Page 1

JAARGANG 17

NUMMER 3 JULI 2013

ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR HET GEOTECHNISCHE WERKVELD

PROTOCOL LABORATORIUMONDERZOEK VOOR TOETSING MACROSTABILITEIT VAN DIJKEN HOOGBELASTE HETEROGENE GROND DE BEPALING VAN STERKTE-EIGENSCHAPPEN VAN VEEN DE GESCHIEDENIS VAN HET SONDEREN, 1930 – JAREN ‘70

FUNDERING COMBITUNNEL NIJVERDAL

I N C LU S I E F

NGO-WORKSHOP 19 MAART 2013: MET GEOKUNSTSTOFFEN GEWAPENDE STEILE HELLINGEN NIEUW CONCEPT VOOR SPOORVERBREDINGEN IN OPHOGING MET STEILE,GROENE TALUDS EN INGEBETONNEERDE GEOGRIDS

kunst


N47 Voorwerk_Opmaak 1 31-05-13 19:19 Pagina 1

Van de redactie Beste lezers, Voor u ligt alweer het derde nummer van Geotechniek in 2013. Ook deze editie is weer met zorg en inzet van schrijvers, reviewers, redactieleden en uitgever in elkaar gezet. Hoe dat iedere keer weer in zijn werk gaat, mag ik sinds een paar maanden van dichtbij meemaken. Na jarenlang het vakblad met veel interesse en plezier te hebben gelezen, ben ik sinds afgelopen januari lid van de redactie van dit mooie blad. Een goede gelegenheid om buiten de projecten, cursussen en netwerkdagen met vakgenoten in contact te komen! In deze editie vindt u weer een aantal van de vaste rubrieken, zoals Actueel, Afstudeerders, Agenda en Normen en Waarden. Daarnaast is de rubriek Vraag en Antwoord deze keer weer opgenomen, een veel gelezen onderdeel van het blad. Ook dit keer 'Ingezonden' met een reactie op een eerder artikel. Naast dit blad biedt ook onze website een prima podium om ervaringen met elkaar te delen (zie: www.vakbladgeotechniek.nl). Hier kunt u ook reageren op ‘prikkelende’ stellingen. Wij nodigen u graag uit om de site (regelmatig) te bezoeken!

In het artikel over de combitunnel te Nijverdal komen onder andere damwanden en ankerpalen aan de orde. De interactie tussen het geotechnisch en het constructief ontwerp komt hier goed naar voren. Onderzoek naar de sterkte van veen komt in 2 artikelen aan de orde. Praktijkonderzoek heeft plaats gevonden in Noord-Holland. Hier zijn op grote schaal proeven uitgevoerd om de sterkte eigenschappen van veen vast te stellen voor het uitvoeren van stabiliteitsberekeningen van bestaande dijken. Daarnaast is een nieuw protocol beschikbaar voor het uitvoeren van geotechnisch laboratoriumonderzoek ten behoeve van het bepalen van onder andere de sterkte parameters van veen. Kortom: interessante stukken om deze zomer door te lezen! Veel leesplezier met deze uitgave toegewenst! Ilse Hergarden Cover: Luchtfoto tankpark tijdens realisatie: zie artikel Hoogbelaste heterogene grond.

De artikelen die zijn opgenomen in deze editie geven een goed beeld van de diversiteit van ons vakgebied: grondconstructies en constructieve elementen, proeven op grote schaal en in het laboratorium, geschiedenis en toekomst.

SPECIAL Neem deel aan de ICSMGE-special! De speciale Engelstalige editie van vakblad Geotechniek verschijnt rondom de 18th International Conference On Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 2-6 september in Parijs. Presenteer u aan internationale professionals uit de GWW-sector op ICSMGE 2013 én natuurlijk de 5.000 lezers van Geotechniek in Nederland en België.

Informeer bij de uitgever naar de aantrekkelijke plaatsingstarieven. Inschrijven kan tot 15 juli a.s. info@uitgeverijeducom.nl 010-425 65 44


N47 Voorwerk_Opmaak 1 31-05-13 19:19 Pagina 2

Hoofd- en Sub-sponsors Hoofdsponsor

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

Sub-sponsors

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

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

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

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

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

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

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

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

Dywidag Systems International

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

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

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

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

2

GEOTECHNIEK – Juli 2013

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

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

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

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


N47 Voorwerk_Opmaak 1 31-05-13 19:19 Pagina 3

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

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

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

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

Profound BV

Royal HaskoningDHV

SBRCURnet

Limaweg 17 2743 CB Waddinxveen Tel. 0031 (0)182 - 640 964 Fax 0031 (0)182 - 649 664 www.profound.nl

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

Postbus 1819 3000 BV Rotterdam Tel. 0031 (0)10 - 206 5959 Fax 0031 (0)10 - 413 0175 www.sbr.nl www.curbouweninfra.nl

Jetmix BV

nv Alg. Ondernemingen Soetaert-Soiltech

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

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

Colofon GEOTECHNIEK JAARGANG 17 – NUMMER 3

Uitgever/bladmanager Uitgeverij Educom BV R.P.H. Diederiks Redactie Beek, mw. ir. V. van Brassinga, ing. H.E. Brouwer, ir. J.W.R. Diederiks, R.P.H. Hergarden, mw. Ir. I. Meireman, ir. P.

JULI 2013

Geotechniek is een uitgave van Uitgeverij Educom BV

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

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

Redactieraad Alboom, ir. G. van Beek, mw. ir. V. van Bouwmeester, Ir. D. Brassinga, ing. H.E. Brinkgreve, dr. ir. R.B.J. Brok, ing. C.A.J.M. Brouwer, ir. J.W.R. Calster, ir. P. van Cools, ir. P.M.C.B.M. Dalen, ir. J.H. van

Deen, dr. J.K. van Diederiks, R.P.H. Graaf, ing. H.C. van de Gunnink, Drs. J. Haasnoot, ir. J.K. Heeres, Dr. Ir. O.M.. Hergarden, mw. Ir. I. Jonker, ing. A. Kleinjan, Ir. A. Langhorst, ing. O. Mathijssen, ir. F.A.J.M.

Meinhardt, ir. G. Meireman, ir. P. Rooduijn, ing. M.P. Schippers, ing. R.J. Schouten, ir. C.P. Smienk, ing. E. Spierenburg, dr. ir. S. Storteboom, O. Thooft, dr. ir. K. Vos, mw. ir. M. de Velde, ing. E. van der

Lezersservice Adresmutaties doorgeven via info@uitgeverijeducom.nl © Copyrights Uitgeverij Educom BV Juli 2013 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 Priester Cuypersstraat 3 1040 Brussel Secretariaat: erwin.dupont@telenet.be

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

3

GEOTECHNIEK – Juli 2013


N47 Voorwerk_Opmaak 1 31-05-13 19:19 Pagina 4


N47 Voorwerk_Opmaak 1 31-05-13 19:19 Pagina 5

Inhoud 1 Van de Redactie – 7 Actueel – 8 Vraag & Antwoord – 22 Ingezonden – 24 SBRCURnet 33 Normen & Waarden – 36 KIVI NIRIA rubriek – 49 Agenda

10

Protocol Laboratoriumonderzoek voor toetsing macrostabiliteit van dijken Dr. G. Greeuw / Ing. T.A. van Duinen / Drs. H.M. van Essen

14

Hoogbelaste heterogene grond

26

Een vergelijking tussen laboratoriumproeven en veldmetingen

Ing. N.T. Loonen / ir. M.C.W. Kimenai

De bepaling van sterkte-eigenschappen van veen Dr. ir. C. Zwanenburg

38 44

De geschiedenis van het sonderen, 1930 – jaren ‘70 Ing. H.C. van de Graaf

Fundering Combitunnel Nijverdal Ir. G.Meinhardt / Ir. M. Takken / Ir. R. Hergarden

51 GEOKUNST Onafhankelijk vakblad voor gebruikers van geokunststoffen 54 NGO-workshop 19 maart 2013: met geokunststoffen gewapende steile hellingen Ir. S. van Eekelen / Ir. W. Veldkamp / Ing. P. van Duijnen / Ing. T. Huybregts

58

Nieuw concept voor spoorverbredingen in ophoging met steile, groene taluds en ingebetonneerde geogrids Ing. J. Verstraelen / Ing. F. De Schepper / Ir. E. De Clercq


N47 Voorwerk_Opmaak 1 31-05-13 19:19 Pagina 6

creating tools that move your business

a.p. van den berg The CPT factory

The CPT factory Nieuw

Al ruim 42 jaar is A.P. van den Berg de innovatieve en betrouwbare partner als het gaat om bodemonderzoekapparatuur voor een slappe bodem. A.P. van den Berg loopt voorop in het ontwikkelen en wereldwijd vermarkten van nieuwe geavanceerde sondeer- en monstersteeksystemen die uitblinken in betrouwbaarheid en gebruiksgemak. verscheidene landsondeersystemen tot multifunctioneel apparatuur voor het gebruik De binnencasing øVan 36 kan nu grotendeels op zee tot waterdieptes van wel 4000 vervaardigd worden in aluminium. meter en van uitgebreide servicepakketten tot digitale meetsystemen waarmee de bodemgegevens via een kabel of optische lichtsignalen worden getransporteerd, ze behoren Het gewicht wordt met 50% gereduceerd allemaal tot het leveringspakket van A.P. van den Berg.

lichtgewicht binnencasing

van 18 kg naar maar 8,6 kg! Dit betekent een Veel aandacht wordt geschonken aan de arbeidsomstandigheden van de sondeermeester. Zo heeft A.P. van aanzienlijke vermindering van de fysieke den Berg de sondeerbuizenschroever ontwikkeld, die in ieder sondeerapparaat kan worden geïntegreerd. inspanning voor de sondeermeester. Met de buizenschroever wordt het op- en afschroeven van de sondeerstreng efficiënter uitgevoerd. De

Sondeerbuizenschroever: gemakkelijk, snel en ergonomisch verantwoord

m

buizenschroever komt het meest tot zijn recht in combinatie met een draadloos meetsysteem. Het doorrijAluminium gen van de conuskabel behoort dan tot het verleden. Voor de sondeermeester betekent dit een aanzienlijke vermindering van de fysieke inspanning en het voorkomen van een versnelde slijtage van de gewrichten.binnencasing Aandacht voor de arbeidsomstandigheden is voor alle betrokkenen van groot belang en is zijn investering dubbel en dwars waard.

Interesse? Neem contact met ons op! A.P. van den Berg Ingenieursburo bv Postbus 68, 8440 AB Heerenveen

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

info@apvandenberg.nl www.apvandenberg.nl


N47 Voorwerk_Opmaak 1 31-05-13 19:19 Pagina 7

Actueel Actueel Onder redactie van Robert Diederiks

ROTTERDAM WIL FUNDERINGEN ONDERZOEKEN ZÓNDER TE GRAVEN Ingenieurs van de gemeente Rotterdam werken aan een nieuwe methode om met trillingen de kwaliteit van houten paalfunderingen te onderzoeken. Het huidige tijdrovende en kostbare graafwerk kan daarmee voor een groot deel achterwege blijven. Vorige maand won het idee de publieksprijs van de dienst Stadsontwikkeling bij de jaarlijkse innovatiewedstrijd van de gemeente. Nog dit jaar zal een eerste praktijktest worden gedaan.

sessie kan gemakkelijk een heel bouwblok worden onderzocht. Binnen een uur is de uitslag bekend. Geotechnisch adviseur ing. Don Zandbergen van de gemeente Rotterdam: “Op deze manier weten we heel snel met welke panden iets aan de hand is. Vervolgens kunnen we heel gericht alleen die funderingen te onderzoeken. We hoeven dus niet meer, zoals nu, een hele straat open te maken. Dat betekent een enorme tijd- en geldbesparing. In plaats van een paar duizend euro per pand kost dat maar een paar honderd euro.” Hoewel nu vooral vooroorlogse panden funderingsproblemen hebben, verwacht Zandbergen dat ook naoorlogse panden met een houten

fundering de komende jaren steeds vaker onderzocht zullen worden. Inmiddels bereidt het ingenieursbureau van de gemeente Rotterdam een praktijkproef voor. De verwachting is dat die nog dit jaar zal worden gehouden. De kennis die daarbij wordt opgedaan, zal Rotterdam met andere gemeenten delen.

Slechte houten paalfunderingen zijn een bekend probleem in de regio Rotterdam. Onderzoek naar de kwaliteit vindt nu nog plaats door de grond open te maken en een monster uit de houten palen te nemen. Dat kost per pand al snel zo’n 5000 euro. Maar het kost vooral ook veel tijd: de straat moet open, er moet in de palen worden geboord en vervolgens moeten de monsters in het lab worden onderzocht. Zo’n traject duurt al snel meerdere weken. Ingenieurs van de gemeente werken nu aan een slim alternatief: trillingen. Met een generator worden een paar minuten lang laagfrequente trillingen van 10 tot 20 hertz in een straat opgewekt. Sensoren aan de panden registreren de trillingen. Trillingen die via een slechte paalfundering gaan, geven een andere uitslag dan trillingen die via een goede, stijve fundering gaan. In één

TNO EN DELTARES BUNDELEN KRACHTEN TNO en Deltares gaan een samenwerking aan op het gebied van bouwen en stedelijke ontwikkeling in deltagebieden. Problemen rondom infrastructuur en gebiedsinrichting kunnen hiermee voortaan vanuit de expertises van beide organisaties worden onderzocht: TNO met haar kennis over harde constructies en Deltares met kennis over grond en water.

Ir. D. Schmidt (Managing Director TNO Gebouwde Omgeving) en ir. E. Janse (Directeur Deltares) tekenden op 15 april een intentieovereenkomst. De aandacht gaat daarbij vooral uit naar (inter)nationale projecten waarin de organisaties elkaar kunnen versterken door gezamenlijke kennisinvesteringen, marktacquisities en het samen optrekken in calamiteitensituaties.  Voorbeelden van onderwerpen waarop TNO en Deltares krachten bundelen, zijn de uitwisseling van probabilistische tools, duurzame Deltasteden, assetmanagement van infrastructuur en over-

7

GEOTECHNIEK – Juli 2013

gangsconstructies in wegen. Een van de eerste gezamenlijke acties is een workshop met wegbeheerders over overgangsconstructies. TNO koppelt met deze samenwerking haar expertise op het gebied van harde constructies, constructiematerialen en stedelijke ontwikkeling aan de kennis van Deltares op het gebied van grond, (grond)water, weg- en waterbouw en duurzame gebiedsinrichting. Met de overeenkomst hebben TNO en Deltares  een solide basis om gezamenlijk projecten op te pakken.


N47 Voorwerk_Opmaak 1 31-05-13 19:19 Pagina 8

Vraag & Antwoord

CGF 1 Examen – Deel C – januari 2012 In het kader van een conflictvrije afhandeling van het goederenspoorverkeer dient een onderdoorgang te worden aangelegd die de bestaande spoorbaar kruist. In de bouwfase wordt een tijdelijke bouwput aangelegd. Deze bouwput bestaat uit damwanden, een stempeling en een ontgraving. Op deze damwanden komt het spoordek te rusten. Na ontgraving wordt een betonnen constructie aangelegd. In figuur 1 is de bouwput weergegeven. Het grondonderzoek is uitgevoerd in de vorm van sonderingen, boringen en peilbuizen. De maatgevende sondering is weergegeven in figuur 2.

