__MAIN_TEXT__

Page 1

JAARGANG 23

NUMMER 1

MAART 2019

n h i c ek e t ONAFHANKELIJK VOOR O NAF HA NKE LIJK VAKBLAD V A K BL A D V OO R HET GEOTECHNISCHE WERKVELD GE O TE CHNISCHE W ERK V ELD

G

G B A E D L K G E I I Ë N H C E E OT KRACHTSWERKING EN VERVORMING VAN EEN ANKERSTAAF ALS GEVOLG VAN GRONDBELASTING NEN 8707 – BEOORDELING VAN BESTAANDE GEOTECHNISCHE CONSTRUCTIES STABILITEIT WATERKERING TIJDENS INTRILLEN BUISPALEN

Waarin W aar a riin opgenomen

GEO G EO kunst GEO G EO kunst Waarin Waaarriin opgenomen


VERGROOT JE GEOTECHNISCHE KENNIS EN KUNDE

14 en 21 maart 2019

Vervormingsgedrag bij funderen op staal ir. G. Meinhardt (CRUX Engineering BV) 25, 26 maart en 2 en 3 april 2019

Kademuren dr. ir. J.G. de Gijt (TU Delft) 4 april 2019

Geotextielen in de waterbouw W. Voskamp MSc (Voskamp Business Consultancy) 13 en 14 mei 2019

Heien en trillen van damwanden en funderingspalen dr. ir. J.G. de Gijt (TU Delft) Start op 14 mei 2019 (ook modulair te volgen)

NIEUW Leiderschapsontwikkeling voor ingenieurs ir. G.H.S. Weisz (Canitiem) 15 en 16 mei 2019

Investeer in de nieuwste kennis en kunde binnen de geotechniek

drs. ir. E. Tromp (Deltares) en ir. P.R.M. Ammerlaan (Royal Boskalis Westminster NV) 5 en 6 juni 2019

Grondverbeteringstechnieken dr. ir. A.E.C. van der Stoel (CRUX Engineering BV) en ir. J.K. Haasnoot (CRUX Engineering BV)

INSCHRIJVEN? Dat kan op www.paotm.nl Heb je vragen dan staan we je graag te woord op 015 278 46 18 of via info@paotm.nl.

ZOEK JOUW CURSUS OP WWW.PAOTM.NL!

GEOTECHNIEK

Slappe bodem: ontwerp en beheer

2

MAART 2019


INHOUD C O L U M N 2 4 – B O E K E N 2 6 – G E O T E C H N I E K WA S E R B I J 2 8

6 KRACHTSWERKING EN VERVORMING VAN EEN ANKERSTAAF ALS GEVOLG VAN GRONDBELAST SIEBE DIJKSTRA / GUIDO MEINHARDT / KLAAS JAN BAKKER

12 NEN 8707 – BEOORDELING VAN BESTAANDE GEOTECHNISCHE CONSTRUCTIES ADRIAAN VAN SETERS / GEERHARD HANNINK / CARLOES POLLEMANS

16 STABILITEIT WATERKERING TIJDENS INTRILLEN BUISPALEN R.E.P. DE NIJS / I. MATIC

s p e c i a l G E O T E C H33NIEKDAG BELGIË GEOTECHNIEKDAG 2018 = SLUIZENDAG GAUTHIER VAN ALBOOM

38 DE IMPACT VAN GEOLOGIE OP DESIGN EN UITVOERING VAN DE PANAMASLUIZEN ANTHONY DE VOS

GEO k u n s t

46 KLIMAATVERANDERING EN WEERSEXTREMEN: TOEPASSING VAN GEOKUNSTSTOFFEN BIJ WATERKERINGEN EN KUSTVERDEDIGING (DEEL 1) ADAM BEZUIJEN / KEES DORST / RIJK GERRITSEN

GEOTECHNIEK

3

MAART 2019


MEMBERS EXECUTIVE GOLD MEMBERS

GOLD MEMBERS

Wilhelminakade 179 3072 AP Rotterdam Tel. 0031 (0)10 489 45 30 www.rotterd dam.nl

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

Loc. Campogrande 26, 29010 Calendasco ITALY Tel. 0039 0523 77 15 35 www.pagani-geotechnical.com

Boussinesqweg 1 2629 HV Delft Tel. 0031 (0)88 335 82 73 www..delta .de res.nl e

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

S I LVE R P LU S M E M B E R S

BV BV HuesHuesker ker Synthetic Kievitsven Het Schild 108 39 V4 5249EB JK Rosmalen 5275 Den Dungen Tel. 73 202 Tel.0031 0031(0) (0)88 59400 0070 50 www.huesker.nl www.hues .hu . ker.nl .

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

Topcon Positioning Netherlands De Kronkels 14 3752 LM Bunschoten-Spakenburg Tel. 0031 33 299 29 39 www.topconpositioning.nl

Veilingweg 2 5301 KM Zaltbommel Nederland Tel. 0031 (0)418 57 84 03

Philipssite 5 bus 15 / Ubicenter B-3001 Leuven 7e 60 Tel. 0032 16 60re 77

www..d dywidag-systems.com

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

voorbij funderingstechniek

Voorbij Funderingstechniek Siciliëweg 61 1045 AX Amsterdam Tel. 0031 (0)20 407 71 00 www.voorbijfunderingstechniek.nl

Alg. Ondernemingen SOETAERT nv Esperantolaan 10-A B-8400 Oostende +32 59 55 00 00 +32 59 55 00 10 www.soetaert.be

GEOTECHNIEK

4

MAART 2019


MEMBERS S I LVE R M E M B E R S

Business units: DIMCO / de Vries & van de Wiel / GeoSea Balla st Nedam Engineering Haven51, 1025 - Scheldedijk 30 Ringwade 3439 LM Nieuwegein B-2070 Zwijndrecht Postbus 1555, 3430 BN Nieuwegein 0032 3 250 Tel. Tel. 0031 (0)30 28552 4011 00 www.deme-group.com ww w..ballast-nedam.nl

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

’t Hek Groep Topcon PVan ositioning Netherlands 8814 De Postbus Kronkels 1462Bunscho ZH Middenbeemster 3752 LM ten-Spakenburg Tel. 0031 0031(0)299 33 29931293039 Tel. 20 www.www.vanthek.nl topconpositioning.nl

ASSOCIATE MEMBERS S I LVE R MEMBER II

PAOTM Postbus 5048 2600 GA Delft Tel. 0031 (0)15 278 46 18 www.paotm.nl

Allnamics Waterpas 98 2495 AT Den Haag Tel. 0031 (0) 88 255 62 64 www.allnamics.nl

Cofra BV Postbus 20694 1001 NR Amsterdam Tel. 0031 (0)20 - 693 45 96 www.cofra.nl

Geomil Equipment BV Westbaan 240 2841 MC Moordrecht Tel. 0031 (0)172 427 800 www.geomil.com

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

CRUX Pedro de Medinalaan 3-c 1086 XK Amsterdam Tel. 0031 (0)20 494 30 70 www.cruxbv.nl

BodemBouw BV Veghelse Dijk 2-E 5406 TE Uden Tel. 0031 (0)85 877 20 02 Bouwkuip Specialist

BAUER Funderingstechniek Rendementsweg 15 3641 SK Mijdrecht Tel. 0031 (0)297 231 150 www.bauernl.nl

Geobest BV Marconiweg 2 4131 PD Vianen Tel. 0031 (0)85 489 01 40 www.geobest.nl

NVAF Postbus 1218 3840 BE Harderwijk Tel. 0031 (0)341 456 191 www.funderingsbedrijf.nl

Geomet Powered by ABO-Group Curieweg 19 2408 BZ Alphen a/d Rijn Tel. 0031 (0) 172 449 822 www.abo-group.eu

GEOTECHNIEK JAARGANG 23 NUMMER 1

Geotechniek is een uitgave van Uitgeverij Educom v.o.f.

MAART 2019

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

Uitg ever/bladmanager Uitgever/bladmanager Uitgeverij Educom R.P.H. Diederiks

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.

Lankelma Geotechniek Zuid BV Postbus 38 5688 ZG Oirschot Tel. 0031 (0)499 57 85 20 www.lankelma-zuid.nl

Redactie (excl. (excl. specials) Bles, ir. T.J. Bogaards, J. Broeck, ir. M. van den Diederiks, R.P.H. Lengkeek, ir. A. Verweij, ir. A. Zandbergen, ing. D.

excl. specials) Redactieraad Redactie raad ((excl. Alboom, ir. G. van Rooduijn, ing. M.P. Smienk, ing. E. Bles, ir. T.J. Spierenburg, dr. ir. S. Bogaards, J. Steenbergen, G. Broeck, ir. M. van den Storteboom, O. Dalen, ir. J.H. van Vos, mw. ir. M. de Deen, dr. J.K. van Velde, ing. E. van der Diederiks, R.P.H. Verweij, ir. A. Duijnen, ing. P. van Zandbergen, ing. D. Gunnink, Drs. J. Lengkeek, ir. A.

Lezersservice Adresmutaties doorgeven via info@uitgeverijeducom.nl © Copyrights Uitgeverij Educom v.o.f. maart 2019 Niets uit deze uitgave mag 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:

SMARTGEOTHERM

ABEF vzw

BGGG

Info : WTCB, ir. Luc François Lombardstraat 42 1000 Brussel Tel. +32 11 22 50 65 info@bbri.be www.smartgeotherm.be

Belgische Vereniging Aannemers Funderingswerken Lombardstraat 36-42 1000 Brussel www.abef.be

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

GEOTECHNIEK

5

MAART 2019


Siebe Dijkstra VolkerInfra, een Koninklijke VolkerWessels onderneming

Guido Meinhardt CRUX Engineering

Klaas Jan Bakker Technische Universiteit Delft

KRACHTSWERKING EN VERVORMING VAN EEN ANKERSTAAF ALS GEVOLG VAN GRONDBELASTING Introductie Het gebruik van een verankering is een gangbare techniek om de horizontale stabiliteit van wandconstructies te waarborgen. Hierbij wordt het verankeringselement (de ankerstaaf) in axiale richting belast om de kracht uit de wand af te dragen. Zettingen of zakkingen van de grond achter de constructie, door bijvoorbeeld autonome bodemdaling of grondophogingen, leidt tot een laterale belasting op de ankerstaaf. Deze zettingen dragen bij aan een toename van de vervormingen en daarmee mede tot een toename van de spanningen in het ankerelement/de ankerstaaf. In dit kader is een afstudeeronderzoek (Dijkstra, 2015) uitgewerkt met twee doelen. Doel één is om op basis van de beschikbare data van modelproeven van Deltares de q-last op de ankerstaaf nader te onderzoeken (deel 1). Doel twee is de wens om een alternatieve rekenmethode ten opzichte van CUR 166 voor de extra krachten (spanningen) in de staaf te ontwikkelen (deel 2). Dit omdat de huidige vigerende methode in CUR  166 vereenvoudigingen kent en daarmee minder geschikt is voor het berekenen van schuine ankers. Deel 1, de afleiding van de laterale belasting (qlast) door zakkende kleigrond op de ankerstaaf is reeds eerder in vakblad Geotechniek in juni 2018 uiteengezet (Dijkstra, et al., 2018). In het voor-

liggende artikel, deel 2 van dit onderwerp, wordt op basis van het afstudeeronderzoek een meer algemene analytische rekenmethode voor de bepaling van de extra krachten en spanningen in de ankerstaaf ten gevolge van deze laterale q-last beschreven. Tot slot is voor een in de praktijk voorkomende situatie een vergelijking gemaakt tussen een berekening met de ontwikkelde analytische methode en Plaxis 2D en 3D. De focus ligt hierbij op ankerstaven in kleigrond.

Vervormingsgedrag ankerstaaf Het verloop van de zettingscurve (wg) langs de ankerstaaf is bepalend voor de belasting en bedding door de grond op en onder de ankerstaaf. figuur 1 visualiseert dit principe. Met de diepte neemt de afstand waarover de grond zakt af. Het zettingsprofiel langs de ankerstaaf kan een nietlineaire vorm aannemen, zoals het geval is indien het anker meerdere grondlagen doorkruist. De zetting van de grond en de resulterende belasting op het anker zorgt voor een doorbuiging (ws) van de ankerstaaf. Het is hierbij van belang te onderkennen dat niet de maximale zakking maar de relatieve verplaatsing tussen grond en ankerstaaf bepalend is voor de belasting op de ankerstaaf. Bij beperkte verplaatsingsverschillen tussen wg en ws zal de grond rondom de staaf elastisch bezwijken zoals beschreven in (Dijkstra, et al., 2018). Zowel elasti-

Figuur 1 – Zakking van de grond langs het anker (wg) en doorbuiging van de ankerstaaf (ws) als gevolg van zakkende grond door bijvoorbeeld terreinzetting ten gevolge van een maaiveldbelasting.

GEOTECHNIEK

6

MAART 2019

sche als plastische deformatie van de grond treedt langs de lengte van de ankerstaaf op. De belasting langs de schoor staande ankerstaaf neemt de eerste meters langs de ankerstaaf toe als gevolg van een toename van de effectieve spanning in de kleigrond (wg > ws), waarbij het exacte aantal meters afhankelijk is van de schoorstand, de ankerkracht en het zettingsprofiel. Met een afname van de relatieve verplaatsing zal de belasting afnemen over het elastische deel totdat het anker bedding van de grond ondervindt. Dit treedt op over het deel van de ankerstaaf waar geldt wg < ws. Als gevolg van de verlenging van de ankerstaaf ontstaat een toename van de axiale ankerkracht (ΔFa) en als gevolg van de laterale vervorming (de doorbuiging) een buigend moment in de staaf. Door de ankerstaaf te beschouwen met een reeks in serie geschakelde liggervergelijkingen kunnen de krachten, momenten en vervormingen analytisch worden bepaald. Iedere ankerstaaf wordt hierbij uit meerdere delen (liggervergelijkingen) samengesteld, waarbij voor ieder deel een aparte “differentiaalvergelijking” van toepassing is met aparte randvoorwaarden omtrent de belastings- en beddingssituatie. Hiervoor worden de volgende vijf delen met de vijf belastings- en beddingssituaties ten aanzien van de randvoorwaarden voor de liggervergelijkingen gebruikt: – Deel 1 met situatie 1: Constante belasting op de ankerstaaf of eigen gewicht van het ankermateriaal, zetting is groter dan de doorbuiging (wg > ws). – Deel 2 met situatie 2: Lineair toenemende belasting op de ankerstaaf, zetting is groter dan de doorbuiging. Deze situatie treedt op nabij de ankerkop waar grond plastisch deformeert en de belasting onafhankelijk is van de relatieve verplaatsing wr. – Deel 3 met situatie 3: Belasting op de ankerstaaf is afhankelijk van de relatieve verplaatsing wr. De beperkte relatieve verplaatsing maakt de grootte van de belasting op de ankerstaaf verplaatsingsafhankelijk. – Deel 4 met situatie 4: Bedding van de grond is afhankelijk van de relatieve verplaatsing wr. De verplaatsing van de ankerstaaf is groter dan de zakking van de grond (ws > wg). – Deel 5 met situatie 5 (meer theoretisch) waarbij


SAM E N VAT T I N G SAM E N VAT T I N G Zettingen van grondlagen langs een daarin gelegen ankerstaaf kunnen leiden tot een aanvullende kracht in de ankerstaaf. In het kader van een afstudeeropdracht aan de TU Delft is onderzoek gedaan naar deze aanvullende kracht in de staven als gevolg van de belasting door deze zettingen ofwel de zakkende grond. De hierbij relevante grondbelasting op de ankerstaaf is reeds uiteengezet in het eerder gepubliceerde artikel “Grondbelasting op ankerstangen” in het vakblad Geotechniek van juni 2018. Het voorliggende artikel betreft daarmee deel 2 van het onderwerp “zakkende grond op ankers”. Voor het benaderen van het vervormingsgedrag over

de vrije ankerlengte, en daarmee het spanning-rekdiagram van de staaf, is in de afstudeeropdracht een analytische rekenmethode opgesteld. Deze methode maakt gebruik van een aanpasbare reeks differentiaalvergelijkingen welke op iteratieve wijze de optredende situatie (grond-staaf interactie) simuleert. Deze rekenmethode is goed toepasbaar voor een breed scala aan situaties. Waaronder het belasten van schuine ankers waarbij meerdere grondlagen doorkruist worden, hierbij rekening houdend met de niet-lineaire zettingen langs de staaf en de toetsing van de ankerstaaf conform de vigerende staalbouwnormen.

Figuur 2 – Belastings- en beddingssituaties langs de ankerstaaf als gevolg

Figuur 3 – Belasting op de ankerstaaf is afhankelijk van de

van de zakking van de grond (wg) en doorbuiging van de staaf (ws).

relatieve verplaatsing wr(x), exemplarisch deel 3.

de bedding van de grond onafhankelijk is van de vervorming omdat de grond plastisch deformeert. Dit maakt geen onderdeel uit van de huidige berekeningsmethode. Deze theoretische situatie treedt vanwege het ontbreken van een belasting zelden op en heeft dan tevens geen significante invloed op het resultaat omdat de axiale rek en kromming over dit deel van de ankerstaaf niet maatgevend zijn. Daarom wordt situatie 5 gelijk aan situatie 4 gesteld. Ten aanzien van de zettingen wordt opgemerkt dat deze uiteraard in de tijd door consolidatie kunnen veranderen. Uitgangspunt in de berekening is echter een vaste waarde, normaliter aan het einde van de zettingsperiode (geen significante restzettingen). In figuur 2 zijn de vier belastings- en beddingssituaties (per deel) langs de ankerstaaf weergegeven, waarbij een schoor staand ankerstaaf ten behoeve van de overzichtelijkheid horizontaal is weergegeven. Per deel zijn dan de belastings- en beddingssituaties als randvoorwaarden voor de liggervergelijking zoals boven beschreven gedefinieerd. De basis betreft een liggervergelijking voor buiging en extensie waarin de belasting (constant, lineair en verplaatsingsafhankelijk) verantwoordelijk is voor de verschillende situaties van randvoorwaarden per deel. Zowel de belasting als de bedding zijn afhankelijk van de niet lineaire zettingscurve langs de staaf, welke met een 5de graads polynoom benaderd kan worden, zie vergelijking (1). Een 5de graads polynoom heeft hierbij voldoende vrijheidsgraden om de zetting van

grond voldoende accuraat te kunnen benaderen. (1) In het kader van dit artikel kunnen omwille de beschikbare ruimte niet alle vijf delen van de verschillende liggervergelijkingen in detail worden weergegeven. Daarom is als voorbeeld in figuur 3 deel 3 met situatie 3 getoond, één van de vijf boven beschreven te koppelen delen waaruit de ankerstaaf is opgebouwd. De andere drie delen zijn uitgebreid beschreven in (Dijkstra, 2015). De zetting van de grond neemt af langs de lengte van de ankerstaaf. In situatie 3 zal elastische deformatie van de grond optreden door de beperkte relatieve verplaatsing wr, dit is een randvoorwaarde voor deze situatie. De in figuur 3 weergegeven situatie wordt geschematiseerd tot vergelijking (2). De doorbuiging van de ankerstaaf resulteert in een verlenging waardoor een aanvullende axiale kracht ΔFa in het anker ontstaat. Aangezien de doorbuiging van het anker bekend is, kan per lengte-eenheid van de staaf de nieuwe lengte (L+) worden bepaald en hiermee de verlenging van de staaf (ΔL = L+ - L). Indien dit voor alle aan elkaar gekoppelde secties wordt gedaan volgt uit vergelijkging (3) de toename van de axiale ankerkracht ΔFa. De wijze waarop de belasting q(x) wordt bepaald is beschreven in (Dijkstra, et al., 2018). (2) (3) Waarin: EI = buigstijfheid van de ankerstaaf [kNm2] EA = rekstijfheid van de ankerstaaf [kN]

GEOTECHNIEK

7

MAART 2019

Fa = axiale kracht in de ankerstaaf [kN] ΔFa= toename van de axiale kracht in de ankerstaaf [kN] ws= zakking van de grond langs lengte van de ankerstaaf [m] wg= doorbuiging van ankerstaaf langs de lengte [m] wr= relatieve verplaatsing (= wg – ws) q(x)= belasting langs de ankerstaaf [kN/m] ΔLi= verlenging van de ankerstaaf per deel/situatie [m], i = 1 tot 4 ΔLdamwand = verkorting van de ankerstaaf door damwanduitbuiging [m] L= lengte van de ankerstaaf [m] Er worden randvoorwaarden gesteld aan het buigend moment, dwarskracht, rotatie en verplaatsingen ter plaatse van de opleggingen van de beschouwde sectie van de staaf om de vergelijkingen te kunnen oplossen. Op deze wijze kunnen de vergelijkingen wiskundig aan elkaar gekoppeld worden tot in serie geschakelde elementen waarmee het vervormingsgedrag van de belaste ankerstaaf benaderd wordt. Aangezien de ankerkracht (en dus ook de toename van de ankerkracht) gelieerd is aan de vervorming van de ankerstaaf, dienen de vergelijkingen op iteratieve wijze opgelost te worden om tot een resultaat te komen. De buigstijfheid (horizontale vervorming) van de damwand kan in rekening worden gebracht door het gebruik van een lineaire veer zoals weergegeven in figuur 3. Een deel van de verlenging van de ankerstaaf wordt geabsorbeerd door het vervormen van de damwand in axiale richting van het anker (ΔLdamwand). In vergelijking (3) wordt ΔLdamwand daarom negatief in rekening gebracht.


De bepaling van ΔLdamwand wordt verderop in het artikel toegelicht. De oplegging van de ankerstaaf bij de ankerkop is beschouwd als roloplegging (zie ook figuur 7) en als horizontaal en verticaal gefixeerd punt bij het groutlichaam. Eventuele axiale interactie (in richting van de staaf) tussen de zakkende grond en de ankerstaaf maken geen onderdeel uit van de huidige analytische berekeningsmethode. De spanningsveranderingen door axiale interactie zijn in het algemeen klein van orde ten opzichte van de laterale interactie.

pakket Plaxis 2D (versie 2015.1), waarbij met de updated mesh optie is gerekend. Een Embedded pile is als ankerelement geschikt omdat zowel de belastingscomponent als de vervormingscomponent in één element geïntegreerd zijn. De interactie tussen de grond en het ankerelement wordt tot stand gebracht door speciale interfaceelementen aangezien een Embedded pile los staat van het gegenereerde mesh. Deze eigenschappen maken het in theorie geschikt om als verankeringselement in een model gebruikt te worden.

Met de boven voorgestelde analytische rekenmethode door koppeling van de vijf delen van de (stalen) ankerstaaf, de vier differentiaalvergelijkingen voor vier standaardsituaties, kan de toename van de ankerkracht (ΔFa) door zakkende grond worden bepaald. De controle van de spanningen (sterkte) van de stalen staaf kan dan worden uitgevoerd op basis van de lineaire elasticiteitstheorie conform de vigerende (staalbouw) norm NEN-EN 1993-5. Voor massieve en holle ankerstaven geldt tevens dat de optredende spanningen over de doorsnede herverdeeld kunnen worden als de vloeirek in de uiterste vezel is overschreden, uitgaande van voldoende plastisch vermogen en afhankelijk van de staalkwaliteit. Dit betreft dan een plastische berekening conform NEN-EN 19931-1 en NEN-EN 1993-5, check hierbij de rotatiecapaciteit van de ankerstaaf (εmax < εu). Gezien de verplaatsingsgestuurde aard van zakkende grond op ankers wordt de doorbuiging van de staaf begrensd door de maximale zetting van grond. Het toelaten van plastische vervorming van de staaf is hierdoor theoretisch mogelijk. Aanvullende informatie desbetreffende kan de geïnteresseerde lezer ontlenen aan (Dijkstra, 2015).

