Geotechniek Augustus 2020

Page 1

JAARGANG 24

NUMMER 3

AUGUSTUS 2020

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

ONGEDRAINEERD GEDRAG VAN ECHTELD KLEI ONDER DE LOEP ‘FIT FOR PURPOSE’ FUNDERINGSPALEN VOOR NIEUWE STEIGER LBC TANK TERMINALS BELASTINGSPROEF OP HISTORISCHE KAAIMUREN ANTWERPEN

Waarin W aar a riin opgenomen

GEO G EO kunst GEO G EO kunst Waarin W aaarriin opgenomen


NIEUW LEIDERSCHAP VAN INGENIEURS Vanaf september 2020 starten wij met een compleet nieuw programma aan leiderschapsmodules. Met de leerlijn op onze website kies je de modules die passen bij jouw leerbehoeften. Een selectie van de modules:

PERSOONLIJK LEIDERSCHAP VOOR INGENIEURS 15, 16 september, 17 en 18 november 2020

THE POWERFUL PRESENTER

22 en 23 september 2020 (Engelstalig) 12 en 13 oktober 2020

LEIDINGGEVEN AAN VERANDERING 23 en 24 september 2020

INVLOED ZONDER MACHT 21 en 22 oktober 2020

OOK INTERESSANT:

KADEMUREN

Investeer in de nieuwste kennis en kunde in de geotechniek VIND JOUW CURSUS OP WWW.PAOTM.NL!

29 september, 6 en 7 oktober 2020 dr. ir. J.G. de Gijt (TU Delft)

FOLIECONSTRUCTIES IN VERDIEPTE INFRASTRUCTUUR 27 oktober 2020 ing. R.H. Gerritsen (Low&Bonar/Enka-Solutions)

PAALFUNDERINGEN VOOR CIVIELE CONSTRUCTIES 29, 30 oktober en 12, 13 november 2020 dr. ir. M. Korff (Deltares) en ir. A.J. Seters (Fugro)

INSCHRIJVEN? Dat kan op www.paotm.nl Vragen? 015 278 46 18 of info@paotm.nl

UW PRO JEC BEL U I C I T SP H T E T VO E N RIG E ME C T GEO EEN I A TEC L IN HN IEK ? JAA

RGA

NG

24

NU

tech

MM

ER

3 A UG

UST

US

nie

ONA F HET HAN K EL GEO T E C IJ K V A K H N IS B C H E L A D VO O WER K VE R LD

202

Uitgeverij Educom v.o.f. Tel. 0031 (0)10 425 6544 info@uitgeverijeducom.nl www.uitgeverijeducom.nl www.vakbladgeotechniek.nl

INF OR DE MO M E E R GEL N I J K H A AR EDE N

0

k GEOTECHNIEK

2

AUGUSTUS 2020


INHOUD COLUMN 22

9 ONGEDRAINEERD GEDRAG VAN ECHTELD KLEI ONDER DE LOEP ALBERT WIGGERS / RENS SERVAIS / HERMAN-JAAP LODDER

16 ‘FIT FOR PURPOSE’ FUNDERINGSPALEN VOOR NIEUWE STEIGER LBC TANK TERMINALS JOHAN BOGAARDS / MARCO VAN DEN BERG / HANS TANIS

26 BELASTINGSPROEF OP HISTORISCHE KAAIMUREN ANTWERPEN SAM BONTE

33

SPECIAL

PROJEC T RIJNL ANDROUTE GEO k u n s t

58 HERSTELOPLOSSING VOOR HORIZONTALE VERPLAATSINGEN VAN HET BAANLICHAAM VAN DE HOGESNELHEIDSLIJN JEROEN VAN WESSEM

GEOTECHNIEK

3

AUGUSTUS 2020


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

EXECUTIVE GOLD MEMBERS

Prinsessegracht 23 2514 AP Den Haag Tel. 0031 (0)70 391 99 00 www.kivi.nl

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

GOLD MEMBERS

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

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

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

Rijksstraatweg 22-F 2171 AL Sassenheim Tel. 0031 (0)71 301 92 51 www.eijkelkamp-geopoint.com

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

Huesker Synthetic BV Kievitsven 108 5249 JK Rosmalen Het Schild 39 V4 Tel. 0031 (0) 73 202 00 70 5275 EB Den Dungen www.huesker.nl Tel. 0031 (0)88 594 00 50

Landdrostlaan 49 7327 GM Apeldoorn Tel. 0031 (0)55 538 22 22 www.mobilis.nl

Albert Plesmanweg 47 3088 GB Rotterdam Tel. 0031 (0)88 513 02 00 www.mosgeo.com

Laan 1914 no. 35 3818 EX Amersfoort Tel. 0031 (0)88 348 20 00 www.royalhaskoningDHV.com

Elektronicaweg 2 2628 XG Delft Tel. 0031 (0)88 990 45 00 www.rps.nl

voorbij funderingstechniek

Boussinesqweg 2 2629 HV Delft Tel. 0031 (0)88 335 82 73 www.deltares.nl

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

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

Hulsenboschstraat 25 4251 LR Werkendam Tel. 0031 (0)183 508 888 www.devriestitan.nl

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

GEOTECHNIEK

4

AUGUSTUS 2020


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

Allnamics Pile Testing & Geotechnical Experts Waterpas 98 2495 AT Den Haag Tel. 0031 (0)88 255 62 64 www.allnamics.com

Postbus 1097 6161 BB Geleen Tel. 0031 (0)88 130 06 00 www.geonius.nl

Business units: DIMCO / de Vries & van de Wiel / GeoSea Haven 1025 - Scheldedijk 30 B-2070 Zwijndrecht Tel. 0032 3 250 52 11 www.deme-group.com

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

GEO2 Engineering B.V. Computerweg 11 3542 DP Utrecht Tel. 0031 (0)346 769 046 www.geo2.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

Postbus 88 1462 ZH Middenbeemster Tel. 0031 (0)299 31 30 20 www.vanthek.nl

Funderingstechnieken Verstraeten BV Brugsevaart 6 Postbus 55 4500 AB Oostburg Tel. 0031 (0)117 45 75 75 www.fundex.nl

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

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

ASSOCIATE MEMBERS ABO-Geomet Curieweg 19 2408 BZ Alphen a/d Rijn Tel. 0031 (0)172 449 822 www.geomet.nl

DIANA FEA BV Thijsseweg 11 2629 JA Delft Tel. 0031 (0)88 342 62 00 www.dianafea.com

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

Van Dijk geo- en milieutechniek b.v. Strijkviertel 30 3454 PM De Meern (Utrecht) Tel. 0031 (0)30 666 17 46 www.vandijktech.nl

Cona Grondonderzoek Waalstraat 230 B-9870 Zulte Tel. 0032 492 41 94 49 www.mycona.be ConGeo B.V. Crown Business Centre Bodegraven II Tolnasingel 1 2411 PV Bodegraven Tel. 0031 (0)182-38 05 66 www.congeo.nl

Ingenieursbureau BT Geoconsult B.V. Loire 204 2491 AM Den Haag Tel. 0031 (0)70 415 90 02 www.btgeoconsult.nl Jetmix B.V. Oudsas 11 4251 AW Werkendam Tel. 0031 (0) 183 50 56 66 www.jetmix.nl

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

GEOTECHNIEK

KELLER Funderingstechnieken B.V. Europalaan 16 2408 BG Alphen a/d Rijn Tel. 0031 (0)172 47 17 98 www.keller-funderingstechnieken.nl

5

AUGUSTUS 2020

NVAF Postbus 1218 3840 BE Harderwijk Tel. 0031 (0)341 456 191 www.funderingsbedrijf.nl Profound BV Mozartlaan 46-A 2742 BN Waddinxveen Tel. 0031 (0)182 640 964 www.profound.nl Vroom Funderingstechnieken BV Sluisweg 1 1474 HL Oosthuizen Tel. 0031 (0)299 40 95 00 www.vroom.nl


COLOFON Uitgever/bladmanager Uitgeverij Educom Diederiks, R.P.H. Redactie (excl. specials) Bles, ir. T.J. Bogaards, J. Broeck, ir. M. van den Diederiks, R.P.H. Lysebetten, ir. G. van Pijpers, R. Temmink, ir. H. Zandbergen, ing. D.

G EOT EC H N I E K AU G U S TU S 2 0 2 0 JA A R GA N G 2 4 N U M M E R 3

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.

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

Geotechniek is een uitgave van Uitgeverij Educom v.o.f. Mathenesserlaan 347 3023 GB Rotterdam Tel. 0031 (0)10 425 6544 info@uitgeverijeducom.nl www.uitgeverijeducom.nl Lezersservice Adresmutaties doorgeven via info@uitgeverijeducom.nl © Copyrights Uitgeverij Educom v.o.f. AUGUSTUS 2020 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

6

AUGUSTUS 2020


In Memoriam

Bram vanWeele

Op 24 januari j.l. is op 90-jarige leeftijd Prof. Ir. A.F. (Bram) van Weele overleden, hoogleraar Funderingstechniek aan de Technische Universiteit Delft gedurende vele jaren. Daarmee verliest de Geotechniek een van zijn iconen. In 1952, direct na zijn studie aan de Technische Hogeschool, nu Universiteit in Delft ging Bram werken bij het toenmalige Laboratorium voor Grondmechanica (LGM, later Grondmechanica Delft en nu Deltares). Kort nadat hij daar in dienst trad vond de watersnoodramp plaats. Voor LGM en voor Van Weele betekende dat vol inzetten op herstel van de dijken en nieuwe ontwerpen voor dijken. In 1954 vervolgde Bram zijn loopbaan bij de dienst Publieke Werken Amsterdam. Hij kreeg de taak de kwaliteit en het draagvermogen van funderingspalen te controleren en omdat Amsterdam in die tijd enorm uitbreidde werden grote aantallen palen geheid. Waaronder ook de later bekende en veel toegepaste Vibro-palen, waarbij kort daarvoor grote problemen bij de toepassing in Rotterdam aan het licht waren gekomen. De kennis en ervaring die hij toen verwierf resulteerde in zijn eerste publicatie in het vakblad “De Ingenieur” en ook in een eerste paper voor de International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, die in 1957 in Londen werd gehouden, waarin hij zijn methode, later bekend onder “Methode Van Weele” presenteerde om proef belastingen te interpreteren. Uit onvrede over de organisatie binnen Publieke Werken, stapt Van Weele in 1957 over naar (De Verenigde Bedrijven) Nederhorst. Hij kreeg daar aanvankelijk de leiding over de Vibropaalafdeling en later over de gehele afdeling grondtechnieken. Ook in deze periode was hij betrokken bij de controle van de kwaliteit en het draagvermogen van vele tienduizenden – vooral Vibro-palen die jaarlijks door Nederhorst werden geheid. Daarna ging het snel: eind 1961 werd hij benoemd tot adjunct-directeur, gevolgd door het directeurschap in 1965. In deze periode

bouwde Nederhorst een groot deel van de Metro in Rotterdam, de brug over het Haringvliet, de Utrechtse Baan, het nieuwe centrum van Schiphol en nog veel andere projecten. In 1972 was Nederhorst uitgegroeid tot een aannemingsbedrijf met de grootste omzet van Nederland en marktleider op het gebied van funderingstechnieken. Die groei vereiste veel personeel en dat was moeilijk te vinden. Van Weele benaderde toen de TU-Delft met het voorstel om een nieuwe studierichting – funderingstechnieken – op te zetten om aan de behoefte van de praktijk te voldoen. Het resultaat hiervan was dat hij gevraagd werd voor deze nieuwe leerstoel aan de TU Delft. Van Weele werd benoemd tot buitengewoon hoogleraar bij de afdeling Weg- en Waterbouwkunde op het vakgebied Funderingstechniek. Hij hield zijn intreerede op 22 januari 1975 met als titel: “Wie bouwt op een hechte fundering, zal de tijd trotseren”. Prof. Van Weele doceerde in de jaren ’70, ’80 en begin ’90 Funderingstechniek. Hij gaf verschillende colleges op dat gebied. De studenten waardeerden zijn colleges zeer omdat hij midden in de praktijk stond en zijn lessen illustreerde met tal van praktijkvoorbeelden. Hij heeft zo dus meerdere generaties studenten ingewijd in de funderingstechniek, waar het bedrijfsleven hem zeer veel dank voor verschuldigd is. Ook zijn boek “Moderne Funderingstechnieken” droeg daar zeer aan bij. Van Weele bleef hoogleraar tot 1993. Zijn afscheidsrede had de titel: “vertrouwen is goed – wetenschap is beter” – dit is nog altijd een zeer actuele uitspraak voor zijn vakgebied. Bram combineerde zijn leerstoel eerst met zijn functie bij Nederhorst maar richtte in 1974, Foundacon BV op en ging verder als zelfstandig funderingstechnisch adviseur. Hij werd ingeschakeld door Nederhorst, Fugro, NACO en andere grote aannemers en ingenieursbureau’s, CAR-verzekeringsmaatschappijen, schade-expertise-bureaus en trad veelvuldig op als partij-deskundige of rechtbank-deskundige in geschillen. Van Weele was zeer succesvol als deskundige in geschillen, uiteraard omdat hij uitermate deskundig was maar zeker ook omdat hij zijn kennis op eenvoudige en overtuigende wijze uiteen kon zetten voor niet-technici, zoals rechters en advocaten. Dat bezorgde hem faam in dit soort zaken en een zekere vrees bij de

GEOTECHNIEK

7

AUGUSTUS 2020

wederpartij. Dat leidde er zelfs toe dat een paar bedrijven Van Weele voor de uitvoering van een project al inschakelden en om zijn mening vroegen. Dat had naast de directe waarde van zijn advies ook het voordeel dat hij in de rechtszaal niet meer als opponent kon optreden, als er iets mis zou gaan. Foundacon was de éénmanszaak van Van Weele. Daar kwam verandering in toen Bram samen met zijn zoon Frans van Weele in 1989 IFCO Funderingsexpertise BV oprichtte, dat zo succesvol was dat al snel meer medewerkers in dienst werden genomen. Bram heeft in 1998 een punt gezet achter zijn professionele carrière. Maar in die 8 jaar was hij wel betrokken bij belangrijke projecten, zoals een groot zandpalen project in Indonesië waar de oude Nederlandse techniek van zandpalen is toegepast en de aanleg van het verkeersplein bij het Zeeburgereiland waarbij voor versnelling van de zettingen de IFCOmethode (vacuumconsolidatie) werd toegepast – een gepatenteerde techniek. In 1996 betrok IFCO Funderingsexpertise BV een nieuw kantoor. Omdat Van Weele van mening was dat er veel te weinig in het vakgebied wordt gecontroleerd en gemeten, heeft hij de bouw van zijn kantoorgebouw aangegrepen om dit tekort aan controle en monitoring recht te zetten. De fundering van het kantoor werd één groot funderingstechnisch researchproject, waarbij 7 verschillende type funderingspalen onder het pand werden toegepast; alle funderingspalen werden dynamisch, quasi-statische en volledig statisch proefbelast. En tot slot zijn alle funderingspalen voorzien van een krachtopnemer, zodat tijdens en na de bouw van het kantoor gemeten kan worden wat nu werkelijk de belasting is die op de paal terecht komt. Dit kantoor is het visitekaartje van prof. Van Weele dat hij voor Geotechnisch Nederland achter laat. Prof. Van Weele was binnen de gehele geotechnische wereld zeer bekend. Hij heeft een grote bijdrage geleverd aan het tot een goed einde brengen van veel funderingsprojecten en in het bijzonder in geval er tijdens de uitvoering problemen optraden. Hij heeft zijn kennis en ervaring aan vele generaties studenten overgedragen en daar heeft het vakgebied nu nog profijt van. Hij was een coryfee op het vakgebied. Prof. ir. Frits van Tol, em.


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

8

AUGUSTUS 2020


ir. Albert Wiggers Royal HaskoningDHV / Senior geotechnisch adviseur team waterveiligheid bij de Graaf Reinaldalliantie

ir. Rens Servais Heijmans Infra / Senior geotechnisch adviseur team waterveiligheid bij de Graaf Reinaldalliantie

ir. Herman-Jaap Lodder Senior geotechnisch adviseur team Technisch Management en Ondersteuning bij Waterschap Rivierenland

WISSELWERKING TUSSEN PROEVEN, MODEL EN STABILITEITSANALYSE BIJ DIJKVERSTERKING GOWA

ONGEDRAINEERD GEDRAG VAN ECHTELD KLEI ONDER DE LOEP Nieuwe aanpak in het Nederlandse dijkontwerp Sinds enkele jaren is het gebruikelijk om ongedraineerd grondgedrag van cohesieve grond mee te nemen in de stabiliteitsanalyse van Nederlandse primaire waterkeringen. Sinds 2017 is het ongedraineerde rekenen ook officieel ingebed in de veiligheidsfilosofie voor primaire waterkeringen, via het Wettelijk Beoordelingsinstrumentarium. De nadere uitwerking hiervan voor de beschouwing van het mechanisme macrostabiliteit is beschreven in (Ministerie Infrastructuur en Milieu, 2019). In het vervolg van dit artikel wordt het geheel van instrumentarium en onderliggende publicaties gemakshalve aangeduid met “nieuwe technische leidraden”. Het toepassen van ongedraineerd rekenen is voor de geotechnisch adviseurs die al jaren aan dijken rekenen een ware omslag, omdat er voor die tijd in Nederland geen rekening werd gehouden met ongedraineerd materiaalgedrag van cohesieve gronden. Zo werd voorheen de wateroverspanning die tijdens schuifvervorming door contractie kan ontstaan genegeerd, waardoor de schuifsterkte overschat kon worden. Andersom kon vroeger de sterkte juist worden onderschat bij dilatant grondgedrag, zoals bij sterke overconsolidatie vaak het geval is. De nieuwe technische leidraden geven aan dat dergelijke effecten wel moeten worden meegenomen en daarmee wordt beter aangesloten op de werkelijkheid en bij wat in de internationale praktijk al langere tijd gebruikelijk is. Een andere omslag die de nieuwe technische leidraden teweegbrachten was het rekenen bij grote schuifrekken. Tot dusver was het voor een

dijkontwerp gebruikelijk om de schuifsterkte uit triaxiale compressieproeven te bepalen bij een axiale rek van 2 tot 5%. Tegenwoordig wordt de schuifsterkte bij grotere rekken bepaald: triaxiale compressieproeven (kortweg: TXC) worden uitgevoerd tot een axiale rek van 25% en DSS proeven tot een schuifrek van 40%. Het rekenen bij grotere schuifrekken past beter in de huidige veiligheidsfilosofie van primaire waterkeringen waarbij uiteindelijk getoetst wordt op een overstromingskans die is gebaseerd op het echte falen van de waterkering en niet op een overschrijdingskans zoals vroeger gebruikelijk was. In de nieuwe leidraden wordt de term Critical State Soil Mechanics model (CSSM) gebruikt. Hiermee wordt gerefereerd aan de critical state van grond: het ontstaan van een unieke toestand waarbij het volume en de schuifspanning van de grond bij toenemende schuifrekken niet meer veranderen. De unieke critical state sterkte zou voor een stabiliteitsanalyse van een grondlichaam een stabiele en realistische ontwerpwaarde kunnen zijn wanneer deze eenduidig is vast te stellen. Met de aanpassingen in het rekenen met de sterkte bij grote rekken moest ook de testapparatuur en het testprotocol worden aangepast (Greeuw e.a., 2016). Dit bleek voor laboratoria geen eenvoudige opgave maar een lastig ontwikkeltraject dat in projecten verder loopt. In dit traject blijkt de interactie tussen de veldwerker die de grondmonsters neemt, de laborant die de testen uitvoert en de geotechnisch adviseur die resultaten interpreteert, essentieel.

Parameters Wanneer grond zich volledig gedraineerd gedraagt,

kan de sterkte bij grote rekken eenvoudig worden bepaald met de critical state wrijvingshoek (φcs). Er bestaat dan geen cohesie en overconsolidatie speelt geen rol. Deze parameter kan worden bepaald uit het s’-t diagram, zie figuur 1 (linker plaatje). Wanneer de grond zich ongedraineerd gedraagt, wordt een ongedraineerde schuifsterkte su toegepast. Overconsolidatie speelt dan wel een rol. Deze ongedraineerde sterkte kan op verschillende manieren worden bepaald. Voor het project GoWa is de SHANSEP-formule toegepast om de ongedraineerde schuifsterkte te bepalen: met:

De parameters worden hieronder toegelicht. In figuur 1 is de samenhang tussen de SHANSEPformule en de resultaten uit een triaxiaalproef weergegeven. De schuifsterkte ratio (S) is gelijk aan de verhouding tussen de schuifsterkte (Su) van normaal geconsolideerde monsters bij grote schuifrekken en de consolidatiespanning (σ’vc). Met de machtsfactor (m) wordt aangegeven hoe de afhankelijkheid van overconsolidatie in rekening wordt gebracht. Verder gebruikt het model twee state parameters: de grensspanning (σ’vy) en de verticale korrelspanning ten tijde van de belastingsituatie (σ’vi). Voor een dijkversterkingsontwerp zoals voor GoWa is de SHANSEP-formule erg praktisch, omdat de grensspanning (σ’vy) uit een op te geven belastinggeschiedenis kan worden berekend. In een stabiliteitsanalyse van dijken speelt de over-

Figuur 1 – Theoretische samenhang tussen spanningspaden in triaxiaalproef en de SHANSEP -formule.

GEOTECHNIEK

9

AUGUSTUS 2020


'ƌĂĂĨ ZĞŝŶĂůĚĂůůŝĂŶƟ Ğ ǀŽŽƌ stabiele samenwerking tĞƌŬĞŶ ĂĂŶ Ϯϯ ŬŝůŽŵĞƚĞƌ ƚŽĞŬŽŵƐƚďĞƐƚĞŶĚŝŐĞ ĚŝũŬ Ğ 'ƌĂĂĨ ZĞŝŶĂůĚĂůůŝĂŶƟ Ğ ŝƐ ĞĞŶ ĂůůŝĂŶƟ Ğ ǀĂŶ tĂƚĞƌƐĐŚĂƉ ZŝǀŝĞƌĞŶůĂŶĚ ŵĞƚ ĐŽŵďŝŶĂƟ Ğ ͚tĂĂůĞŶƐĞŵďůĞ͛ ďĞƐƚĂĂŶĚĞ Ƶŝƚ ,ĞŝũŵĂŶƐ͕ 'D ĞŶ ĚĞ sƌŝĞƐ Θ ǀĂŶ ĚĞ tŝĞů ŵĞƚ ZŽLJĂů ,ĂƐŬŽŶŝŶŐ ,s ĂůƐ ĂĚǀŝƐĞƌĞŶĚĞ ƉĂƌƟ ũ͘ Ğ ĂůůŝĂŶƟ Ğ ǁĞƌŬƚ ĂĂŶ ĚĞ ĚŝũŬǀĞƌƐƚĞƌŬŝŶŐ ƚƵƐƐĞŶ 'ŽƌŝŶĐŚĞŵ ĞŶ tĂĂƌĚĞŶďƵƌŐ͘ ŝƚ ƚƌĂũĞĐƚ ďĞƐƚĂĂƚ Ƶŝƚ ƌƵŝŵ Ϯϯ ŬŝůŽŵĞƚĞƌ ĂĂŶ ĂĨŐĞŬĞƵƌĚĞ ĚŝũŬƚƌĂũĞĐƚĞŶ͘ ŝĞ njŝũŶ ĂĨŐĞŬĞƵƌĚ ŽƉ ĞĞŶ ŽĨ ŵĞĞƌ ǀĂŶ ĚĞ ĨĂĂůŵĞĐŚĂŶŝƐŵĞŶ ŚŽŽŐƚĞ͕ ďŝŶͲ ŶĞŶǁĂĂƌƚƐĞ ƐƚĂďŝůŝƚĞŝƚ͕ ďƵŝƚĞŶǁĂĂƌƚƐĞ ƐƚĂďŝůŝƚĞŝƚ ĞŶ ƉŝƉŝŶŐ͘

DĞĞƌ ŝŶĨŽƌŵĂƟ Ğ ǁǁǁ͘ŐƌĂůůŝĂŶƟ Ğ͘Ŷů

W Zd/: E /E 'Z & Z /E > >>/ Ed/

GEOTECHNIEK

10

AUGUSTUS 2020


SAM E N VAT T I N G betere onderbouwing bij de schuifsterkte was noodzakelijk omdat het ontwerp van stabiliteitsbermen gevoelig is voor deze parameter. Het onderzoek ging terug naar de basisbeginselen die ten grondslag hebben gelegen aan de huidige richtlijnen en proefprotocollen. Uit het onderzoek is gebleken dat, voor de onderzochte grondsoorten, er verantwoord kan worden uitgegaan van een lager rekcriterium dan het rekcriterium dat in de technische leidraden en de onderliggende protocollen wordt genoemd. Het toepassen van een lager rekcriterium heeft geleid tot hogere schuifsterkte parameters met als resultaat een geoptimaliseerd ontwerp. De uitkomst van dit onderzoek heeft aangegeven dat het erg belangrijk is om de achtergronden van materiaalgedrag en het toegepaste model te kennen.

Gedurende het ontwerptraject van de dijkversterking van de primaire waterkering tussen Gorinchem en Waardenburg (GoWa) is een verdiepend onderzoek uitgevoerd naar de ongedraineerde schuifsterkte eigenschappen van de klei in de ondergrond. Het is in Nederland nog niet zo lang gebruikelijk om stabiliteitsanalyses voor waterkeringen uit te voeren met ongedraineerde parameters. De Graaf Reinaldalliantie, een alliantie bestaande uit de aannemersbedrijven Heijmans, Groep Midden Betuwe en De Vries & Van de Wiel, Waterschap Rivierenland en adviesbureau Royal HaskoningDHV, heeft het initiatief genomen voor een verdiepend onderzoek dat verder gaat dan de gangbare protocollen omdat proefresultaten moeilijk verklaarbare resultaten lieten zien: de schuifsterkte van Echteld klei blijft afnemen bij grotere schuifrekken en tendeert daarbij lang niet altijd naar een constante “critical state” schuifsterkte. Een

consolidatie een cruciale rol. Ten eerste ontstaat er bij hoogwater een zekere mate van overconsolidatie, doordat de korrelspanning als gevolg van hoogwater afneemt ten opzichte van de korrelspanning onder dagelijks omstandigheden. Daarnaast zal er ook onder dagelijkse omstandigheden al een zekere mate van overconsolidatie in de ondergrond aanwezig zijn. Bij het beoordelen van de stabiliteit van bestaande dijken is de bijdrage van de OCR onder dagelijkse omstandigheden van grote invloed, maar wanneer de korrelspanning in de ondergrond door het gewicht van de nieuwe dijkversterking toeneemt tot boven de bestaande grensspanning is de dagelijkse OCR van vóór de dijkversterking minder relevant. De schuifsterkte onder een berm zal dan vooral nog afhangen van de parameter S.