Gegevens van het project Afmeting bouwput spoorkruisende compartiment: – Lengte 50 m, breedte 25 m, ontgravingdiepte NAP -1,0m. Grondparameters zandlaag: – rep;droog = 17 kN/m3; rep;nat = 19 kN/m3; ’rep = 0 kN/m2; ’ rep = 300. – kD = 1500 m2/dag;  = 1000 m; Ko (r/) wordt verwezen naar tabel 1. – Grondwaterstand in bouwfase bedraagt NAP +3,00 m.

Vragen deel C (totaal 35 punten) Vraag 1 Welke funderingsmethode adviseert u om de betonnen constructie aan te leggen? Motiveer uw antwoord.

NAP -1 m. Hierbij dient een drooglegging van 0,3 m aangehouden te worden.

Vraag 3 Geef aan wat de bezwaren zijn indien in deze situatie een bemaling wordt toegepast. Motiveer uw antwoord.

van NAP + 5 m gepositioneerd. Bepaal de draagkracht (kN), de lengte (m) en bovenzijde (m t.o.v. NAP) van het groutankerlichaam in het draagkrachtige zandpakket.

Vraag 5b Bepaal de diameter en draagkracht van dywidag staafankers met staalkwaliteit FeP 1050.

Vraag 4a Om tegemoet te komen aan de bezwaren van een bemaling wordt besloten om een bodem injectie laag toe te passen. Dit is een waterremmende laag die op een bepaalde diepte onder het ontgravingniveau in het onderliggende zandpakket wordt aangebracht. Deze bodem injectielaag sluit aan op de damwanden. De damwanden hebben een horizontale waterremmende functie en de bodem injectielaag een verticale waterremmende functie. Welk mechanisme speelt hierbij een belangrijke rol?

Vraag 5c

Vraag 4b

Tabel 1 - Relatie Ko (r/ )

Welk mechanisme speelt naast de dimensionering van het groutankerlichaam en de staafankers een belangrijke rol?

Vraag 6 De aannemer wil de damwandprofielen na vervaardiging van de betonnen constructie terugwinnen. Deze damwandprofielen zijn gepositioneerd op 30 cm naast de rand van de fundering. Wat is uw advies? Motiveer uw antwoord.

Bereken tot op welke diepte (in m t.o.v. NAP) de onderzijde van de waterremmende laag dient te worden aangebracht, zodat droog ontgraven kan worden tot een niveau van NAP -1 m.

Vraag 5a Locaal is het niet mogelijk om een 1 stempel toe te passen, omdat materialen in de bouwkuip gehesen dienen te worden. Hierbij wordt besloten om een groutanker toe te passen. De (horizontale) kracht Fa;max uit de stempel bedraagt 400 kN per zijde op de damwand. De ankerkop wordt op een niveau

Vraag 2 In de ontwerpfase wordt overwogen om een bemaling toe te passen. Bereken het debiet van 3 de bemaling (m /uur) indien ontgraven wordt tot

Figuur 1 - Doorsnede van de bouwput.

Figuur 2 - Maatgevende sondering.

8

GEOTECHNIEK – Juli 2013


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 9

Vraag & Antwoord Antwoorden Vraag 1

Vraag 3

Vraag 5a

Fundering op staal. De ondergrond bestaat uit zand en heeft hoge conusweerstanden van ca. 10 MPa op NAP -1 m. Ten gevolge van de hoge conusweerstand is de ondergrond prima in staat om de belasting uit de constructie (en goederentrein) te dragen. Er is dus geen sprake van slappe en samendrukbare grondlagen waardoor een fundering op palen noodzakelijk zal zijn.

Groot debiet, het betreft een ondergrond bestaande uit zand. De verlaging van de grondwaterstand heeft grote invloed op de omgeving omdat op grote afstand nog de verlaging van de grondwaterstand merkbaar zal zijn. Hierdoor zal de verspreiding van de verontreinigingen ook grote gevolgen hebben. Verdroging van de gewassen spelen hierbij ook een rol. Zettingen en het droog komen te staan van houten paalkoppen vormen in dit voorbeeld geen aspecten die een rol spelen.

Bovenzijde groutankerlichaam t.p.v. zandlaag met hoogste conusweerstand NAP -2 m onderzijde niet dieper dan NAP -7 m Fs;gr;d = 400 x 1,1 / cos 45 = 622 kN qc gemiddeld = 20 MPa => fkrep = 170 kN/m1 => 622 x 1,25 /170 = 4,5 m neem 5 m Fr;gr;d = fkrep x L / mk > 622 kN => 170 x 5 /1,25 = 680 kN

Fs;st;d = Fa;max x ȍ’a;st / cos 45 => 400 x 1,25 / cos 45 = 707 kN => Ø 36 mm => 764 kN

Vraag 4a

Vraag 5c

Hierbij speelt het mechanisme opbarsten een rol.

Kranz stabiliteit (stabiliteit van het gehele verankeringsmassief).

Vraag 2 Formule van de Glee:

ǵhw (r)= 3 – (-1) – 0,3 = 4,3 m kD = 1500 m2/dag Oppervlakte = 25 x 50 = 1250 m2 => r = Ꭷ1250/Ț = 20 m ȕ = 1000 m => r /ȕ = 20 m / 1000 m = 0,02 => Ko = 4,03 4,3 = __Q x_4,03 ___ _______ => Q = 10051 m3 /uur 2 x Ț x 1500

Vraag 5b

Vraag 4b Grensvlak onderzijde NAP -6,65 m Gewicht grond: Droog: -1 -1,3 = 0,3 x 17 = 4,6 kN/m2, Nat: -1,3 -6,65 x 19 = 101,65 kN/m2, Totaal gewicht 106,25 / 1,1 = 96,6 kN/m2 => Waterdruk: (-6,65 +3) x 10 kN/m2 = 96,5 kN/m2

Vraag 6 Indien de damwand wordt getrokken, zal de ondergrond worden verdicht, zodat de constructie die op staal is gefundeerd zettingschade zal oplopen.


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 10

Protocol Laboratoriumonderzoek voor toetsing macrostabiliteit van dijken

Dr. G. (Gert) Greeuw Deltares

Ing. T.A. (Alexander) van Duinen Deltares

Drs. H.M. (Harry) van Essen Deltares

Figuur 1 – Spanningspad bij CAU triaxiaalproef op normaal geconsolideerde klei;

vanuit praktische overwegingen, doorgaans zogenaamde “meertraps” triaxiaalproeven met isotrope consolidatie uitgevoerd. Met de proefresultaten worden stabiliteitsberekeningen op basis van effectieve spanningen uitgevoerd. De ENW-richtlijnen ten aanzien van aan te houden veiligheidsfactoren zijn afgestemd op de hiermee opgebouwde empirie.

CSL staat voorCritical State Line, u staat voor de wateroverspanning tijdens afschuiven.

Deltares en Stowa hebben samen met de Nederlandse geotechnische laboratoria en ingenieursbureaus een protocol opgesteld voor het uitvoeren van geotechnische laboratoriumproeven. Dit protocol is bedoeld om duidelijkheid te geven bij het uitvoeren van laboratoriumproeven in het kader van het beoordelen van de taludstabiliteit van dijken en is een aanvulling op bestaande normen en richtlijnen. Het protocol sluit aan op de beoogde nieuwe toetsmethode voor macrostabiliteit van dijken, die wordt ontwikkeld in het kader van het SBW project Macrostabiliteit. Waterschappen kunnen dit protocol gebruiken bij het laten uitvoeren van geotechnisch laboratoriumonderzoek. In het protocol worden aanbevelingen gegeven voor het uitvoeren van samendrukkingsproeven, constant-rate-of-strain (CRS)-proeven, ongedraineerde anisotrope triaxiaalproeven (CAU), direct simple shear proeven (DSS) en classificatieproeven op klei en veen. Voor de meest gangbare geotechnische laboratoriumproeven zijn in Nederland normen en richtlijnen beschikbaar. Deze bestaande normen en richtlijnen bevatten echter witte vlekken. Daarnaast zijn deze normen en richtlijnen niet altijd aangepast aan de actuele internationale geotechnische inzichten. Voor de CRS-proef en de direct simple shear proef zijn geen Nederlandse normen of richtlijnen voorhanden. De aanbevelingen in het protocol geven een invulling van deze lacunes c.q. verwijzing naar

beschikbare buitenlandse voorschriften op betreffend gebied. Dit artikel gaat in op de volgende zaken: – Opzet van het protocol; – Kwaliteit veld- en laboratoriumonderzoek en diameter van de grondmonsters; – Classificatie klei en veen ; – Uitvoering van samendrukkingsproeven en CRSproeven; – Uitvoering van anisotroop geconsolideerde triaxiaalproeven; – Uitvoering van direct simple shear proeven.

Inleiding De praktijk van het uitvoeren van stabiliteitsanalyses is in het verleden grotendeels gebaseerd op de ervaring met laboratoriumproeven met beperkte vervorming. Deze werkwijze voor de macrostabiliteittoets voor dijken was met name gebaseerd op de celproef en werd ontwikkeld voor het beoordelen van de macrostabiliteit van boezemkaden (boezemkade-onderzoek door het Centrum Onderzoek Waterkeringen (COW) naar aanleiding van de kadedoorbraak bij Tuindorp Oostzaan in 1960). Later werd deze werkwijze ook toegepast voor het ontwerpen en toetsen van dijken. Inmiddels wordt de celproef niet meer uitgevoerd en is de triaxiaalproef de standaard. De triaxiaalproef wordt in Nederland veel toegepast. In de Nederlandse adviespraktijk worden,

10

GEOTECHNIEK – Juli 2013

In de achterliggende decennia zijn er internationaal, maar ook in Nederland, nieuwe inzichten in het gedrag van grond beschikbaar gekomen. In het onderzoeksprogramma Wettelijke Toets Instrumentarium (WTI 2017) van Rijkswaterstaat wordt de toepasbaarheid van deze nieuwe inzichten voor de Nederlandse primaire waterkeringen onderzocht. Vooral de schuifsterkte bij bezwijken van organische klei en veen is een belangrijk aandachtspunt, omdat hier vragen zijn of met standaard veld- en laboratoriumtesten een betrouwbare waarde van de bezwijksterkte van deze materialen kan worden bepaald. De ongedraineerde schuifsterkte, kan hierbij een betere aanpak bieden dan de huidige in de Nederlandse adviespraktijk gebruikelijke gedraineerde sterkteparameters. Een belangrijk voordeel van het werken met de ongedraineerde schuifsterkte is dat in deze analyses het effect van generatie van waterspanningen tijdens het bezwijken wordt meegenomen. Bij de nu gebruikelijke effectieve spanningsanalyses is dat niet het geval. In het buitenland wordt veel vaker gewerkt met de ongedraineerde schuifsterkte. Verwacht wordt, dat in de nabije toekomst de zogenaamde ongedraineerde analyses bij de beoordeling van taludstabiliteit steeds meer zullen worden toegepast (gedraineerde stabiliteitsanalyses zullen ook relevant blijven). Internationaal is dit een gebruikelijke werkwijze. Meertraps triaxiaalproeven zijn echter niet geschikt voor het bepalen van de hiervoor benodigde on-


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 11

Samenvatting Deltares en Stowa hebben samen met de Nederlandse geotechnische laboratoria en ingenieursbureaus een protocol opgesteld voor het uit- voeren van geotechnische laboratoriumproeven. Dit protocol is bedoeld om duidelijkheid te geven bij het uitvoeren van laboratoriumproeven in het kader van het beoordelen van de taludstabiliteit van dijken en is een aanvulling op bestaande normen en

gedraineerde schuifsterkte. Met triaxiaalproeven kan dit alleen goed wanneer deze eentraps, dat wil zeggen op één (begin)spanningsniveau, tot bezwijken worden uitgevoerd. Voor veen is de direct simple shear proef een geschikte proef, hierop wordt later dieper ingegaan. Triaxiaalproeven kunnen met isotrope - of met anisotrope consolidatie worden uitgevoerd. Meertraps triaxiaalproeven worden in de praktijk doorgaans met isotrope consolidatie uitgevoerd. Wanneer, met het oog op ongedraineerd rekenen in de toekomst, nu eentraps triaxiaalproeven worden uitgevoerd, verdient anisotrope consolidatie de voorkeur, omdat daarmee de in situ toestand van de grond zo goed mogelijk wordt benaderd. De wijze waarop proeven worden uitgevoerd heeft invloed op de hieruit gevonden effectieve schuifsterkte parameters (cohesie en hoek van inwendige wrijving), de ongedraineerde schuifsterkte en de vervormingeigenschappen. Vanwege de vele keuzemogelijkheden bij het uitvoeren van triaxiaalproeven en laboratoriumproeven ontstond de wens om te komen tot een algemeen gedragen protocol voor uitvoeren en interpreteren van triaxiaalproeven en andere gangbare laboratoriumproeven. Voor de meest gangbare geotechnische laboratoriumproeven zijn in Nederland normen en richtlijnen beschikbaar. Zoals hiervoor vermeld zijn deze normen echter

richtlijnen. Het protocol sluit aan op de beoogde nieuwe toetsmethode voor macrostabiliteit van dijken, die wordt ontwikkeld in het kader van het WTI project Macrostabiliteit. Waterschappen kunnen dit protocol gebruiken bij het laten uitvoeren van geotechnisch laboratoriumonderzoek.

niet altijd toereikend, voorhanden en/of aangepast aan recente ontwikkelingen. Het protocol is bedoeld als aanvulling op de bestaande Nederlandse en internationale normen, en dient te worden toegepast naast de vigerende normen en richtlijnen. Het protocol is vooral gericht op het uitvoeren van laboratoriumonderzoek voor het beoordelen van de macrostabiliteit van dijken (voor toetsen en ontwerpen) en anticipeert op de beoogde nieuwe toetsmethode voor macrostabiliteit.

Totstandkoming protocol Het protocol is tot stand gekomen in samenspraak met diverse geotechnische laboratoria en ingenieursbureaus. In het WTI-onderzoeksprogramma heeft Deltares samen met enkele ingenieursbureaus en geotechnische laboratoria laboratoriumonderzoek uitgevoerd. In eerste instantie heeft Deltares hiervoor een protocol opgesteld. Gedurende de uitvoering van het laboratoriumonderzoek voor het WTI-onderzoek is er veelvuldig overleg en discussie geweest over de procedures voor het uitvoeren van laboratoriumproeven. Naar aanleiding hiervan is het protocol meerdere malen aangevuld, verbeterd en verduidelijkt. De betrokken ingenieursbureaus zijn Arcadis, Fugro, Royal Haskoning, Tauw en Witteveen+Bos. De betrokken laboratoria zijn Fugro, Gemeentewerken Rotterdam, Inpijn-Blokpoel en Mos. Bij het uitvoeren van geotechnisch onderzoek voor

het dijkverbeteringsprogramma van Waterschap Rivierenland is het protocol ook al toegepast. Het betrokken geotechnisch laboratorium was hier Wiertsema. STOWA heeft het initiatief genomen het protocol definitief te maken. Hierbij zijn de geotechnische laboratoria en ingenieursbureaus opnieuw betrokken. Op basis van een discussie met de betrokkenen en twee commentaarrondes heeft Deltares het protocol verder gecompleteerd en afgerond. Prof. R.J. Jardine van Imperial College Londen heeft het protocol gecontroleerd. De werkgroep Techniek van het Expertise Netwerk Waterveiligheid heeft het protocol goedgekeurd voor toepassing in de praktijk.

