Page 1

JAARGANG 17

NUMMER 2 APRIL 2013

ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR HET GEOTECHNISCHE WERKVELD

CUR RICHTLIJN 247: RISICO GESTUURD GRONDONDERZOEK, VAN PLANFASE TOT REALISATIE

DE LUXEMBURGSE BODEM EN DE ZWAKKE RHÄT KLEI

MONSTERVERSTORING, DE LAATSTE ONBEKENDE SCHAKEL?

DEFORMATIEMETINGEN UNIEKE TIEN METER HOGE GEWAPENDE GRONDWAND

WAT KUNNEN WIJ NU NOG VAN KEVERLING BUISMAN LEREN DE NIEUWE RAMSPOLBRUG OP OPEN STALEN BUISPALEN

LICHTGEWICHT SNELWEGVERBREDING MET VERTICALE ZIJWAND VAN A76 OP INGEKORT TALUD MET KEERWAND

I N C LU S I E F

kunst


Van de redactie Beste lezers, Dat geotechniek een moeilijk maar boeiend vakgebied blijft, wist u natuurlijk al langer. Met regelmaat worden artikelen geschreven die ervaringen in een bepaald gebied met de daarbij aanwezige grondgesteldheid goed beschrijven. Dat die ervaringen niet altijd algemeen toepasbaar zijn, ligt eigenlijk voor de hand. Toch bestaat de (overigens geheel natuurlijke) neiging uit een enkele publicatie een algemeen geldende regel te willen destilleren. Dat het anders kan uitpakken wordt in dit nummer geĂŻllustreerd. Het vorige nummer van Geotechniek bevatte een artikel over de effecten van de installatiewijze op het draagvermogen van open stalen buispalen. Ook in dit nummer vindt u over dit onderwerp weer een bijdrage. Interessant is dat de conclusies van beide artikelen niet met elkaar overeen stemmen. Het laat maar weer eens zien hoe veel er nog te ontdekken valt in ons vakgebied en hoe een als voor menigeen min of meer vaststaand gegeven toch niet altijd en overal blijken te kloppen. Voor het onderwerp open stalen buispalen lijkt het tijd te worden voor een goed opgezet systematisch onderzoek. De beide artikelen kunnen daarbij wellicht dienen als aanknopingspunt. Moeilijk maar boeiend dus. Voorts in dit nummer twee bijdragen over onderzoeksprojecten in het kader van grondonderzoek, namelijk over de resultaten van het Geo-Impuls project risico gestuurd grondonderzoek en een artikel over een in de startblokken staand onderzoek naar de monsterverstoring bij verschillende boormethoden.

Vanuit Luxemburg wordt ons het een en ander geleerd over de daar heersende grondgesteldheid en de daarbij optredende problemen. Het is goed ook daar kennis van te nemen. Na elf jaar trouwe dienst heeft ons redactielid Martin de Kant (RHDHV) besloten zijn redactiewerkzaamheden over te dragen. Daarmee is hij een van de langst zittende redactieleden geweest. De redactie is Martin zeer erkentelijk voor al het werk dat hij in deze periode heeft verricht voor Geotechniek en zal zijn inbreng in de redactievergaderingen zeker missen. Als laatste daad heeft Martin gezorgd voor zijn opvolging. De redactie heet dan ook Ilse Hergarden, eveneens werkzaam bij RHDHV, van harte welkom. Definitief was helaas het afscheid van prof. Josselin de Jong. In dit nummer een terugblijk op het leven van deze voor de geotechniek in Nederland zo belangrijke geleerde. Ten slotte wil ik u nog eens wijzen op de mogelijkheden die de website van Geotechniek te bieden heeft. Heeft u een prikkelende stelling of wilt u van de laatste actuele ontwikkelingen kennis nemen, raadpleeg dan www.vakbladgeotechniek.nl. Maar uiteraard wensen redactie en uitgever u ook met deze papieren versie weer veel genoegen. Namens de redactie en uitgever Henk Brassinga


Hoofd- en Sub-sponsors Hoofdsponsor

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

Sub-sponsors

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

Veurse Achterweg 10 2264 SG Leidschendam Tel. 0031 (0)70 - 311 13 33 www.fugro.nl

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

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

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

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

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

Dywidag Systems International CRUX Engineering BV Pedro de Medinalaan 3-c 1086 XK Amsterdam Tel. 0031 (0)20-494 3070 www.cruxbv.nl

Rooseveltlaan 8, 4536 GZ Terneuzen Postbus 326, 4530 AH Terneuzen Tel. 0031 (0)115 62 09 27 www.bmned.com

Rendementsweg 15 3641 SK Mijdrecht Tel. 0031 (0) 297 23 11 50 www.bauernl.nl

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

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

Kleidijk 35 3161 EK Rhoon Tel. 0031 (0)10 - 503 02 00 www.mosgeo.com

Siciliëweg 61 1045 AX Amsterdam Tel. 0031 (0)20-40 77 100 www.voorbijfunderingstechniek.nl

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

2

GEOT ECHNIEK – April 2013

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

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


Mede-ondersteuners Arcadis Nederland BV

CUR Bouw & Infra

Postbus 220 3800 AE Amersfoort Tel. 0031 (0)33 - 477 1000 Fax 0031 (0)33 - 477 2000 www.arcadis.nl

Postbus 420 2800 AK Gouda Tel. 0031 (0)182 - 540630 Fax 0031 (0)182 - 54 06 21 www.curbouweninfra.nl

Cofra BV

Ingenieursbureau Amsterdam

Kwadrantweg 9 1042 AG Amsterdam Postbus 20694 1001 NR Amsterdam Tel. 0031 (0)20 - 693 45 96 Fax 0031 (0)20 - 694 14 57 www.cofra.nl

Weesperstraat 430 Postbus 12693 1100 AR Amsterdam Tel. 0031 (0)20 - 251 1303 Fax 0031 (0)20 - 251 1199 www.iba.amsterdam.nl

PostAcademisch Onderwijs (PAO) Postbus 5048 2600 GA Delft Tel. 0031 (0)15 - 278 46 18 Fax 0031 (0)15 - 278 46 19 www.pao.tudelft.nl

Jetmix BV Postbus 25 4250 DA Werkendam Tel. 0031 (0)183 - 50 56 66 Fax 0031 (0)183 - 50 05 25 www.jetmix.nl

Profound BV

Royal HaskoningDHV

Limaweg 17 2743 CB Waddinxveen Tel. 0031 (0)182 - 640 964 www.profound.nl

Postbus 151 6500 AD Nijmegen Tel. 0031 (0)24 - 328 42 84 Fax 0031 (0)24 - 323 93 46 www.royalhaskoningdhv.com

nv Alg. Ondernemingen Soetaert-Soiltech Esperantolaan 10-a B-8400 Oostende Tel. +32 (0) 59 55 00 00 Fax +32 (0) 59 55 00 10 www.soetaert.be

Colofon GEOTECHNIEK JAARGANG 17 – NUMMER 2

Uitgever/bladmanager Uitgeverij Educom BV R.P.H. Diederiks Redactieraad Alboom, ir. G. van Beek, mw. ir. V. van Brassinga, ing. H.E. Brinkgreve, dr. ir. R.B.J. Brok, ing. C.A.J.M. Brouwer, ir. J.W.R. Calster, ir. P. van

APRIL 2013

Geotechniek is een uitgave van Uitgeverij Educom BV

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

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

Cools, ir. P.M.C.B.M. Dalen, ir. J.H. van Deen, dr. J.K. van Diederiks, R.P.H. Graaf, ing. H.C. van de Haasnoot, ir. J.K. Heeres, Dr. Ir. O.M. Jonker, ing. A. Kant, ing. M. de Langhorst, ing. O. Mathijssen, ir. F.A.J.M. Meinhardt, ir. G.

Meireman, ir. P Schippers, ing. R.J. Schouten, ir. C.P. Seters, ir. A.J. van Smienk, ing. E. Spierenburg, dr. ir. S. Storteboom, O. Thooft, dr. ir. K. Vos, mw. ir. M. de Velde, ing. E. van der Wassing, B.

Redactie Beek, mw. ir. V. van Brassinga, ing. H.E. Brouwer, ir. J.W.R. Diederiks, R.P.H. Kant, ing. M. Meireman, ir. P.

Lezersservice Adresmutaties doorgeven via info@uitgeverijeducom.nl

© Copyrights Uitgeverij Educom BV April 2013 Niets uit deze uitgave mag

Cover: Impressie fundatie Ramspolbrug, E. van Wijland, VolkerInfraDesign BV

worden gereproduceerd met welke methode dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. © ISSN 1386 - 2758

Distributie van Geotechniek in België wordt mede mogelijk gemaakt door:

TIS Speciale Funderingstechnieken Info: WTCB, ir. Noël Huybrechts Lombardstraat 42, 1000 Brussel Tel. +32 2 655 77 11 info@bbri.be www.tis-sft.wtcb.be

3

GEOT ECHNIEK – April 2013

ABEF vzw

BGGG

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

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


Voor gedegen

Mixed- In-Place Soilmix oplossingen

BAUER Funderingstechniek voert uit: Mixed-In-Place soilmix Groutanker met strengen GEWI -anker (paal) Groot diameter boorpaal Cement -bentoniet dichtwand Diepwand Jet grouten

Vooraanstaand en betrouwbaar www.bauernl.nl


Inhoud 1 Van de Redactie – 6 Actueel – 9 CUR Bouw & Infra – 19 The Magic of Geotechnics 28 KIVI NIRIA rubriek – 34 Normen & Waarden – 37 Afstudeerders – 42 Agenda

10

CUR Richtlijn 247: Risico gestuurd grondonderzoek, van planfase tot realisatie

14

Monsterverstoring, de laatste onbekende schakel?

22 30

Ing. H. Brassinga / Ir. J. van Dalen

Dr. ir. C. Zwanenburg

De nieuwe Ramspolbrug op open stalen buispalen Ir. R.O. Schippers / Ir. J.W.R. Brouwer

Deel IV in de kleine serie: Wat kunnen wij nu nog van Keverling Buisman leren

Met Buisman naar de isotachen ir. J. Heemstra

38

De Luxemburgse bodem en de zwakke Rhät klei Prof. dr. ir. A. Vervoort / ir. G. Van Lysebetten

43 GEOKUNST Onafhankelijk vakblad voor gebruikers van geokunststoffen 46 Deformatiemetingen unieke tien meter hoge gewapende grondwand Ing. T. Linthof / Ing. C. Brok / Ing. P. van Duijnen / Ir. S. van Eekelen

54

Lichtgewicht snelwegverbreding met verticale zijwand van A76 op ingekort talud met keerwand Dr. Ir. M. Duskov / Ir. A. Plagmeijer / Ing. M. den Uil


Actueel Onder redactie van Robert Diederiks

DEELNAME ROPARUN GEORUNNERS - TU DELFT Een groep van 25 studenten, promovendi en werknemers van de sectie Geo-Engineering, faculteit Civiele Techniek & Geowetenschappen, nemen als team GeoRunners - TUDelft deel aan de RopaRun 2013. De RopaRun (http://www.roparun.nl/) is een 520 km lange estafetteloop van Parijs tot Rotterdam die aanstaande mei plaats vindt. Tijdens deze landelijk bekende estafetteloop van Parijs naar Rotterdam leveren mensen in teamverband een sportieve prestatie om geld in te zamelen voor mensen met kanker onder het bekende motto: “Leven toevoegen aan dagen, waar geen dagen meer kunnen worden toegevoegd aan het leven”. Wij hebben ons tot doel geteld om een maximale bijdrage te leveren aan de strijd tegen deze vreselijke ziekte, waar iedereen wel eens – direct of indirect – mee te maken heeft gehad. Wij zijn tot op het bot gemotiveerd om tot

GEONET VERNIEUWD Het afgelopen jaar is de website Geonet.nl stevig op de schop genomen. De oude site was een jaar of tien geleden ontwikkeld met de technologie van dat moment en ook de look-and-feel van dat moment. Het GeoImpulsprogramma had behoefte aan een digitale thuishaven om de ontwikkelde kennis-

een aansprekende teamprestatie te komen. Wij zijn op zoek naar uw hulp om ons doel te verwezenlijken en een aanzienlijke bijdrage op te halen voor dit bijzondere evenement. Dit is voor u als lezer van dit blad de mogelijkheid om een maatschappelijk verantwoord initiatief te steunen van een aantal enthousiaste, jonge mensen met

dezelfde interesse als u! Bent u bereid een bijdrage te leveren, financieel of in natura, om ons doel te bereiken neem dan gerust contact met ons op via: www.georunners.nl, of doneer via de ROPARUN site op het #346 GeoRunners - TUDelft team, www.roparun.nl/teams/2013/346). Wij kijken uit naar uw bijdrage, hulp en interesse.

producten beschikbaar te maken en dit bood de mogelijkheid om de Geonet-website te vernieuwen en er vervolgens GeoImpuls onderdak te verlenen.

beeld wordt bevestigd door de LinkedIn groep van GeoImpuls waar de discussie ook niet goed op gang wil komen. Besloten is daarom geen energie te steken in een GeoForum zoals we dat vroeger kenden. Bijhouden van de actualiteit vergt relatief veel inspanning omdat de gegevens overal vandaan gesprokkeld moeten worden. Gezien de beperkte middelen is ook dat gestopt – met uitzondering van een enkele aankondiging. De website van het blad Geotechniek voorziet ook deels in die behoefte. Het nieuwe Geonet heeft dus een meer bescheiden ambitie en daardoor meer Geonet is een een archief, een webportaal met relevante informatie op het gebied van geotechniek: dossiers, achtergronden, projecten, literatuur en doorverwijzingen naar belangrijke websites. GeoImpuls heeft een prominente plaats op de website regelmatig worden de nieuw bereikte resultaten van het programma aan de website toegevoegd.

Een website kan meerdere functies vervullen. Bij het oude Geonet was de ambitie om zowel kennisopslag als actualiteit als interactie te verzorgen. De ervaring van de afgelopen tien jaar is dat de behoefte aan digitale interactie niet zo groot is. Dat

Voor iemand die zoekt naar bepaalde kennis is het minder relevant of deze van GeoImpuls, van de TU Delft of van nog een andere partij afkomstig is. Daarom zijn er dossiers ingericht. Op dit moment zijn dat er twaalf, van “Bouwput” tot “Zettingsvloeiing”. Vanuit de dossiers wordt je de gewezennaar handboeken, artikelen, het publicatiearchief van de TU Delft en andere digitaal beschikbare bronnen.

6

GEOT ECHNIEK – April 2013


Actueel Een aparte afdeling op de website is “Literatuur”. Daarin word je verwezen naar ons aller vakblad Geotechniek, maar ook naar andere bladen zoals Land en Water en Civiele Techniek. Van alle artikelen in Geotechniek (vanaf 2000) zijn abstracts opgenomen, en dit maakt de toegang tot het Geotechniekarchief heel gemakkelijk. Andere tijdschriften zijn nog niet zo ver met het digitaal ontsluiten van hun artikelen. In tegenstelling tot Geotechniek is daar vaak een abonnement

AFSCHEIDSVIERING PROF. JAN MAERTENS

voor vereist of ontbreekt het helemaal. De zoekmachine in het hoofdmenu maakt het mogelijk om direct te zoeken in alle beschikbare documenten en pagina's op Geonet, ook in de pdf’s die op de website zijn opgenomen. Wanneer je teveel treffers krijgt kun je verfijnen door alleen in bepaalde delen van Geonet te zoeken: dossiers, literatuur of GeoImpuls. Met de zoekfunctie is ook mogelijk om op websites van andere, verwante organisaties te zoeken zoals CUR, COB,

Op donderdag 29 november 2012 vond in het Thermotechnisch Instituut in Heverlee de viering plaats van Prof. Jan Maertens ter gelegenheid van zijn emeritaat. De viering werd georganiseerd door het Departement Burgerlijke Bouwkunde van de KULeuven, waaraan Jan Maertens 21 jaar verbonden was als deeltijds docent en hoofddocent. Hij doceerde er Funderingstechnieken aan de studenten Bouwkundig Ingenieur en Grondmechanica & Funderingstechnieken aan de studenten Ingenieur-Architect en zal worden opgevolgd door Christophe Bauduin, Directeur Design Department BESIX, voor de lessen aan de studenten Bouwkundig Ingenieur en door Noel Huybrechts, Afdelingshoofd Geotechniek van het WTCB, voor de lessen aan de studenten Ingenieur-Architect. De academische zitting werd geopend door Prof. Geert Degrande, Voorzitter van het Departement Burgerlijke Bouwkunde van de KULeuven. Luc Maertens, die aan ditzelfde departement doceerde en gewezen Directeur van het Design Department van Besix, gaf een inspirerende voordracht, getiteld ‘Geotechnical Engineering = m e3 ‘. Prof. Noël Huybrechts,gaf een mooi overzicht van de intense samenwerking tussen de KULeuven en het WTCB op het vlak van onderzoek. Jan Maertens vertelde over zijn geotechnische loopbaan, zowel binnen de universiteit als daarbui-

7

GEOT ECHNIEK – April 2013

CROW, Kennisonline.deltares.nl en de repository van de TU Delft. Geonet wordt periodiek bijgehouden en we streven naar een actueel aanbod van beschikbare, geotechnische informatie. Heeft u opmerkingen, iets wat u mist of iets dat u een plek zou willen geven op Geonet? Neem dan contact met ons op via redactie@geonet.nl

ten, waar hij achtereenvolgens werkzaam was bij het Rijksinstituut voor Grondmechanica, bij de Dienst Grondmechanica bij het Bruggenbureau van het Ministerie voor Openbare Werken en bij SmetBoring (zie ook het interview in het oktobernummer 2012 van dit tijdschrift). Daarnaast is hij sinds 1993 zelfstandig raadgevend ingenieur, een activiteit die hij nog even wil verder zetten. In deze verschillende functies heeft hij de geotechniek vanuit verschillende invalshoeken mee gemaakt. In zijn voordracht legde hij o.a. de nadruk op het belang van een goede uitvoering, het gebruik van het gezond verstand en het maken van duidelijke afspraken tussen alle betrokken partijen. Prof. Lucie Vandewalle, Afdelingshoofd Bouwmaterialen en Bouwtechnieken aan het Departement, dankte tot slot Jan Maertens voor zijn grote inzet en gedrevenheid gedurende al die jaren. De academische zitting werd afgesloten met een gezellige receptie. Als gewezen voorzitter van het Genootschap Grondmechanica en Funderingstechnieken van het KVIV, zal Jan Maertens op de viering van het 60 jarig bestaan van het Genootschap dat op 30 mei zal plaatsvinden, één van de sprekers zijn.


Actueel tale vlakken stelde hij het mechanisme van een omvallende boekenrij voor. Het duurde tot 1984, toen een vooraanstaand Engels onderzoeker, Peter Wroth, in zijn Rankine lezing de theorie van De Josselin de Jong uitgebreid presenteerde, en gloedvol ondersteunde. Andere belangrijke bijdragen aan de grondmechanica zijn dynamische consolidatie, meerwaardige hodografen, beweging van grensvlakken, en toepassingen van fotoelasticiteit.

PROF. DR. IR. G. DE JOSSELIN DE JONG OVERLEDEN Op 2 december 2012 overleed Gerard De Josselin de Jong, hoogleraar Grondmechanica bij de TU Delft van 1960 tot 1980, op de leeftijd van 97 jaar. De Josselin de Jong werd geboren in Amsterdam op 27 maart 1915, en ontving het diploma van civiel ingenieur in 1941. Kort daarna, in 1942, trachtte hij met een vriend, Ir. P.J. De Lint, met een vouwkano naar Engeland uit te wijken, maar ze werden na 30 km op zee onderschept door een schip van de Duitse Marine. Ze werden aanvankelijk ter dood veroordeeld, maar deze straf werd omgezet in 15 jaar tuchthuis in Duitsland, naar verluidt uit waardering voor hun eerlijke uitspraken. Later ontving hij voor zijn gedrag het verzetsherdenkingskruis. Bij het einde van de oorlog werd hij bevrijd door Engelse soldaten, en keerde naar Nederland terug. Hij schilderde en tekende enige tijd in Amsterdam en Parijs, en was enige jaren werkzaam bij het Bureau d'Etude de Béton Précontraint in Parijs. Hij keerde terug naar Nederland in 1949, en trad in dienst van het Laboratorium voor Grondmechanica te Delft, uiteindelijk als hoofd van de afdeling speurwerk. In 1959 promoveerde hij aan de Technische Hogeschool Delft tot Doctor in de Technische Wetenschappen. Hij verbleef ruim een jaar aan de University of California in Berkeley als visiting research assistant, en werd in 1960 benoemd tot hoogleraar in de Grondmechanica in Delft. In 1980 werd hij gepensioneerd. Zijn wetenschappelijk werk werd gekenmerkt door grote diepgang, originaliteit, en vaak schitterende illustraties. Zijn eerste belangrijke prestatie, in Californië gevonden, was de theorie dat

SMART-GEOTERM In september 2011 startte het 6 jaar durende IWTtraject SMARTGEOTHERM dat de toepassing van ondiepe geothermie gecombineerd met thermische buffering wil promoten. Het project wordt geleid door het WTCB en wordt uitgevoerd in

bij transport van verontreinigingen door stromend grondwater de verspreiding in de richting van de stroming veel groter is dan in de zijdelingse richting, en dat het verschil toeneemt met de tijd, en dus met de afgelegde weg. De theorie werd door hemzelf en anderen bevestigd in proeven, en is algemeen aanvaard. Hij had daarbij het geluk dat Jacob Bear, een andere belangrijke onderzoeker, die in die tijd ook in Berkeley verbleef, de theorie direct begreep en steunde, en deze in zijn vele publicaties en boeken verspreid heeft. Waarschijnlijk zijn grootste bijdrage aan de fundamentele grondmechanica is de ontwikkeling van het dubbel-glijdende en vrij roterende model voor de plastische vervormingen van korrelachtige materialen, zoals zand. Dat werd minder snel aanvaard, misschien omdat het tot consequentie had dat bepaalde veel gebruikte proeven om de schuifsterkte van grond te meten (schuifproeven) onbetrouwbaar zouden zijn, en niet goed reproduceerbaar. In plaats van afschuiven langs horizon-

samenwerking met KULeuven, VITO, VCB, FEBE, ABEF, Bouwunie en infobeton.be. De projectpartners willen samen met werkgroepen o.a. richtlijnen van goede praktijk, intelligente regelalgoritmes, dimensioneringstools en voorbeeldprojecten uitwerken om zodoende bestaande kennis en nieuwe inzichten naar de bouwmarkt te brengen. Het project zal een belangrijke bijdrage leveren in het streven naar “Bijna EnergieNeutrale gebouwen”. Op www.smartgeotherm.be is heel wat informatie beschikbaar. U kan zich inschrijven op de nieuwsbrief om op de hoogte te blijven van ondiepe geothermie, thermische opslagsystemen en andere ontwikkelingen binnen het project zoals de befaamde energiepalen.

8

GEOT ECHNIEK – April 2013

De artistieke gaven van De Josselin de Jong bleken ook uit de vele prachtige illustraties bij zijn publicaties. Zijn grote internationale reputatie is niet alleen te danken aan het kwalitatief hoogstaande theoretische werk, maar ook aan zijn fraaie tekeningen. Vlak na de oorlog maakte hij het schilderij “Studenten streden en leden”, dat thans in de Aula van de TUD hangt. Ook in de sociëteit Phoenix vindt men diverse van zijn werken. Hij ontwikkelde een eigen stijl voor de illustraties bij zijn wetenschappelijke publicaties. Soms ging dat bijna mis, toen bijvoorbeeld het blad Géotechnique een nieuwe moderne huisstijl had vastgesteld, en zijn tekeningen daaraan werden aangepast. Dat accepteerde hij niet, en hij vloog naar London, met een scheermesje, een kroontjespen en een potje Oostindische inkt, om de schade ongedaan te maken. Zo belangrijk vond hij het dat ook de figuren zijn signatuur zouden dragen. Na zijn pensionering heeft hij zijn wetenschappelijk werk nog vele jaren voortgezet, meestal ondersteund door Prof. C.J. Van Duijn en Prof. R.J. Schotting. Maar toen hij 85 was geworden gaf hij wel toe, aan Delta, het jammer te vinden dat hij geen 75 meer was, want toen “was hij op zijn top”. Prof. Dr. Ir. A. Verruijt

60 JAAR EXPERTGROEP GRONDMECHANICA & FUNDERINGSTECHNIEK VAN IE-NET De Expertgroep Grondmechanica & Funderingstechniek van ie-net (voorheen KVIV) bestaat 60 jaar. Dit wordt feestelijk gevierd op donderdag 30 mei 2013 in Ter Elst (Edegem) met een academische zitting en gerenommeerde sprekers als Jan Maertens, Luc Maertens, gewezen Directeur van het Design Department van Besix en Alain Bernard, CEO van het Vlaamse baggerbedrijf DEME. Na het academisch gedeelte is er gelegenheid tot bijpraten en dit tijdens een smakelijk walking dinner. Niet te missen dus!


CUR Bouw & Infra info Onder redactie van Ing. Fred Jonker

Update van de Commissies Fusie CURNET en SBR Vanaf begin maart 2013 is de fusie van SBR en CURNET een feit. Hierdoor ontstaat een nieuwe organisatie SBRCURNET. Al langer was er sprake van een nauwere samenwerking op het gebied van funderingen, trillingen en bouwputten. Die nauwere samenwerking is doorontwikkeld tot een fusie tussen CURNET en SBR. Inhoudelijk zal er niet veel veranderen en hopen we u in de komende nummers steeds te blijven bijpraten omtrent de laatste ontwikkelingen op het gebied van funderingen, trillingen en bouwputten. SBRCURNET is gevestigd in het Groot Handelsgebouw te Rotterdam.