Dilemma’s bij toepassen in ontwerppraktijk In de ondergrond in het gebied van dijkversterking Gorinchem-Waardenburg wordt komklei van de Echteld formatie aangetroffen die sterk varieert in samenstelling. Voor het ontwerp bleken met name de kleien met volumegewichten tussen 12 kN/m3 en 17,5 kN/m3 en een PI >40% bepalend voor de glijvlakberekeningen. In eerste instantie is de SHANSEP-parameter S van deze klei bepaald uit een proevenverzameling met TXC proeven volgens de standaardprocedure uit de nieuwe technische leidraden. Voor het afschuiven zijn de monsters K0geconsolideerd op een verticale korrelspanning die een factor twee hoger was dan de grensspanning die volgt uit constant rate of strain (CRS) proeven. Dit is gedaan om zeker te stellen dat er sprake is van een normaal-geconsolideerde toestand. Een veelgebruikte grafiek om het grondgedrag tijdens een triaxiaalproef te analyseren is de s’-t ruimte, zie figuur 1 (linker plaatje). In deze ruimte wordt het gemiddelde van de hoogste en laagste spanning op het monster, (σ’1 +σ’3), uitgezet tegen de helft van de deviatorspanning q. De deviatorspanning is gelijk aan het verschil tussen de kleinste de grootste spanning op het monster. Figuur 2 laat het typische beeld zien van de

Figuur 2 – Typisch beeld van spanningspaden triaxiale compressieproef op Echteld Klei met plasticiteitsindex van ca. 50%.

spanningspaden op Echteld Klei monsters met een volumegewicht tussen 14 en 17.5 kN/m3 en een plasticiteitsindex boven de 40%. In de figuur zijn de normaal-geconsolideerde monsters te herkennen met de afkorting “UND-NC” in het label en overgeconsolideerde monsters met de afkorting “UND-OC”. Tevens zijn de spanningspaden van enkele gedraineerde overgeconsolideerde proeven (“DR-OC”) weergegeven, waarop later wordt teruggekomen. De spanningspaden van de normaalgeconsolideerde monsters buigen bij ongedraineerd afschuiven sterk af naar links. Na de piek blijft de deviatorspanning q afnemen bij toenemende rek, zelfs bij rekken groter dan 25%. Dit gedrag wordt aangeduid met softening. Ook bij de sterk-overgeconsolideerde monsters neemt de deviatorspanning bij ongedraineerd afschuiven eerst toe en daarna enigszins af. Deze afname wordt veel waargenomen en is verklaarbaar vanuit materiaalgedrag. De schuifspanning van overgeconsolideerde monsters bevindt zich namelijk bij kleine rekken (kleiner dan ca. 5%) tijdelijk door

GEOTECHNIEK

11

AUGUSTUS 2020

dilatant gedrag in een peak state boven de Critical State lijn (zie figuur 1). In die peak state kan de schuifspanning door monsterverstoringen en het ontstaan van microscheurtjes tijdens afschuiven vrij abrupt terugvallen op de CSL. Dit fenomeen speelt zich af op proefschaal en wordt veel beschreven in de literatuur. Figuur 2 (linker plaatje) laat zien dat de spanningspaden van de normaal-geconsolideerde en overgeconsolideerde monsters op hetzelfde materiaal bij grote rekken tenderen naar eenzelfde lijn door de oorsprong: de critical state lijn (CSL). Figuur 3 laat een afwijkend beeld zien: het spanningspad lijkt “af te ketsen” van de CSL. In dit geval blijft de t/s’ verhouding afnemen bij toenemende rek en kan geen unieke critical state lijn door de oorsprong worden bepaald. Dit afketsen bij grote rekken lijkt te duiden op gedrag dat door de proef zelf wordt veroorzaakt. Mogen dergelijke proeven als outliers worden gezien? Dergelijk gedrag wordt met enige regelmatig waargenomen


sorteren van proeven naar PI, organische stofgehalte, kleifractie of volumegewicht lijken de spreiding niet wezenlijk te beïnvloeden. Ook het verhogen van het aantal proeven heeft niet het gewenste effect.

Figuur 3 – Voorbeeld van extreme softening bij normaal-geconsolideerde TXC proeven op Echteld Klei.

De conclusie op basis van al deze observaties is dat geen unieke critical state sterkte kan worden vastgesteld met deze proeven. De geotechnisch adviseur vraagt zich nu af: Welke waarde moet gebruikt worden voor de ongedraineerde schuifsterkte bij grote rek? Is de juiste CSL wel gevonden of zouden de proeven bij nog grotere rekken moeten worden uitgevoerd? Is de grote spreiding het gevolg van de grilligheid van de natuur of wordt het ook door proefgedrag en monsterverstoring veroorzaakt?

Aanvullend onderzoek

Figuur 4 – Verloop waterspanningen, genormaliseerd naar consolidatiespanning, bij toenemende schuifrekken in TXC proeven op normaal-geconsolideerde en overgeconsolideerde monsters.

Al deze constateringen waren voldoende reden voor de ontwerpers van de Graafreinaldalliantie en Waterschap Rivierenland om de schuifspanningsontwikkeling van klei bij grotere rekken ook met ander type proeven te bepalen, namelijk: de Direct Simple Shear proef bij constant volume (kortweg DSS) en de triaxiale extensieproef met K0-consolidatie (kortweg TXE). Daarnaast zijn ook gedraineerde triaxiaalproeven uitgevoerd om de critical state lijn eenduidig te kunnen vastleggen zonder effecten van wateroverspanning. Hierdoor kon het fenomeen van de afketsende spanningspaden (figuur 3) worden geëvalueerd.

Vergelijk van verschillende typen proeven

in de triaxiaalproevenverzameling van Echteld klei. Er zijn zelfs proeven uitgevoerd waarbij de spanningspaden bij grote rekken onder de K0-lijn uitkomen. In de triaxiale compressieproeven lijkt de constante afname in schuifspanning samen te gaan met een constant toenemende gemeten wateroverspanning (u). In een critical state conditie zou de waterspanning niet meer moeten veranderen bij toenemende rekken, maar in 50% van de uitgevoerde TXC proeven op normaal-geconsolideerde monsters wordt geen constante waterspanning bij toenemende rekken gevonden. Het waargenomen beeld is in die gevallen vergelijkbaar met de onderste drie lijnen met label UND-NC in figuur 4. De waterspanning blijft vanaf ca. 15% axiale rek met een constante waarde toenemen. Bij de meeste proeven op overgeconsolideerde monsters neemt de wateroverspanning tussen ca. 2% en ca. 5% sterk af als gevolg van dilatantie. In veel gevallen

is er daarna vanaf ca. 10% weer een lichte stijging in de wateroverspanning te zien zoals ook in onderstaande figuur bij de blauwe en rode lijnen (label “UND-OC”). Door dit effect ontstaat er een krul in het s’-t spanningspad, zie figuur 2 (rechter figuur). De constante toename van de wateroverspanning bij grotere rekken boven 10% à 15% en de krul in het spanningspad is een verdacht patroon dat niet past bij de basisprincipes van de critical state grondmechanica: bij grotere rekken zou de waterspanning uiteindelijk constant moeten worden en wordt de critical state bereikt. Een andere constatering is de sterke spreiding die wordt gevonden in de normaal-geconsolideerde schuifspanningsverhouding bij grote rekken. Verwacht werd dat de spreiding juist bij grotere rekken, en zeker in de critical state, klein zou zijn met als gunstig neveneffect dat de karakteristieke ontwerpwaarde van de sterkte dan dichter bij de gemiddeld gemeten sterkte zou liggen. Het verder

GEOTECHNIEK

12

AUGUSTUS 2020

Voor een onderlinge vergelijking van de triaxiaalproeven en de DSS proeven zijn de triaxiaalproefresultaten omgerekend naar een schuifspanning en rekken op het afschuifvlak. Ook is een omrekening gemaakt van triaxiale spanningen naar plane strain spanningen. De volgende bewerkingen zijn uitgevoerd: - Correctie membraan en drainage strips volgens (Greeuw e.a., 2001) en (Van Duinen, 2020); - Oppervlaktecorrectie alleen op TXE, vanwege het effect van necking, het insnoeren van het midden van het monster (Van Duinen, 2020); - Correctie naar schuifspanning op afschuifvlak: τtx = t * cos (φgemobiliseerd) voor de triaxiaalproeven, volgens (Ladd, 1991); - Correctie van triaxiaal naar plane strain: τ = 9/8 * τtx voor TXC en τ = 1,22 * τtx voor TXE, volgens (Ladd & DeGroot, 2004); - Omrekenen axiale rekken naar schuifrekken: γ = 1,5 * εa (Ladd, 1991). De ontwikkeling van de schuifspanningsverhouding

τ/Ȝ’vc verschilt aanzienlijk per type proef: TXC proeven laten een snelle toename zien en na het bereiken van de pieksterkte een duidelijke afname, terwijl de DSS-proeven en TXE-proeven een veel


Figuur 5 – Vergelijking van de schuifspannings-verhouding τ/Ȝ’vc

Figuur 6 – Vergelijking van de schuifspannings-verhouding τ/Ȝ’vc bij verschillende typen proeven (TXC, DSS en TXE) op normaal geconsolideerde Echteld Klei met volumegewicht 16-17,5 kN/m3.

bij verschillende typen proeven (TXC, DSS en TXE) op normaal geconsolideerde Echteld Klei met volumegewicht 14-16 kN/m3.

langzamere opbouw laten zien en minder schuifspanningsafname na de piek. In figuur 5 en figuur 6 is dit voor proeven op Echteld Klei met een volumegewicht tussen 14 en 17,5 kN/m3 weergegeven. Dit beeld vertoont zeer sterke overeenkomsten met andere onderzoeken op siltige klei op andere plekken in de wereld, figuur 7. Uit figuur 5 en 6 blijkt dat de verschillende proeven tenderen naar een vergelijkbare schuifspanningsverhouding τ/Ȝ’vc vanaf een schuifrek van ongeveer 22% (axiale rek van ca. 15%). De spreiding in schuifspanningsverhouding is bij dit rekpercentage relatief klein. Bovendien blijkt uit de proeven dat er voor een vrij wijde range aan volumegewichten en plasticiteitsindices uit deze rivierafzetting een vergelijkbare schuifsterkte-verhouding wordt gevonden. De techniek van compatibility of strain (gelijkmatig langs het schuifvlak mobiliseren van sterkte), zoals beschreven door Ladd en anderen, is daarmee eenvoudig toepasbaar in een glijvlakberekening: er kan gewerkt worden met één normaal-geconsolideerde schuifsterkteverhouding (de parameter S in de SHANSEP-formule) zonder dat er aanpassingen hoeven te worden gedaan naar afschuifrichting. Deze benadering is niet zondermeer toepasbaar op kleine rekken (ruim onder de ca. 22% schuifrek). Bij kleinere rekken wordt de vaststelling van de schuifsterkte langs het glijvlak complexer omdat de schuifspanningsverhoudingen in de actieve, de directe (horizontale) en de passieve afschuifrichting van het schuifvlak dan sterker van elkaar verschillen. Bovendien is het aannemelijk dat de schuifrekken langs het schuifvlak bij toenemende schuifvervormingen steeds gelijkmatiger zullen worden waardoor het principe van compatibility of strain beter toepasbaar is. Daarbij speelt ook het samenspel van stijvere en

Figuur 7 – Gemiddelden van

τ/Ȝ’vc voor K0 geconsolideerde Plane Strain Compressie, Plane Strain Extensie en DSS proeven op normaalgeconsolideerde zeeklei (Ladd, 1991)

slappere lagen binnen één schuifvlak een rol. Tenslotte is er bij kleinere rekken een grotere kans dat de lagere schuifspanning in DSS en TXE dominant worden boven de hogere schuifspanning in TXC, wat een optimaal ontwerp in de weg staat. Er is nog een ander groot voordeel van het vinden van vergelijkbare S waardes in verschillende proeven bij grotere rekken: wanneer er een fout optreedt in één type proef zal deze met een andere proef beter worden opgemerkt. Iedere proef heeft sterke en minder sterkte kanten. Overigens blijkt dat voor alle typen proeven geldt dat de spreiding in uitkomsten het kleinst is bij een rekpercentage van ca. 22% schuifrek, zie de figuren 5 en 6.

monsters vergeleken met de gedraineerde proeven op overgeconsolideerde monsters. Wanneer de spanningspaden van de gedraineerde proeven worden geplot in dezelfde s-’t grafiek als de ongedraineerde proeven, dan wordt de vermoede ligging van critical state lijn bevestigd en blijkt dat afketsende spanningspaden, zoals in figuur 3, ook echt als outliers kunnen worden bestempeld. Figuur 2 (linker plaatje) laat zien dat de gedraineerde spanningspaden (afkorting “DR-OC”) bij grote rekken heel aardig overeenkomen met de ongedraineerde spanningspaden (afkorting “UND-NC” en “UND-OC”).

Conclusie De proeven bevestigen het beeld van een constant afnemende schuifspanningsverhouding bij toenemende schuifrekken. Dit verschijnsel, dat eerder was opgemerkt bij de TXC proeven, wordt dus ook bij de TXE en DSS proeven waargenomen. De mate van afname lijkt in de verschillende proeven redelijk vergelijkbaar bij schuifrekken groter dan ca. 22%. Er wordt dus bij grotere rekken nog geen unieke critical state schuifsterkte gevonden. Tenslotte zijn de ongedraineerde proeven op overgeconsolideerde en normaal-geconsolideerde

GEOTECHNIEK

13

AUGUSTUS 2020

Het onderzoek op Echteld Klei heeft laten zien dat de in proeven bepaalde schuifspanning ook bij grote rekken niet constant is maar blijft afnemen. Met de proeven is het daarom niet goed mogelijk om een unieke critical state sterkte vast te stellen. Verschillende typen proeven (TXC, DSS en TXE) laten een vergelijkbare afname in schuifspanningsverhouding zien bij schuifrekken boven de ca. 22% (en axiale rekken boven de 15%). De S parameter uit de SHANSEP formule moet dus bij een verstandige gekozen rek worden vastgesteld. Bij deze


keuze moet rekening worden gehouden met het principe van compatibility of strain. Dit stelt eisen aan het minimum rekniveau. De keuze voor een te groot rekniveau wordt echter afgeraden omdat de spreiding in proefresultaten toeneemt en de sterkte lager wordt ingeschat dan nodig is. Er bestaat een sterk vermoeden dat proefgedrag bij relatief grote rekniveaus een significante rol gaat spelen en vaak zorgt voor grotere spreiding en outliers aan de conservatieve kant.

gericht op te zetten en de vrijgekomen kennis te delen en centraal te beheren zodat er een nieuwe landelijke en goed onderbouwde database ontstaat. Fundamenteel onderzoek naar de oorzaken van de extreme softening is reeds gestart bij kennisinstituten. Het voert te ver om in dit artikel nader in te gaan op mogelijke oorzaken.

Verantwoording Voor Echteld Klei wordt daarom aanbevolen om de sterkte te bepalen bij een schuifrek tussen de 20 en 25%. Dit komt overeen met een axiale rek in een TXC proef van ca. 15%. Dit rekcriterium is overigens in de internationale praktijk gangbaar. In de Nederlandse technische leidraden is het uiterste rekcriterium bewust wat hoger gekozen vanwege het gedrag van sommige sterk organische kleien en veen. Voor situaties zonder veen of als veen minder ontwerpbepalend is, dan is de keuze voor 15% axiale rek dus een mooie maatwerk-oplossing in lijn met het ontwerp- en beoordelings-instrumentarium. Het onderzoek dat hier is beschreven is omvangrijk en tijdrovend en vergt gedegen kennis van de proeven en critical state grondmechanica. Het is daarom verstandig om dergelijke onderzoeken

Tijdens dit onderzoek is intensief contact geweest tussen adviseurs van de GraafReinaldalliantie en de laboratoria Wiertsema & Partners en InpijnBlokpoel Ingenieursbureau die het testprogramma uitvoerden. Verder is bij het vaststellen van de onderzoeksopzet en tijdens de interpretatie regelmatig contact geweest tussen de adviseurs van de Graaf Reinaldalliantie en Deltares. Halverwege de rit zijn inzichten gedeeld met een deskundigenpanel bestaande uit landelijke experts. Daarnaast dank aan Alexander van Duinen die de triaxiaal extensieproeven heeft begeleid en geïnterpreteerd. Tenslotte willen de schrijvers van dit artikel Antoine Gori bedanken voor zijn hulp bij het interpreteren van testdata. Antoine Gori is in januari 2020 op het onderwerp softening afgestudeerd aan de TU Delft.

Integrra aa aal team

GEOTECHNIEK

14

AUGUSTUS 2020

Literatuur - Van Duinen, T.A. (2020) Onderzoek extensieproeven voor WSRL. - Greeuw, G., van Essen, H.M., Van Duinen, T.A. (2016) Protocol laboratoriumproeven voor grondonderzoek aan waterkeringen, Deltares rapport 1230090-019-GEO-0002, Versie 03. - Greeuw, G., Den Adel, H., Schapers, A.L., Den Haan, E.J. (2001). Reduction of axial resistance duet o membrane and side drains in the triaxial test. Soft Ground Technology, 30-42. - Ladd, C.C. (1991) Stability Evaluation during Staged Construction: 22nd Karl Terzaghi Lecture American Society of Civil Engineers. Journal of Geotechnical Engineering 117 (4), 540-615. - Ladd, C.C. & DeGroot, D.J. (2004). Recommended Practice for Soft Ground Site Characterization: Arthur Casagrande Lecture. Proceedings 12th Panamerican Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering Massachusetts Institute of Technology. Vol. 1, 1-57. - Ministerie Infrastructuur en Milieu (2019) Schematiseringshandleiding Macrostabiliteit – WBI 2017. Versie 3.0, Definitief. - Wroth, C.P. (1984) The interpretation of in situ soil tests. Geotechnique 34, N0.4, 449- 쎲


Advertorial

GEOTECHNIEK BIJ MOBILIS: NIET ALLEEN REKENEN MAAR OOK MET JE VOETEN IN DE KLEI

Project Sluis Eefde, bouwkuip benedenhoofd. Beeld: Bouwfotografe.

Dat bouwen aan infrastructuur en binnenstedelijke projecten in Nederland en België een steeds grotere uitdaging wordt, is niks nieuws. Omgaan met de ondergrondse risico’s wordt hierbij steeds belangrijker. Dit vraagt om een slimme en integrale aanpak.

Dit begint al aan de voorkant van het ontwerp, waarbij we met eigen tools ondergrondse en bovengrondse informatie uit meerdere bronnen inzichtelijk maken in een GIS-omgeving. Denk aan de interpretatie van grondonderzoek en raakvlakken met oude fundamenten of geologische structuren. Hierdoor hebben we meer overzicht en kunnen we de kans op onvoorziene gebeurtenissen te verkleinen. Ook bouwen wij samen met ons zusterbedrijf Voorbij Funderingstechniek aan slimme, geïntegreerde tools waarmee we projecten van tender tot uitvoering kunnen optimaliseren.

Eerst testen, dan doen

Slimmer verbinden, beter bouwen

Naast alle mooie digitale tools die steeds meer in het ontwerp worden toegepast, moet buiten het werk nog wel gemaakt worden. Op de projecten met een gevoelige omgeving, zoals naast het spoor of in een historische binnenstad, worden steeds vaker proeven uitgevoerd om de haalbaarheid en draagvermogen van bijvoorbeeld damwandplanken en heipalen te bepalen. Zo kan een economisch optimaal ontwerp in veel gevallen toch ook samen gaan met een tevreden omgeving. Dit hebben we recent gedaan bij de projecten Spooromgeving Geldermalsen en Singelgrachtgarage-Marnix in Amsterdam. Wij zijn nauw bij het project betrokken. Regelmatig staan we met onze veiligheidsschoenen in de klei en dan zien we wat het ontwerp betekent voor de maakbaarheid. Die hands-on ervaringen binnen en buiten, dat maakt de meerwaarde van Mobilis.

Mobilis bouwt al ruim 100 jaar aan de infrastructuur van Nederland. Als slimme verbinder heeft Mobilis het vermogen om het juiste team te koppelen aan de juiste technieken. De kracht van Mobilis ligt in het samenwerken met andere partijen zodat ze elke keer in hun meerwaarde komen. Kwaliteit van bouwen, maatschappelijk verantwoord ondernemen en het toepassen van innovaties is waar wij voor staan. Op dit moment bouwen wij aan de Rijnlandroute, Uitbreiding Sluis Eefde, Singelgrachtgarage-Marnix Amsterdam, A16 Rotterdam en het Theemswegtracé. Afgeronde projecten zijn Rotterdam Centraal Station, Spoorzone Delft en de renovatie van de Maastunnel Rotterdam.

ERVARING ROB SWART Na het afronden van mijn studie ben ik in 2016 begonnen bij Mobilis als geotechnisch constructeur. Na een half jaar raakte ik berokken de bouw van de tweede sluiskolk in het Twentekanaal bij Eefde. Ik kreeg hier de ruimte om ervaring op te doen in een groot scala aan geotechnische onderwerpen, waaronder grondonderzoek en het ontwerp van kademuren, bouwkuipen, kistdamconstructies en paalfunderingen. Hierbij kreeg ik snel veel verantwoordelijkheid en heb ik enorm veel geleerd. Tijdens de bouw van de sluis heb ik als site engineer het uitvoeringsteam ondersteund. De nieuwe sluis is onlangs opgeleverd en ik ben natuurlijk trots op het resultaat. Mobilis heeft zich in de afgelopen 4 jaar ook sterk ontwikkeld. Toen ik begon waren we met 3 geotechnisch ingenieurs. We waren echt aan het pionieren. Nu zijn we met 10 man en we groeien nog steeds.

GEOTECHNIEK

15

AUGUSTUS 2020


ir. P.J. Bogaards Teamleider/Geotechnisch adviseur bij Royal HaskoningDHV

ing. M. van den Berg Bedrijfsleider bij De Klerk Waterbouw

ing. A.J. Tanis Technisch Adviseur bij De Klerk Waterbouw

‘FIT FOR PURPOSE’ FUNDERINGSPALEN VOOR

NIEUWE STEIGER LBC TANK TERMINALS Inleiding De lange termijnovereenkomst die tussen LBC Tank Terminals en Havenbedrijf Rotterdam is gesloten, vormt de basis voor de bouw van een nieuwe steiger (zie figuur 1) voor vier nieuwe ligplaatsen voor zee- en binnenvaart. Dit project houdt de uitbreiding in van de huidige terminal tot een capaciteit van 250.000 m3 voor de opslag van vloeibare chemicaliën. In dit zogenoemde ‘Rainbow Project’ investeert LBC in de verbetering en uitbreiding van de bestaande tankwagen- en spoorverladingsinfrastructuur. De werkzaamheden voor de nautische uitbreiding zijn door Havenbedrijf Rotterdam NV als RAWcontract op de markt gebracht. Royal HaskoningDHV is door het havenbedrijf gecontracteerd als ontwerpende partij en bestekschrijver. In april 2015 is de opdracht aanbesteed op basis van EMVI met als criteria “Plan van Aanpak” en “Aanneemsom”. Hierbij heeft De Klerk Waterbouw de opdracht verkregen. De nieuwe steiger is ontworpen om te kunnen voorzien in vier nieuwe ligplaatsen voor de zee- en binnenvaart. Maatgevend voor het steigerontwerp zijn schepen van het type Panamax. Dit zijn schepen met een maximale afmeting van ca. 294x32 meter, een diepgang van 12 meter en een laadcapaciteit van maximaal 65.000 DWT. Het project bestond uit: – de sloop van bestaande steigerconstructies, inclusief de oude funderingspalen – het heien van 73 stalen funderingspalen met een lengte van 30 tot 40 meter – realiseren van circa 300 meter betonnen dek, bestaande uit 28 betonnen kespen voor de opleg-

gingen van de voorgespannen brugliggers voorzien van een druklaag – een steigerdek voorzien van leuningwerk, kolomfundaties voor de bovenbouw (leidingrek) en een bluswaterplatform. Naast de steiger worden ook remmingwerken geplaatst en zeven trospalen, variërend in diameter van 2020 tot 2660 mm. met een wanddikte tot 36 mm, aangebracht. Ook wordt over de gehele lengte de oeverbescherming vervangen. De bouw van de steiger is voorzien in twee fases. Gedurende fase 1 (twee ligplaatsen) zal LBC nog gebruik maken van de bestaande oude steiger. Na gereedkomen van fase 1 (medio april 2016) is LBC zelf met de bovenbouw gestart. Deze was medio augustus 2017 gereed, waarna het gehele besturings- en leidingensysteem is omgezet naar het nieuwe gedeelte. Op het moment dat de oude steiger buiten dienst is gesteld en de nieuwe steiger operationeel was, is gestart met de 2de helft van de nieuwe steiger (medio oktober 2018) en opgeleverd in juli 2019.

Grondslag In geotechnische zin was er een grote uitdaging ten aanzien van de funderingspalen onder een deel van de steiger. De grondslag ter plaatse van de nieuwe steiger toonde namelijk een gevarieerd beeld. Bij de noordelijke helft van de steiger (fase 2) is vanaf ca NAP -19 meter tot NAP -29,5 meter een draagkrachtige (schone) zandlaag aanwezig met conusweerstanden van 8-20 MPa. Zie sondering DKP101 (figuur 2). Bij de zuidelijke helft van de

Figuur 1 – Impressie nieuwe steiger.