Kwaliteit veld- en laboratoriumonderzoek Het protocol gaat in op de uitvoering van de belangrijkste geotechnische laboratoriumproeven. Op veldonderzoek, monstername en monsteropslag en -behandeling gaat het protocol niet in. De kwaliteit van het veldonderzoek en met name de kwaliteit van ongestoorde monstername in het veld is de basis voor de kwaliteit van het laboratoriumonderzoek. Het spreekt daarom vanzelf dat aan de kwaliteit van de hele keten vanaf de boring tot en met de proefuitvoering de nodige aandacht moet worden besteed. Aandachtspunten zijn: – boormethode: de voorkeur gaat uit naar continue methoden met minimale energie-overdracht naar de boorkop en minimaal steekverlies; – transport en opslag: vermijden van temperatuursschommelingen, trillingen, vochtverlies, en zwel; – in het lab: opslag in vochtige en koele ruimte, monster snel beproeven na selectie; – indicatie van monsterverstoring bepalen uit volumeverandering na herbelasten tot de geschatte in-situ verticale spanning. Bij de proefuitvoering zoveel mogelijk het consolidatiepad laten aansluiten bij de geschatte in-situ spanningstoestand; dit betekent meestal dat de consolidatie anisotroop moet zijn, zie ook de sectie over triaxiaalproeven.

Diameter van de grondmonsters Er is een algemene consensus onder de experts van diverse laboratoria dat hoe groter de diameter van de grondmonsters, hoe beter het resultaat.

Foto 1 – DSS apparaat met monster ingebouwd in een metalen ringstapeling rond het membraan.

11

GEOTECHNIEK – Juli 2013


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 12

Helaas is de experimentele onderbouwing van dit standpunt nog zwak. Het protocol zegt hierover dat de minimale monsterdiameter 50 mm dient te zijn. Alle genoemde laboratoria kunnen met deze monsterdiameter werken. Bij uitzondering kan men 38 mm kleimonsters nemen, mits goed beargumenteerd. Voor veen geldt een minimale diameter van 50 mm.

Classificatie klei en veen Het protocol is bedoeld voor cohesief materiaal, ofwel klei en veen. De grens tussen klei en veen is niet altijd eenvoudig te leggen. Aangenomen mag worden, dat verzadigde grond met volumegewicht lager dan 1.100 kg/m3 altijd veen is en hoger dan 1.300 kg/m3 altijd klei als hoofdgrondsoort. In het tussengebied zal men het organisch gehalte moeten bepalen en visueel moeten classificeren en/of identificeren volgens ISO 14688-1. Een organisch gehalte van 30% of meer duidt op veen, zie ook NEN 5104. Bij het beschrijven van veen dient altijd de verweringsgraad volgens Von Post te worden benoemd (zwak, matig of sterk) en de aanwezigheid van riet of vezels. Bij klei dient een cu-waarde met valconus of torvane en de Atterbergse grenzen bepaald te worden.

Vloeigrensbepaling Het beste kan hiervoor een valconus gebruikt worden met de 4-punts methode. Deze methode is praktischer en nauwkeuriger dan de bepaling van de vloeigrens met het toestel van Casagrande. In Europa wordt in veel landen aan deze methode de voorkeur gegeven. De procedure en materiaaleisen zijn gegeven in CEN ISO/TS 17892-12 [8]. Bij lage vloeigrenswaarden zal de valconuswaarde iets onder de Casagrande waarde uitkomen, bij

hoge vloeigrenswaarden juist iets erboven. De bepaling van de vloeigrens met het toestel van Casagrande is een aandachtspunt. Er zijn apparaten volgens de British Standard en apparaten volgens de ASTM. Door de verschillende stijfheid van het rubber blok bij beide typen apparaten (ASTM schrijft een stijver blok voor) wordt een andere vloeigrens bepaald. Resultaten van verschillende toestellen zijn daarom niet zondermeer vergelijkbaar. Vrijwel alle laboratoria in Nederland beschikken over een toestel volgens de specificaties van de ASTM. Daarom is het wenselijk dit type toestel als het gangbare toestel aan te merken. Hierbij kan de bepalingsmethode volgens RAW 2010[9] worden aangehouden, waarin het apparaat met ASTM specificaties staat voorgeschreven. Drogen van de grond dient hierbij vermeden te worden.

Samendrukkingsproef Voor de bepaling van zettingsparameters en de grensspanning wordt in het protocol een schema van de belastingstappen voor samendrukkingsproeven gegeven. Daarnaast is aangegeven van welke belastingstappen de consolidatiecoëfficiënt het beste kan worden bepaald; dit zijn vier stappen waarin de spanning minstens wordt verdubbeld. Rond de terreinspanning zijn extra stappen gedefinieerd om de grensspanning beter te kunnen vastleggen. Alle stappen duren minimaal 24 uur. Indien de kruiptak niet zichtbaar is, moet de betreffende stap tot 48 uur worden doorgezet. De resultaten van de samendrukkingsproeven worden uitgewerkt volgens de methoden abc-Isotache en Bjerrum, zie de CUR Aanbeveling 101. [12]

Constant rate of strain (CRS)-proef De CRS-proef verdient de voorkeur boven de

standaard samendrukkingsproef, omdat een continue spannings-rek curve bepaald wordt. In het protocol wordt een belastingschema aanbevolen, waarbij wordt gestart met een lage verticale spanning, ruim onder de terreinspanning en waarbij wordt doorbelast tot ten minste zeven maal de terreinspanning. Tevens wordt een ontlast- en herbelaststap en een relaxatiefase aanbevolen. De grensspanning, die volgt uit een CRS-proef, neemt wat toe met de vervormingssnelheid en zal meestal licht afwijken van de waarde, die volgt uit de standaard samendrukkingsproef. Anderzijds is de grensspanning die volgt uit een CRS-proef niet afhankelijk van de keuze van de belastingstappen zoals bij de samendrukkingsproef het geval is.

Consolidatiespanning voor triaxiaalproef en direct simple shear proef De keuze van de consolidatiespanning is bepalend voor de schuifsterkte die wordt gevonden met de triaxiaalproeven en de direct simple shear proeven. Wanneer de consolidatiespanning lager wordt gekozen dan de grensspanning leidt dit tot overgeconsolideerd gedrag van de grond. De grond vertoont dan dilatantie, met name bij een grotere mate van overconsolidatie. Bij dilatantie wordt tijdens afschuiven wateronderspanning in de grond gegenereerd, wat een schijnbare extra sterkte van de grond geeft. Wanneer de grootte van de overconsolidatiegraad (OCR) bekend is, kan de gevonden schuifsterkte hiermee worden omgerekend naar een normaal-geconsolideerde waarde van de schuifsterkte. b Een consolidatiespanning gelijk aan of hoger dan de grensspanning geeft normaal geconsolideerd gedrag van de grond. De grond vertoont dan contractant gedrag. Er wordt dan bij het afschuiven van de grond wateroverspanning gegenereerd. De spanningstoestand van de grond in het terrein is zodanig dat de grond bij afschuiven altijd in meer of mindere mate overgeconsolideerd gedrag zal vertonen. Deze spanningstoestand is het gevolg van erosie, bodemvormende processen, polderpeilfluctuaties en dergelijke. De mate van overconsolidatie kan in het terrein sterk variëren. Het protocol geeft aanwijzingen voor de keuze van de consolidatiespanningen, rekening houdend met bovenstaande opmerkingen.

Triaxiaalproef

Figuur 2 – Mogelijke Mohr cirkels bij de DSS proef; de interpretatie is niet eenduidig omdat slechts 2 spanningen bekend zijn uit de meting. De schetsen geven twee mogelijke bezwijkvormen weer.

12

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Voor de proefstukken wordt een hoogte/diameterverhouding van 2:1 gekozen. De triaxiaalproeven worden uitgevoerd in continue ongedraineerde compressie, na anisotrope consolidatie. Afgezien van de anisotrope consolidatie wordt gewerkt conform NEN 5117 [1]. De verhouding tussen laterale en verticale druk,


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 13

PROTOCOL LABORATORIUMONDERZOEK VOOR TOETSING MACROSTABILITEIT VAN DIJKEN

deze zogenaamde K0-factor, zal voor Nederlandse, niet overgeconsolideerde klei in de buurt van 0,5 liggen. In figuur 1 wordt een voorbeeld gegeven van een mogelijk spanningspad bij afschuiven na anisotrope consolidatie. Bij onverzadigde monsters dient er bij de verzadiging op gelet te worden dat bij het aanbrengen van de backpressure de effectieve spanning in het monster niet hoger wordt dan de consolidatiespanning. Bij anisotrope proeven geldt hierbij de laagste consolidatiespanning. Bij anisostrope proeven mag de anisotrope belasting niet teveel de geschatte K0–lijn van het monster overschrijden. Dit om te voorkomen dat in deze fase het monster tot dichtbij of boven de bezwijkomhullende wordt belast. In de afschuiffase moet men zo lang mogelijk doorschuiven (tot maximale rek) om maximale ontwikkeling van een schuifvlak in het grondmonster te bereiken. Daarmee wordt een schuifsterkte van de grond gemeten, die de zogenaamde critical state sterkte zo goed mogelijk benadert (NB: dit is niet de reststerkte van de grond).

Direct simple shear-proef Voor veenmonsters wordt in het protocol voor de bepaling van de schuifsterkte de direct simple shear proef aangewezen (afkorting: DSS). Vanwege de aard van het materiaal (o.a. horizontale gelaagdheid en mogelijke vezels) wordt de DSSproef als een meer geschikte proef voor veen gezien dan de triaxiaalproef. Voor het uitvoeren van direct simple shear-proeven bestaat geen Nederlandse norm en ook geen CEN/ISO document, maar wel een veelgebruikte ASTM norm, D6528-07 [3]. De zijrand van het grondmonster wordt in de DSSproef gesteund door een verstevigd membraan, zodat de diameter van het monster min of meer constant blijft. Steeds vaker wordt wel een stapel metalen ringen gebruikt om de diameter constant te houden, zie foto 1. Een belangrijk verschil met de directe schuifproef is dat de afschuiving niet opgelegd wordt in het horizontale vlak. De schuifkracht wordt aangebracht aan de bovenzijde van het proefstuk. Het monster kan op meerdere manieren bezwijken, zie figuur 2. De membraanweerstand of de schuifweerstand van de ringenstapel dient bekend te zijn en de proefresultaten moeten hiervoor worden gecorrigeerd. Met name bij slappe grondsoorten en proeven bij lagere spanningsniveaus is deze correctie relevant. In het protocol zijn aanwijzingen gegeven voor het uitvoeren en uitwerken van deze proeven;

hieronder volgt een samenvatting. Het monster wordt voor de DSS-proef eerst geconsolideerd naar het gewenste spanningsniveau. De afschuiffase van de proef moet volgens de ASTM worden uitgevoerd met constante hoogtesturing. Dan reageert het monster in feite ongedraineerd (met een constant volume). De verticale belastingsvariatie wordt gemeten en wordt verondersteld gelijk te zijn aan de waterspanningsverandering. Bij een gedraineerde afschuiffase (met constante belasting en lage afschuifsnelheid) wordt verticale verplaatsing van de bovenzijde van het monster toegelaten. De variatie in de hoogte wordt in dat geval geregistreerd. Afschuiven met constante hoogte heeft de voorkeur. De afschuifsnelheid wordt vastgesteld conform de norm ASTM D 6528–07. Een afschuifsnelheid (uitgedrukt in schuifrek per uur) van circa 5% /uur is gebruikelijk. De maximale afschuifsnelheid is 8%/uur. Dit komt neer op een horizontale vervormingssnelheid in de orde van 1,6 mm/uur. De interpretatie van de meetgegevens is niet vanzelfsprekend, omdat niet alle spanningscomponenten (horizontale druk in membraan, schuifspanningen) bekend zijn en de oriëntatie van een eventueel afschuifvlak onbekend is. Het protocol gaat beperkt in op deze lastige materie (zie figuur 2).

Discussie De auteurs hopen dat het protocol kan bijdragen aan meer eenduidigheid en meer kwaliteit bij geotechnisch laboratorium onderzoek. Dit zal ook een gunstige uitwerking hebben op de toetsing op veiligheid van waterkeringen. De beoogde nieuwe toetsmethode voor macrostabiliteit van dijken zal naar verwachting in 2017 beschikbaar komen binnen het Wettelijk Toetsinstrumentarium 2017. Mogelijk kan de nieuwe toetsmethode al eerder worden toegepast. Het protocol anticipeert op de nieuwe toetsmethode. Beproeven volgens het protocol is niet geschikt voor de huidige werkwijze van stabiliteitsanalyses. Het blijft van belang om de besproken labproeven te combineren met goed opgezet veldonderzoek om meer inzicht te krijgen in de ruimtelijke verdeling van de grondparameters. Dit houdt uiteraard in dat er naast de boringen voldoende sonderingen worden gedaan, waarbij in slappe grond een gevoelige conus moet worden gebruikt, (T-bar of bolconus, zie [10]). Het is daarbij gewenst, dat een deel van de triaxiaal- en simple shearproeven wordt uitgevoerd bij de geschatte terreinspanning. Op deze manier is directe vergelijking van lab- en veldresultaten mogelijk [11].

13

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Dankwoord De auteurs bedanken alle betrokkenen van de geotechnische adviesbureaus en de ingenieursbureaus en Rijkswaterstaat, die op enigerlei wijze een bijdrage hebben geleverd aan de totstandkoming van het protocol. Henk van Hemert van Stowa wordt hartelijk bedankt, omdat hij de totstandkoming van het protocol mogelijk heeft gemaakt. Wijbren Epema heeft namaens Stowa het proces van de totstandkoming van het protocol begeleid, waarvoor de auteurs hem bedanken. Het protocol is verkrijgbaar bij STOWA en bij de auteurs van dit artikel.

Literatuur [1] NEN 5117 Bepaling van schuifweerstandsen vervormingsparameters van grond – Triaxiaalproef. Nederlandse norm, 1e druk, december 1991. [2] Technical Specification. CEN ISO/TS 17892-9 Geotechnical investigation and testing – Laboratory testing of soil – Part 9: Consolidated triaxial compression tests on water-saturated soil. First edition 2004-10-15. [3] ASTM D 6528-07. Standard Test Method for Consolidated Undrained Direct Simple Shear Testing of Cohesive Soils. American Society for the Testing of Materials. [4] ASTM D 4186 – 06 Standard Test Method for One-Dimensional Consolidation Properties of Soils Using Controlled-Strain Loading. American Society for the Testing of Materials. [5] NEN 5118 Bepaling van de een-dimensionale samendrukkingseigenschappen van de grond. Nederlandse norm, 1e druk, december 1991. [6] Technical Specification. CEN ISO/TS 17892-5 Geotechnical investigation and testing – Laboratory testing of soil – Part 5: Incremental loading oedometer test. First edition 2004-10-15. [7] NEN 5104 Classificatie van onverharde grondmonsters. Nederlandse norm, 1e druk, september 1989. [8] Technical Specification. CEN ISO/TS 17892-12 Geotechnical investigation and testing – Laboratory testing of soil – Part 12: Determination of the Atterberg limits. First edition 2004-10-15. [9] Organische-stofgehalte en CaCO3-gehalte. Proef 28. Standaard RAW Bepalingen 2010. CROW Ede. [10] Greeuw, G. Ongedraineerde sterkte uit de T-bar en bolsondering Geotechniek,oktober 2007. [11] Den Haan E.J. Ongedraineerde sterkte van slappe Nederlandse grond: Deel II GEOTECHNIEK – Januari 2011, p. 42. [12] Uitvoering en interpretatie samendrukkingsproef. CUR-aanbeveling 101, 2005. 