CUR-Aanbeveling 109 Akoestisch doormeten van betonnen funderingspalen CUR-Aanbeveling 109 "Akoestisch doormeten van betonnen funderingspalen" is verschenen in maart 2007. In de afgelopen jaren is ruime ervaring opgedaan met de toepassing van deze Aanbeveling. Daarnaast is de meetmethode verder ontwikkeld. Vanuit de sector is gevraagd om de kennis en ervaring en de verdere ontwikkeling van de meetmethode te verwerken in een herziene versie van deze Aanbeveling, zodat het gebruik van deze Aanbeveling naadloos aansluit op de huidige praktijk van akoestisch doormeten van betonnen funderingspalen. Een breed samengestelde CUR commissie is bezig met deze herziening. Verwacht wordt dat de herziene CUR-Aanbeveling 109 eind april/begin mei 2013 beschikbaar is.

CUR/WTCB commissie van start gegaan. Een breed samengestelde commissie, met deskundigen zowel uit Nederland als uit België, onder voorzitterschap van ir. Geerhard Hannink. In de eerste vergadering is de inhoudsopgave vastgesteld en is een eerste opzet besproken van een aantal hoofdstukken. Daarnaast zijn afspraken gemaakt over de opzet en de inhoud van de overige onderdelen. De verwachting is dat het handboek in de 1e helft 2014 beschikbaar komt.

Heibaarheid Zoals in de vorige uitgave van Geotechniek gemeld, is een pre-adviescommissie aan de slag gegaan om na te denken over nut en noodzaak van een “Handboek Beoordelen hei- en trilpredicties – mogelijkheden en beperkingen”. Het ontwerp van paalfunderingen en damwandconstructies houdt - behalve het vaststellen van het funderingsniveau en het bepalen van de dwarsdoorsnede - ook in dat het uitgevoerd moet kunnen worden. Zonder van alle uitvoeringsdetails op de hoogte te zijn moet bij een ontwerper een redelijk idee aanwezig zijn of het ontwerp kan worden uitgevoerd of niet. Het maken van een voorspelling van het gedrag tijdens installeren is dan ook om die reden zinvol. Voor het uitvoeren van een predictie voor het inheien/intrillen van funderingselementen bestaat een scala van methoden en is enorm veel kennis en ervaring opgebouwd in de afgelopen decennia. Die kennis en ervaring is echter beschikbaar binnen een redelijk kleine groep. De 'gemiddelde' ontwerper / adviseur weet vaak niet waar die kennis is te verkrijgen en hoe je ermee moet omgaan. De vraag naar het leveren van een hei- of intrilpre-

dictie neemt de afgelopen jaren toe. Dat is de reden dat vanuit de geotechnische sector het verzoek is gedaan om een bundeling te maken van de beschikbare kennis en ervaring, inclusief de beschrijving van de verschillende methoden (met per methode de gevoeligheden). De pre-adviescommissie heeft een plan van aanpak gemaakt en dat vertaald naar een conceptinhoudsopgave van het te ontwikkelen CUR “Handboek Beoordelen hei- en trilbaarheid - mogelijkheden en beperkingen". Het streven is om vóór de zomer 2013 de financiering rond te hebben en de nieuw in te stellen CUR-commissie te starten. Als dat lukt kan het handboek eind 2014 beschikbaar zijn.

Begaanbaarheid van bouwterreinen In 2004 is verschenen de gezamenlijke CUR/ CROW/ARBOUW publicatie “Beoordelingssysteem voor de begaanbaarheid van bouwterreinen”. Het was een eerste aanzet om ter plaatse de begaanbaarheid voor mens en machine vast te stellen. In de afgelopen jaren is veel ervaring opgedaan en dat heeft geleid tot een aparte brochure van ARBOUW met betrekking tot de begaanbaarheid voor de mens. De ervaringen met betrekking tot de begaanbaarheid van machines zullen worden verwerkt in een op te stellen CUR-Aanbeveling. Een pre-adviescommissie heeft een concept-inhoudsopgave gemaakt voor deze nieuwe CURAanbeveling. Ook voor dit onderwerp geldt dat we streven om vóór de zomer 213 te starten, zodat de herziene Aanbeveling medio 2014 beschikbaar kan zijn.

Meer weten, of bent u geïnteresseerd deel te nemen in één van bovenstaande activiteiten: fred.jonker@curbouweninfra.nl

CUR/WTCB commissie C204 Soil mix wanden Op 22 januari jl. is deze nieuwe gezamenlijke

9

GEOT ECHNIEK – April 2013


CUR Richtlijn 247: Risico gestuurd grondonderzoek, van planfase tot realisatie

Ing. Henk Brassinga Stadsontwikkeling Rotterdam Ingenieursbureau

Ir. Jan van Dalen Strukton Engineering BV

verschillende ontwerpfasen. Bovendien sluit CURrapport 2003-7 (Bepaling Geotechnische parameters) niet aan op UAVgc2005.

Risicomanagement en grondonderzoek CUR Richtlijn 247 beoogt voor de hierboven genoemde problemen een oplossing te bieden en daarmee de risico’s voor opdrachtgever en opdrachtnemer te beperken. Daartoe is, conform de systematiek van GeoRM (van Staveren & Litjens, 2012), een methode omschreven waarmee op basis van risico’s kan worden vastgesteld welk grondonderzoek benodigd is. Deze systematiek voorziet in het per projectfase doorlopen van zes generieke risicomanagement stappen als aangegeven in figuur 1. Deze stappen komen overeen met de stappen voor risicomanagement volgens RISMAN of ISO31000.

Figuur 1 – Risicomanagementstappen (CUR 247).

Inleiding De aanleg van infrastructuur op de zachte Nederlandse bodem is nog steeds een uitdaging. De basis voor het ontwerp en uitvoering is het grondonderzoek. Volledige beschikbaarheid van het uitgevoerde grondonderzoek en een heldere presentatie zijn dan noodzakelijk. Dit geldt des te meer daar de traditionele rolverdeling tussen opdrachtgever en opdrachtnemer in veel projecten veranderd is. Waar vroeger vrijwel uitsluitend contracten op basis van de traditionele RAW bestekken werden afgesloten, gebeurt dat nu veelal met contracten die zijn gebaseerd op de UAVgc2005. In het Delft Cluster project “Blijvend vlakke wegen” is door een werkgroep de basis gelegd en een eerste versie opgesteld van een richtlijn voor risico gestuurd grondonderzoek (september 2011). Vanuit het programma “Geo Impuls” (Cools, 2011) is nadien door dezelfde werkgroep een tweede fase van het project uitgevoerd. CUR Richtlijn 247 is het resultaat van de beide fasen. De werkgroep was breed samengesteld uit deelnemers uit

overheid, aannemers, adviesbureau’s en kennisinstellingen (zie kader).

Probleemstelling Door de werkgroep is een aantal problemen gesignaleerd bij het plannen en uitvoeren van grondonderzoek. De belangrijkste daarvan zijn: – Uitgevoerde (aanvullende) grondonderzoeken in het kader van innovatieve contracten zijn niet voldoende afgestemd op projectspecifieke geotechnische risico's. – Uitgevoerde (aanvullende) grondonderzoeken in het kader van innovatieve contracten zijn regelmatig onvoldoende in termen van kwantiteit en kwaliteit waardoor opdrachtgevers en opdrachtnemers aanzienlijke risico’s lopen. – Er is veelal te weinig tijd tussen het in de markt zetten van een tender en het doen van een aanbieding om extra grondonderzoek uit te kunnen voeren. Daarbij wordt niet in alle gevallen tijdig toestemming verleend tot het uitvoeren van grondonderzoek. – Er bestaat geen of weinig uniformiteit bij de tot- standkoming van een grondonderzoek voor

10

GEOT ECHNIEK – April 2013

Door het doorlopen van de zes in figuur 1 aangegeven risicomanagementstappen ontstaat bij iedere overgang van de ene projectfase naar de andere inzicht in de mate van geotechnische risico’s en de benodigde hoeveelheid grondonderzoek voor de beheersing ervan, volgens een door beide partijen geaccepteerd risicoprofiel. Geotechnische risico's hebben altijd minimaal één geotechnische oorzaak. Het zijn ongewenste gebeurtenissen, met een kans van optreden en minimaal één negatief effect op de doelstellingen van het project. Bekende geotechnische risico's zijn te grote zettingen, bezwijken en stabiliteitsverlies (van Staveren, 2009). Geotechnische oorzaken bestaan meestal uit lokale afwijkingen in grondprofiel of grondeigenschappen. Gesteld kan worden (Clayton, 2001) dat circa 85 % van alle grondgerelateerde problemen direct verband houdt met de kwaliteit en omvang van het grondonderzoek. Het optreden van geotechnische risico's heeft veelal gevolgen die boven de geotechniek uitstijgen. Voorbeelden zijn overschrijdingen van budget en planning, schade aan belendingen, hogere onderhoudskosten aan de constructies. In de praktijk blijkt verder dat bij disputen de vraag centraal


Samenvatting Momenteel ligt CUR Richtlijn 247 bij de drukker. In deze richtlijn is een methodiek omschreven om risico gestuurd te komen tot een grondonderzoek, waarbij bovendien onderscheid wordt gemaakt naar verschillende projectfasen. De genoemde projectfasen variëren hierbij van Initiatieffase tot Uitvoeringsontwerp. Tevens is de rol van zowel opdrachtgever als opdrachtnemer aangegeven per projectfase, waarbij onderscheid is

staat of het optreden van de geotechnische risico's een gevolg is van een afwijkende bodemgesteldheid, een ontwerpfout, een uitvoeringsfout, of een combinatie van deze factoren. Geotechnisch grondonderzoek is één van de belangrijkste instrumenten voor de beheersing van de geotechnische risico's. Informatie over de samenstelling en fysische eigenschappen van de ondergrond kan binnen elk van de zes risicomanagement stappen een relevante rol spelen. Overigens dient er rekening mee te worden gehouden dat door nieuwe inzichten op basis van aanvullend geotechnisch grondonderzoek, de ingeschatte kans van optreden en de bijbehorende gevolgen van geotechnische risico's niet alleen kan afnemen maar ook kan toenemen. Feitelijk betekent het laatste dat er een tot dan toe onbekend projectrisico is gesignaleerd, en dat de risico-inventarisatie eerder onvolledig was. Een tijdige onderkenning van een dergelijke situatie, in combinatie met passende maatregelen, zal leiden tot een effectieve beheersing van het toegenomen geotechnische risico.

Behoefte aan geotechnische informatie in projecten In de verschillende fasen waarin een project zich bevindt, bestaat er een verschil in de mate waarin behoefte bestaat aan informatie over de ondergrond. Deze behoefte is niet gelijk voor de verschillende partijen in een project, opdrachtgever, aannemer en onderaannemer. De groene balk in Figuur 1 laat zien dat vooral in de fasen vanaf het Voorontwerp (VO) tot gedurende de Realisatie de meeste behoefte bestaat aan deze informatie. De aard (ander andere hoeveelheid, type, kwaliteit en gewenst detailniveau) van deze informatie verschilt bovendien per projectfase. Door gebruik te maken van risico gestuurd grondonderzoek kan ingespeeld worden op deze wisselende behoefte. Doordat er bij iedere faseovergang een risico management cyclus wordt uitgevoerd volgt er ‘vanzelf’ welke risico's in de volgende fase of fasen van het project voorzien worden en hoe hiermee wordt omgegaan.

gemaakt naar verschillende contractvormen. Op basis van de omschreven methodiek is bovendien een uitwerking gegeven voor een groot aantal typen civieltechnische projecten. In dit artikel wordt een uiteenzetting gegeven van de methodiek waarmee het grondonderzoek kan worden opgezet door het identificeren van geotechnische risico’s in een project en de wijze waarop hiermee in alle fasen van het project kan worden omgegaan.

Tabel 1 - Onderzoeksvragen Nr Vraag 1

Welk type constructie?

2

Welke risico’s?

3

Welke mechanismen?

4

Welke methodieken?

5

Welke parameters?

6

Welk grondonderzoek/ monitoring

Actie

Voorbeeld

Bepaal de grondgerelateerde constructies van het project. Bepaal de ongewenste gebeurtenissen (GEVOLG) Bepaal de significante geotechnische mechanismen (OORZAAK). Bepaal de methodieken* voor het kunnen bepalen van de mate van optreden van dit mechanisme Bepaal de meest kritische grondparameter( s) die een rol spelen Gegeven de geologische heterogeniteit,bepaal het type, aantal en kwaliteit van het grondonderzoek om deze grondparameters te bepalen

Spoorlichaam naast bestaand spoor Groot risico op schade aan bestaand spoor Horizontale deformaties van bestaand spoor Eindige elementen deformatieberekening Elasticiteitsmoduli

Sonderingen met waterspanningsmeting, ongeroerde monsters en CRS proeven

* Dit kunnen zowel ontwerp- als uitvoeringsmethodixeken zijn. Tabel 2 - Fasering en grondonderzoek Projectfasering volgens UAVgc 1 2 3 4

Initiatief Onderzoek Definitie Programma van eisen 5 Voorlopig ontwerp

6 Definitief ontwerp

Traditioneel contract

Grondonderzoek Geïntegreerd contract (UAVgc)

OG: Bestaand grondonderzoek benutten, mogelijk aangevuld met enkele oriënterende sonderingen.

OG: Oriënterend en locatieOG of ON: Aanvullend risicogestuurd specifiek grondonderzoek en locatie-specifiek grondonderzoek uitvoeren uitvoeren OG: Oriënterend locatie-specifiek grondonderzoek uitvoeren. OG: Gedetailleerd locatiespecifiek grondonderzoek uitvoeren

7 Uitvoeringsontwerp 8 Werkvoorbereiding 9 Uitvoering

ON: Gedetailleerd risico gestuurd en locatiespecifiek grondonderzoek uitvoeren ON: Zonodig aanvullend gedetailleerd, Risico gestuurd en locatie-specifiek grondonderzoek uitvoeren

OG: Bij calamiteiten locatiespecifiek grondonderzoek uitvoeren grondonderzoek uitvoeren

ON= opdrachtnemer OG= opdrachtgever

11

OG: Bestaand grondonderzoek benutten, in combinatie locatiebezoek en onderscheidt tussen greenfield, brownfield en greyfield locaties

GEOT ECHNIEK – April 2013

ON: Bij vermeende afwijkende bodemgesteldheid en calamiteiten risico gestuurd en locatie-specifiek


Onderzoeksvragen Om op basis van de hierboven beschreven methodiek te komen tot een risico gestuurd grondonderzoek is het van belang om (per fase) een vast aantal generieke vragen door te lopen om risico's te identificeren en te beheersen. Tabel 1, afgeleid uit van Staveren, 2006, presenteert zes generieke vragen met bijbehorende acties voor het opzetten en (laten) uitvoeren van een risico gestuurd grondonderzoek. Dit basisschema kan worden gebruikt voor de uitwerking van het benodigde grondonderzoek voor verschillende types constructies, zoals dat ook in de Richtlijn is aangegeven.

De volgende verschillen volgen uit Tabel 2: – Bij traditionele contracten wordt tot en met het programma van eisen niet of nauwelijks grondonderzoek uitgevoerd. In veel gevallen wordt gebruik gemaakt van bestaand grondonderzoek. Voor geïntegreerde contracten wordt dit ook aanbevolen, maar daarnaast is het aanbevelenswaardig om de voorgenomen projectlocatie(s) te laten verkennen door een ervaren (ingenieurs)geoloog. Daarmee wordt zo vroeg mogelijk inzicht in de kans op geologische, geotechnische, geohydrologische, milieukundige, archeologische en obstakel risico's in de ondergrond.

Contractvorm De keuze voor een contractvorm is van invloed op de risicoverdeling tussen partijen. Traditioneel is de opdrachtgever verantwoordelijk voor de ontwerptaken, en daarmee voor de afstemming van het ontwerp op de te verwachten bodemgesteldheid. Bij de momenteel veel gehanteerde geïntegreerde contractvormen is de opdrachtnemer verantwoordelijk voor (een gedeelte van) de ontwerptaken, en daarmee ook voor de afstemming van het ontwerp op de bodemgesteldheid. Bij die werkwijze maken opdrachtgever en opdrachtnemer bewust per projectfase afspraken over de rollen en de verantwoordelijkheden die gedragen én genomen worden.

– Voor geïntegreerde contracten wordt aanbevolen om al in de fase van het opstellen van het programma van eisen een oriënterend en locatiespecifiek grondonderzoek uit te voeren. Al vóór het opstellen van het programma van eisen dient namelijk een eerste globale risicoanalyse plaats te vinden en voor het inschatten van de geotechnische risico's is locatie-specifiek grondonderzoek nodig. Dit heeft tevens het voordeel dat de te stellen eisen kunnen worden afgestemd op de haalbaarheid. Denk hierbij bijvoorbeeld aan strenge restzettingseisen in geval van een ophoging in combinatie met een zeer zettingsgevoelige ondergrond.

De verschillende manieren van verdeling van risico’s per project vragen om een andere wijze waarop met geotechnisch grondonderzoek moet worden omgegaan. In de Richtlijn wordt uitgebreid ingegaan op de verschillen tussen de gevolgen van de wijze van contracteren voor het grondonderzoek. In onderstaande Tabel 2 wordt een samenvatting gegeven van deze gevolgen.

– In geval van traditionele contracten wordt veelal pas voor het voorlopig ontwerp oriënterend en locatie-specifiek grondonderzoek uitgevoerd. In andere contracten wordt gekozen voor de veel betere optie van een traject van aanvullend risico gestuurd en locatie-specifiek grondonderzoek. Het grondonderzoek is aanvullend op het oriënterende grondonderzoek voor het programma van

eisen. De partij die het voorontwerp uitvoert dient het grondonderzoek uit te (laten) voeren. Bij een geïntegreerd contract kan dit zowel de opdrachtgever als opdrachtnemer zijn. Tenslotte, bij geïntegreerde contracten wordt tijdens de uitvoering aanbevolen om op een proactieve wijze bij vermeende afwijkende bodemgesteldheid risico gestuurd en locatie-specifiek grondonderzoek uit te voeren. Hierdoor kunnen niet alleen risico's tijdig worden onderkend en beheerst, maar tevens kunnen kansen worden benut, als grondcondities beter blijken te zijn dan was aangenomen. Bij traditionele contracten wordt veelal alléén locatiespecifiek grondonderzoek uitgevoerd na het optreden van een calamiteit. Uiteraard dient dit bij een geïntegreerd contract ook plaats te vinden in geval van een calamiteit. Als men dan al de beschikking heeft over een geactualiseerd risicodossier, kan dit op een risicogestuurde wijze plaatsvinden. Dit draagt bij aan een kosten-effectief grondonderzoek. In separate hoofdstukken van de Richtlijn wordt respectievelijk een overzicht gegeven van het aanbevolen grondonderzoek per ontwerp – en uitvoeringsfase, wordt aangegeven aan welke eisen uit te voeren grondonderzoek moet voldoen en worden voorstellen gedaan met betrekking tot de wijze van overdracht van Geotechnische gegevens tussen de verschillende fasen. Dit laatste is uiteraard altijd van belang, maar met name indien deze overdracht tussen verschillende partijen plaats vindt. Conform de Engels/Amerikaanse praktijk wordt voorgesteld daartoe een geotechnisch interpretatierapport te hanteren, waaruit duidelijk moet blijken wat er tot dat moment bekend is van de ondergrond, welke risico’s zijn gesignaleerd en in hoeverre hier in het grondonderzoek al aandacht is besteed. In de navolgende hoofdstukken zijn vervolgens voor een groot aantal projecttypen onderwerpen voorbeelden uitgewerkt van door middel van grondonderzoek te beïnvloeden risico’s, waarbij tevens indicaties van benodigd grondonderzoek zijn aangegeven. Het betreft de projecttypen: Bouwrijpmaken van terreinen, Lijninfra, Kleine kunstwerken, Bruggen en Viaducten, Overlaten, Sluizen, Tunnels en Aquaducten, Polderconstructies, Bouwputten, Baggerwerken, Steigers, Kademuren en Leidingen.

Conclusie Uit het bovenstaande volgt dat een vroegtijdige beschikbaarheid van grondonderzoek onontbeerlijk is, voor zowel traditionele als geïntegreerde contracten. Veel in de praktijk gehoorde argumenten tegen een gefaseerde aanpak, zoals tijdgebrek

Figuur 2 – Boorstelling. Foto: Gemeentewerken Rotterdam.

12

GEOT ECHNIEK – April 2013


CUR RICHTLIJN 247: RISICO GESTUURD GRONDONDER ZOEK VAN PL ANFASE TOT REALISATIE

en geen budget, zijn toe te wijzen aan falend projectmanagement. Dit zou zowel voor opdrachtgevers als opdrachtnemers onacceptabel moeten zijn, vanwege de inherent grote onzekerheid van de ondergrond en bijbehorende risico's voor beide partijen gedurende de looptijd van een project, ongeacht de overeengekomen risicoverdeling.

horend bij het risicoprofiel van het project. Hantering van deze Richtlijn zal er naar verwachting toe bijdragen dat door de optimale inzet van risico gestuurd grondonderzoek de faalkosten bij infrastructurele projecten in belangrijke mate worden teruggedrongen.

Literatuur Door de CUR Richtlijn 247 wordt een compleet beeld gegeven van de wijze waarop men risico gestuurd kan komen tot een tijdig beschikbaar grondonderzoek van de juiste omvang en type be-

In de werkgroep hebben in de loop van de tijd de volgende personen zitting gehad:

Melinda van den Bosch Henk Brassinga Roel Brouwer Gilles Colard Jan van Dalen Jarit de Gijt Stephan Gruijters Otto Heeres Marga Hoogvliet Johan de Jongh

– CUR Richtlijn 247: Risico gestuurd grondonderzoek, van planfase tot realisatie, 2013 www.geoimpuls.org/index.php/downloads – Clayton, C.R.I (red). (2001). Managing geotech-

BAM Infra Stadsontwikkeling Rotterdam VWS Geotechniek later Terracon Funderingstechniek Movares Strukton Engineering TU Delft / Stadsontwikkeling Rotterdam TNO Bouw en Ondergrond Ballast Nedam BAM Infra Heijmans

nical risk: Improving in UK building and construction. The Institute of Civil Engineering, London. – Cools, M. C.B.M. (2011). Geo-Impuls: Halvering geotechnisch falen in projecten in 2015. Geotechniek, jaargang 15, oktober 2011. – Van Staveren, M.Th. (2006). Uncertainty and Ground Conditions: A Risk Management Approach. Elsevier, Oxford. – Van Staveren, M.Th. en Litjens, P. P.T. (2012). GeoRM: Risicogestuurd werken als eindresultaat van Geo-Impuls. Geotechniek, jaargang 16, juli 2012. 쎲

Wim Kannink Wouter Karreman Paul Litjens Dominique Ngan-Tillard Mark-Peter Rooduijn Joris van Ruijven Ton Siemerink Léon Tiggelman Martijn van Vliet Bas Vos

TU Delft Van Oord Dredging & Marine Contractors RWS Dienst Infrastructuur TU Delft Fugro GeoServices Deltares CUR Bouw & Infra BAM Infra RWS Dienst Verkeer en Scheepvaart Hydronamic


Monsterverstoring, de laatste onbekende schakel? Inleiding Bij de aanleg van nieuwe infrastructuur worden hoge eisen gesteld aan het geotechnisch ontwerp. In de dagelijkse ingenieurspraktijk lijkt er echter weinig aandacht te zijn voor de kwaliteit van de bepaling van de parameters op basis waarvan het ontwerp wordt opgesteld. Bekende voorbeelden waar hoge eisen zijn gesteld aan het uiteindelijke ontwerp zijn de strenge zettingeisen van de spoorbaan van de HSL, de beïnvloeding van de aanleg van de Noord – Zuid lijn op zijn omgeving en de lage toelaatbare faalkansen waar waterkeringen op worden gedimensioneerd. Met de beschikbaarheid van geavanceerde rekentechnieken kan, rekenkundig, steeds beter worden aangetoond dat een constructie voldoet aan de gestelde, strenge, eisen. Belangrijk bij het uitvoeren van ontwerpberekeningen zijn de gebruikte invoerparameters. Veelal worden deze parameters bepaald aan de hand van laboratoriumonderzoek. Het is opmerkelijk dat ondanks de hoge eisen die worden gesteld aan het geotechnisch ontwerp er in de dagelijkse praktijk weinig aandacht is voor de kwaliteit van de beproefde monsters. Immers, verwacht mag worden dat

slechte kwaliteit monsters leidt tot een verhoogde onbetrouwbaarheid van de ontwerpparameters en daarmee tot extra onzekerheid in het ontwerp. Toch lijkt in de praktijk de kosten van het steken van monsters te bepalen welke monstername techniek wordt ingezet. Deze tegenstelling, de strenge eisen tegenover een schijnbaar beperkte belangstelling voor de kwaliteit van grondmonsters, kwam duidelijk naar voren tijdens een workshop die door CUR Bouw & Infra in samenwerking met de Vereniging Ondernemers Technisch Bodemonderzoek, VOTB, is georganiseerd onder de titel van grondonderzoek tot gerealiseerd project. In deze workshop werd geconstateerd dat in de laatste decennia grote stappen zijn gezet in de geotechniek. Met name in het modelleren van grondgedrag zijn veel meer modellen beschikbaar dan enige decennia geleden. Echter, ontwikkelingen in de uitvoering van grondonderzoek, vooral de monstername technieken, lijken achter te blijven. Dit geldt met name voor de Nederlandse ingenieurspraktijk waar verreweg het merendeel van de boringen bestaat uit een pulsboring in combinatie met het steken van

Dr. ir. Cor Zwanenburg Deltares, Geo-engineering

Ackermann bussen voor monstername. Deze boormethode wordt al sinds de jaren ’30 toegepast. Sindsdien waren aanpassingen van dit systeem vooral gericht op het sneller uitvoeren van de boring. Het steken van monsters met behulp van Ackermann bussen is een techniek die in het buitenland op zijn minst als ouderwets wordt ervaren. In de ons omringende landen wordt het merendeel van de monsters gestoken met een gedrukte piston sampler. De monsters die deze techniek oplevert worden, internationaal, gezien als kwalitatief hoogwaardiger. De CUR commissie “kwaliteit van Grondonderzoek” wil aandacht schenken aan monsterkwaliteit. Dit artikel geeft de probleemstelling zoals die door de commissie wordt ervaren. Het opstellen van een eenduidige probleemstelling bleek niet eenvoudig. In de volgende paragrafen wordt kort ingegaan op de discussiepunten die tijdens de verschillende commissievergaderingen zijn besproken en de keuzes die gemaakt zijn naar aanleiding van deze discussies. Het onderzoeksprogramma Sterkte en Belasting Waterkeringen, SBW van Rijkswaterstaat heeft tot doel nieuwe kennis te genereren voor het optimaliseren van het toetsen van bestaande waterkeringen aan de gestelde veiligheidseisen. Onzekerheden in grondeigenschappen spelen daarbij een belangrijk rol. Een van de potentieel te reduceren bronnen van onzekerheid is de invloed van monsterverstoring op de parameterbepaling. Door beide onderzoeken op elkaar te laten aansluiten kan nu efficiënt een start worden gemaakt met de uitvoering.