GEOTECHNIEK

16

AUGUSTUS 2020

steiger (fase 1) is de ondergrond minder draagkrachtig. In figuur 3 is een sondering weergegeven van de “slechtste” zone. De ondergrond bestaat vanaf NAP -17,5 meter tot NAP -32 m uit een kleiige/ siltige zandlaag met conusweestanden van 6-8 MPa welke wordt doorsneden door enkele klei-/siltlagen met een conusweerstand van 1-3 MPa. Vanaf NAP -32 m is een meer draagkrachtige zandlaag aanwezig. Zie Sondering DKM016 (figuur 3). De voornoemde grondslag ter plaatse van het zuidelijke deel van de steiger heeft geleid tot een uitdagend ontwerp van de funderingspalen.

Funderingsontwerp De positie van de steiger is door het Havenbedrijf Rotterdam dusdanig gekozen dat hierdoor maximale afmeercapaciteit is te behalen. Door de gekozen positie wordt de verstoring van de bedrijfsvoering van LBC tot een minimum gereduceerd gedurende de gefaseerde uitbreiding. De onderbouw van de steiger is ontworpen door Royal HaskoningDHV. De bovenbouw (piperack) is door VICOMA Engineering ontworpen. Gelet op de constructie van de bovenbouw is het noodzakelijk om verschilzettingen te beperken. Daarom is gezocht naar een fundering met een relatief stijf last/zakkingsgedrag. In de voorontwerpfase is op basis van een eerste inschatting een stramienmaat van de kolommen van het piperack van 12 meter afgesproken. Ten behoeve van een economisch ontwerp is dit eveneens de stramienmaat van de funderingspalen onder het dek, zodat de belasting vanuit het piperack direct naar de fundatie wordt geleid. Op basis van de eerste inschatting van de belastingen, is in het voorontwerp van de funderingspalen uitgegaan van open stalen buispalen (twee per steunpunt) met een schoorstand van 10:1. Een gebruikelijke oplossing voor steigers. De diameters van de funderingspalen bedroegen 860 mm in de noordelijke draagkrachtige zone tot 914 mm in de weinig draagkrachtige zone. Medebepalend voor de keuze van het juiste paalsysteem, was het beheersen van het risico op een zettingsvloeiing van het talud tijdens het aanbrengen van de palen. Tijdens de bouw is de site van LBC 24/7 in bedrijf, wat inhoudt dat er gevulde tanks naast het talud aanwezig zijn. Een zettingsvloeiing zou dan voor een grote calamiteit zorgen. De weinig draagkrachtige grondslag aan de zuide-


SAM E N VAT T I N G In geotechnische zin waren de funderingspalen onder de LBC-steiger een grote uitdaging. De positie van de steiger was door de opdrachtgever gekozen uit nautische overweging om de maximale afmeercapaciteit te kunnen behalen. De ondergrond waarop de steiger gefundeerd moest worden, bestond hier voor een deel uit slechte draagkrachtige lagen. Daarbij was de drukbelasting op de palen erg hoog, tussen de 3000 en 4000 KN per paal. Bovendien was een relatief stijf last-zakkingsgedrag gewenst om (verschil)zetting in het piperack en beton-

dek te beperken. Er is gezocht naar een fundering met een relatief stijf lastzakkingsgedrag en een hoog draagvermogen. Diverse paalsystemen zijn onderzocht, waarna is gekozen voor een open stalen buispaal met een betonplug. Door de toepassing van een betonvulling in een traditionele open stalen buispaal wordt een hoog draagvermogen en een relatief stijf last/zakkingsgedrag bereikt. De “fit for purpose” paal

lijke zijde is in het voorontwerp reeds geïdentificeerd. Dit heeft geleid tot aanvullend grondonderzoek om het “slechte” gebied beter in te kaderen. Daarnaast was de conclusie dat in het slechte gebied mogelijk een afwijkend paaltype diende te worden toegepast, gezien de aanwezige stoorlagen in relatie tot het benodigde draagvermogen en stijve last/zakkingsgedrag. Voor het draagvermogen was volledige plugvorming benodigd. Door grillige stoorlagen en een diepe kleilaag kon dit onvoldoende worden gegarandeerd. De aan-wezigheid van de (kleiige) stoorlagen binnen in de open buispaal heeft een sterk ongunstig effect op het last/zakkingsgedrag. Door de spanningsverhoging in de buispaal (in orde van 500-1000 kPa in bruikbaarheidsgrenstoestand) zullen de aanwezige stoorlagen samendrukken en leiden tot een ongewenste zakking van de buispaal welke zich door consolidatie effecten in de loop van de tijd ontwikkelen. In de fase van het definitief ontwerp is, op basis van aanvullend grondonderzoek, nader gekeken naar de in het voorontwerp aangehouden paaltype in relatie tot de aanwezige samendrukbare stoorlagen. Met name de samendrukking van stoorlagen aan de binnenzijde van de open stalen buispaal en/of direct onder de paalpunt had de aandacht. De bovenbouw was ook nader uitgewerkt waarbij de belastingen waren toegenomen. Dit was het gevolg van een uitbreiding van het aantal leidingen. Voor de noordelijke zone, met een goed gepakte draagkrachtige zandlaag, heeft het definitief ontwerp geresulteerd in een pluggende open stalen buispaal (ontwerp conform CUR 2001-8) met een diameter van 813 mm. Het paalpuntniveau bedraagt NAP -26,5 meter (zie figuur 2). De combinatie van een toegenomen belasting en een slap last/zakkingsgedrag van de funderingspalen, heeft ertoe geleid dat voor de zuidelijke zone het paaltype is heroverwogen. Vergroting van de paaldiameter leverde, door stoorlagen en diepe kleilaag onvoldoende draagvermogen op en bovendien onvoldoende stijf last/zakkingsgedrag. Verlengen zou tot problemen met heibaarheid leiden en een ongewenst groter risico voor zettingsvloeiing bij het inbrengen. Aanpassing van de stramienmaat (verkleinen) is besproken, maar aangezien dit grote consequenties had voor de uitwerking van de bovenbouw, is hiervoor niet gekozen. Wel is in de

Figuur 2 – Karakteristieke sondering zone met goede draagkrachtige grondslag (DKP101).

zwaarst belastte zone, waar de grond tevens de laagste draagkracht had, per poer een funderingspaal toegevoegd (drie in plaats van twee palen). Bovengenoemde resulteerde in een hoge rekenwaarde van een paalbelasting van 3000-4000 kN/paal, exclusief het eigen gewicht van de funderingspaal. De palen worden niet op trek belast. Het eigen gewicht van de met beton gevulde buispaal bedraagt in de uiterste grenstoestand maximaal circa 700 kN. Conform NEN 9997-1 par. 7.6.2.1 dient het eigen gewicht te worden meegenomen indien de palen boven het grondniveau uitsteken, wat hier het geval is.De totale belasting bedroeg daarmee maximaal 4700 kN/paal. Bij de beschouwing van alternatieve paalsystemen zijn als meest kansrijk onderstaande paaltypes beschouwd: – Gesloten stalen buispaal. – Open stalen buispaal met uitgeheide voet. – Casing schroefpaal met groutinjectie (Type Tubex o.g.). – Prefab betonpalen (500x600).

GEOTECHNIEK

17

AUGUSTUS 2020

Figuur 3 – Karakteristieke sondering zone met weinig draagkrachtige grondslag (DKM016).

– Open stalen buispaal met betonplug. In overleg met het Havenbedrijf Rotterdam is uiteindelijk gekozen voor een geheide stalen buispaal met een betonplug. Na het op diepte heien van de (open) buispaal diende de funderingspaal tot maximaal 1 m boven de paalpunt te worden leeggemaakt, waarna deze is afgevuld met (onderwater)beton. Door de toepassing van een betonvulling in een traditionele open stalen buispaal wordt een hoog draagvermogen en een relatief stijf last/zakkingsgedrag bereikt. De “fit for purpose” paal. Voor het ontwerp zijn onderstaande paalfactoren aangehouden: – Paalklasse factor voor schachtwrijving: αs = 0,006 (weinig grondverdringende buispaal). – Paalklasse factor voor puntweerstand: αp = 0,80 (in verband met leegpulsen – Factor vòòr 2017). – Paalvoetvormfactor: β = 1,0. De buispalen in de zuidelijke zone hebben een diameter van 914 mm. Het paalpuntniveau varieerde


van NAP -26 meter tot NAP -36,5 meter (zie figuur 3). In figuur 4 is het draagvermogen tegen de diepte weergegeven van de met beton gevulde buispalen van 914 mm ter plaatse van sondering DKM016. Bij de getoonde sondering was een paalpuntniveau nodig van NAP -36,5 meter. De palen hadden een schoorstand van 10:1 behalve de middelste paal van de drie palen poer. Die staat te lood. In de volgende paragraaf wordt nader ingegaan op de uitvoerig van de “Fit for Purpose” palen.

Uitvoering funderingspalen Voor het plaatsen van de buispalen is de nieuwe taludbescherming reeds gerealiseerd. Onderdeel hiervan is het ontgraven en profileren van het nieuwe taludprofiel. Tegelijk met deze werkzaamheden is het gebied nabij de palen met betonplug ontgraven om de aanwezige verontreiniging te verwijderen. Dat is in deze fase nauwkeuriger en eenvoudiger uit te voeren. De genoemde buispalen (lengte ca. 40 meter en 20 ton gewicht) zijn zonder voorpoten volledig makelaargeleid geheid tot de opgegeven diepte. Er is gebruik gemaakt van een D62-22 dieselblok. De kalendering was gemiddeld tussen de 35 en 45 slagen per 25 cm, conform de vooraf gemaakte heianalyse. De heianalyse is gemaakt met PDPWave, waarbij voor het Soilmodel methode ‘Smith’ is gehanteerd en voor de shaft fatique ‘Alm& Hamre’. Het volledig heien (figuur 5) (zonder trillend voorpoten) was noodzakelijk in verband met de stabiliteit van het talud. Daarnaast was er een verhoogd risico op een mogelijke zettingsvloeiing. Het genereren van wateroverspanningen door tril werkzaamheden zou mogelijke instabiliteit veroorzaken. Vervolgens is de grond in de buispaal verwijderd. In goed overleg met de opdrachtgever is ervoor gekozen om het bovenste deel eruit te vloeien door gebruik te maken van een spuitlans. Op een proefpaal is deze methode getest en is er een veilige afstand bepaald tussen de roergrens door het

spuiten en de uiteindelijke ontgravingsdiepte. Het resterende deel is eruit geknepen met een speciaal aangepaste (versmald en verzwaard vanwege de bodemsamenstelling) “palenknijper” (figuur 6). Ook de cohesieve lagen zijn eruit geknepen. Tot slot is er tot een beperkte diepte in de draagkrachtige zandlaag geknepen. Vooraf is uitgebreid stil gestaan bij de risico’s van een ‘blow-out’ van de bodem in de buispaal. Middels een Plaxis analyse is een beschouwing gemaakt met welke buitenwaterstanden er geknepen kon worden (door mogelijk optreden van beperkt vacuüm onder de knijper), welke waterstand in de buispaal gehandhaafd diende te worden en hoeveel meter zand er minimaal in de voet moest achter blijven. De minimale eis van 1.00 meter boven paalpunt niveau is soms verhoogt tot 3.00 meter boven paalpunt niveau, afhankelijk van de sondering. Op de waterstand in de buispaal is permanente controle geweest. Ook is de hijssnelheid van de knijper verlaagd om geen onderdrukken te laten ontstaan onder de knijper. Door de schoorstand van de buispalen, waardoor de knijper bij het neerlaten langs de wand gleed, was het moeizaam om de soms relatief harde zand en kleilagen eruit te knijpen war de productie verlaagde. Verzwaren van de knijper wat noodzakelijk om dit deels te verbeteren. Bovendien was het peilen van de niveaus in de buispaal in dat opzicht ook moeizamer omdat het peillood in sommige gevallen wel eens achter een op de buiswand achtergebleven stukje grond bleef hangen. Na het op diepte brengen is de buispaalwand aan de binnenzijde schoongemaakt om een goede hechting tussen beton en staal te bewerkstelligen. Middels steekproeven zijn video-inspecties uitgevoerd op de wand en bodem. Om zeker te zijn dat er geen ontspanning was opgetreden na het op diepte brengen van de buispalen, zijn bij een aantal palen controle sonderingen uitgevoerd. Zoals eerder al gesteld betrof

Figuur 4 – Draagkracht in diepte buispaal met betonplug (DKM016).

Figuur 5 – Heiend aanbrengen buispalen.

GEOTECHNIEK

18

AUGUSTUS 2020

het hoofdzakelijk schoorpalen. Het zou erg kostbaar geweest zijn om in de buispaal onder de schoorstand te sonderen. Daarom is ervoor gekozen om twee sonderingen naast de paal uit te voeren. De positie was zo gekozen dat de conus ter plaatse van de paalpunt (NAP -36.50 m) de buispaalwand zou passeren. Op paalpuntniveau was er een verhoogde conusweestand zichtbaar (>15%) veroorzaakt door het heien. Op het traject 8D boven de punt is een verhoging van ca. 7% zichtbaar. Het traject 4D onder de punt laat een verhoging zien van ca. 12%. Ook zijn dissipatietesten uitgevoerd op paalpunt niveau. Over het algemeen gaf dit een lager of maximaal gelijke stijghoogte als de waterstand in de haven. Er is geen sprake van overspannen water. Gesteld kon worden dat er geen ontspanning was opgetreden. (figuur 7) Wat wel opvalt is dat op het traject tussen NAP -25.00 m en NAP -30.00 m een reductie van de conusweerstand opgetreden is. Deze reductie wordt niet toegeschreven aan het ontgraven van de buispaal. Uit laboratorium onderzoek op een monster uit betreffende laag (Boring 001) blijkt dat de korrelvorm volgens Powers als ‘Zeer bolvormig’, ‘Matig Rond’, R = 0,4 gekenmerkt wordt. Daarnaast blijkt uit analyse dat de dichtheid (Dr) vooraf ca 77% was en na aanbrengen was de Dr 62%. Na vrijgave door de opdrachtgever konden de buispalen worden gevuld met beton. Omdat de buispalen op grote afstand van het talud staan en vervolgens op enorme diepte gevuld moet worden (en schoorstand), is er een stortbuis van 40 m lengte ontwikkeld. Deze was verbonden met een stortleiding naar een betonpomp. Na het plaatsen van de stortbuis is gecontroleerd of deze op bodemniveau droog was. Vervolgens is het betonstort gestart waarbij langzaam de stortbuis wordt opgetrokken, zodanig dat de onderzijde altijd voldoende in de beton stak om ontmenging te voorkomen. De buizen zijn tot 5 cm onder de buispaalrand gevuld met een C30/37 mengsel,


ongeveer 25 m3 per buispaal. Na uitharding is het laatste deel van de buispaal gevuld met een gietmortel (sterkteklasse K70), dusdanig dat de betonkespen hierop rusten. De rand nabij de buispaalwand is vrijgehouden van gietmortel om de ingestorte staalplaat in de betonkesp door lassen aan de buispaal te kunnen verbinden.

Lessons learned Vanuit het ontwerp en de uitvoering van deze ‘Fit for purpose’ palen kunnen we de volgende lessen leren: – Bij een split design (onder- en bovenbouw) is het belangrijk dat ontwerpprocessen gelijk op lopen. Dit om in-efficiency bij eventuele aanpassingen te voorkomen; – Indien je aan de bovengrens van gebruikelijke paalsystemen zit ben je beperkt in het opvangen van eventuele tegenvallers. Door de hoge belastingen in combinatie met aanwezige grondslag was vergroten diameter of verlengen palen onvoldoende effectief of viel buiten de normale uitvoeringsmogelijkheden; – Een schoorstand werkt goed voor de stabiliteit, maar bij palen welke moeten worden leeg gepulst en nabij de punt ontgraven met een palenknijper, werkt dit in de uitvoering tegen je. Ook de lengte van de palen i.c.m. een diepgelegen paalpuntniveau kan hierbij tegen je werken. Verzwaren knijper was noodzakelijk en peillood bleef soms

Figuur 6 – Palenknijper. in buispaal hangen door schoorstand. Het inschakelen van de juiste uitvoeringsexpertise parallel aan het ontwerpproces om het uitvoeringsrisico en de maakbaarheid te toetsen is noodzakelijk.

Referenties NEN 9997-1, Geotechnisch ontwerp van constructies - Deel 1: Algemene regels, 2016, Nederlands Normalisatie-instituut. 쎲

GEOTECHNIEK

19

AUGUSTUS 2020

Figuur 7 – Vergelijk sonderingen DKP110A (vooraf) en DKP510 & DKP511 (achteraf).


ADVERTORIAL

Hornet-100 De volgende stap in efficiënter sonderen en explosieven (OCE) onderzoek Veel korte sonderingen op één projectlocatie? Altijd al gedacht dat Opsporing Conventionele Explosieven (OCE) beter moet kunnen? Maak dan kennis met Geomil Equipment’s nieuwste innovatie: de Hornet-100. Van begin tot eind ontworpen als efficiënt sondeerapparaat én OCE systeem, met bewezen techniek en betere prestaties, is de Hornet-100 uniek in vele opzichten. Onze engineers hebben de Hornet ontworpen op basis van de volgende uitgangspunten: 쎱 쎱 쎱 쎱 쎱 쎱 쎱 쎱

Koppelbaar aan standaard grondverzetmachines Grote betrouwbaarheid Compact en licht Mogelijkheid tot corrigeren van scheefstand Integratie met meetsystemen en software voor zowel conventioneel sonderen als OCE Accurate meting van diepte en helling Veiligheid Hoge snelheden

De Hornet-100 kan worden gekoppeld aan een standaard graafmachine (advies ≥ 25 ton), waarvan de PTO wordt gebruikt om de Hornet (hydraulisch) aan te drijven. Mocht de mast niet verticaal staan na het oprichten, kan een afwijking tot 10 graden worden gecorrigeerd met het geïntegreerde en automatische leveling systeem. De maximale drukkracht van de Hornet bedraagt 100 kN. Het complete systeem weegt standaard rond de 3 ton, maar kan worden verzwaard tot ca. 8.5 ton als extra reactiekracht nodig is. De compacte afmetingen resulteren in een footprint van slechts 0,7 x 1,5 m. Als basis voor de Hornet-100 is gekozen voor het door Geomil in huis ontworpen Continuous Drive System, of

GEOTECHNIEK

20

AUGUSTUS 2020


CDS. Oorspronkelijk ontwikkeld voor offshore sondeerapparatuur heeft de CDS zich al jarenlang bewezen in de meest extreme omstandigheden – een garantie voor een betrouwbaar en probleemloos hart voor de Hornet en minimale downtimes voor het hele systeem. De CDS stelt de Hornet in staat om druk- en treksnelheden te halen van maximaal 25 cm/s. Bij conventioneel sonderen moet de penetratiesnelheid worden beperkt tot minder dan 2.5 cm/s om te voldoen aan de diverse normen, maar voor OCE projecten kan de maximale snelheid desgewenst ten volle worden benut.

44 mm doorsnede, en wordt met 44 mm buizen weggedrukt. Deze buizen zijn speciaal ontwikkeld voor deze toepassing, met nieuwe en sterkere schroefdraden. Ook zijn deze leverbaar in 2 m lengte, waardoor het aantal verbindingen wordt gehalveerd ten opzichte van de nu gebruikelijke 1 m buizen en de kans op beschading of verlies van materiaal in grond wordt gereduceerd.

Op de Hornet kan een mast van maximaal 20 m hoogte worden geïnstalleerd. De sondeerbuizen kunnen vervolgens worden ingebouwd tot deze hoogte. De geïntegreerde kabelhaspel zorgt voor een sprobleemloze geleiding van de kabel naar de conus of sensor. Met de mast en voorgeïnstalleerde buizen kan continu worden getest tot 20 m diepte, zonder dat de sondeerbuizen steeds vast- en losgeschroefd worden. In deze configuratie kan de Hornet volledig op afstand worden bediend, wat niet alleen zorgt voor een veiligere werksituatie, maar gekoppeld aan de hoge snelheden bijdraagt aan een veel grotere efficiëntie. Als er dieper dan 20 meter moet worden getest, of als de mast niet kan worden gebruikt i.v.m. hoogtebeperkingen, is het altijd nog mogelijk om handmatig vanaf een platform op de Hornet buizen toe te voegen. De diepte is dan niet langer alleen afhankelijk van het aantal beschikbare buizen, maar wordt bepaald door beschikbare druk- en reactiekracht en grondcondities. Voorbeelden van de geïntegreerde automatisering zijn de nauwkeurige dieptemeting, met de mogelijkheid om in te stellen op welke diepte de Hornet de penetratie stopt, en de meting van de helling van de OCE sensor.

Projecten met veel conventionele sonderingen met een diepte kleiner dan 20 m zijn een ander terrein waar de Hornet excelleert. Denk hierbij bijvoorbeeld aan projecten met grondverbetering, dat over het algemeen niet dieper dan 15 m onder maaiveld wordt uitgevoerd. Met voor-ingebouwde buizen, de keuze voor de juiste conus en een gekwalificeerde operator zijn producties van meer dan 400 m in 8 uur plots de standaard. Aan de Hornet kan optioneel een aparte werkcabine worden gekoppeld van waaruit de operator het volledige proces kan bewaken. Voor transport, opslag en onderhoud is een volledig ingerichte twintigvoets container beschikbaar. Samenvattend: de Hornet-100 opent nieuwe deuren voor efficiënter onderzoek, niet alleen voor normaal sondeerwerk, maar in het bijzonder ook voor OCE projecten. Grotere betrouwbaarheid, hogere snelheden en geïntegreerde systemen dragen bij aan aanzienlijke tijdwinst, hogere producties en betere resultaten.

De Hornet-100 is flexibel in de zin dat er diverse afmetingen buizen kunnen worden weggedrukt, met een diameter van 36, 44 of 55 mm, afhankelijk van het soort werk en type sensor dat wordt toegepast. De operator kan met een draadloze afstandsbediening alle functies van de Hornet bedienen en waar nodig instellen. Een display toont de belangrijkste instellingen en machineparameters.

Geïnteresseerd in meer informatie over de Hornet-100, technisch of commercieel? Neem dan contact op met onze verkoopafdeling via sales@geomil.com of telefonisch +31 (0) 172 427 800.

Voor OCE projecten kan gebruik worden gemaakt van de meest recente en hoogwaardige sensoren met een bereik van maar liefst ± 300,000 nT. De sensor is, samen met een nauwkeurige hellingmeter, volledig geïntegreerd in een waterdichte behuizing (tot 150 bar) van

Westbaan 240 2841 MC Moordrecht

GEOTECHNIEK

sales@ geomil.com

21

AUGUSTUS 2020

Tel. +31 (0) 172 427 800 www.geomil.com


COLUMN GROND IN DE HAN D HOUDEN Piet Lubking

VERDICHTINGSGRAAD OF RELATIEVE DICHTHEID - ÉÉN POT NAT? Beheersing van het materiaal grond is voor de geotechnicus van cruciaal belang; kennis van de basiseigenschappen is een eerste vereiste. Door grond letterlijk en figuurlijk op een verstandige manier in de hand te houden wordt bereikt dat geotechnische problemen niet uit de hand lopen. In grondwerk en wegenbouw wordt de mate van verdichting van zand op veel verschillende manieren weergegeven. De meest gangbare uitdrukkingen, nationaal en internationaal, zijn daarbij de verdichtingsgraad en de relatieve dichtheid.

Verdichtingsgraad: op basis van één referentie-dichtheid (bijvoorbeeld volgens Proctor) Ter bepaling van de verdichtingsgraad van in het terrein aangetroffen zand met een droge dichtheid ρdr wordt deze dichtheid vergeleken met een bepaalde referentiedichtheid ρref. De referentiedichtheid wordt gewoonlijk gemeten in een gedocumenteerde laboratoriumproef op een, voor het betreffende terrein representatief monster. Toevoeging van een zekere standaard-hoeveelheid energie aan het monster resulteert in de referentiedichtheid ρref. Het quotient ρdr / ρref, vermenigvuldigd met 100% wordt gedefinieerd als de verdichtingsgraad. In principe kan elke standaard-laboratoriumproef,

waarbij het monster tot een reproduceerbare pakkingsdichtheid kan worden gebracht dienen als referentieproef voor de verdichtingsgraad. In de internationale praktijk wordt de zogenoemde Proctorproef veelvuldig als referentieproef gehanteerd. Geïnspireerd door de verdichtende werking van schapenpoten op een min of meer cohesieve ondergrond beschreef Proctor in 1933 een stampverdichtingsproef waarbij een metalen stamper in de vorm van een schapenpoot een aantal malen van een vaste hoogte valt op een grondmonster. Het monster wordt op deze wijze in een houder met een bepaalde inhoud laagsgewijs verdicht, zoals beschreven in de Standaard RAW Bepalingen of andere proefbeschrijvingen. Een dergelijke verdichting vindt plaats bij een aantal watergehalten, waarbij steeds vochtiger monsters worden beproefd. Het proefresultaat wordt gepresenteerd in de vorm van de zogenoemde normale-proctorcurve, waarbij de bereikte droge dichtheid is weergegeven als functie van het watergehalte; zie figuur 1. De top van de curve wordt gedefinieerd als de ‘maximum-proctordichtheid’ (Engels: maximum proctor density, m.p.d. or mpd), terwijl het bijbehorende watergehalte wordt aangeduid als het optimum-watergehalte (Engels: optimum moisture content, o.m.c. or omc). In de figuur zijn tevens de lijnen van gelijk luchtgehalte en van gelijke verzadigingsgraad getekend.

Figuur 1 – Resultaat van een normale en verzwaarde Proctorproef op grond. Figuur 2 – Vergelijking van de verdichtingsgraad DPr en relatieve dichtheden Rn en Re van twee verschillende zanden die eenzelfde terrein-dichtheid ρdr vertonen.