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 14

Hoogbelaste heterogene grond

Ing. N.T. (Niki) Loonen ABT (Velp) senior adviseur civiele techniek

ir. M.C.W. (Marco) Kimenai ABT (Velp)senior adviseur geotechniek

geeft de resultaten qua volumegewicht en percentage silt weer. Locatie 1 2 3 4 5 6

De tanks worden uitgevoerd met een afmeting van circa 61 m doorsnede en 24 m hoogte. Het project is op basis van een design & construct contract aanbesteed. ABT heeft in opdracht van de civiele onderaannemer RvB-Infra geadviseerd ten aanzien van de uitvoering van het grondwerk en het watertesten van de tanks en heeft vervolgens voor de bouwcombinatie het verwerken en interpreteren van de monitorings resultaten van het watertesten verzorgd. Twee fenomenen die tijdens de adviesfase zijn onderzocht en in de realisatiefase zijn geverifieerd betreffen de áfname van de waterspanningstoename in de grond tijdens het watertesten van de tanks en de stabiliteit van de met heterogene grond uitgevoerde bundwalls.

[%]

19,1 18,0 18,4 17,7 19,0 19,6

39,1 25,9 40,7 24,7 48,9 38,2

heeft tot doel om, in geval van een calamiteit, de vloeistof van één tank binnen de tankput op te vangen. Over de bundwalls loopt deels een weg waarover incidenteel zwaar verkeer kan rijden. In verband met de beschikbare ruimte is de taludhelling vastgesteld op 1:1,5 (=33,7o). De hoogte van de bundwalls bedraagt 4 m en de kruinbreedte bedraagt 8,0 m voor de brede bundwalls waar verkeer over moet kunnen rijden en 1,5 m voor de smalle bundwalls.

Met een variatie van 25 tot 50% silt is de grond nog altijd relatief heterogeen. De grond laat zich het beste beschrijven als kleiig zand. Ten behoeve van de vereiste stabiliteit bij de gehanteerde taludhelling, zouden de representatieve materiaalparameters voor de hoek van inwendige wrijving 22,5o moeten bedragen en voor de cohesie 4,5 kN/m2. Ten opzichte van de tabel 1 van NEN 6740/tabel 2b van NEN 9997-1 zijn deze waarden relatief progressief.

Bij de aanleg van het tankpark kwam min of meer de hoeveelheid grond vrij die benodigd was om de totaal circa 1700 m lange bundwalls aan te leggen. Om de grond, die bestaat uit lagen klei en zand, enige homogeniteit te geven, is deze met elkaar vermengd. Ten behoeve van de stabiliteitsberekening was het noodzakelijk passende materiaalparameters aan de grond toe te kennen. Aangezien de grond nog vrij heterogeen was, zijn verschillende onderzoeksmethoden gebruikt. Achtereenvolgens is het volgende onderzoek uitgevoerd: – Bepalen volumegewichten, watergehalten en zeefanalyses van geroerde grondmonsters op 6 locaties – Uitvoeren plaatproeven 쏗300mm op 12 locaties – Kleefsonderingen in de dijklichamen op 36 locaties – Proefbelastingen op de dijklichamen op 9 locaties

Plaatdrukproeven

STABILITEIT BUNDWALLS Onderzoek geroerde monsters Het ontwerp van de tankparken voorziet in een bundwall rondom 5 of 6 tanks. Deze bundwall

Silt

[kN/m3]

Tabel 1 - Variatie in nat volumegewicht en percentage silt

Figuur 1 – Artist impression tankpark van totaal 65 tanks.

Ten behoeve van de opslag van brandstoffen voor de firma Vopak wordt in de Eemshaven een tankpark gerealiseerd. Dit project wordt uitgevoerd door de bouwcombinatie Cordeel/Ivens, die de civiel technische werkzaamheden heeft uitbesteed aan de firma RvB Infra. Het tankpark bestaat in de eerste fase uit 11 tanks van ieder circa 60.000 m3. De tanks zijn verdeeld over twee tankputten die ieder zijn omringd door een dijk (een zogenoemde bundwall). Het uiteindelijke tankpark zal in totaal 65 tanks gaan bevatten, zie figuur 1.

ȍn

Op een zestal locaties in de bundwalls is een grondmonster genomen en onderzocht. Tabel 1

14

GEOTECHNIEK – Juli 2013

De plaatbelastingsproeven zijn uitgevoerd met een relatief hoge drukspanning. Met de benodigde representatieve materiaalparameters is een bezwijkbelasting voor de plaatproeven van 122 kN/m2 berekend op basis van de theorie van Prandtl (zonder taludeffecten, daar midden op de kruin getest is). De proeven zijn uitgevoerd tot een druk van 212 kN/m2, welke een factor 1,75 hoger ligt. Met het ruimschoots behalen van de bezwijkbelasting is de materiaalsterkte van de grond indirect aangetoond.

Kleefsonderingen Omdat de plaatproeven alleen informatie geven over de oppervlakkige bodemlagen zijn, verdeeld over de bundwalls, sonderingen uitgevoerd. Een deel van de sonderingen is daarbij op korte tussenafstand uitgevoerd. Wederom bleek de heterogeniteit groot; vergelijk figuur 2 met figuur 3.


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 15

Samenvatting Bij het tankpark voor Vopak te Eemshaven wordt de aanwezige heterogene ondergrond zwaar belast. Enerzijds door de tanks met een diameter van 61 m en een vulhoogte van 20 m en anderzijds door een hoge bovenbelasting op de bundwalls (dijken rondom de tankparken) in verband met een hoge verkeersbelasting.

Door het uitvoeren van onderzoek, uitgebreide modellering, proefbelasting en monitoring bleek er veel meer mogelijk dan aanvankelijk was verwacht. Dit artikel beschrijft de vastgestelde fenomenen.

Figuur 2-3 – Controle sonderingen bundwalls: boven cohesieve lagen. onder : los gepakt zand.

Figuur 4–5 – Resultaat stabiliteitsberekeningen brede bundwalls. Boven:ontwerp, met rekenwaarden materiaalsterkten (variabele belasting op bundwall heeft geen invloed op maatgevend bezwijkvlak). Onder: proefbelasting, met representatieve parameters)

Uit de sonderingen bleek dat op diverse plaatsen, grondlagen met een lagere conusweerstand in combinatie met een laag wrijvingsgetal voorkomen. Dit zou logischerwijs kunnen duiden op los gepakte zandlagen met weinig cohesie.

Proefbelasting In verband met de ‘afwijkende’ resultaten van de sonderingen, is er voor gekozen om de taludstabiliteit aan te tonen middels proefbelastingen. Op basis van de sondeergrafieken zijn de locaties voor de proefbelastingen bepaald; met name die locaties waar de bundwall voornamelijk uit zand is opgebouwd. Met als doel een bezwijkcirkel te testen die nagenoeg gelijk is aan de maatgevende bezwijkcirkel uit het ontwerp en die bovendien door het volledige talud loopt, zijn stabiliteitsberekeningen gemaakt (met representatieve materiaalsterkten ᒌ =22,5o en C=4,5 kN/m2 en een bezwijkveilig-

heid van 1,0 ) om positie, afmetingen en grootte van de proefbelastingen vast te stellen. Voor de smalle bundwalls heeft dit geleid tot een bovenbelasting van tenminste 58 kN/m2 over een breedte van 1,0 m, beginnend op 0,25 m uit de kruin. Voor de brede bundwall geldt 50 kN/m2 over een breedte van 2,0 m, eveneens 0,25 m vanuit de kruin. De proefbelasting dient over een dusdanige lengte aan te grijpen dat het 3D effect aan de uiteinden van de bovenbelasting het proefresultaat niet meer significant beïnvloedt. Uit Plaxis 3D berekeningen (zie figuur 6) volgt dat de lengte van de proefbelasting 18 m zou moeten zijn. Overigens is met Plaxis 3D voor de smalle bundwall een bezwijkbelasting berekend van 57 kN/m2. De smalle bundwalls zijn getest met 35.778 kg per draglineschot, oftewel 59,6 kN/m2. De gemeten verticale zakking varieerde van 15 tot 40 mm direct na aanbrengen van de rijplaten als massa.

15

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Deze zakkingen waren met enkele millimeters toegenomen vlak voor het weer verwijderen van de rijplaten 3 dagen later. De brede bundwalls zijn met 60.369 kg per dubbele draglineschot belast, oftewel 50,3 kN/m2, waarbij de gemeten zakkingen 20 tot 40 mm bedroegen. Deze zakkingen zijn in 3 dagen met maximaal 10 mm nog toegenomen. Ter vergelijking: de ontwerpbelasting voor incidenteel verkeer over de brede bundwalls bedraagt 23 kN/m2 over een breedte van 3,0 m. Op basis van de uitgevoerde grondonderzoeken is vastgesteld dat de bundwalls, welke zijn opgebouwd uit de vrijgekomen heterogene grond, een goede stabiliteit en stijfheid bezitten.

WATERTESTEN VAN DE TANKS Overeenkomstig PGS29 (Publicatiereeks Gevaarlijke Stoffen 29) “Richtlijn voor bovengrondse op-


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 16

slag van brandbare vloeistoffen in verticale cilindrische tanks” moeten alle tanks een watertest ondergaan, onder andere om de stabiliteit van de tanks te controleren. Tevens worden hiermee de restzettingen gereduceerd, zodat in dit geval, compensatie van de zakking in de gebruiksfase niet noodzakelijk zal zijn. De waterbelasting is daarbij hoger dan de brandstofbelastingen tijdens het gebruik.

Waterspanningen De fundering van een tank bestaat uit een ringvormige terp van steenslag onder de tankrand en een zandbed onder de tankbodem. Een belangrijk aspect van het watertesten is de stabiliteit van de tankrand. Bij het vullen van de tank, tot uiteindelijk 20,5 m waterhoogte, nemen in eerste instantie de waterspanningen in de ondergrond toe. Als de tank te snel gevuld zou worden, zou de fundering van de tankrand instabiel kunnen worden.

Figuur 6 – Resultaat Plaxis 3D berekening.

In het ontwerpstadium is met behulp van een axiaal-symmetrisch Plaxis 2D model vastgesteld dat tot 8,5 m watervulling de fundering van de tankrand ook in een volledig ongedraineerde situatie nog voldoende stabiel is, waarbij een veiligheidsfactor (MSF) van 1,15 is aangehouden. De factor 1,15 is overeenkomstig de partiële materiaalfactor uit NEN 6740 voor de tangent op hoek van inwendige wrijving. Door spanningspreiding zijn de wateroverspanningen aan de rand van de tank echter kleiner dan in het midden. Voor de locaties van de waterspanningsopnemers net buiten de funderingsring is, op basis van Plaxis berekeningen, een maximaal toelaatbare wateroverspanning van 10 kPa vastgesteld. Om de duur van het watertesten te prognosticeren zijn consolidatie berekeningen in Plaxis uitgevoerd. Doordat de cohesieve lagen relatief dun zijn en de tussenliggende zandlagen draineren, wordt de waterspanning relatief snel gereduceerd. Voor de stabiliteit van de tankrand zijn voornamelijk de cohesieve lagen op een diepte van enkele meters onder maaiveld relevant. Zie figuur 10. Uit de Plaxis berekening volgde een ontwikkeling van de waterspanning die in eerste instantie vragen opriep. Bij een gelijkmatige vulling van bijvoorbeeld 2,0 m per dag neemt de waterspanning namelijk in eerste instantie geleidelijk toe. Vervolgens stabiliseert de waterspanning zich, om daarna af te nemen, terwijl er wel nog steeds een toename is van de watervulling.

Figuur 7 - 8 – Boven: aanleggen draglineschotten op 0,25 m uit de rand / Onder: stalen rijplaten als massa.

16

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Er wordt daarom in dit artikel nader ingegaan op het consolidatieproces bij het watertesten, te


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 17

HOOGBEL ASTE HETEROGENE GROND

Figuur 9 – Luchtfoto tankpark tijdens realisatie. Figuur 10 – Representatieve sondering tankpark.

Figuur 12 – Geometri Plaxis voor één-dimensionale consolidatie.

Figuur 11 – Eén-dimensionale consolidatie.

beginnen bij de theorie van Terzaghi betreffende één dimensionale consolidatie. Door Terzaghi is de volgende differentiaalvergelijking opgesteld:

De consolidatie coëfficiënt is hierin gedefinieerd als:

In onder ander Verruijt (1990) is de exacte analytische oplossing van deze differentiaal vergelijking gegeven. Op basis van de analytische oplossing blijkt dat in het geval van een relatief langzame, lineaire toename van de belasting, de wateroverspanning

vanaf de start snel oploopt, maar dat de toename daarna steeds kleiner wordt. De maximale waterspanning wordt asymptotisch benaderd totdat de belasting niet meer toeneemt. Bij gelijk blijvende belasting, nemen de wateroverspanningen door dissipatie snel weer af (zie figuur 11). Dit één-dimensionale consolidatieprobleem kan ook snel met behulp van Plaxis 2D bekeken worden, waarbij de volgende eenvoudige geometrie (figuur 12) gebruikt wordt. Met een lineair elastisch materiaal wordt een verloop van de wateroverspanning gevonden die goed overeenkomt met de analytische oplossing. Hierbij wordt de consolidatiecoëfficiënt gedefinieerd als:

17

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Bij het lineair elastisch materiaal model (LE) zijn de ky en de Eoed constant en daarmee ook de cv. Bij een materiaal model waarbij de stijfheid Eoed spanningsafhankelijk is, zoals het Hardening Soil model (HS) of het Soft Soil Creep model (SSC), wordt de cv ook spanningsafhankelijk. Het verloop van de wateroverspanning ziet er dan ineens heel anders uit; de wateroverspanningen lopen in eerste instantie iets hoger op, maar nemen vervolgens snel weer af, ondanks dat de belasting nog steeds toeneemt. Hierbij zijn de zettingsparameters van de 3 modellen LE, HS en SSC, zodanig op elkaar afgestemd, dat na consolidatie dezelfde eindzetting berekend wordt. (Met de flow-para-


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 18

meter ck kan in Plaxis de verticale doorlatendheid ky ook spanningsafhankelijk gemaakt worden. Dit is in de hier gepubliceerde modelstudies niet gedaan.) De volgende stap is om Plaxis het verloop van de wateroverspanningen te laten berekenen onder een opslagtank, die in de tijd gelijkmatig gevuld wordt met water. Voor een dergelijke situatie gaat de vergelijking van Terzaghi niet meer op. In plaats van zou beschouwd moeten worden, waarin e de volumerek is. In Plaxis is de correcte differentiaalvergelijking impliciet gemodelleerd.

Figuur 13 – Consolidatie onder tank, bij een lineaire toename van de vulling.

Wordt voor de ongedraineerde laag achtereenvolgens het HS en SSC model beschouwd, dan blijkt dat in het midden onder de tank het verloop van de wateroverspanningen nagenoeg conform de één dimensionale beschouwingen verloopt. Zij het dat bij het SSC-model er na de start er een rust periode lijkt te zijn waarbij de wateroverspanningen even nagenoeg constant blijven. Aan de rand van de tank lopen de wateroverspanningen minder snel en minder hoog op en komen daarmee redelijk overeen met het verloop bij het LEmodel. Dit is te verklaren door het feit dat door de beperkte belastingspreiding op de beschouwde diepte, de grondspanningen aan de rand van de tank veel minder oplopen (op het beschouwde punt bedraagt de toename slechts 6 kPa), waardoor de cv-waarde van het HS- en SSC-model voor de rand ook nauwelijks meer is toegenomen.