Doordat de axiale en laterale schachtwrijving van het Embedded element multi-lineair begrensd kan worden, kan een meer realistische benadering van de laterale belasting in langsrichting van het verankeringselement worden gemaakt. Indien de schachtwrijving niet wordt begrensd, kunnen de spanningen tot onrealistische waarden toenemen. Met behulp van de verplaatsing van de grond langs het Embedded element wordt de belasting op de ankerstaaf (het Embedded element) bepaald. 4 toont voor een fictieve situatie de laterale belasting op het eerste deel van een ankerstaaf welke door zakkende kleigrond belast wordt. De rode lijn toont het verloop van de belasting zoals deze op basis van de theorie wordt verwacht (Dijkstra, et al., 2018). Indien de begrenzing (oranje lijn), conform (Dijkstra, et al., 2018), van de belasting niet wordt toegepast, kan de laterale schachtwrijving daar waar de relatieve verplaatsing het grootst is tot onrealistische waarden toenemen (gestippelde blauwe lijn). Dit ongewenste effect kan worden voorkomen door de schachtwrijving van het Embedded element in het numeriek model te begrenzen, zoals bij de groene en paarse lijn in figuur 4 het geval is, wat navolgend nader wordt toegelicht.

Verificatie met behulp van Embedded piles Plaxis Ten behoeve van het verifiëren van de beschreven analytische rekenmethode is gebruik gemaakt van Embedded piles in het numeriek EEM programma-

Aan de hand van figuur 4 wordt duidelijk dat door de multi-lineair begrenzing van de schachtwrijving, zowel in laterale als in axiale richting, meer realis-

Vervorming ankerstaaf met scharnierende opleggingen Om de nieuw ontwikkelde analytische rekenmethode te verifiëren, zijn de resultaten voor twee denkbeeldige situaties vergeleken met numerieke berekeningsmodellen met Embedded piles in Plaxis 2D en 3D. Hierbij is een verankeringselement (ankerstaaf met uitwendige diameter Ø 51 mm en wanddikte 10 mm) schuin aangebracht in een 12m dikke kleilaag en aan de kop scharnierend verbonden met een damwand. Onder de kleilaag ligt vast zand. De geschetste situatie is in figuur 1 weergeven. De invloed van de damwanduitbuiging wordt in eerste instantie verwaarloosd. Later in het artikel wordt de horizontale vervorming (uitbuiging) van de damwand wel meegenomen als randvoorwaarde. In deze denkbeeldige situatie zakt de kleigrond langs het ankerstaaf als gevolg van een bovenbelasting van 40 kPa. De zetting bij de ankerkop, hier bepaald met behulp van Plaxis 3D, bedraagt circa 0,23 cm en neemt af met de diepte. Er is sprake van gedraineerd vervormen/bezwijken van de kleigrond. De initiële axiale kracht in het anker (ankerkracht in BGT) bedraagt 400 kN, de voor-

Figuur 5 – Doorbuiging over de vrije ankerlengte van de ankerstaaf (1e denkbeeldige situatie).

Figuur 4 – Laterale belasting op een ankerstaaf bepaald met behulp van de analytische rekenmethode en Embedded piles in Plaxis 2D.

GEOTECHNIEK

tische resultaten worden verkregen. Het verloop van de laterale belasting langs de staaf, zoals benaderd met behulp van de in het afstudeeronderzoek ontwikkelde analytische rekenmethode, komt overeen met de op basis van een numeriek model (Plaxis 2D) bepaalde waarden. Opgemerkt wordt dat er met de interfacestijfheid (ISF) gevarieerd is, te weten 10 ISF en 20 ISF. Normaliter zal het variëren van de ISF’s impact hebben op de belasting. Aangezien de belasting, in dit geval de schachtwrijving in zowel axiale als laterale richting begrensd is, is de invloed van de ISF-waarde beperkt. De geïnteresseerde lezer kan aanvullende achtergrondinformatie ontlenen aan (Dijkstra, 2015).

8

MAART 2019


Tabel 1 Vergelijking van de resultaten van de analytische rekenmethode met Plaxis (Hardening soil)

Parameter Toename axiale kracht Maximale buigend moment

ΔF Mmax

Analytische rekenmethode 72 kN 1,70 kNm

Plaxis 2D

Plaxis 3D

73 kN 1,85 kNm

89 kN -*

* Het ontbreken van de mogelijkheid in Plaxis 3D 2015.0 om de laterale schuifkracht te begrenzen, leidt tot een onrealistisch verloop van de momentlijn. Derhalve is er geen resultaat weergegeven.

spankracht kan hier een onderdeel van zijn. De gebruikte kleisoort heeft de volgende eigenschappen: - γsat / γunsat = 16/16 kN/m3; - φ’ = 20°en c’ = 5 kPa; - E50;ref = 4.000 kN/m2, Eoed;ref = 2.000 kN/m2 en Eur;ref ref = 12.000 kN/m2; - Hardening soil model De doorbuiging van de ankerstaaf als gevolg van de zetting (grondbelasting op staaf) is in figuur 5 weergegeven. De ontwikkelde analytische rekenmethode maakt gebruik van een zettingsafhankelijke belasting om de optredende vervorming van de ankerstaaf te bepalen. De ankerstaaf volgt het zettingsprofiel van de zakkende grond. In tabel 1 zijn de berekende waarden voor de toename van de axiale kracht en de doorbuiging van het anker vermeld voor de analytische berekenings-methode en het numerieke model met een “Embedded element” in Plaxis 2D en 3D. De berekende verschillen tussen de analytische benadering en het numerieke model zijn klein. Het Embedded element vertoont eveneens een zettingsafhankelijke vervorming. De doorbuigingslijnen komen hierdoor nagenoeg overeen. De voortvloeiende toename van de axiale ankerkracht in de staaf is hierdoor goed vergelijkbaar. Dit ondersteund de juistheid van de analytische rekenmethode waarmee de toename van de axiale kracht en de doorbuiging in de ankerstaaf worden bepaald. De waarden komen niet exact overeen, maar hebben wel dezelfde orde grootte. Daadwerkelijke validatie dient met aanvullend onderzoek te worden uitgevoerd, bijvoorbeeld met praktijkproeven. Met behulp van de Plaxis 2D simulaties zijn tevens de momenten en dwarskrachten vergeleken met de ontwikkelde analytische rekenmethode (zie figuur 6). Opgemerkt wordt dat op het grensvlak tussen de grondlagen lichte verstoringen zichtbaar zijn, met name in het numerieke model, die te wijten zijn aan de abrupte verandering van grondeigenschappen.

Figuur 6 – Buigend moment en dwarskracht over de vrije ankerlengte.

Figuur 7 – Invloed horizontale vervorming damwand op het anker.

Tabel 2 Vergelijking van de resultaten met en zonder horizontale damwandvervorming Parameter Analytische rekenmethode Analytische rekenmethode Zonder vervorming damwand Met vervorming damwand Toename axiale kracht

ΔF

72 kN

53 kN

Maximale buigend moment

Mmax

1,70 kNm

1,76 kNm

grond resulteert in een toename van de axiale ankerkracht. De hierdoor optredende vervorming van de damwand in de richting van het anker heeft echter een verkorting van de ankerstaaf tot gevolg waardoor de toename van de ankerkracht wordt vermindert. De damwanduitbuiging heeft een reducerend effect op de toename van de axiale ankerkracht, zie vergelijking (8). figuur 7 visualiseert op welke wijze de verkorting van de staaf (ΔLdamwand) is vastgesteld. In de bijbehorende vergelijking (figuur 5) zijn tevens de hoek van het anker α en de aanvullende rotatie bij de ankerkop φ(0) verwerkt. Zoals in een voorgaande paragraaf is beschreven maakt dit onderdeel uit van de iteratieve berekening

Waarin: a = h.o.h. afstand van de ankerstaven [m] k= horizontale beddingscontante over 1 strekkende meter [kN/m2] λ= golflengte [m] u = uitbuiging loodrecht op de damwand [m] ΔFh = loodrechte component van de ankerkracht op de damwand [kN] Het in rekening brengen van de horizontale damwandvervorming heeft een reducerend effect op de toename van de axiale ankerkracht (zie tabel 2). Het vaststellen van een juiste horizontale beddingsconstante (achter de wand) is hierbij van belang om overschatting van het effect van de damwanduitbuiging te voorkomen.

(4)

De invloed van de damwandvervorming

(5)

De verlenging van de ankerstaaf door zakkende

GEOTECHNIEK

9

MAART 2019

Opgemerkt wordt dat het effect van de toename van de verticale kracht in de damwand en de bijbehorende verticale verplaatsing geen onderdeel


uitmaken van de nu ontwikkelde analytische reken- methode. Dit geldt eveneens voor de aanvullende rotatie van het anker als gevolg van de verplaatsing loodrecht op het anker. Tevens wordt opgemerkt dat deze situatie tot nu toe niet met Plaxis is vergeleken. Op deze aspecten kan mogelijk in vervolgonderzoeken nader worden ingegaan.

Vervolgstappen In het voorliggende artikel is op basis van een afstudeeronderzoek een alternatieve rekenmethodiek beschreven voor het bepalen van de toename van de ankerkracht door zakkende grond, die tot nu enkel op basis van numerieke berekeningen met Plaxis is geverifieerd. Voor een verdergaande ontwikkeling en validatie van deze nieuwe berekeningsmethode verdient het de aanbeveling om in aanvullende onderzoeken met proeven de gevonden invloedsfactor uit (Dijkstra, et al., 2018) voor de belasting op het ankerelement en de vervormings- en spanningsberekeningen van het ankerstaaf op basis van de liggervergelijkingen uit dit artikel te verifiëren. Hiervoor zouden bijvoorbeeld de ankerkrachten bij zakkende grond op ankerelementen bij geschikte projecten, bijvoorbeeld een dijkversterking,

in-situ kunnen worden gemeten met rekstroken in combinatie met deformatie- met hellingmetingen. Daarmee zouden de van te voren berekende extra krachten en vervormingen van de ankerstaaf met de gemeten waarden kunnen worden vergeleken. Tevens zouden de hier beschreven berekeningsmethode en de nog te verkrijgen resultaten uit metingen de basis kunnen vormen voor een technische commissie om de huidige berekeningsmethode voor zakkende grond op ankers uit CUR 166 verder te ontwikkelen.

Conclusie en aanbeveling Zakkende grond op ankers kan een bepalend aandeel in de sterkteberekening van ankerstaven zijn, bijvoorbeeld in projecten voor de dijkversterking. De in een afstudeeronderzoek ontwikkelde analytische rekenmethode maakt gebruik van één model met een aanpasbare reeks differentiaalvergelijkingen waarbij op iteratieve wijze de vervorming en krachtswerking in de ankerstaaf over de vrije ankerlengte wordt bepaald. De ontwikkelde analytische rekenmethode houdt rekening met niet-lineaire zettingsprofielen langs de ankerstaaf, het doorkruisen van meerdere grondlagen, een zettingsafhankelijke laterale belasting en horizontale vervormingen van de damwand. Tevens is het mogelijk om per locatie langs de ankerstaaf de

bijbehorende krachten, momenten en vervormingen vast te stellen op basis van het vervormingsspanningsgedrag in de ankerstaaf. De ontwikkelde analytische rekenmethode is tot nu geverifieerd met numerieke berekeningen met Plaxis 2D en 3D. De juistheid van het gebruik van een zettingsafhankelijke doorbuiging wordt met deze Plaxis simulaties bevestigd. Door gebruik te maken van de zettingsafhankelijkheid van de nietlineaire belasting op de staaf en het ontwikkelen van bedding onder de staaf ontstaat een goede benadering van de doorbuiging en daarmee de spanningen in de ankerstaaf. De aanbeveling is om de daadwerkelijke validatie van de rekenmethode met behulp van praktijkproeven te laten plaatsvinden zodat deze methode in een technische commissie verder ontwikkeld en in de ontwerppraktijk toegepast kan worden.

Literatuur - CUR (2012). CUR-publicatie 166 Damwandconstructies Deel 2 (6e druk ed.). Gouda. - Dijkstra (2015). Zakkende grond op ankers. Technische Universiteit Delft. - Dijkstra, Meinhardt & Bakker (2018). Grondbelasting op ankerstangen. Geotechniek juni 2018. 앬

+31 (0)20 4943070 info@cruxbv.nl cruxbv.nl

Amsterdam Delft Eindhoven

Ben jij ook toe aan een groeistap? – We zijn voor onze werkvelden geotechniek, geohydrologie en bodem op zoek naar getalenteerde, enthousiaste collega’s op alle ervaringsniveaus.

CRUX in Top 250 Groeibedrijven +

Interesse? Stuur ons jouw CV en motivatie naar info@cruxbv.nl.

GEOTECHNIEK

10

MAART 2019


Your success d results. Thatâ&#x20AC;&#x2122;s our innovative solutions. Customised to your requirements, our tried and tested products provide the basis for any earthworks or ground engineering project. Discover the world of geosynthetics. Discover HUESKER.

Your Y o our Project P Project in Safe Safe Hands

www.HUESKER.nl | E-mail: info@HUESKER.nl | P Phone: +31 (0) 88 594 00 50

GEOTECHNIEK

11

MAART 2019


Adriaan van Seters Fugro

Geerhard Hannink vh Ingenieursbureau Gemeentewerken Rotterdam

Carloes Pollemans NEN

NEN 8707 – BEOORDELING VAN BESTAANDE GEOTECHNISCHE CONSTRUCTIES Overzicht NEN 8707 is een norm voor bestaande geotechnische constructies en omvat regels voor de beoordeling in geval van afkeuren of verbouwen van de constructie (figuur 1). De norm verwijst in veel gevallen door naar de norm voor nieuwbouw van geotechnische constructies NEN 9997-1, waarbij de toetsing wordt uitgevoerd met belastingfactoren zoals vermeld in NEN 8700 (Algemene regels voor bestaande bouw) en NEN 8701 (Belastingen voor bestaande bouw). NEN 8707 is onderdeel van de NEN 8700-reeks voor bestaande bouw, die vanaf 2012 zijn aangewezen door het Bouwbesluit. In NEN 8707 zijn analoog aan NEN 9997-1 alle geotechnische constructies opgenomen. Een belangrijk verschil met de norm voor nieuwbouw is de grote plaats die is ingeruimd voor archiefonderzoek, inspecties en de observatiemethode. Ont-

wikkelingen op gebied van de duurzaamheid van houten palen en binnenstedelijke kademuren zijn meegenomen in de norm. De norm is als volgt opgebouwd. Na een algemeen gedeelte (1) volgen hoofdstukken op het gebied van de verificatie van een geotechnische constructie, inclusief veiligheidsbeschouwing (2), materialen (3) en onderzoek (4). Vervolgens worden funderingen op staal (5), paalfunderingen (6), grondkerende constructies en verankeringen (7) en grondconstructies (8) behandeld. Tenslotte volgen het hoofdstuk over de rapportage (9), 15 bijlagen (A t/m O) en een Bibliografie. Bij de totstandkoming is dankbaar gebruik gemaakt van publicaties, die de afgelopen jaren zijn verschenen, onder andere van F3O (Funderingen op staal en op palen) [1] en [2] en SBR-CURNET (Damwandconstructies, binnenstedelijke kademuren en ankerpalen) [3], [4] en [5].

Figuur 1 – Bestaande fundering.

ALGEMENE ONDERWERPEN

Grondslagen voor verificatie De norm richt zich op de verificatie van de veiligheid van bestaande geotechnische constructies. Analoog aan NEN 9997-1 kan deze verificatie worden uitgevoerd door middel van berekeningen, volgen van voorschriften, het uitvoeren van proeven of volgens de observatiemethode. Bij de verificatie van bestaande funderingen wordt volgens NEN 8700 op een lager veiligheidsniveau getoetst dan bij nieuwbouw. De verschillen met de nieuwbouwnorm zijn geïllustreerd met tabel 1, waarin de betrouwbaarheidsindex ȋ, de (rest)levensduur en de belastingsfactor voor permanente belasting ȍG zijn gegeven. Bij de observatiemethode worden vervormingen van de constructie beoordeeld aan de hand van eenmalige of periodieke metingen van opgetreden deformaties. In de informatieve bijlagen B en C zijn grenswaarden gegeven voor funderingen van gebouwen en voor grondkerende constructies bestaande uit metselwerk.

Materialen De materiaalfactoren worden ontleend aan de materiaalgebonden normen voor nieuwbouw. Bij de bepaling van de grootte van de belastingfactoren is hiermee rekening gehouden. In het hoofdstuk over materiaaleigenschappen neemt hout een belangrijke plaats in. Hierbij zijn veel gegevens uit onderzoek naar houten palen [2] overgenomen. De rekenwaarde voor de optredende drukspanning evenwijdig aan de houtvezel in een funderingspaal dient lager te zijn dan 10,8 N/mm2 en 12,6 N/mm2 voor respectievelijk overwegend blijvende belasting en bij een groot aandeel veranderlijke belasting. Loodrecht op de houtvezel van kesp of langshout geldt in voornoemde gevallen een rekenwaarde voor de maximale drukspanning van 1,4 N/mm2 en 1,6 N/mm2 respectievelijk. Deze waarden voor vuren en grenen hout kunnen in bepaalde gevallen worden verhoogd tot maximaal 6 N/mm2. Belangrijk is ook de aantasting door bacteriën of schimmels. Wanneer de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG) zich onder het funderingshout bevindt, moet het hout zijn gecontroleerd op de aanwezigheid van schimmels.

Onderzoek Tabel 1 – Veiligheidsniveaus (NEN 8700).

Verschillende vormen van onderzoek worden in

GEOTECHNIEK

12

MAART 2019


SAM E N VAT T I N G 8700-serie en bij NEN 9997-1 (Eurocode 7, deel 1 en Nationale Bijlage) voor nieuwbouw.In het artikel wordt de inhoud van de norm besproken en wordt stilgestaan bij de eisen volgens NEN 8707 voor bestaande funderingen op staal en op palen, grondkeringen, verankeringen en grondconstructies.

Onlangs is uitgebracht NEN 8707 – Beoordeling van de constructieve veiligheid van een bestaande constructie bij verbouw en afkeur – geotechnische constructies. Met deze norm kunnen bestaande geotechnische constructies volgens het Bouwbesluit worden beoordeeld. De norm sluit aan bij de normen uit de NEN

Figuur 2 – Fundering op staal. Figuur 3 – Overzicht stand (29-11-2016) einde Fase 1 van zuid naar noord.

NEN 8707 beschreven: archiefonderzoek, grondonderzoek, inspecties en vervormingsmetingen. Bij archiefonderzoek moet informatie over de geotechnische constructie, grondgesteldheid en grondwaterstand en de belendingen worden verzameld. Als deze informatie niet is te achterhalen, moeten deze door opmetingen en nader (grond)onderzoek worden vastgesteld. Een visuele inspectie van het bouwwerk aan de buitenzijde moet altijd worden uitgevoerd om te zien of de huidige toestand overeenkomt met de archiefgegevens. Bij de observatiemethode moet ook de binnenzijde van het bouwwerk worden geïnspecteerd. Een visuele inspectie van de geotechnische constructie (waarbij verschillende onderdelen worden opgemeten) is vereist indien de geometrie onvoldoende duidelijk is op basis van de archiefgegevens of bij twijfel over de duurzaamheid van de constructie. Bij geconstateerde schade aan de geotechnische constructie moet een goede verklaring van de oorzaak worden gegeven. Voor funderingen moeten de vervormingen worden bepaald aan de hand van meting van de relatieve rotatie van het bouwwerk, zakkingssnelheid, verschil in zakkingssnelheid en toename van de relatieve rotatie in de tijd. De relatieve rotatie wordt gemeten met behulp van een lintvoegmeting of een vloerwaterpassing. De meetpunten mogen niet meer dan 2,5 m of 5 m (afhankelijk van het vloeroppervlak) van elkaar zijn verwijderd. Voor grondkeringen of grondconstructies is ook de horizontale vervorming van belang. In de norm zijn grenswaarden gegeven in Bijlagen B, C en E (spoor dragende kunstwerken).

Tabel 2 – Verificatiegrenzen voor fundering van metselwerkgebouwen.

Rapportage In de rapportage moeten naast een beschrijving van het bouwwerk en de geotechnische constructie inclusief de omgeving, de verzamelde gegevens uit het archief, grond(water) gegevens en de resultaten van inspecties en metingen worden vermeld. Het rapport geeft de resultaten van de toetsing en eventuele monitoring in het vervolg.

FUNDERINGEN OP STAAL De draagkracht en zettingsberekeningen verlopen zoals aangegeven in NEN 9997-1 met belastingfactoren uit NEN 8700/8701. Verder moet archiefonderzoek worden uitgevoerd betreffende het gebouw (bouwjaar, gebouwtype, gebruikte materialen, belastingen op de fundering, eventuele aanpassingen naderhand) en de fundering (type fundering op staal, aanlegniveau, mogelijke latere aanpassingen). Deze gegevens zijn vaak bij de eigenaar of de gemeente te verkrij-

GEOTECHNIEK

13

MAART 2019

gen. Indien de gegevens niet beschikbaar zijn, moeten deze alsnog (indien relevant) worden bepaald. Qua grondonderzoek moeten er minimaal 2 sonderingen binnen 12,5 m vanaf het bouwwerk beschikbaar zijn, alsmede een peilbuis binnen 25 m vanaf het bouwwerk. De freatische grondwaterstand moet gedurende 3 maanden regelmatig zijn gemeten en zijn gerelateerd aan een peilbuis op enige afstand met een grondwaterstandsmeting gedurende enige jaren (bijvoorbeeld via het DINOloket/BRO). Scheefstand (zichtbaar o.a. bij onder- en bovendorpels, klemmende deuren en ramen) en scheurvorming aan de binnen- en buitenkant van het bouwwerk moeten worden vastgelegd. Omgevingsfactoren (recente ophogingen) moeten worden geïnventariseerd. Bij de inspectie van de fundering moeten de afmetingen van de fundering worden vergeleken met


In geval van een fundering met houten palen moet 1 % van het aantal palen (minimaal 2 palen) zijn onderzocht aan de hand van houtmonsters op houtsoort, kwaliteit en aantasting. Dit kan overigens in bepaalde gevallen achterwege blijven o.a. op grond van de met een inslaghamer gemeten indringing. De toetsing van de restlevensduur geschiedt aan de hand van de vervormingscriteria voor de fundering en het pand (analoog aan de fundering op staal) en aan de hand van materiaalsterkte, zoals hierboven vermeld. Voor bruggen en viaducten gelden aanvullende eisen voor houten palen.

Figuur 4 – Bestaande kademuur.

GRONDKERENDE CONSTRUCTIES EN VERANKERINGEN

Tabel 3 – Partiële materiaalfactoren voor grondkerende constructies. Veiligheidsklasse CC2/RC2.

de bouwtekening. Eventuele degradatie van de fundering (losse stenen, uitspoeling e.d.) moet worden vastgelegd. Bij een bouwkundige eenheid bestaande uit meer dan 3 woningen moet minimaal op 2 punten een funderingsinspectie worden uitgevoerd op een onderlinge afstand van minder dan 25 m. Bij 3 woningen of minder is 1 punt voldoende. Toetsing van de restlevensduur geschiedt op basis van berekeningen van de materiaalspanningen en vergelijking met de materiaalsterkte volgens NEN 9997-1. Daarnaast (vaak belangrijker) moeten de gemeten vervormingen worden getoetst aan de waarden uit bijlage B, zie bijvoorbeeld tabel 2. Daarbij is een toetsing van de relatieve rotatie verplicht als eerste schatting. De overige grootheden (zakkingssnelheid, verschil in zakkingssnelheid en toename van de relatieve rotatie in de tijd) mogen worden gebruikt om deze eerste schatting eventueel te wijzigen. Bij gebleken onzekerheid over de restlevensduur kan een monitoringsprogramma worden opgesteld en kan de beoordeling van de constructieve veiligheid na enige tijd worden herhaald.