Invloed monsterkwaliteit In de inleiding is gesteld dat verwacht mag worden dat een lage kwaliteit monsters leidt tot onbetrouwbare parameters en daarmee tot een toename van de onzekerheid in het ontwerp. In de discussies tijdens de commissievergadering bleek deze stelling lastig hard te maken. Figuur 1 geeft een schets van de verschillende componenten die in een geotechnisch ontwerp samenkomen. Parameterbepaling is slechts één van die componenten. De anderen zijn rekenmodel, normen en voorschriften, belastingen en aanwezige geome-

Figuur 1 – Hoofdcomponenten van de het opstellen van een geotechnisch ontwerp, naar Orr & Farrell (1999).

14

GEOT ECHNIEK – April 2013


Samenvatting In de conclusies van een workshop, getiteld: van grondonderzoek tot gerealiseerd project, kwam een merkwaardige paradox naar voren. Enerzijds worden strenge eisen gesteld aan het geotechnisch ontwerp van met name grote projecten, terwijl er anderzijds weinig aandacht lijkt voor de kwaliteit van monsters waarmee in het laboratorium de geotechnische parameters worden bepaald. De CUR commissie

trie. De invloed van de kwaliteit van de invoerparameters op het eindontwerp hangt af van bijvoorbeeld het rekenmodel en toegepaste normen en voorschriften. Zo zal bij het gebruik van een robuuste vuistregel, in combinatie met een ruime veiligheid de invloed van de parameterbepaling op het eindontwerp minder groot zijn, dan wanneer met een hoogwaardig rekenmodel een uitgekiend ontwerp wordt opgesteld. Of anders gezegd; het nauwkeurig meten van parameters en grondgedrag waarvan in het toegepaste rekenmodel geen gebruik wordt gemaakt heeft weinig toegevoegde waarde. Daar staat tegenover dat wanneer, als gevolg van monsterverstoring, bepaalde aspecten in grondgedrag nooit gemeten worden, deze ook nooit in rekenmodellen kunnen worden geïmplementeerd. Het is daarmee niet evident dat in de hele keten van het geotechnisch ontwerp de monstername de zwakste schakel is (Mathijssen, 2012). De kwaliteit van parameterbepaling moet worden gezien in relatie tot het rekenmodel waarin de parameter wordt toegepast. Deze interactie maakt het lastig de gevolgen van monsterverstoring te kwantificeren bijvoorbeeld in termen van kosten als gevolg van overdimensionering of noodzakelijke maatregelen om de vooraf ingeschatte onzekerheden tijdens de uitvoering beheersbaar te maken (v.d. Schrier, 2012). Na lange discussies heeft de commissie besloten vooralsnog een dergelijke kwantificering niet te maken. Toch heeft de commissie “kwaliteit van Grondonderzoek” besloten zich te richten op het onderwerp monsterkwaliteit. Enerzijds omdat de monstername kan worden gezien als het begin van de keten van geotechnisch ontwerp en anderzijds omdat de commissie het beeld heeft dat monsterkwaliteit een onderbelicht aspect is in de Nederlandse adviespraktijk. Monsterverstoring treedt niet alleen op tijdens het steken van monsters, maar ook tijdens transport, opslag en verdere monsterbehandeling tot aan de inbouw in de proefopstelling in het laboratorium aan toe, bijvoorbeeld de drukpers, figuur 4, waarmee de monsters uit de bussen worden gedrukt. Maar ook het ruimen en reinigen van het boorgat vóór de monstenname, het zorgvuldig

Kwaliteit van Grondonderzoek wil op termijn komen tot een objectieve kwaliteitskenmerk. Een eerste stap in dit proces is een vergelijking tussen de verschillende boortechnieken die voor de dagelijkse praktijk beschikbaar zijn. Dit artikel geeft een toelichting op de keuzes die door de commissies gemaakt zijn bij het opstellen van het onderzoeksplan voor deze eerste stap.

Figuur 2 - Indeling monsterkwaliteitklassen conform NEN-EN 1997-2.

afdichten van het monster met parafine of schroefdeksel, het eventueel verder aanvullen van de monsterbus bij onvolledige monstername zijn aspecten die belangrijk zijn. Om het probleem af te bakenen is besloten te concentreren op monsterverstoring als gevolg van het steken. Voor verschillende steekmethoden geldt dat een zorgvuldige uitvoering leidt tot minder monsterverstoring dan een slordige uitvoering, waarbij mogelijk de dagelijkse praktijk ergens tussen beide uitersten in valt. Besloten is te kijken naar de zorgvuldige uitvoering, dus wat voor de verschillende monstername technieken optimaal haalbaar is. Een complicerende factor is dat er momenteel geen goede eenduidige schaal voor monsterkwaliteit beschikbaar is voor monstername uit veen en humeuze kleilagen. In de Noorse praktijk is een monsterverstoringsindex, MVI, gedefinieerd op basis van het zwelgedrag na het steken van het monster (Lunne et al., 1997, 2006). Bij het herbelasten van het monster tot aan de oorspronkelijke terreinspanning wordt de verandering in poriegetal bepaald. De verhouding van verandering van het poriegetal en het initiële poriegetal, (Δe/eo) tijdens het terugbelasten naar de terreinspanning dient zo klein mogelijk te zijn. In dat geval hebben zuigspanning in het monster, een deel van de afname van de totaal spanning overgenomen waardoor de effectieve spanning grotendeels onveranderd is gebleven. Hierbij wordt de volgende schaal gehanteerd:

15

GEOT ECHNIEK – April 2013

Δe/eo < 0,04 0,04 < Δe/eo < 0,07 0,07 < Δe/eo < 0,14 Δe/eo > 0,14

Monsterkwaliteit zeer goed tot uitstekend goed tot middelmatig slecht zeer slecht

De vraag is of dit voor de Nederlandse omstandigheden van humeuze grondsoorten in combinatie met de Ackermann steekbus een goede maat voor monsterverstoring oplevert. Immers, indien tijdens het steken een steekverlies optreedt, het monster wordt tijdens het steken in elkaar gedrukt, en vervolgens tijdens het transport en opslag enigszins uitdroogt, zal het monster bij herbelasten tot de oorspronkelijke terreinspanning stijf reageren. Daarbij komt dat in veen het initiële poriegetal aanzienlijk groter is dan in de kleisoorten waarvoor de MVI is bepaald. Mogelijk dat bij het onderscheiden van de goede en minder goede kwaliteit monsters op basis van de MVI voor veen andere grenswaarden zouden moeten worden gehanteerd. De Eurocode NEN-EN 1997-2 maakt gebruik van kwaliteitsklassen voor monstermateriaal. In totaal worden er 5 klassen onderscheiden, zie figuur 2. De indeling in klassen is afhankelijk van de mate waarin de genoemde parameters in het monster afwijken van de oorspronkelijke grondlaag waaruit deze is gestoken. Dus alleen wanneer al de genoemde parameters tijdens het steken en verder behandelen van het monster onveranderd zijn ge-


bleven is er sprake van een klasse 1 monster. De norm geeft echter niet aan hoe de controle op verandering van de genoemde parameters dient te worden uitgevoerd. Met betrekking tot de boormethoden wordt onderscheid gemaakt naar categorie A, B en C, waarbij categorie A de hoogst haalbare is. De norm NEN-EN-ISO 22475-1/C11 geeft een beschrijving van de categorieën. De indeling van de categorieën is niet alleen afhankelijk van de boormethode, maar ook van de grondsoort. Zo zijn voor stijve klei aanzienlijk meer methoden, die vallen in categorie A, geschikt voor het steken van een monster van kwaliteitsklasse 1 of 2, dan bij organische grond. Overigens geeft de norm alleen aan welk kwaliteitsklasse met welke categorie steekapparaat haalbaar is. Hoe gecontroleerd kan worden of de kwalteitsklasse daadwerkelijk is bereikt wordt niet aangegeven. Het ontbreken van eenduidige criteria voor het controleren van de bereikte monsterkwaliteit maakt het lastig de voorgestelde indeling in de praktijk toe te passen.

Ervaringen uit het verleden In de literatuur zijn verschillende studies naar monsterverstoring beschikbaar. Deze studies kunnen grofweg worden onderverdeeld in twee typen. Er zijn studies naar theoretische verklaringen van het optreden van monsterverstoring tijdens het steken. Voorbeelden van deze studies zijn Baligh et al. (1987), Clayton et al. (1998), Santagata et al. (2006). Deze studies eindigen meestal in aanbevelingen over afmetingen van steekapparaten, zoals wanddikte ten opzichte van de diameter etc. In

deze studies wordt de monsterverstoring door transport, opslag en monsterbehandeling buiten beschouwing gelaten. Het tweede type betreft studies waarin monsters gestoken met een nieuw of verbeterd apparaat wordt vergeleken met een optimale steekmethode. Voor de optimale steekmethode wordt dan een blok monster of een Laval of Sherbrooke sampler gebruikt. Voorbeelden van recente studies zijn Tanaka et al. (1996, 2001), Lunne et al. (2006) en Long et al. (2009). In deze artikelen wordt de invloed van monsterverstoring inzichtelijk gemaakt door middel van een vergelijking van proefresultaten. Dat wil zeggen dat in deze studies niet alleen de invloed van het verschil in steken, maar ook de invloeden van transport, opslag en verdere behandeling impliciet zijn meegenomen. In veel van deze studies wordt, naast een vergelijking in classificatie parameters zoals het watergehalte of poriegetal, een vergelijking gemaakt tussen de sterkte eigenschappen. In een state of the art paper van de 17e international conference on soil mechanics and geotechnical engineering (Mayne et al., 2009) worden voorbeelden gegeven van monsterverstoring op proefresultaten. Ter illustratie zijn deze voorbeelden herhaald in figuur 3. De voorbeelden volgen uit de eerder genoemde publicaties waaruit blijkt dat monsterverstoring een negatieve invloed heeft op de grootte van de gemeten pieksterkte, de verschillende stijfheidsparameters en de terugval in sterkte na het overschrijden van de pieksterkte. Specifiek voor samendrukkingsproeven geldt dat grensspan-

Figuur 3 - De invloed van monsterverstoring op de bepaling van sterkte parameters uit Mayne et al (2009). Links: ELE en JPN zijn beiden piston samplers, beide met verschillende afmetingen Rechts: vergelijking tussen enerzijds proeven op monsters gestoken met twee piston samplers en anderzijds verschillende diameter met een proef op een blok monster.

16

ning en de stijfheid voor de grensspanning sterk beïnvloed worden door monsterverstoring. De resultaten uit figuur 3 betreffen proeven op gestructureerde klei. De invloed van monsterverstoring slappe plastische klei zal wellicht anders zijn. In de internationale literatuur is weinig terug te vinden over monstername van veen en humeuze klei. Helenalund et al. (1972) geeft een beschrijving van de toepassing van verschillende technieken op veen. Er wordt onderscheid gemaakt tussen vezelig, weinig vergaan veen en sterk vergaan, weinig vezelig veen. Bij sterk vergaan weinig vezelig veen wordt een invloed van monsterverstoring op parameterbepaling gevonden die lijkt op de wijze waarop klei eigenschappen worden beïnvloed. Voor sterk vezelig veen wordt een andere trend gevonden, de stijfheid lijkt af te nemen en de pieksterkte toe te nemen met toenemende monsterverstoring. Een meer recente studie vormt Den Haan (2003). In deze studie wordt een vergelijking gemaakt tussen monsters gestoken met het Begemann boorsysteem, Ackermann bussen en de Laval techniek waarmee monsters zijn gestoken op Oostvaardersplassenklei. Een van de conclusies uit deze studie is dat zolang tijdens het steken en verdere monsterbehandeling het volume van het monster constant blijft, de verstoring van het monster beperkt blijft. Landva (2007) vindt kleine verschillen tussen parameters, bij een studie op veenmonsters, terwijl Long (2006) in een studie op Ierse organische klei grotere verschillen rapporteert. Uit de verschillende studies komt naar voren dat de diameter van het steekapparaat een invloed heeft, waarbij geldt

Figuur 4 - Uitdrukken van een monster uit een monsterbus, een potentiële bron van monsterverstoring na het steken.

GEOT ECHNIEK – April 2013


MONSTERVERSTORING, DE LAATSTE ONBEKENDE SCHAKEL?

hoe groter de diameter hoe kleiner de monsterverstoring.

De Studie De CUR commissie “kwaliteit van grondonderzoek” heeft zich tot doel gesteld de kwaliteit van monstername techniek te verbeteren. Een van de lange termijn doelen is te komen tot duidelijke criteria op basis waarvan monsterkwaliteit eenduidig kan worden vastgesteld. Uit de notitie Dijkstra (2012) blijkt dat het niet evident is welke parameter of combinatie van parameters daar het meest geschikt voor is. Momenteel lijkt de stap naar het meten van een parameter die direct kan worden gerelateerd aan de kwaliteit van het monster nog een stap te ver. Mogelijk dat er verschillende criteria voor verschillende grondsoorten nodig zijn. Hoewel nog niet duidelijk is hoe het gestelde einddoel te bereiken is, is besloten wel alvast een eerste stap te maken. Deze eerste stap bestaat uit een onderlinge vergelijking van de boormethoden die nu voor de Nederlandse praktijk beschikbaar zijn. Uit deze eerste stap volgt de indruk van de invloed van boormethoden op de uiteindelijke parameterbepaling en daarmee op het ontwerp. Het geeft ook aan in hoeverre met reeds beschikbare technieken een verbetering op dit gebied bereikbaar is. Bij voorkeur wordt de vergelijking gemaakt op zowel, veen als humeuze klei, stijve klei en zandmonsters. In de eerste stap richt de aandacht zich op veen. De gedachte hierachter is dat in de Nederlandse praktijk het met name de veen en humeuze kleilagen zijn die leiden tot onzekerheid in het ontwerp en problemen in de uitvoering. Daarbij komt dat voor stijve klei reeds veel onderzoek is uitgevoerd. Overigens wordt opgemerkt dat het steken van hoogwaardige zand- en grindmonsters ook problemen kent. Zo wordt in norm NEN-ENISO 22475-1/C11 aangegeven dat weinig methoden beschikbaar zijn voor het steken van een hoogwaardig monster van deze materialen. Dit geldt met name voor losgepakt zand en zand boven de grondwaterstand. Naar aanleiding van de resultaten van de eerste stap zal worden nagegaan hoe de vervolgstappen worden ingericht. In totaal zijn zes steekmethoden geselecteerd die in het onderzoek worden betrokken: – Geslagen Ackermann bussen. Dit is de methode die in Nederland het meest wordt toegepast. Volgens een ruwe schatting van de commissie wordt in Nederland 95% van de monsters met een geslagen Ackermann bus gestoken. – Gedrukte Ackermann bussen. Deze methode wordt in Nederland zelden toegepast, echter de verwachting is dat door wegdrukken van de bussen er minder verstoring optreedt dan bij de geslagen bussen. Als dit ook uit het onderzoek volgt

zou wellicht relatief eenvoudig, met beschikbaar materieel, een verbetering van de steekmethoden kunnen worden gerealiseerd. – Begemann boring, deze methode wordt in beperkte mate in de Nederlandse praktijk toegepast. Volgens een ruwe schatting van de commissie wordt in Nederland circa 2 à 3% van de monsters met een Begemann boring gestoken. – Holle Avegaar, ook deze methode wordt beperkt toegepast. Volgens een ruwe schatting van de commissie wordt in Nederland circa 2 à 3% van de monsters met een holle avegaar gestoken. – Piston sampler, deze methode wordt internationaal veel toegepast, echter in Nederland zelden. Sonic drilling, dit is een methode die recent in Nederland is geïntroduceerd. Met elk van de methoden worden in een proefveld op korte afstand van elkaar drie boringen gestoken. Een van de drie boringen zal visueel worden beschreven. Uit de andere twee boringen worden monsters geselecteerd voor classificatie testen en verdere beproeving. Veen wordt gekenmerkt als een sterk heterogeen materiaal. Verschillen in proefresultaten worden daarmee niet alleen bepaald door het verschil in monstername, maar ook door de natuurlijke variatie van het materiaal. Om dit te ondervangen is het onderzoek in de volgende 4 stappen opgebouwd. Ten eerste zal elk van de monsters worden beschreven door een geoloog en wordt het watergehalte, gloeiverlies, dichtheid en massa vaste stof bepaald. Deze resultaten zullen worden gebruikt om na afloop na te gaan in hoeverre afwijkende resultaten kunnen worden gekoppeld aan geologische omschrijving en monsterclassificatie. Ten tweede wordt op een relatief groot aantal monsters samendrukkingsproeven uitgevoerd. Het uitvoeren van een groot aantal proeven geeft de mogelijkheid om met statistiek verwachtingswaarden en onder- en bovengrenzen aan te geven. De samendrukkingsproef geeft de mogelijkheid om een groot aantal proeven efficiënt door één laboratorium en een beperkt aantal laboranten uit te laten voeren. Hierdoor worden verschillen in resultaten als gevolg van verschillen in werkwijze tussen laboratoria en laboranten vermeden. Ten derde wordt het belastingschema zo ingericht dat er zowel voor als na de grensspanning een aantal belastingtrappen worden toegepast. Tevens wordt ruim na de grensspanning een ontlast en herbelaststap uitgevoerd. De gedachte hierachter is dat in een samendrukkingsproef met name de stijfheid voor de grensspanning en de bepaling van de grensspanning zelf wordt beïnvloed door

17

GEOT ECHNIEK – April 2013

monsterverstoring. De stijfheid, die uit de herbelaststap ruim na de grensspanning wordt bepaald, is niet beïnvloed door monsterverstoring. Door nu de stijfheid voor de grensspanning te vergelijken met de stijfheid uit de herbelaststap ontstaat een indruk van de mate van verstoring. Omdat beiden uit dezelfde proef worden bepaald, kunnen ze rechtstreeks met elkaar worden vergeleken. Een eventueel verschil wordt niet beïnvloed door heterogeniteit van het veen. Nadat beide stijfheden en grensspanning per proef zijn bepaald kunnen de gevonden waarden onderling worden vergeleken. Per monstername techniek kan een verwachtingswaarde en spreiding worden bepaald. De monstername techniek waarvoor geldt dat de stijfheid voor de grensspanning het minst afwijkt van de stijfheid die volgt uit de herbelaststap is dan de monstername techniek die het minst tot monsterverstoring leidt. Voor de grensspanning is het criterium minder duidelijk. Immers er is geen goede referentie beschikbaar. Wel kan uit onderling vergelijk een indruk worden verkregen van de spreiding die per monstername techniek en tussen de monstername technieken onderling wordt verkregen. Ten vierde worden ook Direct Simple Shear, DSS, proeven uitgevoerd. Het aantal DSS proeven zal kleiner zijn dan het aantal samendrukkingsproeven. Naar aanleiding van de resultaten van de samendrukkingsproeven zal een keuze worden gemaakt welke monsters van welke boormethode zullen worden beproefd. Het doel van de sterkteproeven uit de vierde stap is om naast stijfheidseigenschappen ook een indruk te krijgen van de invloed op sterkte eigenschappen. Met de resultaten kan een vergelijking worden gemaakt met de beschikbare informatie over monsterverstoring voor niet-humeuze kleisoorten, zie figuur 3.

Afsluiting Indien uit de proeven weinig verschil blijkt in gemeten parameters wil dit niet zeggen dat er geen monsterverstoring optreedt. Er is immers geen referentie, alle 6 technieken kunnen dan tot een vergelijkbare mate van monsterverstoring leiden. Ook is het mogelijk dat monsterverstoring als gevolg van transport, opslag en verdere monsterbehandeling een groter stempel op het resultaat drukt dan verstoring door het steken alleen. Indien er wel duidelijke verschillen tussen de verschillende steekmethoden blijken, kan dit verschil worden aangegrepen om monsterkwaliteit meer onder de aandacht te brengen. Omdat alle 6 de technieken voor de Nederlandse markt beschikbaar zijn kan in dat geval op korte termijn een kwaliteitslag in monstername technieken worden


gemaakt. De resultaten van het onderzoek kunnen worden gebruikt voor het geven van handvaten voor het toepassen van de indeling die in de Eurocode NEN-EN 1997-2 en NEN-EN-ISO 224751/C11 wordt gegeven. De nadruk op de praktische toepassing en aandacht voor organische grond vormt de meerwaarde van het voorgestelde onderzoek ten opzichte van de reeds uitgevoerde onderzoeken en beschikbare publicatie in de internationale literatuur. Voor de langere termijn blijft het doel te komen tot een eenduidig vast te stellen criterium waarmee monsterkwaliteit kan worden vastgelegd.

Literatuur – Baligh M.M. Azzouz A.S., Chin C-T (1987) Disturbances due to ideal” tube sampling Journal of Geotechnical Engineering vol. 113 no 7 p 739757. – Clayton C.R.I., Siddique A., Hopper R.J. (1998) Effects of sampler design on tube sampling disturbance – numerical and analytical investigations Géotechnique vol 48 no 6 p 847-867. – Dijkstra J., (2012) CUR Commissie “kwaliteit van grondonderzoek”, notitie monsterverstoring 16 november 2012 interne notitie, verslaglegging studiereis NGI. . – Den Haan E.J. (2003) Sample Disturbance of

Oostvaardersplassen clay. Poc. 3rd Int. Symp. On deformation characteristics of Geomaterials, Lyon, Swets & Zeitlinger Vol. 1 p 49-55. – Helenelund K.V., Lindqvist L-O, Sundman C. (1972) Influence of sampling disturbance on the engineering properties of peat samples. Proc. 4th Int. Peat Congres, Helsinki Vol II p 229-240. – Landva A.O. (2007) Characterization of Escuminiac peat and construction on peatland in: Characterisation and engineering properties of natural soils. Tan, Phoon, Hight & Leroueil (eds) Taylor & Francis group ISBN 978-0-415-42691-6. – Long M. (2006) Use of a downhole block sampler for very soft organic soils. Geotechnical testing journal 25(3), p 1-20. – Long M., El Hadj N., Hagberg K. (2009) Quality of conventional fixed piston samples of Norwegian soft clay. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering 135: 2 p185-198. – Lunne T., Berre T., Strandvik S. (1997) Sample disturbance in soft low plastic Norwegian clay Recent developments in Soil and Pavement mechanics. Almeid (ed) Balkema Rotterdam, ISBN 90 5410 885 1. – Lunne T., Berre T., Andersen K.H., Strandvik S., Sjursen M. (2006) Effects of sample disturbance and consolidation procedures on measured shear strength of soft marine. Norwegian clays Canadian

Geotechnical Journal vol 43 p 726-750. Mathijssen F.A.J.M. (2012) Memo ontwikkelactiviteiten in de geotechnische keten interne notitie. H03104-M-79-FMAT0b. – Mayne P.W., Coop M.R., Springman S.M., Huang A-B, Zornberg J.G. (2009) Geomaterial behaviour and testing. Proc. Of the 17th Int. Conf. on soil mechanics and geotechnical engineering, Hamza, Shahien El-Mossallamy (eds) Alexandria IOS press ISBN 978-1-60750-031-5. – Orr, T. L. L., & Farrell, E.R. (1999) Geotechnical design to Eurocode 7, Springer - Verlag London limited. – Santagata M., Sinfield J.V., Germaine J.T. (2006) Laboratory simulation of field sampling: comparison with ideal sampling and field data. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering vol 132 no 3 p 351-362. – Van de Schrier J. (2012) Nut en noodzaak betere monstername grondonderzoek. Interne notitie nr 51403/JsvdS/MCUR-001/419190/Nijm. – Tanaka M., Tanaka H., Shiwakoti D.R. (2001) Sample quality evaluation of soft clays using six types of samplers. Proc. Of the 11th international offshore and polar engineering conf. Vol. 2 p 493-500, Stavanger Norway, The International society of offshore and polar engineers ISBN 1880653-53-2.


The Magic of Geotechnics

Mooie plaatjes: Magic of misleiding?

Dr. Jurjen van Deen Deltares

regelen of evacuatie als bij hoog water het model operationeel gebruikt wordt. Daarvoor moet het plaatje dan wel kloppen, of beter gezegd: moet het model achter het plaatje wel de werkelijkheid representeren. Op welke feitelijke data (en kennis) het model gebaseerd is, is op het plaatje in de regel niet te zien, en de beslissers willen dat in een crisisituatie ook helemaal niet zien. Zij willen er van mogen uitgaan dat ‘het klopt’.

Model en werkelijkheid Een model is een afbeelding van de werkelijkheid maar niet de werkelijkheid zelf, en dat laatste wil nog wel eens vergeten worden. De realiteitswaarde van een model is niet meer, maar ook niet minder, dan wat de modelleur in het model gestopt heeft. Om het model rekentechnisch hanteerbaar te houden wordt de werkelijkheid vereenvoudigd. Niet alle processen in en op de dijk worden meegenomen, maar die keuzes verloopt in de regel impliciet. Zo lang niemand bedenkt dat de waterhuishouding van de dijk belangrijk is voor de stabiliteit, zitten regenval en verdamping niet in het model.

Figuur 1 – Virtuele bouwput.