Figuur 14 – gemeten waterspanningen tijdens watertest.

Figuur 15 – Consolidatie onder tankrand, bij daadwerkelijk vulpatroon.

18

Daarom is in Plaxis 2D een axiaal symmetrisch mesh opgezet, waarin één grondlaag van 3 m dik als ongedraineerd wordt beschouwd. Als eerste wordt de ongedraineerde grondlaag met het LE model beschouwd. Het verloop van de wateroverspanningen onder het midden van de opslag tank vertoont hetzelfde patroon als bij de één dimensionale beschouwing, zij het dat het maximum een 15% hoger ligt (figuur 13). De wateroverspanningen aan de rand van de tank verlopen heel anders dan in het midden; de wateroverspanningen nemen iets minder snel toe, lopen veel minder hoog op en nemen al weer af, nog voordat de belastingtoename gestopt is. Het verloop komt daarmee al wat meer overeen met het spanningsafhankelijke grondmodellen uit de één dimensionale beschouwing, zij het dat de grootte van de wateroverspanningen kleiner blijven.

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Gedurende het watertesten van de verschillende tanks zijn waterspanningen in de ondergrond en zettingen van de tankrand gemeten. Om het waterspanningsverloop in de kleilagen te controleren zijn per tank 2 tot 3 waterspanningsmeters geplaatst in de ondiepe kleilagen (NAP -1,2 m en NAP -2,8 m). Hierbij mochten de gemeten water-


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 19

HOOGBEL ASTE HETEROGENE GROND

Figuur 16 – Gemeten wateroverspanningen vergeleken met Plaxis SSC.

Figuur 18 – Resultaat zakkingsmetingen watertesten.

overspanningen tijdens het vullen niet boven de 10 kPa uitkomen ( in het ontwerpstadium reeds vastgestelde grenswaarde op basis van Plaxis 2D ) en moesten de watertest doorgezet worden totdat de gemeten zettingssnelheid onder de 1 mm per dag was uitgekomen (eis uit de EEMUA-159 welke door PGS 29 wordt aangestuurd). De waterspanningsmeters, welke net naast de fundatiering van de tankwand geplaatst zijn, lieten een verloop zien waarbij de waterspanning in eerste instantie relatief snel oploopt om vervolgens te stabiliseren en af te nemen (figuur 14). Het “zaagtand” effect in de metingen is te wijten aan het feit dat het vullen van de tanks met tussenpossen gaat; is op een dag reeds circa 2 meter water bijgevuld, dan worden de pompen voor de rest van de dag uitgezet.

Figuur 17 – Gemeten zettingen vergeleken met Plaxis SSC.

Figuur 19 – Plaxis 3D berekening van het watertesten (eerste 2 tanks).

Na 4 dagen wordt de hoogste waterspanning bereikt, waarna de waterspanning min of meer gelijkmatig afneemt. Wordt in het Axiaal-symmetrisch model de daadwerkelijke vulsnelheid aangehouden, dan laat Plaxis bij al de drie de materiaal modellen een dergelijk zaagtand effect zien in het verloop van de berekende wateroverspanningen (figuur 15). Net als bij de lineaire vulling en de één dimensionale consolidatie nemen de wateroverspanningen bij het SSC-model in het begin niet zo hard toe, in vergelijking met het LE- of HS-model. Zo ook verloopt het afnemen van de waterspanningen tijdens de perioden dat er niet gevuld wordt, minder snel. Daaruit zou men kunnen afleiden dat de uiteindelijke cv-waarde voor het SSC-model kleiner is, ondanks dat voor de 3 modellen een-

19

GEOTECHNIEK – Juli 2013

zelfde doorlatendheid k en nagenoeg eenzelfde zetting van de tankrand berekend is op het moment van einde vullen, zie tabel 2. Model kx=ky [m/dag] Zetting [mm] 1D (1,5 m hoog) Lineaire vulling Werkelijke vulling

LE 0,01

HS 0,01

SSC 0,011

75 235 216

50 210 215

75 199 220

Tabel 2 – Doorlatendheid en berekende zetting Het blijkt dat het SSC-model bij back-analysis het beste te fitten is op de resultaten van de waterspanningsmeters (zie figuur 16).

Zettingen Uit de zettingsmetingen blijkt dat de tanks nog


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 20

steeds zakken op het moment dat de gemeten wateroverspanningen zo goed als verdwenen zijn. Hieruit is te concluderen dat de ondergrond aan kruip onderhevig is. Het is daarom niet verwonderlijk dat het verloop van de gemeten zettingen achteraf opnieuw met het SSC-model het beste te fitten zijn. Zie figuur 17. Op basis van de resultaten van de zakkingsmetingen aan alle 11 opslagtanks kan worden vastgesteld dat de gemiddelde zakking van de tanks achteraf relatief goed is geprognosticeerd. Zie figuur 18. De berekende zakkingsverschillen over een tankrand bleken echter royaal te zijn overschat. De analyse achteraf is dat de overschatting veroorzaakt wordt doordat per tank 10 keer een zetting wordt berekend op basis van de bijbehorende 10 sonderingen. Dan wordt echter geen rekening gehouden met het feit dat door belastingspreiding in de grond onderlinge verschillen in bodemopbouw genivelleerd worden. Eerste berekeningen van één tank in Plaxis 3D bevestigen dat met geavanceerder rekenen nauwkeurigere resultaten kunnen worden bereikt. Deze mogelijkheid zal voor toekomstige projecten dan ook zeker worden overwogen. Indien alle tanks van een tankput in een 3D bere-

kening gemodelleerd worden, dan wordt tevens ook de mogelijke onderlinge beïnvloeding van de tanks beschouwd (zie figuur 19). Voor de eerste twee tankputten van Vopak Eemshaven blijkt dat de afstand tussen de tanks dusdanig groot is dat onderlinge beïnvloeding minimaal is. Pas op grotere diepte nemen de korrelspanning onder de ene tank toe als gevolg van het vullen van een naast gelegen tank. En op die grotere diepte komen, in het geval van tankpark Eemshaven, zettingsgevoelige lagen nagenoeg niet meer voor.

CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN Een design & construct contract bied een aannemer de mogelijkheid om verschillende grondlagen die vrij komen bij de aanleg van een tankput, met elkaar te vermengen en te hergebruiken voor de opbouw van bundwalls rondom een tankput. Wel dient dan op basis van aanvullend onderzoek op de verkregen heterogene grond aangetoond te worden dat de vereiste sterkte parameters overal gehaald worden. Met plaatdrukproeven, sonderingen en proefbelastingen is voor de eerste twee tankputten van het tankpark Vopak te Eemshaven aangetoond dat de verkregen stabiliteit van de bundwalls voldoende groot is.

Bij het watertesten van een opslagtank is de stabiliteit van de ringfundering onder de tankwand een belangrijk aspect. Omdat wateroverspanningen onder de fundering tijdens het vullen van de tank niet te hoog mogen oplopen, worden deze in de ondergrond gemonitoord. Het verloop van de waterspanningen in cohesieve lagen wordt naast de consolidatiecoëfficiënt van de betreffende grondlaag, ook bepaald door het vulpatroon tijdens het watertesten. Bovendien blijkt uit modelberekeningen dat als gevolg van spanningsspreiding de opbouw en dissipatie van wateroverspanningen onder het midden van een tank wel eens heel anders kan verlopen dan aan de rand van de tank waar daadwerkelijk gemeten wordt. Het wordt dan ook aanbevolen om bij het watertesten van een tank ook eens onder het midden van de tank de waterspanning te monitoren, om zo te achterhalen in hoeverre de consolidatiecoëfficiënt nu spanningsafhankelijk is. Gezien de grootte van de tanks kunnen zettingen nauwkeuriger voorspeelt worden aan de hand van 3-dimensionale berekeningen, waarin de lokale variaties in de ondergrond meegenomen zijn. Door belastingspreiding in de grond worden deze verschillen namelijk genivelleerd en blijven zettingsverschillen over de tankrand beperkter.  

Plaats op Actueel uw nieuwste ontwikkelingen.

Uw ‘highlights’ kunnen hier op Home een prominente plaats krijgen

Uw banner hier verwijst direct naar uw website.

Uw actuele nieuws staat het beste op www.vakbladgeotechniek.nl www.vakbladgeotechniek.nl is een eerste aanspreekpunt voor nieuws uit de wereld van geotechniek. Plaats uw nieuws in de rubriek ‘Actueel’. Of kies voor een ‘web-vertorial’, gebruik de vacature-pagina, plaats een banner die naar uw site verwijst. Bespreek de mogelijkheden met Educom, uitgever online en in druk: 010 - 425 6544 www.uitgeverijeducom.nl


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 21


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 22

Ingezonden

Reactie op De Luxemburgse bodem en de zwakke Rhät klei Artikel door Prof. Dr. Ir. Stefan van Baars, B.Sc. Miguel Bautista, Dipl.-Geol. en Rolf Becker in Geotechniek jaargang 17, nummer 2, april 2013 Alexander van Duinen Deltares Cor Zwanenburg Deltares

datieratio van de Rhät-klei zou dus een reden kunnen zijn voor de lage A factoren die de auteurs hebben gevonden.

De auteurs Van Baars, Bautista en Becker hebben een interessant artikel geschreven over de Luxemburgse bodem en de zwakke Rhät klei. Interessant om in het Nederlandstalige geotechnische vakblad kennis te kunnen nemen van deze voor veel Nederlandse en Vlaamse geotechnici onbekende grondlagen. Getuige de illustraties bij het artikel is het onderzoek dat door de auteurs wordt uitgevoerd ook voor de Luxemburgse samenleving relevant. Aan het einde van het artikel wordt door de auteurs de voorlopige conclusie getrokken dat de Luxemburgse Rhät-klei wel eens een klei met de laagste (piek) wrijvingshoek ter wereld zou kunnen zijn. Om definitieve conclusies te kunnen trekken maken de auteurs plannen voor een vervolg van het onderzoek. Na het lezen van het artikel over het eerste deel van het onderzoek naar de Rhät-klei blijven er diverse vragen over. De intrigerende voorlopige conclusie die in het artikel wordt getrokken draagt hier ook aan bij. Zo wordt in het artikel summier ingegaan op de aard van de klei. Het zou interessant zijn om te weten wat het type kleimineralen in deze klei is. Daarnaast ook wat de samenstelling van de klei is in percentages klei, zand en silt. Ook de plasticiteitsindex is niet vermeld.

In het artikel wordt niet ingegaan op de belastinggeschiedenis van de kleilaag. De kleilaag ligt op een constante hoogte, maar de diepte ten opzichte van het maaiveld is door de gevarieerde erosie sterk wisselend, leggen de auteurs uit. Wat betekent dit voor de actuele verticale effectieve spanning en voor de overconsolidatieratio van de klei? Dit is belangrijke informatie om de gepresenteerde resultaten van de triaxiaalproeven te kunnen duiden. Een ander relevant punt is of de klei in het veld zich in verzadigde of onverzadigde toestand bevindt en of er sprake is van structuurvorming in de kleilaag. Ten aanzien van de resultaten van de triaxiaalproeven zou het presenteren van spanningspaden (in s’:t- of p’:q-diagram) en spanning-rek curves (t/s’:ε- of q/p’:ε-diagram) meer inzicht kunnen geven aan de lezers in het gedrag van de monsters tijdens de afschuiffase van de triaxiaalproeven. Er wordt door de auteurs wel het een en ander verteld over de Skempton A factoren, maar spanningspaden geven veel meer inzicht dan Mohrcirkels. Overigens hebben Roscoe et al. (1958) al laten zien dat er een verband is tussen de Skempton A factor en de overconsolidatieratio. Ook de overconsoli-

22

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Op basis van de verkregen Mohr-cirkels hebben de auteurs een rechte Mohr-Coulomb lijn verondersteld. Daarbij is de Mohr-Coulomb lijn lineair geëxtrapoleerd vanaf de Mohr-cirkel van de laagste opgelegde consolidatiespanning van 300 kPa naar de spanning van 0 kPa. In dit lagere spanningsbereik zijn blijkbaar geen triaxiaalproeven uitgevoerd. Lineair extrapoleren naar de lagere spanningen is in de geotechniek gangbaar, maar in dit geval is de stap erg groot. In het artikel wordt gerefereerd aan Londen-klei. Burland (1990), Terzaghi et al. (1996) en Gasparre (2005) laten zien dat Londen-klei een gekromde Mohr-Coulomb lijn heeft, met een heel lage cohesie (bij σ Cl v = 0 kPa). Wellicht geldt dit ook voor de Rhät-klei. Ook wordt gerefereerd aan Nederlandse kleien, waarvoor een minimale hoek van inwendige wrijving van 17,5 graden mag worden aangehouden. Voor dit laatste geldt dat dit het gebied van de lagere spanningen betreft (tot σ Cl v ≈ 100 kPa), waar de auteurs geen triaxiaalproeven hebben uitgevoerd. Met één of meer triaxiaalproeven op de Rhät-klei bij lagere consolidatiespanningen zou kunnen blijken dat de hoek van inwendige wrijving in dat lagere spanningsbereik niet veel afwijkt van wat in Nederland mag worden toegepast. Dat zou dan ook aansluiten bij een gekromde Mohr-Coulomb lijn, zoals dat ook voor Londen-klei is vastgesteld. De hoek van inwendige wrijving is dan uiteraard geen vaste waarde, maar een waarde die afneemt bij toename van het spanningsniveau. In het licht van de voorlopige conclusie in het artikel zou het interessant zijn wanneer de auteurs aanvullende gegevens over de Rhät-klei zouden kunnen laten zien. Wanneer deze gegevens op dit moment nog niet beschikbaar zijn, kan het verzamelen van deze gegevens wellicht worden gecombineerd met het vervolgonderzoek, dat door de auteurs wordt voorbereid.


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 23

Ingezonden Referenties – Burland, J. B. (1990). On the compressibility and shear strength of natural clays. Géotechnique 40, No. 3, 329-378. – Gasparre, A. (2005). Advanced laboratory characterisation of London clay. Imperial College London. PhD thesis. – Roscoe, K.H., Schofield, A.N. & Wroth, C.P. (1958). On the yielding of soils. Géotechnique 8, No. 1, 22-53. – Terzaghi, K., Peck, R.B. & Mesri, G. (1996). Soil Mechanics in Engineering Practise. Third Edition. John Wiley & Sons, Inc. New-York.

dezelfde resultaten worden behaald. Vervolgens komt de vraag hoe het mogelijk is dat een wrijvingshoek zo laag is. Die vraag speelt natuurlijk ook bij ons. Wij delen dan ook grotendeels de visie van Van Duinen en Zwanenburg. Helaas is er geen literatuur die zegt dat bij een bepaalde klei/zand verhouding, of bij een bepaalde plasticiteitsindex een dergelijke lage wrijvingshoek te verwachten is, simpelweg om dat een dergelijk lage waarde niet eerder is gevonden. In een uitgebreider vervolgonderzoek moeten al die punten toch voor de volledigheid onderzocht gaan worden. Overigens is het zandgehalte van de klei hoog. Echter die korrels drijven als het waren in de klei en lijken dus geen extra wrijvingsweerstand op te bouwen.