PAALFUNDERINGEN De berekening van het paaldraagvermogen van bestaande funderingen verloopt volgens NEN 9997-1. Per 1 januari 2017 zijn de paalklassefactoren voor het puntdraagvermogen Ȋp gereduceerd tot 70 % van de voordien geldende waarde. Bij funderingen voor 1/1/2017 was dus een hogere draagkracht toegelaten. Om trendbreuk te voorkomen bij bestaande funderingen, is aangenomen dat deze gebouwen in de tijd hebben bewezen, dat een dergelijke belasting veilig kan worden opgenomen.

In NEN 8707 is daarom opgenomen, dat de “oude” paalfactoren Ȋp mogen worden gehanteerd bij de beoordeling op afkeurniveau en bij de beoordeling bij verbouwing, mits de verhoging van de karakteristieke waarde van de belasting op de paalfundering niet meer dan 15 % bedraagt. De redenering hierachter is, dat de “bewezen sterkte” geldt voor palen met de huidige paalbelasting met een beperkte marge van 15 %. Dit geldt alleen indien de omgevings- of bouwvergunning van het bouwwerk is afgegeven voor 1 januari 2017 en/of het bouwwerk is gefundeerd op palen die voor 2003 zijn geïnstalleerd. Bij het archiefonderzoek moeten gegevens van de palen, zoals de afmetingen, funderingsadvies, palenplan en heikalenders worden verzameld. Daarnaast gelden dezelfde vereisten voor grondonderzoek en peilbuisgegevens als voor funderingen op staal. Als bij houten palen het funderingshout zich op minder dan 0,05 m onder de gemiddeld laagste grondwaterstand (GLG) bevindt, dan moet de grondwaterstand minimaal een jaar met op korte afstand van het pand geplaatste peilbuizen worden gemeten. Bij de inspecties van de buitenkant en de binnenkant van het pand gelden dezelfde eisen als voor funderingen op staal. Het aantal inspecties van funderingen op palen is gelijk aan het gestelde voor funderingen op staal. Bij een fundering op houten palen (zie figuur 3) moet in geval van een Rotterdamse fundering (enkele palenrij) minimaal 3 % van de palen (met een minimum van 3 palen) worden geïnspecteerd en ingemeten. Bij een Amsterdamse fundering (dubbele palenrij) geldt eveneens een minimum van 3 % van het aantal palen, maar is het minimum 6 palen.

GEOTECHNIEK

14

MAART 2019

Voor berekening en toetsing van grondkerende constructies (zie figuur 4) geldt NEN 9997-1, waarbij in NEN 8707 (Bijlage L) aparte partiële factoren voor grondparameters en veranderlijke belasting zijn gegeven. Als illustratie zijn de partiële materiaalfactoren voor verbouw, afkeurniveau en nieuwbouw weergegeven in tabel 3 voor veiligheidsklasse CC2/RC2. Bij het archiefonderzoek moeten “as-built” gegevens betreffende de grondkering en/of verankering worden ingewonnen, inclusief de ontwerpberekeningen. De afstand tussen de onderzoekspunten van het grondonderzoek moet minder dan 100 m bedragen, waarbij de afstand tot de grondkering niet meer dan 12,5 m mag bedragen. Als er sprake is van een waterbodem moet de bodemligging in een vastgesteld raster wordt gemeten. Tevens moet de slibdikte worden gepeild. De waterstand moet zowel aan de voor- als achterzijde van de grondkering worden vastgesteld. Het is belangrijk om de geometrie, met name de inheidiepte van damwand of palen onder een keermuur te bepalen. Tevens moet de grondkering elke 25 m tot 0,3 m onder de grondwaterstand worden vrij gegraven om de kwaliteit van de grondkering te bepalen. De lengte van damwanden kan worden bepaald aan de hand van geofysische metingen (met een magnetometer) of door middel van berekening in combinatie met een proefbelasting. In NEN 8707 wordt speciale aandacht besteed aan houtconstructies en staalconstructies. Bij de staalconstructies moet corrosie op meerdere niveaus worden gemeten in meetraaien van 250 m. De toetsing van de restlevensduur vindt plaats aan de hand van de opgetreden vervormingen en de materiaalspanningen. Bij onzekerheid over de restlevensduur kan een monitoringsprogramma worden uitgevoerd, waarna de beoordeling van de veiligheid opnieuw wordt gemaakt.


GRONDCONSTRUCTIES Voor de berekening van de stabiliteit van grondconstructies wordt in NEN 8707 verwezen naar NEN 9997-1, waarbij analoog aan de grondkerende constructies gereduceerde partiële factoren van kracht zijn voor bestaande constructies. Er mag bij het beoordelen van de uiterste grenstoestand worden gebruikgemaakt van bewezen sterkte van de constructie, mits met voldoende betrouwbaarheid aangetoond. Hierbij kan bijvoorbeeld worden gedacht aan een bijzonder hoge grondwaterstand of een bijzonder hoge belasting op maaiveld, die in het verleden is opgetreden. Er mag bij die historische belasting, die hoger moet zijn geweest dan de huidige rekenwaarde van de belasting, geen noemenswaardige schade zijn ontstaan. En de geometrie of de grondeigenschappen mogen sinds die tijd niet zijn gewijzigd. Op basis van bewezen sterkte mogen de sterkteeigenschappen worden verhoogd onder de volgende voorwaarden: – Indien in de historische situatie(s) geen sprake is geweest van noemenswaardige schade, mag voor de historische situatie(s) de rekenwaarde van de sterkte maximaal gelijk zijn gesteld aan de

belasting in de historische situatie. – Onzekerheden in eigenschappen die tussen de historische situatie(s) en het einde van de restlevensduur veranderlijk zijn, moeten zijn afgedekt door in de historische situatie(s) uit te gaan van een lage inschatting van de sterkte en een hoge inschatting van de belasting. – Voor onzekerheden in eigenschappen die tussen de historische situatie(s) en het einde van de restlevensduur onveranderlijk kunnen zijn verondersteld, moeten alle relevante mogelijke scenario’s zijn beoordeeld. Voor grondconstructies moeten ‘as-built’ gegevens worden verzameld betreffende de geometrie, waterstanden, materialen, ontwerp en aanleg. Er moeten minimaal twee sonderingen of boringen met een onderlinge afstand van maximaal 100 m beschikbaar zijn. Inspecties van grondconstructies moeten zijn gericht op het vaststellen van de geometrie (inmeting), bepalen van vervormingen en beschadigingen en het mogelijk uittreden van water en/of grond (in de bijlagen is een checklist opgenomen). Evenals bij grondkerende constructies en verankeringen vindt de toetsing van de restlevensduur

plaats aan de hand van de opgetreden vervormingen en de materiaalspanningen. Eventueel kan een hernieuwde beoordeling worden uitgevoerd na een monitoringsperiode.

Tot slot Veel collega’s hebben bijgedragen aan het opstellen van deze eerste versie van NEN 8707. De commissie is hen hiervoor zeer dankbaar! Vanaf nu kan er bij het beoordelen van bestaande geotechnische constructies gebruik van worden gemaakt. De normcommissie Geotechniek stelt het op prijs dat commentaar op de normteksten aan haar bekend wordt gesteld, bij voorkeur voorzien van voorstellen ter verbetering.

Referenties [1] Richtlijn onderzoek en beoordeling van funderingen op staal (ondiepe funderingen), F3O, 2012 [2] Richtlijn houten paalfunderingen onder gebouwen, 3e herziene editie, SBRCURnet/F3O, 2016 [3] CUR-publicatie 166, Damwandconstructies, , 2012 [4] Binnenstedelijke kademuren, SBRCURnet, 2014 [5] CUR-publicatie 236, Ankerpalen, 2017. 쎲

56

JAAR UW ADVISEUR Risicogestuurd onderzoek, deskundige advisering en monitoring zijn onmisbaar bij bouwen op of onder de grond! Grondonderzoek Geo-adviezen: fundering / bouwput / hydrologie / trillingen Monitoring: trillingen / grondwater / (grond)deformaties Funderingsonderzoek

Fugro NL Land B.V. 070 3111333 info@fugro.nl www.fugro.com

GEOTECHNIEK

15

MAART 2019


Ir. drs. R.E.P. de Nijs CEng Witteveen+Bos

I. Matic Msc Witteveen+Bos

STABILITEIT WATERKERING TIJDENS INTRILLEN BUISPALEN Inleiding In het kader van het optimaliseren van de afmeerplaatsen voor binnenvaart en kleine coasters in het Calandkanaal heeft het Havenbedrijf Rotterdam N.V. vanaf de tweede helft van 2016 enkele bestaande afmeerplaatsen laten aanpassen. Dit artikel beschrijft de aanpassing van de locatie Calandkanaal–Midden, direct ten oosten van de Maeslantkering, nabij het zuidelijke talud van de Noordzeewegdijk. Het dijklichaam achter de ligplaatsen betreft een primaire waterkering. Aandachtspunt in het project was het ontbreken van een analyse- en toetsingskader van de paalinstallatie. Om deze reden werd door Witteveen+Bos teruggegrepen naar een robuuste wijze van berekenen, analyseren en toetsen teneinde het statische evenwicht en de bijkomende dynamisch opgelegde effecten te kunnen combineren. Het betrof daarmee een kwantitatieve analyse om gevolgen en eventuele

maatregelen te beschrijven waarmee instabiliteit van het talud kon worden bewaakt dan wel voorkomen. De stabiliteitsberekeningen werden uitgevoerd met representatieve waarden voor de grondparameters, om een zo reëel mogelijk grondgedrag te modelleren. De toetsing richt zich niet op absolute waarden voor veiligheid van taludstabiliteit, echter de analyses spitsen zich toe op het relatieve effect van het trilwerk, oftewel in welke mate wordt stabiliteit beïnvloedt. In deze analyse werd onder representatieve condities vastgesteld of er sprake is van een significante impact.

Geometrie De dukdalven en trospalen van de voormalige ligplaats 78 werden uitgetrild en herplaatst. De oorspronkelijke situatie omvat twee trospalen met een diameter van 1620mm en wanddikte van 20mm en twee dukdalven met een diameter van

Figuur 1 – Foto 25 augustus 2016, intrillen trospaal 78-T1.

2250mm en wanddikte van 21,8mm. Deze palen werden uitgetrild en in licht gewijzigde configuratie herplaatst op ca. 75m afstand ten oosten van de oorspronkelijke locatie, zie 1. Gezien de locatie in het talud werd het intrillen van de verplaatste trospalen van ligplaats 78 als maatgevend herkend, daar deze werden ingetrild op een afstand van 25 m uit de kruin van het talud, vrij hoog in het ondertalud, zie 2. Er is een berekening gemaakt voor het intrillen van de (te herplaatsen) trospalen van ligplaats 78. Trospaal 78 T-1 werd getrokken en op ca 75 m afstand hergebruikt op de geïnstrumenteerde locatie (zie 1) van de te realiseren ligplaats. Het bovenste deel van de paal was alvorens deze te trekken ca. 1,5 m boven de waterlijn afgebrand. Uitgaande van een waterpeil van ca. NAP 0,0 m ten tijde van uitvoering bevond de afgebrande paalkop zich op ca. NAP +1.5 m. Tijdens het trekken was aangroeiing zichtbaar tot ca. 5 m beneden de waterlijn, ca NAP -5,0 m. Dit komt goed overeen met de tekening uit 2010 en de recente diepte peiling. De paallengte bedroeg na afbranden ca. 20 m. Wanneer op basis van paaldiameter wordt teruggemeten van foto’s, daar markering op de versgetrokken paal ontbreekt, blijkt de zichtbare lengte boven water ca 21,5 m. Hoe diep de paal-

Figuur 2 – Toestand trekken trospaal 78-T1 (nagenoeg identiek aan situatie intrillen op 75 m oostelijkere positie).

Afbrandniveau

GEOTECHNIEK

16

MAART 2019


SAM E N VAT T I N G SAM E N VAT T I N G meerpaal halverwege het talud aan de zijde van het Calandkanaal. De wateroverspanning is gemodelleerd middels een axiaal symmetrische flow berekening. De benodigde bodemversnelling is ontleend aan de methode Massarsch. Deze waarden zijn aangeboden in een gecombineerde 2D toetsing. Tijdens uitvoering zijn de trillingen en waterspanningen gemonitord en heeft instabiliteit zich niet voorgedaan.

De dynamische belasting in combinatie met wateroverspanningen die het inbrengen van (funderings) elementen in de invloedszone van waterkeringen genereren, zijn in de reguliere dijktoetsing niet voorzien. Ook de wijze van kwantificeren is onbekend. Aan de hand van een project in het Calandkanaal te Rotterdam is een opzet gemaakt om een dijktoetsing te kunnen doen voor deze gecombineerde situatie. Het werk betrof het hoogfrequent intrillen van een

Sensorposities

Figuur 4 – Safety overview voor huidige situatie (Geel = SF < 1,5; Rood = SF < 1,2).

Tabel 1 Beoordelingsmethodiek Stap Omschrijving 1 Beschouwing huidige taludstabiliteit met D-Geo Stability.

Figuur 3 – Sondering en meetposities ter plaatse van trospaal 78-T1, projectlocatie Calandkanaal-midden.

2

3 punt zich beneden het wateroppervlak bevond is niet duidelijk, de stelling was niet hoog genoeg om de paal compleet uit het water te heffen. Wanneer gesteld wordt dat de paalpunt bij aanvang installatie zich juist onder het wateroppervlak bevond, bedroeg het inheiniveau in werkelijkheid NAP -20 m. De paal werd daarmee iets dieper herplaatst dan de oorspronkelijke situatie gerealiseerd in 2010 weergegeven in 2, (NAP -18.5 m). Het huidige talud loopt van NAP +5,7m tot ca. NAP -20m, onderbroken door een berm op ca. NAP -0,3 m met een breedte van circa 4,0 m. Vanaf de bovenzijde talud tot NAP -3m is er een taludbescherming aanwezig.

Bodemopbouw Op de locatie zijn verschillende sonderingen uit-gevoerd aan de teen van het talud. Tevens is in het kader van de toetsing een sondering op de installatie locatie uitgevoerd, zie onderstaande afbeelding. In de afbeelding zijn tevens de locaties

4

5

6

Doel De uitgangssituatie vaststellen en bepalen waar mogelijk de kritische punten en gevoeligheden liggen. Bepaling verdichting door het intrillen Bepalen hoeveel water er uitstroomt per grondlaag, op basis van sondering uit de poriën tijdens het intrillen van (Massarsch, Seed & Idriss, Olsen). 1 meter paal en het vaststellen van de bronversnelling. Wateroverspanningenverloop in Vaststellen van wateroverspanningen de tijd en diepte bepalen op basis door intrillen. van Plaxis analyse. Toetsing taludstabiliteit met Effect van wateroverspanningen en wateroverspanningen en trillingen trillingen op taludstabiliteit. (D-Geo Stability). Uitvoeringsaspecten en vaststellen Vertaling van de resultaten van de benodigde maatregelen en analyse naar praktische voorstellen monitoring. om risico’s te kunnen beheersen. Interpretatie meting. Terugkoppeling met oorspronkelijke verwachtingen

van sensoren gepresenteerd t.o.v. het heitraject, hier wordt later in dit artikel nader op ingegaan. In de sondering is het dikke pakket relatief losgepakte zandlagen direct onder bodemniveau zichtbaar. De diepere lagen (vanaf ca. NAP -19m) vertonen naast een lage conusweerstand een hogere wrijvingsweerstand, wat duidt op cohesieve lagen die minder gevoelig zijn voor verdichting en een lagere doorlatendheid kennen. Ter plaatse van de nieuw aan te brengen vakken is

GEOTECHNIEK

17

MAART 2019

een grote variëteit van bodemopbouw terug te vinden in de sonderingen. Risico ten opzichte van de uitgevoerde berekening ter plaatse van de trospalen is de mogelijke aanwezigheid van een los gepakte zandlaag welke zowel boven als onder wordt afgeschermd door slecht doorlatende cohesieve lagen. Hierdoor ontstaat de mogelijkheid dat wateroverspanning in deze laag slecht kan afstromen. Om een inschatting te krijgen van de mogelijkheid tot uitstromen uit deze laag, werd de laag opgenomen in het maatgevend grondprofiel.


1 Evaluatie methodiek De methode van beoordelen is samengevat in onderstaande 1.

2 Huidige taludstabiliteit Om de te verwachtten invloed van de trilwerkzaamheden op de taludstabiliteit te kunnen bepalen, is eerst de stabiliteitsfactor en de maatgevende glijcirkel van het huidige talud zonder de trilwerkzaamheden bepaald met behulp van D-Geo Stability (versie 15.1 build 2.4). In zowel het bovenals het ondertalud zijn relatief hoge stabiliteitsfactoren berekend. De minimale stabiliteitsfactor per locatie is te zien in 4. De huidige taludstabiliteit is groter dan 1,0 voor de initiële situatie. Dit betekent dat het talud een zekere marge tegen bezwijken kent.

3 Verdichting per grondlaag 3.1 VERWEKINGSGEVOELIGE LAGEN Allereerst is onderzocht of de ondergrond verwekingsgevoelige zandlagen bevat. Voor het bepalen of een zandlaag verwekingsgevoelig is, wordt het verwekingscriterium van CUR113 toegepast. Een zandlaag is verwekingsgevoelig indien:

de laagdikte groter is dan 1 m en; de relatieve dichtheid kleiner is dan 60 % (Baldi). Diverse sonderingen gaven meerdere zandlagen weer die aan bovenstaande criteria voldeden. eneden NAP -22 m zijn er ook verwekingsgevoelige lagen getroffen, maar deze werden niet meegenomen in de berekening aangezien de maatgevende glijcirkels deze lagen niet doorkruisen en verweking op grote diepte zeer veel energie vergt. In aardbevingsonderzoek wordt het verwekingsrisico veelal gezien in de eerste 10 m beneden maaiveld, vrij vertaald naar een korrelspanning kleiner dan ca. 100 kPa.

3.2 OPTREDEN VAN VERDICHTING EN UITSTROOM Op basis van de conusweerstanden in sonderingen is de dichtheid van de zandlagen en de verwachte verdichting en reikwijdte tijdens intrillen bepaald (de Nijs, 2003). Met behulp van Massarsch werd een waarde voor de benodigde bodemversnelling verkregen teneinde verdichting te genereren, hier in de orde tussen 0,1 en 0,3 g. Gegeven de reikwijdte van verdichting (hier 1,5 m uit hart paal)

en de benodigde bodemversnelling kan een benodigde slagkracht worden teruggerekend, welke goed overeenkwam met de capaciteit van het voorgenomen en ingezette trilblok 2350 VM, zie 1. De verwachte uitstroom van poriënwater is gelijkgesteld aan het verdrongen volume, immers de korrels zijn onsamendrukbaar. Op basis van het ingebrachte staalvolume (geen plugging) van de paal en de mate van verdichting is het volume verdrongen poriënwater p/m en p/min bepaald:

Waarbij: Vverdrongen = Volume van uit de poriën verdrongen water in 1 minuut [m3/m/min] Vstaal = Staalvolume = = 0,102 [m3/m] Vverdrongen = Volume waarover verdichting kan optreden = = 7,07 [m3/m] %verdichting = Verwacht verdichtingspercentage van de laag [-] D = Diameter van de paal = 1,62 [m] t = Wanddikte van de paal = 0,02 [m] v = Installatiesnelheid, aangenomen op 1 [m/min] R = Reikwijdte van de verdichting uit het hart van de paal, aangenomen op 1,5 [m]

Figuur 5 – Uitstroom vanuit de bron bij voortgang tot 4-5 meter onder maaiveld (0,667 m3/m).

Dit resulteert in de volgende verdrongen volumes per minuut per verdichtingspercentage: Verdichting m3/m 8% 0,667 5% 0,455 2% 0,243 0% 0,102 (slappe lagen)

4 Wateroverspanningen De verwachte wateroverspanningen zijn bepaald met behulp van Plaxis 2D (versie 2015.2). Er is gebruik gemaakt van een ‘fully coupled flow’-

Figuur 6 - Stijghoogteverloop over afstand bij voortgang tot 4-5 meter onder maaiveld.

GEOTECHNIEK

18

MAART 2019


berekening in een axisymmetrisch model. De grondlagen zijn lineair-elastisch gemodelleerd. Elke fase van de ‘staged construction’ duurt 1 minuut. In de eerste fase wordt de bovenste meter van de paal geactiveerd, samen met een bron die in het hart van de paal is gemodelleerd en een omtrek heeft van 1 meter. Uit deze bron stroomt gedurende de fase van 1 minuut het watervolume dat voor het betreffende installatie traject berekend is. In de volgende fase wordt de volgende (diepere) meter van de paal geactiveerd. De bron wordt in de eerste meter gedeactiveerd, en in de nieuwe meter geactiveerd met het watervolume van de betreffende grondlaag/grondlagen. Zo wordt cumulatief berekend wat het effect is van het uitstromende water per meter. De fasen gaan door tot een intrildiepte van NAP 21,9 m bereikt is. Op basis van de Plaxis-berekening is de tijdelijke wateroverspanning rond de paal bepaald over zowel afstand (vanaf de paal) en tijd (dissipatie zodra de installatie vordert). In 5 is de uitstroom vanuit de bron te zien, op het moment dat deze zich tussen 4 en 5 meter onder het maaiveld bevindt. De uitstroom is op deze locatie 0,667 m3/m (8% verdichting). : laat het stijghoogteverloop rond de bron zien op datzelfde moment. Hieruit valt te concluderen dat de wateroverspanning nabij de paal hoog is, maar over enige afstand al snel afneemt. De wateroverspanning bouwt over de tijd geleidelijk op, vanwege de hoger gelegen bron/installatie, zie 7. De grootste wateroverspanning ontstaat echter over het algemeen tijdens de installatie direct naast het meetpunt. Zodra de installatie verder vordert neemt de wateroverspanning redelijk snel af. Binnen enkele seconden nadat de bron 1 m dieper zit, is de wateroverspanning, afhankelijk van de omliggende grondlaag, ongeveer 4060% afgenomen. De wateroverspanning die overblijft, is het resultaat van de onderliggende bron die actief is.

Figuur 7 – Stijghoogteverloop over de tijd op verschillende dieptes, direct naast de paalwand.

Tabel 2 Verloop stijghoogte ter plaatse van maatgevende verwekingsgevoelige zandlaag [m] Afstand vanuit het hart van de paal

0,00

0,81

2,0

3,0 10,0

12,0

Stijghoogte ZAND, siltig-kleiig, los Stijghoogte omliggende lagen

14,7 7,5

14,7 7,5

4,3 4,3

2,5 -0,4 2,5 -0,4

-0,6 -0,6

Figuur 8 – Stijghoogteverloop over de tijd op verschillende dieptes, direct naast de paalwand.