Numerieke modellen genereren steeds geliktere plaatjes. Glijcirkels onder de dijk, overstromingsdiepten als de dijk doorbreekt, verontreinigingen die zich in het oppervlaktewater verspreiden, vervorming van bouwputwanden, het houdt niet op. Maar geven de plaatjes ook de werkelijkheid weer? En hoe weten we dat? Een pleidooi voor goed kijken – naar de plaatjes maar vooral naar de werkelijkheid. Iedereen maakt mooie sommen met steeds geavanceerdere software met uitkomsten die vijf cijfers achter de komma nauwkeurig lijken te zijn. De resultaten zien er steeds gelikter uit en omdat het er zo mooi uitziet, zou je het voor waar kunnen houden. Maar de plaatjes zijn niet meer en niet minder dan de geïnterpreteerde uitvoer van rekenmodellen. Waarom gebruiken we eigenlijk rekenmodellen? We willen voorspellen hoe een constructie die er nu nog niet is zich zal gedragen of een constructie die er wel is zich zal gedragen onder omstandigheden die er nu nog niet zijn. Een dijk die moet

blijven staan als er ooit maatgevend hoog water tegen aan komt te staan, een heipaal die voldoende steun moet vinden in de diepe zandlaag, de ankers van een damwand die voldoende trekkracht moeten kunnen ontwikkelen. De ICT mogelijkheden om de resultaten van de modellen te presenteren worden steeds uitgebreider. Vandaar de gelikte plaatjes. Waarom slaan die plaatjes zo aan? Eigenlijk zijn die gelikte plaatjes vooral bedoeld om overzicht te krijgen. Het is veel gemakkelijker om in een plaatje te kijken of ergens een grote vervorming optreedt dan in een grote tabel met heel veel getallen. Je geeft gewoon aan dat boven een bepaalde grenswaarde de vervorming rood gekleurd wordt en je ziet meteen in welke hoek het kritieke pad ligt. Bovendien werkt zo’n plaatje heel goed in de communicatie met niet-technici die iets van de situatie/het project moeten vinden. Op een overzichtelijke kaart of nog mooier in een 3D visualisatie zien waar zwakke plekken in de dijk zitten en waar versterkingsmaatregelen het meeste effect sorteren. Of om beslissingen te ondersteunen over noodmaat-

19

GEOT ECHNIEK – April 2013

Ook als we alle – relevante – mechanismen in kaart hebben, worden bij het vereenvoudigen van de werkelijkheid in een model nog allerlei aannames gedaan, allereerst over de geometrie. Een dijk is een 3D-object maar wordt geschematiseerd in een verzameling 2D-dwarsdoorsnedes en in die doorsnedes wordt de grondopbouw vereenvoudigd tot een 1D-lagenmodel. En daarbij is de buitenkant van de dijk met moderne technieken redelijk eenvoudig gedetailleerd in beeld te brengen, maar voor de ondergrond geldt dat niet. De bedrieglijk eenvoudige en mooie plaatjes van een geotechnisch profiel of de moderne 3D-ondergrondmodellen zetten de toeschouwer gemakkelijk op het verkeerde been. Pas als je goed kijkt naar de basisgegevens waar het profiel op gebaseerd is wordt duidelijk hoe (weinig) precies het ruimtelijke model van de ondergrondse geometrie eigenlijk is. Allerlei structuren worden geïnterpreteerd op basis van een paar sonderingen – nog afgezien van de kwaliteit van die sonderingen. Zolang de kijker het ondergrondmodel bekijkt met een blik van ‘dit zou er kunnen zitten’, ‘dit soort structuren komt hier voor’ is er niets aan de hand, maar als het plaatje deterministisch wordt opgevat ‘hier zit dit, daar zit dat’ wordt het verraderlijk.


The Magic of Geotechnics Van dat systematisch analyseren van wat er feitelijk gebeurt is veel te leren. In het ontwerp zijn aannames gemaakt en meetgegevens gebruikt. Er zijn randvoorwaarden gesteld: het gebouw mag niet meer dan zo-en-zoveel scheefzakken, de bouwput mag niet meer dan zo-en-zoveel waterbezwaar hebben. Ga bij elk bouwproject na of de ontwerpuitgangspunten gehaald worden, of ze over- of onderschreden worden, en hoeveel, en waar dat van komt. Het zou onderdeel moeten zijn van het opleveringsprotocol, en na een jaar zou je nog een keer terug moeten komen, maar het begin, de aanlegfase, is vaak de meest kritische. Als je een damwand uitrekent op de belasting die hij in de gebruiksfase moet kunnen hebben, kan het bij het inheien of intrillen nog heel erg mis gaan. Dan komt er een heel andere belasting op de damwandplank waar hij ook tegen bestand moet zijn.

Figuur 2 - Echte bouwput.

De volgende benadering zit in het materiaalmodel. Hoewel grond een buitengewoon ingewikkeld materiaalgedrag vertoont – niet lineair, niet elastisch, spanningsafhankelijk, vervormingsafhankelijk – wordt dat in het materiaalmodel sterk vereenvoudigd met een paar parameters beschreven. Weliswaar worden steeds mooiere materiaalmodellen ontwikkeld met steeds meer parameters, maar daarvan weet niemand hoe je aan die parameters moet komen. Niet voor niets wordt er al zeker 20 jaar over een parametercrisis in de grondmechanica gesproken.1 De parameters worden afgeleid uit een paar sonderingen en laboratoriumproeven op boringen. Metingen uitvoeren in de geotechniek is echter een vak apart, zoals wel gebleken is bij de ringonderzoeken van de samendrukkingsproef en de sondering, gestandaardiseerde proeven met een keurige NEN norm, maar met resultaten die verschrikkelijk van elkaar afwijken. Verder is grond een natuurproduct en heeft uit dien hoofde sterk variabele eigenschappen. De heterogeniteit van de ondergrond is daarom een belangrijk issue. Waarom ontstaat er op de ene plek wel een zandmeevoerende wel en 10 meter verder niet? In het model wordt een zandlaag verondersteld onder een ondoorlatende toplaag inclusief

En om de krachten uit te rekenen die op de damwand komen tijden het inheien, dat is niet zo eenvoudig en daarvoor hebben we eigenlijk geen goede modellen. Dat verklaart het succes van de ervaringsdatabase DeltaBrain Funderingen die sinds een jaar of tien in ontwikkeling is en waar steeds meer ervaringen in worden opgeslagen.

Elk project een prototypeproef?

Die terugkoppeling vanuit de praktijk lukt niet altijd. Sommige constructies worden gemaakt voor extreme omstandigheden zoals een waterstand die maar eens in de 1000 of zelfs 10.000 jaar verondersteld wordt voor te komen. Daar moet je gebruik maken van de gelegenheid als hij zich voordoet om te leren over het systeem. Als voorbeeld de pipingproblematiek: er is elk decennium wel een keer hoog water, minder dan maatgevend maar wel hoog. Onder die omstandigheden ontstaan her en der zandmeevoerende wellen en die zijn op twee manieren te gebruiken.

Als de mooie plaatjes dan maar een deel van de oplossing zijn, omdat we het gedrag van grond slechts heel schematisch in numerieke modellen kunnen vatten, wat kunnen we dan wel doen? Een belangrijke stap zou zijn om veel systematischer dan nu naar het gedrag van constructies als geheel te kijken, direct aansluitend aan de functionele eisen die aan de constructie gesteld worden. Beschouw het construeren van elk bouwwerk als een prototypeproef. Zo gek is dat niet. Bijna elk gebouw, elke civieltechnische constructie, zeker als het wat groter is, is een uniek object. Een prototype. En zoals een nieuw vliegtuig in het begin kinderziektes heeft – zie de recente troubles met de Dreamliner – zo heeft de bouw dat ook. En omdat we blijven bouwen op steeds nieuwe plekken blijven we daarmee geconfronteerd worden

Allereerst is het verstandig op die specifieke plekken te onderzoeken of deze wellen echt tot piping kunnen leiden en vervolgens specifieke maatregelen te ontwerpen en uit te voeren. Als je dat doet op basis van lokaal onderzoek kun je hopen direct ook meer te weten te komen over de mechanismen van piping, wat nu werkelijk het optreden van het fenomeen bepaalt. Leren van de ingrepen. Voor macrostabiliteit is het misschien wat ingewikkelder, maar ook daar geldt: meet systematisch welke vervorming de dijk vertoont bij hoog water. Is dat wat je verwacht uit je sommen? Daarbij moet je dan wel een ander soort (eindige elementen ) sommen maken dan nu, waarin de vervormingen meer centraal staan. En de overgang van vervormen naar bezwijken goed in beeld hebben.

de dijk, er wordt een doorlatendheid en een korrelgrootte in het model gestopt en er komt een noodzakelijke bermbreedte uit. Maar heterogeniteit bepaalt waar de zwakke plek zit. En je hebt niet veel aan de wetenschap dat die zwakke plek ‘ergens’ zit want dat maakt dat je de hele strekking van 10 kilometer of meer een grote brede berm moet maken, terwijl hij misschien maar op 1% van die strekking nodig is.

20

GEOT ECHNIEK – April 2013


The Magic of Geotechnics Deze concepten sluiten naadloos aan op het gedachtengoed van de Observational Method. Daar wacht je niet tot het eind of de ontwerpuitgangspunten gehaald worden, maar je meet vanaf het begin of de vervormingen conform de verwachting zijn. En omdat het uitgangspunt van de Observational Method is dat je scherper ontwerpt met minder (al dan niet impliciete) veiligheidsmarge, leer je er ook nog meer van want bij de klassieke methode is je ontwerp zo veilig dat er “nooit” iets gebeurt, maar of je dan gewoon goed of (veel) te goed – en dus (veel) te duur – bent zul je nooit weten. Dit is het verhaal van de geotechniek. We weten het allemaal niet precies, maar we denken er over na en doen ons best te leren van de ervaringen. De onvermijdelijke, oer-Hollandse vraag is dan: wie gaat dat betalen? Uitgaande van de constatering dat het in het merendeel van de gevallen om infrastructuur gaat, is het het ons aller belang. Wij willen allemaal droge voeten, vlakke wegen en schadevrij stedelijk bouwen. Het is dus een algemeen belang, en om dat te behartigen hebben we

ooit de overheid in het leven geroepen. Om het betaalbaar te houden zijn er creatieve oplossingen nodig, en daar kan en moet de overheid een rol spelen door ruimte te geven aan slagvaardige bedrijven, constateert innovatieprofessor Mazzucato recent in de NRC 2. De overheid moet daarbij koersvast zijn – een langjarig beleid zoals bij voorbeeld voorgestaan in het Deltaprogramma – en investeren als launching customer. Niet op safe spelen en alleen oplossingen accepteren die zich al honderd keer bewezen hebben, maar ruimte creëren voor nieuwe aanpak. In de huidige situatie vormt de rigiditeit van financieringsbronnen een probleem: investeringsbudgetten, onderhoudsbudgetten en ontwikkelingsbudgetten zijn strikt gescheiden geldstromen. Door het uitwerken van business cases waarin deze geldstromen niet per definitie strikt gescheiden zijn kan een nieuwe aanpak een kans krijgen. Een goede schematisatie van de ondergrond bijvoorbeeld brengt meer kosten met zich mee in de ontwerpfase, maar kan later in het proces voor maatwerk zorgen wat, over het gehele project be-

creating tools that move your business

schouwd, tot een verlaging van de kosten leidt. Mooie plaatjes kunnen een belangrijke rol spelen in de communicatie naar de niet-technici in onze omgeving mits de onzekerheden zichtbaar worden gemaakt en de interpretatie van resultaten op het juiste detailniveau naar voren wordt gebracht. De burger is immers niet gek, die is na de recente aardbevingen in Groningen weer heel erg overtuigd dat ‘ze‘ toch niet alles vertellen. Vertrouwen gaat te paard en komt te voet. Als sector kunnen we vertrouwen winnen door de burgers deelgenoot te maken van de onzekerheid en niet te proberen die onder het vloerkleed te schuiven. 1

Elk nieuw materiaalmodel zou in samenhang met een

nieuwe proefopstelling moeten worden ontwikkeld (Brinkgreve (Geotechniek 15 (2011) no 5 p8). De ontwikkeling van de K0-CRS proef en het isotachen model is daar een voorbeeld van. 2

NRC Weekend 2013-02-02, p4.

Reacties zijn welkom: reactiegeotechniek@geonet.nl 쎲

a.p. van den berg The CPT factory

The CPT factory Nieuw

Al ruim 42 jaar is A.P. van den Berg de innovatieve en betrouwbare partner als het gaat om bodemonderzoek-

apparatuur voor een slappe bodem. A.P. van den Berg loopt voorop in het ontwikkelen en wereldwijd lichtgewicht binnencasing

vermarkten van nieuwe geavanceerde sondeer- en monstersteeksystemen die uitblinken in betrouwbaarheid en gebruiksgemak. verscheidene landsondeersystemen tot multifunctioneel apparatuur voor het gebruik De binnencasing øVan 36 kan nu grotendeels op zee tot waterdieptes wel 4000 meter en van uitgebreide servicepakketten tot digitale meetsystemen vervaardigd worden in van aluminium. waarmee de bodemgegevens via een kabel of optische lichtsignalen worden getransporteerd, ze behoren Het gewicht wordt met 50% gereduceerd allemaal tot het leveringspakket van A.P. van den Berg. van 18 kg naar maar 8,6 kg! Dit betekent een Veel aandacht wordt geschonken aan de arbeidsomstandigheden van de sondeermeester. Zo heeft A.P. van aanzienlijke vermindering van de fysieke den Berg de sondeerbuizenschroever ontwikkeld, die in ieder sondeerapparaat kan worden geïntegreerd. inspanning voor de sondeermeester. Met de buizenschroever wordt het op- en afschroeven van de sondeerstreng efficiënter uitgevoerd. De buizenschroever komt het meest tot zijn recht in combinatie met een draadloos meetsysteem. Het doorrij-

Sondeerbuizenschroever: gemakkelijk, snel en ergonomisch verantwoord

m

Aluminium Interesse? gen van de conuskabel behoort dan tot het verleden. Voor de sondeermeester betekent dit een aanzienlijke binnencasing vermindering van de fysieke inspanning en het voorkomen van een versnelde slijtage van de gewrichten. Neem contact met ons op! Aandacht voor de arbeidsomstandigheden is voor alle betrokkenen van groot belang en is zijn investering dubbel en dwars waard. A.P. van den Berg Ingenieursburo bv Postbus 68, 8440 AB Heerenveen

Tel.: 0513 631355 Tel.: 0513 631 355 Fax: 0513 631212 Fax: 0513 631 212

info@apvandenberg.nl www.apvandenberg.nl


De nieuwe Ramspolbrug op open stalen buispalen

Ir. Roel W.R. Brouwer Ir. Rogier O. Schippers VWS Geotechniek / Volker InfraDesign BV

t.t.v. project Volker InfraDesign BV / VWS Geotechniek per 1 mei 2013 Geobest BV

Figuur 1 – Model fundaties waterpijlers.

Op 29 november 2012 is de eerste energieneutrale brug van Nederland geopend door minister Schultz van Haegen. Voor de nieuwe Ramspolbrug heeft Volker InfraDesign binnen het Infrateam N50 Ramspol onder meer het ontwerp van de brugfundatie verzorgd. Maar liefst 8 van de 12 tussensteunpunten zijn uitgevoerd met open stalen buispalen. Bij dit project is er volop discussie gevoerd over heien dan wel intrillen van de stalen buispalen in relatie tot de kans op plugvorming en

het draagvermogen. Bij de pijlers met nummer 5 en 11 zijn controlesonderingen uitgevoerd, aan zowel de buitenzijde als binnenin de buizen, om de mate van opspanning te kunnen kwantificeren. Dit artikel beschrijft de resultaten en de conclusies die hieruit zijn getrokken. Het vormt een interessante aanvulling op het recent verschenen artikel “Effect installatiemethode van open stalen buispalen op de conusweerstand” door Jacobse en Van Dalen [I] in Geotechniek 2012-4.

Spoedproject Cluster B

Tabel 1 - Grondopbouw Steunpunt 11 – Waterpijler Ramsgeul Grondlaag Slib Veen Zand, matig tot vaste pakking Klei, zandig Zand, zeer vaste pakking

Van [m+NAP] -1,0 à -1,5 -3,5 à -4,0 -6,0 à -7,0

Tot [m+NAP] -3,5 à -4,0 -6,0 à -7,0 -17,5 à -20,0

-17,5 à -20,0 -18,5 à -20,0 -18,5 à -20,0 -35,0 (max.)

De nieuwe Ramspolbrug maakt onderdeel uit van de Reconstructie N50 tussen Ramspol en Ens. Het traject Ramspol - Ens is ongeveer 250 meter verlegd en verbreed van 2x1 naar 2x2 rijstroken. De nieuwe brug is 550 m lang, 34 m breed en ca. 13m hoog. Dit is hoger dan de oude brug zodat regulier scheepsverkeer er onder door kan en de brug minder vaak open hoeft. De brug ligt parallel aan de Balgstuw en overbrugt het Ramsdiep en de Ramsgeul middels 12 steunpunten, inclusief 7 waterpijlers. De energie die vrijkomt bij het sluiten van de brug wordt opgeslagen. Samen met zonnecellen levert dat genoeg energie om

22

GEOT ECHNIEK – April 2013

de brug weer te openen en dit maakt het een innovatieve, energieneutrale brug. Het project is gerealiseerd in opdracht van Rijkswaterstaat en valt onder de Spoedaanpak. Om de aanpassing mogelijk te maken is het Infrateam N50 Ramspol opgericht: een samenwerkingsverband tussen VolkerInfra (KWS Infra, Van Hattum en Blankevoort en Vialis), Boskalis en Hollandia.

Ontwerp open stalen buispalen, pijlers 5 en 11 Gezien de aangetroffen bodemgesteldheid en aard van de bovenbouw kwamen voor de steunpunten enkel funderingen op palen in aanmerking waarbij het vervormingsgedrag een maatgevende factor was. In tabel 1 wordt de globale grondopbouw weergegeven ter plaatse van pijler 11. De grondopbouw bij de andere pijlers is vergelijkbaar. Het ontwerp van de fundaties heeft plaats gevonden in nauwe samenwerking met de betrokken constructeurs. Dit resulteerde in een palenplan per waterpijler van 2 rijen van 7 open stalen buispalen, zie figuur 1. De palen zijn gedimensioneerd


Samenvatting Bij het ontwerp en de uitvoering van de open stalen buispalen voor de nieuwe Ramspolbrug heeft een intensieve discussie plaatsgevonden over het heien dan wel intrillen van de stalen buispalen, in relatie tot de kans op plugvorming. Het hanteren van CUR 2001-8 roept in praktijk de nodige vragen op, bijvoorbeeld

over de keuze van heiend of trillend inbrengen van buispalen. Derhalve zijn in en nabij de stalen buizen controlesonderingen na paalinstallatie gemaakt. Deze laten onder meer een significante verbetering in de conusweerstanden zien, over trajecten waar getrild is.

op basis van een aanvaarbelasting en de verticale belastingen vanuit de brug. Het gedrag van de brug bij diverse variabele belastingen, zoals verkeersbelastingen en aanvaarbelastingen, is met behulp van Scia Engineer en Plaxis geanalyseerd. Met name de bepaling van de paaldraagvermogens en de verticale veerconstanten verdiende de nodige aandacht. Bij het engineeren van een fundering op open stalen buispalen worden in Nederland veelal twee methoden toegepast. De methode conform CUR rapport 2001-8 Bearing capacity of steel pipe piles of de methode conform NEN-EN 9997-1 (en voorheen NEN6743). De bovengenoemde richtlijn maakt geen deel uit van NEN-EN 9997-1 [IV], waarmee het al dan niet toepassen van de rekenregels geheel aan de geotechnisch adviseur wordt overgelaten, voor zover niet voorgeschreven in bestek of klant specificatie.

Figuur 3 – Pluggende of niet pluggende open stalen buispaal.

Figuur 2 – Initiële sondering 11-DKM-RAM-35.

In dit geval is de aanpak conform het CUR 2001-8 [V] rapport gekozen. Het ontwerpproces heeft geleid tot toepassing van open stalen buispalen Ø1620-22 mm met plaatsing tot ruim in het diepe draagkrachtige zandpakket met initieel hoge conus- weerstanden (>30MPa), zie de typische sondering in figuur 2. In tabel 2 zijn de rekenwaarden van de paalbelastingen weergegeven en de daarbij behorende paalpuntniveaus voor de steunpunten 5 en 11. Bij deze steunpunten zijn de controlesonderingen uitgevoerd en dus voor de lezer van dit artikel het meest interessant. De overige waterpijlers met de nummers 4 en 7 t/m 10 vertonen veel gelijkenis.

CUR 2001-8

Daar de palen in de poer behoorlijke kopmomenten zullen moeten kunnen opnemen bij aanvaring, zijn stalen ringen en kopwapening in de paalkop opgenomen. Om de kwaliteit van het beton in de kop te waarborgen is er voor gekozen de palen binnenin te ontdoen van organisch materiaal tot op de pleistocene zandlaag op ca. NAP -7m. Bijkomend voordeel is dat, met het verwijderen van de cohesieve samendrukbare toplagen, het beton het onderliggende zand in de palen opsluit en daarmee plugwerking gegarandeerd is. Het zakkingsgedrag van de palen kan daarbij overigens wel nadelig worden beïnvloed door de nog aanwezige dieper gelegen kleilaag in de paal.

CUR 2001-8 geeft een ontwerpmethode voor de bepaling van het draagvermogen van open stalen buispalen. Voor een efficiënt ontwerp is plugwerking in de palen noodzakelijk en over het al dan niet optreden daarvan geeft de richtlijn helaas geen uitsluitsel. Men stelt: “The mechanism of plugging is not yet well known”. In theorie dient voor plugwerking de inwendig wrijving groter te zijn dan de puntweerstand van de plug, oftwel Qf;i ≥ Qeb, zie figuur 3. Dit is in feite ook de benadering zoals gesteld in NEN-EN 9997-1 en de internationale (offshore) norm API RP2A: een fysieke grondplug kan alleen ontstaan als de binnenwrijving zo groot is dat er nagenoeg geen verschil in vervorming is tussen de paal en de grond binnen

Tabel 2 - Belasting en paalpuntniveaus steunpunt 5 en 11 (Waterpijlers) met open stalen buispalen Palen

Paalkopniveau [m tov NAP]

Paalpuntniveau [m tov NAP]

Fs;rep [kN]

Fs;d [kN]

5 (Ramsdiep)

osb Ø1620-22 mm

+0,2

-23,5

6500

8500

11 (Ramsgeul)

osb Ø1620-22 mm

+0,2

-22,5

6500

8500

23

GEOT ECHNIEK – April 2013

de paal. Het enige verschil tussen de normen c.q. richtlijnen is de methode waarop de puntweerstand en de buiten- c.q. binnenwrijving wordt berekend. De ontwerpformules in CUR 2001-8 zijn gebaseerd op een aantal proeven, met name het Euripides project (1995), en derhalve zijn de ontwerpregels geldig binnen de bandbreedte van deze proeven, te weten: – paal diameter tussen 0,25 m en 3,00 m – verhouding tussen de lengte en diameter (L/D) van 5 tot 80 – verhouding tussen de wanddikte en de diameter van (t/D) > 1/60 – zandige omstandigheden: silica zand met relatieve dichtheden van 10% tot 100%.


Strikt genomen zou bij de hier gekozen t/D verhouding de CUR 2008-1 niet toegepast kunnen worden. In de praktijk, zoals ervaren bij een aantal projecten, wordt deze grens vaak ‘opgerekt’ tot een waarde van 1/90, zo ook in dit geval. Een vaste regel voor plugwerking is niet voorhanden, maar het CUR rapport stelt dat een open stalen buispaal zal pluggen wanneer de indringing in een zandpakket, door middel van heien, groter is dan 4 à 8D. Daarnaast heeft de installatiemethode uiteraard een grote invloed. Het CUR rapport stelt “For this report only piles that are installed by soil displacement techniques (mainly driven piles) are taken into consideration”. Aangezien de proefbelastingen zijn uitgevoerd voor geheide palen worden andere methoden, waarbij wellicht ook opspanning optreedt (dus mogelijk intrillen) buiten beschouwing gelaten. En daar zit ook gelijk het probleem, de richtlijn geeft een aantal randvoorwaarden die te maken hebben met de omstandigheden ten tijde van de proef, maar deze behoeven in werkelijkheid geen harde rand-

Figuur 4 – Verloop relatieve dichtheid met de diepte voor inbrengen palen (11-DKM-RAM-35).

voorwaarden te zijn. Zie daar de uitdaging voor de geotechnisch adviseur.

Aanleiding tot controlesonderingen: “Heien of trillen?” Binnen het Infrateam N50 Ramspol heeft, mede op aangeven van de uitvoerende aannemer Volker Staal en Funderingen (VSF), een discussie plaatsgevonden over het trillend dan wel heiend inbrengen van de buispalen. Binnen de ontwerpafdeling bestond in eerste instantie de gedachte dat het draagvermogen slechts kon worden gewaarborgd bij volledig inheien, ten minste in het gebied waarbij positieve kleef wordt ontwikkeld. Vanuit de API-RP2A [III] kan die gedachte worden onderstreept. Los van de niet geheel vergelijkbare grondopbouw wijst ook het artikel van Jacobse en Van Dalen [I] op die zienswijze: de opspanning bij open stalen buispalen in Nederlandse zanden lijkt over het algemeen groter bij inheien dan bij intrillen. Duits onderzoek [VI] toont echter aan dat er weinig verschil is te ontdekken in draagkracht tussen geheide dan wel getrilde open stalen buispalen. Dit laatste onderzoek is gedaan op dicht tot zeer dicht gepakte, matig fijn tot grove zanden. Ook VSF beschikte over positieve ervaringen hierin. Zeker bij reeds goed verdichte zanden (Dr > 60 à 70%) was binnen het ontwerpteam op basis van eerdere ervaringen de verwachting dat de conusweerstanden zouden kunnen worden gereduceerd door het intrillen en dat beter geheid zou kunnen worden. Onder deze grens zou juist trillen voor verdichting en daarmee opspanning binnen de buis kunnen zorgen. Genoeg reden om de relatieve dichtheid van de hier aanwezige zanden in acht te nemen. Deze kan worden afgeschat op basis van de conusweerstand met behulp van een aantal methoden. In dit geval is gekozen voor de methode Jamiolkowski, conform:

Met: qc Ȝ’m

= conusweerstand = gemiddelde korrelspanning, (Ȝ’v +2·Ȝ’h)/3 c0, c1, c2 = empirisch bepaalde constanten Deze methode geeft over het algemeen gemiddelde waarden in vergelijk met de methodes van Baldi (ondergrens) en Lunne (bovengrens). Figuur 4 geeft bijvoorbeeld op basis van sondering 11DKM-RAM-35 het verloop van de initiële relatieve dichtheid als functie van de diepte.