_________________________

Antwoord op de reactie van Van Duinen en Zwanenburg Een onderzoek bestaat vaak uit meerdere fasen. De eerste fase was om een verklaring te vinden voor de vele problemen bij bouwputten in de buurt van de Rhät-klei. Die lijkt nu gevonden in de lage wrijvingshoek. In een vervolgfase zal eerst moeten worden gekeken of met nieuwe en ook betere monsters opnieuw

De belastingsgeschiedenis is bekend gezien de geologie: de klei is vroeger erg zwaar belast geweest en in de loop van de tijd door erosie weer in de buurt van het oppervlak gekomen. De overconsolidatieratio van de klei is dus erg groot en de actuele effectieve spanningen zeer klein. We vermoeden dat dit essentieel is voor de lage wrijvingshoek, maar daarvoor bestaat nog geen gevestigde theorie. Omdat het hier steeds om hellingen in erosiegebieden handelt, is de grond slechts gedeeltelijk verzadigd. Ook dat kan, gecom-

bineerd met de hoge overconsolidatieratio, invloed hebben op de resultaten want tijdens het consolideren is gepoogd om het monster volledig te verzadigen. Vandaar ook een belastingsfase zowel zonder als met backpressure, om de waterspanningsverandering beter te kunnen meten, echter er worden tijdens belasten en bezwijken nauwelijks veranderingen van de waterspanningen gemeten, hetgeen een lage Skempton A factor oplevert en dus ook een effectief spanningspad die nagenoeg gelijk is aan het totale spaningpad. De spanning-rek grafieken laten een redelijk normaal beeld zien tijdens de afschuiffase (zie figuur A1 hieronder). Ook geven de eindresultaten geen aanwijzingen die afwijken van een rechte Coulomb-lijn. Echter we delen de mening dat een triaxiaalproeven met lagere celspanningen in het vervolgonderzoek onontbeerlijk zijn, zodat niets bij voorbaat wordt uitgesloten, én dat andere deskundigen hierbij worden betrokken. Ik zou dan ook willen voorstellen dat we onze krachten bundelen in dit misterie van de lage wrijvingshoek. Stefan van Baars Universiteit van Luxemburg


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 24

SBRCURnet info Onder redactie van Ing. Fred Jonker

Update van de Commissies Fusie CURNET en SBR - vervolg Op 4 maart jl. zijn SBR en CURNET gefuseerd tot de nieuwe organisatie SBRCURnet. Zoals eerder gemeld, zal er inhoudelijk niet zoveel veranderen; de aanpak van onderzoek en ontwikkeling op het gebied van de geotechniek blijft zoals die was: in nauwe samenwerking met de sector, en gesteund door de overkoepelende commissie CUR-Geo. SBRCURnet heeft een eigen nieuw logo ontwikkeld. Een logo waarin het woordbeeld en beeldmerk met elkaar zijn geïntegreerd. Een logo als een stempel dat past bij een organisatie met een

CUR-Aanbeveling 109 “Akoestisch doormeten van betonnen funderingspalen” In het vorige nummer van “Geotechniek” is gemeld dat een breed samengestelde CUR commissie bezig is met herziening van CUR-Aanbeveling 109 ‘Akoestisch doormeten van betonnen funderingspalen’. Inmiddels heeft deze CUR commissie VC 99 haar werkzaamheden afgerond. In de herziene Aanbeveling is de berekening voor de optimale pulsduur van het meetsignaal aangepast en de

meetprocedure verder verfijnd. Ook de bij de interpretatie toe te passen parameters zoals filtering, versterking en aan te houden golfvoortplantingssnelheid zijn nader gedetailleerd. Het overzicht van meetapparatuur is geactualiseerd. Tevens zijn nieuwe voorbeelden uit de meetpraktijk toegevoegd. Tot slot is een aantal kleine tekstuele verbeteringen aangebracht. De herziene CUR-Aanbeveling 109 is te downloaden via www.cur-aanbevelingen.nl voor € 35,-.

CUR 166 “Damwandconstructies” erratum Er is wat discussie/onduidelijkheid over de indeling in de nieuwe veiligheidsklassen. Onderstaand een voorstel van de rapporteur ir. H.L. Jansen voor een erratum/aanvulling betreffende deel 1 van CUR 166. Voor deel 2 is eenzelfde erratum opgesteld voor hoofdstuk 2.4.2. Het complete erratum is te downloaden via www.curbouweninfra.nl

2.2 Veiligheidsniveau en ontwerpbenaderingen ....... Conform NEN-EN 1990 worden damwandconstructies ingedeeld in de volgende 3 veiligheidsklassen beschouwd: – CC1/RC1:geringe gevolgen ten aanzien van het verlies van mensenlevens en/of kleine of verwaarloosbare economische of sociale gevolgen of gevolgen voor de omgeving; bijvoorbeeld een on-

24

GEOTECHNIEK – Juli 2013

veelzijdig gezicht en een autoriteit is op het gebied van kennis in deze sector. Het logo draagt een nieuwe ambitie/belofte uit en omsluit twee kennisplatforms met een eigen autonomiteit. Bewust is afgestapt van de oorspronkelijke blauwe kleuren uit het SBR- en CURNET-logo en is ge-kozen voor oranje. We vonden het belangrijk de nieuwe ambities die deze fusie beoogt kracht bij te zetten door een omslag in kleur. Oranje is naast de kleur van nationale ambities ook de kleur van verbinding maken, samenwerken, ondersteuning, creativiteit, dynamiek en energie.

diepe bouwput (een-laags kelder) en een kademuur met een beperkte kerende hoogte (max. 5 m); – CC2/RC2:middelmatige gevolgen ten aanzien van het verlies van mensenlevens en/of aanzienlijke economische of sociale gevolgen of gevolgen voor de omgeving; bijvoorbeeld een diepe bouwput (twee of meer bouwlagen) in binnenstedelijk gebied, een damwand langs een binnenwater en een kadewand van een zeehaven met een grote kerende hoogte (> 5 m); – CC3/RC3:grote gevolgen ten aanzien van het verlies van mensenlevens (enkele tientallen) en/of zeer grote economische of sociale gevolgen voor de omgeving; bijvoorbeeld bij bijzondere constructies en (damwanden in) een primaire waterkering. De uiteindelijke keuze van de klasse wordt per project bepaald op basis van een afweging van risico's ten aanzien van mensenlevens en economie. Veelrijwel alle damwandconstructies voor ondiepe bouwputten, grondkeringen en waterkeringen (exclusief primaire waterkeringen) behoren tot veiligheidsklasse RC1 volgens NEN-EN 1990CURII, dat wil zeggen de vroegere klasse CURII RC1 volgens NEN-EN 1990. Het verschil in ȋ-waarden is gering en daarom acceptabel. De neiging om 'standaard' damwandconstructies altijd in de zwaarste klasse (RC3 CURIII respectievelijk CURIIIRC3) in te delen, kan leiden tot onnodig zware constructies. Ook voor het ontwerp van kademuren met een kerende hoogte tot 5 m wordt volgens CUR-publicatie 211HQuay Walls andboek Kademuren uitge-


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 25

SBRCURnet info

gaan van veiligheidsklasse RC1. Alleen voor damwanden of kademuren die deel uitmaken van een primaire waterkering geldt veiligheidsklasse RC3.

verzendkosten) te bestellen via www.curnet.nl

Kwaliteit van grondonderzoek In het nummer van oktober 2011 is melding gemaakt van een gehouden workshop onder het thema ‘Geotechnisch ontwerpen- van grondonderzoek tot gerealiseerd project’. Die workshop werd gehouden op initiatief van de VOTB, de Vereniging van Ondernemers in Technisch Bodemonderzoek. Als vervolg daarop is een plan van aanpak geschreven en financiering geregeld om de eerste stap te zetten. Die stap betreft het uitvoeren van een vergelijkend onderzoek naar de mate van verstoring bij verschillende boor- en monsternametechnieken en de invloed hiervan op de uitkomsten van laboratoriumproeven.

SBR Trillingsrichtlijn, deel A “Schade aan gebouwen” In de SBR-trillingsrichtlijn wordt voor diverse bouwwerken aangegeven bij welke trillingssnelheid, door middel van een grenswaarde, er kans op schade kan optreden. De kans op schade is mede afhankelijk van de constructiewijze, de huidige staat van het bouwwerk en het type fundering. Dit houdt dus niet in dat bij overschrijding van de grenswaarde er ook daadwerkelijk schade optreedt. Zelfs bij een ruime overschrijding zou het wel eens zo kunnen zijn dat er uiteindelijk geen schade optreedt. Niet alleen trillingen als gevolg van de hierboven genoemde aanleidingen kunnen schade veroorzaken. Ook trillingen als gevolg van een aardbeving kunnen leiden tot schade. Hierover wordt in de SBR-trillingsrichtlijnen (nog) niets gezegd. De SBR commissie die zich ontfermt over de actualisatie van de SBR-trillingsrichtlijnen is van mening dat onderzocht dient te worden of de grenswaarden te conservatief zijn ingestoken. Niet alleen de grenswaarden dienen te worden onderzocht, ook wordt bekeken of de beschrijving van de drie categorieën (categorie 1: hoofddraagconstructies in beton of hout; categorie 2: draagconstructies in metselwerk; categorie 3: monumentale gebouwen met cultuurhistorische waarde) nog relevant is. Daarnaast zou er één en ander verbeterd kunnen worden in de leesbaarheid van de richtlijnen. Er ligt een voorstel voor actualisatie dat door de SBRcommissie wordt ondersteund. De financiering voor realisatie van de actualisatie moet nog worden geregeld.

Risicogestuurd Grondonderzoek (CUR publicatie 247) Op welke wijze maak je per projectfase verantwoorde en risicogestuurde keuzes voor grondonderzoek? Deze vraag staat centraal in de nieuwe CUR-richtlijn 247 ‘Risicogestuurd Grondonderzoek’. De richtlijn is een gezamenlijke uitgave van CUR Bouw & Infra en Geo-Impuls.

Het kunnen beschikken over grondonderzoek van de juiste omvang en soort, is een belangrijke voorwaarde voor succes bij de aanleg van infrastructuur, waarbij projecten binnen de geplande tijd en kosten worden uitgevoerd. De veranderde rolverdeling tussen opdrachtgever en opdrachtnemer, en de doelstelling om de innovatiekracht van de markt optimaal te benutten, hebben geleid tot de behoefte aan een richtlijn die aangeeft welk grondonderzoek in welke projectfase moet worden uitgevoerd. In de nieuwe richtlijn is per projectfase vastgelegd op welke wijze verantwoorde en risicogestuurde keuzes voor uit te voeren grondonderzoek kunnen worden gemaakt. De genoemde projectfasen variëren hierbij van Initiatieffase tot Definitief Ontwerp. Tevens is de rol van zowel opdrachtgever als opdrachtnemer aangegeven per projectfase, waarbij onderscheid is gemaakt naar verschillende contractvormen. Voor een groot aantal typen civieltechnische constructies is deze aanpak uitgewerkt en uitgebreid beschreven. De opzet van de rapportage vormt tevens een raamwerk waarbinnen desgewenst in de toekomst nog andere constructietypen kunnen worden opgenomen. CUR-richtlijn 247 is voor € 50,- (incl. BTW en

25

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Het resultaat van het vergelijkende onderzoek zal leiden tot een beter inzicht in de kwaliteits ver-schillen tussen de verschillende boor- en bemonsteringstechnieken en als gevolg daarvan een heroverweging van de voor een bepaald soort laboratoriumonderzoek gebruikelijke wijze van boren en bemonsteren. Het onderzoek richt zich in deze fase op het materiaal veen. Veen is vermoedelijk niet de meest uitgelezen grondsoort om verschillen te onderzoeken, maar anderzijds staat deze grondsoort centraal bij bv. toetsing van waterkeringen. In een later stadium kan een uitgebreider proevenprogramma worden vastgesteld, waarbij andere technieken, meerdere grondsoorten (humeuze klei, siltige klei) en een meer uitgebreid laboratorium onderzoek aan de orde komen. De volgende boor- en bemonsteringstechnieken worden betrokken: – Ackermann steekbus, geslagen in de bodem van een met verbuizing gepulst boorgat – Idem, doch weggedrukt – Begemannboring – Stationary Piston Sampler – Holle avegaar met kernbuis en liner – Monstername dmv Sonic Drilling Het onderzoek levert eind 2013 resultaten. Tijdens de Geotechniekdag van 5 november a.s. zal dit project worden gepresenteerd. 


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 26

Een vergelijking tussen laboratoriumproeven en veldmetingen

De bepaling van sterkteeigenschappen van veen Inleiding Sinds enkele decennia wordt er gerekend aan de stabiliteit van bestaande waterkeringen, toch blijkt het nog altijd lastig sterkte parameters voor met name humeuze klei- en veenlagen vast te stellen. In het blad Geotechniek is met enige regelmaat aandacht voor parameterbepaling van (slappe) grond ten behoeve van de stabiliteitsanalyse van waterkeringen (Koelewijn et al 2002, 2003, Lindenberg et al 2003, Den Haan 2006, 2010, 2011, Duinen & Calle 2006, Greeuw 2007, Golovanova 2009, Stoop 2010). De discussie spitst zich toe op de wijze waarop laboratoriumproeven

moeten worden uitgevoerd en geïnterpreteerd om representatief te zijn voor het gedrag van de originele grondlaag waaruit de beproefde monters zijn gestoken. Om de discussie een stap verder te brengen hebben het Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier en Rijkswaterstaat-Waterdienst het initiatief genomen tot het uitvoeren van een praktijkonderzoek waarin de nadruk ligt op grootschalige bezwijkproeven in het veld. Het onderzoek, onder de titel praktijkonderzoek Dijken op Veen, richt zich specifiek op het bepalen van sterkte eigenschappen van veen ten behoeve van stabiliteitsberekeningen van bestaande dijken.

Dr. Ir. C. (Cor) Zwanenburg Deltares, Geo-engineering

Het totale onderzoek is te groot om in één artikel te beschrijven. Dit artikel gaat specifiek in op de sterkte bij lage spanningen, de situatie die zich aan de teen van het dijklichaam en het achterland voordoet.

Proefveld Het proefveld is gelegen langs de Markermeerdijk, Noord-Holland, ten noorden van het dorp Uitdam. Op het terrein is een groot aantal boringen en sonderingen uitgevoerd. Figuur 1 geeft een overzicht van de gevonden grondopbouw ter plaatse. Het totale slappe lagenpakket is ter plaatse circa 10 m dik. Na een kleiige toplaag van enkele decimeters volgt een veenlaag met een dikte van 4,5 à 5 m. Op hoofdlijnen is de veenlaag te omschrijven als riet-zeggeveen met een indeling in de Von Post classificatie als H2 tot H3; weinig vergane plantenresten waaruit helder water wordt geperst. Figuur 2 geeft de geotechnische karakterisering van de veenlaag en deels van de onderliggende kleilaag. De linkergrafiek geeft het verloop van de dichtheid van het veen en de dichtheid van de vaste stof in de diepte. De overgang van de veenlaag naar de onderliggende kleilagen is duidelijk zichtbaar in de toename in dichtheid vaste stof. De dichtheid van het veen is, met uitzondering van de

Figuur 1 – Opbouw ondergrond ter plaatse van het proefveld.

26

Figuur 2 - Karakterisering van de veenlaag, links natuurlijke dichtheid en dichtheid vaste stof [t/m3], midden watergehalte, w [ - ] en rechts gloeiverlies N [ - ].