5 Taludstabiliteit bij wateroverspanning en trillingen 5.1 STABILITEITSANALYSE IN D-GEO STABILITY De berekende wateroverspanningen zijn in de stabiliteitsberekening ingevoerd als verhoging van de freatische waterstand. In de beide omringende lagen van schoon, matig vast gepakt zand is ook een (lagere) wateroverspanning gemodelleerd, volgens de op hetzelfde moment optredende waarden in Plaxis. Beide verlopen zijn opgenomen in 2. Om de trillingen te simuleren is er in de berekening ook een aardbeving belasting ingevoerd. Deze belasting wordt echter integraal over de glijcirkel

toegepast in plaats van lokaal, hetgeen een zeer forse overschatting betreft. Uitgaande van de Barkan formule is alleen al op basis van geometrische spreiding een afname te verwachten evenredig met 1/√R, oftewel een twee maal zo grote afstand tot de bron is een factor 1,4 kleinere amplitude. Daarom is gekozen voor de verticale trillingsbelasting 0,05 g, wat overeen komt met een verschalingsfactor van 0,5 van de verwachtte bodemversnelling op een afstand van ca. 3 m van de paal, te weten 0,1 g. De horizontale versnelling is ingeschat op 40% van de verticale versnelling,

GEOTECHNIEK

19

MAART 2019

daar het een vormvaste buispaal betrof. De stabiliteitsbeschouwing betreft een 2D beschouwing met de maatgevende situatie ter plaatse van de paal. De wateroverspanning neemt snel af bij een toenemende afstand vanaf de paal. Dit effect is in de richting uit het beschouwde vlak niet meegenomen, waardoor de invloed van de wateroverspanning kleiner zal zijn dan in deze berekening aangenomen. Door de hoge waterspanning in deze drie zand-


lagen is de effectieve spanning gering of zelfs nul, en kan er beperkte schuifsterkte gemobiliseerd worden, zie 8. Desondanks is de minimaal gevonden stabiliteitsfactor nog 1,33, bij representatieve grondsterkte ontleend aan de standaard tabel op basis van CPT. Gegeven deze marge is niet de volledige variatie in input doorlopen, maar werd besloten de uitvoering te sturen op verwachtingswaarden voor een situatie met wateroverspanning en een situatie zonder wateroverspanning. In geval van een situatie zonder wateroverspanning werd een twee maal zo hoge toelaatbare trillingsbelasting afgeleid, alvorens het stabiliteitscriterium werd onderschreden.

6 Uitvoering en maatregelen Op basis van de sonderingen werd verwacht dat de eerste meters minder slagkracht zouden vergen en dat tijdens het intrillen tot einddiepte, de hogere benodigde slagkracht niet in wateroverspanning op de ondiepere kritischere niveau’s zou resulteren. Tevens werd verwacht dat de slagkracht met name aan de paalpunt werd overgedragen aan de ondergrond, zodat de trillingsniveau’s ondanks de hogere slagkracht in de ondiepere meetposities niet maatgevend zouden worden op deze diepte. Uit de berekening met gecombineerd toegepaste uitgangspunten werd herkend dat een hogere waterspanning in een lagere stabiliteitsfactor resulteerde. Om deze reden werd voor een situatie met een op 3 m afstand van de paal gemeten wateroverspanning van 25 kPa een maximale (verticale) gemeten trillingssnelheid van 4 mm/s bij 37 Hz (is een geregistreerde bodemversnelling van lokaal 0,1 g welke in het D stab model gereduceerd is naar integraal 0,05 g) aanbevolen op deze sensor. In geval van het uitblijven van een wateroverspanning kon een (verticale) trillingsnelheid van 8 mm/s bij 37 Hz worden toegestaan (is een geregistreerde bodemversnelling van lokaal 0,2 g welke in het D stab model gereduceerd is naar integraal 0,1 g). In de D-stab berekening werd

uitgegaan van de bijbehorende 40% horizontale bodemversnelling. In overleg werd besloten met name het voorpoten behoedzaam uit te voeren en de inbrengsnelheid ook bij geringe heiweerstand te maximeren op ca. 1 m / minuut. Tijdens uitvoering werd continu gemonitord in de ondergrond en werd nabij de kruin en de leidingen strook continu gewaakt voor verplaatsingen.

7 Resultaten en terugkoppeling WAARNEMING INTRILLEN Tijdens de uitvoering op 25 augustus 2016 is het inbrengen van de meerpaal van ligplaats 78 bewaakt middels een meetopstelling van versnellingsopnemers en waterspanningsmeters op ca. 3 m afstand uit de paal, zie 3. De snelheid van inbrengen is bewaakt middels foto en video registratie. Ook is na afloop het onderwatertalud ingemeten, waarbij geen melding is gemaakt van significante verplaatsingen of zettingen.

VISUEEL De terugplaatsing werd in vergelijking met 2 op iets grotere afstand van de waterlijn uitgevoerd bij een iets grotere waterdiepte, ca NAP -6,0 m, zoals waargenomen in de diepte peiling en tijdens het uitvoeren van sondering S01, juist voor paalinstallatie. De paal werd iets dieper ingebracht, de bovenzijde stak ca 0,5 m boven de waterlijn na inbrengen. Het heitraject bedroeg daarmee van ca. NAP -6 tot NAP -21 m ca. 15 m. Mogelijk dat het positioneren op de bodem reeds de eerste meter indringing heeft veroorzaakt, waarmee ca. 14 m trillen resteerde. Het inbrengen in drie intervallen duurde gesommeerd ca. 11 minuten, waarbij van 09:57 tot 09:59 werd getrild, van 10:06 tot 10:08 en van 10:12 tot 10:19 (meetsysteem tijd). Bij aanvang positioneren stak er ca. 16 m buispaal boven water. Bij aanvang van het trillen stak er ca. 14,5 m uit. Na het eerste interval stak er nog 11,5 m uit boven de waterlijn. Bij aanvang van het laat-

ste heitraject steekt er nog ca. 9,5 m boven water uit. Deze waarden zijn afgeschat op basis van foto’s en videobeelden genomen van de heitrajecten. De inbreng snelheid bedroeg ca. 1 tot 1,5 m/ minuut.

WATERSPANNING Tijdens het inbrengen is middels de waterspanningsmeters nagenoeg geen wateroverspanning geregistreerd op 3 m afstand uit de paal. Wel moet opgemerkt worden dat de resultaten van de waterspanningsmeters van de sensoren 1 en 2 werden betwijfeld, omdat deze voor aanvang zeer hoge waarden registreerden en een grillig verloop vertoonden alsook negatieve waarden. De registraties van de sensoren 1 en 2 vertoonden tevens geen correlatie met trilblok activiteit (S5 VEC, bodemversnelling sensor 4), zodat ook een incrementele analyse (dwz alleen een toename binnen een kort interval beschouwend) niet mogelijk is. Sensor 3 toonde een drift van enkele centimeters per minuut, een relatie met het trilproces is niet te duiden. Sensor 4 (S5 WSM) toont een stabiel beeld en toont als enige sensor in de laatste minuten een toename, in detail weergegeven in onderstaande grafiek. Vermoed wordt dat door verdichting in de ondergrond de sensor naar beneden is verplaatst waardoor de geregistreerde waterdruk is toegenomen. Dit zou een verplaatsing in de orde van 40 cm suggereren, hetgeen wellicht aan de hoge kant te noemen is op 3 m uit de paal. De vraag blijft ook waarom de andere sensoren dit fenomeen niet vertoonden, hoewel twijfels bestaan omtrent de werking van de sensoren 1 t/m 3. Het heiproces bestond uit drie delen, waartussen een eventuele wateroverspanning zou zijn afgebouwd. Een dergelijk effect is niet waargenomen. Zowel vooraf (basis monitoring), tijdens (proces monitoring) als na paal installatie (eindmonitoring) is geen lange meetreeks voorhanden, zodat niet

Figuur 9 – Verloop paalpunt niveau trospaal 78 dd. 25 augustus 2016.

Figuur 10 – Meting waterspanningen trospaal 78 dd. 25 augustus 2016.

GEOTECHNIEK

20

MAART 2019


herkend kon worden of getijde beweging correct werd weergegeven op deze sensoren als blijk van juiste werking. Vooralsnog wordt op basis van sensor 4 geconcludeerd dat bij het inbrengen van trospaal 78 zich geen significante wateroverspanning heeft voorgedaan op 3 m afstand uit de paal.

TRILLINGEN Alle trillingssensoren geven blijk van een directe reactie op trilblok activiteit. Ook is geen sprake van onverklaarbare achtergrond waarden. De gemeten frequentie komt overeen met het toerental van het trilblok. De gemeten versnelling lag tussen de 1 en 2,5 m/s2 en het verloop over het heitraject en de diepte komen eveneens overeen met de verwachting en gehanteerde grenswaarden tijdens uitvoering. De maximale geregistreerde bodemversnelling tijdens het voorpoten (inbrengen eerste 6 m tot NAP -12 m) was relatief laag te noemen, te verklaren door de diepere ligging van de sensoren en de lage consuweerstand over dit traject. Over de diepte gezien deed zich een logisch verloop van de bodemversnelling voor. Tijdens voorpoten bedroeg de trillingssnelheid in de orde van 5 mm/s (ca. 1 m/s2), waarbij zich ook hoge horizontale waarden kon voordoen in dezelfde orde, hetgeen duidelijk afweek van de aangehouden 40%. Tijdens het aftrillen werd een maximale waarde in de orde van 10 mm/s (ca. 2 m/s²) seconden geregistreerd, waarbij de sensoren nabij de paalpunt duidelijk hogere waarden genereerden dan de ondieper geplaatste sensoren. Ook was de verticale versnelling tijdens aftrillen ca. 35% groter dan de horizontale versnelling. Opvallend is dat sensor 3 de grootste bodemversnelling vertoont (ca 2,5 m/s2) en afwijkt van sensor 2 op dezelfde diepte. Ook overtreft sensor 3 de waarde van sensor 4, waar ter plaatse de bodemweerstand het hoogst is. Vermoed wordt dat sensor 3 een iets te hoge waarde toont, ook op basis van de trillingsprognose bij maximale slagenergie, maar de sensor wordt niet buiten beschouwing gelaten. In navolgende figuur 10 zijn de snelheden per sensor in functie van tijd af-gebeeld. Tevens is in figuur 11 een overzicht van de piekwaarden per heitraject en sensor positie weergegeven ter herkenning van het verloop an de trilling over de hoogte en afhankelijk van de positie van de paalpunt.

8 Resumé Het analyseren van de stabiliteit door de combinatie van uitgangspunten verkregen uit deelanalyses is mogelijk gebleken. De gehanteerde stappen uit de toetsingsmethodiek boden een belangrijk houvast in de evaluatie van de werkzaamheden. De analyse van de initiële stabiliteit gaf inzicht in

Figuur 11 – Trillingssterkte sensoren 1 t/m 4 in de tijd.

Figuur 12 – Piekwaarde bodemversnelling over de hoogte per heitraject.

de aanwezige reserve en de positie van meest kritische bezwijkvalakken. De analyse van de mogelijke verdichting en installatie snelheid werd vertaald naar een uit te stormen poriënvolume, welke middels een bron-emmissie over de hoogte en in de tijd in een axiaal symmetrisch model succesvol werd vertaald naar een aan te houden verloop van de stijghoogte. De afschatting van de benodigde slagkracht middels CPT en Massarsch gaf houvast in de evaluatie van bijkomende dynamische belastingen. De gecombineerde toetsing in D-stab gaf inzicht in het uiteindelijke risicoprofiel

GEOTECHNIEK

21

MAART 2019

en aan te houden grenswaarden tijdens uitvoering. Het optreden van significante wateroverspanning is niet aangetoond, waarbij niet met volledige zekerheid kan worden gesteld dat dit volledig is uitgebleven. De trillingssterkte is goed af te schatten op basis van CPT en de methode van Massarsch. De verwachte trillingssterkte blijkt zich in iedere richting te kunnen voordoen, hetgeen risicovoller moet worden gezien dan de oorspronkelijke


aanname van 40% van de verwachtte (verticale) bodemversnelling. Het afheien naar einddiepte genereerde de hoogste bodemversnelling, waarbij de verticale richting maatgevend was. De berekening in de software met integrale waarden voor bodemversnelling (gelijk een aardbeving) vormen een (niet nader gekwantificeerde) overschatting van de aandrijvende trilblok krachten, zowel in 2 D als in 3D gezien. De meting toont aan dat de trillingssterkte afneemt over de hoogte en de theorie (Barkan) geeft aan dat de trilling afneemt over de afstand tot de bron. De thans aangehouden reductie van 50% van de prognose ten behoeve van glijcirkel berekening met integraal opgelegde bodemversnelling is werkbaar gebleken. Het invloedsgebied van de wateroverspanningen als gevolg van de trilwerkzaamheden heeft op basis van de axiale flow berekening een straal van ca. 10 m rond de paal. Buiten deze zone bedraagt de toename niet meer dan 0,2 m stijghoogte. Significante wateroverspanningen hebben zich op 3 m uit de paal niet voorgedaan, uitgaande van de goede werking van de meest stabiel veronderstelde sensor.

Bij meerpaal 78 is waargenomen dat de benodigde slagkracht nog juist door de 2350 VM was te genereren, De analyses laten zien dat in dit betreffende project de invloed van de paalinstallatie op de stabiliteit van het talud beperkt lijkt, doch wel degelijk een verlaging van de stabiliteitsfactor kan veroorzaken. Grootschalige taludinstabiliteit ten gevolge van trilwerkzaamheden was op voorhand niet waarschijnlijk. Lokaal kleinschalig falen in een zone rondom de paal was wel aannemelijk. De uitgevoerde registraties gaven geen blijk van significante verplaatsing of zetting. De verkregen meetresultaten en de opgestelde berekeningsmethodiek bieden ongetwijfeld nog ruimte voor verificatie en validatie. Dit artikel moet daarom als een aanmoediging voor verdere analyse worden gelezen, waarbij getracht is zo veel mogelijk informatie aan te reiken voor dit doel.

Dankwoord Bijzondere waardering gaat uit naar: –het Havenbedrijf Rotterdam, welke vanuit een visie in het investeren in kennisontwikkeling het belang van de analyse heeft herkend en de meting ook in de uitvoering heeft laten doorwerken. Hiermee is een waardevolle case studie beschikbaar gekomen voor het vakgebied. –Gemeentewerken Rotterdam, welke de installatie

GEOTECHNIEK

22

MAART 2019

van de instrumenten en de registraties in het project heeft verricht. –Bouwbedrijf Hakkers, voor de goede onderlinge afstemming van de uitvoering en de beheerste installatie van de meerpaal.

Referenties – ‘Full scale field test (sheet)pile driveability in Antwerp (Belgium)’, R.E.P. de Nijs, XVI ECSMGE 2015, Edinburgh; –Het trillen van damplanken in granulaire bodem, R.E.P. de Nijs, Geotechniek oktober 2003, pagina 46 - 54; CUR-Aanbeveling 113 Oeverstabiliteit bij zandwinputten, CUR, 2008, C113 –A simplified procedure of evaluating soil liquefaction potential, Seed H.B. & Idriss I.M. (1970), Earthquake Engineering Research Center, Berkeley, California, Report no. EERC 70-9; –K. R. Massarch: keynote lecture: ‘Static and dynamic soil displacements caused by pile driving’; proceedings of the fourth International conference on the Application of Stress Wave Theory to Piles, 1992; –Richard S. Olsen & ASCE M. (1988) Using the CPT for Dynamic Site Response Characterisation. Proceedings of the Speciality Conference on Earthquake Engineering and Soil Dynamics, ASCE No. 20, New York, USA. 쎲


GEOTECHNIEK

23

MAART 2019


COLUMN PRIKKEN IN KLEI (3):

Piet Lubking

DE POCKET-PENETROMETER GROND IN DE HAND HOUDEN Beheersing van het materiaal grond is voor de geotechnicus van cruciaal belang. Kennis van de basiseigenschappen is een eerste vereiste. Doorgrond letterlijk en figuurlijk op een verstandige manier in de hand te houden wordt bereikt dat geotechnische problemen niet uit de hand lopen.

De pocket-penetrometer kan worden beschouwd als een met handkracht penetrerende mini-CBRstempel, waarmee de ongedraineerde schuifsterkte van samenhangend materiaal als klei kan worden gemeten. Het apparaat wordt in diverse uitvoeringen veelvuldig in het terrein en in het laboratorium gebruikt om vanaf het oppervlak de sterkte van het materiaal op een snelle en eenvoudige manier te kwantificeren. Bij de proef wordt een mini-stempel met een diameter van 6,35mm (0,25 inch) handmatig verticaal in het kleioppervlak gedrukt tot een diepte van 6,35mm; de indruksnelheid bedraagt maximaal enkele centimeters per seconde. De daartoe benodigde druk op de stempel wordt afgelezen op een schaalverdeling.

Bij de CBR-stempel is het quotiënt van penetratiediepte en stempeldiameter D/B zeer klein (5 à 10%) en lopen de glijlijnen vanaf de onderkant van de stempel naar het maaiveld. Bij de pocketpenetrometer is de D/B-waarde = 1, waardoor rond de stempel een ander patroon van glijlijnen en vervormingen ontstaat. De glijlijnen buigen niet meer terug naar het maaiveld, maar naar de stempelschacht; in figuur 1 zijn de glijlijnen en vervormingen bij de pocket-penetrometerproef Ф6,35mm vergeleken met die bij de CBR-proef. De pocket-penetrometer maakt gebruik van een stempel waaraan een indrukbare veer is bevestigd. Bij de penetratie van de stempel in de klei wordt de veer ingedrukt; de kracht die noodzakelijk is om de voorgeschreven penetratie D te bewerkstelligen wordt door middel van de veerconstante geregistreerd. De indrukking van de veer wordt bij de eenvoudigste penetrometertypen op een lineaire schaalverdeling vastgelegd als een maat voor de ongedraineerde druksterkte (Engels: unconfined compressive strength) qu van de klei; de ongedraineerde schuifsterkte (Engels:

undrained shear strength) cu wordt gevonden door het afgelezen bedrag te delen door 2: cu = 0,5 qu. In figuur 2a is een representant van dit type penetrometer weergegeven. Bij andere pocket-penetrometeruitvoeringen vindt de registratie van de druksterkte plaats met behulp van een wijzer op een wijzerplaat; zie figuur 2b. Daarbij worden meestal twee schaalverdelingen weergegeven; de binnenschaalverdeling met de ongedraineerde druksterkte qu [spanning] = 2 cu en de buitenschaalverdeling met de ongedraineerde druksterkte Qu [kracht]. De veerconstante van de penetrometer kan worden gecontroleerd door het apparaat verticaal op een gecalibreerde balans te drukken en de aflezing Qu te vergelijken met de registratie van de balans. De ‘vertaling’ van de gemeten indrukking naar druksterkte van de gepenetreerde klei geschiedt aan de hand van de veerconstante op basis van de navolgende theoretische beschouwing.

Draagkrachtbenadering Evenals bij de CBR-stempel kan de pocket-penetrometer worden opgevat als een mini-uitvoering van een belaste funderingsplaat. De grootte van het grensdraagvermogen qb van de basis van de penetrometer bij ongedraineerde belasting van de klei-ondergrond (φ = 0) kan worden afgeleid op basis van de draagkrachtformule van Prandtl, aangepast voor een ronde, ruwe funderingsplaat, waarvan de penetratiediepte D = de plaatdiameter B = 6,35mm. De formule voor het grensdraagvermogen qb van de basisplaat luidt: qb = Nc.sc.dc.cu waarbij qb en cu de dimensie van een spanning hebben. Het grensdraagvermogen Qb [kracht] van de basis van de penetrometer is daardoor: Qb = A.Nc.sc.dc.cu. Daarin is Nc een draagkrachtcoëfficient en sc een vormfactor; beide parameters zijn afhankelijk van de hoek van inwendige wrijving φ, die in geval van ongedraineerd belastie klei gelijk is aan nul, waardoor Nc = 5,7 en sc = 1,2. Verder representeert dc de zogenoemde dieptefactor, die volgens veel onderzoekers kan worden gedefinieerd als dc = 1+0,4D/B op voorwaarde dat D/B niet groter is dan 1. Tenslotte representeert cu de ongedraineerde schuifweerstand van de ondergrond, terwijl A gelijk is aan het basisoppervlak van de penetrometer. Om het totale grensdraagvermogen of de volledige penetratiedruk Qu [kracht] van de gepenetreerde conus te bepalen dient tevens de

Figuur 1– Glijlijnen en vevormingen bij penetrerende valconus, CBR-stempel, pocketpenetrometer en pocket-penetrometer met vergroot Ф25mm-stempel.

Figuur 2 a+b – Gangbare pocketpenetrometertypen.

GEOTECHNIEK

24

MAART 2019


COLUMN

kleefkracht Qf langs de schacht over de penetratiediepte D in rekening te worden gebracht; deze bedraagt: Qf = π.B.D.F.cu. Daarin is F de langs de penetrometerschacht heersende verhouding tussen adhesie en cohesie. Het totale grensdraagvermogen van de penetrometer kan dus worden geschreven als: Qu[kracht] = Qb+ Qf = (A.Nc.sc.dc + π.B.D.F ). cu

Figuur 3 – Mogelijke ijkgrafiek ter bepaling van de ongedraineerde schuifsterkte cu op basis van de penetratiedruk Qu bij toepassing van diverse stempelafmetingen.

of als: qu [spanning]= (Qb+ Qf) / A Voor de pocket-penetrometer geldt dan: Qu [kN] = (3,03 x 10-4 + 1,27x10-4.F) cu[kPa] ofwel qu [kPa] = (9,58 + 4,0xF) cu[kPa] Volgens de geotechnische literatuur is de grootte van de adhesie voor slappe klei doorgaans praktisch gelijk aan de cohesiewaarde, zodat F = 1. In het adhesie-gebied van de pocket-penetrometer heerst echter een zeer lage terreinspanning, terwijl bovendien gemakkelijk een verstoring van de adhesie kan optreden door het handmatig indrukken van de stempel. Daarom wordt door veel onderzoekers een waarde F < 1 gehanteerd. Aan de hand van de schaalverdeling op een penetrometer met een wijzerplaat zou kunnen worden achterhaald met welke grootte van F is gerekend. Indien bijvoorbeeld (in oude eenheden) op de buitenschaal Qu = 5,4 kgf wordt afgelezen, hetgeen overeenkomt met een aflezing op de binnenschaal van qu = 3 kgf/cm2, bedraagt de verhouding tussen binnen- en buitenschaalaflezingen 3 / 5,4 = 0,56 cm-2. Met behulp van de bovenstaande uitdrukking voor Qu kan nu worden geconcludeerd dat bij de betreffende penetrometer een adhesiecohesieverhouding F≈ 0,25 is toegepast. Dit berekeningsresultaat wordt echter sterk bepaald door de ingevoerde grootten van Nc,sc en dc. Bovendien blijkt dat diverse alternatieve benaderingen van de grootte van Qu hogere waarden dan F≈ 0,25 opleveren.