Figuur 5 – Installatie open stalen buispalen vanaf pontons.

24

GEOT ECHNIEK – April 2013

De relatieve dichtheid van de bovenste zandlaag (tussen NAP – 5 en – 17m) en de diepere zandlaag


DE NIEUWE RAMSPOLBRUG OP OPEN STALEN BUISPALEN

is hoog en over het algemeen boven de hieronder genoemde grenswaarde van 60 à 70%. Op basis van bovenstaande beschouwing zou het intrillen van open stalen buispalen tot een mogelijke reductie van de conusweerstanden (en dus de draagkracht) kunnen leiden. Aangezien er uitvoeringstechnisch een zware voorkeur was (met name gedreven door productiesnelheid) voor het grotendeels intrillen van de palen, is gekozen voor intrillen tot een niveau van NAP – 17 m en vervolgens doorheien tot de einddiepte (laatste 4 à 6 m). In aansluiting op CUR 2001-8 is er dus geheid over de laatste meters waar de plug zich dient te vormen. De uitvoeringsmethode is gekozen op voorwaarde dat er bij de palen voor de waterpijlers 5 en 11 controlesonderingen zouden worden uitgevoerd, en dat er een fall back scenario aanwezig was (palen langer uitvoeren) bij tegenvallende resultaten. Met name bij waterpijler 5 is de plugwerking kritisch omdat het kunnen openen en sluiten van een klep van de basculebrug een hoge mate van plaatsvastheid vereist. Het budget en de uitvoeringsplanning liet helaas geen proefbelastingen toe.

Uitvoering en monitoring VSF heeft in opdracht van het Infrateam N50 Ramspol de open stalen buispalen geïnstalleerd vanaf haar heipontons op het water. De bovenste delen van palen zijn zoals reeds vermeld ingetrild.

Dit “voorpoten” met een hoogfrequent trilblok is met zo’n 30 minuten per paal voortvarend verlopen. Ten behoeve van het bevorderen van de plugwerking is bij de laatste meters overgegaan op heien, vanaf NAP -17m en NAP -18m bij de pijlers 5 en 11 respectievelijk. Doorgaans is direct of in de dagen na het trillen aangevangen met heien. Hierbij is gebruik gemaakt van een dieselheiblok in een opsteekmakelaar van het type Delmag D-62/22 met een maximale slagenergie van 224.000 Nm. Voor de beoordeling van de opspanning van het zand in de palen en om een voorspelling te kunnen doen over het al dan niet optreden van plugwerking zijn bij de palen voor de waterpijlers 5 en 11 respectievelijk 4 en 5 stuks controlesonderingen uitgevoerd door Geo-Supporting. De controlesonderingen zijn zowel in als tussen de buispalen uitgevoerd, zie figuur 6, enige tijd na uitvoering van het heiwerk. Tussen de heiwerkzaamheden en uitvoering van de controlesonderingen zijn bij waterpijler 5 zo’n 6 weken verstreken en bij waterpijler 11 slechts 1 week. In vergelijking met de oorspronkelijke sonderingen voor aanvang van de paalinstallaties zijn bij de controlesonderingen over het algemeen hogere conusweerstanden gemeten. Zie figuur 7 en 8 voor vergelijkingen bij pijler 5 en 11 van initiële sonderingen met controlesonderingen, binnenin een paal en buiten de palen gemaakt. Goed zicht-

Figuur 7 – Oorspronkelijke en controlesonderingen steunpunt 5.

25

GEOT ECHNIEK – April 2013

Figuur 6 – Locaties sonderingen.

baar is daarin ook dat de bovenkant van het eerste zandpakket ruim een meter in de palen is verlaagd ten gevolge van de paalinstallatie. Bij pijler 5 zijn in het ondiepe zandpakket in én buiten de buispalen de conusweerstanden gemid-

Figuur 8 – Oorspronkelijke en controlesonderingen steunpunt 11.


Figuur 9 – Oorspronkelijke en gewijzigde relatieve dichtheden steunpunt 5.

deld met ca. 5 MPa (ca. +50%) toegenomen. In het zandige klei pakket rond NAP-17,5 m zijn de verschillen niet aanwezig of minder duidelijk. In het dieper gelegen zandpakket vanaf ca. NAP -19 m zijn de conusweerstanden buiten de buizen ca. 3 MPa hoger. Bij de sonderingen in de buizen, te weten 03-5 en 05-5, zijn hoge conusweerstanden gemeten van 40 MPa en 55 MPa respectievelijk bij aanvang in het diepe zandpakket. Helaas zijn de sonderingen vrijwel direct gestaakt vanwege de te grote totaalweerstand. De waarden duiden op mogelijke toenamen van de conusweerstanden ten opzichte van de oorspronkelijke sonderingen met conusweerstanden van ca. 40 MPa in het diepe zandpakket. Ook bij de controlesonderingen voor pijler 11 zijn hogere conusweerstanden gemeten in vergelijking met de initieel gemaakte sonderingen, zie figuur 8. Met name de toenamen in het ondiepe zandpakket, gemeten in de buispalen, zijn spectaculair. De metingen laten toename zien van ca. 12 MPa tot 40 MPa (ca. +300%). Hierbij zijn twee van drie sonderingen in de buizen gestaakt. In de diepe kleilaag zijn ook hier de verschillen beperkt. Afgezien van de teruggang die op een ander niveau wordt aangetroffen, zijn buiten de palen vanaf ca. NAP-20 m in het diepe vaste zandpakket de verschillen klein. In de palen heeft men enkel

sondering 03-11 weten te drukken tot NAP-21 m en hierbij liep de conusweerstand op tot 48 MPa; minimaal 10 MPa hoger (ca. +20%) dan bij de oorspronkelijke sonderingen rond dat niveau. In aanvullingen op de vergelijkingen van de conusweerstanden worden in figuur 9 en figuur 10 vergelijkingen gegeven van de relatieve dichtheden voor de twee steunpunten. Dit op basis van de initiële sonderingen en de controlesonderingen binnenin en buiten de palen. Met name opvallend en goed zichtbaar is de toename van de relatieve dichtheid in het ondiepe zandpakket, waarbij de grootste toenamen zich in de palen voordoen. Door dit zandpakket is de paal getrild. Gedurende de uitvoering van de brug zijn ook verplaatsingen van de pijlers nauwkeurig gemeten. Dit is gedaan na belangrijke fasen zoals het storten van de poeren en kolommen, het plaatsen van liggers en het afwerken van schampkanten. De verticale verplaatsingen die aan het einde van de bouwfase zijn gemeten zijn niet groter dan 10 mm. De bijbehorende representatieve belasting ten gevolge van het eigen gewicht van de brug bedraagt ca. 4500 kN per paal ( Fs;v;rep;2).

Conclusie metingen De controlesonderingen hebben aanzienlijke toenamen van de conusweerstanden en relatieve

26

GEOT ECHNIEK – April 2013

Figuur 10 – Oorspronkelijke en gewijzigde relatieve dichtheden steunpunt 11.

dichtheden in de buispalen laten zien, met name over de getrilde delen en in zekere mate over de geheide trajecten. Helaas is men er niet in geslaagd alle sonderingen tot de paalpuntniveaus door te zetten, maar de gemeten waarden zijn met name in de ondiepe zandlagen hoog. Er is duidelijke sprake van opspanning in deze lagen in de buispalen. De gemeten verticale verplaatsingen van wgemeten < 10 mm zijn kleiner dan de bij het project conservatief berekende vervormingen van wd = 25 mm. De paalfunderingen voordoen daarmee ruimschoots aan de verwachtingen. De verschillende meetresultaten geven vertrouwen in het ontwerp van de steunpunten op open stalen buispalen. Verwacht wordt dat plugwerking optreedt tijdens de gebruiksfase en dat de nieuwe Ramspolbrug derhalve van een solide fundatie is voorzien. Het vertrouwen wordt vergroot door het zwaardere heiwerk dat nodig is geweest bij pijler 8. Tussen het intrillen en het heiwerk nadien is er, in tegenstelling tot de overige pijlers, een rustperiode van 1 à 2 weken geweest. Mogelijk verbetert het draagvermogen met de tijd, hetgeen vermoedelijk te wijten is aan een terugloop van wateroverspanningen tijdens het inbrengen.


DE NIEUWE RAMSPOLBRUG OP OPEN STALEN BUISPALEN

Discussie In dit artikel is ingegaan op de effecten van het heiend dan wel trillend inbrengen van open stalen buispalen. De effecten zijn gemeten door het nasonderen in palen en direct naast palen. Bij de proef zoals beschreven in [I] is ervaren dat trillen in alle gevallen tot ongunstigere conusweerstanden leidt dan heien. Vooraf was dit ook de inschatting van het ontwerpteam van de Ramspolbrug. Dit resultaat is bij de Ramspolbrug echter duidelijk niet gevonden, waarbij wel gezegd dient te worden dat alle beproefde palen over enige meters zijn nageheid. Er is geen vergelijking gemaakt tussen een volledig geheide paal met een volledig getrilde paal. Niettemin is een duidelijk resultaat hier dat trillen ook juist gunstige resultaten kan bewerkstelligen; er is sprake van hogere conusweerstanden en opspanning en derhalve van hogere draagvermogens. Over de opspanning bij de punt onder invloed van trillen is helaas weinig uitspraak te doen. De oorspronkelijke hypothese dat trillen alleen gunstig zou zijn bij lage relatieve dichtheden (Dr < 60 à 70%), is gezien de verdichting die met name

in de tussenzandlaag is opgetreden, klaarblijkelijk niet in alle omstandigheden geldig. Tevens kan nog een kanttekening geplaatst worden bij het gebruik van CUR 2001-8: de daar aangegeven randvoorwaarden, zoals het heiend inbrengen van open stalen buispalen, zijn meer ingegeven door de omstandigheden bij de proeven die ten grondslag liggen aan de publicatie dan dat het harde eisen zijn. Enige nuance bij het gebruik van de richtlijn lijkt daarmee op zijn plaats. Tenslotte wordt door de auteurs opgemerkt dat zij een selectie van de beschikbare sonderingen hebben gemaakt. Daarbij is getracht een eenvoudig en helder beeld te schetsen. Bij deze doen de auteurs een oproep om, bijvoorbeeld op de website www.vakbladgeotechniek.nl ervaringen te delen en een discussie te starten over dit zeer interessante en in Nederland nog tamelijk onderbelichte onderwerp.

januari 2013 [II]“EURIPIDES, Load Tests on Large Driven Piles in Dense Silica Sands“, H.M. Zuidberg, Fugro Engineers B.V. and P. Vergobbi, Geodia S.A., Offshore Technology Conference, 1996, Houston, Texas [III]API RP2A: Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms”, American Petroleum Institute, 21st edition, 2000 [IV]NEN-EN 9997-1: Eurocode 7-1, geotechnische ontwerp deel 1: algemene regels (NEN-EN 1997-1), incl. nationale bijlage (NEN-EN 1997-1/NB) en aanvullende bepalingen (NEN 9097-1); [V]“Bearing capacity of open piles”, CUR rapport 2001-8, CURNET, 2001 [VI]“Über die Tragfähigkeit von eingerüttelten Pfählen“; Prof. Dr.- Ing. Werner Richwien, Dipl.Ing. Patrick Lammertz, Universität Duisburg – Essen. 

Referenties [I]“Effect installatiemethode van open stalen buispalen op de conusweerstand”, Ir. J.A. Jacobse en Ir. J.H. van Dalen, van de Geotechniek,

Ontwerp jij mee aan de mobiliteit van morgen?

++ SAA A1-A6 ++ A9 Badhoevedorp ++ OV-Saal West ++ Julianasluis Gouda ++ A4 Delft-Schiedam ++ N31 Leeuwarden ++

Wij zoeken een:

Specialist geotechniek

 Integraal ontwerpbureau binnen een dynamische aannemer

Minimaal 5 à 7 jaar ervaring

 Ambitieuze projecten

Interesse? www.volkerinfradesign.nl gvanbemmel@vhbinfra.nl

 Ruimte voor groei en ontwikkeling

 Nationaal en internationaal


KIVI NIRIA

Dutch Geo-engineering goes international Nederlandse ingenieurs zijn in het buitenland geliefd. Ze zijn voorzien van specialistische technische bagage en kunnen deze ook nog eens omzetten naar praktische verbeteringen van de leefomgeving. Geotechnische ingenieurs in het bijzonder werken aan veilige dijken, effectieve havens, stevige funderingen, stabiele (spoor)wegen en mooie brugen tunnelverbindingen. Met het imago van Nederlandse Ingenieurs zit het wel goed. We spreken onze talen, we zijn creatief en flexibel in het bedenken en combineren van oplossen, we hebben een goed netwerk en hebben uitstekende toegang tot kennisbronnen en steengoede mensen. We hebben ook hart voor ons vak. De meeste (geotechnisch) ingenieurs die in het buitenland werken zijn hiervoor zeer gepassioneerd. Het biedt

uitdagingen, nieuwe inzichten en perspectieven en bovendien is daar vaak heel direct iets te verbeteren aan de levensomstandigheden van mensen en dat geeft nu eenmaal een goed gevoel. Is internationaal werken dan alleen maar goed voor u zelf? Nee, dat is het mooie, het is ook nog eens heel goed voor onze Nederlandse economie. Nederlandse ingenieursbureaus en aannemers trekken de wereld in met hun kennis en doen daar heel succesvol zaken. Natuurlijk is het niet altijd makkelijk en is er ook competitie, bureaucratie, corruptie en zijn er taal- en cultuurverschillen die soms moeilijk overbrugbaar zijn. Daarom loont het om combinaties te maken en elkaar te helpen, daar heb je een (professioneel) netwerk voor! Wil je in het buitenland werken? De Nederlandse aannemers, ingenieursbureaus en kennisinstellingen zijn een goede basis om de mogelijkheden hiervoor te verkennen. Een groot deel van hen verwacht dat de buitenlandse omzet de komende

jaren zal toenemen. Ook KIVINIRIA kan je helpen door services voor wie een baan in het buitenland wel ziet zitten. Kijk ook eens onder Ingenieurs zonder Grenzen, een afdeling van KIVI NIRIA. Nederlanders zorgen bijvoorbeeld dat eilanden veilig zijn tegen golf- en ijsbelasting in de noordelijke zeeën, dat wateroverlast in sub-tropische gebieden op een verstandige wijze wordt aangepakt, dat dijken sterker worden in Centraal- Azië en in Amerika, dat tunnels en bruggen worden aangelegd in Azië en verstandig wordt omgegaan met bodemdaling en grondwaterwinning in grote steden wereldwijd. Werk jij ook aan een mooi project in het buitenland? Vertel er over in dit vakblad, op twitter (#daaromgeotechniek) of meld je aan voor het geven van een lezing op een van onze lezingendagen voor 2013. Mandy Korff (ook te bereiken via @irondergronds) Reactie? Laat het ons weten op geotechniek@kiviniria.nl

Ga écht internationaal met: #coolgeotechnics #grangeotecnia #因此岩土工程 # Поэтому геотехнике

Eiland in Noord Kaspische Zee (foto en project Arny Lengkeek)

In memoriam: professor De Josselin De Jong Op 2 december 2012 overleed professor G. De Josselin De Jong, nestor van de grondmechanica in Nederland, die meer dan 20 jaar hoogleraar aan de TUDelft was en vele toppers in ons vakgebied heeft gedoceerd.

mededelingen met bijdrages van o.a. Frans Barends, Arnold Verruijt, Frans Molenkamp, Otto Strack, Pieter Vermeer en Hans Sellmeijer. In 2006 verscheen het boek ‘Soil Mechanics and Transport in Porous Media’, een selectie van papers van De Josselin De Jong verzameld door Schotting, van Duijn en Verruijt. Het vakblad Geotechniek besteedde hier in 2007 aandacht aan middels een artikel van Arnold Verruijt over het al dan niet bestaan van een Delftse School. Dit artikel kunt u terugvinden in het pdf-archief van het vakblad Geotechniek: http://tinyurl.com/aaqvmuq

Prof. De Josselin de Jong was sinds de oprichting van de vakafdeling Geotechniek in 1949 lid van KIVINIRIA en tevens voorzitter van 1966 tot en met 1969. Bij gelegenheid van zijn pensionering is al in 1980 een eerbetoon aan hem gemaakt in de vorm van een speciale uitgave van de LGM

28

GEOT ECHNIEK – April 2013


KIVI NIRIA

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

Aanmelden of meer informatie over KIVI NIRIA Geotechniek ? Meer informatie over de Afdeling Geotechniek: www.kiviniria.nl/geo of bij Mart Herrmann, KIVI NIRIA Kamer TU Eindhoven Tel. 040-247 29 49 Ma t/m vrij 10 - 14 uur kiviniria@tue.nl Meer informatie over KIVI NIRIA: www.kiviniria.nl

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

Netwerk en Communicatie De Afdeling Geotechniek vormt een netwerk van mensen werkzaam op het vakgebied, mensen die

29

GEOT ECHNIEK – April 2013

het vak studeren en andere geïnteresseerden. Dit netwerk strekt zich uit over de grenzen van ons land en uit zich in nauwe samenwerking met soortgelijke verenigingen binnen Europa. Jaarlijks organiseert de afdeling tal van activiteiten, waarvan een aantal op Europees niveau in samenwerking met anderen. KIVI NIRIA Geotechniek is tevens founding partner van Geonet, het onafhankelijk platform voor interactief geotechnisch Nederland (www.geonet.nl). Alle leden van KIVI NIRIA Geotechniek kunnen zich gratis abonneren op het vakblad Geotechniek. Geotechniek is een informatief/promotioneel onafhankelijk vakblad dat beoogt, kennis en ervaring uit te wisselen, inzicht te bevorderen en belangstelling voor het gehele, geotechnisch vakgebied te kweken. Het vakblad verschijnt vier maal per jaar (excl. specials).

Activiteiten De Afdeling Geotechiek geeft steun aan wetenschappelijk onderzoek en helpt mee aan de ontwikkeling van diverse cursussen op het vakgebied. Daarnaast organiseert de afdeling de Funderingsdag en de Geotechniekdag en vele excursies, lezingen en symposia. Ook voor jonge leden is de afdeling actief. Zo levert zij een bijdrage aan de Young Geotechnical Engineers Conference en er is een speciale afstudeerdersmiddag.


Deel IV in de kleine serie: Wat kunnen wij nu nog van Keverling Buisman leren

Met Buisman naar de isotachen αp = αs = t =

primaire samendrukkingsconstante seculaire samendrukkingsconstante tijd [dagen]

Buisman beschouwde de zakking in een samendrukkingsproef 1 dag na het aanbrengen van een belasting en de daarop volgende seculaire zakking. De seculaire zakking of kruip treedt op zonder dat de belasting nog verandert. Omdat een proef op een dun monster wordt uitgevoerd, is de consolidatie na 1 dag eigenlijk altijd al wel tot stand gekomen. De korrelspanningen in het monster veranderen dan niet meer. Als de tijd gelijk is aan 1 dag, is de grootte van de seculaire zakking volgens deze formule nul, omdat log t dan gelijk is aan nul.

Figuur 1 – Het laboratorium in de kelder van het Oostplantsoen 25 in Delft in de tijd van Keverling Buisman.

Het is verleidelijk deze kleine serie te continueren met alweer zo’n mooi advies waar Keverling Buisman in de jaren dertig nauw bij betrokken is geweest. Deze keer echter wat anders: aandacht voor zijn zakkingstheorie. Essentieel in de zakkingstheorie van Buisman [1] is de seculaire zakking. Koppejan [2] heeft daarop later zijn Cs gebaseerd, maar het verhaal begint met Buisman, niet met Koppejan. Buisman werkte met een lineaire relatie tussen belasting en zakking. Zijn formule luidde:

waarin: z = zetting [m] h = dikte samendrukbare laag [m] α = samendrukkingsconstante p = belastingtoename [kgf/cm2] (Nu zouden we de belasting uitdrukken in [kN/m2].)

waarin:

Dit is heel essentieel. In veel gevallen wordt er namelijk, conform de Britse standaard BS1377, gerekend met een zakking aan het eind van de consolidatie ter grootte van

waarin: mv = samendrukkingscoëfficiënt met daarna een seculaire zakking die begint op t = 1 dag, maar dit is niet hetzelfde: mv wordt namelijk bepaald aan het einde van de consolidatie van de proef en is in het algemeen kleiner dan αp. Aan het einde van de consolidatie veranderen de korrelspanningen in het monster weliswaar niet meer, maar log t is in een proef aan het einde van de consolidatie doorgaans kleiner dan nul. De zakking die er na de consolidatie optreedt tot t = 1 dag is volgens de definitie strikt genomen geen seculaire zakking. Buismans formule:

ir. Jan Heemstra Medewerker Deltares, belast met het toegankelijker maken van het geoarchief

Let op: in de onderste van deze twee formules is p niet meer de belastingtoename maar de belasting zelf. en de uit combinatie van de consolidatie en de kruip op basis van de Britse standaard gevormde relatie:

waarin: Cα = secundaire samendrukkingsconstante (in BS1377 wordt deze grootheid Csec genoemd) zijn niet alleen niet gelijkwaardig omdat de belastingterm p niet in de kruipterm voorkomt, maar veel belangrijker nog is dat de zakking na 1 dag belasten volgens de definitie helemaal niet hetzelfde is als z = h mv p. Wij, en wij niet alleen, gebruiken mv en αp van Buisman vaak door elkaar. Dat is een doodzonde. Wat wel zou mogen is:

maar deze formule schrijven we liever wat anders. In plaats van de zakking gedeeld door de hoogte schrijven we rek en in plaats van één samendrukkingsconstante α maken we onderscheid in een samendrukkingsconstante α voor de grensspanning pg en een samendrukkingsconstante α’ voor spanningen groter dan pg. Dit wordt nu:

Het eerste of primaire deel van deze formule is van de vorm

Terzaghi werkte met een logaritmische spanningsrek relatie. Zijn formule luidt:

of helemaal netjes geschreven

waarin: p0 = oorspronkelijke terreinspanning pg = grensspanning p = nieuwe spanning

30

GEOT ECHNIEK – April 2013

waarin: e = poriëngetal maar wordt in Nederland gewoonlijk geschreven als


Samenvatting Buisman was de ontdekker van het seculair of “eeuwige” effect, de vervorming die optreedt wanneer na een belastingverhoging de wateroverspanningen in de grond verdwenen zijn (kruip). Dat seculair effect verloopt evenredig met de logaritme van de tijd. Het is dan per definitie nul als de tijd gelijk is aan 1 (dag). Vaak wordt er gerekend met het secundair effect. Dit lijkt veel op het seculair effect, maar het is toch iets anders. Het seculair effect beschrijft superponeerbare verschilvervormingen bij belastingveranderingen (kruipverschillen), het secundair effect beschrijft daarentegen de vervormingen (kruip) zelf. Buisman werkte met een lineaire relatie tussen spanning en vervorming. Door nu

Deze formule is van de vorm

In deze logaritmische spannings-rekrelatie is de rol van C vergelijkbaar met 1/α. Koppejan combineerde Buisman en Terzaghi maar den Haan [3] combineerde ze beter tot:

De factor 2,3 of ln(10) komt doordat den Haan er voor kiest met ln(t) te werken. Een probleem met het vergelijken van de zakking in een grondmonster van circa 2 cm dik en een meters dikke laag samendrukbare grond is dat de spanningsaangroei in de grondlaag, de consolidatie, veel trager verloopt dan die in een monstertje. Terzaghi heeft het consolidatieverloop beschreven. Hoewel Terzaghi de bedenker is van de logaritmische samendrukkingswet, is het door hem beschreven consolidatieverloop gebaseerd op een lineaire elastisch rekenmodel. Zijn aanpassing wordt vaak gebruikt om de vervorming tijdens

Buismans formule te combineren met secundaire kruip en zijn formules om te zetten in een logaritmische spannings-rekrelatie zijn we al bijna bij de, vaak als zo moeilijk ervaren, isotachenmethode. Het wordt dan ook mogelijk de op een lineair spannings-rekmodel gebaseerde consolidatietheorie van Terzaghi op een andere manier toe te passen. Het isotachenmodel wordt hierdoor juist voor de man uit de praktijk beter te doorzien en de kracht ervan beter te begrijpen. Voor een eigenschap die ook bij toepassing van het isotachenmodel bij kleine spanningen nog vaak problemen geeft, gaf Buisman de oplossing al.

Bij de methoden Buisman en Koppejan wordt gebruik gemaakt van het superpositiebeginsel. Den Haan [3] heeft overtuigend aangetoond dat met dit beginsel bij elke belastingstap een nieuwe fout wordt geïntroduceerd. Bij gebruik van de genoemde methoden lukt het dan ook niet een belastingstap in een aantal kleine, elkaar steeds opvolgende belastingstappen te verdelen: hoe meer stapjes, hoe groter wordt de fout. Bij de isotachenmethode, die geen gebruik maakt van superpositie, lukt dit wel, zoals hierna zal worden aangetoond.

nog geen belasting op aangrijpt. Moderne methoden spreken dan ook niet van een rusttoestand maar van een toestand waarin de vervormingssnelheid een bepaalde (lage) waarde heeft. Dat hier toch van een rusttoestand wordt gesproken is dan ook alleen omdat het in de adviespraktijk zo gemakkelijk is. Het kan dan ook het begrip van de verschillende zakkingstheorieën en het vergelijken ervan gemakkelijker maken. Hier wordt er beslist niet voor gepleit rücksichtslos (zonder nadenken) altijd maar met 104 dagen als rusttoestand te rekenen. Als we het zakken van een grondlaag in werkelijkheid beschouwen, moeten we om te beginnen ervoor zorgen dat de zakking in de rusttoestand overeenkomt met wat we met onze klompen aanvoelen. Om het eenvoudig te houden kunnen we eerst eens aannemen dat de grond zonder belasting niet begint te zakken. Dat lijkt een waarheid als een koe, maar we moeten het wel goed in ons rekenmodel brengen.

