bol onder de belasting gelijkmatig zakt, een ad hoc aanname die handig was in de afleiding. Hij vond daarbij dat de zakking van een belaste plaat op een halfoneindig massief onafhankelijk is van de straal

van de plaat (in tegenstelling tot de lineair elastische oplossing, waarbij de stijfheid afneemt met de straal van de plaat). Daarmee zou dan het begrip beddingsconstante ‘in eere worden hersteld’. Een uitspraak die veel later (in 1967) door Gibson op strikt mathematische wijze is afgeleid, tot grote verrassing van veel grondmechanische specialisten, althans van degenen die Buisman’s boek niet goed kennen. De discussie die in Nederland over dit onderwerp werd gevoerd werd nog verder gecompliceerd doordat Fröhlich, een in Den Haag gevestigde raadgevend ingenieur van Oostenrijkse komaf (en de latere opvolger van Terzaghi in Wenen), een aantal berekeningsresultaten presenteerde die gebaseerd waren op een speciale eigenschap van de oplossing van Boussinesq, namelijk dat de spanningstoestand uitgedrukt in poolcoördinaten, voor het geval dat de dwarscontractiecoëfficiënt gelijk is aan 0.5, alleen bestaat uit radiale normaalspanningen. Fröhlich presenteerde variaties op die oplossing met een geringere laterale spreiding, die dan geldig zouden zijn voor materialen waarvan de elasticiteitsmodulus met de diepte toeneemt. Later is bewezen dat ook sommige van die oplossingen volledig correct zijn, mits de waarde van de dwarscontractiecoëfficiënt ook wordt aangepast. De discussie was tamelijk fel en verward, al bleven de heren onder elkaar natuurlijk zeer beleefd. Sommigen trokken de geldigheid van Fröhlich’s formules echter in twijfel, omdat de spanningsverdeling niet aan de compatibiliteitsvergelijking zou voldoen (en thans weten we dat dat in het algemeen ook zo is), anderen meenden dat het eigenlijk helemaal geen zin had om spanningen in een zo grillig materiaal als grond te willen berekenen. Keverling Buisman zelf, de leider van de discussie, concludeerde tenslotte als wijs man dat elke theorie haar zwakke punten heeft, en dat in de langzame ontwikkelingsgang van de grondmechanica hopelijk alle hiaten en onvolkomenheden geleidelijk zouden worden weggenomen. Hij zag in dat de ontwikkeling van de grondmechanica nog vele jaren zou vergen. Dat proces is ook nu nog niet ten einde.

Leerboek Grondmechanica In de jaren 1937 tot 1939 werkte Keverling Buisman aan zijn leerboek ‘Grondmechanica’, dat was bedoeld als vierde deel in de serie Leerboeken der Toegepaste Mechanica, waarvan de eerste drie delen werden verzorgd door Prof.ir. J. Klopper. Hij nam de proefdrukken mee naar Nederlandsch Indië toen hij daar in 1939 voor een tijdelijk verblijf naar toe ging. De correcties heeft hij nog naar Nederland kunnen ver-

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

25


recties heeft hij nog naar Nederland kunnen versturen, maar door de bezetting van Nederland door Duitsland zijn daarna verdere contacten verbroken. In Nederland is het boek van Buisman in 1940 uitgegeven, bij Waltman, en velen koesteren hun exemplaar ervan . In Nederlandsch Indië is in 1941 een ‘nooduitgave’ verschenen, met hulp van het Bandoengsch Technische Hogeschoolfonds, met een aantal aanvullingen betreffende tropische grondsoorten, en met allemaal nieuwe tekeningen, omdat de cliché’s bij Waltman lagen. Men kan slechts grote bewondering hebben voor deze prestatie, die in moeilijke omstandigheden en in korte tijd tot stand kwam. Tijdens de Japanse bezetting werd Keverling Buisman in 1943 geïnterneerd. In het kamp werd hij ernstig ziek, en hij overleed op 20 februari 1944. Zijn vrouw keerde in 1946 naar Nederland terug. De drie kinderen, een zoon en twee dochters, waren verspreid geraakt over de wereld, maar kwamen na de oorlog ook naar Nederland terug. Van Mourik Broekman, naaste collega van Keverling Buisman in Delft, memoreerde in 1948, bij de opening van de internationale conferentie in Rotterdam, dat zijn collega’s en vrienden, die zo hadden uitgezien naar hernieuwde samenwerking met Buisman, troost konden vinden in de gedachte dat het werk in zijn geest zou worden voortgezet.

this kind might be held in Holland, if Holland desires to invite the conference’. Dat excellente werk kwam tot uiting in het grote aantal publicaties van Nederlandse auteurs in de Proceedings van het eerste congres, waaronder een aantal zeer belangrijke, zoals die van Keverling Buisman over ‘Long Duration Settlement Tests’, waarin zijn seculaire zettingen werden gepresenteerd, en een van het Laboratorium voor Grondmechanica over de verschillende beschikbare testfaciliteiten, waaronder het celapparaat. Na afloop van de conferentie, waarbij van Nederlandse kant helaas alleen ir. J.L.A. Cuperus van de Nederlandse Spoorwegen aanwezig was (voor de anderen waren de reiskosten vermoedelijk te hoog), schreef Terzaghi, die tot eerste President van de nieuwe International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering was benoemd, lovende woorden aan Keverling Buisman en aan Van Mourik Broekman over de Nederlandse bijdragen aan de conferentie, met het verzoek inderdaad de volgende conferentie te organiseren. Overigens kenden Terzaghi en Keverling Buisman elkaar goed, onder andere

doorgaan. Ook dit is een zeer belangrijke bijdrage aan de grondmechanica, die in sommige andere landen pas veel later, vaak na grote schades, is doorgedrongen. Zijn betekenis voor het onderwijs, aan TU Delft en andere instituten, is zeer groot geweest, vooral omdat hij het eerste Nederlandse leerboek over Grondmechanica schreef. Dat boek bevat een groot aantal belangrijke originele elementen (de celproef, het seculair effect, de niet-lineaire stijfheid van grond) die pas veel later internationaal erkenning hebben gevonden, wellicht mede door de publicatie in het Nederlands en door zijn vroegtijdig overlijden.

Herinneringen De naam van Keverling Buisman wordt in de Nederlandse geotechnische wereld onder andere hoog gehouden door de periodieke Keverling Buisman lezing van de Afdeling Geotechniek van het Koninklijk Instituut van Ingenieurs. Sinds 2009 worden door deze Afdeling ook jaarlijks prijzen voor de beste publicaties uitgereikt onder de naam Keverling Buisman Prijs. Zijn beeltenis is te vinden bij de ingang van Deltares (het vroegere LGM of GeoDelft), en in de hal van het Laboratorium voor Geotechniek van de TUDelft. Aardig is ook dat het bureau waaraan hij bij LGM werkte bewaard is gebleven.

Betekenis Dat de beoefening van de grondmechanica in Nederland omstreeks 1940 relatief op een hoog peil stond wordt goed geïllustreerd doordat het tweede Internationale Congres over Grondmechanica en Funderingstechniek in 1948 in Rotterdam werd gehouden. Tijdens het eerste Internationale Congres, in Cambridge (USA) in 1936, was al besloten dat het tweede congres in Nederland plaats zou vinden. De tweede wereldoorlog maakte het onmogelijk dat in 1940 te doen, en het werd pas in 1948 gehouden, in Rotterdam. De secretaris van dat congres was Ir. W.C. van Mierlo, die later nog met enige trots vertelde dat het congres ook financieel een succes was : het Laboratorium voor Grondmechanica had van de winst een eigen dia-projector kunnen kopen. De toewijzing van het tweede congres aan Nederland was een gevolg van de algemene erkenning dat in Nederland belangrijk werk op het gebied van de grondmechanica en funderingstechniek werd verricht. Aan het eind van die eerste conferentie in Cambridge stelde Carlton S. Proctor, voorzitter van het Committee on Resolutions, ‘it has been thought that because of the excellent work being done, a conference of

26

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

Figuur 4 Het bureau van Keverling Buisman.

door bezoeken van Terzaghi aan Delft. De betekenis van Keverling Buisman voor de Grondmechanica is dat hij de eerste was die op basis van uit proeven vastgesteld gedrag de verbanden tussen spanning, vervorming en tijd afleidde, en met behulp daarvan dan de analyse van stabiliteit en vervormingen verrichtte. Hij heeft, samen met een aantal buitenlandse collega’s, de grondmechanica als aparte tak van wetenschap ontwikkeld, en er verschillende van de belangrijkste basisprincipes van beschreven. Hij bedacht voor de bepaling van de bezwijktoestand van grond de beproevingsmethode van grondmonsters in een cel, waarbij de volledige spanningstoestand kan worden ingesteld, en de bezwijktoestand dus nauwkeurig kan worden vastgesteld. Een zeer belangrijke bijdrage, die ten grondslag ligt aan alle thans gebruikte triaxiaalapparaten. Hij introduceerde de kruipvervormingen in de samendrukking van slappe gronden, waarbij de zettingen vele eeuwen

Dat is later gebruikt door Prof. Geuze, Dr. Begemann en Prof. Nieuwenhuis. Via deze laatste is het tenslotte beland in kamer 4.94 van het gebouw voor Civiele Techniek en Technische Aardwetenschappen in Delft, bij een overdracht op 11 december 2008, in het bijzijn van een kleinzoon en een kleindochter van Keverling Buisman. Het technisch archief van Keverling Buisman wordt bewaard bij Deltares, na aanvankelijk op verzoek van mevrouw Keverling Buisman beheerd te zijn door ir. T.K. Huizinga, de eerste directeur van het LGM. Het archief is geordend door ir. T. Tjebbes, en door de familie Keverling Buisman in 1994 aan de directie van het huidige Deltares overgedragen. Het bevat diverse publicaties, rapporten, correspondentie, collegedictaten en correspondentie. 

Literatuur – A.S. Keverling Buisman, Grondmechanica, Waltman, Delft, 1940. – W.C. van Mierlo, 40-jarig bestaan Laboratorium voor Grondmechanica, De Ingenieur, Jrg. 86, nr. 6, p. 101-106, 1974. – A. Verruijt, A.S. Keverling Buisman, Delfts Goud, TUDelft, 2002.


ADVIES geotechniek geohydrologie milieutechniek VELDONDERZOEKEN sonderen (milieu)boren landmeten akoestische paalcontrole

N I E UW !

SO NDE R E N OP HET SPOOR I N N OVATI E F E N E FFICI Ë NT

H

oogveld Sonderingen sondeert nu ook op het spoor. Een speciaal voertuig van twee meter breed is uitgevoerd met spoorwielen en wordt aangedreven door kunststof tracks. Hierdoor zullen geen beschadigingen aan het spoor ontstaan. Door een uniek op- en aflaadsysteem kan het voertuig overal op het spoor worden afgeladen.

Het speciale voertuig heeft een standaard sondeeruitrusting. Daardoor is er geen tijdsverlies in het opbouwen van ingewikkelde constructies op of langs het spoor. Het voertuig weegt 14 ton en kan zonder extra reactiekracht sonderen tot grote dieptes. Hoogveld Sonderingen staat bekend om het sonderen op alle soorten terreinen,

mogelijk gemaakt door een diversiteit aan materieel. Voor meer informatie en foto’s over het dienstenaanbod en specialisaties, kijk op www.sondeerwagen.nl: • Sonderen op het spoor • Sonderen op het water • Sonderen in kleine ruimtes • Sonderen op moeilijk bereikbare terreinen • Overzicht sondeermaterieel

LABORATORIUM traxiaalproeven samendrukkingsproeven Hoogveld is ISO 9001:2000, VCA* en BRL SIKB 2000 gecertificeerd.

Heeft u vragen? Wilt u meer informatie of een vrijblijvende offerte? Wij staan u graag te woord.

Het Wendelgoor 13, 7604 PJ Almelo Postbus 3, 7640 AA Wierden Tel. 0546 - 671031 Fax 0546 - 671131 info@sondeerwagen.nl www.sondeerwagen.nl


Prof Dr Ir Frans B J Barends Lid wetenschapsraad Deltares en hoogleraar TU Delft

Inleiding Ter ere van Keverling Buisman (1890-1944), de Nederlandse pionier van de grondmechanica, en vanwege het 60-jarig jubileum van de KIVI-Geotechniek werd op de Geotechniekdag 2009 een voordracht gehouden, die ingaat op de historie van de grondmechanica in Nederland, op de karakteristieke onzekerheden in het vakgebied en hoe daarmee om te gaan, en op de maatschappelijke waarde van duurzaamheid in en van het vakgebied. Immers, onzekerheid verkleinen is duurzaam zijn.

Figuur 1 Het eerste internationale congres voor toegepaste mechanica, Delft, 1924. Waar zouden Terzaghi en Keverling Buisman staan?

Over onzekerheid en duurzaamheid in de geotechniek Jubileum Bij de spoordijkafschuiving bij Beek-Elsloo in 1892 waren geen doden, maar het burgerlijke vertrouwen in de veiligheid van vervoer per spoor was geschokt en moest worden hersteld. Dit leidde tot discussies in de Tweede Kamer en tot een aanvaring tussen geologen en ingenieurs (wetenschap versus praktijk). Er gebeurde overigens niets aan de oorzaak van de afschuiving. Bij afschuiving van de spoorwegbaan te Weesp in 1918 waren 41 doden. Deze ramp leidde tot de instelling van een commissie inzake het

onderzoek van het draagvermogen van grond, de Bouwgrondcommissie, met als leden Lely, Hackstroh, van den Thoorn en Keverling Buisman. In 1924 stelde de commissie drie subcommissies in. Keverling Buisman, intussen aangesteld als hoogleraar in de toegepaste mechanica aan de Technische Hogeschool van Delft (hij was toen 29 jaar!), werd voorzitter van de subcommissie die zich bezig hield met de theoretische benadering van draagvermogen van bouwgrond en zand en tevens lid van de subcommissie die zich

Figuur 2 De werknemers van LGM in 1936. Wie kent ze nog?