Conusfactor NK De algemene formule voor de grootte van de ongedraineerde schuifweerstand op basis van een pocket-penetrometerwaarnemimg kan worden geschreven als:

Qu en onder de – overigens arbitraire – aanname van een waarde van F ≈ 0,5 heeft de conusfactor van de pocket-penetrometer een waarde van Nk = Qu / A.cu ≈ 11,6. De conusfactor kan worden aangeduid als Nk = Nc .sc .dc + h.F.4/D

Diverse stempeldiameters In geval van zeer slappe klei kan de standaardpenetrometervoet (Ф6,35mm) worden vervangen door een stempel met een groter basisoppervlak. Diverse penetrometertypen worden dan ook geleverd met opzetstempels Ф10mm,Ф15mm, Ф20mm en Ф25mm; zie figuur 2b. Laatstgenoemde heeft een ongeveer 16 groter stempeloppervlak dan de originele stempel. Bij dergelijke vergrotingen van de stempeldiameter verandert behalve het basisoppervlak A tevens de waarde van dc = 1 + 0,4D/B. Figuur 1 laat zien dat daardoor tevens het patroon van vervorningen en glijlijnen veranderingen ondergaat ten opzichte van dat bij de normale pocket-penetrometer. Als een waarde van F ≈ 0,5 wordt aangehouden zal de conusfactor in die gevallen worden gereduceerd van Nk = ca.11,6 bij de standaard-penetrometer tot Nk = ca.10,1 bij de penetrometer met een opzetstempel Ф25mm.

cu[kPa] = Qu [kN] / Nk.π.R[m]2

Voor alle stempeldiameters van de pocket-penetrometer geldt in principe de bovengenoemde formule voor de ongedraineerde schuifsterkte: cu [kPa] = Qu [kN] / Nk.π.R[m]2

Daarin is R = 0,5B = de straal van het stempeloppervlak, terwijl Nk de zogenoemde conusfactor voorstelt, die afhankelijk is van de vorm van de stempel en de penetratiediepte. Bij hantering van bovenvermelde uitdrukking voor

In de praktijk wordt daarbij vaak aangenomen dat Nk een constante is, zodat de penetrometeraflezing qu bij grotere stempeloppervlakken alleen moet worden gereduceerd naarmate het betreffende oppervlak groter is. Bijvoorbeeld: in geval

GEOTECHNIEK

25

MAART 2019

van een stempel Ф25mm moet de penetrometeraflezing gedeeld worden door een factor 16. In die gevallen is toepassing van een ijkgrafiek als aangegeven in figuur 3 aan te bevelen; daarin is de geregistreerde waarde van Qu[N] uitgezet tegen de ongedraineerde schuifsterkte cu[kPa] die de helft is van qu. In deze grafiek is voor alle stempeloppervlakken eenzelfde gemiddelde waarde van Nk =10,6 aangenomen. Gezien het grote aantal verschillende penetrometers dat in de handel leverbaar is verdient het aanbeveling om de ongedraineerde schuifsterkte, gevonden met een bepaalde pocketpenetrometer te calibreren door deze te vergelijken met de uitkomsten van penetratieproeven met een ruwe, ingesnoerde 90-gradenconus, die volgens de plasticiteitstheorie voor een ‘ideaal-plastisch’ materiaal een ‘theoretisch-juist’ draagvermogen oplevert van qu = Nk .cu = (3 + 2π) cu ≈ 9,3 cu. In een volgende aflevering van ‘Prikken in klei’ wordt verder ingegaan op ondiepe-penetratieproeven met diverse conustypen. Tenslotte wordt opgemerkt dat ook in andere disciplines dan de geotechniek pocket-penetrometers worden toegepast, bijvoorbeeld om de consistentie van betonspecie of de rijpheid van fruit te bepalen.

Deze en andere onderwerpen die voor de praktiserende geotechnicus interessant en belangrijk kunnen zijn, komen aan de orde in de door PAO Techniek en Management aangeboden cursus CGF-M (Masterclass ‘Handen aan de grond’) en worden behandeld in het bijbehorende boek ‘Grondgedrag" (www.grondgedrag.nl).


BOEKEN

CORNELIS LELY – INGENIEUR VAN HET NIEUWE NEDERLAND Auteur(s) C. Banning (m.m.v. E. Voigt) Recensent Frits Niemeijer Uitgave Pharos, Beilen, 2018. Gebonden, 288 pagina’s, met foto’s (z/w en kleur), kaarten, noten en literatuur, personenregister, enz. ISBN: 978-90-79399-99-4 Prijs € 29,90 Een nieuwe biografie van Cornelis Lely – was dat nodig? Nee en ja. Om de herinnering van deze grote vormgever van ons kleine land levend te houden, is het zeker van belang van tijd tot tijd een monument voor hem op te richten. Vanuit dat oogpunt valt een gedenkboek – in dit geval ter gelegenheid van 100 jaar Zuiderzeewet - dus zeker toe te juichen. Dat slechts een decennium terug het 75-jarig bestaan van de Afsluitdijk eveneens met een uitgave over Lely werd gevierd, kan echter twijfel oproepen. (W. van der Ham, Verover mij dat land. Lely en de Zuiderzeewerken) Maar hier kan weer tegenin gebracht worden dat ieder toegankelijk boek een bijdrage betekent aan het levend houden van de ruimtelijke geschiedenis van ons land. Juist als zo’n publicatie gespeend blijft van technische informatie – want die ontbreekt geheel in dit boek. Lely wordt in de eerste plaats herinnerd als de visionaire bedwinger van het natte hart van Nederland. Zijn Afsluitdijk en de vier grote droogmakerijen in de vroegere Zuiderzee zorgden voor een ingrijpende verandering van de contouren van Nederland. Met zijn ingreep is een oude droom werkelijkheid geworden. Nadat vanaf de tweede helft van de 17de eeuw (Hendrik Stevin) diverse ontwerpen voor afsluiting van en landaanwinning in de voormalige Zuiderzee het licht hadden gezien, was het uiteindelijk civiel ingenieur en later minister van waterstaat, Cornelis Lely, die de plannen en de geesten rijp maakte voor de verwezenlijking hiervan. Lely (1854-1929) werd geboren in Amsterdam en groeide daar ook op, maar zijn naam is minstens even sterk verbonden met Den Haag, waar hij in de loop der decennia meerdere adressen bewoonde. Lely’s vroegste jaren als aan de Polytechnische School in Delft (nu: TU Delft) afgestudeerd (1875) civiel ingenieur waren niet de meest veelbelovende. Een reeks van korte contracten bij verschillende particuliere en (semi)overheidswerkgevers hield hem van de straat, maar hij moest meer dan eens bij zijn bemiddelde vader aankloppen om het door hem gewenste peil van leven te kunnen bekostigen. Voor hedendaagse jonge generaties academici niets nieuws dus! Zelfs het huwelijk met zijn oogappeltje, Mies van Rinsum - eindelijk

in december 1881 - moest wachten op een stabiele betrekking. Die was er gekomen, toen hij een functie kreeg bij de Rijkscommissie voor Graadmeting en Waterpassing, die verantwoordelijk was voor de vaststelling en verspreiding van het (Normaal) Amsterdams Peil (NAP). Een van de tijdelijke aanstellingen die hieraan voorafgingen, bracht hem in Zwolle, waar hij in 1878 een kamer had bij de familie Van Diggelen. Vader (Benjamin, ingenieur bij Rijkswaterstaat) en zoon (Pieter, rechter en gemeenteraadslid in Zwolle), publiceerden in 1849, respectievelijk 1877, een plan en een brochure over eventuele droogmaking van de Zuiderzee. Als Cornelis Lely al niet wás geïnfecteerd met het ‘poldervirus’, dan is hij toen wel aangestoken. Samen met Age Buma (een autodidact die het tot Tweede Kamerlid

schopte) en Pieter Van Diggelen, die in 1886 de Zuiderzeevereeniging oprichtten, zou Lely zich vanaf die tijd intensief gaan inzetten voor de verwezenlijking van plannen voor afsluiting en gedeeltelijke droogmaking van het natte hart van Nederland. In de volgende jaren deed hij acht technische nota’s voor de realisatie van de plannen het licht zien, waarvan het laatste, uit 1892, het meest lijkt op de uiteindelijk tot stand gekomen werken. Banning gaat helaas nauwelijks in op de evolutie van de nota’s, maar gelukkig zijn er wel enkele afbeeldingen van kaarten daaruit opgenomen.

GEOTECHNIEK

26

MAART 2019

Wel besteedt hij ruim aandacht aan de maatschappelijke context waarin een en ander zich voltrok. Terwijl de Zuiderzeevereeniging via Buma wel stevige tentakels in de nationale politiek kon laten kronkelen, was het echter vooral het feit dat Lely aan de andere kant van de tafel kon plaats nemen. In 1891 werd hij namelijk voor het eerst benoemd tot minister van Waterstaat en kon hij helpen zijn eigen plannen naar het centrum van de maatschappelijke interessesfeer te brengen. Al in 1894 meende men het pleit te hebben gewonnen, omdat de desbetreffende Staatscommissie in haar rapport overwegend positief had geoordeeld. Het einde van Lely’s ministerschap gooide echter roet in het eten en uiteindelijk duurde het tot 14 juni 1918, tijdens een derde ambtstermijn, eer de Wet tot afsluiting en droogmaking van de Zuiderzee (ook: de Zuiderzeewet) in het Staatsblad werd geplaatst. De werken begonnen twee jaar later en al in 1932 was de Afsluitdijk – symbool en icoon van de Zuiderzeewerken - gereed. Lely heeft de voltooiing hiervan dus niet meer mogen meemaken, maar de voldoening van het oversteken van de kleine voorloper ervan – de dijk die het eiland Wieringen met het vasteland verbindt – heeft hij, in 1925, nog wel gesmaakt. De naam Lelystad, hoofdstad van provincie Flevoland, is uiteraard direct ontleend aan de belangrijkste ruimtelijk vormgever van het vroegere natte hart van Nederland en vormt ook het grootste eerbetoon. Maar in talrijke andere gemeenten en plaatsen hebben eveneens vernoemingen plaatsgevonden, waaronder in Scheveningen en in Amsterdam. Terwijl Lely’s beroemdheid vooral berust op zijn Zuiderzeeproject – en dit was immers de aanleiding voor deze uitgave - zijn er talloze andere functies en bemoeienissen die hem in de geschiedenisboeken hadden kunnen brengen. Zo was hij kort voor1879 nauw betrokken bij de voorbereidingen van de (uiteindelijk in de Tweede Kamer gesneuvelde) Kanalenwet. Met die wet beoogde toenmalig minister Tak van Poortvliet in één keer goedkeuring te krijgen voor 14 kanalen en vaarwegverbeteringen. Het ging hierbij om een politiek spel, waarbij - door het zogenoemde districtenstelsel – voor veel provincies wel iets te winnen vielen. Ingenieur Lely zag zijn voorbereidend werk ten onder gaan en mogelijk leidde deze ervaring er wel toe dat hij zelf later vooral een minister van de inhoud was. Cornelis Lely was ook betrokken bij de voorbereidingen van het Merwedekanaal - later van de nieuwe Amsterdam-Rijnverbinding - en bij wet-


BOEKEN

geving rond verschillende andere water- en havenwerken. Als minister was hij de man achter de concessionering van exploitatie van het steenkolengebied van Zuid-Limburg, enz., enz. Een – zeker voor die tijd - opmerkelijke ingreep in de Nederlandse kustlijn was de (gefaseerde) aanleg van vissershavens in Scheveningen. Onder meer tijdens een intermezzo als Haags wethouder (1908-1913) kon hij een lans breken voor het doorbreken van de kustlijn en de aanleg van een veilig geacht thuis voor de Scheveningse ‘bommen’. De (drie) havens kwamen ten noorden van het bestaande Haagse Uitwateringskanaal te liggen en zijn gegraven in de perioden ca. 1898, 1903 en 1923-1931. Dat Scheveningen en het nabije zuidwesten van Den Haag hierdoor in de Tweede Wereldoorlog zeer zwaar te lijden zouden krijgen, was toen amper te voorzien. Een schijnbaar buiten deze overwegend technische zaken vallende taak, was zijn ministeriële (mede)verantwoordelijkheid voor verschillende facetten van sociale wetgeving. Minder vreemd echter, wanneer je bedenkt dat Cornelis Lely zich als links-liberaal verantwoordelijk voelde en in de positie wist voor oplossing van maatschappelijke problemen en misstanden. Dat hier soms technische kanten aan zaten, bracht mee dat hij er zijn zegje over kon doen. Lely had mede hierdoor vooral invloed op de totstandkoming van de Ongevallenwet (1900) en de Woningwet (1901). Een van de meest opmerkelijke functies die hij verder bekleedde, was zijn drie jaar lange Gouverneurschap van de toenmalige kolonie Suriname (1902-1905). Ook daar tuigde Lely een aantal grote infrastructurele werken op, maar hij keerde er uiteindelijk flink gedesillusioneerd van terug. Banning schrijft letterlijk: “Hij kon de functie [nl. nieuw lidmaatschap van de Tweede Kamer, in 1905] niet direct aanvaarden, omdat hij zwaar overspannen en zwaarlijvig terugkwam uit Suriname.” Het bekendste project waaraan hij zich in Suriname wijdde, was de aanleg van een spoor-

weg van Paramaribo naar de zuidelijke binnenlanden die ten doel had veronderstelde goudreserves bereikbaar en exploitabel te maken. Hoewel het zeker niet om klatergoud ging, bleek de lijn als zodanig weggegooid geld te zijn: stukje bij beetje is hij opgeheven. (zie ook: Vitruvius, 9e jrg., no. 35, 2016, pp. 25,26). Ook een andere functie is op deze plaats (weer) het memoreren waard; Banning schrijft er kort over op blz. 189. Nadat in op 13 september 1918 – Lely was toen vier dagen minister-af, een van de ernstigste spoorwegongelukken in ons land had plaatsgevonden, behoorde hij tot de bezoekers van de rampplaats, een verzakt dijklichaam naast de spoorbrug over de Vecht (en niet het Merwed-

WIN HET BOEK! Onder onze lezers verloten wij 5 exemplaren van dit boek. Mail vóór 22 april met uw naam en adres naar info@uitgeverijeducom.nl onderwerp ‘Lely’. De winnaars krijgen voor eind april een bericht.

ekanaal, zoals hier en daar ook te lezen valt) bij Weesp. Lely werd kort daarna benoemd tot voorzitter van de onderzoekscommissie van dit ongeluk, waaruit een commissie voortkwam voor onderzoek van het draagvermogen van grond, de zogenoemde Bouwgrondcommissie. Het bleek dat de dijk verzadigd was van water en dat de rails afgleden. Er is aan het 100-jarig jubileum van deze discipline – die nu geotechniek heet – vorig jaar ruim aandacht besteed. Banning roert nog verschillende andere zaken en taken aan waarin Lely een rol van betekenis speelde, maar helaas dringt hij daarbij niet altijd tot de kern door. Tenzij die kern bestaat uit Lely’s vrijzinnig Doopsgezinde levensovertuiging: er is geen hoofdstuk waarin de locaties van de Doopsgezinde kerken die hij bezocht, worden vergeten.

En zo zijn er wel meer herhaaldelijk gememoreerde feitjes die tot leesirritatie kunnen leiden. Wel komt expliciet én impliciet uit de verf dat Cornelis Lely een zachtaardige, bescheiden en zelfs enigszins ‘geblutste’ man was, die – met zijn 1,75 m (niet klein voor die tijd) – ondanks zichzelf tot een reus in de nationale politiek uitgroeide. Een politiek die niet zijn keuze, maar zijn lot was: eigenlijk was hij een visionair ingenieur in hart en nieren, die politiek bedreef om door een stille, ingetogen bestuursstijl zijn doelen te bereiken. Lely zat binnen het politieke spectrum in links-liberale hoek en mede hierdoor valt te verklaren dat Banning diens streven naar overheidsstimulering in diverse publieke en infrastructurele werken als een vorm van keynesianisme avant la lettre neerzet. Dit was dan vermoedelijk de praktische uitwerking van Lely’s Doopsgezinde achtergrond. Waarvan acte. Anderen hebben al opgemerkt dat het moeilijk is een echte verstehende biografie van Lely samen te stellen. Daarvoor heeft hij te weinig ego-documenten met zielenroerselen nagelaten. We zullen daar vrede mee moeten hebben, al blijft het natuurlijk altijd mogelijk dat er nieuwe inzichten gedestilleerd worden uit de ter beschikking staande bronnen. Een jubileumjaar is daarvoor niet de meest geschikte aanleiding: tijdsdruk is meestal een belemmerende factor. Een biografische dissertatie - zonder tijdslimiet - zou echter een welkome aanvulling op alle nu op-gediepte feiten kunnen opleveren. Cornelis Lely; Ingenieur van het nieuwe Nederland is weliswaar niet diens definitieve biografie, maar het is wel een op moderne leest geschoeide toegang tot zijn leven en werk - mede dankzij ruime aandacht voor de (maatschappelijke) context van de hoofd-persoon. Een definitieve biografie zou ook diep moeten graven in facetten van zijn technisch grensverleggende werk. Welke civiel-ingenieur met historische interesse meldt zich? 쎲

NEEM DEEL AAN DE ECSMGE-2019-SPECIAL! ECSMGE 1- 6 September 2019 REYKJAVIK

Deze speciale Engelstalige editie van Geotechniek verschijnt rondom de XVII European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 1-6 September 2019 in Reykjavik, IJsland.

De special wordt gedistribueerd via Conference Bags en/of balies en ze verschijnt op de site van Geotechniek. Uw bereik is dus optimaal! Presenteer u aan een internationaal publiek in de grond-, weg- en waterbouw en milieutechniek.

Geniet nu van de VROEGBOEKKORTING! Informeer naar de plaatsingsmogelijkheden via info@uitgeverijeducom.nl en/of 010 425 65 44.

GEOTECHNIEK

27

MAART 2019


GEOTECHNIEK WAS ERBIJ

INGENIEURSBUREAU VAN GEMEENTE ROTTERDAM INVESTEERT IN DE TOEKOMST MET HANDS-FREE SONDEERSYSTEEM e eerste in zijn soort en gericht op de toekomst: de Track-Truck met COSON-ST van A.P. van den Berg uit Heerenveen. Deze hypermoderne machine voor handsfree sonderen werd op vrijdagmiddag 18 januari door de Veldmeetdienst en Laboratoriumgroep (VLG), onderdeel van het Ingenieursbureau Rotterdam, feestelijk in gebruik genomen. Nederland vormt daarmee opnieuw het toneel voor een innovatieve en voor-

D

uitstrevende toepassing van sondeertechnologie en dat past uiteraard bij het land dat de bakermat vormt van deze methode voor in-situ bodemonderzoek. ‘Het systeem werkt eenvoudiger, sneller en ook nog eens stiller in vergelijking tot de traditionele sondeersystemen’, aldus één van de sondeermeesters van de VLG. A.P. van den Berg heeft de visie dat de sondeercabine zich als werkomgeving zal ontwikkelen van een werkplaats naar kantoorplek. Daar waar de sondeermeesters zich voorheen vooral bezighielden met handmatige technische handelingen om de productie gaande te houden, zal nu een engineer het productieproces enkel bewaken en de rest van de tijd “op de wagen” kunnen vullen met het verwerken van data en ontwerp- of andere kantoor-gerelateerde werkzaamheden. Ter ondersteuning van deze visie heeft A.P. van den Berg de ST-technologie ontwikkeld. Dit gepatenteerde Single-Twist (ST) systeem maakt met het, tevens gepatenteerde, hydraulisch aange-

GEOTECHNIEK

28

MAART 2019

dreven indrukapparaat COSON een volautomatische sondeer-cyclus mogelijk. Met slechts een druk op de knop wordt de cyclus gestart waarbij de sondeerstreng, met aan de punt het meetinstrument, in één continue beweging door de COSON de grond in wordt gedrukt. Hierbij wordt deze sondeerstreng op een vernuftige wijze geheel automatisch vanaf een haspel uit afzonderlijke, maar met elkaar verbonden ST-buizen opgebouwd. Na het bereiken van de einddiepte zal de drukbeweging wijzigen in een trekbeweging en wordt de sondeerstreng weer automatisch afgebouwd en op de haspel gerold. Dit ingenieuze systeem biedt grote ergonomische voordelen: de fysieke belasting voor de bediener van het systeem is bijzonder laag, de veiligheid is enorm vergroot doordat handmatige handelingen bij het in beweging zijnde systeem nagenoeg overbodig zijn en het functioneren van personeel op de sondeerwagen wordt doeltreffender, namelijk gericht op het vergaren, rapporteren en verwerken van betrouwbare meetdata. Daarnaast biedt het COSON-ST systeem operationele voordelen: het systeem werkt sneller dan de traditionele systemen, door de continue beweging kan er doorgaans dieper gesondeerd worden en de ST-buis is zodanig vormgegeven dat het risico op breuk en de daarmee gepaard gaande stilstand en kosten, zoveel mogelijk wordt beperkt.


GEOTECHNIEK WAS ERBIJ

Tenslotte is de COSON-ST volledig compatibel met het digitale Icone sondeermeetsysteem van A.P. van den Berg, waarmee de gebruiker toegang heeft tot de volledig range van los of gecombineerd toe te passen meetinstrumenten. De basis is een digitale conus (Icone) voor het verkrijgen van de standaard sondeerparameters. Aanvullende parameters kunnen worden verkregen met de Icone click-on modules voor het uitvoeren van seismische testen, metingen van elektrische geleidbaarheid of het aardmagnetisch veld of vinproeven.

BETERE ERGONOMIE VEILIGER EN DOELTREFFENDER

Met deze COSON-ST technologie is er door A.P. van den Berg wel weer een piketpaal geslagen met betrekking tot de toekomst van het sonderen en het is natuurlijk fantastisch dat het Ingenieursbureau van de gemeente Rotterdam dit heeft (h)erkend!

Heeft u binnenkort ook een jubileum te vieren, een andere festiviteit of bijeenkomst? Laat het ons weten: info@uitgeverijeducom.nl

GEOTECHNIEK

29

MAART 2019


Excel in creating sustainable solutions for a better world

BESIX Nederland is als multidisciplinair bouwbedrijf ruim 25 jaar aanwezig op de Nederlandse markt en heeft succesvol deelgenomen aan tal van innovatieve en toonaangevende projecten die het Nederlandse landschap mee vormgeven.   BESIX Nederland heeft mee gebouwd aan projecten zoals de 2de Coentunnel, Renovatie van de Velsertunnel, Lammermarkt- en Garenmarktgarages, de Hogeschool Utrecht, Traverse in Dieren, de Prinses Beatrixsluis, Neeltje Jans Radartoren, Theemswegtracé in de haven van Rotterdam, de A6 in Almere, de Maastoren, de Montevideo toren en nog zo veel meer.   Wij bieden een unieke integrale aanpak o.a. dankzij ons eigen ingenieursbureau met ruim 180 experten in domeinen zoals geotechniek, structuren, uitvoeringsmethodes, digitalisering, betontechnologie, …. Dankzij deze know-how kunnen we snel inspelen op de dynamiek in de markt en de noden van onze klanten. Lammermarktgarage

Trondheim 22 - 24 Barendrecht

www.besix.nl

+31 (0)180 64 19 90 nederland@besix.com

/company/besix-nederland/

GEOTECHNIEK

30

MAART 2019


n h i c ek e t ONAFHANKELIJK O NAF HA NKE LIJK VAKBLAD V A K BL A D VOOR V OO R HET GE GEOTECHNISCHE O TE CHNISCHE W WERKVELD ERK V ELD

Thema: Laat je niet verrassen bij het versassen Risicobeheersing bij sluizenbouw

SPECIAL

K E D I A N G H B C E E L T G O I E E G ORGANISATIE

EXPER TGROEP GEOTECHNIEK IE-NET I.S.M. KIVI AF D. GEOTECHNIEK

B I J L A G E V A N G E OGTE OETCE CHH NNI EIKE K

NUMMER 1

MAART 2019


Creating land for the future

SOLUTIONS FOR GLOBAL CHALLENGES

DEME PROVIDES:

DEME is a world leader in the highly specialised fields of dredging, marine engineering and environmental solutions. By fostering a pioneering approach, DEME operates as a front runner in innovation and new technologies. With a strong presence in all of the world’s seas and continents, DEME provides solutions for global, worldwide challenges: a growing population, the scarcity of natural resources, polluted rivers and soils, the reduction of emissions and rising sea levels.