GEOTECHNIEK – Juli 2013


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 27

Samenvatting De waarde van de bepaling van sterkte – eigenschappen van veen; een vergelijking tussen laboratoriumproeven en veldmetingen. Ondanks de lange ervaring met het toetsen van de stabiliteit van bestaande dijken blijft het lastig sterkte eigenschappen van met name veen en humeuze klei te bepalen. Hiervan getuigt een relatief grote hoeveelheid artikelen die in Geotechniek over dit onderwerp zijn verschenen. Dit artikel beschrijft enkele

grootschalige bezwijkproeven. In deze bezwijkproeven is grootschalig bezwijken in een veenlaag opgewekt waarna de resultaten zijn vergeleken met de resultaten van conventionele en minder conventionele laboratoriumproeven. Hieruit volgt dat het sterkte-gedrag van veen minder mysterieus blijkt dan in de dagelijkse ingenieurspraktijk soms wordt verondersteld.

Figuur 4 - Schets uitvoeringswijze proeven 1 en 2.

Figuur 3 - Verloop grensspanning, Ȝvc en K0 met de diepte.

toplaag, nauwelijks groter is dan de dichtheid van water. De middelste figuur toont het verloop van het watergehalte, w. Hierbij is het watergehalte niet in een percentage uitgedrukt. Ook in het verloop van het watergehalte is de overgang van de veenlaag naar de onderliggende kleilaag duidelijk herkenbaar. De rechtergrafiek toont het gloeiverlies, N. De gevonden waarden uit figuur 2 sluiten goed aan bij de omschrijving van Nederlandse veensoorten uit Den Haan & Kruse (2007). Uit de booropbrengst van twee boringen zijn met halve meter onderlinge afstand proefstukken geselecteerd voor het uitvoeren van samendrukkingsproeven. Tevens zijn proefstukken geselecteerd voor het uitvoeren van K0-CRS proeven. Figuur 3 geeft in de linkergrafiek het verloop van de grensspanning, svc over de diepte. Als gevolg van de lage dichtheid die voor de monsters is gevonden kan de verticale effectieve spanning niet exact worden bepaald. Geschat wordt dat deze in de orde van 0 tot 2 kPa ligt. De gevonden grensspanning is duidelijk groter. De rechtergrafiek toont het verloop van de K0-waarde. In de veenlaag is deze duidelijk lager, K0 = 0,27  0,02, dan in de onderliggende kleilagen, K0 = 0,51. De lage waarde is kenmerkend voor veen, (Den Haan & Kruse, 2007).

Beschrijving veldproeven In totaal zijn er 6 grootschalige bezwijkproeven

Figuur 5 - Opzet monitoring, SAA = meting horizontale verplaatsing, VWP = waterspanningsmeter.

uitgevoerd. Dit artikel concentreert zich op de eerste en tweede proef. In deze proeven is de veenlaag direct tot bezwijken belast. Dit in tegenstelling tot de andere proeven waarbij eerst een voorbelasting is aangebracht en na enige wachttijd, waarin consolidatie en kruip optrad, is doorbelast tot bezwijken optrad. De twee hier besproken proeven zijn vrijwel identiek uitgevoerd. De grootte van de optredende vervorming en de bezwijkbelasting kwamen in beide proeven vrijwel overeen. Hieruit is geconcludeerd dat de resultaten reproduceerbaar zijn. Figuur 4 geeft een schets van de uitvoeringswijze van de proeven. In het veld is een rij betonplaten gelegd. Op deze platen is een rij van 4 containers geplaatst met afmetingen 6,90 ×2,35 × 2,25 (l×b×h). De proef is in drie fasen uitgevoerd. In de eerste fase is voor de containerrij stapsgewijs een sloot ontgraven. De geplande diepte van de sloot is mv – 2,5 m. Door opvering van het veen na ontgraven is de gerealiseerde ontgraving circa mv -2,0 m. De insteek van de sloot ligt op 1 m afstand van

27

GEOTECHNIEK – Juli 2013

de betonplaat. De taludhelling is 1:1. In de tweede fase zijn de containers in stappen van 25 cm gevuld met water. De beslissing om door te gaan naar de volgende stap is telkens genomen op basis van het gemeten vervormingsverloop van de ondergrond en het gemeten waterspanningsverloop. De derde fase bestaat uit het stapsgewijs verlagen van de waterstand in de sloot. Figuur 5 geeft een schets van de monitoring, bestaande uit drie meetraaien. In de meetraaien zijn de horizontale verplaatsingen en waterspanningen gemeten. In de middenraai is op drie diepten in de veenlaag en in de onderliggende kleilaag de waterspanning gemeten. In de twee buitenste raaien is op twee diepten in de veenlaag de waterspanning gemeten. Naast de instrumentatie in de meetraaien is ook de verticale verplaatsing van de twee middelste containers gemeten, de waterstand in elke container afzonderlijk, de waterstand in de gegraven sloot en bij de tweede proef de hoogte van de slootbodem.


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 28

4

1

5

2

6

3 7 Foto 1 - Impressie opbouwen proefopstelling: plaatsing betonplaten, meet-instrumenten zijn ruim daarvoor geplaatst / 2 Plaatsing containers / 3 Opstelling gereed voor proef.

28

Foto 4 - Impressie proef uitvoering: fase 1, graven sloot / 5 fase 2, vullen container / 6 fase 3 verlagen waterstand in sloot / 7 Bezwijken.

GEOTECHNIEK – Juli 2013


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 29

DE BEPALING VAN STERKTEEIGENSCHAPPEN VAN VEEN

Figuur 6 – Verschil Terzaghi en Taylor benadering, naar Schofield (2001).

Figuur 8 – Spanningspaden DSS proeven, 15 proeven zijn geconsolideerd bij 50 kPa en bij een lagere spanning ge-herconsolideerd.

Figuur 7 – Spanningspaden isotroop, normaal, geconsolideerde triaxiaal compressie proeven, rechtsboven bepalingswijze su, rechtsonder gedraineerde sterkte eigenschappen bepaald bij toenemende rekcriterium. p’ = effectieve isotrope spanning, q = deviator spanning.

Sterkte bij lage spanningen; theorie voor klei De beschikbare modellen waarmee het grondgedrag wordt beschreven zijn ontwikkeld voor klei en zand. In deze paragraaf wordt eerst ingegaan op de beschrijving van het sterktegedrag voor klei bij lage spanning. In de volgende paragraaf worden enkele specifieke aspecten van het veengedrag besproken. Onder andere Schofield (2001) beschrijft twee benaderingen die in de internationale praktijk bij het beschrijven van de sterkte van klei worden toegepast, zie figuur 6. Links is de benadering volgens Terzaghi gegeven. In deze benadering wordt de sterkte van grond gedefinieerd door een cohesie, c’ en hoek van inwendige wrijving, ᒌ’. Deze benadering heeft ingang gevonden in de Nederlandse praktijk van het toetsen van waterkeringen. Bij de benadering volgens Taylor speelt het verschil in normaal geconsolideerd gedrag en overgeconsolideerd gedrag een grote rol. Bezwijken van klei wordt in deze benadering gedefinieerd als bereiken van de critical state. Bij over geconsolideerd gedrag wordt voor het bereiken van de critical state een sterkte gevonden die hoger is dan de critical state sterkte, dit is de pieksterkte. Bij doorgaande vervorming neemt

vervolgens de maximaal te mobiliseren weerstand af tot de critical state toestand wordt bereikt. In de praktische uitwerking van de Taylor benadering speelt de grensspanning een belangrijke rol, zie bijvoorbeeld (Jardine et al., 2004 en Suzuki & Yasuhara, 2007). Ladd & Foot (1974) geeft een veel gebruikte beschrijving van de sterkte in relatie tot de grensspanning:

(1)

Waarin su de ongedraineerde schuifweerstand weergeeft, Ȝ’vi de verticale effectieve terreinspanning, Ȝvc de grensspanning, S geeft de ongedrianeerde schuifsterkte ratio bij normaal geconsolideerde condities weer, S = (su/Ȝvc)nc. De parameter m is gerelateerd aan de stijfheid, zie (Wood, 2007). Hier is de waarde voor m bepaald uit het fitten van meetdata.

Sterkte bij lage spanningen; Veen Laboratoriumproeven op veen vertonen op een aantal punten gedrag dat afwijkend is van het ge-

29

GEOTECHNIEK – Juli 2013

drag dat bij kleiproeven wordt gevonden. Figuur 7 toont de spanningspaden van isotroop geconsolideerde triaxiaalproeven uitgevoerd op monsters uit de proeflocatie Uitdam. Alle monsters zijn geconsolideerd bij een isotrope spanning die gelijk of groter is dan de grensspaning. In de grafiek is ook de Tension Cut Off, TCO, lijn weergegeven. De TCO-lijn geeft de combinatie van punten waarvoor geldt dat de horizontale effectieve spanning gelijk aan nul is geworden. Deze lijn heeft per definitie een helling van p’ = q/3. Alle spanningspaden lopen naar deze lijn toe, waarna ze afbuigen. Dit gedrag is typisch voor veenmonsters, (zie o.a. Den Haan 2006). Figuur 7 geeft aan wanneer in de proeven de verticale rek overeenkomt met 2%, 5% 10 % en 15%. In de huidige, Nederlandse, praktijk is het gebruikelijk om de sterkte parameters uit triaxiaalproeven te bepalen bij een bepaald rekpercentage, bv 2% of 5%. De tabel naast figuur 7 toont de waarden voor c’ en ᒌ’ die op basis van de verschillende rekcriteria zijn bepaald. Bij een hogere rekcriterium volgt een hogere hoek van inwendige wrijving. De cohesie blijft in alle gevallen laag. De negatieve waarden, die bij grotere rekken worden gevonden, volgen rechtstreeks uit de toegepaste fitprocedure. De wijze waarop in de dagelijkse praktijk met dergelijke negatieve waarden wordt omgegaan verschilt per project en /of adviesbureau. Figuur 7 geeft de K0-lijn, gebaseerd op de K0 waarden uit figuur 3. De K0 – lijn geeft de combinaties van p’ en q weer die voor normaal geconsolideerd 1D situatie aanwezig zijn, bijvoorbeeld onder een uitgestrekt horizontaal maaiveld. De spanningspaden van de isotroop geconsolideerde proeven bereiken de K0 conditie pas na 5% rek. Dit betekent dat de sterkte parameters die zijn bepaald met het 2% respectievelijk 5% rek cri-


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 30

Figuur 10 – Vergelijking bolsondemeting, van test en DSS proef resultaten, links proef 1, rechts proef 2 Figuur 9 – Spanningspaden DSS proeven, geconsolideerd bij de terreinspanning.

Figuur 11 – Impressie meetresultaten, verticale verplaatsingen.

terium lager, respectievelijk gelijk, zijn aan de schuifweerstand die reeds bij normaal geconsolideerde 1D situatie is gemobiliseerd. Dit is ook geconstateerd door Den Haan (2006). De ongedraineerde schuifsterkte is bij deze proeven bepaald zoals beschreven door Den Haan & Kruse (2007), zie inzet figuur 7. Hierbij is het rechte deel van het spanningspad geëxtrapoleerd. Het snijpunt van de extrapolatie met de TCO-lijn is gekozen als het bezwijkmoment. Uit deze, normaal geconsolideerde, proeven volgt su/Ȝvc = 0,59 _ + 0,03. Een dergelijke waarde is hoog in vergelijking met kleisoorten, maar sluit goed aan bij waarden die anderen voor veen hebben gevonden, (Den Haan& Kruse, 2007, Zwanenburg et al. 2012, Mesri & Aljouni, 2007, Yamagutchi et al, 1985). Figuur 8 toont het overgeconsolideerd gedrag van veen zoals dat met Direct Simple Shear, DSS, proeven wordt gevonden. De monsters zijn geconsolideerd onder een verticale spanning van 50 kPa, ruim voorbij de oorspronkelijke grensspanning.

Figuur 12 – Schets bezwijkmechanisme.

Vervolgens is de spanning verlaagd en is een nieuwe consolidatiefase uitgevoerd. Op deze wijze is aan de monsters een bekende OCR opgelegd, zie figuur 8. Na de tweede consolidatiefase is een ongedraineerde afschuiffase uitgevoerd. Conform Dyvik et al (1987) zijn deze proeven uitgevoerd met een constante hoogte. De verandering van de verticale belasting wordt in deze werkwijze gelijk verondersteld aan de verandering in waterspanning die in een werkelijk ongedraineerde proef zou zijn opgetreden. Opvallend is dat voor de proeven met een hoge OCR een sterke toename van de verticale kracht wordt gevonden. Dit duidt op dilatant gedrag. Het fitten van de resultaten uit figuur 8 aan vergelijking 1 geeft, S = 0,48 en m = 0,95. Het verschil tussen (su/Ȝvc)nc, triax = 0,59 en (su/Ȝvc)nc, DSS (= S) = 0.48, toont de anisotropie in sterkte eigenschappen van veen. Figuur 9 toont de spanningspaden van monsters

30

GEOTECHNIEK – Juli 2013

die bij de terreinspanning zijn beproefd. Figuur 2 laat zien dat het volumiek gewicht van het veen laag is. Hierdoor is de verticale effectieve terreinspanning erg laag en neemt ook nauwelijks toe in de diepte. De effectieve verticale terreinspanning is geschat op 2 kPa. Ook de proefresultaten uit figuur 9 vertonen dilatant gedrag. Het is onduidelijk in hoeverre dit gedrag in de proef het natuurlijke gedrag weergeeft. De proeven zijn bij zeer lage spanningen uitgevoerd. Dit stelt hoge eisen aan de uitvoering en inzicht in de mogelijke foutenbronnen. Met name aan het einde van de DSS-proef is het niet ondenkbaar dat bij grote rekken het vlies een bijdrage levert. Vervolgonderzoek moet op dit punt meer inzicht geven. Vooralsnog is uitgegaan van het buigpunt van in het spanningpad, het begin van de dilatantiefase als het bezwijkmoment in de proef. Uitgaande van dit buigpunt wordt voor de monsters die zijn beproefd bij de terreinspanning een + 0,42 kPa gevonden. sterkte gevonden van su = 7 _


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 31

DE BEPALING VAN STERKTEEIGENSCHAPPEN VAN VEEN

Figuur 14 – Samenvatting resultaten, pg = grensspanning, vig. werkwijze = vigerende werkwijze bestaande uit multi stage triaxiaalproeven, waarbij de sterkte is bepaald uit 2% rekwaarde.

Figuur 13 – Schematisatie veldproef in DGeo-Stability, methode LiftVan. Op het terrein is een groot aantal metingen met verschillende veldsondes uitgevoerd. Dit artikel zoomt in op de bolsondemetingen. Aan de hand van de gemeten weerstand, qbol is de ongedraineerde schuifweerstand, su, bepaald, conform vergelijking 2. Figuur 10 toont enkele resultaten. Er zijn sonderingen met twee typen bolsondes uitgevoerd, aangeduid met de letter D respectievelijk letter F. De verschillen tussen de sondes zijn gering. (2) Met behulp van vergelijking 2 is een correlatie opgesteld tussen de gemeten weerstand en de proefresultaten uit figuur 9. Hierbij is voor elk van de beproefde monsters de sterkte uit proef vergeleken met de gemeten weerstand op dezelfde diepte van de nabij uitgevoerde bolsondemeting. Hierbij was één van de monsters in de directe omgeving van bolsonde metingen op de locatie van proef 1 en één van de monsters was in de directe omgeving van de bolsondemeting de locatie van proef 2 afkomstig. De resultaten van de andere proeven zijn gecorreleerd aan andere, hier niet getoonde, bolsondemetingen. De afstand tussen de boorlocatie waar de monsters gestoken zijn voor de DSS proeven en de bolsonde-metingen die zijn toegepast voor het vaststellen van de correlatie was maximaal 0,5 m. + 2,3 en Nbol F = Hieruit volgde Nbol D = 17,07 _ 17,89 _ + 1,2. Figuur 10 toont ook de resultaten van de vane testen. Voor een direct gebruik van de vane test resultaten in stabiliteitsanalyse dienen de waarden te worden gecorrigeerd. Voor klei zijn correctiewaarden bepaald als functie van de plastici- teitindex, Ip. Den Haan (2006) geeft voor veen de reductiefactor een waarde 2. Figuur 12 laat zien dat de resultaten van de vane testen, inclusief de correctie, goed aan sluiten bij de veldsondemetingen en laboratoriumresultaten.