Een gemakkelijk hulpmiddel voor inzicht in zakkingsberekeningen is het begrip rusttoestand. Strikt genomen is er geen rusttoestand. Buisman zei het al: slappe grond zakt eeuwig, zelfs als er

Wat is een rusttoestand? In de adviespraktijk wordt de zakking die na 104 dagen belasten in een proef zou worden bereikt vaak de eindtoestand genoemd. Het lijkt geen gek idee om in het kader

de consolidatie te beschrijven, maar eigenlijk beschrijft hij de gemiddelde spanningsaangroei in een grondlaag (gemiddeld omdat de spanningsaangroei aan de randen van de laag sneller verloopt dan in het midden). In de figuur is dit verloop getekend voor een consolidatieperiode van 1000 dagen, zowel op lineair als op logaritmische schaal.

Figuur 2 – Consolidatieverloop overeenkomstig Buismans leerboek figuur 62.

Figuur 3 – Dezelfde figuur als figuur 2, maar nu op logaritmische tijdschaal.

31

GEOT ECHNIEK – April 2013


van dit verhaal die zetting ook voor een grondlaag als de zetting in de rusttoestand te benoemen. Natuurlijk zijn er ook grondlagen waarop een belasting nog geen 104 dagen heeft aangegrepen. Daar moeten we dan iets anders voor verzinnen. Ook zijn er gronden die zich stijver gedragen dan een doorsneegrond, de zogenaamde overgeconsolideerde gronden. Ook die vragen een andere aanpak. Maar voor een doorsneegrond valt er in de adviespraktijk op basis van het model van Buisman goed te leven met:

(fundamenteel kan het mooier en beter. Maar voor dit verhaal, waar het draait om inzicht in de overeenkomsten tussen oud en nieuw, voert het wat ver om daar al te diep op in te gaan. Wie het werkelijk "netjes" wil doen, zij verwezen naar den Haan [4]) Analoog aan het voorgaande kunnen we deze formule nu transformeren in:

Met de op een logaritmische spannings-rekrelatie gebaseerde isotachenmethode van den Haan kan hetzelfde worden gedaan:

waarin OCR = pg/p0 Hieruit is direct af te leiden welke waarde OCR

moet hebben om de begintoestand als rusttoestand aan te merken. Is OCR kleiner dan zal er zakking moeten optreden om een rusttoestand te bereiken, ook als de spanning niet aangroeit. Zo’n situatie kan zich voordoen na een recente belastingverhoging. OCR kan ook groter zijn, bijvoorbeeld doordat de huidige p0 kleiner is dan p0 eerder ooit geweest is, of doordat de grond door zeer lang liggen steviger geworden is. Dan zal er bij aangroeien van de spanning aanvankelijk maar nauwelijks kruip optreden. Zo’n situatie noemen we voorbelast of overgeconsolideerd gedrag. Wanneer we nu de spanning met een kleine stap laten toenemen (en dat doen we aan hand van de hierboven getekende aanpassingscurve volgens Terzaghi die, omdat deze op een elastisch spannings-rekmodel is gebaseerd, zowel voor belastingstoename als voor toename van de vervorming toepasbaar is) dan bereiken we een toestand die te vergelijken is met grond die nog net niet in een rusttoestand verkeert. Er moet dan enige tijd overheen alvorens de rustof eindtoestand weer zou worden bereikt. De schijnbare voorbelastingstijd, die eerst 104 dagen was, is nu korter geworden. We hoeven niet te wachten tot de rusttoestand weer is bereikt, we kunnen na enige tijd ook de spanning weer verhogen, steeds volgens de relatie van Terzaghi, en de spanning gedurende enige tijd constant houden. Het uitrekenen van de optredende zakkingen kunnen we in theorie ook nog wel uitvoeren volgens Buismans lineair elastische rekenmodel.

Dat zou echter niet erg praktisch zijn. Beter is het aan te sluiten bij moderne standaarden: een logaritmische spannings-rek relatie in plaats van een lineaire. Combinatie van het lineaire consolidatiemodel met de logaritmische spannings-rekrelatie is niets bijzonders: we hebben jaren nooit anders gedaan. Figuur 4 maakt één en ander duidelijker wat we zo berekenen.

Wat zien we hier nu? De berekening is uitgevoerd voor een oorspronkelijke belasting p0 van 10 kN/m2. De grond gedraagt zich alsof deze belasting er 104 dagen op heeft gerust (rust- of eindtoestand). Zoals opgemerkt is 104 dagen geen hard getal. Den Haan [4] toonde aan (zijn tabel 1) dat deze waarde eerder groter dan kleiner moet zijn. In figuur 4 zijn ook daarvan de consequenties aangegeven. Aangezien p0 een vast gegeven is, kan het beginpunt van de figuur in horizontale zin niet verschuiven. Dat betekent dat het beginpunt lager op dezelfde verticaal komt te liggen, zodanig dat het op een isotach met een lagere snelheid uitkomt. Bij een langere rusttijd dan 104 dagen in de begintoestand is er al meer vervorming (ageing) opgetreden, waardoor de grensspanning is toegenomen. Er treedt dan minder vervorming op. 104 dagen na het aanbrengen van de belastingverhoging is de zettingssnelheid voor beide starttoestanden ongeveer gelijk. Als nu de belasting wordt verhoogd van p0 naar p0+욼p, zal er zakking (rek) optreden. Die rek kunnen we op twee manieren berekenen. Simpel: bij een belastingverhoging treedt er instant aan rek op ter grootte van:

maar ook:

Die t* is een tijd die we nog niet kennen, maar die hier in elk geval korter zal zijn dan 104 dagen. We kunnen hem wel uitrekenen, namelijk door beide betrekkingen gelijk te stellen. Op het eerste gezicht zeggen we: hij moet in elk geval minstens zo groot zijn als één dag, maar de berekening blijkt ook nog helemaal goed te gaan als de tijd t* korter wordt dan 1 dag. We hebben nu een relatie tussen de belastingverhoging 욼p en de schijnbare voorbelastingstijd t* behorende bij de nieuwe belasting p0+욼p. Den Haan [4] en Visschedijk [5] spreken niet van schijnbare voorbelastingstijd maar van intrinsieke tijd, maar de gedachtegang is dezelfde.

Figuur 4 – Voorbeeldberekening (één van de slappe lagen onder proefvak Stolwijk).

32

GEOT ECHNIEK – April 2013


WAT KUNNEN WIJ NU NOG VAN KEVERLING BUISMAN LEREN

Als we nu de belasting constant houden maar de tijd een tijdje 욼t laten lopen loopt de secundaire rek op. De rek wordt nu:

Neemt de belasting nu weer toe, dan is er wel iets veranderd. De grond gedraagt zich alsof de grensspanning groter is geworden. Gelukkig kunnen we die nieuwe grensspanning ook weer uitrekenen. Dat doen we weer door twee rekken gelijk te stellen. Met wat meetkunde blijkt:

We krijgen dan de volgende betrekkingen voor elke belastingverhoging van pi naar pi+1: 1. bij het instantaan laten groeien van de belasting van pi naar pi+1 kunnen we de direct optredende rek en de intrinsieke tijd bij de nieuwe belasting uitrekenen; 2. bij het aangroeien van de tijd en constante belasting kunnen we de toename van de rek uitrekenen; 3. bij het stilzetten van de tijd kunnen we uitrekenen hoe groot de nieuwe grensspanning is geworden.

Figuur 5 – Het geo-archief aan het Oostplantsoen 25 in Delft eind jaren dertig.

heeft Koppejan het goede spoor toch een beetje verlaten. Met de isotachen van den Haan hebben we het weer teruggevonden.

Twee kanttekeningen nog We kunnen deze relaties gebruiken om een consoliderende belasting te beschrijven als een gefaseerde belasting. Door op deze manier te rekenen wordt bij een in fasen opgebrachte belasting dezelfde “eindzakking” in de berekening gevonden als bij een in één keer opgebrachte belasting. Anders gezegd: de rek na 104 dagen, die we hier de eindrek noemen, zou bij deze wijze van rekenen in een snel consoliderend monster even groot worden als deze wordt in een langzaam consoliderende grondlaag. Dat lijkt vanzelfsprekend, maar dat was het niet: Koppejan paste het superpositiebeginsel toe (Buisman deed dat overigens ook), en dat beginsel leidde bij ongelijk consoliderende grondlagen tot ongelijke uitkomsten. Dat dit zo is, is in de grafiek snel te zien. De rode lijn geeft aan wat de grondlaag zou doen bij het onmiddellijk consolideren. De paarse lijn geeft aan wat de grondlaag doet als de belasting op-gebouwd gedacht wordt uit 20 gefaseerde belastingen die verlopen volgens het eerder gepresenteerde consolidatieverloop als functie van de tijd zoals dat is opgesteld door Terzaghi. Het aardige is nu, dat Buisman ons al op het goede spoor gezet heeft. Ook Buisman zelf maakte al gebruik van logaritmische spannings-rekrelaties. Hij ging echter niet zo ver als Koppejan om met een spanningsafhankelijke, logaritmische seculaire samendrukking te rekenen. Met die relatie

1. Er zijn verschillende vormen van rek. Lineaire rek en natuurlijke rek zijn niet helemaal hetzelfde. Den Haan heeft het verschil netjes beschreven in [3] en aangegeven waarom je uit een samendrukkingsproef beter de parameters aan de hand van de natuurlijke rek kunt bepalen. Wil je in een grondlaag netjes rekenen, dan moet je deze vormen van rek niet door elkaar gebruiken! Als van bestaande proeven de oude waarnemingen nog zijn overgeleverd, kunnen de samendrukkings-parameters ook nu nog op basis van natuurlijke rek worden berekend. 2. Bij zakkingsberekeningen op basis van een logaritmische spannings-rekrelatie ontstaan numerieke problemen als de spanning erg klein is. Ook Buisman werkte al met een dergelijke relatie (die van Terzaghi) en hij hanteerde als oplossing een kleine toegevoegde spanning pc die hij bij de oorspronkelijke spanning p0 optelde (Buismans leerboek §38, pag. 84). In een situatie met een korrelspanning in de oorspronkelijke toestand van ongeveer nul kan een kleine bovenbelasting in de begintoestand worden toegevoegd, zodanig dat de korrelspanning dan niet kleiner wordt dan de eerste belastingstap in een representatieve samendrukkingsproef. Gewoonlijk is dit 10 kN/m2. Deze wijze van rekenen is nog steeds de enige bruikbare en kan naadloos worden ingevoegd in bovenstaande rekenmethode.

33

GEOT ECHNIEK – April 2013

EERDERE DELEN IN DEZE SERIE

1. De betekenis van klassieke matrassen in de wegenbouw voor de paalmatras van vandaag, Geokunst april 2008 2. 75 jaar samendrukking in het veen, Geotechniek januari 2012 3. Ervaringen met de aanleg van autowegen in de Provincie Zuid-Holland: Abtswoude, de weg die er nooit kwam, Geotechniek januari 2013

Literatuur [1] Keverling Buisman, A.S., Grondmechanica, Waltman 1940/ Balkema 1996. [2] Koppejan, A.W., A formula combining the Terzaghi load compression relationship and the Buisman secular time effect. Proc. 2nd Int. Conf. Soil Mech. And Found. Eng., Rotterdam, 3, pp. 32-38, 1948. [3] Haan, E.J. den, De abc methode, Nieuw a-b-c vereenvoudigt berekening zetting: denkraam voor samendrukking van verknede en natuurlijke klei, Land en Water 1992-3. [4] Haan, E.J. den, De intrinsieke tijd in het isotachenmodel, Geotechniek januari 2008. [5] Visschedijk, M., Isotachenberekeningen op een sigarendoosje, Geotechniek juli 2010. 쎲


Normen en Waarden Ir. Joost Breedeveld

Ontwerprichtlijn constructieve dijkversterking dient deze de waterkerende functie zelfstandig te kunnen vervullen? Verder is de vaste topeis gerelateerd aan de normfrequentie. De lengte waarover de constructieve versterking wordt aangebracht wordt daarnaast op de topeis in rekening gebracht, door bij lengtes groter dan 100 m een verhoging van 10% op de betrouwbaarheidsindex te eisen .

Inleiding Bij het realiseren van dijkversterkingen gaat de voorkeur in principe uit naar een robuuste en duurzame versterking in grond. De Nederlandse (praktijk)ervaringen met deze oplossing zijn vastgelegd in vele leidraden en technische rapporten van ENW (Expertise Netwerk Waterveiligheid). In situaties waar een versterking in grond niet mogelijk is, vooral bij ruimtegebrek door belendingen, kan met een zogenaamde bijzondere waterkerende constructie de macrostabiliteit van een dijk worden verbeterd. Ondanks dat dit een complexe en kostbare wijze van dijkversterking is, en er tot voor kort geen eenduidige, door ENW geaccepteerde ontwerpmethode was, wordt deze oplossing in de vorm van een diepwand, kistdam of (on)verankerde damwand al op grote schaal toegepast.

In de waterveiligheid-gerelateerde regelgeving wordt getracht meer en meer de dijkringbenadering in te voeren. Hiermee komt ruimte om, redenerend vanuit de (samenstelling van de) dijkring als geheel, een topeis voor de beschouwde doorsnede af te leiden. Deze benadering wordt bij het beschouwen van de macrostabiliteit van een gronddijk volgens Leidraad Rivieren van 2007 aangehouden. In deze topeis is het lengte-effect reeds verdisconteerd.

Vigerende regelgeving Voor bijzondere waterkerende constructies is de vigerende regelgeving in principe vastgelegd in Leidraad Kunstwerken uit 2003. De veiligheidsfilosofie hierin is geheel gebaseerd op de faalmechanismen van een kunstwerk: te groot waterbezwaar (onvoldoende hoogte) en constructief bezwijken (onvoldoende sterkte). Voor de veiligheidsproblematiek rondom het dimensioneren van de constructie(onderdelen) wordt naar CUR 166 Damwandconstructies verwezen. Deze richtlijn beveelt aan om rekening te houden met de eisen die gelden voor waterkeringen. Het lastige hierbij is dat deze boodschap slechts summier is behandeld en dat het interpreteren ervan grotendeels aan de gebruiker wordt overgelaten. Dit brengt ons bij drie belangrijke spanningsvelden omtrent de veiligheidsfilosofie bij het toepassen van constructieve dijkversterking: 1. Welke wettelijke eisen gelden? 2. Welke topeis geldt dan voor de constructie(onderdelen)? 3. Op welke referentieperiode hebben deze eisen betrekking?

Wettelijke veiligheidseisen CUR 166 is onderdeel van de aanvullende bepalingen op de Nederlandse Nationale Bijlage bij NENEN  1997-1 (Eurocode  7, deel 1). In het Bouw-

besluit 2012, waarin de wettelijke eisen omtrent de bouwveiligheid staan, wordt naar de Eurocodes verwezen. Dit heeft een belangrijke verandering met zich meegebracht. Op topniveau geldt in de hoogste veiligheidsklasse (CC3), waaronder overigens bijzondere waterkerende constructie niet per definitie zullen vallen, nu een betrouwbaarheidseis  = 4,3 (voorheen  = 3,6) over de levensduur van constructie(onderdelen). De bouwveiligheidseis kan door deze verandering nu soms strenger zijn dan de wettelijke waterveiligheidseis. Oftewel, de Waterwet legt niet meer in alle gevallen de strengste topeis op aan een dijkvak waarin een constructieve versterking wordt aangebracht.

Topeis constructie De vereiste betrouwbaarheid van constructie(onderdelen) kan globaal op twee manieren worden afgeleid: In Leidraad Kunstwerken wordt, uitgaande van de dijkvakbenadering, een vaste topeis voor de beschouwde doorsnede voorgeschreven. Die is allereerst afhankelijk van de ‘verantwoordelijkheid’ van de constructieve versterking: in welke mate

34

GEOT ECHNIEK – April 2013

Omwille van de consistentie in de veiligheidsfilosofie, dus het geheel van partiële factoren op belastingen en sterkten, is het essentieel om de gekozen benadering consequent te blijven volgen.

Referentieperiode Ook de referentieperiode, waarop de betrouwbaarheidseisen van constructie(onderdelen) betrekking hebben, speelt in de veiligheidsfilosofie voor ontwerpen een prominente rol. In de waterveiligheid-gerelateerde leidraden en technische rapporten is de vereiste betrouwbaarheid van een doorsnede gerelateerd aan jaarkansen. Waarmee op de beveiligingsnormen in de Waterwet wordt aangesloten, die zijn geformuleerd in termen van jaarlijkse overschrijdingskansen van hydraulische belastingen die een primaire waterkering veilig moeten kunnen keren. Daarentegen hebben de betrouwbaarheidseisen aan constructie(onderdelen) in bouwveiligheidgerelateerde regelgeving betrekking op de beoogde levensduur. In CUR 166, wordt bijvoorbeeld van een beoogde levensduur van 50  jaar uitgegaan. Ook Leidraad Kunstwerken levert betrouwbaarheidsindices op levensduurbasis. Dat vindt plaats op basis van een levensduurfactor van 10, waar-


Normen en Waarden mee de toelaatbare faalkans per jaar uit de normfrequentie dient te worden vermenigvuldigd. Een ontwerpbeschouwing op basis van jaar- dan wel levensduurkansen leidt tot een substantieel verschil in vereiste betrouwbaarheden (in termen van vereiste betrouwbaarheidsindices); op basis van jaarkansen wordt tot de strengste betrouwbaarheidseisen gekomen. Indien de consequenties van de gekozen referentieperiode echter goed in de uitwerking worden verdisconteerd, in veiligheidsmarges of -factoren voor sterkte en (vooral) belasting, dan is het effect kleiner dan op grond van verschillen in betrouwbaarheidsindices zou worden verwacht.

Toetsrichtlijn In de periode 2006-2010 is in opdracht van RWSWaterdienst een concept ‘Technisch Rapport Analyse macrostabiliteit van dijken met de Eindige Elementen Methode’ (TREEM) opgesteld. De richtlijn beschrijft een (ook voor het ontwerpen bruikbaar) stappenplan voor toetsen van een (on)verankerde damwand, specifiek gericht op het gebruik van PLAXIS 2D. De veiligheidsfilosofie in TREEM sluit aan bij de

waterveiligheid-gerelateerde Leidraad Rivieren en Addendum bij Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies van 2007. Dientengevolge wordt de topeis van te toetsen conventionele constructieve versterkingen aan de Waterwet ontleend, die op een jaarkans betrekking heeft. In het beschouwen van de macrostabiliteit van de doorsnede wordt de dijkringbenadering aangehouden.

Ontwerprichtlijn Wegens het ontbreken van een eenduidige ontwerpmethode voor stabiliteitsschermen in primaire waterkeringen, is in opdracht van Waterschap Rivierenland (in overleg met het HoogWaterBeschermingsProgramma) in 2012 een richtlijn opgesteld voor het ontwerpen van (on)verankerde damwandschermen voor dijkversterkingen die in dat waterschap in voorbereiding zijn. Het omvat ook een achtergrondenrapport en een voorbeeldcase. De ontwerpaanpak in deze richtlijn, die samenhangt met de veiligheidsfilosofie, is in hoge mate gebaseerd op die van het TREEM. Dus in aansluiting op Leidraad Rivieren en Addendum bij Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies.

Voor een aantal witte vlekken, die gaandeweg de ontwikkelingen bij constructieve dijkversterking zijn geconstateerd, is in de richtlijn een (pragmatische) oplossing gegeven. Daarbij gaat het onder meer om hoe in de EEManalyse om te gaan met: – zakkende grond op ankers; – voortijdig instabiel binnentalud; – beschrijving grondsterkte; – vervormingen versterkte dijk; Doel van de ontwerprichtlijn is te komen tot een eenduidige werkwijze die voldoende robuust is, maar tevens sober en doelmatig, zodat Waterschap Rivierenland en HWBP met de methode kunnen instemmen. Inmiddels heeft ENW de ontwerprichtlijn geaccordeerd. De ontwerprichtlijn is specifiek voor het beheergebied van Rivierenland ontwikkeld. De geaccordeerde aanpak kan, met de juiste locatieafhankelijke (partiële) factoren, echter Nederland breed worden toegepast bij constructieve versterkingen van primaire waterkeringen. 쎲


IDEEN. INGENIEURE. INNOVATIONEN. HUESKER – Ingenieursoplossingen met geokunststoffen

Geotechniek en funderingstechnieken Wegenbouw HaTelit® is een robuuste asfaltwapening met hoge weerstand tegen beschadigingen tijdens het inbouwen. Daardoor vertraagt het gebruik van HaTelit® het ontstaan van reflectiescheurvorming. Minder onderhoud en een langere levensduur van de gesaneerde rijbaan zijn het gevolg.

Waterbouw Milieutechniek

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


Afstudeerders

Overzicht van twee jaar... In deze rubriek wordt een samenvatting gegeven van het afstudeerwerk van studenten van de Technische Universiteit Delft die afstuderen bij de sectie Geo-Engineering. Aangezien deze rubriek twee jaar afwezig is weggeweest geeft Leon van Paassen dit keer een overzicht van de ontwikkelingen binnen de opleiding en de hoogtepunten van de afstudeerders van de laatste twee jaar.

Fusie tot Geo-Engineering Nadat in 2006 de secties Geotechniek van de afdeling Civiele techniek (CT) en Ingenieursgeologie van de afdeling Technische Aardwetenschappen zijn gefuseerd in de sectie Geo-Engineering, is ook de opleiding onder handen genomen en is sinds 1 september 2011 een nieuwe MSc opleiding van start gegaan. In plaats van de 4 verschillende afstudeerrichtingen - Soil Mechanics, Geotechnical Engineering, Underground Space Technology binnen Civiele Techniek en Engineering Geology binnen Technische Aardwetenschappen - is er nu één afstudeerrichting (MSc track) Geo-Engineering. Studenten die hun BSc Civiele Techniek of Technische Aardwetenschappen hebben afgerond kunnen direct instromen in de nieuwe Master opleiding samen met studenten van de HBO civiele techniek en internationale studenten worden toegelaten.

Ruud Arkesteijn winnaar Schreudersstudieprijs Afgelopen twee jaar heeft de sectie Geo-Engineering zo’n 36 nieuwe ingenieurs afgeleverd. Het aantal onderwerpen is zeer divers. Eén van de hoogtepunten was het afstudeerwerk van Ruud Arkesteijn, die onderzoek deed naar de dimensionering van onderwater betonvloeren. Hij werd begeleid door Cor van der Veen (sectie betonconstructies), Bert Everts (geotechnisch adviseur ABT en docent TU Delft) en Govert Dorrenboom (constructeur bij ABT). In zijn onderzoek heeft hij enkele gevoeligheden aan het licht gebracht en uitgewerkt in de ontwerpmethodiek volgens CUR 77. Zo bleek dat de rekenregels voor dimensionering met name gevoelig waren voor variaties in de betonsterkteklasse, axiale veerstijfheden, paaluitval, toleranties op maatvoering en normaaldrukkracht. Uit zijn conclusies bleek dat met name bij ondiepe bouwputten nog wel eens te veilig wordt gerekend, waardoor in sommige gevallen onnodige hoeveelheden beton worden gebruikt. Al deze gevoeligheden zijn vervolgens systematisch en grondig uitgewerkt, wat onderzoek heeft geleid tot aanpassing aan de nieuwe CUR77 richtlijn die in het voorjaar 2013 wordt verwacht.

Dr. Ir. Leon A. van Paassen TUDelft, Universitair Docent Geo-Engineering

Met zijn afstudeerscriptie heeft Ruud Arkesteijn de Schreudersstudieprijs in de categorie Techniek gewonnen. Een volledig overzicht van alle afstudeerders is terug te vinden op de vernieuwde website van GeoEngineering ge.citg.tudelft.nl of in het digitaal archief van de TU bibliotheek, repository.tudelft.nl.

Ruud Arkesteijn richtte zich op rekenregels voor onderwaterbetonvloeren.

De afstudeerrichting is volledig Engelstalig en kan zowel vanuit Applied Earth Sciences en Civil Engineering gevolgd worden. De opleiding bestaat grofweg uit een half jaar verplichte vakken, waarin met name alle theoretische vakken worden gedoceerd van grondonderzoek en parameter keuze in constitutieve modellen tot numerieke modellering, risicoanalyse en gekoppelde systemen in de ondergrond. Vervolgens kunnen de studenten zich meer verdiepen in een of meer van de vijf deelvakgebieden: Soil Mechanics, Geotechnical Engineering, Underground Space Technology, Engineering Geology en Geo-Environmental Engineering, door middel van keuzevakken waarin de toepassingen breed aan bod komen. In het tweede jaar kunnen de studenten kiezen uit een stage, een multidisciplinair project, veldwerk of extra keuze vakken. De opleiding wordt afgerond met een afstudeeronderzoek van 7 tot 9 maanden.

37

GEOT ECHNIEK – April 2013


De Luxemburgse bodem en de zwakke Rhät klei

Prof. dr. ir. Stefan van Baars Hoogleraar Funderingstechniek en Grondmechanika Universiteit van Luxemburg

B.Sc. Miguel Bautista Student Universiteit van Luxemburg

Dipl.-Geol. Rolf Becker Directeur / Senior Geoloog Holmalux B.V.

duur zijn als in Nederland. Nieuwbouw vindt steeds meer plaats op complexere locaties. Voor de meeste nieuwbouwwoningen is een ondergrondse garage en een bouwput voorzien, wat voor de geotechnisch ingenieur een droomsituatie qua hoeveelheid werk is. De geotechniek in het land wordt voor een groot deel bepaald door de geologie. Kennis daarvan is dus van groot belang.