GEOTECHNIEK

22

AUGUSTUS 2020

Van de Proctorproef bestaat naast de "normale" uitvoering ook een ’verzwaarde’ procedure, waarbij 4,5 maal meer energie per cm3 materiaal wordt toegevoegd (grotere valmassa en -hoogte, meer slagen op meer grondlagen). De resulterende verzwaarde-proctorcurve ligt hoger en iets naar links verschoven ten opzichte van de normale curve; zie figuur 1. De vorm en ligging van de curve worden sterk bepaald door de grondsoort. Grofkorrelige gronden als zand en grind, die goed zijn gegradeerd en relatief veel fijn materiaal bevatten vertonen een meer geprononceerde curve met een hogere top dan slecht gegradeerde materialen, zoals bijvoorbeeld de meestal relatief fijne, slecht gegradeerde, Nederlandse Holocene zanden. Deze zanden leveren een relatief vlakke curve op, zonder duidelijke top. Vaak wordt daarom op dergelijke zanden de verzwaarde proef toegepast. Sommige onderzoekers waarschuwen voor het daarbij optredende risico van verbrijzeling van korrels; als gevolg daarvan kan de gradering van het materiaal zodanig veranderen dat een niet-representatieve proctorcurve resulteert. De dichtheid ρdr van in het terrein aangetroffen zand kan nu worden weergegeven in de vorm van de verdichtingsgraad ten opzichte van het proctorresultaat ρPr ; de verdichtingsgraad is gedefinieerd als het percentage maximumproctordichtheid of m.p.d., ïn casu DPr = (ρdr / ρPr).100%. Ten opzichte van het verzwaarde-proctorproefresul-


COLUMN

taat ρV.Pr resulteert de verdichtingsgraad DV.Pr = (ρdr / ρV.Pr ).100% ; voor hetzelfde zand ligt dat percentage natuurlijk iets lager dan DPr.

Relatieve dichtheid: op basis van twee referentie-dichtheden Ter bepaling van de relatieve dichtheid van in het terrein aangetroffen zand met een droge dichtheid ρdr wordt deze dichtheid vergeleken met twee referentiedichtheden, de zogenoemde maximum en minimum-dichtheid. Deze referentiedichtheden worden in gedocumenteerde laboratoriumproeven bepaald op, voor het betreffende terrein representatieve monsters. De minimum-dichtheidsbepalingen zijn erop gericht van het zand een zo los mogelijke pakking te creëren door het droge of waterverzadigde materiaal zodanig voorzichtig te deponeren dat een zeer open korrelskelet tot stand komt met een reproduceerbare minimale dichtheid ρdr.min. Bij de maximum-dichtheidsbepalingen wordt, net als bij de Proctorproef een standaard-hoeveelheid verdichtingsenergie (trillend, stampend of knedend) aan het droge of waterverzadigde monster toegevoegd om een reproduceerbare hoge dichtheid ρdr.max te bewerkstelligen. In nationaal en internationaal verband zijn talrijke verschillende proeven beschreven ter bepaling van de extreme dichtheden van zand. Natuurlijk zijn de uitkomsten van die proeven afhankelijk van de proefprocedures. Het is daarom van groot belang om bij relatieve dichtheidsaanduidingen altijd de gehanteerde proefprocedures ter bepaling van de referentiedichtheden te vermelden. Er zijn in de praktijk twee manieren om de relatieve dichtheid te definiëren, de continentale en de Angelsaksische: - de continentale relatieve dichtheid Dr (Engels: relative density) is gebaseerd op het poriëngehalte n; deze wordt in Nederland wel betiteld als het relatief poriëngehalte Rn of de relatieve porositeit Dr: Dr = Rn = (nmax - n).100% / (nmax - nmin) - de Angelsaksische relatieve dichtheid ID (Engels: density index) is gebaseerd op het poriëngetal e; deze wordt in Nederland wel betiteld als het relatief poriëngetal Re of dichtheidsindex ID: ID = Re = (emax - e).100% / (emax - emin) In bovenstaande formules representeren n en e het poriëngehalte respectievelijk het poriëngetal in het terrein, terwijl nmax en emax het poriëngehalte respectievelijk het poriëngetal voorstellen behorende bij de minimum-dichtheid. Verder representeren nmin en emin het poriëngehalte respectievelijk het poriëngetal behorende bij de maximum-dichtheid.

Figuur 3 – Kwantitatieve vergelijking tussen relatieve dichtheid (Angelsaksisch of continentaal) en verdichtingsgraad (normale of verzwaarde Proctor).

Vergelijking van verdichtingsgraad en relatieve dichtheid

(On)geschiktheid Proctorproef voor Nederlandse zanden

In figuur 2 zijn de berekende relatieve dichtheden Rn en Re en de verdichtingsgraad DPr aangegeven van twee verschillende zanden die eenzelfde terreindichtheid ρdr (rode stip) bezitten, maar waarvan de extreme dichtheden (groene stippen) en de maximum-proctordichtheid (gele stippen) verschillen. Voor typisch Nederlandse zanden, die meestal relatief fijn, éénkorrelig en matig afgerond zijn, gelden enkele globale verbanden tussen de uitkomsten van boven beschreven referentieproeven. Daarbij is aangenomen dat de maximum- en minimum-dichtheidsproeven zijn uitgevoerd volgens de ASTM-specificaties, die ongeveer gelijke uitkomsten opleveren als de Deltares(GeoDelft)procedures; de Proctorproeven zijn uitgevoerd volgens de internationaal gangbare specificaties. Daarbij blijkt: ρdr.max ≈ ρV.Pr ≈ 1,05 ρPr ρdr.max / ρdr.max ≈ 1,25

Tenslotte wordt opgemerkt dat in Nederland de verdichtingsgraad volgens Proctor vrijwel algemeen wordt gehanteerd als aanduiding van het verdichtingsresultaat van zand. In diverse andere landen wordt de keuze tussen de aanduiding in de vorm van de verdichtingsgraad en de aanduiding in de vorm van de relatieve dichtheid onder andere afhankelijk gesteld van de zandsamenstelling. ASTM suggereert bijvoorbeeld een criterium van 12% deeltjes kleiner dan 74µm als grens tussen beide benaderingen; bij minder fijne deeltjes wordt gebruik van de relatieve dichtheid aanbevolen, bij meer fijne deeltjes heeft toepassing van de verdichtingsgraad volgens Proctor de voorkeur.

Met nadruk wordt erop gewezen dat deze verbanden bij hantering van andere extreme-dichtheidsproeven anders komen te liggen. Met behulp van bovengenoemde correlaties kan de relatieve dichtheid (Rn of Re ) kwantitatief worden vergeleken met de verdichtingsgraad (DPr of DV.Pr). In figuur 3 is deze vergelijking weergegeven. Uit deze figuur blijkt dat de verdichtingsgraad DV.Pr van vastgepakt zand (DV.Pr =circa 100%) qua getalswaarde weliswaar globaal overeenkomt met de beide relatieve dichtheden, maar dat beneden deze waarde snel grote discrepanties optreden tussen de percentages verdichtingsgraad en relatieve dichtheid. In de praktijk worden beide aanduidingen van de mate van verdichting vaak met elkaar verward. Het zal duidelijk zijn dat daaruit veel misverstanden en conflicten kunnen ontstaan.

GEOTECHNIEK

23

AUGUSTUS 2020

Als deze suggestie wordt gevolgd zou het verdichtingsresultaat van met name de typisch Nederlandse, uniforme, fijne Holocene zanden moeten worden uitgedrukt door middel van de relatieve dichtheid in plaats van de meestal gehanteerde verdichtingsgraad. Deze zanden leveren in de regel ook een vlakke proctorcurve op. In dergelijke gevallen is hantering van het ‘percentage maximum-proctordichtheid’ als aanduiding van de bereikte of vereiste mate van verdichting dan ook meestal weinig effectief. Hoewel veel Nederlandse voorschriften het ‘percentage maximumproctordichtheid’ als criterium hanteren vormt de relatieve-dichtheidsaanduiding voor typisch Nederlandse zanden dus een meer adequate kwantificering. 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). 쎲


GEOTECHNIEK

24

AUGUSTUS 2020


OVER 50 YEARS WORLDWIDE EXPERIENCE

VEELZIJDIGE PARTNER IN DRAAGVERMOGEN Voorbij Funderingstechniek is al 85 jaar gespecialiseerd in het uitvoeren van alle voorkomende funderingswerkzaamheden. Met ons vakmanschap en ervaring leggen wij de basis voor vele toonaangevende projecten. Samen met onze partners gaan wij op zoek naar creatieve en innovatieve oplossingen. Succes draag je samen.

AL 85 JAAR

Ontdek onze mogelijkheden op: voorbijfunderingstechniek.nl

GEOTECHNIEK

25

AUGUSTUS 2020


ir. S. Bonte Projectingenieur, SBE nv Sint-Niklaas

BELASTINGSPROEF OP HISTORISCHE KAAIMUREN ANTWERPEN INLEIDING SCHELDEKAAIEN

De kaaimuren langsheen de Schelde vormen een belangrijke link van Antwerpen met het maritieme verleden, waarin de stad openbloeide tot een wereldhaven. Het gros van de typische gewichtsmuren aan rechteroever werd opgetrokken in de 19e eeuw en bereikt daarmee vandaag de dag al een serieuze leeftijd. Al sinds de aanleg ondervinden de kaaimuren stabiliteitsproblemen, gekenmerkt door onder andere ongewenste doorgaande verplaatsingen in de richting van de Schelde en de neiging tot kantelen. Tussentijdse stabiliteitsverhogende ingrepen (ontgravingen aan landzijde, steunbermen aan waterzijde,‌) konden deze destabiliserende trend niet altijd verhinderen. Met het tot stand komen van het Masterplan Scheldekaaien worden de kaaimuren grondig onder handen genomen, om de stabiliteit in de komende jaren opnieuw te kunnen garanderen. Indien de huidige staat dit toelaat, wordt het uitzicht van de gewichtsmuur zoveel als mogelijk

behouden en wordt gezocht naar methoden om de grondkering te ontlasten en/of bijkomend te verankeren. In uitzonderlijke situaties echter worden de gewichtsmuren vervangen door een meer hedendaagse verankerde combiwand, zoals bijvoorbeeld toegepast in de zone Nieuw Zuid. Parallel aan de stabiliteitswerken wordt de waterkering verhoogd tot +9,25 mTAW (richtlijnen Sigmaplan voor het Scheldebekken) en de volledige kaaistrook heringericht. PROJECTLOCATIE TER HOOGTE VAN HET LOODSWEZEN

De focus van dit artikel ligt op de gewichtsmuren in de zone Bonapartedok/Loodswezen. De stabiliteitsstudie ervan werd uitgevoerd door de THV SBE-Technum in opdracht van De Vlaamse Waterweg nv. De plaatselijke kaaimuren met de grootste kerende hoogte (figuur 1, gestreepte lijn) werden in circa 1880 opgetrokken in metselwerk binnen een droogzetkuip bovenop stalen funderingscaissons (figuur 2a). De noodzakelijke stabilisatie van deze moten omvat de ontlasting van de gewichtsmuren aan de hand van een holle ruimte aan

Figuur 1 – Locatie belastingsproef.

GEOTECHNIEK

26

AUGUSTUS 2020

landzijde en het voorzien van uitwateringsopeningen doorheen het metselwerk. Bijkomend wordt een deel van de kerende functie overgedragen naar een achterliggende verankerde diepwand (figuur 2b). Voor twee kaaimuren C en D (respectievelijk de oostelijke kaaimuur van het Margueriedok en de zuidelijke kaaimuur van de toegangsgeul naar de gedempte Bonapartesluis, figuur 1) met kleinere kerende hoogte en zonder aanmeerfunctie kon worden afgeweken van deze type-oplossing. Een in-situ belastingsproef op werkelijke schaal werd uitgevoerd om de stabiliteit onder de ontwerpbelastingen aan te tonen. EINDIGE-ELEMENTENBEREKENING

Gezien het gebrek aan sluitende ontwerptekeningen betreffende de geometrie van beide kaaimuren C en D werd een uitgebreid onderzoek gevoerd (inspectieputten, kernboringen, diagrafieboringen met camera-inspectie, bathymetrie- en topografiemetingen, visuele inspecties). Een conservatieve aanname van de afmetingen en samenstelling van de gewichtsmuren kon op die manier worden gemaakt (figuur 3).


SAM E N VAT T I N G en bijkomend verankerd. Voor enkele gewichtsmuren ter hoogte van het Loodswezen bleken dergelijke ingrijpende maatregelen niet noodzakelijk: de stabiliteit werd aangetoond aan de hand van een in-situ belastingsproef op werkelijke schaal, resulterend in een significante reductie van de projectkost en uitvoeringstermijn en behoud van kostbaar historisch erfgoed

In het onderzoek naar de stabiliteit van de bestaande Antwerpse kaaimuren langsheen de Schelde (rechteroever) werd de laatste jaren een versnelling hoger geschakeld. Binnen het kader van het Masterplan Scheldekaaien worden grote delen gewichtsmuur vervangen door de traditionele verankerde combiwand of ontlast door middel van een holle ruimte achter de kaaimuur

Figuur 2a – Typesnede bestaande toestand.

Figuur 2b – Typesnede ontwerptoestand.

Figuur 3a – Typesnede kaaimuur C.

Figuur 3b – Typesnede kaaimuur D.

De grondlaagopbouw rondom de keermuren is vrij homogeen: bovenop de matig tot dichtgepakte Neogene zandlagen (Kattendijk/Berchem) bestaat het volledige grondpakket uit aangevulde grond/ silt. Daarnaast vormt de Boomse Klei (Paleogeen) een hydraulische barrière op een diepte van 26 meter (-19 mTAW). Met het grondwaterpeil uit de peilbuismetingen en de opgelegde uniforme terreinbelasting ter grootte 20 kN/m2 (karakteristieke waarde) werden de eindige-elementenberekeningen aangevat. Hoewel uit visuele inspecties bleek dat de structurele staat van deze kaaimuren in vergelijking met de omliggende gewichtsmuren erg goed is, kon zelfs de stabiliteit van de onbelaste bestaande toestand niet worden aangetoond op deze manier. De reden was wellicht te zoeken in de gemaakte conservatieve aannames en weerspiegelde bijgevolg niet de werkelijke stabiliteit. Een belastingsproef op werkelijke schaal werd in oktober 2016 uitgevoerd om een antwoord te bieden op dit voorliggend stabiliteitsvraagstuk.

Figuur 4 – Belastingszone en monitoringvoorzieningen (kaaimuur C).

GEOTECHNIEK

27

AUGUSTUS 2020


Figuur 5 – Big bags gevuld met zand (kaaimuur D).

OPZET BELASTINGSPROEF RANDVOORWAARDEN

Figuur 6 – Monitoringsfrequentie in functie van Scheldepeil tijdens fase ‘belasting verhogen’.

Eurocode 7 voorziet naast het gebruik van berekeningen een alternatieve methode voor de toetsing van de algemene stabiliteit van een constructie onder zijn ontwerpbelastingen, als zijnde een belastingsproef op werkelijke schaal. De randvoorwaarden dienden hierbij zo goed als mogelijk de meest nadelige situatie te omvatten voor kaaimuren C en D. De proef werd daarom uitgevoerd overheen een periode die een springtij van het Scheldepeil begrenst. Het grondwaterpeil volgt het waterpeil van de Schelde met een zekere vertraging, maar zal bijgevolg ook extremere waarden bereiken. Uit peilbuismetingen overheen een periode van meer dan één jaar blijkt overigens dat het grondwaterpeil aan landzijde van de keermuren stabiel blijft in de tijd. De terreinbelasting werd omwille van de veiligheidsfilosofie met 50% verhoogd tot 30 kN/m2 (ȍq=1,50). De toegepaste belastingszone had telkens een breedte en lengte van respectievelijk H en 2H, met H de totale kaaimuurhoogte (figuur 4). Er werd geen belasting geplaatst bovenop de bestaande gewichtsmuur. Op die manier werd geanticipeerd op de meest kritische faalmechanismen voor dergelijke gewichtsmuren aangezet op dichtgepakte Neogene zandlagen: glijden en kantelen.

REFERENTIESITUATIE De belastingsproef ging gepaard met een uitgebreid meetprogramma (figuur 4). Alle resultaten werden hierbij uitgedrukt ten opzichte van een referentiesituatie, vastgelegd voor aanvang van de proef door middel van meetbouten (zowel op de gewichtsmuur als op de achterliggende waterkeringsmuurtjes), peilbuizen (één per kaaimuur) en inclinometers (één per kaaimuur, tot 7 m onder het aanzetpeil van de gewichtsmuur). Zichtbare scheurtjes/voegen in de gewichtsmuur werden

Figuur 7 – Resultaat vervorming en (grond)waterpeil kaaimuur D.

GEOTECHNIEK

28

AUGUSTUS 2020


opgemeten en gemarkeerd en het Scheldepeil werd doorgaand gemonitord.

VERLOOP BELASTINGSPROEF

Figuur 8 – Resultaat inclinometer kaaimuur D.

STAPSGEWIJS BELASTEN

De proefbelasting werd door Hye aangebracht in de vorm van big bags, gevuld met zand (figuur 5). Elke ochtend net voor laagwater in de Schelde werd de belasting verhoogd met 10 kN/m2, en dit drie opeenvolgende dagen tot de maximale ontwerpbelasting werd bereikt. Daarna werd de maximale belasting één week lang aangehouden, alvorens weer volledig te worden weggenomen. FREQUENT MONITOREN

MOW Afdeling Geotechniek stond gedurende het volledige verloop van de belastingsproef in voor de monitoring. De monitoringsfrequentie op een dag waarop de belasting werd verhoogd wordt grafisch weergegeven in figuur 6. De basis van de monitoringscampagne bestond uit de frequente opmeting van de meetbouten in 3 orthogonale richtingen en de uitlezing van de inclinometers. Ter hoogte van kaaimuur C werd een manueel uit te lezen inclinometer gebruikt (1 datapunt/uitlezing), een in-place inclinometer (IPI) werd toegepast ter hoogte van kaaimuur D (1 datapunt/15 min). Daarnaast werd het Schelde- en grondwaterpeil doorlopend gelogd (1 datapunt/15 min) en werden regelmatige visuele inspecties uitgevoerd (bij laagwater omwille van de grootste zichtbaarheid). De meetnauwkeurigheid van de inclinometers bedraagt 1 à 2 mm, bij de uitlezing van de meetbouten ligt de nauwkeurigheid in de grootteorde 1 à 3 mm. De divers bepalen het grondwaterpeil op 0,5 cm nauwkeurig. In de fase van constante maaiveldbelasting kon de monitoringsfrequentie gezien de kleine verplaatsingen worden verminderd tot een dagelijkse uitlezing/opmeting van de meetbouten en inclinometers. Net voor het verwijderen van de belasting werd nog één grondige visuele inspectie doorgevoerd. De horizontale verplaatsingen van de kop van de kaaimuur (relatief t.o.v. de referentiesituatie) werden na elke opmeting getoetst aan de vooropgestelde grenscriteria. Het bereiken van de grenswaarde (gelijkgesteld aan 0,5% van de kerende hoogte) zou resulteren in het onmiddellijk verwijderen van alle belastingen. Theoretisch zou voor de grenswaarde 1% van de kerende hoogte kunnen worden aangehouden (filosofie Eurocode/Standaardbestek 260), maar gezien de beperkingen van de belastingsproef (korte duur, niet tijdens extreme stormwaterpeilen,…) en het feit dat hier relatieve verplaatsingen worden bekeken werd hierop nog een bijkomende veiligheid aangehouden. De grenswaarden voor kaaimuren C en D bedroegen respectievelijk 10 en 25 mm. Bij het bereiken van de helft van deze grenswaarden zou geen belasting meer worden toegevoegd.

RESULTATEN Beide kaaimuren vertonen hetzelfde gedrag, in de resultaten zal daarom gefocust worden op kaaimuur type D (grootste kerende hoogte). In figuur 7 worden de opgemeten waterpeilen in de Schelde getoond, variërend tussen -0,67 mTAW en +6,26 mTAW (het optreden van een springtij op dag 8 is duidelijk zichtbaar). Het verloop van het grondwaterpeil volgt zoals verwacht met een kleinere amplitude het Scheldepeil. Eveneens worden in figuur 7 de horizontale verplaatsingen weergegeven van de kop van de kaaimuur (positief in de richting van de Schelde). Tijdens de belastingsproef werden nooit horizontale verplaatsingen van de kop van de kaaimuur groter dan ca. 1,1 mm gemeten in de richting van de Schelde, ver onder het vooropgestelde grenscriterium en binnen de meetnauwkeurigheid. Ondanks de kleine verplaatsingen is er wel een duidelijke trendlijn zichtbaar. Na de initiële verplaatsingen van de kaaimuur ten gevolge van de belastingstoename treedt er een zekere stabilisatie op bij aanhoudende belasting. Om deze trendlijn nog duidelijker aan te tonen, had de belasting nog enkele dagen langer moeten worden aangehouden. Na het wegnemen van de belasting is er een duidelijke terugval van de verplaatsingen te zien (elastisch deel), maar niet tot zijn initiële positie (plastisch deel van de vervormingen). De grootste verplaatsingen van de gewichtsmuur treden op bij hoog water in de Schelde, contradictorisch met hetgeen verwacht werd. Bij laag water grijpt namelijk de grootste differentiële waterdruk aan op de kaaimuur in de richting van de Schelde. Wellicht resulteert het hoog waterpeil onder het gewicht van het water in een dergelijk grote samendrukking van de grond voor en onder de kaaimuur dat deze een dominant aandeel heeft in de horizontale verplaatsing van de gewichtsmuur. De relatieve verplaatsingen in de richting van de Schelde over de volledige hoogte van de kaaimuur worden getoond in figuur 8 (springtij, laagwater).

GEOTECHNIEK

29

AUGUSTUS 2020

Ondanks de zeer kleine verplaatsingen (< 1 mm) is een beperkte kantel- en glijbeweging zichtbaar. Tijdens de visuele inspecties werden geen toenames gemeten van de scheur- of voegbreedtes. Bovendien werden geen andere tekenen van schade waargenomen (nieuwe scheuren, verzakkingen,…).

CONCLUSIES EN DISCUSSIE Aan de hand van een belastingsproef op werkelijke schaal werd de stabiliteit van kaaimuren C en D ter hoogte van het Loodswezen onder de ontwerpbelasting aangetoond, waar een eindige elementenberekening duidelijk tekortschoot. De opgemeten verplaatsingen bleven ver onder de vooropgestelde grenscriteria en vielen zelfs binnen de meetnauwkeurigheid. Dure en tijdrovende renovatiewerken werden daardoor vermeden en een deel van het waardevolle historisch erfgoed kon met weinig ingrijpende restauratiewerken worden behouden: oppervlakkig herstel van het parement (kaaimuur C) of het plaatsen van een nieuwe deksteen en betonnen voorzetwand (kaaimuur D). Uiteraard is voorzichtigheid geboden, aangezien de belastingsproef slechts van korte duur is. Ongewenste effecten op lange termijn (kruip, cyclische belastingen) konden vooralsnog niet gedetecteerd worden. De gemaakte conclusies zijn bovendien slechts geldig voor de randvoorwaarden waarbinnen de belastingsproef werd uitgevoerd en herevaluatie zal nodig zijn bij wijziging hiervan (bijvoorbeeld slibruiming in de Schelde). Zo verdient het de aanbeveling om na afloop van de belastingsproef het bodem- en (grond)waterpeil te blijven opvolgen en tijdens grote langdurige belastingen of extreme stormwaterpeilen eveneens het monitoren van de verplaatsingen van de kaaimuur te hervatten. Naast bijkomende monitoring kan het tevens waardevol zijn een back-analyse te maken in een eindig-elementenmodel op basis van de uitgebreide monitoringsdata. Dit werd echter niet uitgevoerd binnen het kader van dit project. 쎲


Are you looking for a new challenge in an innovative professional environment?

Een stabiele basis begint bij Jetmix

Do you want to work with motivated colleagues from all over the world?

Met ruim 10 jaar ervaring is Jetmix de specialist van Nederland op het gebied van grout(injectie) ankers, -ankerpalen

At Fugro, we are proud to deliver geo-intelligence and asset integrity solutions that contribute to a safe and liveable world.

en grondverdringende schroefpalen! Ontdek onze dienstverlening op: www.jetmix.nl

Fugro is an international organisation with many career opportunities in the Netherlands and abroad. For more information, more infor mation, please visit our website: website: https://www.fugro.com/careers

Fugro Oudsas 11, Werkendam T. 0183 505666 E. inffo@jetmix.nl o@jetm o

www.fugro.com

GEOTECHNIEK

30

AUGUSTUS 2020


Pile Pusher Pro - Drukt de kwalitatief hoogwaardige prefab betonpalen de grond in - Geen overlast door geluid en trillingen - Bewezen technologie met indrukkrachten van 60 tot 1.200 ton - Realtime dataregistratie van indrukkracht en diepte; elke paal wordt proefbelast - Onderscheidend in aanschaf- en productiekosten

www.pilepusherpro.nl

Gedreven

GEOTECHNIEK

31

AUGUSTUS 2020


GEOTECHNISCH VELDONDERZOEK

GEOTECHNISCH ADVIES

GEOHYDROLOGISCH ADVIES

LABORATORIUMONDERZOEK

MOS Grondmechanica voor onafhankelijk en betrouwbaar

Bekijk onze projecten op

onderzoek en advies! Uw specialist op het gebied van geotechniek,

www.mosgeo.com

geohydrologie, geomonitoring en laboratoriumonderzoek. T (0)88 513 02 00 | M info@mosgeo.com | W www.mosgeo.com

GEOTECHNIEK

32

AUGUSTUS 2020


GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNLANDROUTE

n h i c ek e t SPECIALE EDITIE VAN ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR O NAF HA NKE LIJK VA K BL AHET DV OO R ONAFHANKELIJK VAKBL AD VOOR HET HET GEOTECHNISCHE WERKVELD GE O TE CHNISCHE W ERK V ELD GEOTECHNISCHE WERK VELD

SPECIAL PROJECT RIJNLAND ROUTE

UW PROJEC T UIT VOERIG BELICHTEN MET EEN MOOIE SPECIAL IN GEOTECHNIEK? INFO RMEER NA AR DE MOGELIJKHEDEN INFO @ UITGEVERIJEDUCOM.NL


COLOFON

GEOTECHNIEK SPECIAL PROJECT RIJNLANDROUTE DEZE SPECIAL VERSCHIJNT ALS BIJLAGE VAN EDITIE 3-2020 VAN HET VAKBLAD GEOTECHNIEK.