28

GEOtechniek â&#x20AC;&#x201C; Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

concentreerde op de bestudering van methodes tot proefondervindelijk onderzoek naar draagvermogen van bouwgronden. In feite is dit de officiĂŤle erkenning van grondmechanica als aparte discipline. Ook internationaal gebeurde dat in 1924 toen â&#x20AC;&#x2122;s-werelds eerste internationale congres in exacte wetenschappen werd georganiseerd, in Delft. Een tiental geselecteerde lezingen en circa 50 artikelen over toegepaste mechanica en wiskunde illustreerden de vorderingen op het gebied [1]. Met oprichting van de eerste society (IUTAM) werd in Delft de basis gelegd voor een nieuwe manier van kennisuitwisseling. Grondmechanica was onderdeel van toegepaste mechanica. Onbekendheid met grondgedrag werd evenwel door de ASCE als a problem of national importance bestempeld. Het congres was wat dit betreft een doorbraak. Prandtl lichtte zijn wig toe, Reissner besprak de horizontale actieve en passieve gronddruk en Terzaghi presenteerde Die Theorie der hydrodynamischen Spannungserscheinungen und ihr erdbautechnisches Anwendungsgebiet waarin het effectieve-spanningsconcept (hij noemde het nog niet zo) en de consolidatietheorie voor het eerst worden behandeld. Ook ging hij fundamenteel in op zwel, cohesie en stabiliteit van ingravingen. Aangezien het bijzondere twee-fase karakter van grondmechanica kan worden aangegeven met de basisbeginselen van effectieve spanning en hydrodynamische spanning, is de discipline grondmechanica derhalve in 1924 in Delft


internationaal gestart. Keverling Buisman was als toehoorder aanwezig. Keverling Buisman was naast zijn onderzoek- en onderwijstaak te druk met praktijkopdrachten en op 15 februari 1934 werd in Delft het Laboratorium voor Grondmechanica (LGM) opgericht (figuur 2). Nederland bleef een bakermat. In 1948 werd het 2e international grondmechanica congres georganiseerd te Rotterdam, uitgekozen vanwege het baanbrekende werk hier. Keverling Buisman publiceerde daar zijn empirische kruiptheorie. Hij werd aanvankelijk uitgelachen, maar later toonde Mitchell dat die theorie consistent is met natuurkundige principes. Tijdens dat congres werd de basis gelegd voor de ISSMFE, die in 1949 officieel startte samen met de KIVI-Geotechniek, dat in 1999 de succesvolle 12e ECSMGE organiseerde te Amsterdam. 2009 is met recht een jubileumjaar: 85 jaar grondmechanica, 75 jaar geotechniek met het instituut LGM (nu opgenomen in Deltares) en 60 jaar KIVIGeotechniek. Maar is de geotechniek niet als discipline aan het verdwijnen? Deltares is een multi-disciplinair instituut, samen met geologie, (geo)hydrologie, waterbouw en -huishouding. Ook is recent bij de Technische Universiteit Delft de sectie grondmechanica van civiele techniek ondergebracht bij aardwetenschappen. De internationale society ISSMGE zoekt contact met IAEG en ISRM, de vakverenigingen geologie en rotsmechanica. Nieuwe kansen. Multi- en transdisciplinariteit zijn in de mode. Maar blijft de

CO2-berging

identiteit van het vak geotechniek behouden of, anders gezegd, gunt de maatschappij ons ook in de toekomst disciplinair bestaansrecht? Oogst ons werk de waardering die het verdient?

(warmtelek), maar geen water. Als wordt aangenomen dat de warmte in de zandlaag verticaal uniform spreidt, kan het warmtetransportproces beschreven worden met met drie differentiaalvergelijkingen, zie formules (1).

Model De concepten van Terzaghi zijn in wezen op fundamentele natuurkundige principes berustende bedenksels. Het zijn modellen die het geobserveerde gedrag kunnen nabootsen. Er is sinds 1924 veel ontwikkeld, maar toch, het blijven modellen, waar we met zorg en gezonde achterdocht mee moeten werken. Ik laat dat zien aan de hand van het volgende voorbeeld. Tegenwoordig is de zoektocht naar duurzame energie populair en de ontginning van aardwarmte en warmte-koudeopslag is er zo een. Bij het modelleren van het warmtetransportproces in de ondergrond speelt bij gebruik van eindige elementenmodellen de (numerieke) nepdispersie en instabiliteit een storende rol, die vaak wordt ondershat. Daarom heb ik, net zoals de pioniers van vroeger, gezocht naar een hanteerbare analytische oplossing, om de toepasbaarheid van standaard numerieke rekenmodellen te beoordelen. Mijn zoektocht in de literatuur [2,3], leverde op dat het probleem geschetst in figuur 3 analytisch nogal lastig is. Ik was extra uitgedaagd. Het gaat om het warmtetransport in een homogene zandlaag met dikte H en met een constante (echte) grondwatersnelheid w, waarin vanaf tijd t =0 warm water wordt geïnjecteerd met temperatuur T1. De oorspronkelijke temperatuur van de grond is T = T0. De onderkant van de zandlaag is geïsoleerd. De bovenkant kan warmte geleiden

Zandlaag: (1a) Bovenlaag: (1b) Warmtelek: (1c)

Hierin zijn de parameters: D = λ/ρc + ALv, D' = λ/ρc, h = (ρc)'/(ρc), v = nw(ρc)w /(ρc), ρc = n(ρc)w + (1-n)(ρc)g, en λ is de warmtegeleidingcoëfficiënt, ρ de dichtheid, c de specifieke warmtecapaciteit, AL de longitudinale mechanische macrodispersiviteit en n de porositeit. Het accent geeft de bovenlaag aan. In het onderhavige probleem zijn D, D', AL , v en H constanten. De oplossing wordt gezocht met behulp van Laplace transformatie. De getransformeerde oplossing is niet zo moeilijk en wordt voor de zandlaag weergegeven met formule (2); s is hier transformatie coördinaat. (2) Helaas staat de inverse transformatie van deze functie niet in de ‘encyclopedie’ van Bateman [4], die honderden oplossingen had uitgewerkt. Het alternatief contourintegratie is vanwege

gasproductie

ondergronds o nde rgr onds bouwen b ouw en grondwater g rond water winning winn ing vvervuiling ervuiling

geothermie g eo therm ie

Q tempratuur T1 vanaf t =0

WKO W KO

TT 00

grondwater

z Z

q0

a q u ic lu d e acquiclude

diepe ondergrond

TT1 1 zeer diepe ondergrond

Figuur 3a De ondergrond.

T0 T0

TT0 0

ondiepe ondergrond

x X

HH wF

T0T 0

acquifer a q u if e r

Figuur 3b Warmtetransport met warmtelek.

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

29


de dubbele wortel in de e-macht ondoenlijk, maar, zo dacht ik, de integraal, formule (3), biedt uitkomst.

(3) Deze elimineert een wortel in oplossing (2) en dan is na enig cijferwerk de oplossing wel te vinden, zie formule (4); erfc is hier complementaire errorfunctie. Het ziet er op het eerste gezicht niet eenvoudig uit, maar Maple kan er zonder probleem raad mee. Het is ook hanteerbaarder dan de (benaderings)oplossingen van Advonin en Kocabas. Ik vond in de literatuur twee nette oplossingen voor bijzondere gevallen, een van Ogata & Banks [5] voor D' = 0, en een van Lauwerier [6] voor D = 0. Bij de check met Lauwerier is gebruik gemaakt

van Taylorreeksontwikkeling, omdat voor D = 0 oplossing (4) ontaardt. Figuren 4a en 4b tonen dat de gevonden oplossing (4), aangegeven met de rode lijn, mooi past. De uitdaging is gelukt! Ik was er met plezier gedurende een half jaar mee bezig geweest. Hoe zit dat nu numeriek? Met COMSOL is door Saeid een eindige-elementenberekening gemaakt voor een praktische situatie om de analytische en numerieke methoden te vergelijken. Figuur 4c laat het resultaat zien met formule (4) voor drie situaties. Figuur 4d geeft een beeld van de warmteverdeling na 5 jaar. Figuur 4e geeft het numerieke resultaat zonder mechanische dispersie weer en laat zowel numerieke instabiliteit (door de tijdstap) als nepdispersie (door de elementgrootte) zien. De instabiliteit vertroebelt het warmtelekeffect en de nepdispersie maakt dat de doorbraak

schijnbaar eerder optreedt. In de praktijk wordt daar te weinig rekening mee gehouden. In Casaglia (Italia) bijvoorbeeld is een geothermieinstallatie met een koud-waterinjectiebron en een warm-waterproductiebron (doublet) met succes werkzaam. Men had de levensduur geschat op 20 jaar, maar er is na 20 jaar geen enkel signaal van doorbraak (koud water in de productiebron). De echte levensduur, voorspeld met het numerieke model STAR met veel nepdispersie, is onderschat. Ik verwacht dat we in Nederland grootschalig aardwarmte en warmtekoudeopslag gaan exploiteren. Om dat efficient en weldoordacht te doen is het nodig met de beperktheden van modellen rekening te houden.

Onzekerheid De toepasbaarheid van modellen in de geotechniek is beperkt door de methode zelf, door onzeker-

zonder geleiding

met dispersie zonder geleiding met geleiding

met geleiding met dispersie

Figuur 4a Lauwerier.

Figuur 4b Ogata & Banks.

Figuur 4c Analytisch.

70o

analytisch numerieke dispersie

T

numeriek Figuur 4d Warmteverdeling na 5 jaar.

50o

warmtelek geleiding numerieke instabiliteit t i

30o

x 100

Formule 4

30

GEOtechniek â&#x20AC;&#x201C; Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

Figuur 4e Numeriek.

200


Over onzekerheid en duurzaamheid in de geotechniek

heid in grondeigenschappen en door subjectieve keuzes en aannames van de ingenieur. Het effect van deze beperkingen kan verassend groot zijn en wordt gewoonlijk door niet-geotechnici onderschat. Resultaten kunnen daarom sterk afwijken van verwachtingen. Ik zal proberen dit aspect in een engineering factor uit te drukken en enkele suggesties geven hoe om te gaan met het empirische karakter van de geotechniek. Als maatstaf voor de bepaling van de onzekerheid kies ik de variatiecoëfficiënt v en Student’s t-verdeling1. Als wordt aangenomen dat van een set de kleinste (Min) en de grootse (Max) overeenkomen met de 5% en 95% waarde, voldoet de variatiecoëfficiënt aan formule 5:

v=

σ Max − Min k = / x95% µ Max + Min

(5)

Hierin is µ het gemiddelde van de set, σ de standaardafwijking en uit een tabellenboek komt xk95% , de 95% overschrijdingswaarde van Student’s t-verdeling bij een set van k elementen. Voor staal is de waarde van v gewoonlijk kleiner dan 0,03 overeenkomend met een onzekerheid van maximaal 5%, voor beton rond de

0,09 overeenkomend met circa 15% onzekerheid, maar voor grond zal blijken dat die meestal groter is dan 0,30, ofwel minstens 50% onzekerheid.

verschillende monitoringsystemen en dat lokale ervaring geen significant betere voorspelling gaf. De variatiecoëfficiënt ligt tussen 0,15 en 0,36.

Figuur 5 geeft een beeld van ons vermogen grondcondities met niet-destructieve veldwaarnemingen (NDT) te bepalen. Er is globaal hoogstens 30% kans dat dat lukt, ofwel een variatiecoëfficiënt van ruim 0,3. De ingenieur zal zijn (subjectieve) ervaring moeten toevoegen. Figuur 6a toont het resultaat van de predicties van de paalbelastingproef tijdens ESOPT-II in 1982 [7] door 15 internationale experts. De voorspelde paalbelasting bij 10 mm zakking varieert van 360 tot 1110 kN en de bezwijkbelasting van 600 tot 1500 kN. Dit correspondeert met een variatiecoëfficiënt volgens formule (5) van 0,29 en 0,25. In 1992 werd een zelfde wedstrijd georganiseerd tijdens de 4e IC Application of Stress-Wave Theory to Piles. Vier verschillende palen werden dynamisch getest en 9 experts maakten hun predictie voor het statische draagvermogen. De resultaten staan in figuur 6b. Het testrapport vermeldt dat de interpretatiemethode meer variatie gaf dan de

Sinds de jaren tachtig werd het opdrijven onverwachts een dominant bezwijkmechanisme bij dijken. Opdrijven treedt op bij hoge rivierstanden als de daarmee corresponderende grondwaterdrukken groter worden dan het grondgewicht. Een ontwerp- en toetsmethode werd bedacht [8] met een veldproef in Bergambacht in 2001 als laatste stap. Tevoren werden vijf experts gevraagd het gedrag tijdens de veldproef te voorspellen, eerst met standaard grondinformatie (I), daarna met aanvullingen (II) en tenslotte met uitgebreide informatie (III). In figuur 7a staan de resultaten, de voorspelde stabiliteitsfactoren. Te zien is dat met groeiende informatie de resultaten convergeren. De proef bezweek bij een factor 1.02. De voorspellingen waren conservatief (minstens 15%). Ook bleek dat de keuze van het voorspelmodel minder telt dan de compleetheid van informatie, de individuele interpretatie en de onzekerheid in de schuifsterkte. De variatiecoëfficiënt van de voorspellingen onderling is klein, maar met de 15% onderschatting resteert 0,20 tot 0,36.