Oesling

Figuur 1 – Geologische kaart van Luxemburg. Kaart: Administration des ponts et chaussées, Service géologique du Luxembourg

Inleiding De meeste Nederlandse civiel-technische ingenieurs zijn nog wel bekend met de geologie van het noorden, westen en midden van de Benelux, maar van het zuidoosten is voor velen niet meer bekend dan wat men weet van een wandeling door Klein-Zwitserland. Wetenschappelijk gezien is dat jammer, want ook in Luxemburg vindt men zeer interessante, zwakke en problematische bodemsoorten. Vooral de allerzwakste, de Keuper-Rhät klei behoeft extra aandacht van de geotechnische ingenieurs.

Het kleine heuvelachtige land Luxemburg kent een sterke economische groei en een immigratieoverschot van meer dan 2% per jaar. Op een totale bevolking van 517.000 mensen, rijden iedere dag meer dan 150.000 werknemers vanuit België, Duitsland en Frankrijk de grens over om in Luxemburg te werken. Bovendien zijn de inkomens de hoogste van de Europese Unie. De sterke groei zorgt voor een grote vraag naar nieuwe kantoren en woningen, die onder andere door een te klein aanbod en de lage rente, grofweg tweemaal zo

38

GEOT ECHNIEK – April 2013

Het land kan geologisch verdeeld worden in twee delen, het noorden dat Eisleck of Oesling heet en het midden en zuiden dat Gutland heet, letterlijk het goede land. Oesling is deel van het Ardennenplateau, is tot 550 m hoog, is grotendeels begroeid met bos en bestaat hoofdzakelijk uit Quartziet en Schist dat gevormd is in het Devonion tijdperk. Quartziet is een onder hoge druk en temperatuur samengedrukte zandsteen. Schist is een gesteente dat tijdens de vorming een gelaagdheid heeft gekregen, vaak door de voorkeursoriëntatie van mica’s. De rotsgelaagdheid in Oesling is vaak gevouwen en geroteerd, meestal rond 45 graden, zie de legenda linksonder in figuur 1. Soms is de gelaagdheid van de Schist van Wiltz (die vooral rondom Wiltz wordt gevonden) vrijwel loodrecht en aangezien de afschuifsterkte langs de lagen zeer klein is, moet men dan oppassen. De eigenaar van de parkeerplaats naast een Schistrotswand in Clervaux op de foto van figuur 2, was wel door de autoriteiten gewaarschuwd, maar was toch niet van plan een serieuze stabilisatie uit te voeren. In de winter tijdens vorst stortte de wand in en bedolf een auto. Gelukkig zat er niemand in de auto tijdens de instorting. Daarna heeft de gemeente, op kosten van de eigenaar, de rotswand gestabiliseerd.


Samenvatting Luxemburg kent zeer interessante, zwakke en problematische bodemsoorten zoals de zwellende gips, de gelaagde schist van Wiltz en vooral de zwakke Keuper-Rhät-klei. Die laatste komt als een dun laagje in een groot deel van het land aan de oppervlakte. Ongeveer 2/3de deel van alle grondafschuivingen spelen

zich hier af. Vandaar dat besloten is om de Rhät-klei te onderzoeken. Uit triaxiaalproeven die in het geotechnisch laboratorium van de Universiteit van Luxemburg gedaan zijn, blijkt dat deze klei een zeer kleine hoek van inwendige wrijving heeft en daardoor tot de zwakste kleien ter wereld gerekend mag worden.

Figuur 2 – Uitgraven van wagen na instorFiguur 3 – Mohr-Coulomb lijn van Rhät in Mühlenbach.

ten wand in Clervaux. Foto: R. Becker

Gutland Gutland is gevormd in het Trias en Jurrasic tijdperk en is daarmee veel jonger dan Oesling. Het bestaat vooral uit sedimentaire rots, zoals kalksteen, zandsteen, dolomiet en ook een beetje gips. Er zitten zwellende gipslagen in het zuidoosten die, onder andere bij de tunnel van de snelweg A13 door de Markusberg bij Schengen, voor grote problemen zorgen. De bodemlagen liggen vanwege de sedimentaire ontstaansgeschiedenis zeer horizontaal, meestal maar 1 of 2 graden scheef, zie de legende linksboven in figuur 1. Dit zorgt ervoor dat hier de bodemsoort door de hoogte van het maaiveld wordt bepaald. De oudste lagen zijn dus de diepste lagen en die worden gevonden bij de rivieren Alzette (benedenstrooms), Sauer en Moesel, dus bij de plaatsen Mersch, Diekirch, Echternach, Wasserbillig (MSL +129 m) en Remich. De jongste lagen worden gevonden in het zuidwesten bij Esch sur Alzette (MSL +426 m) en zijn dus de hoogste lagen. Hierin word ook ijzerhoudende lagen gevonden, waaruit tot de jaren ‘70 ijzererts werd gewonnen. Vandaar dat de damwandfabrikant Arcelor-Mittal (vroeger Arbed) daar ook gevestigd is. De voor de hoogovens benodigde kolen kwamen uit de regio, namelijk Saarland, alwaar de laatste mijnen in 2012 zijn gesloten.

Rhät De Keuperlaag, oftewel de bovenste Triaslaag, bestaat hoofdzakelijk uit mergel and zandsteen. Interessant is dat in Luxemburg deze lagen afgedekt zijn door een dunne kleilaag; Rhät (D), Rhaetium (Lat), of Rhétien (Fr) genoemd. De dikte varieert meestal tussen de anderhalve decimeter

en een paar meter. Deze laag ligt op een constante hoogte en de band waar het aan het oppervlakte komt loopt vanwege de gevarieerde erosie grillig over geheel Gutland (rode smalle lijn in de kaart aangegeven met rode pijlen). Ongeveer 2/3de deel van alle aardverschuivingen spelen zich bij deze lijn af. Deze lijn is vaak ook de lijn die de dalen rondom de rivieren volgt. Aangezien de bebouwing en wegen ook deze lijn volgen (Bijvoorbeeld Mersch, Walferdange, Beggen, Muhlenbach langs de Alzette) en omdat hier veel gebouwd wordt, zijn in dez regio geregeld aardverschuivingen bij bouwputten van nieuwbouwprojekten. Vandaar dat besloten is om de Rhät klei in het geotechnisch laboratorium van de Universiteit van Luxemburg te onderzoeken. Vermoed werd dat, of de cohesie, of de hoek van inwendige wrijving van deze klei, of zelfs beide, zeer laag zou(den) kunnen zijn.

Triaxiaalproeven Na eerst als test een serie triaxiaalproeven te hebben uitgevoerd op pottenbakkersklei, zijn twee series CU-triaxiaalproeven uitgevoerd op Rhät-klei uit een bouwput van de Rue de Mühlenbach aan de Noordzijde van Luxemburg-stad. Het soortelijke gewicht van deze schone vaste klei is bepaald op: 웂sat = 19,7 kN/m3, 웂dr = 16,0 kN/m3 en de porositeit is n = 39,4%. Hierop zijn eerst 4 proeven zonder back-pressure (verhoogde poriewaterdruk in het monster) uitgevoerd, daarna zijn er nog 4 proeven uitgevoerd, met een backpressure van 100 kPa. De belastingsnelheid van het triaxiaalapparaat was 1 mm/min. De eerste serie proeven is uitgevoerd zonder

39

GEOT ECHNIEK – April 2013

backpressure omdat er een oorzaak gevonden moest worden voor de vele aardverschuivingen en er dus natuurgetrouwe resultaten nodig waren. In-situ wordt immers ook geen poriewaterdruk gevonden hoger dan de natuurlijke grondwaterspanning. De reden voor het toch uitvoeren van een tweede serie met backpressure was de bijzonder lage poriewaterspanningsverandering die werd gemeten tijdens de eerste serie proeven. Normalerwijze is deze verandering voor kleien met een neutraal gedrag, 1/3de van de verticale belastingsverhoging, bij dilatant gedrag is dit iets lager en bij contractant gedrag iets hoger. Echter, bij de proeven zonder back-pressure werden waarden voor deze zogeheten Skempton A coëfficiënt lager dan 1% gevonden, hetgeen uiterst opmerkelijk is. Het is alsof de klei niet (goed genoeg) verzadigd is door intern opgesloten luchtbellen, hetgeen wellicht met verhoogde poriewaterdruk opgelost kon worden. Echter, de serie proeven met backpressure liet waarden zien variërend tussen de 4% en 8%, hetgeen nog steeds erg laag is. De serie zonder back pressure gaf een wrijvingshoek van 쏗 = 7 graden en een cohesie van c = 50 kPa. De serie met back-pressure gaf een wrijvingshoek van 쏗 = 8 graden en een cohesie van c = 45 kPa. De beide resultaten liggen praktisch binnen elkaars foutenmarge, zie figuur 3. De gemeten cohesie is nog redelijk normaal. Maar wat uiterst bijzonder is, is de extreem lage hoek van inwendige wrijving.


Afschuiving talud Schuttrange

Figuur 4 – Begin afschuiving op de Rhätlaag in Schuttrange, 5 juli 2012. Foto: M.Bautista

Tijdens het uitvoeren van de proeven werden de auteurs geïnformeerd over een nieuwe afschuiving die al een paar dagen, sinds ongeveer 22 juni 2012, gaande was bij een bouwput tussen Schuttrange en Schrassig, zie de foto van figuur 4. Het gaat hier om een bouwput van een dure villa met een ondergrondse parkeergarage. In de ontwerpfase werd eerst gedacht aan een gecombineerde talud-berlinerwand constructie, maar om geld uit te sparen is later voor een dubbel-talud gekozen. De afschuiving van het talud begon op de Rhätlaag, hier slechts 15 cm dik, en breidde zich zeer langzaam maar zeker uit. De Rhätlaag is grijs en bevindt zich tussen de gele laag en de rode laag. Het onderste gedeelte van de bouwput, net onder de rhätlaag was toen nog niet uitgegraven, maar de aannemer wilde geen tijdverliezen en ging dus gewoon verder. De grond uit de bouwput is op de rand naast de bouwput gelegd (zie geheel rechtsboven). Tijdens het maken van de foto was men bezig de taluds met een folie te bedekken (zie geheel links) om deze helling tegen regen te beschermen en wellicht ook lastige fotografen het zicht te ontnemen. De figuren 5 en 6 laten de situatie anderhalve maand na het begin van de afschuiving zien. Ook ondanks de folie is de afschuiving nog goed zichtbaar.

Figuur 5 – Glijcirkel onder folie in Schuttrange, 6 augustus 2012. Foto: R. Becker

Natuurlijk is ook de Rhät-klei uit deze bouwput onderzocht. Het soortelijke gewicht van deze klei is bepaald op: 웂sat = 20,5 kN/m3, 웂dr = 17,0 kN/m3 en de porositeit is n = 41,8%. Hierop zijn 4 triaxiaalproeven zonder back-pressure uitgevoerd. Net als bij de klei uit Mühlenbach (Luxemburg-stad) was de Skempton A coëfficiënt zeer laag (tussen de 0,5% en 1,5%). Uitgaande van een ongeveer gelijke cohesie is een wrijvingshoek gemeten van 쏗 = 13 graden, zie figuur 7. Al is de wrijvingshoek in Schutterange duidelijk hoger dan dat van de Rhät klei bij Mühlenbach, het blijft extreem laag. Dit verklaart mede de opgetreden afschuiving.

Conclusie

Figuur 6 – Taludfalen op de Rhätlaag in Schuttrange, 9 september 2012. Foto: S. van Baars

40

GEOT ECHNIEK – April 2013

Gemiddeld wordt voor kleien gerekend met een (piek) wrijvingshoek van zo’n 25 graden. Bij sommige kleien is deze waarde iets lager zoals de Londenklei die een wrijvingshoek van slechts 20 graden heeft (Terzaghi et al). Maar voor een schone, zuivere klei mag in Nederland en Duitsland minimaal met een wrijvingshoek van 17,5 graden worden gerekend (NEN 9997-1-NL en EAU 1990). Echter, geen enkele klei is bekend waarvan de wrijvingshoek, die met een triaxial apparaat is gemeten, zo laag is als de Rhät-klei in Luxembourg. Zelfs de quick-klei van de aardverschuiving


DE LUXEMBURGSE BODEM EN DE ZWAKKE RHÄT KLEI

Figuur 7 – Mohr-Coulomb lijn van Rhät in Schuttrange.

in 1959 in Furre, Noorwegen, had volgens Bjerrum en Ladva (1996 en 2008) wel een teruggerekende wrijvingshoek van 7 graden, en een met een simple shear apparaat gemeten hoek van 9 graden, maar met triaxiaalproeven werden toch waarden gevonden van 21 tot 25 graden. Kortom, de Rhät-klei in Luxemburg kan wel eens een klei met de laagste (piek) wrijvingshoek zijn ter wereld. Daarom worden er plannen gemaakt om nieuwe ongestoorde monsters te verkrijgen en de

triaxiaalproeven te herhalen om vervolgens definitieve conclusies te kunnen trekken.

Literatuur – Bintz, J et al. (1979) Zur Ausbildung des Rhäts in den Flachbohrungen Mersch (Luxemburg), Publications du Service Géologique du Luxembourg Bulletin N° 10/1979. – Bjerrum, L. And Landva, A.O. (1996) Direct simple-shear tests on a Norwegian quick clay,

Geotechnique 16(1), p1-20. – EAU (1990), Empfehlungen des Arbeitsausschusses"Ufereinfassungen" Hafen und Wasserstrassen, Ernst & Sohn, 1990. – Landva, A. (2008), Simple shear testing and behavior of Norwegian Quick Clays – Revisited, GeoCongress 2008, From Research to Practice in Geotechnical Engineering, ASCE, ISBN 978-07844-0962-6, pp 230-250. – Muller, A. (1974) Die Trias-Lias Grenzschichten Luxemburgs, Veröffentlichung des Luxemburger Geologischen Dienstes Vol. XXII. – NEN 9997-1-NL (2011), Geotechnisch ontwerp van constructies - Deel 1: Algemene regels, Nederlands Normalisatie Instituut, Delft, Tab. 2.b, p50 (Voorheen Tab. 1 van NEN 6740). – Service géologique du Luxembourg, Administration des ponts et chaussées, www.geologie.lu. – Terzaghi, K. Peck, R.B. Mesri, G. (1996), Soil Mechanics in Engineering Practice, John Wiley & Sons, Tab. 19.5, p154. 쎲


Op het moment van drukken van dit nummer waren de volgende cursussen en symposia bekend. Voor een actueel en volledig overzicht zie de sites van de cursusaanbieders.

Agenda

Cursussen

Nationale congressen, symposia, lezingen

Hydrodynamica van Leidingsystemen – Dynamisch Gedrag 08-04-2013 – Deltares Academy

Lezingenmiddag duurzaamheid funderingen – KIVI Niria Den Haag 10 april 2013 13:00 tot 19:30 – afdeling voor Geotechniek

Isotachen zettingsberekeningen 09-04-2013 – Deltares Academy

Excursie 'A4 Midden-Delfland' 30 mei 2013 - KIVI NIRIA Afdelingen Geotechniek en Waterbouw

3D Modelleren van paalgroepen met D-Pile Group 11-04-2013 – Deltares Academy

Internationale congressen

Understanding Dike Safety 28-05-2013 – Deltares Academy

Seventh International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering 1 mei, Chicago

Workshop: Introduction to PLAXIS 3D 03-04-2013 – Plaxis BV Workshop on Soil Parameter Optimisation and Sensitivity in PLAXIS 23-04-2013 – Plaxis BV

Informatie en aanmelding Betonvereniging COB CROW CUR Deltares Academy Elsevier Opleidingen

www.betonvereniging.nl www.cob.nl www.crow.nl www.cur.nl www.deltaresacademy.nl www.elsevieropleidingen.nl

+31-0-182-539233 +31-0-182-540660 +31-0-318-695300 +31-0-182-540600 +31-0-88-3357500 +31-0-78-6253888

42

18th International Conference On Soil Mechanics And Geotechnical Engineering 2-6 september 2013, Parijs Thema 'Challenges and innovations in Geotechnics'

Deltares

www.deltares.nl

+31-0-15-2693500

KIVI NIRI NGO NSTT PAO Plaxis b.v. ie-net (vh. TI KVIV)

www.kiviniria.net www.ngo.nl www.nstt.nl www.pao.tudelft.nl www.plaxis.nl www.ie-net.be

+31-0-70-3919890 +31-0-30-6056399 +31-0-182-567380 +31-0-15-2784618 +31-0-15-2517720 +32-0-3-2600840

GEOT ECHNIEK – April 2013


17 E JAARGANG NUMMER 2 APRIL 2013 ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR GEBRUIKERS VAN GEOKUNSTSTOFFEN

Realisatie Rijksweg 74 Venlo

Deformatiemetingen unieke tien meter hoog gewapende grondwand

Lichtgewicht snelwegverbreding met verticale zijwand van A76 op ingekort talud met keerwand

K AT E R N VA N


Geokunst wordt mede mogelijk gemaakt door:

De collectieve leden van de NGO zijn:

Bonar BV Westervoortsedijk 73 6827 AV Arnhem Tel. +31 (0) 85 744 1300 Fax +31 (0) 85 744 1310 info@bonar.com www.bonar.com

NAUE GmbH & Co. KG Gewerbestr. 2 32339 Espelkamp-Fiestel – Germany Tel. +49 5743 41-0 Fax +49 5743 41-240 info@naue.com www.naue.com

TEXION Geokunststoffen NV Admiraal de Boisotstraat 13 B-2000 Antwerpen – Belgium Tel. +32 (0)3 210 91 91 Fax +32 (0)3 210 91 92 www.texion.be www.geogrid.be

TenCate Geosynthetics Hoge Dijkje 2 7442 AE Nijverdal Tel. +31 (0)546-544 811 Fax +31 (0)546-544 470 geonederland@tencate.com www.tencate.com/geonederland

44

Bonar BV, Arnhem Bonar Technical Fabrics NV, Zele Ceco BV, Maastricht Cofra B.V., Amsterdam CURNET CUR Bouw & Infra, Gouda Enviro Advice BV, Nieuwegein Fugro GeoServices BV, Leidschendam Deltares, Delft Rijkswaterstaat DVS (Dienst Verkeer en Scheepvaart), Delft Geopex Products (Europe) BV, Gouderak Hero-Folie B.V., Zevenaar Intercodam Infra BV, Almere InfraDelft BV, Delft Joosten Kunststoffen, Gendt Kem Products NV, Heist op den Berg (B) Kiwa NV, Rijswijk Kwast Consult, Houten Movares Nederland BV, Utrecht

GEOKUNST – April 2013

Naue GmbH & Co. KG, Espelkamp-Fiestel Ooms Civiel, Scharwoude Pelt & Hooykaas BV, Rotterdam Prosé Kunststoffen BV, Britsum Quality Services BV, Bennekom Robusta BV, Genemuiden Rijkswaterstaat (Dienst Infrastructuur), Utrecht Ten Cate Geosynthetics Netherlands BV, Almelo Tensar International, ’s-Hertogenbosch Terre Armee BV, Waddinxveen T&F Handelsonderneming BV, Oosteinde Texion Geokunststoffen NV, Antwerpen Van Oord Nederland BV, Gorinchem Voorbij Funderingstechniek BV, Amsterdam Baggermaatschappij Boskalis BV, Papendrecht


Van de redactie

Beste Geokunst lezers, Ooit gehoord van “De Blauwe Banaan”? Ook wel genoemd de Blue Banana, de Hot Banana, de Bluemerang. Het lijkt het begin van een flauwe grap, echter niets is minder waar. De Blauwe banaan is een ruimtelijk concept ontwikkeld in 1989 door een groep Franse geografen onder leiding van Roger Brunet van het Franse instituut RECLUS. Het schetst een multinationale Europese megalopolis, die verschillende metropolen uit West Europese staten omvat. Grofweg strekt de Banaan zich uit van Noord West Engeland in het noorden tot Milaan in het zuiden, met daartussen de agglomeraties van onder andere de Randstad, de Vlaamse Ruit en het Ruhrgebied. Een belangrijk gebied met zo’n 100 miljoen inwoners. Het is ’s werelds grootste concentratie aan mensen, geld en industrie. Deze blauwe banaan wordt gezien als de economische ruggengraat van ons continent, midden in die ruggengraat ligt Limburg. Deze regio is aan alle kanten omgeven door economische zwaargewichten, brainport Eindhoven, mainport Rotterdam, de haven van Antwerpen, het Ruhrgebied. De bereikbaarheid van deze economische centra is voor een groot deel afhankelijk van de bereikbaarheid en doorstroom in Limburg. De rijksweg A74 is in april 2012 geopend en verbindt de A73 met de Duitse autobahn A64. Deze slechts 2,5 km lange verbinding is een cruciale ader in de metropolis. Hiermee wordt niet alleen Venlo ontlast van tientallen jaren overlast van vrachtverkeer, maar wordt ook de snelwegverbinding Rotterdam – Ruhrgebied eindelijk voltooid. In deze GeoKunst zoomen we in op de viaducten ‘Steilrand’ in de A74. Uniek aan deze constructie is de vrije hoogte onder het brugdek van 10 meter in combinatie met de uitvoering van de landhoofden op een verticale gewapende grond wand. Teunis Linthof, Piet van Duijnen, Constant Brok en Suzanne van Eekelen doen hier verslag van. Iets verder naar het zuiden, maar nog steeds in het hart van de ruggengraat van de blauwe banaan ligt Sittard-Geleen, waar ‘The chemical innovation community’ Chemelot is gevestigd. Het tweede ‘Limburgse’ artikel gaat over een lichtgewicht snelwegverbreding met verticale zijkant bij het knooppunt Kerensheide in de A76. Een belangrijke ader voor het Ruhrgebied. In het artikel van Milan Dus̆kov, André Plagmeijer en Martin den Uil leest u hoe dit, voor de Halftime Award genomineerde, lichtgewicht snelwegverbreding met verticale zijwand is ontstaan. Wij wensen u veel leesplezier met deze Limburgse editie van GeoKunst. Shaun O’Hagan Eindredacteur Geokunst

Colofon Geokunst wordt uitgegeven door de

Tekstredactie

C. Sloots

Een abonnement kan worden

Nederlandse Geotextielorganisatie.

Eindredactie

S. O’Hagan

aangevraagd bij:

Het is bedoeld voor beleidsmakers,

Redactieraad

C. Brok A. Bezuijen M. Dus̆kov J. van Dijk W. Kragten F. de Meerleer

Nederlandse Geotextielorganisatie (NGO)

Uitgeverij Educom BV

www.ngo.nl

opdrachtgevers, ontwerpers, aannemers en uitvoerders van werken in de grond-, weg- en waterbouw en de milieutechniek. Geokunst verschijnt vier maal per jaar en wordt op aanvraag toegezonden.

Productie

45

GEOKUNST – April 2013

Postbus 358 3840 JA Harderwijk Tel. 085-1044 727


Realisatie Rijksweg 74 Venlo

Deformatiemetingen unieke tien meter hoog gewapende grondwand

ing. Teunis Linthof Royal HaskoningDHV Nijmegen

ing. Constant Brok Huesker, Rosmalen

ing. Piet van Duijnen Mobilis, Apeldoorn (vh Movares, Utrecht)

ir. Suzanne van Eekelen Deltares, TU Delft

Figuur 2 – Artist Impression van de viaducten ‘Steilrand’ in de A74.

omvatten de aansluiting van de A74 op de A73 en BAB 61, aanpassing van een bestaand viaduct, twee nieuwe ecoducten, drie nieuwe viaducten, een schuine kruising A73 en A74 en een fietsbrug. Daarnaast is circa 6.500 m geluidsscherm met een totaal oppervlak van circa 35.000 m2 gerealiseerd langs de A73 en A74 ter hoogte van Blerick en Tegelen.

Figuur 1 – Situering A74 en viaducten ‘Steilrand’.

Inleiding Op 4 april 2012 is de A74 officieel in gebruik genomen. Het tracé van de A74 splitst zich nabij Tegelen af van de A73 en sluit twee kilometer verderop aan op de eveneens nieuw aangelegde Duitse Bundesautobahn 61 (BAB61). Door deze nieuwe verbinding hoeft het doorgaande verkeer van en naar Duitsland niet meer door de bebouwde kom van Venlo te rijden en wordt het lokale wegennet in en rond Venlo ontlast. De A74 is gelegen in een afwisselend landschap bestaande uit bos, zandgronden, kwelgebieden en een circa 10 m hoge steilrand. Vanwege de natuurlijke variatie in terreinhoogte is de weg deels op een ophoging en deels verdiept aangelegd.

Hierdoor is een optimale inpassing verkregen in het bijzondere landschap. Ter compensatie van natuurwaarden zijn nieuwe natuurgebieden aangelegd met een totale omvang van circa 30 hectare. Dura Vermeer heeft op basis van een ‘design & construct’ contract in maart 2010 van het Ministerie van Verkeer en Waterstaat (Rijkswaterstaat) opdracht gekregen voor de realisatie van de Rijksweg 74 - Venlo. Royal Haskoning DHV heeft in opdracht van de aannemer het ontwerp van de kunstwerken, de geluidsschermen en de onderbouw van de rijksweg verzorgd en heeft ook het omgevingsmanagement ingevuld.

Geotechnisch kenmerkt het project zich door twee unieke aspecten. De schuine kruising is gefundeerd op een AVI-bodemas ophoging. Daarnaast is ter plaatse van het kunstwerk ‘viaducten Steilrand’ een landhoofd gefundeerd op een uit zand opgebouwde verticale dragende gewapende grondconstructie met een hoogte van 10 m. De situatie is weergegeven in figuur 1. In opdracht van de aannemer heeft Huesker het ontwerp van de gewapende grond van de ‘viaducten Steilrand’ verzorgd en de geogrids geleverd. In opdracht van deze geokunststofproducent heeft Movares geavanceerde vervormingsberekeningen van de gewapende grondconstructie uitgevoerd. Het ontwerp van de viaducten ter plaatse van de ‘Steilrand’ is in dit artikel beschreven. Tevens worden metingen gepresenteerd die inzicht geven in de opgetreden deformaties.