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

Uitgever/bladmanager Uitgeverij Educom, Rotterdam Robert P.H. Diederiks

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

Hoofd- en eindredactie Robert P.H. Diederiks Hans Mortier

© Copyrights Uitgeverij Educom v.o.f. AUGUSTUS 2020

Fotografie cover v.l.n.r. boven: Vincent Basler, Rick Keus v.l.n.r. onder: Guus Schoonewille, Irene van Oudenniel, Hannah Anthonysz

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

34

AUGUSTUS 2020

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


ir. B. Peerdeman Integraal ontwerpmanager Comol5 / Royal HaskoningDHV

ir. H. Mortier Integraal ontwerpmanager DIMCO

ir. M.H.A. Brugman Ontwerpleider Boortunnel Comol5 / Arthe civil & structure b.v.

DE RIJNLANDROUTE ONDERWEG De RijnlandRoute is de nieuwe wegverbinding tussen Katwijk, via de A44, naar de A4 bij Leiden. Met deze nieuwe route wordt gebouwd aan de economische versterking van de regio waarbij de bereikbaarheid en leefbaarheid van het gebied wordt verbeterd. De huidige verkeersknelpunten worden opgelost en een goede doorstroming in de regio Holland Rijnland gegarandeerd. Twee van de drie deelprojecten van de RijnlandRoute zijn inmiddels in uitvoering. Het project N434/A44/A4, waarvan de geboorde tunnel deel uitmaakt, wordt uitgevoerd door aannemerscombinatie Comol5, het project N206 Tjalmaweg door Boskalis. Het derde project van de Rijnlandroute, de N206 Europaweg, is nog in voorbereiding. De verwachting is dat de RijnlandRoute eind 2022 gereed is. De regie van het project wordt gevoerd in een samenwerkingsverband tussen Provincie ZuidHolland en Rijkswaterstaat. Deze twee partners staan ook samen met Holland Rijnland en de gemeentes Leiden, Voorschoten, Katwijk en Wassenaar in voor de financiering van het project. De meeste werken in de RijnlandRoute zijn onderdeel van het deelproject N434/A44/A4 waar de

artikelen in dit katern over handelen. In deze inleiding gaan we in vogelvlucht over het project waarbij we enerzijds verwijzen naar reeds eerder gepubliceerde literatuur en anderzijds, voor de geotechnisch interessante topics jullie graag lekker maken voor de navolgende artikelen van dit katern. De nieuwe verbindingsweg N434 sluit aan op de bestaande snelwegen A4 en A44 met de respectievelijke knooppunten Hofvliet en Ommedijk. Knooppunt Hofvliet wordt uitgevoerd met onder andere twee fly-overs met een lengte van 300 m en 220 m. De constructieve aspecten van deze eyecatchers worden uitvoerig toegelicht in [1]. De terpen naar de landhoofden van deze fly-overs werden vanaf een bepaalde terphoogte uitgevoerd op een paalmatrasfundatie. Ontwerp en uitvoering hiervan worden toegelicht in ‘Tunnellogistiek op en naast een paalmatras in de polder’. Voor knooppunt Ommedijk is voor een onderlangse kruising gekozen. Deel van deze onderdoorgang is de ecopassage en fietspad. De geringe hoogte van het vrije profiel maakte het mogelijk af te stappen van een traditionele betonnen U-bak op palen naar een folieconstructie. Detaillering van deze oplossing vindt u terug in ‘Schoorpalen en gewapend

onderwaterbeton rondom diepgelegen waterleiding & Een complexe folieconstructie’. Verder bestaat de nieuwe N434 nog uit een circa 1,4 km lange open bak en een 2,5 km lange gesloten tunnel waarvan 2,25 km door gemechaniseerde boortechniek wordt uitgevoerd. Ontwerp van de lining en dwarsverbindingen is uitvoerig terug te vinden in [2], [3], [4] en [5], terwijl alle details over ontwerp en uitvoering van de schachten gepubliceerd wordt in [6]. In deze artikelenreeks willen we vooral focussen op de opgedane ervaringen bij de eerste tunneldrive met speciale aandacht voor de startfase en het ondertunnellen van het Rijn-Schiekanaal. Voor de open bak constructie werd een ontwerp gemaakt waarbij enkel onderwaterbeton werd toegepast in de twee diepst gelegen moten waar de waterkelder en het aquaduct zijn gesitueerd. Daar op deze plaats ook een bestaande waterleiding op te geringe diepte aanwezig was, diende het onderwaterbeton plaatselijk gewapend uitgevoerd te worden in combinatie met schoor en te lood staande palen. Het overgrote deel van de open bak kon zonder toepassing van onderwaterbeton uitgevoerd worden. Hiervoor werd een uitgekiend systeem van bemaling met retourleidingen ontworpen en na een uitvoerige test in het werk geimplementeerd. In navolgende pagina’s wordt dit uitvoerig toegelicht.

Referenties [1] Nass, Westerbeek, Boeters, Prakken: De eyecatchers van de RijnlandRoute, Cement 03/2019 [2] Mortier, Peerdeman, van der Put: Boren tussen de A4 en de A44, Cement 05/2017 [3] Mortier, Brugman, Schubert: The difference is in the detail, Tunnels and Tunneling November 2018 [4] Mortier, Brugman, Peerdeman, Schubert: The RijnlandRoute bored tunnel – continuously improving the mechanized tunneling process, proceedings ITA-WTC2019 [5] Liem, Vervoort, Brugman, Partovi: Safety approach for lining calculations applying a 3D-continuum model, proceedings ITA-WTC2019 [6] Mortier, Peerdeman: Shaft design for the RijnlandRoute bored tunnel, Structural engineering International 04/2020. 쎲

Figuur 1 – Overzicht N434 met knooppunten Hofvliet en Ommedijk.

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

35

AUGUSTUS 2020


ir. W.P. Munsterman Adviseur Geotechniek GWW – Comol5 / Arthe civil & structure b.v.

ing. N. Kalle Teamleider Geotechniek GWW – Comol5 / Arthe civil & structure b.v.

ir. B. Lietaert Adviseur Geotechniek GWW – Comol5 / Dredging International

TUNNELLOGISTIEK OP EN NAAST EEN PAALMATRAS IN DE POLDER Inleiding Voor het door Comol5 te realiseren Knooppunt Hofvliet, de verbinding van de nieuwe N434 met Rijksweg A4, zijn drie hoge terpen benodigd om de N434, met behulp van twee Fly-overs (KW20 en KW21), over de A4 te laten kruisen. In figuur 1 is de locatie van het Knooppunt Hofvliet weergegeven. Vanaf de Startschacht (KW17)/Toerit-oost (KW18) (aan de westzijde) tot het Knooppunt Hofvliet (aan de oostzijde) zijn tevens een Werkterrein, voor de realisatie van de Startschacht/Toerit-oost, en het Tunnellogistiek terrein op de slappe bodem gerealiseerd. De bodem ter plaatse van de Oostvliet-, Hof- en Spekpolder bestaat uit lagen veen en humeuze klei met op sommige locaties een

totale dikte van 10 m, zie figuur 2. Bovendien is er hier sprake van een tussenzandlaag. De combinatie van een maximale ophoging van 9 m voor de terp aan de westzijde van het knooppunt, de uitdagende uitvoeringsplanning en zeer slappe bodemopbouw heeft ervoor gezorgd dat ter plaatse van de hoogste delen van de terpen paalmatrassen toegepast worden. Het als eerste gerealiseerde Paalmatras Hofvliet-West dient tevens als fundering voor een Slurry Treatment Plant (STP), die benodigd is voor het boren van de tunnels (N434). De STP behandelt de vrijgekomen grond, die door een boorspoeling wordt getransporteerd uit de TBM. Deze paalmatras Hofvliet-West is de grootste paalmatras, naast de twee overige te realiseren paalmatrassen,

die zich ter plaatse van de bestaande A4 bevinden, aan de noord- en zuidoostzijde van het Knooppunt Hofvliet. Dit artikel behandelt naast de toegepaste risicobenadering en observational method, de ontwerpkwaliteit en het ontwerp en de realisatie van het Werkterrein, het Tunnellogistiek terrein en de Paalmatras Hofvliet-West.

Risicobenadering en Observational method De door de opdrachtgever voor de aanbesteding onderkende hoofdrisico’s (EMVI-criteria) zijn: - Percelen zijn niet (tijdig) beschikbaar voor start werkzaamheden; - Schade aan bestaande of nieuwe constructies, dan wel ongemak door weggebruiker, door slechte bodemgesteldheid/zettingen ter plaatse van Knooppunt Hofvliet. Tevens is voorafgaand aan de werkzaamheden een inventarisatie van de overige van toepassing zijnde risico’s gemaakt. De monitoring is opgezet door het ontwerpteam gedurende het opstellen van het ontwerp. De site-engineering (uitvoeringsbegeleiding) maakte tevens onderdeel uit van het ontwerpteam om de lijnen zo kort mogelijk te houden. Voor en gedurende de uitvoering van de ophoogwerkzaamheden werd in nauw overleg binnen Comol5 (ontwerp en realisatie) besloten om waar nodig bij te sturen in het ontwerp naar aanleiding van de actuele situatie gedurende de realisatie: - Het herzien van de veiligheidsbenadering voor de beschouwing van de stabiliteit van de ophoogslagen; - Het bepalen op basis van evaluatie van de zakbakenmetingen of er wordt voldaan aan de restzettingseisen en hierop anticiperen voor kritieke locaties in de uitvoeringsplanning; - Het bijstellen van het geotechnisch ontwerp, naar aanleiding van de herziening van de grondparameters, op basis van de resultaten van het aanvullend laboratoriumonderzoek (stabiliteit en zetting).

Figuur 1 – Overzicht ontwerp eindsituatie Knooppunt Hofvliet (A4-N434) in relatie tot de Tunnellogistiek. (Bron: Google Earth)

Kwaliteit geotechniek

Figuur 2 – Sonderingen ter plaatse van Knooppunt Hofvliet met en zonder tussenzandlagen.

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

36

AUGUSTUS 2020

Voor de kwaliteitsborging van het geotechnisch ontwerp is door Deltares een audit ten aanzien van geotechniek en het geotechnisch risicomanagement voor een aantal specifiek onderdelen uitgevoerd. Het doel van deze zogenaamde GeoRisicoScan 2.0 was het behalen van het ‘Geo-OK+-label, die als maatstaf dient voor de kwaliteit van het


SAM E N VAT T I N G functionerend Tunnellogistiek terrein. Er is voor gezorgd dat alles volgens uitvoeringsplanning gereed was en de risico’s en raakvlakken zijn goed beheerst. Op dit moment functioneert het paalmatras deels nog als fundering van een Slurry Treatment Plant. Begin 2022 worden de aardebanen gerealiseerd, zodat uiteindelijk het verkeer erover kan rijden.

Voor het realiseren van boortunnels is Tunnellogistiek van groot belang. Uitdagend was de aanleg van een Tunnellogistiek terrein in een polder met zeer slappe bodemopbouw. Het terrein bestaat uit vele constructies met hieraan gestelde eisen. Integrale samenwerking binnen de disciplines - tunnel, kunstwerken, realisatie en GWW - is belangrijk gebleken en heeft geleid tot een goed

Figuur 3 –

Georisicomanagement in het project. Hiervoor zijn onder andere het Geotechnisch Basisrapport met grondonderzoek en grondparameters, het Definitief en Uitvoeringsontwerp voor de maatgevende hoge terpen en het monitoringsplan beoordeeld. De gevolgde processtappen en vastlegging van de inhoudelijke beheersing zijn voor het project aantoonbaar correct uitgevoerd, waarmee de hoogste score van het “Geo-OK+-label” is behaald.

Overzicht met beschouwde delen aardebaan (schematische weergave).

Werkterrein Startschacht (KW17)/Toerit-oost (KW18) en werkwegen Voor het realiseren van de Startschacht, ten behoeve van de tunnelboormachine, en Toerit-oost zijn onder andere een werkterrein, opslagterreinen, keten en werkwegen gerealiseerd. De draagkracht, stabiliteit en zettingen zijn beschouwd voor de diverse belastingen, waaronder een diepwand- en ankerpalenstelling (maximaal 170 ton). Hiervoor is gedurende een periode van 3 maanden het terrein voorbelast. Hierbij is rekening gehouden met de gebruiksperiode van het werkterrein, de waterkerende functie van de diepwand (restzettingseis van 0,10 m in verband met de sleufstabiliteit en benodigde hoogte) en de benodigde drooglegging van 0,7 m. De drooglegging is van belang voor de maximaal toegestane restzetting van het terrein. De kraan voor het inhijsen van het TBM-graafwiel stond op een op palen gefundeerde vloer.

Figuur 4 – Overzicht indeling Westelijk deel Tunnellogistiek terrein.

Er is bij het ontwerp van de diepwand en damwand rekening gehouden met het raakvlak bestaande uit de beoordeling van de invloed van het aangelegde werkterrein (verticale en horizontale belasting). Vanwege de werkzaamheden voor een te realiseren overkluizing voor twee te verleggen Gasunieleidingen (12” en 30”) kon het werkterrein voor de Toerit-oost niet direct in zijn geheel worden aangelegd. In een relatief laat stadium is onder hoge tijdsdruk zodoende de oostelijke uitbreiding van het werkterrein gerealiseerd. Hiervoor is de invloed op de Gasleidingen met behulp van D-Settlement en Plaxis 2D beschouwd en getoetst aan de door de Gasunie vastgestelde verplaatsingscriteria. Het grondgedrag is in Plaxis 2D gemodelleerd met het model Hardening soil en er is rekening gehouden met het tijdsafhankelijk gedrag van de grond (klei en veen). Tevens is de stabiliteit van de ophogingen in Plaxis 2D beschouwd. De indeling van het Werkterrein en Tunnellogistiek terrein zijn op basis van de berekeningsresultaten aangepast. In eerste

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

Figuur 5 – Overzicht voorbelastingsmaatregel Westelijk deel Tunnellogistiek terrein.

37

AUGUSTUS 2020


Figuur 6 – Overzicht indeling Oostelijk deel Tunnellogistiek terrein.

Figuur 8 –

Figuur 7 –

Overzichtstekening van de ringdijk met voorbelasting rondom het paalmatras.

Overzicht voorbelastingsmaatregel Oostelijk deel Tunnellogistiek terrein.

op palen. Uiteindelijk zijn deze cementfabriek en de Slurry Treatment Plant gefundeerd op het paalmatras de enigste constructies, die niet zijn gefundeerd op staal. Het oostelijk deel van het Tunnellogistiek terrein wordt gebruikt voor twee zogenaamde TBM Mucking Areas (grond- en stenendepots met verschillende korrelgrootten), die vrijkomen uit de op het paalmatras Hofvliet-West gefundeerde Slurry Treatment Plant (zie figuur 6). Ter plaatse van de TBM Mucking Areas wordt de geboorde grond tijdelijk opgeslagen voordat deze verder wordt afgevoerd.

instantie was namelijk een opslag met een relatief zware belasting nabij de gasleidingen gepland.

Tunnellogistiek terrein met TBM Mucking areas Voor het boren van de tunnels is een Tunnellogistiek terrein tussen de Toerit-oost (KW18) en het paalmatras Hofvliet-West (zie figuur 3) gerealiseerd. Op het terrein bevindt zich alle benodigde logistiek voor het tunnelboren, waaronder tevens een aantal werkwegen. Er werden criteria ten aanzien van de tunnelsegmentenopslag, loodsen, keet, watertank, waterdepot, hydraulisch transportleidingen en cementfabriek gesteld. Het terrein heeft bijvoorbeeld een gebruiksduur van 2 jaar, de restzetting en restzettingsverschillen van de segmentenopslag dienen beperkt te zijn, het terrein dient voldoende draagvermogen voor de verschillende belastingen te bieden en er dient rekening te worden gehouden met de rijbanen van de N434 in de eindsituatie. Het westelijk deel van het Tunnellogistiek terrein (zie figuur 4) is meer dan 8 maanden voorbelast met deels verticale drainage (zie figuur 5). Deze maat-

regelen waren benodigd om aan de restzettingseisen van de N434 in de eindsituatie te voldoen. Het terrein is hierbij verdeeld in 5 gebieden met verschillende uiteindelijk rustende belastingen en restzettingseisen. Voor deze gebieden zijn ophogingen met totale hoogten variërend van 3 tot 6 m zand aangebracht (inclusief voorbelasting). De benodigde ophogingen voor de eindsituatie zijn 1 tot 3 m. Er zijn zettingen van meer dan 2 m opgetreden. De indeling van het Tunnellogistiek terrein (waaronder locatie wegen, depots en tunnelsegmentenopslag) is in overleg met ontwerp geotechniek afgestemd. Voor het ontwerp waren tevens de stabiliteit en de drooglegging van het terrein van belang. Er is daarnaast rekening gehouden met de invloed van de voorbelasting op de in aanbouw zijnde constructie van Toerit-oost (KW18). De horizontale en verticale belastingen op de gerealiseerde funderingspalen zijn hiervoor beschouwd. Voor de cementfabriek is gezien de 4 silo’s met een hoogte van meer dan 28 m (grote belastingen door onder meer wind) ervoor gekozen deze te funderen

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

38

AUGUSTUS 2020

De TBM Mucking Area I, voor zandig materiaal, heeft in het bovenaanzicht de vorm van een banaan vanwege de roterende transportband (conveyer belt), die de grond aanvoert. De hoogte hiervan is maximaal 6 m (in een driehoekige vorm). Het materiaal van de TBM Mucking Area I wordt na verloop van tijd getransporteerd naar de nabij gelegen Meeslouwerplas. Ter plaatse van TBM Mucking Area I is in een korte periode voorbelasting inclusief verticale drainage toegepast (zie 7). Deze voorbelasting is aangebracht om de stabiliteit van het depot gedurende het relatief snel storten, gedurende het tunnelboren, te kunnen garanderen. TBM Mucking Area II voor keien, grind en de fijne fractie uit de centrifuge-units van de Slurry Treatment Plant, is kleiner qua oppervlakte en beduidend minder hoog dan TBM Mucking Area I. Hiervoor was geen maatregel benodigd. Tevens zijn op het terrein een Mixing unit (mengeenheid), Soil pressing unit (grondpers) en Watertank gerealiseerd. Voor het ontwerp van de tunnellogistieke constructies zijn de draagkracht, stabiliteit, zetting,


drooglegging, belastingen op de funderingspalen voor de transportband en de invloed op het naastgelegen paalmatras beschouwd. Het oostelijk deel van het tunnellogistiek terrein zal na de realisatie van de boortunnels plaatsmaken voor de resterende voorbelasting (tot 5 m hoogte) ten behoeve van de rijbanen van de N434.

Paalmatras Hofvliet-West met Slurry Treatment Plant VOORBELASTING Er is uitgegaan van de toepassing van paalmatrassen voor ophogingen groter of gelijk aan 4,5 m (figuur 9). Dit betekent dat de terpen voor de aardebanen zijn voorbelast voor ophogingen kleiner dan 4,5 m. Deze ophogingen bevinden zich zowel in de aansluitingen op het paalmatras in de lengterichting als de taluds in de dwarsrichting van de aardebaan (flanken paalmatras). Om ervoor te zorgen dat de horizontale verplaatsing van de cohesieve lagen ter plaatse van de eerste palenrijen binnen de perken blijft, is rondom het paalmatras een voorbelasting (inclusief verticale drainage) in de vorm van een ‘ringrijk’ toegepast met een hoogte van 6 m (figuur 10). Ter plaatse van het westelijke landhoofd van de fly-over KW20 was de voorbelasting echter 10 m hoog. Deze ring-

dijk met voorbelasting heeft 3 maanden zettingen geforceerd (figuur 8). Aangezien uit het grondonderzoek bleek dat de dimensies en consistentie van de zandlaag erg grillig zijn is de ligging van deze zandlaag in kaart gebracht. Het bleek dat in het Holocene pakket er een aantal zandlagen elkaar afwisselden c.q. in elkaar overliepen: ten eerste een zogenaamde tussenzandlaag (i.e. jonge wadafzettingen op circa NAP-6,0 m tot NAP-10,0 m, zie figuur 2) die uitwigt ter plaatse van het paalmatras (figuur 11). Tevens was er een diepere zandlaag met relatief lage qc-waardes (< 10MPa) aangetroffen, voornamelijk tussen NAP-10 m en NAP-16 m. Deze zandlaag maakt onderdeel uit van oudere Holocene wadafzettingen, die hier en daar zeer diepe geulen (tot NAP-18 m) in het meer vastgepakte Pleistocene zand (met een gemiddeld niveau op NAP-13 m) hebben uitgesleten. Deze heterogeniteit van de geologie en de hoogte van de ophogingen (groter of gelijk aan 4,5 m) ter plaatse van het paalmatras zijn gecombineerd in Figuur 11. Na deze variabelen te hebben gecombineerd is het oppervlak van het paalmatras in 7 kwadranten opgedeeld met elk een eigen ontwerpniveau en dus maximale ophoging (variërend van 3,2 tot 9,5 m). Bij de bepaling van de verticale draagkracht van de geprefabriceerde betonpalen heeft elk

kwadrant een uniform paalpuntniveau en dus paallengte verkregen. Bij een orthogonaal stramien met een hart op hart-afstand van 2,25 m, waarvan de stramienlijnen parallel tot semi-parallel aan de bovenliggende wegassen zijn ontworpen, zijn bovendien voor elk kwadrant de bijbehorende sterktes van de geokunststofwapening in zowel de lengterichting als de dwarsrichting ontworpen (figuur 14). In totaal heeft het Paalmatras Hofvliet-West 2.540 stuks palen en een oppervlakte van 12.173 m2. Bovendien is er circa 4,0 km geotextiel in de dwarsrichting en 3,4 km geogrid in de lengterichting aangebracht.

Slurry Treatment Plant Ter plaatse van de westzijde/tunnelzijde van het paalmatras Hofvliet-West dient, gedurende het boren van de tunnelbuizen door de TBM, een Slurry Treatment Plant (STP) in bedrijf te zijn. Aangezien deze uit zware onderdelen bestaande installatie op een zettingsvrij oppervlak dient te staan, is ervoor gekozen om de STP op het paalmatras te installeren. De locatie van de STP op het paalmatras is in figuur 12 aangegeven met een zwart gestippelde lijn. Tijdens het ontwerp is geverifieerd of de belastingen van de afzonderlijke zware STP-onderdelen, zoals hoge silo’s (bentoniet- en kalkpoeder), grote tanks (water-, slurry- en

Figuur 9 – Schematische weergave van de dimensies van de voorbelasting. Figuur 10 – Dwarsprofiel met het Plaxismodel van het paalmatras Knooppunt Hofvliet. Aan beide zijdes hiervan zijn de contouren van de voorbelasting te zien.

Figuur 11 – Ontwerp paalmatras Knooppunt Hofvliet: contouren vlekkenkaart met ophogingen groter of gelijk aan 4,5 m en tussenzandlaag zijn m.b.v. GIS gecombineerd.

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

Figuur 12 – Overzicht ligging Kwadranten 1 t/m 7 en de contouren van het paalmatrassysteem Hofvliet-West. 39

AUGUSTUS 2020


Figuur 13 – Links: weergave van de grootte van de heiknobbel op de geprefabriceerde betonpalen. Rechts: installatie van de paaldeksels op de paalkoppen met daar tussen het oplegrubber met opening.

Figuur 14 – Het uitrollen van de geokunststofwapening voor het paalmatras Knooppunt Hofvliet West. bentonietmengsel), niet het totale eigen gewicht van de aardebaan, wegfundering en asfalt in de eindsituatie op het paalmatras, zullen overschrijden, waarbij rekening is gehouden met de maximale draagkracht van het paalmatras per kwadrant.

Uitvoeringsaspecten Hoewel ter plaatse van de te heien palen reeds was voorbelast, was het niet mogelijk om deze voorbelasting af te graven tot aan het aanlegniveau van het paalmatras op NAP-2,0 m in verband met de stabiliteit van de heistelling. Vanwege deze reden zijn de palen geheid met een oplanger. Door het heien met een oplanger, zou de nauwkeurigheid van de locatie van de palen mogelijk in het geding kunnen komen, aangezien de paalkoppen niet geschouwd konden worden. Echter, door de heitoleranties in zowel het horizontale vlak (maximaal ± 10 cm) als in verticale richting (maximaal ± 5 cm) duidelijk voor te schrijven zijn, ondanks het gebruik van een oplanger, de heiwerkzaamheden goed verlopen. Na het afgraven van de werkvloer tot aan bovenkant paal bestond er een kans dat de werkvloer op

Figuur 15– 3D Palenveld onder het paalmatras Knooppunt Hofvliet West afkomstig uit het BIM.

het aanlegniveau van NAP-2,0 m te nat zou worden door de opbolling van de grondwaterstand. Grote oppervlaktes van het paalmatras bleven echter tijdens het uitrollen van de geokunststofwapening droog. Op een aantal locaties was het iets te nat, zodat bemaling toegepast is om een droge werkvloer te creëren. Daarnaast heeft een relatief droge herfst meegeholpen aan deze gunstige werkomstandigheden!

Paaldeksel en oplegrubber Tijdens de realisatie bleek een forse heiknobbel aanwezig te zijn op de paalkop (figuur 13 links). Hierdoor zou na installatie van de paaldeksel op de paalkop, de paaldeksel scheef kunnen komen te liggen, met grote piekspanningen tot gevolg. Daarom is besloten om een oplegrubber toe te passen op de paalkop met een opening in het midden, die over de heiknobbel van de paalkop heen valt (figuur 13 rechts).