Figuur 5 Zijn obstakels of voorkomens met NDT te detecteren? Legenda: + OK; ? onbekend; +? Mogelijk; ! schade; - onmogelijk; N:ondiep (1 - 5 m); M: medium-diep (5 - 20 m); F:diep (meer dan 20m).

ddQQ[kQ ]N] lloaaaload [Nk[kN]

ppiilleesestetltetm nt e[m leem ntm[]mm]

testt

Figuur 6a Paalproef ESOPT-II 1982.

Expert

Pile 1

Pile 2

Pile 3

Pile 4

1 2 3 4 5 6 7 8 9

3.32 1.20 2.00 0.60 1.03 1.42 1,21

0.59 0.80 1.10 1.06 0.63 0.79 1.46 0.74

1.32 1.53 1.29 1.38 1.35 1.26 1.04 1.41

0.70 1.08 1.06 1.25 1.50 1.22 0.80 0.71 1.00

Max/Min Average

5.5 1.54 0.36

1.9 0.90 0.26

1.4 1.32 0.15

2.1 1.04 0.29

v5%-95 %

Figuur 6b Paalproeven 4ICSWTP 1992.

In 2008 werd de taludstabiliteit van een grote proefdijk op slappe grond getest, een IJkdijkproject, zie figuur 7b. Een grote internationale competitie werd georganiseerd en 40 internationale deskundigen waagden een voorspelling voor het stadium waarin de dijk zou bezwijken. Het gebeurde in fase 4. De voorspellingen tonen een brede spreiding, meer door individuele aannames en keuzes dan het gebruik van standaard- of geavanceerde modellen. De corresponderende variatiecoëfficiënt is hier 0,46. Bovenstaande voorbeelden geven aan dat de onzekerheid in de geotechniek 10 keer groter is dan bij staal en 3 keer groter dan bij beton. Deze aanzienlijk grotere marge komt door gebrek aan informatie van de ondergrond en de interpretatie en keuzes van de ingenieur (subjectiviteit). Dat laatste aspect noem ik de engineering factor. Die factor schommelt dus tussen de 20 en 45%, en soms meer. Voor de praktijk betekent dat een veilige marge van 40 to 100% zou moeten worden toegepast. Dat gebeurt niet altijd, want het kost geld. Het risico dat men dan neemt wordt onderschat. Genoemde voorbeelden laten zien dat investering in verbeteringen van voorspelmodellen echt zin heeft als we de engineering factor drastisch kunnen reduceren. Hoe doen we dat? Grond is een natuurlijk materiaal. De natuur is complex en vol verrassingen en in de ondergrond

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

31


gebeurt van alles. Feitelijk gaat het in ons vakgebied om zeker advies zonder verassingen, een duurzaam advies. Als dan de bandbreedte groter is dan in andere aanpalende disciplines, moeten we daar open en met zorg mee omgaan.

waar je je niet op kunt voorbereiden. Bij het omgaan met het voorzorgsbeginsel bij menselijke activiteiten in de ondergrond worden drie aspecten onderscheiden: wetenschappelijke onzekerheid, schadedrempel en omkering van de bewijslast.

Voorzorgbeginsel [9] In de literatuur [10,11] , worden risico’s ingedeeld naar de graad van zekerheid over kans van optreden en bijbehorende gevolgen. Het geeft een bereik weer, met aan het ene uiterste totale onzekerheid over kansen en gevolgen en aan het andere uiterste risico’s met eenduidig te berekenen kansen en gevolgen op basis van beschikbare kennis en ervaring. Op risico’s met een grote mate van zekerheid over kansen en gevolgen zijn de beginselen eigen verantwoordelijkheid of solidariteit van toepassing. Juridisch geldt het preventiebeginsel. Ergens in dat bereik wordt de onzekerheid over kans en of gevolg van een risico dermate groot, dat het zo niet mogelijk is het risico voldoende te beheersen. Op dergelijke risico’s is het voorzorgsprincipe van toepassing is. Dit betekent dat pro-actief beleid wordt geformuleerd en uitgevoerd, op basis van vermoedens over mogelijke serieuze schade zonder dat er al harde wetenschappelijke bewijzen beschikbaar zijn. Tenslotte zijn er ook onbekende risico’s,

Natuurlijke processen zijn vanuit een wetenschappelijk perspectief onzeker vanwege beperkte kennis en grote complexiteit, dynamiek en onbekendheid met (langeduur)effecten van menselijk handelen. Het is daarom niet duidelijk of er schade ontstaat en in welke mate. Alvorens voorzorgsmaatregelen kunnen of (in juridische zin) moeten worden genomen, is het vaststellen van de mate van mogelijke schade noodzakelijk. Hierbij wordt het principe van niet-verwaarloosbare schade gehanteerd, of met betrekking tot de natuurlijke omgeving, stringenter, het principe van kans op onherstelbare schade. Ten aanzien van de bebouwde omgeving geldt als criterium vaak esthetische schade in tegenstelling tot gebruiksschade of constructieve schade. Vanwege onbekendheid met langeduureffecten ten aanzien van de natuurlijke omgeving is het vaststellen van een passende schadedrempel geen sinecure. In sommige gevallen bestaan er

historische ervaringen waarmee een ondergrens voor de schadedrempel kan worden aangegeven, waarbij is aangenomen dat het natuurlijke systeem zich in de toekomst net zo gedraagt als in het verleden. Deze aanpak is bijvoorbeeld gevolgd bij het vaststellen van de gebruiksruimte voor gaswinning onder de Waddenzee. In het algemeen verbindt men aan het voorzorgsbeginsel het principe van omkering van de bewijslast. De veroorzaker dient aan te tonen dat door hem aangebrachte maatregelen de gespecificeerde onzekerheden naar vermogen en volgens de laatste stand van de kennis uitsluiten, dan wel tot een aanvaardbaar niveau reduceren. Wat mij ook belangrijk lijkt is de individuele en sociale beleving van risico’s. Die beleving is cultuur- en generatieafhankelijk maar bepalend bij de maatschappelijke beoordeling. Gewoonlijk wordt risico uitgedrukt in kans maal gevolg. Een technische benadering, want het behartigt niet de inherente verschillen in perceptie of de beleving van direct of indirect betrokkenen. Voor voldoende draagvlak bij onzekerheden dienen verschillen in de toegevoegde waarde en de beleving van alle betrokkenen in beeld te worden gebracht en transparant te worden gecommuniceerd. Het gaat om risicocommunicatie, over

containers kleidek klei ek zand san dcore

sloot

klei veen peatanen dclay

Phase

Expert

Stage I

Stage II

Stage III

Max/Min

1 2 3 4 5

0.52 0.63 0.84 0.75 -

0.86 0.82 0.92 0.82

0.85 0.80 0.91 0.87

1.65 1.05 1.23 -

1.62 0.69 0.11

1.12 0.85 0.05

1.14 0.84 0.06

Max/Min Average v 5%-95%

Figuur 7a Bergambacht proef, 2001.

32

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

Phase description

1 before the test 2 digging the ditch 3 deepening the ditch 4 filling the sand core 5 emptying the ditch Phase description 6 Phasefilling containers 7 saturating the dike 1 before the test 8 no failure 2 digging the ditch

Experts

Method

1 1 1 6 10 Experts 13 4 1 41

- - E - - - E S P E S Method E S P E S - - EE -- - -

- (P - laxis) 3 deepening the ditch 1 E: educated guess, S: slip circle analysis, P : FEM 4 5 6 7 8

filling the sand core emptying the ditch filling containers saturating the dike no failure

6 10 13 4 4

E E E E E

S P S S P S - -

E: educated guess, S: slip circle analysis, P : FEM (P laxis) Figuur 7B IJkdijkproef, 2008.


Over onzekerheid en duurzaamheid in de geotechniek

weten, zien en ervaren. Voor het realiseren van vertrouwen blijkt risicocommunicatie van groter belang dan de inhoud, de risico’s zelf. Niet alle risico’s zijn in eenduidige kansen en/of gevolgen uit te drukken. We kunnen ze dan voorspellen (verantwoorde schattingen). Een systematische aanpak voor schatten met gebruik van de juiste expertise is de probabilistische methode. Voor alle bedachte alternatieven worden gekwantificeerde kansen bepaald en de bijbehorende gevolgen berekend, zowel de positieve als de negatieve. Tenslotte wordt bij vergelijk duidelijk welk alternatief de voorkeur verdient en kan door betrokkenen een rationele keus gemaakt worden. De onzekerheden van de ondergrond als natuurlijk materiaal geven een extra complicatie. Het geschatte risico zal afhangen van de perceptie van de ondergrond en de respons op menselijk handelen. In de praktijk dienen daarom meerdere scenario’s in de risico-beschouwing te worden meegenomen. Gerichte monitoring tijdens het gebruik van de ondergrond zal de kennis van die ondergrond vergroten en daarmee de onzekerheid van de risico’s kunnen verkleinen. Dit houdt in dat om risico’s te beheersen de mogelijkheid tot bijsturen van het proces gewenst is. Een van de instrumenten in ons vakgebied daarvoor is de Observational Method. Bij het realiseren van bouwprojecten in of met de ondergrond staat de Eurocode de Observational Method toe. Het karakter van deze methode is in overeenstemming met het voorzorgsbeginsel. De Eurocode [12] zegt: ‘The complexity of interaction between the ground and the retaining structure sometimes makes it difficult to design a retaining structure in detail before the actual execution begins…When prediction of geotechnical behaviour is difficult, it can be appropriate to apply the approach known as the observational method, in which the design is reviewed during the construction.’ Bij de start wordt uitgegaan van een ontwerp met een zekere flexibiliteit waarbij alle bedenkbare onzekerheden en risico’s met voldoende marge (risico-analyse) zijn veilig gesteld en als zodanig aan de vigerende (bouw)norm voldoet. Uiteindelijk is dat toch meestal een beleidsmatige of politieke keuze. De Observational Method staat toe dat met behulp van adequate and doelgerichte monitoren tijdens de realisatie van het bouwproject volgens een vooraf vastgestelde procedure een of meerdere aannames in het ontwerp kunnen worden bijgesteld met als doel op

kosten en bouwtijd te besparen, waarbij de veiligheid en kwaliteit gegarandeerd blijft. Het behaalde voordeel of nadeel kan dan volgens een vóóraf vastgestelde overeenkomst onder de betrokkenen worden verdeeld.

Ja, de manier van werken in de geotechniek is aan het veranderen. We gaan beter om met onzekerheden. Dat komt ons en de maatschappij ten goede, want geotechniek is het fundament van een duurzame samenleving. 

Ik constateer tenslotte dat er onbalans is tussen tijd voor regels en techniek, tussen tijd voor procedure en realisatie. De omgeving wordt mondiger, de situaties worden complexer en er is minder ruimte en vertrouwen voor specialisten, vooral wanneer die als solisten optreden. Door de toenemende beschikbaarheid en omloopsnelheid van informatie spreken specialisten elkaar ook nog wel tegen, wat voor andere betrokkenen uitermate verwarrend is. Het is daarom zaak om innovaties in aanpak en beleid samen met alle stakeholders te organiseren en de maatschappelijke waarde ervan in consensus vast te stellen. Het voorzorgbeginsel is een geschikt instrument om geotechnische risico’s te mitigeren. Voorzorg klinkt beter dan risico. Verstandig gebruik ervan is van nut voor het vertrouwen in ons vak en onderbouwt ons maatschappelijk nut.

Literatuur

Nieuwe duurzaamheid Om de door ons gewenste maatschappelijke rol te kunnen blijven spelen, dienen we eerst bij onszelf te raden gaan en een gelijkluidend appel uit te dragen voor beter begrip van de onzekerheden in ons vakgebied. Feitelijk zijn we dan duurzaam bezig en kunnen we als discipline het maatschappelijk oordeel fier tegemoet zien en eventueel weerleggen. We dragen dan bij aan zorgvuldigheid en transparantie. Ik noem drie nieuwe manieren van zulke verduurzaming: benutten van individuele kennis (GeoBrain), spelend leren (Gaming) en transdisciplinariteit (GeoImpuls). De gedachte achter GeoBrain, waar subjectiviteit (intuitie, gevoel en ervaring) en objectiviteit (berekening, modellering, meting) op structurele wijze worden geïntegreerd, is een modus om de engineering factor te reduceren en innovatie met beleving te versterken. Met het spel dijkpatrouille is een succesvolle start gemaakt om het omgaan met onzekerheden via serious gaming te trainen. Het initiatief GeoImpuls is een podium, waar met alle stakeholders een strategie wordt ontwikkeld en uitgeprobeerd om de relatief grote faalkosten en tijdsoverschrijdingen in grote projecten door onzekerheden in de geotechniek drastisch te reduceren. Dit initiatief zal in ieder geval breed inzicht in en begrip van geotechnische risico’s genereren. Zo ontstaat verrijking via wisselwerking over de grenzen van de discipline: transdisciplinariteit.