Viaducten Steilrand De werkzaamheden voor de realisatie van de A74

46

GEOKUNST – April 2013

De kruising van het wegtracé met de steilrand is


Samenvatting In de onlangs in gebruik genomen Rijksweg A74 is succesvol een viaduct gerealiseerd, gefundeerd op hoog gelegen landhoofden op gewapende grond. De grote vrije hoogte van 10 m onder het brugdek in combinatie met de uitvoering van de landhoofden op een verticale wand van gewapende grond is uniek.

Deformatiemetingen tonen aan dat de opgetreden vervormingen tijdens de bouw significant kleiner zijn dan dat vooraf was berekend. Controlemetingen en inspectie van het viaduct in de gebruiksfase vertonen geen merkbare (kruip-)vervormingen.

Figuur 3 – Dwarsdoorsnede numerieke berekening viaduct AB in voorbelastingssituatie.

uitgevoerd met behulp van een tweetal viaducten (figuur 2). Dit bleek de optimale oplossing, gegeven het feit dat een ecologische verbindingsroute in stand moest worden gehouden, waaronder de vliegroute van een vleermuispopulatie. De viaducten betreffen 2 dekken met beide een overspanning van circa 31 m en een breedte van circa 16,5 m. De vrije hoogte onder het dek bedraagt 10 m ter plaatse van het hoge viaduct (hierna viaduct AB genoemd) en 7,4 m ter plaatse van het lagere viaduct (hierna viaduct CD genoemd, achteraan in figuur 2). Het linker landhoofd in figuur 2 is op staal gefundeerd op een gewapende grond constructie en is bekleed met een Muralex facing opgevuld met maaskeien. De ondergrond bestaat uit matig vast zand met op een diepte van circa 20 m een circa 10 m dikke zeer stijve kleilaag (‘Venlo’ kleilaag, qc = 4 tot 6 MPa). Het rechter landhoofd is gesitueerd op de natuurlijke steilrand en is gefundeerd op palen in verband met de aanwezige wisselende grondslag in de bovenste meters.

Ontwerpaspecten Op grond van economische overwegingen, waaronder de bouwsnelheid, is al vroeg gekozen voor uitvoering van de verticale wand in gewapende grond. De minimaal benodigde sterkte en verankeringslengte van de geogrids is analytisch vastgesteld op

Figuur 4 – Configuratie van het ontwerp van de gewapende grond voor viaduct AB, maten in m.

basis van EBGEO (2010). Controle berekeningen tonen aan dat het ontwerp tevens voldoet aan CUR198 (2000) en bijbehorende errata (2012).

In figuur 3 is een overzicht gegeven van de gemodelleerde dwarsdoornede in de voorbelastingssituatie.

Naast de benodigde sterkte van de geogrids waren de te verwachten horizontale vervormingen van de wand, gedurende de bouw en in de gebruiksfase, een belangrijk ontwerpaspect omdat het dek van het viaduct op oplegblokken rust. Indien de vervormingen te groot zijn dan geeft dit problemen ter plaatse van de opleggingen en de voegovergangen.

De Plaxis berekeningen hebben geleid tot nadere eisen aan de stijfheid van de geogrids ten opzichte van de analytische berekeningen. Om deze reden zijn stijvere (en daarmee ook sterkere) geogrids toegepast dan dat op basis van de analytische berekeningen noodzakelijk was. De sterkte van de grids is hierdoor groter geworden dan vereist volgens CUR198 (2000) en bijbehorende errata (2012). Het ontwerp van de gewapende grond is aangegeven in figuur 4.

De vervormingen zijn berekend met Plaxis 2D 2010. De berekeningen zijn uitgevoerd met het Hardening Soil model. De grondeigenschappen zijn vastgesteld op basis van sondeerresultaten en de verdichtingseisen van de aanvulling. Tussen de geogrids en het aanvulmateriaal is geen interface gehanteerd waardoor volledige interactie plaatsvindt. De constructiefasen zijn afzonderlijk gemodelleerd in Plaxis evenals verschillende belastingscombinaties. Het kruipgedrag is gemodelleerd door handmatige aanpassing van de stijfheid van het geogrid. Om het 3D effect ten opzicht van de 2D berekening in te schatten zijn verkennende berekeningen in langsrichting op de gewapende grond uitgevoerd. Hieruit is afgeleid dat de 2D berekende vervormingen tot 75% kunnen worden gereduceerd ten gevolge van het 3D effect.

47

GEOKUNST – April 2013

Omdat nog niet eerder een landhoofd op een dergelijke hoge gewapende grondconstructie is gerealiseerd, is rekening gehouden met een vrij grote bandbreedte in de te verwachten vervormingen. Om de vervormingen voor een zo groot mogelijk deel al voor het aanbrengen van het landhoofd te laten optreden is een tijdelijke voorbelasting van 100 kN/m2 over een breedte van 3,0 m op de gewapende grond toegepast, met direct hierachter circa 2,5 m zandophoging. Gezien het belang van de optredende vervormingen is tevens besloten de nodige inspanning te leveren met betrekking tot het monitoren van het


Figuur 5 – Opbouw gewapende grond met schuifbekisting.

daadwerkelijke gedrag tijdens de uitvoering. Hierdoor kon het ontwerp tijdig worden getoetst. In combinatie met de monitoring zijn vooraf maatregelen bedacht, die konden worden toegepast bij tegenvallende vervormingen tijdens de uitvoering. Eén maatregel was een verankering van het landhoofd met een ankerschot. Een andere maatregel was het plaatsen van het dek op een tijdelijke oplegging. Vervolgens kon een tijdelijke voorbelasting op het dek worden aangebracht waarna de definitieve oplegging kon worden aangebracht.

Uitvoering Ten behoeve van de realisatie van de viaducten is in eerste instantie een grondverbetering uitgevoerd tot 3 m- maaiveld. Vervolgens is vanaf een niveau van 1 m- maaiveld de gewapende grond wand opgebouwd met behulp van een schuifbekisting, zoals aangegeven in figuur 5. Na voltooiing van de gewapende grond wand is gedurende 10 dagen, van 8 tot 18 april 2011, een voorbelasting toegepast (100 kN/m2 x 3,0 m = 300 kN/m’) bestaande uit betonblokken zoals aangegeven in figuur 6. Daarna zijn de landhoofdbalken gebouwd en zijn eind juni 2011 de prefab omgekeerde T-liggers geplaatst. Aansluitend is de druklaag aangebracht en zijn de einddwarsdragers gestort. Vervolgens is het viaduct verder afgebouwd. In de eindsituatie (figuur 7) bedraagt de permanente belasting op het aanlegniveau van het landhoofd 420 kN/m’(140 kN/m2). Ten behoeve van de monitoring tijdens de uitvoering zijn 26 tijdelijke meetpunten geïnstalleerd in de wand, langs 4 verticalen (A, B, C en D). De

Figuur 6 – Voorbelasting ter plaatse van de toekomstige landhoofden.

punten zijn aangegeven in figuur 8. De horizontale en verticale deformatie van de punten is gedurende circa 5 maanden frequent gemonitord in de periode van 4 april 2011 tot 24 augustus 2011.

Deformatiemetingen In figuur 9 is een overzicht gegeven van de gemeten deformaties van enkele kenmerkende meetpunten in de tijd. De meetnauwkeurigheid bedraagt 1 mm. De meetresultaten in de lijnen A en B respectievelijk C en D zouden theoretisch nagenoeg gelijk moeten zijn. De metingen zijn gestart na het gereedkomen van de wand, maar nog voor het aanbrengen van de voorbelasting. In figuur 9 is de deformatie van het gewapende grondlichaam als functie van de tijd gegeven. Het aanbrengen van de voorbelasting en het dek resulteert in een relatief snelle reactie ten aanzien van deformaties. Er is geen noemenswaardige reactie waargenomen ten gevolge van het verwijderen van de voorbelasting. De gemeten zettingsverschillen in de verticale meetlijnen in de gewapende grond zijn gering. De indrukking van het gewapende grondlichaam is klein ten opzichte van de absoluut gemeten zetting. De horizontale verplaatsingen van de meetraaien A en B zijn ongeveer twee maal zo groot als de horizontale verplaatsingen van de meetraaien C en D. De toename van de horizontale verplaatsing ten gevolge van het plaatsen van het dek bedraagt ter plaatse van het hoogste meetpunt bij het hoge viaduct AB circa 7 mm en bij het lage viaduct CD circa 3 mm.

48

GEOKUNST – April 2013

Tijdens de voorbelasting is gebleken dat de gemeten horizontale vervormingen circa een factor 3 kleiner waren dan de berekende horizontale vervormingen. Op basis hiervan is vastgesteld dat geen aanvullende uitvoeringsmaatregelen benodigd waren. Conform het ontwerp is zekerheidshalve het landhoofd wel apart verankerd met een geogrid verankering (figuur 4). De gemeten horizontale vervormingen ten gevolge van het plaatsen van het landhoofd, het plaatsen en het afwerken van het dek zijn eveneens circa een factor drie kleiner dan berekend. Na afwerking van de viaducten zijn de bovenzijden van de landhoofden op de gewapende grond ingemeten. Deze meting is uitgevoerd op 12 december 2011. Vervolgens zijn met tussenperioden van circa drie maanden, twee herhalingsmetingen uitgevoerd. Uit de metingen en uit visuele inspectie is afgeleid dat de gewapende grondconstructie geen merkbare (kruip-)vervormingen vertoont.

Postdictie Ter evaluatie van het ontwerp zijn indicatieve postdictie berekeningen uitgevoerd in Plaxis 2D 2011. Een overzicht hiervan is gegeven in tabel 1. Berekening 200 betreft de referentie berekening. De berekeningen 202 – 207 zijn variaties op berekening 200. In de figuren 10 en 11 worden voor de 10 m hoge wand (viaduct AB) de berekende en gemeten vervormingen, na verwijdering van de voorbelasting, met elkaar vergeleken. De punten A en B geven de gemeten vervormingen over de hoogte van de wand aan. De invloed van de variatie in stijfheid


DEFO RMATIEMETINGEN UNIEKE TIEN METER HOGE GEWAPENDE GRONDWAND

Figuur 8 – Overzicht locaties meetpunten in de gewapende grond wand.

Figuur 7 – Eindsituatie inclusief facing.

Figuur 10 - Vergelijking tussen berekende en gemeten verticale vervormingen van het 10 m hoge viaduct (AB), 12 mei 2011, 1 maand na de voorbelasting.

Figuur 9 – Overzicht monitoringsresultaten kenmerkende meetpunten.

Tabel 1 – Overzicht postdictie berekeningen Berekening MengZandgranulaat aanvulling

Figuur 11 - Vergelijking tussen berekende en gemeten horizontale vervormingen van het 10 m hoge viaduct (AB), 12 mei 2011, 1 maand na de voorbelasting.

200 202 205 206 207

Ȣ

*

**

Ȣ

*

**

o

*** MPa

o

o

40 45 45 45 40

10 15 15 15 10

250 250 750 750 250

35 35 35 35 35

E’50

Geogrid E’50

J2% ****

J2% ****

o

*** MPa

PVA 200 kN/m

PVA 400 kN/m

5 5 5 5 5

60 90 90 90 60

2535 2535 2535 5070 5070

5070 5070 5070 10140 10140

*Effectieve hoek van inwendige wrijving

**Dilatantie hoek

*** Young’s modulus

**** Stijfheid geogrid bij belastingsduur van 1 maand

49

GEOKUNST – April 2013


van de grond en de geogrids is het duidelijkst in het bovenste deel van de wand. De figuren 10 en 11 tonen aan dat de berekeningen 205 en 206 het beste overeenkomen met de metingen. In beide berekeningen is de stijfheid van het zand en het menggranulaat aanzienlijk verhoogd ten opzichte van berekening 200. In berekening 206 is de stijfheid van het geogrid eveneens aanzienlijk verhoogd. Aangezien de berekeningsuitkomst vooral stijfheid gerelateerd is en plasticiteit nauwelijks een rol speelt, is niet nader gevarieerd met de sterkte van de grond. De benodigde hoge stijfheid in de postdictie berekeningen kan mogelijk worden verklaard door de hoge mate van verdichting van de zandaanvulling en interlocking van de grond in het geogrid. Ook een relatief hoge stijfheid behorend bij kleine rekken kan een rol spelen. In figuur 12 zijn dezelfde resultaten weergegeven als in figuur 11, waarbij aanvullend de horizontale en verticale vervorming van het lage viaduct CD zijn gepresenteerd. Ter plaatse van viaduct CD geeft berekening 206 een geringe overschatting van de vervormingen. Dit wijkt af van het hoge viaduct AB waar berekening 206 de vervormingen enigszins onderschat. In beide gevallen liggen de postdicties echter relatief dicht bij de metingen. Figuur 13 toont de gemeten en berekende vervormingen in de situatie direct na het aanbrengen van

het dek en 1 maand later. Ook in deze situatie komt berekening 206, met hoge stijfheid van de grondaanvulling en het geogrid, relatief goed overeen met de metingen. Op basis van de postdictie berekeningen is geconcludeerd dat het granulaat en het zand in de gewapende grondconstructie zich in werkelijkheid stijver gedraagt dan verwacht in referentie berekening 200. Door Detert en Alexiew (2010) is een vergelijkbare conclusie getrokken. De door hen berekende vervormingen met eindige elementen berekeningen bleken eveneens een overschatting te zijn, met name bij relatief lage belastingen.

Conclusies Op basis van de deformatiemetingen en postdictieberekeningen is geconcludeerd dat het menggranulaat en het zand in de gewapende grondconstructie zich in werkelijkheid stijver gedraagt dan verwacht op basis van correlaties met verdichtingseisen. De gewapende grond constructie heeft zich tijdens de bouw ongeveer een factor 3 stijver gedragen dan verwacht. Het stijve gedrag kan mogelijk worden verklaard door de hoge mate van verdichting van de zandaanvulling en interlocking van de grond in het geogrid. Ook een relatief hoge stijfheid behorend bij kleine rekken kan een rol spelen.

gen van de, op gewapende grond gefundeerde, landhoofden te monitoren tijdens de gebruiksfase. Uit de metingen en uit visuele inspectie blijkt dat de gewapende grondconstructie tot nu toe geen merkbare (kruip-)vervormingen vertoont. Geconcludeerd kan worden dat gewapende grondconstructies met een hoogte van 10 m succesvol kunnen worden toegepast als fundering voor viaduct opleggingen.

Referenties - Alexiew, D., Detert, O. 2008. Analytical and numerical analyses of a real scaled geogrid reinforced bridge abutment loading test, EuroGeo 4, Edinburgh, UK; paper number 257. - CUR 198. 2000. Kerende constructies in gewapende grond, ISBN 90 3760 1421 met de bijbehorende errata, 2012, downloadbaar op www.curbouweninfra.nl. - EBGEO. 2010. Empfehlungen für den Entwurf und die Berechnung von Erdkörpern mit Bewehrungen aus Geokunststoffen – EBGEO, 2. Auflage, German Geotechnical Society, ISBN 978-3-43302950-3. - Detert, O. & Alexiew, D. 2010. Physical and numerical analyses of a geogrid-reinforced soil system for bridge abutments, Proceedings of ‘From Research to Design in European Practice’, Bratislava, Slovak Republic. 쎲

Na ingebruikname van het viaduct zijn controlemetingen uitgevoerd om met name de vervormin-

Figuur 12 - Vergelijking tussen berekende en gemeten horizontale vervormingen van beide viaducten (AB en CD), 12 mei 2011, 1 maand na de voorbelasting.

50

Figuur 13 - Vergelijking tussen berekende en gemeten horizontale vervormingen van beide viaducten (AB en CD), vergelijking meetresultaten 21 juli 2011 en 24 augustus 2011, na plaatsing van het dek.

GEOKUNST – April 2013


Lichtgewicht snelwegverbreding met verticale zijwand van A76 op ingekort talud met keerwand

dr.ir. Milan Duskov InfraDelft BV

ir. André Plagmeijer Heijmans NV

ing. Martin den Uil Movares BV

werpoplossing zich succesvol bewezen heeft bij de snelwegverbreding van de A76, zijn de volgende projecten al in beeld: de realisatie van andere taludloze lichtgewicht ophogingen met verticale zijkanten staat voor de zomer van 2013 gepland.

Situatiebeschrijving en uitvoeringsaspecten

Figuur 1 – Poster van de voor de Innovatieprijs InfraTech 2013 genomineerde lichtgewicht snelwegverbreding van A76 met verticale zijkant.

Inleiding Dat een ingewikkelde opgave ook voor een mooi eindresultaat kan zorgen, illustreert de medio 2012 door Heijmans gerealiseerde snelwegverbreding van de A76 bij het knooppunt Kerensheide, dwars over het terrein van Chemelot bij Geleen (Zuid-Limburg). Voor de snelwegverbreding was eigenlijk geen ruimte tussen de opvolgende kunstwerken, het talud was in de bestaande situatie immers al ingekort en ondersteund met een lange keerwand. Daarnaast mocht de snelweguitbreiding geen invloed hebben op de aanwezige hoge druk gasleiding. Omdat een conventionele oplossing in de vorm van een verankerde damwand de bestaande constructie en de gasleiding teveel zou belasten, moest de oplossing gezocht worden in een constructie met weinig gewicht en ruimtebeslag. De taludloze 6,5 m dikke lichtgewicht ophoging met verticale buitenkant levert voldoende

ruimte voor de nieuwe rijstroken zonder negatieve invloed op taludstabiliteit of additionele belasting boven de aanwezige gasleiding. De toepaste oplossing met de verticaal opgestapelde EPSblokken is inmiddels voor de Halftime Award genomineerd (Figuur 1). Bepalend voor de nominatie waren de aantoonbare reductie van bouwtijd en kosten door optimaal materiaalgebruik. In onze ingenieurspraktijk is de realisatie van breed toepasbare noviteiten vaak pas mogelijk als een conventionele ontwerpmethodiek geen soelaas kan bieden. Pas dan krijgen de experts een kans om met bestaande maar minder ingeburgerde specialistische kennis een ontwerpoplossing te realiseren. Wel is het zo dat succesvol gerealiseerde innovatieve projectoplossingen in de Nederlandse hoofdinfrastructuur snel worden opgevolgd. Nu de in dit artikel besproken ont-

54

GEOKUNST – April 2013

Voor de geplande snelweguitbreiding van de A76 tussen een bestaande leidingentunnel (KW16) en het nieuwe viaduct over de spoorlijn Sittard-Maastricht (KW17), bleek het niet mogelijk om onder het natuurlijk talud aan te sluiten op de bestaande keerwand van de leidingentunnel. In figuur 2 is in bovenaanzicht de huidige situatie aangegeven. Door de bestaande keerwand en de aanwezige leidingenstraat was het niet mogelijk om een conventionele oplossing in de vorm van een verankerde damwand toe te passen. Sloop van de bestaande keerwand zou tot grote risico’s kunnen leiden voor de bestaande leidingen en de bedrijfsprocessen van Chemelot. De oplossing moest dus gezocht worden in een constructie met weinig gewicht en ruimtebeslag. Daarnaast moest het betreffende weggedeelte in een krap tijdsbestek van 6 maanden gereed zijn voor openstelling, hiervoor moesten naast de EPS-constructie ook diverse andere kunstwerken gebouwd worden alvorens de definitieve wegconstructie aangebracht kon worden.

Ontwerp EPS-constructie De ontwerpmethodiek voor lichtgewicht ophogingen is grotendeels uitontwikkeld (het promotieonderzoek dateert uit 1997) en herhaaldelijk bewezen. Een in de praktijk onderbelicht aspect betreft de opname van resulterende horizontale spanningen door wrijving tussen de EPS-blokken in de verschillende lagen. De vraag was namelijk, zowel bij Heijmans, als de opdrachtgever RWS, in


Samenvatting Dit artikel gaat over de voor de Halftime Award genomineerde lichtgewicht snelwegverbreding met verticale zijkant bij het knooppunt Kerensheide. Het desbetreffende wegvak van de A76 ligt op een hoogte van 4 m boven een ingekort talud tussen twee kunstwerken. De ontwerpoplossing mocht de stabiliteit van het huidige talud niet verslechteren en moest tegelijkertijd voldoende ruimte creëren voor de geplande snelwegverbreding. Daarnaast mocht het weglichaam

hoeverre de constructie als een grondkerende constructie moest worden beschouwd en hoe kon worden aangetoond dat de constructie van opgestapelde blokken ook voldoende stabiel zou zijn. Of anders gesteld: hoe kan worden aangetoond dat de los op elkaar gestapelde blokken bij geen enkele belastingcombinatie onderling zouden gaan verschuiven. Daarom is dooreen parameterstudie nagegaan binnen welke bandbreedten de E-modulus en wrijvingscoëfficiënt van EPS zouden mogen liggen om de gebruikelijke belastingcombinaties op grondkerende constructies te kunnen dragen. Met behulp van Plaxis zijn daartoe verschillende relatief complexe ophogingsmodellen met interface elementen (mede dankzij de expertise van dr. Xueyan Liu) doorgerekend (Figuur 4). Resultaat van deze parameterstudie was dat de constructie onder alle omstandigheden voldoende

geen invloed hebben op een te kruisen hoge druk gasleiding. Deze complexe randvoorwaarden hebben ertoe geleid dat voor de eerste keer in de Nederlandse ingenieurspraktijk een snelwegophoging is gerealiseerd met EPS-blokken met een rechte zijkant. De toegepaste ontwerpmethode vereist weliswaar specifieke expertise maar heeft als voordelen ruimtebesparing, kosteneffectiviteit, stabiliteittoename, zettingminimalisering en zeer korte bouwtijd.

stabiliteit bleek te bezitten. Doordat het pakket van EPS-blokken tot circa 2,5 m onder de oorspronkelijke taludlijn is aangebracht, heeft de weguitbreiding niet tot extra belasting van de bestaande keerwand gezorgd. Extra verticale korrelspanningen – en daarmee zetting in de ondergrond – worden vermeden en het gaat dus om een zogenaamde evenwichtsconstructie. De aanwezige gasleiding zal daardoor geen vervorming ondergaan. Tevens wordt voldaan aan de restzettingseisen (absoluut en verschilzettingen in het dwarsprofiel) van de wegverbreding, die kort na aanleg werd opengesteld voor het wegverkeer.

Stabiliteit van ingekort talud De hoogteligging van de bovenkant van het bestaande asfalt van de A76 ligt op circa NAP +79,5 meter en het maaiveld onder aan het wegli-

chaam op ongeveer NAP +66,5 m. Om de plaatselijke grondslag goed in kaart te brengen is grondonderzoek uitgevoerd in de vorm van sonderingen, boringen en laboratoriumonderzoek op grondmonsters. De natuurlijke grondslag naast de wegophoging bestaat vanaf maaiveld tot op grotere diepte uit zand- en leemhoudende zandlagen. Het freatisch grondwater bevindt zich op minstens 20 meter beneden het maaiveldniveau en een toets op de opdrijfveiligheid is niet aan de orde. Voor de beschouwing van de stabiliteit van de EPS- en wegconstructie zijn twee controles uitgevoerd: – Controle op het kunnen ontstaan van een potentieel glijvlak direct onder de EPS-constructie door; het ondiepe glijvlak (net langs de boven-

Figuur 3 – Satellietfoto van de A76 nabij het knooppunt Kerensheide met de A2 en situatietekening met het 60 m lange lichtgewicht snelweggedeelte. Het EPS is gemarkeerd en de bestaande keerwand met een dikke lijn aangegeven. Het wegvak ligt tussen twee kunstwerken, KW16 bovenop de mijnspoortunnel ten westen en KW17 ten oosten. De overkluizing van de gasleiding is eveneens zichtbaar.

Figuur 4 – Plaxis-model van het dwarsprofiel van de A76 met zichtbare interface-elementen tussen de EPS-lagen voor de controle van wrijvingseffecten op constructief gedrag om aantoonbaar aan de eisen van RWS te voldoen.

55

GEOKUNST – April 2013


zijde van de aanwezige keerwand). – Controle op het kunnen ontstaan van een potentieel glijvlak geheel onder de aanwezige keerwand door; het diepe glijvlak. De glijvlakberekeningen zijn uitgevoerd met het computerprogramma MStab van Deltares Systems en vervolgens getoetst met Plaxis. Aangetoond is dat, met inbegrip van de verkeersbelasting, de veiligheid tegen het afschuiven van de constructie voldoet aan de gestelde eisen van Rijkswaterstaat en de vigerende normen.

Besparing en extra voordelen

Conclusies

Omdat de taluds van het EPS constructief gezien overbodig blijken te zijn (Figuur 5), ontstaan de volgende extra voordelen ten opzichte van traditionele ophoogmaterialen: lagere bouwkosten (door minder EPS en minder grondonteigening), kleiner ruimtebeslag, kortere bouwtijd, geen bovenbelasting/zetting direct langs het weglichaam en geen extra belasting op de ondergrondse infrastructuur direct langs het tracé. Wel vereist deze nieuwe ontwerpoplossing specifieke expertise.

Het is mogelijk gebleken een snelwegverbreding met een verticale zijkant te bouwen met behulp van EPS-blokken. Hierdoor kon de wegverbreding worden gerealiseerd zonder toename van de grondspanningen waardoor nazakkingen geminimaliseerd worden en bestaande kunstwerken geen aanpassingen behoeven. De rekenkundige onderbouwing van het ontwerp vereiste vooral aandacht voor de noodzakelijke bandbreedte van de wrijvingscoëfficiënt. Deze analyse van de wrijvingscoëfficiënt zal ook bij toekomstige projecten voldoende aandacht moeten krijgen. Infrastructurele ophogingen en verbredingen kunnen voortaan goedkoper en sneller zonder constructief onnodige taluds van EPS-blokken worden gerealiseerd. Het bewijs daarvoor ligt in Zuid-Limburg. 쎲

Figuur 5 - Constructief onnodige taluds van EPS-blokken: de gedeeltes tussen de lijnen (voorbeeldproject N207).


Profile for Uitgeverij Educom

Geotechniek april 2013  

Zeventiende jaargang nummer 2 april 2013 Onafhankelijk vakblad voor het Geotechnische werkveld

Geotechniek april 2013  

Zeventiende jaargang nummer 2 april 2013 Onafhankelijk vakblad voor het Geotechnische werkveld

Advertisement