Conclusies Bij het realiseren van boortunnels vanuit een startschacht is naast het ontwerp en de realisatie van de boortunnels, tevens de bijbehorende Tunnel-

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

40

AUGUSTUS 2020

logistiek van groot belang. Uitdagend bij de RijnlandRoute was de aanleg van een Tunnellogistiek terrein in een polder met een zeer slappe bodemopbouw onder grote tijdsdruk. Tevens bleek dat een Tunnellogistiek terrein uit vele verschillende constructies bestaat met hieraan gestelde eisen en vele raakvlakken met objecten. De integrale samenwerking binnen de verschillende disciplines (tunnel, kunstwerken, realisatie en GWW) is van groot belang gebleken en heeft geleid tot een goed functionerend tunnellogistiek terrein. De hands-on mentaliteit bij het ontwerp en site-engineering heeft er bovendien voor gezorgd dat alles volgens uitvoeringsplanning gereed was en de risico’s en raakvlakken zodoende aantoonbaar voldoende zijn beheerst. Op dit moment functioneert een derde deel van het paalmatras nog als fundering van de Slurry Treatment Plant. Begin 2022 zullen de aardebanen ter plaatse van het westelijk deel van Knooppunt Hofvliet worden gerealiseerd (figuur 15), zodat het paalmatras zijn uiteindelijke doel kan gaan dienen: er kan dan uiteindelijk verkeer over gaan rijden! 쎲


RijnlandRoute

De rroute oute v voor oor ieder iedereen een De RijnlandRoute is een nieuwe wegverbinding tussen Katwijk, via de A44, en de A4 bij Leiden. Met deze nieuwe route bouwt de provincie Zuid-Holland aan de economische versterking van de regio en investeren we in de bereikbaarheid en leefbaarheid van het gebied. De weg lost huidige knelpunten op en garandeert de doorstroming in de regio Holland Rijnland, met name rondom Leiden en Katwijk. Twee van de drie projecten van de RijnlandRoute zijn inmiddels in uitvoering. Het project N434//A A44//A4, A4 waarvan de geboorde tunnel onderdeel uitmaakt, wordt uitgevoerd door aannemerscombinatie Comol5, het project N206 Tjalmaweg door Boskalis. Het derde project van de RijnlandRoute, de N206 Europaweg, is nog in voorbereiding.

Op dit moment kunnen de N206 Europaweg en het Lammenschansplein het huidige verkeer niet aan. Hierdoor ontstaan er regelmatig files. Door toedoen van diverse ruimtelijke ontwikkelingen, onder andere in de Lammenschansdriehoek en Vlietzone, worden deze wegen steeds drukker. Daarom verbreden we de N206 Europaweg tussen het Lammenschansplein en de A4.

De ir. G. Tjalmaweg bij Valkenburg krijgt 2 x 2 rijstroken en wordt voor een deel verdiept aangelegd. Voorts komen er twee nieuwe ongelijkvloerse aansluitingen. Voor de bewoners van het dorp Valkenburg en de toekomstige bewoners van Projectlocatie Valkenburg is de ir. G. Tjalmaweg een belangrijke doorgaande weg. Met de verbreding en overige aanpassingen is de weg goed op de toekomst voorbereid.

Boortunnel Een belangrijk deel van de N434, tussen de A4 bij Leiden en de A44 bij Wassenaar enaarr, is de boortunnel. Bij de planvorming was de grote vraag: hoe kunnen we de weg aanleggen zonder veel in te grijpen in de huidige omgeving. Dit is grotendeels gelukt door de weg als een verdiepte ligging en tunnel aan te leggen, en de knooppunten slim te ontwerpen.

De N434 is een nieuwe oost-westverbinding tussen de A44 en de A4 bij Leiden. De weg bestaat uit een circa 2,5 kilometer lange tunnel en een verdiepte ligging van ongeveer 1,4 kilometer. De N434 sluit met twee nieuwe knooppunten aan op de bestaande rijkswegen. Ook delen van de A44 en de A4 worden aangepast.

RijnlandRoute. economische investeren bereikbaarheid Wij bouwen bouwen de RijnlandR oute. Wij bouwen bouwen aan ec onomische versterking versterking en inv esteren in de ber eikbaarheid leefbaarheid hett g gebied provincie Zuid-Holland aannemerscombinaties en leefb aarheid vvan an he ebied en de rregio. egio. Wij zijn pr ovincie Z uid-Holland en de aannemer scombinaties Comol5 en Boskalis. Boskalis. Wilt u meer weten, weten, kijk dan op de website website of volg volg ons op de social media.

RijnlandRoute.nl RijnlandRoute.nl

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

41

AUGUSTUS 2020


ir. B. van de Water Adviseur Geotechniek Boortunnel – Comol5 / Arthe civil & structure b.v.

ir. M.H.A. Brugman Ontwerpleider Boortunnel – Comol5 / Arthe civil & structure b.v.

ir. B. Safari Specialist Boortunnels – Arthe civil & structure b.v.

T.Schubert Projectleider Boortunnel – Comol5 / Vinci Construction Grand Projets

ERVARINGEN 1 E BOORGANG TUNNEL RIJNLANDROUTE Inleiding Tijdens de aanbestedingsfase van het project de Rijnlandroute bleek dat het alignement van de boortunnel relatief ondiep onder het Rijn-Schiekanaal lag, dermate ondiep dat reguliere berekeningsmethoden voor de boorfrontstabiliteit onvoldoende veiligheid boden. Omwille van het Provinciaal inpassingsplan kon in dit stadium het alignement nauwelijks meer worden aangepast. Daartoe moest er een methode gevonden worden om veilig onder het kanaal door te boren. Uitgangspunt hierbij was dat het scheepvaartverkeer zo min mogelijk gehinderd zou worden.

Onderzoek Om een efficiënte oplossing te kunnen bepalen is het van belang dat de uitgangspunten zo betrouw-

baar mogelijk zijn met minimale variatie. Daartoe zijn de kanaalbodem en slibdiktes uitgebreid ingemeten, zijn er sonderingen in het kanaal uitgevoerd en zijn er boringen aan beide zijdes van het kanaal uitgevoerd waarop met name vele volumegewicht metingen verricht zijn.

Berekeningsmethode Met deze gegevens zijn berekeningen gemaakt met diverse analytische methodes voor boorfrontstabiliteit. Hieruit bleek dat de marge tussen de minimum druk en de maximum druk kleiner was dan de reguliere marge van 20 kPa die hiervoor wordt gehanteerd. Om deze marge in de berekening te kunnen vergroten waren er meerdere opties. De eerste was het meenemen van wrijving in de blowout-druk, hiervoor is de methode Broere

(2001) aangehouden. Bij de minimumdruk is het van belang om te weten dat een groot deel van het minimum wordt bepaald door de Pleistocene stijghoogte, met een hoog gemiddelde waarde van NAP -1,4 meter. Conform de ROK is een ontwerpwaarde bepaald voor de Pleistocene stijghoogte, omdat de waterdruk dan vervolgens als permanente belasting beschouwd kan worden kan de overeenkomstige partiële factor gebruikt worden van 1,0 in plaats van 1,05 conform de DIN. Voor de horizontale gronddruk is er ook een verschil in partiële factoren, conform de DIN is deze factor 1,5. Binnen de Eurocode zijn er geen specifieke factoren voor dit mechanisme gegeven en de belasting uit grond kan worden gezien als permanente belasting, hiervoor kan een factor van 1,0 worden aangehouden. De extra marge die ontstaat door het minimum te berekenen met partiële factoren van 1,0 en het maximum te verhogen met het meenemen van wrijving levert voldoende marge om theoretisch met een stabiel boorfront het kanaal te kunnen passeren. Het feit dat het theoretisch en conform de Nederlandse Eurocode norm toelaatbaar is om onder het kanaal door te boren is een eerste stap, tegelijkertijd zegt het gezonde verstand dat je alle veiligheid ten opzichte van de gangbare methode (DIN partiële factoren en geen gebruik van wrijving) niet zomaar kunt weglaten. Er zou aangetoond moeten worden dat de berekende marge ook echt een veilige druk zou zijn om bij te boren. Om die reden is besloten een proefveld in te richten aan de start van het boortracé. Hierbij passeert de tunnelboormachine vlak na de start een veld waarbij de dekking op de tunnelboormachine even beperkt is als ter plaatse van het kanaal.

Figuur 1 – Doorsnede Rijn-Schiekanaal met tunneltracé. Figuur 2 –

Proefveld

Aangepaste berekeningsmethode boorfrontstabiliteit.

Het proefveld is ingericht met meetpunten voor de verticale verplaatsingen over de lengte-as van de tunnel met iedere 20 meter een dwarsraai van meetpunten. Hierbij wordt ook stapsgewijs de dekking afgebouwd naar de situatie van het kanaal. Als criterium voor de bepaling van de stabiliteit worden de verticale verplaatsingen gebruikt, er is echter geen direct verband bekend tussen de stabiliteit en de verticale verplaatsingen. Wat wel bekend is, is dat verplaatsingen tot enkele centimeters bij een normaal boorproces behoren. Tevens liet het contract verplaatsingen van maximaal 10

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

42

AUGUSTUS 2020


SAM E N VAT T I N G uitgekiende monitoringsstrategie en een zeer gecontroleerd en beheerst boorproces kon het Rijn-Schiekanaal zonder enige hinder voor de scheepvaart gepasseerd worden. Na de succesvolle passage kende de eerste boorgang van de RijnlandRoute interessante ervaringen aangaande trillingshinder en een geologische uitzondering met het aantreffen van zeer grof grind en keien.

Eén van de uitdagingen van het te boren tracé voor de tunnel van de RijnlandRoute was de passage van het Rijn-Schiekanaal. Door de geringe gronddekking boven de tunnelboormachine onder het kanaal moesten de grenzen van de regeldrukken voor het stabiel houden van het boorfront op een verantwoorde manier opgezocht worden. Met een vernuftige ontwerpbenadering, een

centimeter toe aan maaiveld, deze verplaatsing is aangehouden als absolute bovengrens. Bij verplaatsingen onder de 5 centimeter is er geen sprake van instabiliteit en kan er doorgegaan worden. Bij verplaatsingen tussen de 5 en de 10 centimeter dient er een nadere evaluatie plaats te vinden.

Figuur 3 – Inrichting meetveld bij start boren op werkterrein COMOL5.

Op 22 augustus 2019 is gestart met boren en in de periode van 5 september tot 16 september zijn de secties van het proefvak gepasseerd. In het algemeen werd er aangevangen met lagere drukken dan berekend, dit was met name in de eerste 40 meter tunnel waar nog geen verticale verplaatsingen gemeten werden. Hiernaar werd er bijgestuurd naar waardes die iets onder de beoogde steundruk lagen.

Resultaten De eerste sectie liet een verticale verplaatsing zien van 2 millimeter na het passeren van het graafwiel. Dit bij een steundruk die ongeveer 12 kPa onder de beoogde druk lag. Bij de tweede sectie was de maximaal gemeten verplaatsing 3 mm bij een steundruk conform de berekende druk. Bij sectie drie werd er 9 mm verplaatsing omhoog gemeten, hierbij was de steundruk ook 13 kPa hoger dan beoogde druk en eigenlijk ook iets hoger dan de beoogde maximum druk. In sectie 4 was de verticale verplaatsing ongeveer 2 mm en de steundruk was ongeveer 7 kPa lager dan de vooraf berekende druk. Iets verderop was er nog een dwarsraai verplaatsingsmeters ten behoeve van een aantal leidingen, hier werd 2 mm verplaatsing gemeten en waren de drukken 7 kPa onder het berekende. In het algemeen kan gesteld worden dat de verplaatsingen na het passeren van het graafwiel minimaal zijn, dit wijst op een stabiel boorfront. De gebruikte steundrukken waren vaak iets lager dan voorzien, de grondwaterstand was echter ook significant lager waardoor de vereiste minimumdruk ook naar beneden bijgesteld kon worden met ongeveer 7 kPa.

Figuur 4 – Boorfrontdrukken, berekend en gerealiseerd.

Figuur 5 – Verticale verplaatsingen eerste sectie.

Al met al zijn de verplaatsingen na passage van het graafwiel minimaal en ruim onder het criterium van 50 mm. Tevens is er geen bentoniet aan maaiveld waargenomen, dit geeft aan dat ook de maximumdruk een veilige waarde betrof gezien er bij sectie

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

43

AUGUSTUS 2020


3 een fractie overschreden was. Er kon dan ook gesteld worden dat er veilig onder het Rijn-Schiekanaal door geboord kon worden. Uiteindelijk is dit op 27 t/m 30 september 2019, dankzij een goed beheerst en gecontroleerd boorproces, dan ook veilig gelukt zonder verdere maatregelen.

Conclusie Wanneer er vooraf uitgebreid grondonderzoek, labonderzoek en onderzoek naar de geometrie van de kanaalbodem wordt gedaan is het mogelijk veilig te boren op locaties met geringe dekking boven de tunnelboormachine. Het laboratoriumonderzoek dient dan met name gericht te zijn op de lokale volumegewichten van het materiaal wat zich voor én boven de TBM bevindt. Voor de bepaling van de maximumdruk kan de wrijving conform methode Broere gebruikt worden, bij gebruik van deze maximumdruk met een partiële factor van 0,9 treden geen excessieve verplaatsingen omhoog op. Voor de minimumdruk is er met de test aangetoond dat er met lagere drukken geboord kan

worden dan er met de conventionele veiligheidsfactoren mogelijk was, bij het gebruik van deze drukken treden slechts geringe verplaatsingen omlaag op.

Verloop boorproces Na het passeren van het kanaal kon met voldoende veiligheid op de stabiliteit worden doorgeboord en verschoof de focus naar het optimaliseren van het boorproces met het minimaliseren van de verplaatsingen aan maaiveld. Verderop in het boortracé zouden enkele monumentale panden gepasseerd worden, bij benadering van deze panden was het doel om de verplaatsingen aan maaiveld te kunnen beperken tot enkele millimeters. Voorafgaand aan deze passage werd er geboord onder de Zuid-Hoflandsche polder met relatief weinig belendingen. Borende in het Pleistocene zand aldaar kwamen er berichten dat er zeer grof grind werd aangetroffen bij de scheidingsinstallatie oplopend tot stenen en keien. Aangezien er voor dit gebied eigenlijk alleen van marine en fluviatiele afzettingen uit werd gegaan was dit vrij onverwacht en opmerkelijk te noemen.

Het achterhalen van de exacte geologische afkomst verdient nog nader onderzoek. Gedacht zou kunnen worden aan materiaal van glaciale afzettingen uit het noorden van Nederland dat op enigerlei wijze stroomafwaarts is meegevoerd. Naast het aantreffen van dit opmerkelijke materiaal diende het volgende onverwachtse zich aan, bij benadering van de monumentale panden werd er steeds vaker trillingsoverlast gemeld uit de omgeving. Tot op dat moment waren de trillingen van de tunnelboormachine niet hoorbaar of voelbaar geweest. Ook de eerder gemeten trillingsniveaus op een woning nabij de startschacht waren weliswaar meetbaar maar wel net onder het voelbare niveau van 0,25 mm/s. Nu waren de trillingniveaus anders, de tunnelboormachine was nog op enkele tientallen meters afstand en er werden trillingsniveaus gemeten tot 0,6 mm/s. Vergelijk van de data van de tunnelboormachine en een van de trillingsmeters op de panden liet duidelijk zien dat het proces van tunnelboren de trillingen veroorzaakte. Na het passeren van de monumentale panden werd er geen trillingsoverlast meer ervaren bij andere belendingen die nog gepasseerd werden. Naar alle waarschijnlijkheid heeft dit te maken met de lokale geologie ter plaatse van de monumentale panden aan de Leidseweg in Voorschoten. Deze panden zijn gebouwd op een oude strandwal, er bevindt zich dus over de volledige hoogte van machine tot monument alleen maar zand. Op de rest van het tracé ligt dit anders, er zijn dan altijd wel een of meerdere klei- of veenlagen boven de tunnelboormachine. Deze slappe lagen lijken te fungeren als een effectieve demper van de trillingen. Als gevolg daarvan werden alleen ter plaatse van de monumentale panden hogere trillingssnelheden gemeten. 쎲

Figuur 6 – Door de tunnelboormachine ontgraven steen en stukken hout. Figuur 7 – Gemeten trillingen simultaan aan het boorproces.

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

44

AUGUSTUS 2020


ir. B. Peerdeman Integraal ontwerpmanager Comol5 / Royal HaskoningDHV

drs. L. Lamers Geohydroloog LamersWater

BEMALING ZORGT VOOR DROGE BOUWKUIPEN BIJ DE VERDIEPTE LIGGING N434 Voor de realisatie van de verdiepte ligging en de toeritten van de N434 wordt grotendeels gebruik gemaakt van een bemaling voor het verkrijgen van een droge bouwkuip. Voor het ontwerp is gebruik gemaakt van de expertise van LamersWater. De realisatie is in handen van een combinatie bestaande uit Voorham en Bouten Geotron. LamersWater verzorgt ook ondersteuning in de realisatiefase. Zoals eerder beschreven bestaat de nieuwe verbindingsweg N434 uit ca. 2,0 km verdiepte ligging en toeritten. De oostelijke toerit (zijde A4) heeft een lengte van 330 m. De westelijke toerit en de verdiepte ligging zijn ca. 1,5 km. De constructie betreft een in-situ betonconstructie op een paalfundatie. De betonconstructie is verdeeld in moten van 25 m. In totaal zijn er 81 moten. De betonconstructie wordt gerealiseerd in een

damwandkuip, met uitzondering van de schachten waar diepwanden zijn toegepast. De damwandkuip bestaat uit compartimenten van ca. 200 meter lang. Dit is gedaan voor een optimale inzet van materiaal en materieel enerzijds en beheersing van risico’s anderzijds. Er zijn in totaal 20 compartimenten. Voor de diepste compartimenten van de toeritten en het Aquaduct wordt gebruik gemaakt van onderwaterbeton. Dit betreffen in totaal 8 compartimenten met 14 moten. De overige 12 compartimenten, met 67 moten, worden gerealiseerd met behulp van een bemaling, bestaande uit een freatische bemaling en een spanningsbemaling.

1. De bemaling dient het mogelijk te maken om de bouwkuipen in den droge te ontgraven zonder dat opbarsting optreedt; 2. De bemaling moet voldoen aan de eisen van het Hoogheemraadschap van Rijnland, waarbij is gesteld dat 100% moet worden geretourneerd en de grondwaterstanden buiten de systeemgrens niet lager mogen zijn dan de historische waarden. 3. Er mag geen negatieve invloed optreden aan omgevingsobjecten. Dit betreft ondermeer de rijksweg A44, een rivierentransport-waterleiding (op afstand van 18m tot bouwkuip), de waterkeringen en bebouwing (zowel ‘op staal’ als op paalfundatie).

Randvoorwaarden ontwerp

De afstand van de bouwkuip tot de systeemgrens is over grote delen gelijk aan ‘slechts’ 20 m. De uitdaging van het ontwerp was daarmee om een bemaling te ontwerpen waarbij een droge kuip wordt verkregen met minimaal ontrekkingsdebiet en rondpompeffect. Voorts was de uitdaging om met een vooraf goed gestelde monitoring en uitvoeringsbegeleiding de omgevingsobjecten veilig te stellen. Immers, is de kuip ontgraven, dan kan de bemaling niet worden uitgezet zonder dat opbarsten optreedt. De bemaler valt wat dat betreft in de categorie ‘vitale beroepen’.

Voor de bemaling zijn de volgende randvoorwaarden van toepassing:

Geohydrologie

Figuur 1 – Overzicht bouwkuipen met spanningsbemaling (groen) en met onderwaterbeton (rood).

Figuur 2 – Bouwkuip met spanningsbemaling direct naast de A44.

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

45

AUGUSTUS 2020

Voordat het bemalingsontwerp wordt toegelicht, eerst een korte omschrijving van de projectlocatie. Het polderlandschap waarin de N434 wordt gerealiseerd heeft een maaiveld verlopend van NAP -0,5 m tot NAP -1,2 m aan de westzijde en gelijk aan NAP -1,8 m bij toerit oost. Geohydrologisch kan de bodemopbouw worden verdeeld in een ca. 15 m dikke Holocene deklaag gelegen op een ca. 25 m dik Pleistoceen watervoerend pakket. De deklaag bestaat bovenin uit een toplaag van klei en hollandveen met daaronder een laag met afwisselend zand en klei van mariene oorsprong, welke gerekend worden tot de Formatie van Naaldwijk. Daarna volgt een klei-pakket (deels zandige klei) met basisveen dat behoort tot de Formatie van Nieuwkoop. Het pleistocene watervoerende pakket is opgebouwd uit rivierafzettingen, matig grof tot zeer grof zand met lokaal inschakelingen van fijner materiaal (leem en fijn zand). De afzettingen worden gerekend tot Formatie van Kreftenheye en Urk. Aan de top van het watervoerend pakket worden relatief fijnzandige afzettingen aangetroffen die gerekend worden tot de Formatie van Boxtel. Vanaf een diepte van ca. NAP -45 m worden matig


SAM E N VAT T I N G ondiepe filters in het pleistocene pakket en een damwand voor maximale barrierewerking een minimaal rondpompeffect optreedt, ondanks de korte afstand tot aan de retourbronnen. De bemaling is zodanig ontworpen dat er geen negatieve impact op de omgeving merkbaar is.

Voor de realisatie van de 2,0 km lange verdiepte ligging en de toeritten van de N434 wordt grotendeels gebruik gemaakt van een bemaling voor het verkrijgen van een droge bouwkuip. De bemaling bestaat uit een freatische bemaling en een spanningsbemaling, zodat er geen opbarsten optreedt. Met behulp van een proefbemaling is een gebalanceerd ontwerp gemaakt, waarbij met relatief

Figuur 4 – Principe spanningsbemaling met extra onttrekkingsbronnen

Figuur 3 – Verlagingscontouren [m] 1e wvp a.g.v. spanningsbemaling.

direct buiten damwandkuip.

tot slecht doorlatende afzettingen aangetroffen behorende tot de Formatie van Stramproy, Peize en Waalre. De freatische grondwaterstand wordt bepaald door het polderpeil. Het polderpeil is ca. 0,5 m onder het maaiveld. De stijghoogte in het watervoerende pakket is ongeveer gelijk aan het maaiveld. Daarmee is het potentiaalverschil beperkt tot ca. 1m.

Bemalingsproef en -ontwerp Het ontwerp van de bemaling is gebaseerd op het verkrijgen van een droge bouwkuip zonder opbarsten. De verdiepte ligging ligt over het grootste deel op ca. 6m onder NAP. De ontgraving is 1 meter dieper op NAP -7 m. Gevolg is dat de stijghoogte van het spanningswater moet worden verlaagd met ca. 3 m. Op de diepere delen van toerit west en oost, vlak voor de overgang naar het onderwaterbeton, moet de stijghoogte met ruim 6m worden verlaagd. De diepte van de bouwkuip is hier NAP -9,5 m (8,5 m onder maaiveld). Voor het ontwerp is een afweging gemaakt tussen een deepwellbemaling, met filters op een diepte van ca. NAP -30 m, of een ondiepe bemaling met filters net onder de holocene deklaag op ca. NAP 17 m. Voor beide ontwerpen is een proefbemaling gedaan. Uit de proefbemaling bleek ondermeer: De stijghoogte in het 1e watervoerend pakket

is goed te beheersen met een relatief laag retourdebiet, zonder dat, als gevolg van het rondpompeffect, de onttrekking negatief beïnvloed wordt; De vooraf gehanteerde doorlaatvermogens op basis van de literatuur blijken hoger te zijn, dan in de praktijk waargenomen; Met de ondiepe filterbemaling wordt optimaal gebruikgemaakt van de interne weerstand binnen het watervoerend pakket, waardoor er een significante reductie in de debieten is ten opzichte van deepwellbemaling. Het aangetroffen ijzergehalte vormt geen risico vormt voor de retourbemaling. De gehaltes zijn ruim lager dan 5 mg/l (5.000 ug/l). Het aangetroffen chloridegehalte is beperkt (tussen de 150-250 mg/l). Mogelijk neemt dit toe naarmate de bemaling langer aanstaat (upconing). In de proef werd de verwachting bevestigd dat het water voornamelijk horizontaal toestroomt en dat een relatief steil verhang kan worden gerealiseerd. Voor het ontwerp van de bemaling is daarom uitgegaan van ondiepe en diepe freatische filters op NAP -7 m en NAP 11 m en diepere filters op NAP -17 m voor het spanningswater. De bemaling is verder geoptimaliseerd door de filters aan de binnenzijde van de damwandkuip te plaatsen. Hiermee vormt de damwand een extra barriere. Langs de gehele systeemgrens zijn DSI-retourfilters geplaatst. Doordat de capaciteit van de retourfilters niet

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

46

AUGUSTUS 2020

afdoende was, zijn enkele diepe retourbronnen geplaatst. De analyse van de proeven is gedaan met MLU en de ontwerpberekeningen zijn uitgevoerd met MicroFEM.

Raakvlakken Naast de berekeningen aan de bemaling, is ook de impact van de bemaling op de bouwkuipen beschouwd. Door de plaatsing van de filters aan de binnenzijde is het mogelijk dat er een sprong van waterspanning over de teen van de damwand ontstaat. Hierdoor wordt mogelijk de damwand instabiel. Een belangrijk onderdeel van de monitoring is dan ook het meten van deze sprong met peilbuizen aan beide zijden van de damwand. Tijdens de bemalingsproef, voorafgaand aan de ontgraving, wordt dit nauwlettend in gemonitord. De terugvaloptie betreft het plaatsen van onttrekkingsfilters direct naast de damwand, zie figuur 4. Daarnaast is de bemaling beschouwd in relatie tot het horizontale evenwicht van de naastgelegen bouwkuipen en de paal(druk)reacties, bijvoorbeeld wanneer de opwaartse waterdruk onder een (onderwaterbeton)vloer wordt beinvloed. Voor het horizontale evenwicht dient de toerit aan de oostzijde te worden genoemd, van waaruit de TBM vertrekt. Door de wigvorm en de afzetkrachten van de TBM ontstaat hier al een flinke onbalans, die wordt verstrekt doordat het spanningswater deels wordt weggepompt.