[1] Biezeno, C.B. & Burgers, J.M. (editors) Proceedings of the First International Congress for Applied Mechanics. Waltman, Delft, 1925. [2] Kocabas, I. (2004) Thermal transients during non-isothermal fluid injection into oil reservoirs. J. PSE 42: 133-144. Naast meerdere vereenvoudigingen neemt Kocabas de transversale warmtedispersie mee. [3] Schultz, R (1987) Analytical model calculations for heat exchange in a confined aquifer. J. Gheophys 61:12-20. Het beschrijft een lastige oplossing van de Rus Advonin (1964); dispersie ontbreekt. [4] Bateman H. (1954) Tables of integral transforms. McGraw-Hill BC, London. [5] Ogata A. & Banks R.B. (1961) A solution for the differential equation of longitudinal dispersion in porous media. US Geol. Survey, Prof. Paper no. 411-A. [6] Lauwerie H.A. (1955) The transport of heat into an oil layer caused by the injection of hot fluid. J.Appl.Sc.Res., Section A, Vol 5, Nr 2-3, pag. 145-150. [7] Weele, A.F. van. (1992) Prediction versus performance. Proc. XII ICSMGE, Rio de Janeiro, Balkema, Vol.4 : 2259-2273. [8] Van, M.A., Koelwijn, A.R. & Barends, F.B.J. (2005) Uplift phenomenon: model, validation and design. ASCE Journal of Geomechanics, Vol 5(2), pp. 98-106. [9] Wetenschappelijke Raad voor het Regeringsbeleid, Rapport 85 (2008) Onzekere Veiligheid: Verantwoordelijkheden Rond Fysieke Veiligheid. Amsterdam University Press, 208p. [10] Staveren, M. Th. van (2006) Uncertainty and ground conditions; a risk management approach. Elzevier Ltd, 321p. [11] Staveren, M. Th. van (2009) Risk, innovation & chance. Ipskamp Drukkers BV Enschede, 395p. [12] EC7, prEN 1997-1:2004(E), sectie 2.7 en 9.4. 1 De

t-verdeling werd in 1908 gepubliceerd door W.S. Gosset onder het pseudoniem Student. De methode is bruikbaar als de standaardafwijking geschat moet worden uit een beperkte set gegevens.

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

33


Henk Ensink Bestuurslid Geo-Informatie Nederland (GIN)

Yvette Pluijmers Algemeen Manager GeoBusiness Nederland (GIN)

NIEUWE VAKBEURS

Verbreding en professionalisering, dat zijn de kernwoorden voor de eerste editie van de vakbeurs Geo-Info Xchange die op 2 en 3 december plaatsvindt in Jaarbeurs Utrecht. De nieuwe beurs, bedoeld voor iedereen die professioneel actief is in de geo-informatie sector, vormt hét platform voor geo-producten, -toepassingen en -diensten in Nederland. Een beurs met potentie, aldus Henk Ensink, bestuurslid van beroepsvereniging Geo-Informatie Nederland (GIN) en Yvette Pluijmers, Algemeen Manager van branchevereniging GeoBusiness Nederland. Geo-Info Xchange is het resultaat van een intensieve samen-

ding van de beurs bezoekers en exposanten geen windeie-

werking tussen (GIN), Geo-Business Nederland en VNU Exhi-

ren zal leggen. ‘Door de diversiteit van het aanbod op de

bitions Europe. De beurs combineert het traditionele GIN-

beursvloer kunnen bezoekers zich veel breder oriënteren op

congresprogramma met een uitgebreid expositieprogramma

de beschikbare geoproducten en -diensten en haar toepas-

en diverse beursactiviteiten. Zowel Henk Ensink als Yvette

singen. Voor bezoekers die nog niet zo bekend zijn met de

Pluijmers zien een grote meerwaarde in de bundeling van de

sector gaat op de beursvloer een hele nieuwe wereld open’,

krachten van het GIN-congres met de expertise van een

voorspelt Pluijmers. ‘Zij krijgen bijvoorbeeld inzicht in

professionele beursorganisator. ‘De geo-informatiesector is

mogelijkheden van geo-informatiesystemen voor kosten-

een sector waarin groei en innovatie momenteel hoogtij

besparing: hoe kan het sneller, beter en goedkoper met

vieren. Steeds meer bedrijven en sectoren gaan gebruik

behulp van geo-informatiesystemen. Tegelijkertijd maakt de

maken van geo-producten en -diensten. Ook neemt de

beurs innovatie en vernieuwing zichtbaar voor mensen die al

bekendheid van geo-producten en hun toepassingen hand

wel bekend zijn met de sector.’

over hand toe. De hoogste tijd dus voor verdere verbreding en professionalisering van de geo-informatiesector en het traditionele GIN-congres’, aldus Henk Ensink. ‘De nieuwe beurs vormt hiervoor het uitgelezen platform’

INTERESSANTE SPREKERS GIN-CONGRES Met de toezegging van Ed Parsons, Geospatial Technologist bij Google, zijn alle keynote sprekers bekend van het GINcongres. In het programma is een balans gevonden tussen

KANSEN Ensink en Pluijmers zijn ervan overtuigd dat de verbre-

34

GEOtechniek – – Special november 2009

inwinning / beheer versus toepassingen, business-tobusiness versus business-to-consumer en publiek versus privaat. De presentaties behandelen thema’s uit


VERBREDING EN PROFESSIONALISERING STAAN CENTRAAL dan dat ook de beurs van deze ontwikkeling gaat profiteren.’

G R AT I S T O E G A N K E L I J K Via de website www.geoinfoxchange.nl kunt u zich gratis voorregistreren. Na registratie krijgt u voor het begin van de beurs uw toegangsbadge toegestuurd, waarmee u bij de entree direct door kunt lopen. Bovendien kunt u zowel de beurs als het congres met uiteenlopende segmenten, zoals bouw en infrastructuur,

uw badge bezoeken.

ruimtelijke ordening en mobiliteit. Verbreding is ook hier het kernwoord. Sprekers die op het programma staan zijn o.a.:  Ed Nijpels, voorzitter van GeoBusiness Nederland;  Sybilla Dekker, voormalig Minister van VROM;  Saskia Borgers, als nieuwe plaatsvervangend Secretaris-Generaal van het Ministerie van VROM verantwoordelijk voor de geo-informatie in Nederland;  Elise van der Wulp van de Stichting Arbeidsmarkt Geo, die met de GO GEO campagne aankomend talent

In branchevereniging GeoBusiness Nederland werken bedrijven uit de geo-informatiesector samen om hun belangen te behartigen. Het doel daarvan is het vergroten van het marktvolume en het verbeteren van de marktwerking in de geoinformatiesector. GeoBusiness Nederland is in 2007 ontstaan uit een fusie van Vereniging Nederlandse Bedrijven in de Geodesie en Geo-Informatie (VNBG) en Bedrijven-platform Geo-Informatie. De fusie zorgt ervoor dat de sector krachtiger naar buiten kan treden.

enthousiast maakt voor een carrière in de geo business; Het GIN Congres heeft iedere dag een ochtend- en een middagsessie. Tussendoor heeft u uitgebreid de tijd om de beurs te bezoeken. Kijk voor het volledige programma en tijdslot op www.geoinfoxchange.nl.

TOEKOMST Hoewel de eerste editie van de beurs zich nog moet aandienen, zien Pluijmers en Ensink de toekomst van de beurs al zonnig tegemoet. ‘De geo-informatiesector heeft nog een enorme groeipotentie. Vooral op de business-to-business markt valt er nog een hoop te winnen’, aldus Pluijmers. ‘Via Geo-Info Xchange kunnen we hier dit jaar

Geo Informatie Nederland (GIN) heeft als doel de bevordering van kennis over en de toepassing van geo-informatie en het verrichten van alles wat daarmee verband houdt of daaraan bevorderlijk kan zijn. De vereniging beoogt het platform te zijn voor de verzameling, bestudering en verspreiding van kennis over geo-informatie. De vereniging richt zich zowel op de ondersteuning van personen en organisaties die zich met geo-informatie bezig houden als op de maatschappelijke omgeving waarin de geo-informatiesector opereert en wil het aanspreekpunt zijn naar de overheid met betrekking tot de vakontwikkeling in de geo-informatie.

alvast mee beginnen, maar we kunnen hier vooral ook in de toekomst nog een flinke slag in gaan slaan.’ Volgens Ensink gaat de beurs een snelle ontwikkeling doormaken. ‘Geo-informatie is booming business. Op dit moment houden ruim 15.000 mensen zich op professionele wijze bezig met de geo-industrie en de verwachting is dat dit aantal de komende jaren fors zal groeien. Het kan niet anders

Geo-Info Xchange 2 & 3 december 2009 Tijden: 10.00-16.30 uur Jaarbeurs Utrecht, hal 5 www.geoinfoxchange.nl


Dik-Gert Mans voorzitter van de CUR Bouw & Infra commissie

Figuur 1 Na ingrijpende aanpassingen van de bouwwijze, met veel extra kosten en vertraging, is de tramtunnel in Den Haag alsnog gerealiseerd. Een aanwinst voor de stad.

Leren van geotechnisch falen: iets wat u allen aangaat! Iedereen herkent dat gevoel als je hoort van een schadegeval waarvan de oorzaak zo voor de hand ligt: dom, dom, dom. Dat was jou nooit overkomen. Maar de vraag is of die zelfverzekerdheid terecht is. Als het jezelf overkomt als projectmanager, als adviseur of als aannemer val je terug op je formele positie: 'Wat was je opdracht?' en 'Als alle anderen geen fouten hadden gemaakt was het wel goed gegaan!'. Voor de buitenstaander blijft het dezelfde fout. Genoeg reden om eens met andere ogen naar schades van grond- en grondgebonden constructies te kijken. Niet met de schuldvraag op het netvlies maar met het doel lessen te trekken die er toe moeten leiden dat diezelfde fout niet nog eens wordt gemaakt, niet door jou of de projectorganisatie waar je deel vanuit maakt, maar ook niet door anderen. Met dat doel voor ogen is 'Leren van geotechnisch falen' gestart. De door KIVI NIRIA Geotechniek en Rijkswaterstaat geïnitieerde CUR Bouw &Infra commissie heeft de ervaringen met het project ‘Leren van Instortingen’ als startpunt gekozen. Daar gaat het om falende constructies van beton, staal en andere materialen. Op de overeenkomsten en verschillen tussen de vakgebieden constructies en geotechniek kom ik straks nog terug. Deze commissie, waarvan ik voorzitter mocht zijn, heeft 6 cases geselecteerd en daarmee een zekere spreiding nagestreefd over de verschillende werkvelden. Voorwaarde voor selectie was dat

38

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

gegevens ter beschikking waren of werden gesteld. De gekozen cases zijn:  ziekenhuis Vlietlanden te Schiedam  parkeergarage Westerhaven Groningen  Zuidpoort te Delft  Baggerdepot IJsseloog  museumparkgarage te Rotterdam  provinciale weg N470 te Zuid Holland In al deze gevallen hebben grond- of grondgebonden constructies niet voldaan aan de verwachtingen. Soms leidde dat tot relatief geringe schade, soms tot grote schade: extra kosten, omgevingschade, gevolgschade, (tijdelijke) onveiligheid en imagoschade. Om grip te krijgen op de oorzaken is een rubricering gehanteerd. Ik beperk me nu tot twee groepen, de volledige rubriceringen kunt u lezen in het betreffende rapport en de al verschenen en nog te verschijnen artikelen in Geotechniek.  Op het microniveau hebben we het over fouten gemaakt door het individu: de professional, die een taak uitvoert in het bouwproces. Je hebt een oorzaak te pakken als duidelijk is dat een ander, op die plaats, diezelfde fout niet had gemaakt. In deze rubriek vallen dus de vergissingen van een adviseur door slordigheid of gebrek aan kennis, de heiploeg die slecht werk levert terwijl hun collega ploeg dat wel goed doet.  Op mesoniveau hebben we het over fouten van

de projectorganisatie: had een andere projectorganisatie, met andere spelregels, taakverdelingen, coördinatie, toetsing, controles en dergelijke wel een goed resultaat bereikt? Projectorganisaties starten bij de opdrachtgever, groeien en muteren tijdens het ontwerp en bouwproces. Verkeerde en goede besluiten over taakverdelingen, inkoop, opknippen, communicatiekanalen, toetsingen en controles worden in die projectorganisaties genomen. Na het onderzoeken van de individuele cases is er een doorsnede gemaakt over de zes cases: welke oorzaken zien we telkens terugkomen, wat zijn de structurele oorzaken die optreden? Deze structurele oorzaken zijn dan blijkbaar een gevolg zijn van fouten in onze werkwijzen en gewoonten van hoe wij bouwprojecten tot stand brengen. Zonder hier volledig te kunnen zijn enkele belangrijke conclusies.  Veel fouten komen voort uit de fragmentatie van taken en de slechte onderlinge samenwerking, communicatie en coördinatie daarvan; dit is een fout van de projectorganisatie, die zo fouten op individueel niveau uitlokt en vervolgens er niet uithaalt.  Op microniveau worden fouten gemaakt in de analyses, worden zaken vergeten en ontbreekt het aan koppeling met de uitvoering: wordt het uitgevoerd zoals bedacht en werkt het zoals bedacht?