Dredging and land reclamation Marine and offshore energy solutions Infra marine solutions Environmental solutions Fluvial and marine resources

DEME Haven 1025, Scheldedijk 30 • B-2070 Zwijndrecht, Belgium T +32 3 250 52 11 • info.deme@deme-group.com • www.deme-group.com


Gauthier Van Alboom Voorzitter Expertgroep Geotechniek ie-net

GEOTECHNIEKDAG 2018 = SLUIZENDAG

Figuur 1 – Netwerking op de Geotechniekdag.

et programma van de Geotechniekdag, met sprekers uit België en Nederland, heeft op 4/12 meer dan 100 geotechniekers naar het hotel Van der Valk in Beveren kunnen lokken. Naast de kennisdeling was er ook ruimte voor netwerking in een aangename sfeer. De sluizenprojecten die werden besproken waren netjes verdeeld over beide landen: Kieldrechtsluis en sluizen Sint Baafs-Vijve en Lanaye enerzijds en sluizen Gouda, Limmel, IJmuiden anderzijds. De nieuwe sluis Terneuzen kan dan weer gezien worden als een gemeenschappelijk project, en bij de Panamasluizen behoorden Belgische en Nederlandse bouwfirma’s tot de grote spelers.

H

Bij de presentaties kwam ook de verschillende aanpak bij het in de markt zetten door de overheid van sluizenprojecten (en infrastructuurprojecten in het algemeen) tot uiting. Enerzijds D&C contracten in Nederland, waarbij het ontwerp grotendeels door de opdrachtnemer wordt uitgewerkt, anderzijds de Belgische aanpak waarbij dit grotendeels gebeurt door de opdrachtgever.

Synopsis van de Geotechniekdag Wereldwijd bestaat de noodzaak om meer, sneller en betrouwbaarder materialen te transporteren over het water, dit uit oogpunt van mobiliteit en duurzaamheid. Natuur- en wiskundige Blaise Pascal gaf het al aan in de 17de eeuw: “ Les rivières sont des chemins qui marchent et qui portent où l’on veut aller” (vrij vertaald: Waterwegen zijn wegen die bewegen en je brengen waar je heen wil). Om het watertransport en de overslag van goederen naar land mogelijk te maken dient de maritieme toegang tot de havens verzekerd te

worden [1]. Suizen vormen hierbij een belangrijk sluitstuk. Op deze studiedag werden een aantal indrukwekkende en complexe sluizenprojecten toegelicht, indrukwekkend in omvang en/of complex in ontwerp en uitvoering. Hieronder vindt u een korte samenvatting (die evenwel niet de pretentie heeft van volledigheid) van de items i.v.m. risicobeheersing die aan bod kwamen, mede gesteund op de synthese presentatie [11] van de studiedag.

1. Geologisch en geotechnisch onderzoek Het adagium “een succesvolle werf begint met een degelijk geologisch en geotechnisch onderzoek” werd - voor wie daar nog mocht aan twijfelen meermaals bevestigd. Het belang van een goede kennis van de plaatselijke geologie (= moeder van de geotechniek) is essentieel en werd in het bijzonder aangetoond in de lezing over de Panamasluizen [7]. Verder in deze special vind je ook het betreffende artikel van Anthony De Vos - Jan De Nul. Figuur 2 toont een beeld van de geologische inspectie van de uitgraving. Naast een grondige studie van de geologie dient ook nagegaan of het basis geotechnisch onderzoek dat in het bestek werd opgenomen door de opdrachtgever, waar nodig uitgebreid en aangevuld moet worden [5] en [10]. Dit is in het bijzonder het geval bij D&C contracten waarbij de opdrachtnemer ook instaat voor het ontwerp. In deze Nederlandse aanpak dient de opdrachtnemer een grondige kennis van de grondgesteldheid te verwerven en zijn ontwerp en uitvoeringsmethoden daarop terdege af te stemmen.

G EOT EC H N I E KDAG B E LG I Ë

33

MAART 2019

Dit werd geïllustreerd in de presentatie over de sluis Terneuzen, Voorafgaand aan de aanbesteding werd een verkennend onderzoek uitgevoerd van sonderingen, boringen en laboratoriumonderzoek. De focus werd daarbij in het bijzonder gelegd op de onderkenning van de diepere tertiaire lagen. Aandachtspunt daarbij was de uitschuring van de Boomse klei door een oude geul, die nadien was opgevuld met glauconiethoudend zand. Het verkennend onderzoek werd dan door de aannemer aangevuld met een omvangrijk proevenpakket, dat zich in belangrijke mate richtte op risicobeheersing van o.a. (rest)zettingen, verwekingsgevoeligheid van de grond en hydrologisch gedrag (ondermeer ook proeven voor de juiste afbakening van het voornoemde gat in de Boomse klei en de doorlatendheid van het opvullende glauconiethoudend zand). Figuur 3 toont de doorsnede van sluiskolk en sluishoofden bovenop het geologisch profiel, en illustreert duidelijk dat de sluiskolk zich situeert t.h.v. het gat in de Boomse klei. Bij de Belgische aanpak vormt het uitgebreide grondonderzoek dat bij het bestek is gevoegd de basis voor het volledige project en wordt dan ook in eerder beperkte mate aangevuld door de opdrachtnemer. Een andere interessante en zeker te onthouden ervaring is dat men moet beschikken over recent uitgevoerd grondonderzoek, of ten minste vroeger onderzoek bevestigd door nieuwe proeven. Wanneer dit niet het geval is kan dit leiden tot problemen, zoals aangetoond in de presentatie over de sluis van Lanaye [9]. Door wijzigende prioriteiten was het project met meer dan 20 jaar


SAM E N VAT T I N G In België, Nederland en ook in het buitenland zijn belangrijke sluizenprojecten net afgewerkt, in uitvoering of in voorbereiding. Reden voor de ie-net expertgroep Geotechniek om, samen met KiVi Nederland, op de jaarlijkse Geotechniekdag een

aantal projecten toe te lichten. Daarbij werd de focus gelegd op de manier waarop met de geotechnische risico’s werd omgegaan. Aan de sprekers was ook gevraagd om ervaringen en lessons learned te delen.

Figuur 2 – Geologische inspectie uitgravingen voor Panamasluizen.

uitgesteld. Voor de uitvoering van de diepwanden (figuur 4) en in het bijzonder de bentonietspoeling in een grindpakket werd door de aannemer uitgegaan van de representatieve d10 waarde bepaald uit de korrelverdelingsanalyses die in het kader van het vroeger uitgevoerde uitgebreide onderzoek waren uitgevoerd. De keuze van het bentoniet werd dan ook gemaakt op basis van deze waarde, rekening houdend met bestaande normen en richtlijnen en eigen ervaringen van de aannemer in dergelijke gronden. Alhoewel alles erop wees dat de diepwanden met de bestaande expertise zonder problemen konden worden uitgevoerd, werd bij het graven van de eerste panelen een verlies van grote hoeveelheden bentoniet vastgesteld. Bijkomend grondonderzoek met monstername en granulometrische analyses gaf aan dat de representatieve d10 waarde van het grindpakket 10 tot 15 maal groter was dan de waarde die uit het oorspronkelijke onderzoek was gevolgd. Het bleek dat de fijne deeltjes die destijds in die lagen de grindmatrix opvulden nagenoeg volledig waren uitgespoeld (hoogst waarschijnlijk ten gevolge van waterstroming doorheen het grindpakket), wat dus een belangrijk effect had op de microstabiliteit van de wand. Dankzij de expertise van de aannemer kon het probleem worden opgelost door een andere keuze van het bentoniet en toevoeging van toeslagstoffen.

2. Opmaken van een gedragen geohydrologisch model Naast een gedegen kennis van geologie en geotechnische karakterisering van de lagenopbouw, is het opmaken van een hydrologisch model bij sluizenprojecten zonder meer een must. Vertrekkend van een uitgebreide grondwatermonitoring wordt de bestaande grondwatersituatie in kaart gebracht. Ook historische gegevens en ervaringen worden in acht genomen. Zo was er bijv. een sterke

Figuur 3 – Geologisch profiel met inplanting sluiskom en sluishoofden sluis Terneuzen.

terughoudendheid voor grote bemalingen bij de bouw van de nieuwe sluis van Terneuzen wegens de historiek van grote verzakkingen bij de bouw van de bestaande sluizen [5]. Een volledige geohydrologische modellering laat toe de effecten van de aanleg van sluizen correct in te schatten: effect van grondwaterverlagingen in nabije en verdere omgeving, effecten van de potentiële tijdelijke of permanente verstoringen van de waterdichte bodem [3], in kaart brengen van de wijziging van de hydrologische situatie door het baggeren van de vaargeul [10].

a. Belastingsproeven bij renovaties Dit is zeker het geval bij de renovatie van historische sluizen [2]. De beschikbare informatie is veelal beperkt en de staat van fundering en kwelschermen is vaak niet vast te stellen met inspecties (figuur 5), wat leidt tot grote onzekerheden. Dankzij monitoring, belastingproeven aangevuld met moderne geotechnische analyses kunnen de onzekerheden worden beperkt en vertaald naar realistische scenario’s voor deze onderdelen. Dit werd uitgewerkt voor de case van een historische keersluis bij Gouda (paalfundering).

3. Full scale proeven, monitoring en observaties bij ontwerp

b. Prooftesting om werkbaarheid van het concept van specifieke bouwonderdelen na te gaan Full scale proeven, gecombineerd met monitoring, kunnen ook gehanteerd worden als prooftesting,

In nagenoeg alle presentaties kwam het belang van full scale proeven, monitoring en observaties naar voor.

G EOT EC H N I E KDAG B E LG I Ë

34

MAART 2019


om de werkbaarheid van “slimme” oplossingen voor specifieke problemen bij sluizen aan te tonen [3]. Dit was het geval voor de sluis van Limmel, een van de sluizen die worden vervangen of gerenoveerd om het Juliana kanaal beter toegankelijk te maken. Een toprisico voor deze projecten was de potentiële, tijdelijke of permanente, verstoring van de waterdichte bodem (figuur 6). De werkbaarheid van het uitgedachte waterremmend systeem werd door de opdrachtnemer aangetoond d.m.v. een pompproef (heksenproef) en daaraan gekoppelde monitoring, en verder opgevolgd tijdens de uitvoering. c. Impact specifieke gedrag speciale gronden op bouwconcept Voor de Kieldrechtsluis [4] en de nieuwe sluis Terneuzen [5] vormden de zwel van de Boomse klei en de inheibaarheid van damplanken en buispalen in die klei en in de glauconiethoudende zanden een bijzonder aandachtspunt. Bij het ontwerp van de Kieldrechtsluis werd door de opdrachtgever een uitgebreid monitoringprogramma (met klassieke en meer advanced meettechnieken) opgezet om de zwel van de Boomse klei op te volgen, zodat de zweldruk t.h.v. de deurloop kon worden voorspeld. Ter plaatse van de sluiskolk zelf konden, door de opbouw van de sluisvloer met tegels, opwaartse verplaatsingen ten gevolge van zwel worden opgevangen. Ter hoogte van de deurloop waren die bewegingen echter slechts beperkt toelaatbaar om het rollen van de deuren niet te hinderen. Er was een periode van 1,5 à 2 jaar voorzien om de klei vrij te laten uitzwellen; de resterende zweldruk diende begroot te worden voor een adequate dimensionering van de wapening van de deurloop. Deze rest-

Figuur 4 – Realisatie diepwanden sluis Lanaye.

zweldruk is nog vrij belangrijk, omdat door de uitermate kleine doorlatendheid van de Boomse klei het consolidatieproces en dus ook de zwel heel traag verloopt. Zoals blijkt uit figuur 7 komt de grootteorde van de bij ontwerp voorspelde zwel goed overeen met de opgemeten waarden. De planning van de werf liet niet toe vanaf het begin van de uitgravingen de nodige meetapparatuur te installeren, zodat de initiële zwel niet kon worden opgemeten. Positief is dat het overgrote deel van de meetapparatuur nog operationeel is (hetgeen bij plaatsing en werking in werfomstandigheden niet evident is). Dankzij het feit dat de overheid als opdrachtgever het monitoring programma zelf heeft opgezet, kan dit nu ook verder worden doorgevoerd. Bij het ontwerp van de nieuwe sluis Terneuzen werd de inheibaarheid van damplanken en buispalen t.p.v. de sluiskolk onderzocht d.m.v. een heiproef [6]. De voorspelbaarheid ervan wordt immers bemoelijkt door het voorkomen in de ondergrond van Boomse klei en galuconiethoudende zanden. Bij dit onderzoek werd een integrale risicoanalyse (figuur 8) toegepast waarbij naast het technisch, economisch en planningsaspect ook het omgevingsaspect werd in acht genomen. In functie van resp. betrouwbaarheid van en gevoeligheid aan de inputparameters kan dan de onzekerheid/ betrouwbaarheid van de analyse worden ingeschat, zoadat correcte uitvoeringsbeslissingen kunnen worden genomen i.v.m. toe te passen technieken en mitigerende maatregelen. Bij de proefheiïngen werden zowel de inheibaarheid zelf, beschadiging en functiebehoud (uit

Figuur 5 – Inspectie sluis Gouda.

G EOT EC H N I E KDAG B E LG I Ë

35

MAART 2019

slot lopen bij zwaar heiwerk) als schade (nabijheid kaaimuur en sluizencomplex) en hinder voor de omgeving onderzocht. Hierbij werd een uitgebreid monitoringprogramma opgezet met vervormingsmetingen aan bestaand sluizencomplex, meting voortplanting trillingen, waterspanningen, en geluidshinder in nabije en verdere omgeving. De gepaste maatregelen werden genomen om de heibaarheid van de damwanden en buispalen, met behoud van functionaliteit te verzekeren en de impact op nabije en verre omgeving op een aanvaardbaar niveau te houden. d. Risico zettingsvloeiing Het risico op zettingsvloeiing van losgepakte zanden door baggerwerken en tril- en heiwerkzaamheden was reëel voor de omgeving van de sluizen van Terneuzen en IJmuiden [5] en [10], gelet op de historiek van vroegere zettingsvloeiingen. Voor beide sluizenprojecten werden daarom voorafgaand sonderingen met opmeting van waterspanningen, heiproeven gekoppeld aan waterspannings-, trillingsmetingen en observaties van taluddeformaties uitgevoerd. Deze proeven en metingen werden als input gebruikt voor de predictie van wateroverspanningen in verwekingsgevoelige gronden (figuur 9). Voor de sluis IJmuiden werd bovendien een ontgravingsproef uitgevoerd waarbij een zettingsvloeiing werd uitgelokt. Op die manier konden predictiemodellen worden ontwikkeld, die een adequate risicobeoordeling mogelijk maken. Als mogelijke mitigerende maatreglen werden gegraven i.p.v. geheide of getrilde wanden, beperkingen van de bovenbelasting en taludhellingen van de uitgravingen, gekoppeld aan een beperkte


Figuur 6 – Potentiële verstoring van de waterdichte bodem bij bouw sluis Limmel.

Figuur 7 – Berekende versus gemeten zwel Boomse klei.

Figuur 8 – Integrale risicoanalyse inheibaarheid damplanken en buispalen.

bemaling t.p.v. verwekingsgevoelige zones voorzien. De monitoring van waterspanningen, trillingen en taluddeformaties werd ook verder gezet tijdens de uivoering om gevaarlijke situaties snel te kunnen detecteren. e. Effecten van wijziging geohydrologische situatie De effecten van grondwaterverlaging en wijziging van de geohydrologische situatie in het algemeen vormen eveneens een bijzonder aandachtspunt bij sluizenprojecten. Voor wat het risico gekoppeld aan een grondwaterverlaging betreft bestaan er 2 opties: ofwel uitwerken van een bouwconcept dat geen merkbare wijziging van de grondwaterstand noodzaakt, ofwel voorzietn van gepaste mitigerende maatregelen bij diepe bemalingen. In de eerste optie kunnen plaatselijke bemalingen nog noodzakelijk zijn om bijv. zettingsvloeiingen te voorkomen.

Figuur 9 – Beoordeling op basis van CPTU static liquefaction screening diagram, Shuttle & Cunning (2008).

Het baggeren van een diepe vaargeul voor de nieuwe sluizen leidt bovendien tot een algemene wijziging van de geohydrologische situatie met mogelijke gevolgen voor de bodem rondom de nieuwe sluis. Om opbarsten van de bodem te voor-

G EOT EC H N I E KDAG B E LG I Ë

36

MAART 2019

komen zal men soms tevens genoodzaakt zijn plaatselijk een bemaling te voorzien (figuur 10). Zoals eerder aangegeven is het opmaken van een degelijk geohydrologisch model, afgetoetst aan beschikbare historische gegevens en monitoring (pompproeven) tijdens de ontwerpfase hierbij essentieel [5] en [10].

4. Beperkingen opgelegd door nabije constructies. Wanneer een nieuwe sluis in een bestaand sluizencomplex wordt voorzien, is de bestaanszekerheid en de operationaliteit van de bestaande sluizen een dwingende vereiste [8],[10]. Schade door o.a. zettingen en trillingen dient vermeden te worden. Maximaal toelaatbare verplaatsingen en trillingen worden opgelegd en een gepast monitoringprogramma (met nulmeting voorafgaand aan de werken) wordt opgezet. Waar mogelijk worden trillingsarme bouwmethoden voorzien. Bijkomend worden in die context soms ook beperkingen opgelegd aan de beschikbare werfruimte, hetgeen ook zijn effect heeft op de uitvoering [8].

5. Monitoring tijdens de uitvoering Het uitvoeren en analyseren van metingen en


Figuur 10 – Bemaling in tweede watervoerend pakket om opbarsten bodem te vermijden (sluis Terneuzen).

Figuur 11 – Eisen structureel beton vs beton voor diepwanden.

observaties is ook cruciaal in de uitvoeringsfase. De meetresultaten kunnen dan worden teruggekoppeld naar ontwerp/uitvoering om de gepaste engineering- en uitvoeringsbeslissingen te kunnen nemen. Metingen die werden aangehaald betreffen zowel traditionele meetmethoden (o.a. waterpeilmetingen, en waterspannings-, trillings- en geluidsmetingen bij inheien resp. intrillen funderingselementen) als advanced meettechnieken (optische vezel techniek). Ook de impact van de bouwactiviteiten op nabije sluizen en constructies in het algemeen dient tijdens de uitvoering opgevolgd.

6. Impact van specifieke eisen opgelegd in het bestek In het bestek voor de bouw van de sluis van Lanaye [9] was het gebruik van ter plaatse vervaardigd beton voorzien. Het beton diende aangemaakt met granulaten, grotendeels voortkomend uit grindwinning in de Maas, ontgonnen bij de grondwerken voor de sluis. Dit was uit oogpunt van duurzaamheid een heel goed idee, maar de uitwerking ervan in de praktijk was echter niet voor de hand liggend. De eisen gesteld aan beton voor diepwanden zijn immers verschillend van die voor structureel beton (figuur 11). Dit geldt i.h.b. voor de vloeibaarheid, verwerkbaarheid en weerstand tegen ontmenging en bleeding. Aan deze eisen kon niet tegemoet worden gekomen zonder bijkomende ingrepen bij het gebruik van de gerecycleerde granulaten. Door gepaste maatregelen te nemen heeft de gespecialiseerde

aannemer ervoor gezorgd dat de initiatieven van duurzaamheid konden worden waargemaakt, zonder in te boeten op de kwaliteit van de uitvoering van de diepwanden.

design en uitvoering van de Panamasluizen” van Anthony De Vos . Ik hoop dat ook andere sprekers hun weg vinden naar de redactie van het vakblad Geotechniek.

7. Slotwoord

Referenties

Deze studiedag heeft aangetoond en bevestigd dat België en Nederland een grote expertise hebben opgebouwd bij de realisatie van sluizenprojecten. De verhalen die gebracht zijn waren duidelijk positief: risico’s werden goed in kaart gebracht en de daaraan gekoppelde fullscale proeven en monitoring lieten toe een aangepast bouwconcept te voorzien en/of gepaste mitigerende maatregelen te nemen en relevante parameters op te volgen. De aanpak bij het in de markt zetten van dergelijke infrastructuurprojecten is verschillend in Nederland (grotere vrijheid en daaraan gekoppelde verantwoordelijkheid bij de opdrachtnemer) en België (ontwerp grotendeels gestuurd door de opdrachtgever). Essentieel is evenwel een goede samen-werking tussen beide partijen, en een open mind om te komen tot een wederzijds aanvaard ontwerptraject, dat niet noodzakelijk uitgaat van conservatieve bestaande bouwconcepten maar ook nieuw bedachte concepten een kans geeft. Het delen van kennis, ervaringen, meetresultaten en -analyses, ook en in het bijzonder bij negatieve ervaringen, is onontbeerlijk voor de kennisontwikkeling in de geotechnische wereld. Want komt ervaring niet neer op het leren uit je fouten? In deze mini-special vindt u op de volgende pagina’s een artikel over “Impact van geologie op

Presentaties Geotechniekdag 2018 [1] Freddy Aerts (Afdeling Maritieme Toegang): Havens en maritieme toegang. [2] Arend Pool (Fugro) en Henk Weijers(Hoogheemraadschap Rijnland: Geotechnische betrouwbaarheid van historische sluizen. [3] Werner Vits & Ken Watzeels (Besix):  Omgang met waterdichte kanaalbodem bij sluisprojecten.               [4] Leen Vincke (Afdeling Geotechniek) & Murielle Reyns (BAM): Kieldrechtsluis – monitoring. [5] Sarah Verfaille (Afdeling Geotechniek) & Milcar Vijlbrief (Sassevaart): Nieuwe sluis Terneuzen: ontwerp. [6] Patrick Ganne (Besix): Sluis Terneuzen - Uitvoeringsrisico Heibaarheid. [7] Anthony De Vos (Jan De Nul): De impact van geologie op design en uitvoering van de bouw van de Panamasluizen. [8] Alexander Ivens (EBS) & Tom Debruycker (EBS): Ontwerp van een nieuwe Vb-sluis opwaarts de bestaande Va-sluis te Sint-Baafs-Vijve.                             [9] Maurice Bottiau (Franki Foundations: Sluis Lanaye: specifieke uitvoeringspacten van de diepfunderingen). [10] Paul Wernsen (BAM NL): Zeesluis IJmuiden. [11] Christophe Bauduin (Besix): Synthese presentaties.  쎲

G EOT EC H N I E KDAG B E LG I Ë

37

MAART 2019


Anthony De Vos Lead geologist bij Jan De Nul N.V.