Figuur 5 –

Realisatie Nu de werkzaamheden buiten vorderen kan worden geconcludeerd dat het bemalingsontwerp goed functioneert. Via GWS-monitor, waar ook het Hoogheemraadschap inzage in heeft, worden de grondwaterstand nauwgezet gevolgd. Het verwisselen van een pomp of een opvallende peilbuisafwijking wordt bijgehouden in een online logboek. Indien overlast vanuit de omgeving wordt gemeld, wordt direct actie ingezet om het draagvlak in de omgeving te behouden. Op het werk is een ‘first-aid’ kit aanwezig om eventuele wellen snel te stoppen. Op 2 locaties zijn wellen opgetreden langs een paalschacht. Aan deze palen wordt nu minder draagkracht toegekend. Inmiddels zijn 5 compartimenten volledig afgerond. Er zijn 3 compartimenten in werking, inclusief de bouwkuip met de grootste verlaging, welke ook nog eens op korte afstand van de waterleiding ligt (18 m). Daarna zijn er nog 4 ondiepere kuipen te gaan. Met de voortgang zijn de kinderziektes uit het systeem; de filters worden strak in de kassen geboord, zodat ze niet met ontgraven worden beschadigd, de pompen worden niet zomaar uitgezet wanneer deze in de weg staan voor een geschiktheidsproef op een ankerpaal, en de welbekende spraakverwarring tussen NAP en maaiveld komt ook niet meer voor. 쎲

Holocene klei- en veenlagen en de overgang naar de zandige lagen.

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

47

AUGUSTUS 2020


ir. B. Peerdeman Integraal ontwerpmanager Comol5 / Royal HaskoningDHV

ir. M. van den Hoogen Ontwerpleider Comol5 / Royal HaskoningDHV

ir. T. de Goede Ontwerpleider Comol5 / Royal HaskoningDHV

ir. J. van Es Geotechnisch adviseur Comol5 / Royal HaskoningDHV

SCHOORPALEN EN GEWAPEND ONDERWATERBETON RONDOM DIEPGELEGEN WATERLEIDING & EEN COMPLEXE FOLIECONSTRUCTIE In dit artikel wordt ingegaan op twee interessante ontwerpen in het traject van de Verdiepte ligging, de fundatie van het Aquaduct en de folieconstructies in knooppunt Ommedijk.

Schoorpalen en gewapend onderwaterbeton Ter plaatse van de kruising van de N434 met de Veenwatering wordt een aquaduct gerealiseerd

met waterkelder. De bouwkuip van het aquaduct heeft een lengte van 60 m en een breedte van 30 m en een diepte van 10 m. De bouwkuip van de waterkelder is 30 m lang en 40 m breed en heeft een diepte van 13 m. Beide bouwkuipen worden vanwege de aanlegdiepte gerealiseerd met een onderwaterbetonvloer met ankerpalen. Gebruik is gemaakt zowel van ankerpaal type E als type B.

Hogedrukwaterleiding Ter plaatse van de waterkelder bevindt zich een ondergrondse hogedrukwaterleiding met een diameter van 1200 mm (PE100 SDR11) die diagonaal het palenplan doorsnijdt. De waterleiding is middels een gestuurde boring aangebracht en bevindt zich ter plaatse van de betonconstructie op een diepte van ca. NAP -32 m. Rondom deze leiding geldt contractueel een vrije zone van 9 m. Derhalve kon over een zone van 20 m een paalfundatie met lengte van slechts 10 m worden gerealiseerd. Dit is onvoldoende voor een waterdruk van 120 kPA.

Paalontwerp Na afweging van enkele alternatieve ontwerpen (andere locatie waterkelder, andere bouwtechniek) is ervoor gekozen om in overleg met de realisatie en het waterleidingsbedrijf Dunea te zoeken naar mogelijkheden voor een paalfundatie rondom de waterleiding. Op basis van voorgaande projecten zijn de toleranties van de ankerpalen, zowel trillend als borend, in kaart gebracht. Met Plaxis 2D zijn interactie berekeningen gemaakt tussen paalfundatie, bouwkuip en waterleiding. In deze analyse zijn ook de effecten van verdichting en horizontale opspanning als gevolg van het trillend aanbrengen van de ankerpalen beschouwd, alsmede het effect van (nat)ontgraven van de bouwkuip. Naar aanleiding van de overleggen en berekeningen zijn, in combinatie met de voorgestelde werkmethodiek, de volgende randvoorwaarden voor het ontwerp overeengekomen: - De vrije ruimte tussen paal en leiding mag worden teruggebracht naar 5m horizontaal en 3m verticaal; - Er dient rekening te worden gehouden met een verhoogde tolerantie van 4% op de scheefstand van de ankerpalen; - In het ontwerp dient voor de eindfase rekening te worden gehouden met het wegvallen van de draagkracht door het op den duur lekraken van de waterleiding a.g.v. beschadigingen tijdens de realisatie van de palen.

Figuur 1 – 3D model van het aquaduct.

Het ontwerp heeft uiteindelijk geresulteerd in korte palen (lengte 16m) boven de leiding, schoorpalen 1:8 en 1:16 naast de leiding met een lengte van 34m en, op een afstand van 5m vanaf de leiding, lange verticale palen met een lengte van 33m. De

Figuur 2 – Berekeningen interactie paal-bouwkuip-waterleiding in Plaxis 2D.

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

48

AUGUSTUS 2020


SAM E N VAT T I N G betreffen de 2 folieconstructies voor de Ecopassage. De folieconstructies zijn middels (spannings)bemaling in den droge aangelegd, en omvatten een complexe geometrie met steile taluds, een klemconstructie aan de betonwanden van de Verdiepte ligging waarbij ook de mootvoegen worden gepasseerd en doorvoeren voor ondermeer een droge blusleiding.

De Verdiepte ligging N434 omvat ondermeer een Aquaduct en een Ecopassage onder rijksweg A44. Ter plaatse van het Aquaduct is een waterkelder geprojecteerd. Onder de waterkelder door ligt een ondergrondse hogedrukwaterleiding welke is aangebracht met een gestuurde boring. Door middel van schoorpalen en een gedeeltelijk gewapende onderwaterbetonvloer is het toch mogelijk geweest om een droge bouwkuip te realiseren. Een andere bijzonder ontwerp

overige palen hebben een lengte van 24m. Doordat de ankerpalen vanaf maaiveld worden aangebracht, dient het uitzetten van de schoorpalen zorgvuldig plaats te vinden. Op de ontwerptekeningen zijn de uitzetpunten aangegeven.

Gedeeltelijk gewapende onderwaterbeton Doordat de draagkracht van de palen boven de leiding nog steeds onvoldoende was voor de waterdruk, is het noodzakelijk gebleken om de onderwaterbetonvloer gedeeltelijk te wapenen. De ankerpalen zijn daarom op vloerniveau uitgezet met een zoveel mogelijk rechthoekig stramien (ook de schoorpalen). Tezamen met de duikers van DISA is vervolgens een wapeningsmethodiek vastgesteld, die rekening hield met de uitvoeringstoleranties van de palen (incl. schotels) en realisatiebeperkingen (stempelraam, hijscapaciteit, duikwerkzaamheden etc). Dit heeft geresulteerd in standaard matten voor de onder- en bovenlaag in x-richting, met daartussen standaard kooien voor de y-richting. Speciale aandacht is uitgegaan naar de rand- en hoekoplossingen tussen de palen en de damwandkuip. Vanwege de geometrie, de verschillende veerstijfheden en de kortere palen die tot ‘slib’ (bi-lineair gedrag) worden belast is de onderwaterbetonvloer op meerdere scenario’s 2D en 3D doorgerekend. Hierbij is gevarieerd met de veerstijfheden van palen en damwand en wel/niet schuiven over de damwand. Specifiek is ook gekeken naar de overgang van gewapend naar ongewapend.

Figuur 3 – Bovenaanzicht en 3D render van de fundatie rondom de leiding.

Figuur 4 – Aquaduct en techniekmoot in realisatiefase.

Realisatiefase Inmiddels is het aquaduct vrijwel geheel gerealiseerd. Tijdens de uitvoering bleek dat het beton t.p.v. de damwandkassen beperkt vloeide langs de wapening. Ook bij de aanvoer van beton ondervonden we problemen (de continuiteit van de aanvoer van 1200 m3). Hierdoor waren er enkele kleine lekkages. Verder zijn er geen noemenswaardige problemen ondervonden.

Een complexe folieconstructie Ter plaatse van de A44 kruist zowel de autotunnel als een ecopassage met fietspad onderlangs. Doordat een fietspad minder doorrijhoogte vergt, hoeft deze minder diep te worden aangelegd. Dit maakt de weg vrij voor het toepassen van een folieconstructie welke met bemaling in den droge wordt

Figuur 5 – 3D model van de folie aan de oostzijde van de A44.

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

49

AUGUSTUS 2020


Figuur 6 – Klemconstructie folieconstructie aan betonbalk/wand.

Figuur 7 – Klemconstructie ter plaatse van voegovergang betonmoot.

1. De folie heeft vanwege inpassing tussen bouwterrein, A44 en de N434 een zeer afwisselende geometrie; 2. De folie is onderdeel van de waterkering met zowel een beeindiging met een kielspit als een klembalk op damwand en betonconstructie; 3. De foliekuip wordt doorsneden door een blusleiding en faunaduiker; 4. De folie heeft relatief steile taluds waarbinnen tot 3m hoge grondkerende L-wanden staan; 5. De folie zit deels vast aan de, gedilateerde, betonconstructie welke niet aan zettingen onderhevig is. De geometrische uitdagingen zijn goed zichtbaar

Figuur 8 – HDPE passtuk voor waterafdichting.

op de 3D figuur van de oostelijke folie. Let bijvoorbeeld op de schuin omhooglopende klembalken tegen de permanente damwanden, de overgang van klembalk op damwand naar klemconstructie op de betonmoot en de overgangen naar het kielspit, waarbij rekening is gehouden met verschilzettingen.

Ontwerp en detaillering Het aanlegniveau van de folieconstructie wordt bepaald door het alignement van het fietspad en de minimaal benodigde neerwaartse gronddruk van 5kPA. De folie is uitgevoerd met 1,5mm LLDPE. De berekeningen van de steile taluds zijn uitgevoerd met DGeoStability en Plaxis 2D, gebruik makend van het Hardening Soil Model. In Plaxis is de folie geschematiseerd tot een lijn met een dubbele interface. Voor de interface Rinter is een

Figuur 9 – Aanbrengen folieconstructie door Genap.

waarde van 0,561 aangehouden. Deze Rinter is voor alle grondlagen aangehouden.

aangebracht. De folieconstructie bestaat uit een deel ten oosten van de A44 (reeds aangebracht) en een deel ten westen van de A44 (nog aan te brengen). Tussen beide folieconstructies bevindt zich het viaduct,

een betonnen tunnelconstructie (integraal viaduct). Met een lengte van 75m en een breedte van 40 m per kuip, zijn de folieconstructies een klein onderdeel van het project, maar desalniettemin zijn er enkele interessante technische uitdagingen:

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

50

AUGUSTUS 2020

De verticale vlakken, die middels een klembalk zijn verbonden aan de betonconstructie of damwand, zijn uitgevoerd in MPG 950 vanwege de hogere rekcapaciteit. De klemconstructie is vervormings-


Figuur 10 – Aanvullen folieconstructie vanuit het midden richting de klemconstructie ter voorkoming van spanning op het folie. gestuurd met een aandraaimoment welke rekening houd met de relaxatie van het weloverwogen gekozen klemrubber, zie figuur 11. Ietwat ongewoon is de verticale positionering, dat werd ingegeven door de betonwand. Daar waar de klemconstructie een mootvoeg van de betonconstructie tegenkomt dient een overgangsdetail te worden toegepast. Het standaarddetail van de SATO was niet leverbaar. Derhalve is in samenwerking met Schrumpf een detail ontwikkeld met voldoende robuustheid en vlakheid om de folie ook over de mootvoeg waterafsluitend te

Figuur 11 – 3D Render van de ecopassage in de eindfase (wUrck architectuur stedenbouw landschap).

klemmen. Figuur 12 toont het ontwerp. Voor de doorvoer van de blusleiding (HDPE Ø200) is ervoor gekozen om een passtuk te maken die insitu aan de LLDPE wordt gelast. Hierbij is de hoeveelheid las-warmte waarmee het dikkere (4mm) HDPE moet worden gelast aan het dunnere (1,5mm) LLDPE vooraf getest. De doorvoer is zichtbaar op figuur 13.

len is een uitgebreide inspectie geweest. Op plekken waar de folie te strak was aangebracht, bijvoorbeeld in de hoeken, zijn kniestukken ingelast. Met het aanvullen is vervolgens vanuit het midden naar de randen toe gewerkt, zodat er initieel geen spanningen in de folie ontstaan. De onderstaande foto’s geven een weergave van de realisatie. Daaronder een visualisatie van de eindfase gemaakt door projectarchitect wUrck. 쎲

Realisatie Zoals aangegeven is de folie aan de oostzijde inmiddels gerealiseerd. Voorafgaand aan het aanvul-

EVERY SUCCESSFUL PROJECT STARTS WITH A CUTTINGEDGE DESIGN GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

51

AUGUSTUS 2020


Mark Rurup Directeur Geonius

Medhat Hedayet Ontwerpleider RijnlandRoute Geonius

GEONIUS VERANTWOORDELIJK VOOR GWW-ONTWERP RIJNLANDROUTE Geonius heeft gezorgd voor het ontwerp van de wegen, het grondwerk, de verkeersfaseringen en het watersysteem van de RijnlandRoute. Met een team van zo’n 20 wegontwerpers, wateradviseurs, BIMmodelleurs en tekenaars werkten we aan een optimaal ontwerp dat goed maakbaar is voor de bouwers. Geonius, dienstverlener op het gebied van ingenieursdiensten en veldonderzoek met brede expertise binnen wegen, milieu, geotechniek, geodesie, water, ruimtelijke ontwikkeling, landschap, archeologie en ecologie, is al sinds de tenderfase betrokken geweest bij het wegontwerp en het ontwerp van de waterhuishouding. Na gunning aan COMOL5 zijn al deze onderdelen, inclusief het tekenwerk, bijna volledig door Geonius ingevuld.

Figuur 1 – Bestuurdersview uit 3D model bij A4 Knooppunt Hofvliet.

Complex project Geonius heeft brede ervaring in de aanpak van het GWW-ontwerp binnen complexe langdurige projecten. “Wij ontwerpen de vorm van de weg binnen de kaders van het op hoofdlijnen vastgelegde tracé. Een weg lijkt misschien een paar rechte stukken asfalt met wat bochten, maar zo simpel is het niet”, vertelt Medhat Hedayet, Ontwerpleider infra bij Geonius. “Als je met een bepaalde snelheid over een weg rijdt, heb je voldoende zicht nodig en tijd om te anticiperen op situaties. Ontwerprichtlijnen houden hier rekening mee zodat de weg veilig te berijden is. Wij zorgen ook dat de weg in het landschap past, zorgen voor voldoende ruimte voor lichtmasten en riolering, kijken naar veiligheid van bermen en taluds en stemmen raakvlakken met andere disciplines af, zoals kunstwerken, tunnels en technische installaties.”

Figuur 2 – Overzichtsbeeld uit 3D model van de A44 bij Leiden West. Om een goed beeld te krijgen van de toekomstige situatie en alle raakvlakken eenvoudig af te stemmen, heeft Geonius een grote bijdrage geleverd aan het samenstellen van de BIM omgeving; een 3D-bouwinformatiemodel gevuld met alle informatie. Het ontwerp resulteert in een goed product voor realisatie en voldoet aan de vraag van de opdrachtgever. Binnen het project zorgt Geonius voor het toelichten en verantwoorden van de ontwerpkeuzes aan wegbeheerders, waterschappen en verkeersveiligheidsauditoren.

Huidige interessante projecten Momenteel zijn nog vijf Geonius-collega’s betrokken bij de RijnlandRoute voor site-engineering; tijdens de uitvoering wordt het ontwerp verder uitgewerkt of aangesloten op gerealiseerd werk. Inmiddels is Geonius ook aan de slag op andere grote projecten in de Randstad. Zo werkt onze divisie Geotechniek aan het project A6 Lelystad (Rijkswaterstaat) en samen met Infra aan de A16

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

52

AUGUSTUS 2020

bij Rotterdam (Groene Boog). Werken onze milieuadviseurs aan de A9 Badhoevedorp-Holendrecht en onze maatvoerders aan het Theemswegtracé en de Blankenburgverbinding. “Met onze uitvoerende veldploegen zijn we een beetje een atypisch ingenieursbureau dat makkelijk de taal van de aannemer spreekt. Hierdoor krijgen we steeds meer grote opdrachten en zijn we continu op zoek naar nieuwe collega’s om klanten nog beter te bedienen.” 쎲



BC100 Boxed CPT Crawler

NEW

Meet the next generation CPT Crawler The BC100 Boxed CPT Crawler series is a ballasted-track unit for efficient Cone Penetration Testing (CPT).

Meet the difference

• 100kN – 130kN push capacity • Height: 2,80m • Auto-levelling • Weight: 10.000 - 13.500 kg

Options • Integrated 150Hz Sonic for CPT, casing and sampling • Detachable wheels for work on rail (towed or self-propelled) • Power: diesel, CNG, hybrid

Eijkelkamp GeoPoint SoilSolutions T +31 (0) 71 301 9251

GEOTECHNIEK SPECIAL RIJNL ANDROUTE

54

AUGUSTUS 2020

E info@eijkelkamp-geopoint.com W www.eijkelkamp-geopoint.com


JAARGANG 24

NUMMER 3

AUGUSTUS 2020

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

HERSTELOPLOSSING VOOR HORIZONTALE VERPLAATSINGEN VAN HET BAANLICHAAM VAN DE HOGESNELHEIDSLIJN GEOTECHNIEK

55


GEOKUNST WORDT MEDE MOGELIJK GEMA AK T DOOR:

Sub-Sponsors

De collectieve leden van de NGO zijn: CDR International BV, Rijssen Cofra B.V., Amsterdam Deltares, Delft Enviro Quality Control BV, Maarssen Fugro NL Land B.V., Leidschendam

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

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

Genap BV, ‘s Heerenberg Geopex Products (Europe) BV, Gouderak GeoTec Solutions BV, Culemborg GID Milieutechniek, Velddriel Huesker Synthetic BV, Rosmalen

Mede-ondersteuners

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

InfraDelft BV, Delft Juta Holland BV, Oldenmarkt Kiwa NV, Rijswijk Kwast Consult, Houten Low & Bonar, Arnhem Movares Nederland BV, Utrecht Naue GmbH & Co. KG, Espelkamp Prosé Geotechniek BV, Leeuwarden Quality Services BV, Bennekom Robusta BV, Genemuiden Rijkswaterstaat, Utrecht S&P Clever Reinforcement Company Benelux, Aalsmeer Strukton Civiel, Scharwoude Stybenex, Nijmegen

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

Strukton Civiel Regio West Scharwoude 9 1634 EA Scharwoude Tel. +31 (0)229 54 77 00 info@struktonciviel.com www.strukton.com

T&F Handelsonderneming BV, Oosteind Ten Cate Geosynthetics Netherlands BV, Nijverdal Tensar International, ’s-Hertogenbosch Terre Armee BV, Waddinxveen Witteveen + Bos, Deventer

EnkaGrid® Voor een stabiele fundering van wegen en kraanopstelplaatsen bij windmolens

EnkaGrid MAX funderingswapening bij Windpark WP Energiek, Waardpolder Low & Bonar Westervoortsedijk 73, 6827 AV Arnhem | T +31 85 744 1300 www.enkasolutions.com | info @ enkasolutions.com GEOKUNST

56

AUGUSTUS 2020


VA N D E R E D A C T I E BESTE GEOKUNST LEZERS, Vanuit het bestuur van de Nederlandse Geotextiel Organisatie ben ik gevraagd om de functie van eindredacteur op mij te nemen. Jeroen Ruiter is een andere uitdaging aangegaan buiten ons vakgebied. We willen Jeroen bedanken voor zijn inzet en enthousiasme voor ons blad. Dit enthousiasme wil ik graag voortzetten en aan jullie doorgeven. De toepassing van geokunststoffen in het vakgebied van waterbouw en geotechniek is zeer veelzijdig, met aspecten als grondwapening, drainage, erosiebescherming, afdichtingen, etc. Deze aspecten en de zeer brede toepassingen hiervan hebben mij persoonlijk altijd zeer geboeid. Vanaf het moment dat ik ben gaan werken bij Royal Haskoning (nu RHDHV) in 1998 en later bij Witteveen+Bos, ben ik mij vanuit de waterbouw en geotechniek steeds meer gaan specialiseren in het ontwerp en de toepassingen met geokunststoffen. Hiermee ben ik betrokken geweest bij zeer mooie projecten in binnen- en buitenland. Sinds September 2018 ben ik werkzaam bij Colbond / Enka Solutions in Arnhem, producent van verschillende type geokunststoffen en gespecialiseerde non-wovens. We zijn daarbij onderdeel van Freudenberg. Mijn functie binnen Enka Solutions is ‘Application manager Civil & Hydraulic Engineering’. Dagelijks richt ik mij in teamverband op technisch inhoudelijke vragen voor het gebruik van geokunststoffen in de grond-, weg- en waterbouw. Dat doe ik voor Nederland, maar ook voor vele landen in Europa en ver daarbuiten. Dit maakt mijn werk ontzettend interessant en afwisselend. Oefening baart kunst. Geokunst. En nu dus eindredacteur. In deze editie vinden jullie een artikel van Jeroen van Wessem. Hij heeft een zeer boeiend artikel geschreven over een mogelijke hersteloplossing voor horizontale verplaatsingen van het baanlichaam van de Hogesnelheidslijn. In het artikel worden 2 oplossingen beschouwd met een voorgespannen stalen damwand en een gewichtsreductie door middel van EPS. Het zijn ook andere tijden, ook in ons werkveld. De impact van Covid-19 heeft ook zeker zijn weerslag op de NGO vereniging en onze leden. In het voorjaar organiseren we altijd een inspirerende creatieve sessie, waarbij in een workshop een specifiek onderwerp wordt behandeld. De geplande dag op 18 juni konden we helaas niet door laten gaan. We hadden wel een zeer leuk en actueel onderwerp bedacht, namelijk ‘Circulariteit bij geokunststoffen’. We informeren jullie met een nieuwe datum in het voorjaar 2021. Het congres Eurogeo7 in Warschau is ook doorgeschoven. Dit betreft de 7e editie van het Europese congres op het gebied van geokunststoffen, welke zou plaatsvinden van 6-9 September 2020. De nieuwe conferentie-datum is 16-19 mei 2021. Noteer deze data alvast in jullie agenda! Ik wens jullie heel veel leesplezier toe. Juist nu. Stay strong – use geogrids. Rijk Gerritsen 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

R. Gerritsen J. van Deen A. Bezuijen P. van Duijnen M. Dus̆kov S. van Eekelen P. ter Horst Uitgeverij Educom 57

AUGUSTUS 2020

Een abonnement kan worden aangevraagd bij:

Nederlandse Geotextielorganisatie (NGO) info@ngo.nl www.ngo.nl


Jeroen van Wessem Ontwerper Rail bij BAM Infraconsult

HERSTELOPLOSSING VOOR HORIZONTALE VERPLAATSINGEN VAN HET BAANLICHAAM VAN DE HOGESNELHEIDSLIJN Inleiding De hogesnelheidslijn in Nederland, gebouwd van 2002 tot 2006, is aangelegd voor een snelle verbinding tussen Amsterdam, Rotterdam en de Belgische grens. Het bijbehorende ingenieuze spoor is ontworpen voor een maximale treinsnelheid van 300 km/u. Het merendeel van de spoorconstructie bevindt zich in een gebied met typisch Nederlandse slappe grond bestaande uit holocene lagen van klei en veen. Vanwege de zeer hoge snelheden is een perfect alignement van de rails noodzakelijk. Daarom is het spoor op de meeste locaties gebouwd op een “zettingsvrije plaatconstructie” met daarbovenop een ballastloos Rheda 2000 spoor. Daarbij is het spoor direct aan de betonconstructie en momentvast aan de funderingspalen verbonden. Bij het dorp Rijpwetering ligt de hogensnelheidslijn parallel aan de rijksweg A4 en vertoont hij horizontale verplaatsingen loodrecht op de spooras. Deze horizontale verplaatsingen treden al op sinds de bouw van het baanlichaam en nemen nog steeds toe, ondanks al uitgevoerde correctiemaatregelen. Om de oorzaak van deze problematische verplaatsingen te kunnen aanwijzen zijn

de verzamelde meetresultaten van de probleemlocatie geanalyseerd met diverse Plaxis 2D modellen. Vervolgens is in het model een praktische oplossingsstrategie onderzocht om ontoelaatbare verplaatsingen in de toekomst te voorkomen. De verplaatsingen zorgen voor het optreden van een buigend moment in de kop van de funderingspaal. Het uiterst toelaatbaar buigend moment wordt bereikt bij een horizontale verplaatsing van circa 100 mm. Voor de veiligheid is de uiterste grenstoestand vastgesteld op 80 mm.

Constructie Het probleemgebied ligt tussen het viaduct over

Tabel Grondopbouw Grondopbouw km 32.58 – km 32.71 Bovenzijde Onderzijde m NAP) (m NAP) Veen, kleiig -1,2 -5,6 Klei, humeus -5,6 -7,4 Klei, siltig -7,4 -10,6 Veen Basisveen -10,6 -11,6 Zand, Pleistoceen -11,6 -35

Figuur 1 – HSL spoorbaan in aanleg (bron: Beeldbank RWS).

Figuur 2 – HSL zettingsvrije plaat in aanbouw (bron: Beeldbank RWS).

GEOKUNST

58

AUGUSTUS 2020

de rijksweg A4 en het viaduct over de Rijpwetering. Het tracé loopt parallel aan de rijksweg; aan de andere zijde bevindt zich grasland met vele sloten. Het gebied bestaat uit slappe grond van lagen veen en holocene klei tot de pleistocene zandlaag op 11,6 m diepte. Het spoor is gebouwd op een zettingsvrije plaatconstructie. Eerst is een zandlichaam van 4 m hoogte in fases aangelegd waarna vier voorgespannen betonnen funderingspalen (400x400 mm) zijn geplaatst per doorsnede, met een onderlinge afstand van 2 meter. Hier bovenop zijn vervolgens twee betonnen platen met een breedte van 3 m en een lengte van 30 m in het werk gestort en aan elkaar en de palen verbonden. De platen zijn zijdelings gekoppeld en hebben in lengterichting een dilatatievoeg. Het geheel ziet er zeer solide uit (figuur 2). In de schematische doorsnede in figuur 3 is zichtbaar dat het naastliggende zandlichaam van de rijksweg A4 een zeer groot en zwaar grondpakket is. Het is een in de jaren 60 aangelegd cunet, waarbij de grond tot een relatief grote diepte is ontgraven en volgestort met zand. Het zand-


SAM E N VAT T I N G uitgevoerde aanpassingen zorgt voor grote laterale verplaatsingen, zowel op korte als lange termijn. Zonder adequate correctiemaatregelen zullen de verplaatsingen binnen 10 jaar tegen de grenswaarde van 80 mm aanlopen. In dit artikel worden twee oplossingsscenario’s onderzocht, de toepassing van een voorgespannen damwand en een gewichtsreductie door middel van EPS (geëxpandeerd polystyreen).