Deze conclusies tonen dat er bijna altijd meerdere oorzaken in het spel zijn. De eerste case, die van de paalfunderingen ten behoeve van Vlietlanden, illustreert dit:  Er wordt een foute keuze van paaltype gemaakt, op grond van kosten en zonder afweging van risico’s. Vervolgens gaat het in de uitwerking mis: de berekening van de wapening is bij de constructeur van de onderaannemer ondergebracht en leidt tot minder wapening dan in het bestek voorgeschreven. Het bouwterrein is niet, zoals oorspronkelijk de bedoeling was tijdig opgehoogd en voorbelast. Bij het maken van de palen is meer beton nodig dan vooraf als grens gesteld. En gedurende de uitvoering zijn de plaatselijke ontgravingen en ophogingen net wat anders dan verondersteld en voorgeschreven. Met de twee projecten ‘Leren van…’ kan een vergelijk gemaakt worden tussen beide werkvelden. Bij bouwconstructies is informatie over materiaaleigenschappen, belasting en dergelijke completer en met minder onzekerheid omgeven

dan bij grond en grondgebonden constructies. Dat leidt tot andere oorzaken. Maar de overeenkomsten in oorzaken op het niveau van de projectorganisatie zijn groot. Verder valt op dat de problemen met grond- en grondgeboden constructies vaak al optreden gedurende de uitvoering: dan worden bouwputten maximaal aangesproken en komen fouten aan het licht. Bij bouwconstructies zit het gevaar meer in de verborgen gebreken: het lijkt wel goed maar dat is het niet, dat blijkt dan soms pas veel later. In het begin van deze voordracht heb ik gezegd dat het doel is dat dezelfde fout niet nogmaals wordt gemaakt. Daarvoor is het begrijpen van 'waarom fouten worden gemaakt' wel een begin maar nog niet voldoende. Duidelijk is dat op drie niveaus veranderingen nodig zijn: op het niveau van de professionals, van de projectorganisatie en van de sector. Allen moeten meer oog moeten hebben voor echte kwaliteit: het waarmaken van de verwachtingen. Een éénzijdige focus op laagste prijs is fout en blijkt bovendien achteraf vaak schone schijn. Risico’s moeten worden onder-

kend en beheerst. Als professional moet je je ervan overtuigen dat je voldoende middelen ter beschikking krijgt en de mogelijkheden in de samenwerking om je taak te vervullen en niet klakkeloos elke projectorganisatie aanvaarden. Doet die projectorganisatie wel wat ze moet doen: voorwaarden scheppen om te presteren en toetsing en controle waar nodig Projectorganisaties moeten focussen op kwaliteitsbeheersing: selectie van de juiste opdrachtnemers, controle mechanismen inbouwen enz. De opdrachtgever staat aan het begin van elke projectorganisatie en speelt in die zin een belangrijke rol. Risicomanagement, op alle niveaus, kan de sleutel zijn om generieke verbeteringen te bewerkstelligen en te komen tot een aanzienlijke reductie van falende grond- en grondconstructies. Ik beveel u het door de commissie opgestelde rapport, de verschenen en nog te verschijnen artikelen in Geotechniek van harte aan. 

GROOTS IN KLEINE RUIMTES Trillingsvrije paalfunderingen  Grondverdringend  Geluidsarm  Trillingsvrij

 In beperkte ruimtes  In beperkte hoogte  Grote druk-, trek- en horizontaal krachten

Tubex b.v. Postbus 183 4250 DD Werkendam Tel. +31(0)183 679 888 Fax +31(0)183 501 822 info@tubexbv.nl

www.tubexbv.nl

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

39


Jan van Dalen Promovendus TU-Delft Geotechnisch adviseur Strukton Engineering

Samenvatting Diepwandtechniek werd in Nederland tot voor kort gezien als ‘Beproefde techniek’. Recente ervaringen met bouwputten in de grote steden leren echter dat er risico’s zijn. Wat is er aan de hand? Zijn we de in de jaren ‘70 en ‘80 opgedane kennis vergeten of moet er kennis worden ontwikkeld? Aan beide aspecten wordt momenteel gewerkt: In CUR/COB verband wordt een ’state of the art’-rapport over ontwerp en uitvoering van diepwanden geschreven en bovendien vindt er wetenschappelijk onderzoek plaats naar de kritische procesparameters tijdens het maken van diepwanden.

Nieuwe ervaringen vragen om nieuwe inzichten

Figuur 1 Parkeergarage Kruisplein, Rotterdam. Bron: Besix

Diepwandtechniek opnieuw onder de loep Inleiding Bij projecten in stedelijk gebied, waar trillingshinder, geluidsoverlast gepaard gaan met de wens tot grote diepte een bouwput te maken en waarbij bovendien hoge eisen worden gesteld aan de stijfheid van de kerende wand vormt de diepwand een niet meer weg te denken variant. De diepwandtechniek biedt ook voor de toekomst goede kansen om te komen tot economisch haalbaar ondergronds ruimtegebruik. Tot voor enkele jaren werd de toepassing van diepwanden beschouwd als ‘beproefde techniek’, gepaard gaande met een laag risico. Ervaringen met enkele projecten van de laatste jaren hebben anders laten zien. Vooral het voorkomen van lekkages heeft in de pers nogal de aandacht getrokken vanwege de gevolgen die in zandgrond groot zijn gebleken. Daarnaast wordt de diepwandtechniek momenteel volop gebruikt voor zowel projecten die reeds in uitvoering zijn zoals de parkeergarage Kruisplein te Rotterdam, de parkeergarage Houtwal te Harderwijk als voor bijvoorbeeld de Spoortunnel Delft die zich nu in de ontwerp-

40

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

fase bevindt. Naar aanleiding van de schadegevallen zijn, mede met het oog op de kansen voor de toekomst, recent zowel een CUR/COB commissie, als promotieonderzoek gestart. Gedachte hierbij is dat zowel moet worden ingezet op herontdekking en bundeling van bestaande kennis, als op nieuwe kennis. Het uiteindelijke doel hiervan is om te komen tot een situatie waarbij het toepassen van diepwanden in Nederland weer wordt gezien als beproefde en betrouwbare techniek.

CUR /COB commissie In juni 2009 is een gezamenlijke CUR/COB commissie (diepwanden) van start gegaan. De doelen van deze commissie zijn: 1. Realiseren van een ’state-of-the-art’ rapport waarin alle bestaande kennis en ervaring m.b.t. ontwerp en uitvoering wordt opgenomen. 2.Voorbereiden van de uitvoering van een praktijkonderzoek, zo mogelijk bij de te bouwen spoortunnel Delft.

bestaande literatuur en praktijkervaring in kaart te brengen en te bundelen in één publicatie. Aan de hand van het state of the art rapport kunnen partijen die zich richten op ontwerp en of uitvoering hun kennisniveau optimaliseren. Bij diepwanden kunnen ontwerp en uitvoering niet los van elkaar worden gezien. Dit blijkt uit aspecten als: het ontwerp van het wapeningsnet, bij voorbeeld in verband met: – de doorstroombaarheid hiervan tijdens het betonneren, – de benodigde stijfheid tijdens transport en inhijsen van de korf in de diepwandsleuf; eigenschappen van het bentoniet in relatie tot zowel optimale sleufstabiliteit als verdringing door de vloeibare beton; betonsamenstelling in relatie tot zowel de gewenste betonkwaliteit in de eindfase als de (rheologische) eigenschappen tijdens betonneren van de panelen; ontwerp en uitvoeringswijze van de voegen in relatie tot risico’s en waterdichtheid.

State of-the-art rapport Aanpak bij het opstellen van dit rapport is de

Binnen de commissie zijn deze raakvlakken


tussen ontwerp en uitvoering onderkend. Om deze reden is besloten om in de uit te brengen publicatie naast ontwerp en uitvoering ook de relatie tussen beiden te beschrijven. Daarnaast zal ook aan aspecten als monitoring en invloed op de omgeving aandacht worden geschonken en heeft de commissie zich tot doel gesteld een hoofdstuk ‘Geleerde lessen in de praktijk’ op te nemen. De gewenste inhoud heeft zijn weerslag gehad op de samenstelling van de commissie. Uitvoerende partijen (aannemers), Ingenieursbureau’s, Opdrachtgevers als Prorail en RWS, Deltares en de TU Delft zijn vertegenwoordigd. Maar ook de beton- en bentonietindustrie zodat ook de kennis van deze materialen optimaal kan worden ingebracht. Het schrijven van een state of the art verhaal impliceert dat dit voornamelijk gebaseerd is op bestaande kennis. Beschikbare Nederlandse literatuur zijn paragraaf 4.3 uit het handboek ‘Ondergronds Bouwen’ uit 1997, waarin bondig is ingegaan op zowel ontwerp- als uitvoeringsaspecten. Daarnaast is in 2001 CUR aanbeveling 76 ‘Rekenregels voor Diepwanden’ verschenen, waarin vooral relaties worden gelegd met de NEN 6720 (VBC19950 ‘Voorschriften Beton’ en met NEN-EN 1538 ‘Uitvoering Bijzonder Geotechnisch werk, Diepwanden’. Recent is de NEN-EN 1538 overigens nog op enkele punten aangepast. Overige Nederlandse literatuur betreft voornamelijk artikelen die veelal gerelateerd zijn aan uitgevoerde projecten of aan tijdens de uitvoering van deze projecten geconstateerde aspecten. Ook in buitenlandse literatuur zijn veel projectbeschrijvingen te vinden en daarnaast ook normen. Met name de DIN 4126 ‘Cast in-situ Diaphragm walls’ biedt een compleet overzicht van diverse ontwerpaspecten. De commissie heeft zich tot doel gesteld de kennis anno 2009 met betrekking tot uitvoering en ontwerp van diepwanden zo goed mogelijk te verzamelen en in beeld te brengen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van wat in literatuur is terug te vinden en de kennis en ervaring bij personen werkzaam in de branche. Het werk in de commissie vordert gestaag. Ten tijde van het schrijven van dit artikel (september 2009) was het eerste concepthoofdstuk met ontwerpaspecten en -berekeningen besproken in de commissie en was er tevens een eerste aanzet tot het hoofdstuk over de raakvlakken tussen

ontwerp en uitvoering. Betreffende ontwerp en ontwerpberekeningen is gebleken dat er belangrijke discussiepunten liggen op het gebied van: de in rekening te brengen wandwrijvingshoek; de juistheid van de toepassing van een verenmodel voor diepwanden onder alle omstandigheden. De wandwrijvingshoek is mede afhankelijk van – voor zover aanwezig – de wrijvingseigenschappen van een laagje bentonietcake tussen beton en grond. Voor de situatie ter plaatse van de stations in de Noord-Zuidlijn is deze beproefd; echter er wordt nog gezocht naar meer meetgegevens. Betreffende gebruik van een verenmodel ten opzichte van een EEM model zijn er tot op heden 2 overwegingen door de commissie onderkend: Eventuele verticale boogwerking wordt niet meegenomen in een verenmodel; het optreden hiervan kan weliswaar onder bepaalde omstandigheden de wand ontlasten, doch de stempelkrachten doen toenemen. De meeste verenmodellen zijn erop gebaseerd dat aan de actieve zijde neerwaartse- en aan de passieve zijde opwaartse wandwrijving optreedt. Bij verticale deformatie van de wand – onder invloed van verticale belasting – zou, gelet op de grote buigstijfheid van de wand deze wrijvingsrichting anders kunnen zijn, hetgeen directe invloed heeft op de grootte van de horizontale gronddrukken; in een EEM model kunnen deze aspecten rechtsreeks worden meegenomen in de berekening. In de commissie is vastgesteld dat er voor dient te worden gewaarschuwd dat een verenmodel niet onder alle omstandigheden zonder meer kan worden toegepast (b.v. bij plaatselijke bovenbelastingen). Volgens de huidige planning zou eind 2009 een eerste concept en in de eerste helft van 2010 de definitieve versie van het complete State of the art rapport over ontwerp en uitvoering van diepwandpanelen beschikbaar moeten zijn.

Gewenst praktijkonderzoek De exacte inhoud van een praktijkonderzoek is momenteel (september 2009) nog niet vastgesteld. Eén van de onderwerpen waarop het onderzoek zich vermoedelijk zal richten, is op het kunnen detecteren van niet-beton insluitingen in een reeds gemaakt diepwandpaneel, voorafgaand aan ontgraven. Volgens planning zal vanaf november 2009 een

promovendus aan de TU Delft onderzoek gaan doen naar mogelijke detectie technieken, waarbij het project Spoortunnel Delft mogelijk kan worden benut om hiermee praktijkervaring op te doen. De promotor voor dit onderzoek is prof. Frits van Tol. Momenteel worden voor dit onderzoek fondsen geworven in Geo-impuls verband.