DE IMPACT VAN GEOLOGIE OP DESIGN EN UITVOERING VAN DE PANAMASLUIZEN anama, bekend van zijn papers en zijn kanaal, is voor geologen een speciale plaats omdat daar de verbinding tussen Noord- en Zuid-Amerika heeft plaatsgevonden als gevolg van de platentektoniek. Noord- en Zuid-Amerika waren in het verleden aparte continenten die naar elkaar toe gedreven zijn met als resultaat een uiteindelijke aaneensluiting en scheiding van de Atlantische en Stille oceanen zo’n 3 miljoen jaar geleden. Gelegen

P

Figuur 1 – Platentektonische setting rond Panama

op dit kruispunt van een reeks tektonische platen is Panama ook vandaag nog zeer onderhevig aan deze geologische krachten (fig. 1). Dit boeiend gegeven heeft ook heel wat gevolgen voor de constructie-industrie. In dit artikel worden een aantal geologische aspecten belicht die een serieuze impact hadden op het design en de constructie van het Post-Panamax sluizencomplex, dat in de periode 2010-2015 is gebouwd zowel aan de Atlantische als aan de Stille Oceaan (fig. 2). Beiden bestaan uit drie kamers om van zeeniveau tot 26 m hoger te gaan, wat het niveau is van het grote centrale Gatunmeer dat de schepen doorkruisen tijdens hun oversteek. De bestaande sluizen aan de kant van de Stille Oceaan bestaan uit een eerste passage van 2 kamers, waarna er een oversteek is van een klein intermediair meer, gevolgd door de passage van een derde kamer. Aangezien de nieuwe sluizen echter uit één complex van drie kamers bestaan was er de noodzaak om dammen aan te leggen die de schepen na het versassen doen aansluiten aan het niveau +26 van de oude sluizen. Dit is zichtbaar op de foto in figuur 2. Jan De Nul Group maakte deel uit van een consor-

tium om dit EPC contract tot een goed einde te brengen. Een aantal cijfers het vermelden waard zijn de 74 miljoen m3 droog grondverzet voor de aanleg van het sluizencomplex waarvan 10 miljoen m3 te dynamiteren basalt, 5,6 miljoen m3 droog grondverzet voor de aanleg van de dammen en 5 miljoen m3 gewapend beton waarin 290.000 ton staal verwerkt is. De nieuwe sluizen laten toe schepen met een capaciteit van 12.600 twintigvoet containers te versassen. Voorheen lag de limiet op schepen met een capaciteit van 4.500 twintigvoet containers. Er werden ook waterbesparende bassins aangelegd, om het verbruik aan zoetwater bij het versassen te verminderen en op die manier een deel van het water te recupereren. Dit is van belang omdat in het droge seizoen het waterpeil van het Gatunmeer kritische laagstanden kan bereiken, zeker als er in het voorafgaande regenseizoen onvoldoende neerslag is gevallen.

De lokale geologie t.h.v. de sluizencomplexen Aan de Atlantische kant, ter hoogte van de stad Colon, komt de Gatun Formatie voor. Dit is een sequentie van Tertiaire rots waarin afhankelijk van

(bron : whyfiles.org).

Figuur 2 – Nieuw sluizencomplex aan de Stille Oceaan.

Figuur 3 – Hexagonale basaltzuilen.

G EOT EC H N I E KDAG B E LG I Ë

38

MAART 2019


SAM E N VAT T I N G afzettingen Atlantic muck en anderzijds lage kwaliteitsgesteente (gelaagdheid, diaklazen, slickensides) en complexe breuksystemen tot bijzondere ingrepen bij uitvoering.

Bij de recente werken aan het Panamakanaal had de bijzondere geologische context een belangrijke impact op design en constructie van het Post-Panamax sluizencomplex, dat gebouwd is aan zowel de Atlantische Oceaan als de Stille Oceaan. In bijzonder noopte het voorkomen van enerzijds zachte quartiare

de zeespiegel op dat moment zandsteen en siltsteen alterneren. De tektonische activiteit ging gepaard met vulkanische activiteit, wat resulteert in intermediaire afzettingen van vulkanisch sediment. Aldus ontstond de puimsteenhoudende zandsteen binnen de Gatun Formatie. De rots heeft typische druksterktes van 1 tot 3 MPa. Aan de verbinding met de Oceaan vindt men ook Atlantic Muck, een zachte kwartaire zandige kleiige silt. Verschillende afschuivingen in de muck tijdens de uitgraving hebben geresulteerd in aanpassingen van het design. Om de stabiliteit te garanderen werden de taluds minder steil uitgegraven om uiteindelijk net binnen het werkgebied te eindigen vlak naast de Panama Canal Railway, een spoorweg waarover heel wat containertransport gaat die beheerd wordt door de Panama Canal Authorities. Ter hoogte van Panama City, aan de Stille Oceaan, komen in de Aarde magmakamers voor die doorheen de tijd deels zijn uitgevloeid met als resultaat het voorkomen van basalt. Bij het stollen krimpt dit gesteente waardoor de typische, voornamelijk hexagonale, zuilen ontstaan (fig. 3).

Figuur 4 – Slickensides in de diaklazen van de

Figuur 5 – Doorbreken van de natuurlijke dijk tus-

Gatun Formatie.

sen het Gatunmeer en de droge uitgraving na het finaliseren van de werken d.m.v. een snijkopzuiger.

Figuur 6a-b – Inspectie interval (a) en geïnstrueerde taludbescherming (b).

De uitgevloeide basalt komt als onregelmatige lichamen voor tussen de sedimentaire gesteentes van de La Boca Formatie. Deze bestaat uit sequenties van zandsteen, siltsteen en schalies. Ook hier komen intervallen met vulkanisch puin voor. De gesteentes zijn over het algemeen zwakker dan die van de Gatun Formatie. Het voorkomen van basalt is dus een gevolg van de tektonische activiteit waaraan het land onderhevig is. De gevolgen hiervan zijn echter ook duidelijk merkbaar binnen de Gatun en La Boca Formatie. Er komen heel wat diaklazen (breukvlakken van tektonische oorsprong en/of door verwering) voor, vaak zelfs meerdere sets. Ook slickensides komen frequent voor. Dit zijn gepolijste oppervlakken ten gevolge van wrijvingsbeweging in de rots (fig. 4) Op een grotere schaal heeft de platentektonische activiteit geresulteerd in het ontstaan van een reeks breuken, die voornamelijk aan de kant van de Stille Oceaan een impact op de werken hadden.

Overzicht van de voornaamste geologische problemen met impact op design & uitvoering In een tectonisch actief gebied en een complex uitgravingsdesign wordt men als aannemer quasi elke dag geconfronteerd met de gevolgen die de geologie op het werk hebben. De vier voornaamste geologische problemen worden hieronder opgelijst:

– Atlantic muck: de zachte kwartaire klei/silt komt aan beide oceanen voor doch aan de kant van de Atlantische Oceaan over de ganse lengte van het toegangskanaal. Een reeks extra sonderingen en boringen hebben ertoe geleid dat de taluds moesten verflauwd worden. Doordat de Panama Canal Railway, een spoorweglijn die het land doorkruist, vlak naast het nieuwe sluizencom-plex loopt, kwam er wat puzzelwerk aan te pas om een stabiel design binnen de limieten te genereren.

G EOT EC H N I E KDAG B E LG I Ë

39

MAART 2019

Figuur 7 – Afschuiving na aanbrengen van spuitbeton.


Figuur 8 – Vs profiel doorheen een breukzone. Figuur 9 – (a) Basaltkernen uit breukzone en (b) onverstoorde basal.

– Tussen het Gatunmeer en de uitgraving bleef een natuurlijke dijk staan om een droge uitgraving mogelijk te maken. Een mogelijke insijpeling van water door of onder de dijk was een grote bezorgdheid die uiteindelijk geresulteerd heeft in het bouwen een wand van plastisch beton over de volledige lengte van de dijk (zie fig. 5). – Voorkomen van lage kwaliteitsgesteente: het monitoren van de structureel geologische parameters (helling en strekking van de gelaagdheid, diaklazen, slickensides) was een dagdagelijkse taak om de nodige taludbescherming te kunnen implementeren. – Voorkomen van complexere breuksystemen dan wat geweten was tijdens de aanbestedingsfase. Dit vereiste heel wat extra onderzoek. Op de problematiek van de laatste twee items hierboven wordt in de volgende paragrafen wat dieper ingegaan.

Taludbescherming Veiligheid is van primordiaal belang bij het uitvoeren van elk werk. Honderden mensen werkten dagelijks in de gigantische droge bouwput. De geologische condities vereisten een constante alertheid van de geologen, geotechnische ingenieurs en leidinggevenden op de werf. De uitgraving was zeer complex, met heel veel onregelmatige vormen. Het design was er op voorzien om de uitgraving te minimaliseren, maar in de praktijk bleken regelmatig aanpassingen nodig door de geologische condities. Telkens er een stukje van de uitgraving klaar was, werd een visuele geologische inspectie gedaan en werden de diaklazen opgemeten (fig. 6a). Nadien werden in overleg met de geotechnische ingenieurs instructies gegeven voor de nodige taludbescherming zodat ten allen tijde veilig werken kon worden gegarandeerd (fig. 6b). Verschillende technieken werden aangewend : het weghalen van onstabiele delen, het installeren van passieve horizontale ankers, het plaatsen van netten en drainagepijpen en het aanbrengen van spuitbeton. Een combinatie van bovenvermelde technieken kwam veelvuldig voor. Ondanks grote

investeringen in inspecties en het implementeren van beschermingstechnieken kwamen afschuivingen nu en dan toch nog voor (fig. 7).

Breukzones Op grotere schaal werd extra geologisch onderzoek verricht om de verschillende breuken die doorheen de werfzone liepen beter uit te karteren. Een aantal breuken waren gekend ten tijde van de aanbesteding, maar hun precieze ligging en complexiteit werd echter pas duidelijk tijdens de werken. Het was dan ook van groot belang om deze geologische studies gedetailleerd en op tijd uit te voeren, zodat de geotechnische ingenieurs en de ingenieurs verantwoordelijk voor het structureel design op tijd de nodige aanpassingen konden doorvoeren teneinde het vrijgeven van de tekeningen voor de constructie niet te vertragen. De geologische studies van de breuken bestonden uit geofysische onderzoeken (refractieseismiek en Multichannel Analysis of Surface Waves of kortweg MASW), het uitvoeren van extra boringen en het graven van testsleuven om visuele inspecties mogelijk te maken. Bij de geofysische methodes wordt een serie geofoons met pinnen in de grond gebracht. Een geluidsgolf wordt gegenereerd die zich in en langs het oppervlak van de grond voortbeweegt. Het signaal reflecteert op fysische contrasten en wordt opgevangen door de geofoons. Bij refractieseismiek bekomt men een profiel van de snelheid van de compressiegolf Vp, bij MASW de schuifgolfsnelheid Vs. Deze niet-destructieve methodes laten bijgevolg toe om zones gekenmerkt door lagere stijfheden, en bijgevolg lagere golfsnelheden, uit te karteren. In dit specifiek geval werden de onderzoeken gedaan om de zwaktezones in het gesteente, eigen aan de breukzones, uit te karteren. Elke lijn resulteert in een 2D profiel. Met een serie parallelle lijnen kan quasi een 3D beeld van de geologie bekomen worden.

G EOT EC H N I E KDAG B E LG I Ë

40

MAART 2019

Figuur 8 toont een sedimentpakket tot een diepte van ongeveer 15 m bovenop basalt, gekenmerkt door veel hogere snelheden. De twee zones binnen de basalt met lage seismische snelheden zijn de breukzones. Door het uitvoeren van de geofysische onderzoeken kan gerichter onderzoek gedaan worden in de breukzones d.m.v. extra boringen en testsleuven. Uit de gerecupereerde rotskernen herkent men duidelijk de basalt uit de breukzone (fig. 9a) ten opzichte van onverstoorde en onverweerde rots (fig. 9b). De bijkomende geologische onderzoeken hebben meerdere en complexere breukzones aan het licht gebracht dan wat geweten was tijdens de aanbesteding. Hierdoor kon men reeds tijdig designwijzigingen doorvoeren. Bij het bereiken van het finale uitgraafniveau werd de uitkartering van de fundering gedaan waarna nog specifieke maatregelen werden opgelegd om tot het finale design te komen. De impact van de breukzones uitte zich in heel wat aspecten van het design, zoals infiltratie van water, draagkracht, deformatie van de fundering, het structureel design van de sluisvloeren, de structurele beton van de shear key van de betonmoten en van de moten zelf.

Besluit Omwille van de tektonische setting heeft Panama een complexe geologie. Dit had veel impact op design en uitvoering van de aanleg van de nieuwe sluizencomplexen. Twee aspecten, de structureel geologische setting en het voorkomen van breuken, zijn hiervan het bewijs. Een grondige geologische studie van bestaande gegevens is van groot belang om verrassingen tijdens de uitvoeringsfase te vermijden. Gericht onderzoek tijdens de uitvoeringsfase is noodzakelijk voor verdere optimalisatie van het design. 쎲


S O E T A E R T. B E

SOLIDITEIT EN STABILITEIT WAAROP JE KAN BOUWEN! FOTO: BELGIĂ&#x2039; - ANTWERPEN - EVACUATIESCHACHT - KENNEDYSPOORTUNNEL

Soetaert-Soiltech is expert in beschoeiings- en funderingstechnieken met jarenlange ervaring in grondverbeteringstechnieken zoals paal- en putfunderingen, al dan niet gecementeerde grindkernen, smalle bentonietwanden, waterremmende wanden; alsook in beschoeiingstechnieken zoals Berliner-, dam of palenwanden, en in de bouw van grote water- en grondkeringen van op land of vanaf pontons op het water. Soetaert-Soiltech beschikt over het nodige materieel en de knowhow om uw project op een solide basis tot een goed einde te brengen.


OOMS-VOEG

Kwaliteit met zeker zekerheid heid

Toepassing To T oepassing van de o Ooms-voeg bij bruggen, viaducten en tunnels heeft voordelen voordelen voor beheerder, beheerder, gebruiker en omwonende. De eerste voeg is toegepast in 2003 op de A50 en de techniek heeft zich bebewezen op tal van andere andere plaatsen in Nederland.

editatie Geaccr editeerd sinds 2005 door de Raad voor Accr Geaccrediteerd Accreditatie als type A onafhankelijke inspectie-instelling op basis van de en 7020, RvA A registratie registratie I188 voor het uitvoer NEN-ISO/IEC 17020, uitvoeren van inspecties bij: ‡Aanleg ‡

van onder onder-- en bovenafdichtingen van stortplaatsen

‡Aanleg ‡

van een werk waarin IBC-bouwstof wordt wordt toegepast

protocol AS6901 voor protocol ijdens ‡T ‡ Tijdens

de gebr uiksfase van een IBC-werk voor pr otocol gebruiksfase protocol

AS6902 ‡/HYHQVGXXURQGHU]RHNRSNXQVWVWRͿ ‡ /HYHQVGXXURQGHU]RHNRSNXQVWVWRͿROLHHQODVYHUELQGLQJHQ ROLHHQODVYHUELQGLQJHQ

Inspectie in het werk

+31 30 244 1404

T Testen esten e op het werk

• Reductie van geluid en trillin trillin-gen geeft comfort en minder omgevingshinder • Geen spoorvorming maakt het wegdek veilig kosteneffectiviteit • Hoge kostenef fectiviteit doordat door dat onderhoud niet nodig is

Beproeven in het laboratorium

Meer informatie: www.ooms.nl/specialismen www .ooms.nl/specialismen www.struktonciviel.nl www .struktonciviel.nl

www.eqc.nl www.eqc.nl

YOUR KNOWLEDGE PARTNER IN GEOSYNTHETICS

Europalaan 206 7559 SC Hengelo Nederland

+31 (0)546 544 811 geonederland@tencategeo.com www.tencategeo.nl

twitter: @tencate_geo_nl

GEOTECHNIEK FUNDERINGSSPECIAL

42

MAART 2019


JAARGANG 23

NUMMER 1

MAART 2019

kunst O NAF HA NKE LIJK V ONAFHANKELIJK VAKBLAD A K BL A D VO O R GEBRUIKERS VAN VA N VOOR GE OK UNSTST OFFEN GEOKUNSTSTOFFEN

KLIMAATVERANDERING EN WEERSEXTREMEN: TOEPASSING VAN GEOKUNSTSTOFFEN BIJ WATERKERINGEN EN43KUSTVERDEDIGING GEOKUNST

MAART 2019


GEOKUNST WORDT MEDE MOGELIJK GEMA AK T DOOR:

Sub-Sponsors

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

De collectieve leden van de NGO zijn:

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

CDR International BV, Rijssen Cofra B.V., Amsterdam Deltares, Delft Enviro Quality Control BV, Maarssen Fugro NL Land B.V., Leidschendam Genap BV, ‘s Heerenberg Geopex Products (Europe) BV, Gouderak GeoTec Solutions BV, Den Dungen. GID Milieutechniek, Velddriel Huesker Synthetic BV, Den Dungen InfraDelft BV, Delft

Mede-ondersteuners

TenCate Geosynthetics Netherlands BV Europalaan 206 7559 SC HENGELO service.nl@tencategeo.com www.tencategeo.eu

Enviro Quality Control B.V. Daalseweg 1-B 3611 AA Oud-Zuilen Tel. +31 (0)30 244 1404 mail@enviro-quality-control.nl www.eqc.nu

GEOKUNST

Ooms Construction / Strukton Civiel Scharwoude 9 1634 EA Scharwoude Tel. +31 (0)229 54 77 00 info@ooms.nl www.ooms.nl

44

MAART 2019

Intercodam Infra BV, Almere Juta Holland BV, Oldenmarkt Kiwa NV, Rijswijk Kwast Consult, Houten Low & Bonar, Arnhem Movares Nederland BV, Utrecht Naue GmbH & Co. KG, Espelkamp-Fiestel Ooms Civiel BV, Avenhorn Prosé Geotechniek BV, Leeuwarden Quality Services BV, Bennekom Robusta BV, Genemuiden S&P Clever Reinforcement Company Benelux, Aalsmeer T&F Handelsonderneming BV, Oosteind Ten Cate Geosynthetics Netherlands BV, Nijverdal Tensar International, ’s-Hertogenbosch Terre Armee BV, Waddinxveen Vulkan-Europe BV, Gouda Witteveen + Bos, Deventer


VA N D E R E D A C T I E

BESTE GEOKUNST LEZERS, Op 16 november 2018 zagen wij elkaar bij de NGO-lezingenmiddag en de jaarlijkse ALV. Een drietal lezingen en excursie bij Deltares boden ons de laatste stand der techniek op het gebied van geokunststoffen. Max Nods gaf een mooi overzicht van internationale toepassingen van geokunststoffen voor kust- en oeverwerken. Verschillende in Nederland minder bekende oplossingen passeerden de revue, met mooi beeldmateriaal. Een uitdaging voor ons allen om ook voor de Nederlandse kust- en oeverwerken vaker creatieve oplossingen met geokunststoffen te realiseren. Vervolgens nam Johan Pennekamp ons op enthousiaste wijze mee in de wereld van waterbouwkundige modellen en proeven op grote schaal, als inleiding op het bezoek aan de beide modelhallen van Deltares: de GEO-modelhal en de HYDRO-modelhal, en DeltaFlume, de grote golfgoot van Deltares. Suzanne van Eekelen ging vervolgens in op het experimenteel onderzoek dat Deltares uitvoerde voor geokunststoffen, zoals over het gedrag van geocontainers en geotubes onder golfaanvallen, het gedrag van een met geokunststof verankerde kistdamconstructie en dat van diverse dijkbekledingen onder golfbelastingen. Ook de paalmatras-proeven van Suzanneâ&#x20AC;&#x2122;s promotie passeerden nog even kort de revue. Heel wat wijzer konden we daarna de onderlinge contacten aanhalen bij de netwerkborrel en het aansluitende netwerkdiner. Dit nummer van GeoKunst gaat over de uitdagingen om Nederland veilig en leefbaar te houden gezien de klimaatveranderingen. Rijk Gerritsen, Adam Bezuijen en Kees Dorst beschrijven de achtergronden en gevolgen van de klimaatveranderingen en de toepassing van geokunststoffen om hiervoor gesteld te staan de komende decennia. Daarnaast worden kansrijke ontwikkelingen beschreven, die kunnen leiden tot een substantieel betere, snellere en/of goedkopere aanleg van nieuwe waterkeringen, dijkversterkingen of kustverdediging. In de volgende GeoKunst zullen meer concrete toepassingen van geokunststoffen bij waterkeringen en kustverdediging aan de orde komen.

Veel leesplezier met deze GeoKunst,

Erik Kwast Eindredacteur GeoKunst

COLOFON Geokunst wordt uitgegeven door de Nederlandse Geotextielorganisatie. Het is bedoeld voor beleidsmakers, 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.

Eindredactie Tekstredactie Redactieraad

Productie

GEOKUNST

E. Kwast J. van Deen A. Bezuijen P. van Duijnen M. DusĚ&#x2020;kov S. van Eekelen P. ter Horst Uitgeverij Educom

45

MAART 2019

Een abonnement kan worden aangevraagd bij: Nederlandse Geotextielorganisatie (NGO) info@ngo.nl www.ngo.nl


Ing. Rijk Gerritsen Low & Bonar / Enka Solutions, Nederland

prof. dr. ir. Adam Bezuijen Universiteit Gent en Deltares

Ir. Kees Dorst Dorst Waterbouw Consult, Nederland

KLIMAATVERANDERING EN WEERSEXTREMEN: TOEPASSING VAN GEOKUNSTSTOFFEN BIJ WATERKERINGEN EN KUSTVERDEDIGING (DEEL 1) Inleiding Nederland leeft met water. Het veilig en leefbaar houden van ons land is in de komende decennia een grote opgave. Na de kritische periodes van hoogwater in 1993 en 1995 is CUR-publicatie 186 opgesteld, waarin het gebruik van geokunststoffen in dijkverbeteringen wordt beschreven. In februari 2012 hield de Nederlandse Geotextielorganisatie (NGO) een creatieve sessie met als thema ‘Geokunst-stoffen in dijkversterking’ (Van Eekelen e.a., 2012). Hierbij werd gesteld ‘Een innovatie is pas een innovatie, als het idee succesvol is toegepast’. Beide activiteiten hebben tot nieuwe toepassingen van geokunststoffen geleid, maar het aantal toepassingen met geokunststoffen is nog steeds beperkt. Inmiddels is het 2019. De uitdagingen met waterkeringen en kustverdediging zijn aanzienlijk groter geworden. Is er al iets veranderd? Welke uitdagingen komen op ons af? Gezien alle te verwachten weersextremen: verdienen onze dijken nieuwe toepassingen van geokunststoffen?

Zeespiegelstijging Zeespiegelstijging is één van de gevolgen van de opwarming van de aarde. Het effect op de aarde en de consequenties voor de mensheid zijn enorm. Vanuit de IPCC (Intergovernmental Panel on Climate

Change) zijn wereldwijde beschouwingen gemaakt met predicties van zeespiegelstijging tussen 0,4 m en 0,7 m tot 2100 afhankelijk van het klimaatscenario (IPCC, 2014); figuur 1 toont een combinatie van metingen en predicties van de zeespiegelstijging. Een probabilistische studie uit 2017 geeft aan dat bij een versneld verlies van het landijs op Antarctica de verwachte zeespiegelstijging tot 2100 zelfs zou kunnen toenemen naar 1,8 meter (mediaanwaarde, scenario DP16, Le Bars e.a., 2017). Ter vergelijking: de wereldwijde zeespiegelstijging over de afgelopen 100 jaar was circa 0,2 meter. Evaluatie van gemeten zeespiegels tussen 1993 en 2018 laten een toename van circa 0,08 m over de laatste 25 jaar zien, waaruit de versnellende trend al blijkt (zie figuur 2, Australisch overheidsbureau voor meteorologie, CSIRO, 2018).

Effecten van klimaatverandering Genoemde predicties bevatten uiteraard onzekerheden, maar al wordt de zeespiegelstijging maar half zo veel, dan nog heeft dit significante gevolgen voor de veiligheid, leefbaarheid en houdbaarheid van woon-, werk en landbouwlocaties. Effecten als bijvoorbeeld duinafslag langs de Nederlandse kust als gevolg van hoogwatercondities zullen zich steeds vaker en intenser voordoen (figuur 3). De kosten voor het onderhouden van de Nederlandse

Naast een verhoogde zeespiegel zijn er ook andere klimaateffecten zoals grotere extremen in het weertype met langere perioden van extreme droogte of juist hevige neerslag. Gezien de ligging van Nederland in de delta van Maas en Rijn zal aanhoudende extreme neerslag in de bovenstroomse gebieden frequenter leiden tot zeer hoge rivierwaterstanden. Kritische situaties met hoogwater in de rivieren zijn hiermee in de toekomst vaker te verwachten. Het tegenovergestelde kan ook: afgelopen jaar heeft Nederland reeds te maken gehad met een periode van extreme droogte, waarbij tussen mei en november

Figuur 2 – Metingen zeespiegel 1880 – 2014 met versnellende trend over de laatste 25 jaar op basis van satelliet meetdata (rood). Referentie: CSIRO Australia, 2018.