De van 2002 tot 2006 gebouwde hogesnelheidslijn in Nederland vertoont nabij Rijpwetering grote laterale (zijdelingse) verplaatsingen tot wel 65 mm. De verplaatsingen zijn een direct resultaat van asymmetrie in de ondergrond door het verschil in gedrag van slappe grond aan de ene kant en het stijve zandlichaam van de rijksweg A4 aan de andere kant. Door middel van Plaxis 2D simulaties is aangetoond dat deze asymmetrie in combinatie met eerder

lichaam bevindt zich daardoor gedeeltelijk tot onder het nieuwe zandlichaam van de HSL. De precieze diepte en afmeting van het grondlichaam van de rijksweg zijn onbekend maar de verwachting is dat dit zandlichaam invloed heeft op de opgetreden zettingen en horizontale deformaties van de HSL. Vanwege de verplaatsingen zijn in 2006 drie verankerde damwandschermen geplaatst op verschillende plaatsen langs het spoor. Deze damwanden zijn door middel van groutankers aangespannen waardoor tegendruk aan het baanlichaam wordt gegeven. Ondanks deze damwanden zijn de horizontale verplaatsingen echter niet volledig tot stilstand gekomen.

Metingen Vanwege de sinds de bouw van het baanlichaam geconstateerde deformaties en afschuivingen is in 2005 begonnen met een halfjaarlijkse tachymetrie meting van de betonplaat. Deze monitoring is in 2009 vervangen door betrouwbaardere GNSS (Global Navigation Satellite System) metingen op verschillende observatiepunten over het traject (figuur 4). Uit de meetresultaten blijkt het baanlichaam zich op de meeste stukken zijdelings te verplaatsen van de rijksweg af. De resultaten wijzen een duidelijk verschil uit tussen de locaties met en zonder ondersteuning van een damwand. De ondersteunde delen verplaatsen zich de laatste jaren gemiddeld met 0 tot 0,5 mm per jaar, terwijl niet-ondersteunde delen zich verplaatsen met een snelheid van gemiddeld 2,7 tot 3,3 mm per jaar. Hierdoor is de huidige verplaatsing opgelopen tot maximaal ongeveer 65 mm uit de originele positie.

Variantenstudie Voor het onderzoek naar de oorzaak van deze verplaatsingen zijn verschillende modellen gemaakt in Plaxis 2D. Het model bestond uit een Soft Soil Creep modellering voor de veenlagen en een Mohr-Coulomb model voor de overige lagen. Hierin is de geleidelijke opbouw van het baanlichaam gesimuleerd en vervolgens de verplaatsing van de betonconstructie nagebootst op basis van beschikbare meetdata. De betonconstructie in deze variantenstudie bestaat uit de funderingspalen die niet gekoppeld zijn gemodelleerd. In vervolgsimulaties is de werkelijke situatie in meer detail gemodelleerd. Allereerst is een variantenstudie gedaan om de oorzaak van de verplaatsingen te verklaren. In deze studie zijn zeven varianten met geometrische verscheidenheid onderzocht om te toetsen op laterale verplaatsingen na de bouwfase. VARIANTEN IN MODEL – Symmetrisch model. – Sloot aan de westzijde. – Rijksweg grondlichaam aan de oostzijde.

Figuur 3 – Schematische doorsnede ondergrond.

Figuur 4 – Bovenaanzicht van de GNSS metingen van HSL bij het dorp Rijpwetering.

GEOKUNST

59

AUGUSTUS 2020

– Asymmetrische ondergrond door rijksweg cunet (2 varianten). – Asymmetrische ondergrond met een voorgespannen damwand. – Combinatie van de sloot, rijksweg grondlichaam en asymmetrische ondergrond. In figuur 5 zijn de horizontale verplaatsingen van de top van de meest linkse funderingspaal weergegeven. De horizontale verplaatsingen zijn een direct gevolg van asymmetrische zettingen als gevolg van kruip in de slappe lagen. Uit de resultaten is duidelijk zichtbaar dat de asymmetrie in de ondergrond een zeer grote invloed heeft op de horizontale verplaatsingen. Door het verschil van stijfheid aan beide zijden van het baanlichaam zakt het westelijk deel meer dan het oostelijk deel. Dit resulteert in een draaimechanisme waarbij de betonconstructie zijdelings wordt belast. Niet alleen de totale verplaatsing na een simulatie van 4000 dagen was evident veel groter bij een asymmetrische ondergrond, maar ook gaan de verplaatsingen significant door. Naar verwachting zullen de verplaatsingen in werkelijkheid dus ook doorzetten.


Figuur 6 – Plaxis 2D model van de HSL bij Rijpwetering.

Figuur 5 – Horizontale verplaatsing van de meest linkse funderingspaal.

Tabel Horizontale verplaatsingen simulering Case Metingen verplaatsingssnelheid mm/dag mm/jaar

Simulatie verplaatsingssnelheid mm/dag mm/jaar

Extra verplaatsing na 10 jaar

Niet ondersteund

0,0048

1,752

0,0051

1,8615

14,68 mm

Ondersteund

0,0012

0,438

0,0014

0,511

2,45 mm

Simulatie van het model Vervolgens is de bestaande situatie gedetailleerder gemodelleerd met het doel de meetresultaten te benaderen en een praktische oplossing met geverifieerde modellen te simuleren. Het grondmodel bestond uit Soft Soil Creep modellering voor de slappe lagen en Hardening Soil voor de zandlagen. Onder het aangebrachte zandpakket is verticale drainage toegepast volgens het Beaudrain-principe waarbij verticale drains onder vacuüm de consolidatie versnellen. Daaromheen zijn de geometrische invloeden gemodelleerd. Aan de westzijde bevindt zich de afwateringssloot en aan de oostzijde het lichaam van de rijksweg. De railconstructie bestaat uit twee gekoppelde betonplaten, star verbonden aan de funderingspalen geplaatst tot in het pleistocene zand. De simulering is gestart na afloop van de constructiefase om de resulterende verplaatsingen te observeren. Het model bestaat uit een niet-ondersteunde variant zonder damwandscherm en een ondersteunde variant met voorgespannen damwandscherm in de westelijke berm van het grondlichaam. Deze simulaties zijn uitgevoerd voor het in beeld brengen van de verplaatsing in de tijd. In de bovenstaande tabel zijn de verplaatsingen van de betonconstructie weergegeven. Het betreft de gemiddelde resultaten voor de laatste 2 jaar van metingen en simulatie. Daarna is de simulatie verlengd om de invloed voor de komende 10 jaar te evalueren. De desbetreffende simulatie toont dat het damwandscherm de horizontale verplaatsingen zeer

sterk doet afnemen, maar niet tot stilstand brengt. Echter de niet-ondersteunde delen van het baanlichaam zullen flink blijven verplaatsen de komende jaren. Uit de simulatie voor een periode tot 10 jaar na de huidige situatie blijkt dat de niet-ondersteunde delen 14,68 mm zullen gaan verplaatsen. De horizontale verplaatsingen leiden tot grote kopmomenten in de verbinding tussen de betonplaat en de funderingspalen. De huidige verplaatsingen worden geschat op 65 mm. De totale verplaatsing binnen 10 jaar zal dus precies uitkomen op de maximaal toelaatbare waarde voor constructieve veiligheid van 80 mm. Aangezien dit ontoelaatbaar is, zal er tijdig een oplossing gevonden moeten worden.

verplaatsing van grond, maar wordt ook water tegengehouden in het zandlichaam. Een andere oplossing biedt de toepassing van lichtgewicht EPS in het talud van het zandlichaam. Door een gedeelte van het zandlichaam af te graven en te vervangen door lichtgewicht materiaal zullen de spanningen in de grond afnemen en daarmee ook de verplaatsingen. Aangezien de verticale zettingen de oorzaak zijn van de horizontale verplaatsingen is te verwachten dat een gewichtsreductie een doeltreffende oorzaakgerichte oplossing is. Mogelijk problematische aspecten bij de toepassing van EPS zijn dat het ontgraven van de grond rondom het spoor voor moeilijkheden kan zorgen voor de systemen rondom het spoor. Zo bevinden zich de palen voor de bovenleiding in het af te graven gebied. In het kader van dit onderzoek zijn drie varianten voor gewichtsreductie onderzocht. In de modellen is een variant voor gewichtsreductie aan de oostzijde en een variant aan de westzijde, door na een consolidatiefase een deel van het zand te verwijderen en te vervangen door EPS. De varianten zijn ofwel slechts aan één kant gewichtsreductie of aan beide zijden tegelijk. Het toegepaste materiaal in de simulatie heeft de eigenschappen van EPS60.

Plaxis-analyseresultaten Ontwerp van mogelijke oplossingen In het onderzoek worden twee alternatieve oplossingen onderzocht: een verankerde voorgespannen damwand en een toepassing van lichtgewicht EPS als vervanging van een deel van het zandlichaam. De damwand is een gebruikelijke oplossing die reeds op meerdere punten langs de HSL is toegepast. Door de damwand aan de westelijke zijde van het zandlichaam te plaatsen kan zijdelingse druk worden gegeven tegen de verplaatsing in. In het verleden zijn goede resultaten geboekt met deze conventionele methode. Vandaar is dit een aantrekkelijke optie. Het plaatsen van damwanden heeft echter ook nadelen. De damwanden zullen 14 meter diep moeten worden aangebracht. Voor het aanbrengen van dergelijke lange damwanden en voorgespannen ankers is groot materieel nodig, wat dichtbij een actief spoor onwenselijk is. Daarnaast belemmert een damwand niet alleen de

GEOKUNST

60

AUGUSTUS 2020

De mogelijke oplossingen zijn gemodelleerd in het Plaxis 2D model van de huidige situatie om de invloed ervan op toekomstige verplaatsingen te analyseren. Figuur 8 geeft een contourplot van de verplaatsingen van het lichaam met een voorgespannen damwand weer. De optredende spanningen rondom de damwand zijn erg hoog. De grond wordt door de voorspanning samengedrukt waardoor verplaatsing wordt voorkomen. Deze oplossing is alleen effectief indien de voorspanning, zoals berekend in het numerieke model, ook in de praktijk haalbaar is. In figuur 9 is de contourplot van de verplaatsingen met gebruik van EPS te zien. Duidelijk is de locatie van de EPS te zien in de berm aan de westzijde van het baanlichaam. De gewichtsreductie zorgt voor een vermindering van de verticale gronddruk en


Figuur 7 – Vergelijking van de simulatie met 4 GNSS metingen waarbij geen ondersteuning is toegepast.

Figuur 8 – Contour plot verplaatsingen met voorgespannen damwand. zettingen, voor de simulatie in figuur 9 dus een zettingsreductie aan de westzijde. Aangezien de horizontale verplaatsingen een direct gevolg zijn van de verticale zetting nemen deze ook af. Zowel de toepassing van EPS als een voorgespannen damwand hebben veel potentie in het verminderen van horizontale verplaatsingen. Figuur 10 illustreert de verplaatsingen voor de vier verschillende oplossingen uitgezet tegen de tijd. Het doel is om de uiteindelijke deformatielijn zoveel mogelijk horizontaal te krijgen omdat er dan geen verplaatsing meer is. De toepassingen zijn gestart na 14 jaar om de huidige situatie te modelleren en de impact op de toekomst te bepalen. De toepassing van EPS aan de oostzijde van de constructie (zoals eerder toegepast bij de HSL) heeft een duidelijk zichtbare negatieve invloed op de horizontale verplaatsingen. Doordat de zettingen aan oostzijde minder worden, maar aan westzijde gelijk blijven neemt de rotatie toe. Toepassing van de damwand en EPS aan de westzijde hebben beide juist een positieve invloed en zullen de constructie zeer snel tot stilstand brengen. De resultaten van de damwand zijn weergegeven in blauw en laten zien dat de verplaatsingen als het ware worden geremd tot een minimale verplaatsing. De gewichtsreductie door EPS aan de westzijde is weergegeven met een groene lijn en die verplaatst de constructie terug in tegengestelde richting. De spanningsreductie leidt tot een onmiddellijke sprong terug en vervolgens een geleidelijke reductie van de originele verplaatsingen. Om de toekomstige verplaatsing naar nul te krijgen dient 144 kN/m gewicht te worden verwijderd. Dit kan door zand te vervangen door EPS60 over een oppervlakte van 12 m2 per strekkende meter. Daarnaast is een variant onderzocht waarbij de gewichtsreductie is toegepast aan beide zijdes. Deze is weergegeven met de roze lijn. Deze methode levert de beste resultaten op aangezien de spanningen in de grond aan beide kanten worden verlicht. De onmiddellijke terugsprong is

Figuur 9 – Contourplot van de verplaatsingen met lichtgewicht EPS aan de westzijde.

Figuur 10 – Horizontale verplaatsingen van de paaltoppen tegen de tijd.

kleiner en de toekomstige resultaten zijn stabieler. Het verschil in de resultaten is echter maar klein, terwijl de ingreep uiteraard stukken groter is. Aangezien zowel de voorgespannen damwand als de EPS-blokken aan de westzijde van het spoor een mogelijke oplossing bieden is het belangrijk om te kijken naar de verschillen. De spanningsreductie in de ondergrond die ontstaat door de gewichts-

GEOKUNST

61

AUGUSTUS 2020

reductie zal op een eenvoudige wijze het probleem wegnemen. De toepassing van EPS is namelijk gemakkelijk uitvoerbaar door verwijdering van een gedeelte van het zandpakket en dat op te vullen met EPS blokken die eenvoudig snel en veilig stapelbaar zijn. Daarnaast biedt EPS geen waterobstructie in de diepere grondlagen.


Het aanbrengen van een damwandconstructie brengt zowel tijdens de constructie als in de komende jaren meerdere risico’s met zich mee. Door trillen van de damwanden kan het zettingsproces zich versnellen en damwanden met voorspanning vereisen regelmatige monitoring en onderhoud. De gewichtsreductie door toepassing van EPS is daarnaast kostentechnisch een zeer interessante oplossing. Het materiaal zelf is relatief goedkoop en ook de uitvoering is gemakkelijk en behoeft weinig zwaar materieel. Hierdoor zijn de kosten zeker vier keer lager in vergelijking tot een oplossing met voorgespannen damwanden. Daarnaast biedt de spanningsreductie ook een oplossing waarbij de oorzaak wordt weggenomen aan de belastingzijde in plaats van een mitigerende oplossing aan de weerstandzijde. Hiermee wordt de kans op toekomstige risico’s en eventueel onderhoud kleiner. Het ontgraven van de grond rondom het spoor kan wel voor enkele uitdagingen zorgen voor de systemen rondom het spoor. Zo bevinden zich bijvoorbeeld de palen voor de bovenleiding in het af te graven gebied.

Conclusie De hogesnelheid-spoorconstructie bij Rijpwetering

verplaatst zich zijdelings. Uit Plaxis 2D modellen blijkt dat het zandpakket van de parallel gelegen rijksweg A4 leidt tot een asymmetrische belasting. Dit zandpakket, aangelegd in de jaren 60, is door de jaren heen geconsolideerd en gedraagt zich nu als een stijf lichaam naast de slappe holocene lagen in de ondergrond. De HSL baan is gebouwd op het grensvlak tussen deze verschillende stijfheden. De asymmetrie is de oorzaak van een rotatie van het baanlichaam en daarmee een laterale verplaatsing van de spoorconstructie in westelijke richting. Deze verplaatsing bedraagt ondertussen tot 65 mm en zet zich door in de tijd door kruip in de slappe lagen. Indien geen actie wordt ondernomen zal de constructie zich in de komende 10 jaar verder verplaatsen en bij 80 mm de toegelaten uiterste grenstoestand van de paalkopmomenten bereiken. In het artikel worden twee oplossingsscenario’s voorgesteld die beide de verplaatsingen kunnen stoppen. Een conventionele oplossing met voorgespannen damwanden, zoals eerder toegepast, heeft bewezen effectief te zijn. Echter, deze toepassing heeft ook nadelen wat betreft risico’s en kosten. Daarnaast zijn op deze locatie al meerdere damwanden geplaatst, het hele gebied afsluiten kan problemen met de grondwaterstroming veroorzaken.

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

GEOKUNST

62

AUGUSTUS 2020

Gewichtsreductie door de toepassing van EPS in de westzijde van de constructie biedt betere resultaten op de lange termijn. Daarnaast zijn de kosten en toekomstige risico’s (veel) lager. Het ontgraven van de grond rondom het spoor kan wel voor enkele moeilijkheden zorgen voor de systemen rondom het spoor. De simulaties met berekeningen zijn veelbelovend. De aanbeveling wordt daarom gedaan om de toepassing van EPS uitgebreider te onderzoeken en daarmee een gunstig alternatief te bieden tegenover de damwandmethode.

Dankwoord Dit artikel is geschreven naar aanleiding van mijn afstudeerscriptie voor de master Structural Engineering met specialisatie railbouwkunde aan de TUDelft. De opdracht is uitgevoerd in samenwerking met Infraspeed Maintenance BV als beheerder van de hogesnelheidslijn. Het afstudeerwerk was niet mogelijk geweest zonder mijn begeleiders Dr. V.L. Markine, Prof.dr.ir. R.P.B.J. Dollevoet en Dr. X. Liu van de TUDelft, Ir. A.A. Hertogs van Infraspeed Maintenance BV en Dr.ir M. Dus̆kov van InfraDelft BV. Heel veel dank voor de vele hulp in het gehele proces. Het volledige afstudeerrapport is terug te vinden op http://repository.tudelft.nl/. 쎲


GESLAAGDE DIJKVERBETERING MET BESPARING VAN RESOURCES, TIJD EN KOSTEN Het Waterschap Limburg heeft voor de eerste keer besloten om voor een project gebruik te maken van een Geosynthetic Clay Liner (GCL) in plaats van de gebruikelijke materialen. Het project was een succes met indrukwekkende besparingen. Het feit dat het 200 transportwagens scheelt, is hiervan maar een van de voorbeelden. De Maas stroomt door België, Frankrijk en Nederland. Mensen wonen graag langs haar oevers, maar aan het wonen in de buurt van waterwegen kleven ook risico’s. Soms zijn de dijken niet hoog of sterk genoeg om de mensen erachter te beschermen. Het project in het aan de Maas gelegen Neer werd opgestart om piping te voorkomen. Piping is het proces waarbij buisjes ontstaan in een zandhoudende aquifer onder rivierdijken. Tijdens hoge waterstanden wordt dit proces zichtbaar door de formatie van zand-

vulkanen – gevormd door zand dat wegsijpelt uit de aquifer – aan de landzijde van de dijk. Om een mogelijke dijkverzakking of -doorbraak te voorkomen, is het Waterschap Limburg begonnen aan een dijkverbeteringsproject. Een manier om beschadiging van de dijk door piping te voorkomen, is het aanbrengen van een dikke kleilaag in het voorland van de dijk, onder het gras. Deze techniek vraagt echter aanzienlijk wat grondwerk en logistiek. De klei moet eerst worden opgegraven ter verbetering, en vervolgens moet nieuwe klei worden aangebracht. De aannemer in Neer koos voor een methode die minder werk vereist, sneller klaar is en dus ook goedkoper is. Hij plaatste 1200m² Bentofix® Geosynthetic Clay Liner van de Duitse fabrikant NAUE. Bentofix® Geosynthetic Clay Liners zijn vernaalde, versterkte composieten met twee stevige buitenlagen van geotextiel en een uniforme kern van sterk opzwellend natrium-

bentonietpoeder. Hierdoor ontstaat een uniforme, multidirectionele, schuifvaste waterkerende laag met zelfdichtende en zelfherstellende eigenschappen. Voorafgaand aan dit project was er zeer nauwe samenwerking met de Innovatiemanager van Waterschap Limburg, Kees Dorst. ‘Kees was de drijvende kracht achter dit project. Wij zijn er trots op dat wij deel uitmaken van deze ontwikkeling om de beste oplossing te vinden voor het waterschap. In dit geval zijn onze Bentofix® GCLs de meest efficiënte, duurzame en rendabele oplossing,’ zegt Christian Psiorz, regionale Sales Manager bij NAUE. NAUE GmbH & Co. KG is wereldwijd een van de toonaangevende producenten van geokunststoffen. Het bedrijf, met 500 medewerkers, is actief vanuit zijn hoofdkantoor in Duitsland en dochterondernemingen en kantoren overal ter wereld. NAUE heeft een eigen onderzoeksafdeling en een engineering-kantoor voor klant-specifieke ondersteuning.

NAUE GmbH & Co. KG Gewerbestr. 2 – 32339 Espelkamp Germany Phone +49 5743 41-0 info@naue.com www.naue.com Bentofix® is a registered trademark of NAUE GmbH & Co. KG in various countries.

GEOKUNST

63

AUGUSTUS 2020


OOMS-VOEG

Kwaliteit met zeker zekerheid heid

Toepassing T To o oepassing van de Ooms-voeg bij bruggen, viaducten en tunnels voordelen heeft voor delen voor beheerder, beheer der, gebruiker en omwonende. De eerste voeg is toegepast in 2003 op de A50 en de be-techniek heeft zich be andere wezen op tal van ander e 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 wor dt toegepast wordt

protocol AS6901 voor protocol ijdens T Tijdens

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

AS6902

• 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

/HYHQVGXXURQGHU]RHN RS NXQVWVWRͿ /HYHQVGXXURQGHU]RHN RS NXQVWVWRͿ ROLH HQ ODVYHUELQGLQJHQ ROLH HQ ODVYHUELQGLQJHQ

Inspectie in het werk

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

Testen Testen e op het werk

+31 30 244 1404

Beproeven in het laboratorium

www.eqc.nl www.eqc.nl

Onze kracht benutten

Keller Funderingstechnieken B.V. Europalaan 16 · Postbus 757 2400 AT Alphen aan de Rijn Nederland Telefoon +31 17 24 71-798 r.looij@kellergrundbau.com

Voor uw funderings-en grondwater opgaven creëren wij efficiënte oplossingen. Complexe geotechnische vraagstukken worden door Keller Funderingstechnieken vertaald in een solide basis voor uw projecten.

I.G.G. SCHROEFPALEN TYPE DPA, HEK, BETONSCHROEF EN BUISSCHROEF I.G.G. VIBROPALEN EN VIBRO-SD PALEN PREFAB BETONPALEN PREFAB BETONBOUW

Uw vragen beantwoorden wij, met genoegen ! www.keller-funderingstechnieken.nl

GEOKUNST

64

AUGUSTUS 2020

CONTACT: T. 0299409500 E. info@vroom.nl VROOM.NL


Éven weg van bits en bites... We leven in digitale tijden, maar velen willen gewoon papier in handen hebben. Een relatiemagazine is zeer effectief als marketinginstrument. Het ultieme visitekaartje voor uw onderneming. U wekt vertrouwen en claimt autoriteit binnen uw vakgebied. U creëert bedrijfsherkenning, loyaliteit en binding bij al uw relaties. Als uitgever van gerenommeerde tijdschriften (als Geotechniek/Geokunst) zijn wij dé partij om mee in zee te gaan. Uitgeverij Educom regelt van idee tot en met verspreiding. Biedt uw magazine digitaal aan en plaats het op uw website. Informeer naar de mogelijkheden via: info@uitgeverijeducom.nl

www.uitgeverijeducom.nl

DIJKVERSTERKING MET

®

BENTOFIX Bentoniet mat Toepassingsgebieden: • Dammen en dijken • • • •

Opslagtanks, binnenwatertanks, vijvers Stortplaatsen, mijnbouw, tunnelbouw Infrastructuurmaatregelen, kustbescherming Waterbouw

Voordelen: • Eenvoudige, snelle en voordelige installatie • Direct een hoog afdichtend effect • Hoge duurzaamheid • Robuust en ongevoeling voor zettingen • Geschikt voor steilere taluds door hoge bond sterkte NAUE GmbH & Co. KG Duitsland Tel.: +49 5743 41-0 info@naue.com - www.naue.com

GEOKUNST

65

AUGUSTUS 2020


2021... Geotechniek 25 jaar Ieder kwartaal het vakblad Geotechniek op tafel: in 2021 maken onze vaste Members dit al 25 jaar mogelijk. Geotechniek is – ook als website – hét kennisplatform voor de hele Nederlands/Belgische GWW-sector. Onderschrijft uw bedrijf het belang van goede kennisuitwisseling- en verspreiding? Wordt dan Member. Geotechniek is sterker met u erbij. En ú profiteert van de vele mogelijkheden als Member. Neem contact op met info@uitgeverijeducom.nl

GEOTECHNIEK

66

Uitgeverij Educom v.o.f. Tel. 0031 (0)10 425 6544 info@uitgeverijeducom.nl www.uitgeverijeducom.nl www.vakbladgeotechniek.nl

AUGUSTUS 2020

A


A

Van experimenteel onderzoek naar toepassing in de praktijk Deltares is een onafhankelijk toegepast kennisinstituut op het gebied van water, bodem en infrastructuur. Wereldwijd werken we aan slimme technologische innovaties en duurzame oplossingen voor maatschappelijke uitdagingen.

Wij werken aan geotechniek in • • •

www.deltares.nl www.deltare

iek?

U wilt toch geen nummer missen van Geotechniek? Maak dan erzendkoste IBAN: NL95 A (BIC: ABNANL Maak dan uw bijdrage in de verzendkosten € 27,50 Educom, Rotte Ro tt Educom, over naar IBAN:

o.v.v..

NL95 ABNA 0426 4761 31 'On 'Ontva

2018'.

GEOKUNST

67

AUGUSTUS 2020

(BIC: ABNANL2A) t.n.v. Uitgeverij Educom, Rotterdam, Nederland, o.v.v. Ontvangst Geotechniek 2021