Kritische procesparameters bij de uitvoering van diepwandpanelen Sinds juni 2009 vindt tevens promotieonderzoek aan de TU Delft plaats naar de kritische procesparameters bij het maken van diepwandpanelen in met name slappe West-Nederlandse gronden. Het onderzoek richt zich vooralsnog vooral op mechanismen rond het ontstaan en het al dan niet weer verdwijnen van een afpleisterend laagje bentonietcake op de overgang van sleuf naar omringende grond, maar ook ter plaatse van voegovergangen. Diverse aspecten moeten in dit kader beter in beeld worden gebracht. Hierbij wordt onder meer gedacht aan: invloed van grondsamenstelling op het bentoniet; gevolgen voor het ontstaan en de eigenschappen van de filtercake; In hoeverre blijft de filtercake intact tijdens het verversen en/ of regenereren van de bentoniet; in welke mate blijft de filtercake intact tijdens het betonneren van de sleuf; in welke mate wordt het betonneren beïnvloed door obstakels in de diepwandsleuf (zoals de wapening). Momenteel worden proevenseries uitgevoerd die zich vooral richten op de vorming van de cake. Tevens is er inmiddels een deelonderzoek gestart naar de stroming van beton binnen de sleuf in de fase van betonneren. Het uiteindelijke doel van dit onderzoek is in kaart te brengen welke factoren van invloed zijn op de kwaliteit van de uiteindelijke gerealiseerde diepwand en op de voegen tussen de diepwand panelen in slappe gronden zoals die voorkomen in West-Nederland. Tevens is het doel deze factoren dusdanig te optimaliseren dat ontgravingen binnen diepwanden in de toekomst, in de genoemde slappe gronden, zonder noemenswaardige risico’s op lekkage kunnen worden toegepast. Het laatstgenoemde promotieonderzoek wordt door de auteur uitgevoerd aan de TU-Delft, bij de leerstoel van de hoogleraar Ondergronds Bouwen, Johan Bosch.

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

41


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!


Lelystraat 49 3364 AH Sliedrecht Tel. +31 (0)184-410333 info@dieseko.com www.dieseko.com


Ir. E. Willems Projectleider Smet F&C

Samenvatting

Een nieuwbouw met vier ondergrondse bouwlagen uitvoeren in het centrum van Kortrijk, zonder waterverlaging in de omgeving is de uitdaging. Die uitdaging is nog groter als de kleine bouwplaats volledig omringd is door hoge muren en wankele gebouwen. De oplossing die financieel haalbaar is, bestaat uit een combinatie van meerdere technieken. Soil-mix bouwputwanden tot 23m diep en jetgout-technieken voor funderingen en onderschoeiingen maken het project levensvatbaar. Een

Complexe bouwput met soil-mix en mega-jet in het stadscentrum van Kortrijk

creatieve herziening van het ontwerp van de bouwput was nodig om de vertragingen, ontstaan tijdens de afbraakwerken, weer ongedaan te maken tijdens de ruwbouwwerken. De ruwbouwwerken zullen tot de afdek van verdieping +1 uitgevoerd worden terwijl de uitgraving van de bouwput in stross wordt verder gezet.

Figuur 1 Werkvloer voor vloerplaat -2 (-6,9m).

De job Het voormalige postgebouw in het stadscentrum van Kortrijk op de hoek van de Graanmarkt en de Doorniksesteenweg, op een perceel grond van 30m bij 24m, werd afgebroken en herbestemd als commercieel en residentieel gebouw. Het nieuwe gebouw zal bestaan uit 8 bovengrondse en 4 ondergrondse bouwlagen en is voorzien van een autolift. De ondergrond bestaat uit zand en leemhoudend zand en zandhoudende leem met afwisselende zwakke tot middelmatige pakkingsdichtheid tot een diepte van 19m. Vervolgens is er een sterk watervoerende compacte zandlaag tot 23m diepte. Daaronder bevindt zich de formatie van Ieper die vooral uit klei bestaat. Het postgebouw werd opgericht in 1954 en de structuur bestond uit gewapende betonnen kolommen, dakspanten en liggers. De gevels, bestaande uit opgaande met arduinen platen omhulde kolommen vertrekkende vanaf de fundering tot aan de dakrand , moeten om architectonische redenen behouden blijven. Het gebouw beschikte over een diepe kelder met een (dubbelwandige) gewapende betonnen vloer waaronder zich de fundering bevond, een raster van doorlopende zolen, op 4,5m onder het straatpeil. De aanpalende gebouwen zijn slechts over een deel van de bebouwde oppervlakte voorzien van kelders die aangezet zijn op ca. 2,5m onder straatpeil. Het waterpeil in rust bevindt zich

44

GEOtechniek â&#x20AC;&#x201C; Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

op -3,8m en mag niet verlaagd worden. Aangezien de bestaande fundering aangezet was op -4,5m diepte moet destijds voor de constructie ervan een bemaling zijn toegepast. Om de afbraak van deze funderingszolen netjes uit te voeren werd besloten om in de stoep, aan de 2 zijden van de toekomstige bouwput, gespreid langsheen de te behouden gevels, 5 gecontroleerde sondegestuurde combi-bronnen te installeren die het waterpeil op -5m moeten houden. De moeilijkheid bestaat dus in de afbraak van een gebouw dat dieper gefundeerd is dan de aanpalende gebouwen en de constructie van een waterdichte bouwput die wordt uitgegraven tot 13m (-14,5m t.p.v. liftputten) zonder noemenswaardige waterdaling in de omgeving en dit van op een kleine bouwplaats langs alle zijden omgeven door muren (hetzij de te behouden gevels, hetzij de aanpalende gebouwen).

tegen de bouwkuip te kunnen opnemen, en omdat het niet verantwoord is om onder bestaande gebouwen in een met waterdruk belaste wand grondankers te plaatsen, werd besloten om de bouwput in stross uit te voeren. Het oorspronkelijke ontwerp voorzag in een secanspalenwand met palen van slechts 40cm diameter. De architectuurplannen waren gebaseerd op deze geringe ruimte-inname. In dit gabarit van beschoeiing kon onmogelijk de vereiste wapening worden ingebouwd. Er werd daarom gekozen voor een soil-mix wand uitgevoerd met de methode CSM met een dikte van ca 50cm. Deze wand werd uitgevoerd vanaf het

Gekozen uitvoeringswijze Het gebouw kan slechts worden afgebroken nadat het funderingspeil van de aanpalende gebouwen is verlaagd tot beneden het aanzetpeil van de fundering van het af te breken gebouw. Ook moeten eerst de nodige stuttingen en schoringen worden geplaatst t.b.v. het behoud van de voorgevels alvorens met de afbraak kan begonnen worden. Deze schoringen hebben als gevolg dat grote ballastbelastingen op straatpeil vlak langs de gevels moeten geplaatst worden. Om de niet geringe grond- en waterdrukken

Figuur 2 Ook de boorstelling moet over de gevel.


werkvlak -3,5m na afbraak van de keldervloer. De soil-mix wand moet zorgen voor een gesloten bouwkuip die aansluit in de Ieperiaanse klei zodat slechts een onderhoudsbemaling nodig is om het eventuele lekwater weg te pompen. Vervolgens werden in deze soil-mix wand grondankers voorzien op het peil -4,5m. Door de plaatsing van deze ankers is het mogelijk de bouwput uit te graven tot ca -6,9m, zijnde de vloerplaat van verdieping -2. Vanaf dit niveau moeten de verdiepingen -3 en -4 dan verder in stross worden uitgegraven. De vloerplaten van verdiepingen -2 en -3 stutten de CSM wanden. De dikte van deze vloerplaten werden voor dit doel aangepast. De CSM-wanden werden berekend voor de definitieve toestand t.t.z. met neutrale gronddruk-coëfficiënten en een waterpeil op één meter boven het normale rustpeil. Niettemin is het de bedoeling om, zodra de funderingsplaat (verdieping -4) is afgewerkt enkelzijdig bekiste voorzetwanden aan te brengen van onder (-4) naar boven (-2). Om dit technisch mogelijk te maken worden de tussenvloeren slechts tot op ca 20cm afstand van de soil-mix-wanden gegoten. De ruimte van 20 cm wordt open gelaten om de latere voorzetwanden van de verdieping er onder te kunnen storten. De stortopening van 20cm wordt overbrugd door stalen steunen die in de vloeren zijn ingegoten en afsteunen op de verticale kolommen (HEB400) in de soil-mix-wanden. Om deze vloerplaten te ondersteunen tijdens de werffase werden voorafgaandelijk stalen kolommen (poutrellen) ingepland ter plaatse van de toekomstige betonkolommen. Deze voorlopige kolommen werden eveneens geïnstalleerd vanaf het werkvlak op -3,5m, t.t.z. hetzelfde werkvlak vanaf waar de CSM-wanden werden gemaakt. De uitvoering van een aantal bouwelementen in stross zoals funderingspalen, paalkopmassieven en trekpalen, die in het oorspronkelijke ontwerp waren voorzien, leek ons te ingewikkeld voor de stross-methode en werden daarom afgeschaft. Om dit mogelijk te maken werden de tussenvloeren van de ondergrondse verdiepingen verdikt (tot 30cm) en werd de funderingsplaat (vloerplaat verdieping -4) als één plaat van 80cm dikte herontworpen. Deze grondverbetering bestaat uit grote jet-groutmassieven (zuilen met een diameter tot 2,5m doormeter) aangezet in de compacte zandlaag op het peil -19,5m en reikend tot onder de funderingsplaat. In deze grondverbeterende groutmassieven werden vervolgens direct na de uitvoering ervan de stalen voorlopige kolommen ingebouwd die de vloer(stut)platen van verdieping -2 en -3 moeten dragen. De lengte

Figuur 3 Uitvoering CSM-wand op niveau -3.5m.

van elke stalen kolom in het groutmassief werd zowel gedimensioneerd voor de op te nemen opwaartse krachten (trek) t.g.v. de waterdrukken in definitieve fase, als op de neerwaartse belasting van de te dragen vloeren in de tijdelijke fase.

Wijzigingen in de uitvoering Bij de afbraak van het gebouw werden aanzienlijke hoeveelheden asbest vastgesteld. Hierdoor werden de afbraakwerken aanzienlijk vertraagd en zelfs tijdelijk stilgelegd om een inventarisatie van het asbest op te stellen en een nieuwe sloopvergunning aan te vragen. Dit had tot gevolg dat de opleveringsdatum eveneens zou opschuiven. Om commerciële redenen was dit niet mogelijk. Er werd daarom besloten om niet te wachten met de opgaande bouw tot de bouwput helemaal is uitgegraven en de vloerplaat -4 is gestort. Zodra de eerste stutvloer op -6.9m (vloer van verdieping -2) zou zijn gestort worden de opgaande werken samen met de neerwaartse uitgravingen gelijktijdig uitgevoerd en dit tot de afdekplaat van verdieping +1. Door deze wijziging werden uiteraard de kolommen in tijdelijke fase zwaarder belast dan voorzien en zodoende moesten zowel deze kolommen als de groutmassieven worden herberekend. Omdat de soil-mix-wand is aangezet in de Ieperiaanse klei, omwille van de beoogde waterdichte gesloten kuip, was terecht de vrees gerezen dat er te grote en haast niet berekenbare differentiële zettingen zouden ontstaan tussen enerzijds de de soil-mix-wand, waarop o.a. de nieuwe gevel steunt, en de binnenstructuur die op de vloerplaat en de groutmassieven steunt. Er werd daarom besloten om de bovenbouw via

de voorzetwanden tegen de CSM-wand naar de vloerplaat over te dragen. Deze bijkomende eis gaf aanleiding tot een aantal bijkomende groutzuilen onder de funderingsplaat. Om de differentiële zettingen en de vervormingen aan de randen van de funderingsplaat onder controle te houden werden de betonnen voorzetwanden van verdieping -4 mee opgenomen in de berekening van de vloerplaat. 

Werkzaamheden

2009 / 2010

Start afbraakwerken

5 januari

Schorsing werken

8 januari

Herneming afbraakwerken

28 februari

Jet-groutonderschoeiingswerken

4 mei tot 2 juni

Grondverbetering en tijdelijke kolommen plaatsen

4 tot 18 juni

Soil-mix-wanden CSM

24 juni tot 17 juli

Stort vloerplaat verdieping -2 18 september Stort vloerplaat -4

4 december 09

Stort afdek boven gelijkvloers

19 februari ‘10

Werken uitgevoerd door: Architectenbureau: Bureau Goddeeris uit Kortrijk (B) Studiebureau stabiliteit ruwbouw: cvba Studiebureel Boucherie uit Roeselare (B) Hoofdaannemer: Besix Vanhout NV uit Geel (B) Aannemer beschoeiingen en funderingen: Smet F&C nv uit Dessel (B) Studiebureau stabiliteit geotechniek: Jan Maertens & Partners uit Mechelen (B)

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

45


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


C. van Oosterom Projectleider BAM Infraconsult

M. Hoogvliet Geotechnisch Adviseur BAM Infraconsult

Samenvatting Funderingen voor waterwerken in de Arabische Golf vragen een andere aanpak in vergelijking tot de Nederlandse praktijk. Men treft een andersoortige grondslag aan, welke vraagt om een goede interpretatie waarbij men zich bewust is van de specifieke materiaaleigenschappen om zo tot het juiste funderingsconcept te komen. Een verkeerde interpretatie van de grondslag kan leiden tot een onjuist funderingsconcept met mogelijk verregaande consequenties voor het project. In dit artikel wordt slechts het spreekwoordelijke ‘tipje van de sluier gelicht’, en een globale inzage gegeven in de geotechnische praktijk in de Arabische Golf. Figuur 1 Steiger project in uitvoering in de Arabische Golf (project locatie 3).

Funderingen voor waterwerken in de Arabische Golf Inleiding In de Arabische Golf treft men, in de bovenlagen veelal zand aan. Mogelijk is dit zand sterk kalkhoudend. Kalkhoudend zand gedraagt zich anders dan de kwartszanden die wij hier in Nederland aantreffen. Wanneer men wat verder en dieper in de grond kijkt is zand zeker niet de enige grondsoort waar in ontwerp en uitvoering rekening mee moet worden gehouden. Ook andere grondsoorten zoals gesteente van zeer zwak tot hard, kalkhoudend zand en kalkhoudend gesteente, gips, caprock en dergelijke komen voor en vragen om hele andere funderingsen uitvoeringstechnieken dan men doorgaans in Nederland toepast. In dit artikel zal aandacht worden besteed aan de grondsoorten en gesteenten die men in de Arabische Golf mogelijk kan aantreffen, evenals de typische eigenschappen hiervan. Voorts zal worden aangegeven hoe deze ondergrond het constructieve ontwerp kan beïnvloeden en wat dat betekent voor de uitvoeringsmethode.