Figuur 1 – Compilatie metingen zeespiegel data en predicties voor de zeespiegelstijging tussen 1900 - 2100. Referentie: Hylke de Vries et al, KNMI, 2014.

GEOKUNST

kustlijn zullen snel toenemen. Verder zal de zeespiegelstijging leiden tot een toename van zoute kwel (verzilting van het grondwater), met aanzienlijke gevolgen voor de landbouwproductie in de kustgebieden. Haasnoot e.a. (2018) hebben de mogelijke gevolgen van versnelde zeespiegelstijging voor Nederland in kaart gebracht (figuur 4). Ze verwachten aanzienlijk meer zandsuppletie langs de kust, structurele maatregelen voor het op peil houden van de zoetwatervoorziening en waterveiligheid, nog hogere en bredere dijken, en aanzienlijk hogere frequenties in het sluiten van waterkeringen als de Maeslandkering en Oosterscheldekering.

46

MAART 2019


SAM E N VAT T I N G terwijl het gebruik ervan kan resulteren in een substantieel betere, snellere en/of goedkopere aanleg van nieuwe waterkeringen, dijkversterkingen of kustverdediging. Het artikel gaat in op de problematiek en de effecten van klimaatverandering en de potentiële rol die geokunststoffen kunnen spelen.

Door klimaatverandering is het veilig en leefbaar houden van Nederland een grote uitdaging voor de komende decennia. Zeespiegelstijging en frequentere uitzonderlijke weersomstandigheden zullen significante effecten hebben op onze waterkeringen. De komende decennia zal er een enorme versterkingsoperatie moeten plaatsvinden. Voor het verkleinen van de impact hiervan lopen meerdere innovatie-trajecten. In verschillende POV-onderzoeksprogramma’s staan geokunststoffen op de kaart, maar de toepassing is tot dusverre beperkt,

nagenoeg geen neerslag is gevallen. Hiermee beleefde Nederland in 2018 de droogste zomer sinds 1906. Uitdroging van waterkeringen kan desastreuze gevolgen hebben, zoals bleek bij het bezwijken van een veendijk bij Wilnis in 2003 (Onderzoekscommissie Wilnis, 2004). Maar denk ook aan verslechtering van de grasmatkwaliteit en uitdroging met scheurvorming in de water afsluitende kleilaag.

Een vervolgartikel in de volgende GeoKunst zal uitgebreid ingaan op verschillende toepassingen van geokunststoffen bij waterkeringen en kustverdediging.

waterstandsverschil over waterkeringen steeds verder toeneemt. Het effect van hogere waterstanden buitendijks en bodemdaling in de polders binnendijks werkt hierdoor dubbel negatief op de hydraulische belasting en leidt tot afname van de stabiliteit van waterkeringen.

Hoogwaterbeschermingsprogramma en POV-onderzoeksprogramma’s Nederland is kwetsbaar vanwege de enorme

Bodemdaling Behalve zeespiegelstijging is voor Nederland ook de autonome bodemdaling van belang. De oorzaken van bodemdaling kunnen liggen in onder andere mijnbouw, verlaging van grondwaterstanden, oxidatie of klink en krimp van voornamelijk slappe bodemlagen. Bodemdaling is op locaties in het Westland of Oost-Groningen groter dan 5 mm/jaar (figuur 5) en voor sommige gebieden zelfs 10-20 mm/jaar. De snelheid van bodemdaling is hiermee op deze locaties zelfs substantieel groter dan de snelheid van de zeespiegelstijging (!). De bodemdaling verloopt vooral in veen- en kleigebieden in het westen van Nederland sneller dan tot nu toe was aangenomen. Steeds meer wordt onderkend dat het om een serieus probleem gaat (De Ingenieur, 2018). Door de bodemdaling zakken poldergebieden dieper weg, waardoor het

Figuur 3 – Duinafslag na storm bij vuurtoren Egmond aan Zee. Referentie: beeldbank.rws.nl, Rijkswaterstaat.

Figuur 4 – Mogelijke gevolgen Nederland bij versnelde zeespiegelstijging. Referentie: Haasnoot e.a., Deltares, 2018.

Figuur 5 – Bodemdaling Nederland met gebieden in rood (>5 mm/jaar) en geel (>1 mm/jaar). Referentie: Bodemdalingskaart.nl 2018.

GEOKUNST

47

MAART 2019

lengte aan waterkeringen: totaal circa 3.600 kilometer primaire waterkeringen (duinen, zeedijken en rivierdijken) en circa 14.600 km regionale waterkeringen (dijken langs polders, kanalen en kleine rivieren). Zonder dijken en duinen zou circa 60% van ons land onder water staan. Het instandhouden van de waterkeringen is een grote opgave die met de klimaatverandering steeds ingrijpender zal worden. Samenwerking en kennisdeling tussen politiek (budgetten, prioritering), beheerders


(organisatie en aansturing), kennisinstituten (fundamenteel onderzoek) en bedrijfsleven (toelevering en uitvoering) is hierbij van substantieel belang. Om tot samenwerking en kennisdeling te komen is het Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP) opgericht. Het HWBP betreft een alliantie tussen Rijkswaterstaat en alle waterschappen. Samen hebben zij onderkend dat innovaties nodig zijn om de opgave tijdig realiseerbaar en betaalbaar te houden. In het kader van dit programma lopen daarom verschillende Project Overstijgende Verkenningen (POV-onderzoeksprogramma’s), waarbij onder andere de toepassing van nietstandaard technieken wordt onderzocht en beproefd in de praktijk. In verschillende commissies met deskundigen wordt gewerkt aan het opstellen van technische richtlijnen. Het HWBP werkt daarbij intensief samen met kennisinstituten en het bedrijfsleven om onderzoek en innovaties te stimuleren. Het doel daarbij is om waterkeringen en kustverdediging beter, sneller en goedkoper te realiseren.

Figuur 6 – Kustverdediging met toepassing van een non-woven geotextiel als filterconstructie onder stortsteen.

Referentie: Low & Bonar

Waterkeringen en geokunststoffen Geokunststoffen kunnen bijdragen aan een groot aantal functies, van erosiebescherming, versterking, scheiding, afdichting, drainage tot filtratie. Verschillende POV-onderzoeksprogramma’s gaan dan ook in op de mogelijkheden van het gebruik van geokunststoffen bij water-keringen. Lange tijd zijn waterkeringen traditioneel aangelegd, waarbij het beleid was om de waterkering op te bouwen met natuurlijke materialen als zand en klei (Handboek dijkenbouw, 2018). Het aanbrengen van bodemvreemde materialen werd zo veel mogelijk vermeden. De achterliggende gedachte was dat die waterkeringen er al eeuwen liggen en duurzaamheid van bodemvreemde materialen altijd minder is dan die van zand en klei. Verhoogde veiligheidseisen, eisen voor het behoud van het landschap en bebouwing, bodemdaling, de toenemende zeespiegelstijging en andere klimaateffecten maken echter dat de complexiteit van dijkversterkingen steeds meer toeneemt. Hierdoor is op veel plaatsen een versterking met alleen zand en klei niet meer haalbaar.

Figuur 7 – Zinkstuk met geotextiel onderlaag en rijshout vlechtwerk als filterconstructie onder stortsteen.

Referentie: Kees Dorst

Tabel 1. Toepassing geokunststoffen bij waterkeringen en kustverdedigingen in Nederland

Omschrijving

Toepassing

Erosiebescherming met 3D-structuurmatten

Nieuw

Steile taluds en (keer)wanden in gewapende grond met geogrids

Nieuw

Stabiliteit ophogingen op slappe ondergrond met hoge sterkte grondwapening

Bestaand

Filterconstructies onder stort- of zetsteen

Bestaand

Kustverdediging met zand gevulde geotextiele zakken, tubes of containers

Nieuw

Ontwatering van baggerspecie met geotextiele tubes ingebouwd in waterkering

Nieuw

Beheersing waterstandverschillen met 3D-drainagematten of filterdoeken.

Nieuw

Consolidatie slappe bodemlagen onder waterkering met verticale drains

Bestaand

Waterremmende lagen met bentonietmatten of folie

Nieuw

Anti-piping constructie met Verticaal Zanddicht Geotextiel (VZG) of bentonietmatten

Nieuw

GEOKUNST

48

MAART 2019

Sinds de jaren 2000 heeft een geleidelijke omslag in denken plaats gevonden en worden alternatieve en innovatieve technieken steeds meer gezien als noodzakelijk en zelfs gewenst. Omdat ook de kennis over de levensduur van alternatieve constructies is toegenomen, kunnen deze nu als langetermijnoplossing worden toegepast. Verschillende innovatie-trajecten als Inside (CUR 219, 2007) en POV-onderzoeksprogramma’s (POV Drainagetechnieken, 2018; POVM grondverbeteringen, 2018; Ontwerp- en beoordelingsrichtlijn Verticaal Zanddicht Geotextiel, 2017) geven hierbij een belangrijke stimulans voor de inzet van alternatieve technieken. Dit heeft geleid tot toepassing van bijvoorbeeld stalen damwanden,


zware combi-wanden, diepwanden, betonnen L-wanden, mixed-in-place technieken, stalen verankeringen, dijkdeuvels, etc. Geokunststoffenspelen hierin tot op heden een beperkte rol, behalve in bepaalde toepassingen zoals onder steenbestortingen en steenbekledingen op taluds of in zinkstukken (zie figuur 6 en 7). Deze toepassingen worden gebruikt sinds de jaren ’70 en zijn sindsdien doorontwikkeld en algemeen geaccepteerd. Tabel 1 geeft een overzicht van mogelijke toepassingen van geokunststoffen bij waterkeringen en kustverdediging in Nederland. Per toepassing is aangegeven of er ervaring mee is of dat de oplossing relatief nieuw is of in ontwikkeling. In veel toepassingen is er wel ruime ervaring in bijvoorbeeld de infrastructuur, waterbouw of milieutechniek, maar nog niet specifiek bij waterkeringen. Andere toepassingen zijn gedaan in het buitenland, maar nog niet in Nederland. Sommige toepassingen zijn een of enkele malen gebruikt in een (proef)- project, maar grootschalige toepassing is er nog niet van gekomen. In een dergelijk geval is de toepassing in tabel 1 geclassificeerd als ‘nieuw’. Voor brede acceptatie en toepassingen moeten hier nog grote stappen gezet worden. Al met al lijkt het erop dat sommige toepassingen van geokunststoffen bij waterkeringen in het buitenland reeds verder zijn doorontwikkeld, en dat we in Nederland ‘achterop’ dreigen te raken.

De toepassing van grondwapening bij dijkversterkingsprojecten zou op sommige plaatsen een alternatief kunnen zijn voor (dure) damwandconstructies. Een uitgebreid overzicht van mogelijkheden, onderzoek en berekeningen is opgenomen in de recent uitgebrachte publicatie over kerende constructies van gewapende grond (CUR-rapport 198, 2018).

Kruinverhoging met gewapende grondconstructie Bij de dijkversterking Kinderdijk-Schoonhovenseveer (KIS) zijn in 2017-2018 over verschillende secties gewapende grondconstructies toegepast (figuur 8). Dit is in Nederland één van de eerste steile groene wandconstructies met geogrids in een primaire waterkering. De steile wandconstructie is gebruikt voor het realiseren van een kruin-

verhoging ten behoeve van het faalmechanisme overloop/overslag en is gepositioneerd aan de binnenwaartse zijde. Door aanwezigheid van wegen, fietspaden en woningen was ter plaatse van dijkvak Nieuw-Lekkerland de beschikbare ruimte voor een kruinverhoging zeer beperkt. In eerste instantie was hiertoe een oplossing voorzien met betonnen L-wanden. Uiteindelijk is gekozen voor een groene steile wandconstructie over een totale lengte van circa 750 meter. De constructie is flexibeler (in staat om beweging van dijk/ondergrond te volgen) dan een betonnen constructie. Het is een voorbeeld van duurzaam bouwen (merendeels gebruik van grond, gunstige MKI-score) en kosteneffectief. Een bijkomend groot voordeel bij dit project was de hoogwaardiger landschappelijke inpassing van een begroeid steil talud.

Waterkeringen en gewapende grond Waterkeringen zijn vaak gebouwd op een slappe ondergrond. Wanneer hierin een harde constructie als bijvoorbeeld een damwand wordt toegepast, dan blijkt uit berekeningen dat deze zwaar belast wordt, omdat dit een relatief stijve constructie is in de waterkering. Geokunststof gewapende grond kenmerkt zich door het feit dat deze constructie over het algemeen flexibel is en kan vervormen samen met de ondergrond. Met behulp van eindigelementen-modellen (EEM) kan de krachtswerking, vervorming en interactie tussen grond en geokunststoffen in detail onderzocht worden. Door de interactie met het dijklichaam en de ondergrond trekken de met geokunststof gewapende grondconstructies aantoonbaar minder belasting naar zich toe dan damwanden of stalen verankeringen. Door de interactie tussen grond en geokunststoffen gedragen de constructies met geokunststof zich als een blokstabilisatie met aanzienlijke herverdelingscapaciteit. Dit maakt geokunststoffen (theoretisch) op voorhand geschikter voor dijkversterkingen. Vanuit ervaringen in Japan is bekend dat gewapende grondconstructies zich ook bijzonder stabiel gedragen tijdens aardbevingen (Bezuijen e.a., 2018). In dit opzicht biedt het toepassen van steile taluds en (keer)wanden in gewapende grond extra mogelijkheden voor waterkeringen in gebieden met risico’s op aardbevingen, zoals bijvoorbeeld Oost-Groningen.

Figuur 8 – Uitvoering gewapende grondconstructie dijkversterking Kinderdijk-Schoonhovenseveer (KIS). Referentie: Combinatie Dijkverbetering Molenwaard, Cees van de Wal

GEOKUNST

49

MAART 2019


Figuur 9 – Toepassing geotextiele tubes gevuld met ontwaterde baggerspecie ingebouwd in waterkering. Referentie: Low & Bonar / Rijk Gerritsen

Figuur 10 – Vulling geotextiele tubes met baggerspecie met inbouw in vooroever De Mars Zutphen. Referentie: Gemeente Zuthpen

heden om geotextiele tubes te vullen met baggerspecie en de elementen te gebruiken bij waterkeringen (CUR 222, 2009; Besseling e.a. 2010). Een mogelijke toepassing is om de tubes in te bouwen in de kern van de waterkering, in de vooroever of achter de waterkering als stabiliteitsberm, zie figuur 9. Hierbij is het voordeel dat grote hoeveelheden baggerspecie vanuit waterwegen kunnen worden gebruikt voor een duurzame en nuttige toepassing. In Zutphen is baggerspecie uit de haven bij industrieterrein De Mars hergebruikt door gebruik te maken van geotextiele tubes aangebracht in een vooroever (zie figuur 10). Deze oever staat in een open verbinding met de IJssel. Voor toepassing is het belangrijk onderzoek te doen naar de mogelijke types van flocculanten, uitloging van eventuele verontreinigingen en de geotechnische eigenschappen van baggerspecie na ontwatering (volumiek gewicht, sterkte, stijfheid). Recente ontwikkelingen zijn een verdere schaalvergroting van de geotextiele tubes en experimenten met het vullen van tubes met een klei/cement mengsel in plaats van met zand. Voor dit laatste zijn experimenten met geotextiele tubes uitgevoerd in Singapore, waar zand schaars is (Chew e.a., 2018).

Conclusie

Voor de zichtzijde is gebruik gemaakt van gegalvaniseerde staalnetten met daar achter een geokunststof erosiemat van polyamide. De geogrids zijn hierbij enkel horizontaal gelegen en niet omgeslagen. Overweging voor het gebruik van staalnetten is dat hiermee een strakke zichtlijn kan worden verkregen en dat de kunststof geogrids minder snel beschadigingen ten gevolge van maaiwerkzaamheden, verkeersaanrijding of vandalisme, doordat ze niet direct aan de oppervlakte zijn gelegen. Tevens wordt door volledige afdekking met grond aantasting van de geogrids door UV straling voorkomen. De gewapende grondconstructie is in grondlagen van 0,5 meter opgebouwd met uni-axiale polyester wapeningstrips in de kruin van de dijk. De kerende hoogte van de wand verloopt geleidelijk over het tracé van 0,50 tot maximaal 2,35 meter.

Geotextiele tubes Eén van de oudste toepassingen van geotextielen bij waterkeringen zijn grote zakken gevuld met zand. In 1957 werden deze al gebruikt voor de afdichting van de Pluimpot, een klein estuarium bij Tholen. In de jaren daarna zijn de geotextiele elementen steeds verder doorontwikkeld. Geotextiele tube elementen kunnen hierbij op locatie

worden gepositioneerd en hydraulisch worden gevuld met zand. Dit kan ongeveer tot een waterdiepte van 8 tot 10 meter. Voor toepassing in dieper water zijn oplossingen bedacht met grote geotextiele containers die op een splijtschip met zand worden gevuld, dichtgenaaid en vanuit de splijtbak gelost op locatie. Geotextiele elementen worden regelmatig toegepast als golfbrekers, duinvoetverdediging, erosiebescherming of waterkerende constructies. De meeste toepassingen vinden momenteel plaats in het buitenland. De potentie voor de Nederlandse kustverdediging is aanzienlijk, aangezien toepassing van geotextiele elementen in de kustverdediging of waterkering de risico’s en effecten van strand- en duinafslag substantieel zou kunnen beperken. De intensiteit van zandsuppleties zal hiermee afnemen, wat de kosten en intensiteit van onderhoud van onze kustverdediging na zware stormen beperkt. Voor toepassing van geotextiele tube elementen is veel literatuur beschikbaar. Een goed overzicht van mogelijkheden, onderzoek en berekeningen is weergegeven in verschillende publicaties (Pilarczyk, 2000; Bezuijen & Vastenburg, 2012; Kim e.a., 2018). Eerder is ook onderzoek gedaan naar de mogelijkGEOKUNST

50

MAART 2019

Door klimaatverandering zal het veilig en leefbaar houden van Nederland een grote uitdaging worden. De komende decennia zal een enorme versterkingsoperatie van de waterkeringen moeten plaatsvinden. Voor het verkleinen van de impact hiervan lopen inmiddels verschillende innovatietrajecten, die een stimulans geven aan alternatieve en verbeterde technieken. Geokunststoffen hebben hierin een veel grotere potentie dan tot op heden wordt benut. Het op grotere schaal gebruiken van geokunststoffen kan resulteren in een substantieel betere, snellere en/of goedkopere aanleg van nieuwe waterkeringen, dijkversterkingen of kustverdediging. Dit biedt mogelijkheden voor toepassingen in binnen- en buitenland. Dit artikel is het eerste deel van een serie van twee. Een artikel in het volgende nummer van GeoKunst zal uitgebreid ingaan op verschillende toepassingen van geokunststoffen bij waterkeringen en kustverdediging.

Cursussen Er worden verschillende cursussen georganiseerd door het opleidingsinstituut PAO techniek en management, waarbij dieper wordt ingegaan op het gebruik van geokunststoffen in waterkeringen: – Geotextielen in de waterbouw, 4 april 2019. – Nieuwe technieken dijkversterkingen, 9 en 10 april 2019.

Referenties 1. CUR 186, Geokunststoffen en rivierdijkverbetering, Civiel Centrum Uitvoering Research en Regelgeving, CUR/NGO, juli 1996. 2. Van Eekelen, S.; Van der Meer, M e.a., Een


innovatie is pas een innovatie als het idee succesvol is toegepast, NGO-workshop: geokunststoffen in dijkversterking, Geokunst, juli 2012. 3. IPCC, Intergovernmental panel on climate change, Climate change 2014 synthesis report, WMOUNEP, October 2014. 4. De Vries, H, Katsman, C, Drijfhout S, Constructing scenarios of regional sea level change using global temperature pathways, Royal Netherlands Meteorological Institue (KNMI), De Bilt, November 2014. 5. Le Bars D, Drijfhout S, De Vries, H., A high-end sea level rise probabilistic projection including rapid Antarctic ice sheet mass loss, Environmental Research Letters, KNMI, De Bilt, April 2017. 6. State of the climate 2018, CSIRO, Australian Government bureau of Meteorology, 2018. 7. Haasnoot M. e.a..Mogelijke gevolgen van versnelde zeespiegelstijging voor het Deltaprogramma, een verkenning, Deltares rapport 11202230-005-0002, Delft, September 2018. 8. Onderzoekscommissie Wilnis, Wat Wilnis ons leert, Over technische, bestuurlijke en juridische aspecten van dijkverschuiving bij langdurige droogte, december 2004. 9. De Ingenieur, Bodemdaling is serieus probleem,

20 november 2018. 10. Dijkwerkers, Handboek Dijkenbouw, uitvoering versterking en nieuwbouw, Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP), Utrecht, september 2018. 11. CUR 219, INSIDE Innovatieve dijkversterking, Civiel Centrum Uitvoering Research en Regelgeving, CUR, 2007. 12. POV Macrostabiliteit en de POV-Piping, POV Drainagetechnieken, Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP), Utrecht, mei 2018. 13. POV Macrostabiliteit, POVM grondverbeteringen, Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP), Utrecht, september 2018. 14. POV Piping, Ontwerp- en beoordelingsrichtlijn Verticaal Zanddicht Geotextiel, Hoogwaterbeschermingsprogramma (HWBP), groene versie, 14 juni 2017. 15. Vastenburg, E., Gefundeerde innovaties binnen dijkversterkingsprojecten, Een verkennend onderzoek naar evaluatiecriteria ten behoeve van het afwegen en selecteren van innovatieve dijkversterkingsalternatieven in Nederland, februari 2015. 16. Bezuijen A., Van Eekelen, S.J.M., Nods M., 11 ICG conferentie: geokunststoffen in Seoul, ZuidKorea, Geokunst nr. 4, december 2018.

GEOKUNST

51

MAART 2019

17. CUR/CROW, Kerende constructies van gewapende grond, herziening CUR-rapport 198, CROW kennisplatform, 2018. 18. Pilarczyk, K.W., Geosynthetics and Geosystems in Hydraulic and Coastal Engineering, A.A. Balkema, Rotterdam, 2000. 19. Bezuijen, A., Vastenburg, E.W., Geosystems: design rules and applications, CRC Press, November 14, 2012. 20. Kim, Young C., Oumeraci, H, e.a., Handbook of Coastal en Ocean engineering, in 2 volumes expanded edition, February 2018. 21. CUR 222, Hoogwaardig bouwen met baggerspecie in geotextiele tubes, met baggerspecie naar betaalbare waterveiligheid, september 2009. 22. Besseling E., Van Leeuwen, J.L.M., Berendsen, E., Met baggerspecie naar betaalbare veiligheid, hoogwaardig bouwen met baggerspecie in geotextiele tubes, januari 2010. 23. Chew, S.H., Yim H.M.A., Koh J.W., Eng Z.X., Chua K.E., Tan S.E.D., Performance of pilot test of geotextile tube filled with lightly cemented clay, S24-01, 11th ICG Seoul, South-Korea, 2018. Copyright figuren: zie bij de figuren. ě&#x17D;˛


Profile for Uitgeverij Educom

Geotechniek maart 2019  

Geotechniek maart 2019 nummer 1 jrg 23 Onafhankelijk vakblad voor het Geotechnische werkveld

Geotechniek maart 2019  

Geotechniek maart 2019 nummer 1 jrg 23 Onafhankelijk vakblad voor het Geotechnische werkveld