Algemene geologie In het algemeen wordt in de kustwateren van de Arabische Golf een bovenlaag van sediment aangetroffen met daaronder gesteente. De sediment-

48

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

laag kan bestaan uit zand, silt en grind en varieert in laagdikte doorgaans van 1 tot 10m. Het sedimentaire zand kan kwartszand (silica zand) zijn, maar ook kalkzand en allerlei mengvormen daarvan. Puur kwartszand, zoals wij dat in Nederland kennen, heeft volgens bijvoorbeeld het Classificatiesysteem van Clarke & Walker (zie tabel 1) een kalkgehalte (CaCo3) lager dan 10%. Bij een kalkgehalte tussen de 10% en 50% spreekt men van kalkhoudend kwartszand (calcareous silica sand), bij kalkgehalten tussen de 50% en 90% van kwartshoudend kalkzand (siliceous carbonate sand) en bij een kalkgehalte >90% van kalkzand (carbonate sand). Het gesteente is doorgaans sedimentair van origine en bestaat uit zandsteen, siltsteen en conglomeraat, gevormd in een marien afzettingsmilieu. Soms bevinden zich laminaties of massieve dikke gipslagen in het sedimentaire gesteente. Gips is een evaporiet, een sedimentair gesteente dat door verdamping van water is ontstaan. De sterkte van het sedimentaire gesteente wordt uitgedrukt in de Unconfined Compressive Strength (UCS value) en kan variëren van zeer zacht (<0,3 MPa) tot matig hard (0,3 tot 50MPa). Zeer zacht sedimentair gesteente met een UCS

kleiner dan 1,25MPa is in feite matig gecementeerd zand, silt of grind. Ook het gesteente kan in meer of mindere mate kalkhoudend zijn. De classificatie van zand kan ook op kalkhoudend gesteente worden toegepast. Wanneer er in een boorbeschrijving bijvoorbeeld een laag wordt geclassificeerd als calcareous sandstone, dan wordt het betreffende gesteente door een geotechnisch ingenieur geïnterpreteerd als een zandsteen met een kalkgehalte van tussen de 10% en 50%. Sedimentair gesteente met een kalkgehalte tussen de 90% en 100% wordt calcisiltite (carbonate siltstone), calcarenite (carbonate sandstone) of calcirudite (carbonate conglomerate / breccia) genoemd. In sommige gebieden wordt een relatief dunne maar zeer harde laag, ook wel ‘caprock’ genoemd, boven zachter gesteente aangetroffen, bijvoorbeeld in de kustwateren van de Verenigde Arabische Emiraten. Grond en gesteentesoorten zoals hierboven genoemd, vragen om een specifieke aanpak zowel qua ontwerp als qua uitvoering. Allereerst dient men zich een goed beeld te vormen van de specifieke grondeigenschappen en eigenschappen van


gesteenten en de daarbij belangrijke aspecten voor zowel ontwerp als uitvoering.

Kalkhoudend sediment Het kalkgehalte van zand heeft grote invloed op de beschikbare schachtwrijvingscapaciteit van geheide open stalen buispalen. Geheide open stalen buispalen in kalkhoudende en kalkzanden mobiliseren in het algemeen aanzienlijk minder schachtwrijving dan dat ze zouden doen in een kwartszand met vergelijkbare relatieve dichtheid. Hierbij kan de schachtwrijvingscapaciteit in kalkhoudend kwartszand teruglopen tot ca. 15% Ă 30% van de waarde in een niet kalkhoudend zand. Ook is bekend dat de gemobiliseerde schachtwrijving van geheide palen in kalkhoudend zand veelal aanzienlijk lager is dan de gemobiliseerde schachtwrijving van geboorde palen. Dit komt enerzijds door de methode van installeren, heien van palen resulteert in een afname van de effectieve korrelspanning rond de paal door verbrijzeling van kalkdeeltjes. Daarnaast speelt ook de ruwheid van het paaloppervlak een rol. De interactie tussen de grondslag en een ruw oppervlak van een geboorde paal is aanzienlijk beter dan dat van een gladde stalen buispaal. Wanneer een paal wordt geheid in een kwartszand dan zal de horizontale effectieve korrelspanning normaal gesproken toenemen door het heien. De mate waarin de korrelspanning toeneemt wordt mede bepaald door de grondverdringing van het toegepaste paalsysteem. Bij open stalen buispalen is dit effect uiteraard kleiner dan bij prefab betonpalen. Kalkhoudende zanden in de Golf zijn grotendeels ontstaan uit verbrijzelde, verweerde en grotendeels vergane stukjes schelp afkomstig van mariene levensvormen. Deze kalkhoudende korrelvormige deeltjes, die een hardheid hebben van ongeveer 3 op de schaal van Mohs, vormen een relatief zwakke en verbrijzelbare structuur vergeleken bij kwartszanden die een hardheid van ca. 7 hebben op de schaal van Mohs. Niet alleen een hoog kalkgehalte van het sediment is bepalend voor de mate van verbrijzeling. Daarnaast is ook de mate waarin de kalkdeeltjes zelf gevoelig zijn voor verbrijzeling een belangrijke factor. Kalkhoudende zanden kunnen bestaan uit skeletachtige overblijfselen van mariene organismen en/of uit niet skeletachtige vormen van kalkhoudend materiaal. Niet skeletachtige kalkhoudende zanden met ronde tot ovaalvormige vormen tonen doorgaans een lage gevoeligheid voor verbrijzelen en laten in dit opzicht een vergelijkbaar gedrag zien als kwartszanden. Skeletachtige kalkhoudende zanddeel-

tjes worden gekenmerkt door de aanwezigheid van holle ruimten in en tussen de deeltjes waardoor de gevoeligheid voor verbrijzelen hoog is. De aanwezigheid van dunne plaatvormige schelpdeeltjes verhoogt de gevoeligheid voor verbrijzeling van kalkhoudende zanden. Het is dus van belang te weten dat een verhoogd kalkgehalte mogelijk resulteert in een aanzienlijke reductie van de wrijvingscapaciteit van een geheide open stalen buispaal, maar dat het kalkgehalte op zichzelf geen informatie over de gevoeligheid voor verbrijzeling van het kalkhoudende materiaal geeft.

Kalkhoudend gesteente Hetzelfde mechanisme van verbrijzeling welke resulteert in een verlaagde schachtwrijving voor geheide open stalen buispalen geldt ook voor kalkhoudend gesteente. Waar men normaal uit mag gaan van een schachtwrijvingscapaciteit van tussen de 4% en 10% van de UCS waarde moet men in gesteente met een verhoogd kalkgehalte (>50%) mogelijk rekening houden met aanzienlijk lagere waarden. Helaas zijn er weinig resultaten van paaltesten op open stalen buispalen in kalkhoudend gesteente beschikbaar. Uit een statische paaltest en dynamische paaltesten op een project in de Arabische Golf (voorbeeld project locatie 3) bleek de schachtwrijving van geheide open stalen buispalen slechts ca. 40kPa te bedragen. Het gesteente waarin werd geheid bestond uit zachte tot

matig zachte zandsteen, zachte tot matig harde kalkhoudende zandsteen, zachte tot matig zachte calcarenite/carbonate sandstone en calcisiltite. Ook Tomlinson [2] geeft een waarde voor schachtwrijving van 45kPa aan voor een open stalen buispaal in carbonate sandstone/siltstone. Gelukkig heeft, mede dankzij Johan Cruijff, ieder nadeel ook z'n voordeel. Waar de heibaarheid in niet kalkhoudend gesteente met een UCS waarde van circa 5MPa veelal problematisch wordt, gaat het heien van stalen buispalen in kalkhoudend gesteente relatief makkelijk. Doorgaans is een lichter heiblok nodig en kan verder worden geheid dan in een vergelijkbaar niet kalkhoudend gesteente. Uiteraard moet in dit soort gevallen worden gezocht naar een optimum. Bij een zekere paallengte zal, mede door de hoogte van de staalprijs op het moment van inkopen, het maken van rock sockets goedkoper zijn en mogelijk ook een kortere uitvoeringstijd vergen. Een complicerende factor bij het maken van ontwerpen voor constructies in de Arabische Golf, kan zijn dat er in de ter beschikking gestelde grondonderzoeksrapporten niet altijd gegevens over het kalkgehalte zijn opgenomen. Gegevens over de gevoeligheid voor verbrijzelen worden vrijwel nooit aangetroffen, zodat het voor de geotechnicus vaak moeilijk is een adequate inschatting te maken van de te mobiliseren schachtwrijving.

Tabel 1 Carbonate Classification System (gebaseerd op Clarke & Walker) Bron: Fugro Geotechnical Investigation Report

GEOtechniek â&#x20AC;&#x201C; Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

49


Uitvoeringsstap

Ondermaats boorgat

Overmaats boorgat d.m.v. UnderReamer

Casing paal

Heien van de stalen buispaal tot vooraf vastgesteld heicriterium

Heien van de overmaatse (tijdelijke) casing

1

Heien van de stalen buispaal tot vooraf vastgesteld heicriterium

2

Plaatsen van de boorinstallatie op de paal

3

Door de paal heen gat in de rots boren. De diameter van het geboorde gat is ca. 150mm tot 200mm kleiner dan de diameter van de stalen buispaal.

4

Gat schoon maken (bijvoorbeeld door middel van air liften)

5

Vooraf geprefabriceerde wapeningskorf in het geboorde gat installeren

Definitieve stalen buispaal door de casing paal in het geboorde gat laten zakken.

6

Beton aanbrengen

Ruimte tussen geboord gat en definitieve stalen buispaal vullen met beton / grout.

7

Door de paal heen gat in de rots boren. De diameter van de eerste meter van het geboorde gat is ca. 150mm tot 200mm kleiner dan de diameter van de stalen buispaal. Daarna klappen de ‘UnderReamers’ uit en kan er een gat worden geboord met een diameter die ongeveer 250mm to 300mm groter is dan de diameter van de stalen buispaal.

Door de paal heen gat in de rots boren. De diameter van het geboorde gat is ca. 150mm tot 200mm kleiner dan de diameter van de tijdelijke casing.

Casing verwijderen

Tabel 2 Typen rock sockets (ingedeeld naar uitvoeringsmethode)

Grondonderzoek Figuur 2 Schematische weergave van de rock socket typen.

Figuur 3 Voorbeeld project locaties.

50

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

Wanneer er caprock wordt aangetroffen in het projectgebied dan kan dat het heien van open stalen buispalen bemoeilijken. Omdat een caprock laag doorgaans slechts een halve tot enkele meters dik is, kan er, ondanks de soms hoge UCS druksterke van het gesteente, meestal wel doorheen worden geheid. Doorgaans wordt in dit soort gevallen een paalschoen toegepast om schade aan de paal (plooien van de teen) te voorkomen of kan de caprock worden voorgeboord of verbrijzeld. Een paalschoen wordt soms ook toegepast bij het heien in matig zacht gesteente om het verbrijzelen van het gesteente aan de paalpunt te vergemakkelijken en om schade aan de paalpunt door hoge drukspanningen tijdens het heien te voorkomen Wanneer de UCS waarde van het gesteente te hoog is om er open stalen buispalen voldoende diep in te kunnen heien of wanneer het kalkgehalte in het gesteente zodanig hoog is dat er zeer lange stalen buispalen moeten worden toegepast dan wordt een rock socket geïnstalleerd. Hierbij wordt een open stalen buispaal over een bepaalde lengte de grond in geheid waarna de buispaal wordt leeggehaald. Vervolgens wordt er onder de paalpunt uitgeboord, indien nodig wapening geïnstalleerd en wordt ten slotte het uitgeboorde gat gevuld met beton.

Wanneer in Nederland grondonderzoek wordt gedaan, dan bestaat dit grondonderzoek voornamelijk uit sonderingen en mogelijk boringen, afhankelijk van het type project. In het buitenland, en dus ook in de Arabische Golf, bestaat een grondonderzoek vrijwel uitsluitend uit boringen met Standaard Penetratie proeven (SPT’s), Rotary Core Boring in het gesteente en laboratoriumonderzoek op monsters verkregen uit de SPT’s en de boorkernen. Op basis van de ’standard Penetration Test’ kan de relatieve dichtheid van zandlagen worden geschat en met behulp van correlaties kan een inschatting worden gemaakt van de ongedraineerde schuifsterkte van klei. Naast classificatie testen zoals bepaling van het volumiek gewicht, zeefanalyses en Atterbergse grenzen, worden op monsters uit de boorkernen vrijwel altijd Uniaxiale druksterkte proeven (UCS tests) en Punt-last proeven (Point Load Tests) gedaan om de druksterke van het gesteente te bepalen. Meestal worden meer Point Load testen gedaan dan UCS testen, omdat de eerste een snelle test is die zonder monster preparatie kan plaatsvinden en de eisen aan de monstergrote lager is. De Point Load Test is een indextest voor de sterkteclassificatie van een gesteente en kan worden gebruikt om de de eenassige druksterkte in te schatten. Daartoe


Funderingen voor waterwerken in de Arabische Golf

moeten er in de boringen voldoende UCS testen en Point Load testen op hetzelfde stuk boorkern zijn gedaan, zodat een betrouwbare correlatie kan worden vastgesteld tussen UCS waarde en de Point Load sterkte-index. Daarnaast wordt in veel gevallen van zowel zandmonsters als gesteentemonsters het kalkgehalte bepaald. In de tenderfase van een buitenlands project worden aard en omvang van eventueel uit te voeren aanvullend grondonderzoek geïnventariseerd. Omdat de kosten van de uitvoering van de fundering van waterwerken in de Arabische Golf veelal een groot deel van de projectkosten uit maken is het van belang dat alle (voldoende betrouwbare) grondinformatie beschikbaar is wanneer het definitief ontwerp moet worden gemaakt. Om die reden is het belangrijk dat de geotechnisch ingenieur die betrokken is bij het ontwerp tenminste voor een groot deel van de periode van het grondonderzoek aanwezig is zodat de gewenste geotechnische informatie ‘boven water’ komt.

Ontwerp en uitvoering Uit het voorgaande kan al min of meer worden geconcludeerd dat voor paalfundaties voor waterwerken in de Arabische Golf veelal stalen buispalen worden toegepast. Hoe de paalfundatie er precies uit gaat zien is afhankelijk van onder andere:  Grondopbouw;  Krachten die door de paal naar de ondergrond moeten worden overgedragen;  Beschikbaar materieel. Voor de installatie gaat in veel gevallen de voorkeur uit naar het heien van palen. Het betreft een relatief eenvoudig proces en resulteert doorgaans, in vergelijking met het maken van sockets, in een korte uitvoeringtijd en lagere kosten. Het is echter veelal niet mogelijk uitsluitend geheide palen toe te passen en in die gevallen moeten toch ook rock sockets worden toegepast. In tabel 2 is overzicht gegeven van een drietal rock socket typen met daarbij aangegeven de belangrijkste uitvoeringsstappen. In figuur 2 zijn deze rock socket typen schematisch weergegeven.

Enkele voorbeelden van projecten in de Arabische Golf Hoe één en ander in praktijk is gebracht zal aan de hand van een aantal voorbeeld projecten worden toegelicht. In figuur 3 zijn de project locaties weergegeven.

voornamelijk bestaat uit zand. Onder het zand bevindt zich een gesteente variërend in sterkte van ‘zwak’ tot ‘matig sterk’. De UCS waarden van de Limestone en het Calcisiltite varieert van 2MPa tot 60MPa. Tijdens de tenderfase is op basis van het beschikbare grondonderzoek vastgesteld dat het zowel uitvoeringstechnisch als ontwerptechnisch een lastige grondslag betreft. Door de aard van de gekozen paalconfiguratie en de belastingen moeten grote trek en druk belastingen via de palen naar de ondergrond worden overgedragen, in veel gevallen in combinatie met buigende momenten. Dit alles heeft er toe geleid dat er is gekozen voor een fundatie op stalen buispalen en het toepassen van geboorde sockets. Op basis van het bij de aannemer in het gebied beschikbare materieel is er gekozen voor rock sockets met een ondermaats geboord gat. Om het boorwerk tot een minimum te beperken zijn er in het project de volgende paal ‘typen’ toegepast:  Palen geheid, geen socket;

Project locatie

Type waterbouwkundige constructie

Type fundering

Typische geologie

1

Steiger voor laden en lossen van zeeschepen. De steiger ligt in de open zee.

Geheide stalen buispalen voorzien van sockets

Geen tot enkele meters zandige klei / silt met daaronder ca. 1 meter caprock gevolgd door zachte tot matig harde limestone (3 tot 60MPa) en zachte tot matig zachte calcisiltite (2 tot 30MPa).

2

Steiger voor laden en lossen Geheide stalen buispalen van zeeschepen. De steiger voorzien van sockets ligt niet beschut in een haven maar wel enigszins beschermd tegen de golven vanuit de Arabische golf door natuurlijke ondiepten (koraal en eiland(jes) voor de kust).

Een tot 10m sediment bestaande uit zachte silt, zand, kalkhoudend kwartszand en kwartshoudend kalkzand met daaronder 10m tot 25m zachte tot matig zachte siliceous calcisiltite met gipslagen en gevolgd door zachte tot matig zachte calcisiltite en calcareous siltstone (0, tot 10MPa met gemiddelde UCS van ca. 2,5MPa).

3

Steiger voor laden en lossen van zeeschepen. De steiger ligt buiten de haven.

Geheide stalen buispalen

Geen tot enkele meters zand met daaronder lokaal een zachte tot matig harde caprock (UCS 5 tot 25 MPa) laag gevolgd door afwisselend zachte tot matig zachte zandsteen, zachte tot matig harde kalk houdende zandsteen, zachte tot matig zachte calcarenite/ carbonate sandstone en calcisiltite.

4

Steiger met extreem hoge dekbelasting. De steiger ligt beschut tegen de golven binnen de golfbrekers van een haven.

Grote diameter geboorde betonpalen

Vier tot 8m sediment bestaande uit zachte zandige silt, siltig zand en grind met daaronder afwisselend extreem zachte (licht gecementeerde) tot zachte zandige siltsteen, extreem zachte tot zachte zandsteen en zeer zacht tot zacht conglomeraat (0,2 tot 5 MPa; gemiddelde UCS van 2 MPa).

Project locatie 1: Grondonderzoek op de betreffende locatie geeft aan dat we te maken hebben met een bovenlaag variërend in dikte van 0,50m tot circa 5,0m die

 Palen geheid, gat boren tot benodigd paal punt niveau en paal nageheid tot diepte;  Palen geheid, gat boren en voorzien van kort socket (palen voornamelijk op druk belast);  Palen geheid, gat boren en voorzien van lang socket (palen met grote trekbelastingen: trekanker). De consequentie van meerdere paal typen in de complexe en variabele grondslag is wel dat er strikt en vakkundig toezicht nodig is. Zo moeten er op het werk de goede beslissingen worden genomen in het geval een paal niet voldoet aan het vooraf gestelde criterium. Voor palen zonder socket moet bijvoorbeeld worden voldaan aan een minimale blowcount in combinatie met een minimaal teenniveau. Wordt de voorgeschreven blowcount gehaald voordat de paalteen op diepte is, dan moet er worden gekozen om uit te boren en na te heien of uit te boren en een socket te maken. Of andersom; wanneer de paalteen op diepte maar de blowcount is te laag, dan kan ervoor worden gekozen de paal op te lengen en verder te heien of om een socket van

Tabel 3 overzicht voorbeeld project locaties

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

51


een nader vast te stellen lengte aan te brengen. Om alle mogelijke scenario’s vooraf in kaart te brengen en zodoende op het werk snel de juiste beslissing te nemen worden er in de praktijk stroomschema’s opgesteld. Het boren van het gat in de harde grondslag voor de installatie van rock sockets is weergegeven in figuur 4.

Project locatie 2 Uit het beschikbare grondonderzoek is geconcludeerd dat er rekening gehouden moet worden met een relatief hoog kalkgehalte. De gemiddelde UCS waarde van het gesteente is laag. Deze combinatie leidt ertoe dat er rekening moet worden gehouden met verminderde schachtwrijvingswaarden. Palen zouden wel geheid kunnen worden maar de verwachting is wel dat palen erg lang worden en er veel palen nodig zijn. Er is gekozen voor het heien van de palen door het sediment en vervolgens onder de paal uit een rock socket te maken.

Project locatie 3 Ook hier betreft het een moeilijke grondslag.

Interpretatie van het beschikbare grondonderzoek heeft er toe geleid dat er voor de paalfundatie is gekozen voor het heien van stalen buispalen. Er is voorafgaand aan de uitvoering van het werk een zeer uitgebreide heianalyse uitgevoerd waaruit een heihamer (IHC S150) als meest geschikte hamer naar voren is gekomen. De keuze voor de heihamer heeft goed uitgepakt. Zoals verwacht konden alle palen naar de vereiste diepte worden geheid. Het heien door de caprock bleek moeilijk, wat in lijn was met de verwachting. Tijdens de ontwerpfase is bewust gekozen voor een, redelijk lage waarde voor de schachtwrijving, namelijk 45 kPa. Helaas bleek tijdens de statische paaltest dat zelfs deze waarde nog te hoog was. De testpaal ‘bezweek’ bij een schachtwrijving van slechts 40 kPa. Dit heeft er uiteindelijk toe geleid dat een aantal palen moest worden verlengd en dat er uiteindelijk op aanzienlijk meer palen dynamische paaltesten zijn uitgevoerd. Een ruim aantal palen waarop direct na het op diepte heien een dynamische test is uitgevoerd is na verloop van enige tijd (tussen de 1 en 2 maanden) nageheid en opnieuw dynamisch getest. De waargenomen toename van de schachtwrijving

Figuur 4 Boren van gat ten behoeven van het rock socket.

52

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

bleek hoger dan verwacht; op sommige palen bleek er een toename tussen de 20% en 65%. figuur 1 geeft een overzicht van het werk in uitvoering en in figuur 5 is te zien hoe offshore wordt geheid.

Project locatie 4 In deze regio zijn meerdere projecten uitgevoerd. Er zal worden ingegaan op één van deze projecten. Het betreft een kade constructie bestaande uit een betonnen dek op geboorde betonpalen. Het werk is ‘in den droge’ uitgevoerd. De veranderlijke belasting waar de kade voor ontworpen moest worden is extreem hoog, namelijk 400 kN/m2. Vanwege de resulterend hoge paalbelastingen is gekozen voor grote diameter (1,50m) boorpalen. In figuur 6 zijn de paalkoppen nog te zien. De palen zijn beproefd en de vooraf bepaalde ontwerpwaarden zijn daarmee aangetoond.

Aantoonbaarheid draagvermogen Een laatste belangrijk verschil met de Nederlandse situatie is dat er op buitenlandse werken, en dus ook op werken in de Arabische Golf, een of meerdere statische- en dynamische paaltesten

Figuur 5 Heien van palen offshore.


Funderingen voor waterwerken in de Arabische Golf

worden uitgevoerd op geïnstalleerde palen. Door middel van de statische paaltesten moet het paaldraagvermogen dat in het definitieve ontwerp is vastgesteld worden aangetoond en worden de dynamische paaltesten (PDA - Pile Dynamic Analysis) gekalibreerd aan de resultaten van de statische paaltesten. Vervolgens moet het draagvermogen van een vooraf bepaald aantal palen met dynamische paaltesten worden aangetoond. In figuur 7 zijn voorbeelden van diverse statische paaltesten weergegeven.

op de goede manier wordt geïnterpreteerd om zodoende tot de juiste keuze voor het funderingsconcept te komen. Onvoldoende geotechnische informatie en/of onvoldoende ervaring van de geotechnisch adviseur met de locale grondslag zouden anders kunnen resulteren in onjuiste keuzes met mogelijk verregaande consequenties voor de kosten en uitvoeringstijd van het project. Het is aan te raden dat tijdens het uitvoeren van grondonderzoek en het testen van palen de geotechnisch adviseur die betrokken is bij het ontwerp op site aanwezig is. 

Afsluiting Bij waterwerken in de Arabisch Golf krijgt de geotechnisch adviseur te maken met grondslagen met eigenschappen die men in Nederland niet aan zal treffen. (Paal) fundaties van waterwerken zijn doorgaans een groot deel van de bouwkosten. Dit in combinatie met een altijd aanwezige mate van onzekerheid van de ondergrond maken gerelateerde financiële risico’s meestal bijzonder groot. Het is dan ook essentieel dat men beschikt over voldoende geotechnische informatie van een goede kwaliteit en dat vervolgens deze informatie

Literatuur [1] CIRIA Report 181 Piled Foundations in Weak Rock, 1999. [2] Pile Design and Construction Practice, Fourth Edition, 1994, M.J. Tomlinson. [3] OTC 4852: Grouted Piles in Weak Carbonate Rocks. A.F. Abbs & A.D. Needham, Dames & Moore Int, 1985. [4] Engineering for Calcareous Sediments Volume I and II, 1999. Proceedings of the 2nd International Conderence on Engineering for Calcareous sediments, edited by Khalil A.

Figuur 7a Voorbeelden van statische (offshore) paaltest opstellingen.

Figuur 7b

Figuur 6 Boorpalen ten behoeven van de kade constructie.

Figuur 7c

GEOtechniek – Thema-uitgave Geotechniekdag 2009

53


Uw organisatie of branchevereniging profileren in Geotechniek?

Bespreek de mogelijkheden met Uitgeverij Educom: 010-425 6544. info@uitgeverijeducom.nl


Profile for Uitgeverij Educom

Geotechniek november 2009 Thema uitgave 75 jaar Grondmechanica Baanbrekend  

Dertiende jaargang nummer 5, Geotechniekdag Thema uitgave Baanbrekend, 75 jaar Grondmechanica Onafhankelijk vakblad voor het Geotechnische...

Geotechniek november 2009 Thema uitgave 75 jaar Grondmechanica Baanbrekend  

Dertiende jaargang nummer 5, Geotechniekdag Thema uitgave Baanbrekend, 75 jaar Grondmechanica Onafhankelijk vakblad voor het Geotechnische...

Recommendations could not be loaded

Recommendations could not be loaded

Recommendations could not be loaded

Recommendations could not be loaded