Resultaten veldproeven Figuur 11 geeft enkele meetresultaten. In zowel proef 1 als proef 2 trad bezwijken op tijdens het verlagen van de waterstand in de sloot, fase 3 van de proef. In de grafiek staan de verschillende fasen van de proef aangegeven. Figuur 11 laat zien hoe gedurende de proef de verticale verplaatsingen toenamen tot bezwijken optrad. Proef 1 gaf een duidelijk bezwijkpunt waarbij op het moment van bezwijken instantaan grote verplaatsing optrad. Bij proef 2 was dit minder duidelijk. Wel is een duidelijke versnelling te zien, maar bleef doorgaande vervorming uit. Na afloop is bij beide proeven een ontgraving uitgevoerd om bezwijkvlakken in de ondergrond op te sporen. Samen met de metingen van de vervormingen in de ondergrond kan met de observaties uit de ontgraving het bezwijkpatroon worden vastgelegd, zie figuur 12. Gedurende de proef gingen de containers achteroverhellen. Aan de actieve zijde van het bezwijkmechanisme was een bijna verticale scheur ontstaan. In de ondergrond is een horizontale scheur ontstaan. Het niveau van de horizontale scheur komt overeen met de diepte waarop de maximale horizontale verplaatsing is gemeten en het niveau waarop de slootbodem is gelegen. Aan de actieve zijde, ter plaatse van de container, is de horizontale scheur duidelijk aanwezig. Na afloop was het sloottalud nog intact, er was geen passief glijvlak zichtbaar. Hieruit wordt geconcludeerd dat aan de passieve zijde het veen horizontaal is samengedrukt. Onder de container zijn nog meerdere horizontale en verticale scheuren aangetroffen. Het is echter onduidelijk in hoeverre deze scheuren tijdens de uitvoering van de proef zijn ontstaan of na afloop tijdens het opveren van het veen na het verwijderen van de containers. Om een relatie te kunnen leggen met de huidige

31

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Tabel 1 - Resultaten analyse veldproeven Methode Proef 1 Proef 2 su [kPa] LiftVan Spencer

6,95 7,30

7,80 8,00

werkwijze in het berekenen van de stabiliteit van waterkeringen zijn met de gebruikelijke rekenmodellen berekeningen uitgevoerd. Een complete beschrijving van de uitgevoerde berekeningen past niet binnen de beschikbare ruimte van dit artikel. Wel zijn ter illustratie enkele berekeningsresultaten opgenomen. Figuur 13 geeft het resultaat van berekeningen met de methode LiftVan. Tabel 1 geeft ter vergelijking de resultaten van berekeningen met methode Spencer. In de berekeningen is het intrede- en uittredepunt van het bezwijkvlak gelijk gekozen aan de waargenomen in- en uittredepunt. Er is rekening gehouden met 3D effecten als gevolg van wrijving langs de kopvlakken. Op basis van de verhouding van het oppervlak van de beide kopvlakken en het oppervlak van het berekende 2D glijvlak kan een schatting worden gemaakt van de invloed van het 3D effect. Hieruit volgt dat bezwijken wordt verondersteld op te treden indien de berekende evenwichtsfactor 0,9 of lager is. Deze waarde sluit aan bij de analyse van de Bergambachtproef (Koelewijn et al., 2003). In de berekeningen zijn de stijghoogte en geometrie aangehouden zoals die op het moment van bezwijken in de proef aanwezig was. Tabel 1 geeft aan bij welke waarde van de ongedraineerde schuifweerstand de berekende evenwichtsfactor gelijk aan 0,9 is. In de huidige Nederlandse praktijk van het toetsen van bestaande waterkeringen wordt veelvuldig gebruik gemaakt van de multi stage triaxiaalproef.


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 32

Om de huidige praktijk te kunnen vergelijken met de resultaten van de veldproeven zijn 9 multi stage triaxiaalproeven uitgevoerd. Hierbij zijn alle spanningsniveaus gelijk of hoger dan de grensspanning gekozen, 10 kPa en is bezwijken gedefinieerd bij 2% verticale rek. Uit deze proeven volgen de sterkte eigenschappen c’ = 1,8 kPa en ᒌ’= 15,7o. Beiden zijn verwachtingswaarden. Figuur 14 geeft de vergelijking tussen de sterkte eigenschapen die conform de vigerende werkwijze in rekening gebracht worden, de sterkte eigenschappen die volgen uit de DSS proeven en die volgen uit de analyse van de veldproeven. Alle getoonde resultaten betreffen verwachtingswaarden. DSS-OC resultaten zijn bepaald aan de hand van vergelijking 1, waarbij voor de grensspanning zowel 10 kPa als 15 kPa is toegepast. Conform figuur 3 zijn dit de gemiddelde en bovengrenswaarden van de grensspanning. Er is een opmerkelijk goede overeenkomst tussen de veldproefresultaten en de resultaten van de DSS proeven. De proefresultaten zijn overgenomen uit tabel 1 waarbij de verticale effectieve spanning is bepaald uit de gemeten stijghoogte, aangebrachte belasting en het volume gewicht van het veen. De proefresultaten van zowel de veldproeven als de DSS proeven waarbij het monster is geconsolideerd bij de terreinspanning sluiten goed aan bij vergelijking 1, indien voor de grensspanning de bovengrens wordt toegepast. Dit is in overeenstemming met de ervaring van de bepaling van ongedraineerde sterkte eigenschappen in van Duinen (2012). De vigerende werkwijze, met multi stage triaxiaalproeven, leidt tot een significante onderschatting van de sterkte die in de proeven is waargenomen.

Conclusies Er is onduidelijkheid omtrent de wijze waarop de sterkte eigenschappen van met name veen ten behoeve van het berekenen van de stabiliteit van waterkeringen zou moeten worden bepaald. Echter uit vergelijkingen van laboratoriumresultaten met veldsondemetingen en daadwerkelijke bezwijkgevallen begint inzicht in het sterktegedrag van veen te ontstaan. Immers in figuur 10 wordt een goede overeenkomst gevonden tussen veldsondemetingen en laboratoriumproefresultaten, terwijl in figuur 14 een goede overeenkomst wordt gevonden tussen dezelfde laboratoriumproefresultaten en de resultaten van de veldproeven. De belastingsgeschiedenis heeft een grote invloed op het sterkte gedrag van veen. Bij het vaststellen van sterkte eigenschappen ten behoeve van het toetsen van waterkeringen of ontwerp van dijkversterkingen wordt dit niet altijd in voldoende mate onderkend. Verwacht mag worden dat een deel

van het verschil in ervaring en de daaruit voorvloeiende discussie over de wijze waarop parameters voor stabiliteitsberekening van dijken moet worden bepaald is gebaseerd op niet goed onderkennen van de invloed van de grensspanning op de sterkte van grond. De beschrijving die voor de sterkte van klei veelvuldig wordt gebruikt, vergelijking 1, past goed bij de proefresultaten op veen. Hierin wijkt het gedrag van veen niet wezenlijk af van dat van klei. Wel is de waarde voor S groter dan we voor klei gewend zijn. Door het gebruik van vergelijking 1 bij het bepalen van de sterkte van veen, wordt veen beschouwd als een materiaal dat overgeconsolideerd gedrag vertoond. Dit is wezenlijk anders dan dagelijkse ingenieurspraktijk waar veen wordt gezien als een normaal geconsolideerd materiaal. De vigerende leidraden voor het toetsen van waterkeringen en ontwerpen van dijkversterkingen gaan voor het bepalen van de sterkte eigenschappen uit van het gebruik van triaxiaalproeven. Hierbij wordt bezwijken gedefinieerd als het bereiken van 2 of 5% verticale rek. Het toepassen van de vigerende werkwijze van parameterbepaling leidt tot een onderschatting van de sterkte die in de veldproeven bij Uitdam werd waargenomen. Hieruit volgt de conclusie dat een minder conservatieve schatting van de sterkte eigenschappen van veen bij lage spanningen mogelijk is. Hierbij worden twee kanttekeningen geplaatst. Ten eerste is in dit onderzoek alleen gekeken naar de verwachtingswaarde van de sterkte en is geen rekening gehouden met de spreiding in sterkte eigenschappen. Ten tweede is in het onderzoek alleen gekeken naar de sterkte van het veen terwijl de stabiliteit van dijken wordt bepaald door het samenspel van zowel het stijve dijksmateriaal als het slappe veen. In de verdere praktische uitwerking van de proefresultaten spelen deze twee kanttekeningen een grote rol.

Literatuur – Van Duinen T.A., Calle E.O.F. (2007) Bezwijksterkte van Grond in stabiliteitsanalyses voor waterkeringen Geotechniek 11 no 3 p 28-31. – Van Duinen T.A. (2012) SBW Slope stability, Obtaining strength parameters from penetration tests, Onderzoeksrapport SBW macrostabiliteit, rapportnr 1206015-001-GEO-0005, Deltares. – Golovanova L. (2009) Regionale proevenverzameling sterkteparameters voor boezemkeringen Geotechniek 13 no 4 p. 42-46. – Greeuw G. (2007) Ongedraineerde sterkte uit de Tbar en bolsondering Geotechniek 11 no 4 p 48-51. – Den Haan E.J. (2006) Ongedraineerde stabiliteitsanalyse Geotechniek 10 no 3 p 32-37. – Den Haan E.J., Kruse G.A.M (2007) Characterisa-

32

GEOTECHNIEK – Juli 2013

tion and engineering properties of Dutch peats in: Characterisation and engineering properties of natural soils- Tan, Phoon,Hight & Leroueil (eds) Taylor & Francis Group, London ISBN 978-0-41542691-6. – Den Haan E.J. (2010) Ongedraineerde sterkte van slappe grond deel I Geotechniek 14 no 3 p 54-62. – Den Haan E.J. (2011) Ongedraineerde sterkte van slappe grond deel II Geotechniek 15 no 1 p 42-51 – Dyvik R., Berre T., Lacasse S., Raadim B. (1987) Comparison of truly undrained and constant volume direct simple shear tests Géotechnique 37 no 1 p 3-10. – Jardine J.R. , Gens A., Hight D.W., Coop M.R. (2004) Developments in understanding soil behaviour in: Advances in geotechnical engineering: The Skempton Conference Thomas Telfort London. – Koelewijn A.R., Van der Meer M. Th., Lindenberg J., Koehorst B.A.N. (2002) Vervormingsproef Bergambacht rivierdijk bezweken door opdrijven Geotechniek 6 no 2 p 34 -40. – Koelewijn A.R., Van der Meer M. Th., Koehorst B.A.N., Lindenberg J.(2003) Bezwijkproef Bergambacht geëvalueerd Geotechniek 7 no 1 p 68-75. – Ladd C.C., Foot R. (1974) A new design procedure for stability on soft clays Journal of the Geotechnical Engineering Division Vol 100, GT7, 1974 p 763. – Lindenberg J., Van der Meer M. Th., Koehorst B.A.N., Koelewijn A.R. (2003) Proefvak Bergambacht Stabiliteitstoetsing van dijken: een eenduidige zaak? Geotechniek 7 no 2, p 46-52. – Mesri G., Ajlouni M (2007) Engineering properties of fibrous peats Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 133 no 7 p 851-866. – Schofield A.N. (2001) Re-appraisal of Terzaghi’s soil mechanics, special lecture in: 15th int. Conf. on Soil Mechanics and Geotechnical Eng. Istanbul. – Stoop D.J. (2010) Vanuit de praktijk van de waterkeringbeheerder Schuifsterkteparameters in de stabiliteitsanalyse van dijken Geotechniek 14 no 1 p 38-41. – Suzuki K., Yasuhara K. (2007) Increase in undrained shear strength of clay with respect to rate of consolidation Soils and Foundations vol 47, no 2 p 303-318. – Yamaguchi H., Ohira Y., Kogure K., Mori S. (1985) Undrained shear resistance of normally consolidated peat under triaxial compression and extension Soils & Foundations 25 no 3 p 1-18 – Wood D.M. (2007) Soil behaviour and critical state soil mechanics, Cambridge University press, Cambridge. – Zwanenburg C., Den Haan E.J., Kruse G.A.M., Koelewijn A.R. (2012) Failure of a trial embankment on peat at Booneschans, The Netherlands Géotechnique 62 no 6 p 479-490.




N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 33

Normen en Waarden Ing. W.A. (Wim) Nohl Principal Consultant Fugro Geoservices BV Ir. A.J. (Adriaan) van Seters Hoofd Adviesafdeling Geotechniek Fugro Geoservices BV

Nieuwe sondeernorm NEN-EN-ISO 22476-1 ‘Elektrisch sonderen’

Inleiding Sinds februari 2013 is de nieuwe norm NEN-ENISO 22476-1:2012/C1:2013 Geotechnisch onderzoek en beproeving - Veldproeven - Deel 1: Elektrische sondering met en zonder waterspanningsmeting van toepassing als vervanging van NEN 5140, die inmiddels is ingetrokken. NEN-ENISO 22476-1 wordt niet in het Nederlands vertaald, wel zal een verklarende woordenlijst door

NEN worden gepubliceerd. Bij het uitvoeren van een sondering conform NENEN-ISO 22476-1:2012/C1:2013 wordt de puntweerstand gemeten, die moet worden overwonnen om een conus met een tophoek van 600 en een basisoppervlak van 1000 mm2 met een constante snelheid van ca 20 mm/s in de bodem te drukken. De norm is opgesteld voor een standaard conus met een basisoppervlak van 1000  mm2.

Volgens NEN-EN-ISO 22476-1 mag echter het basisoppervlak van de conus tussen 500 en 2000 mm2 variëren zonder dat correctiefactoren op de meetresultaten behoeven te worden toegepast. In de huidige praktijk, waarbij dieper sonderen steeds meer wordt gevraagd, worden standaard de sonderingen uitgevoerd met een sondeerconus met een basisoppervlak van 1500 mm2, die robuuster is en meer geschikt voor zwaardere omstandigheden. De norm bestaat uit 7 hoofdstukken. Na de inleiding en definities (1 – 3) volgen hoofdstukken over het equipment (4), test procedures (5), resultaten (6) en rapportage (7). In hoofdstuk 4 worden de afmetingen van de conus, kleefmantel en locaties van waterspanningsmeting gegeven. Ook de nauwkeurigheid van de metingen komt hier aan de orde (verwezen wordt naar NEN-EN-ISO-22476-1, Tabel 2, weergegeven in tabel 1).

Tabel 2 - Nauwkeurigheid conusweerstand in kPa Klasse / Toepassingsklasse

NEN 5140

NEN-EN-ISO 22476-1

1

50

35

2

250

100

3

500

200

4

500

500

Tabel 3 - Nauwkeurigheid plaatselijke wrijvingsweerstand in kPa

Tabel 1 - Eisen toepassingsklassen volgens tabel 2 in NEN-EN-ISO-22476-1.

33

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Klasse / Toepassingsklasse 1

NEN 5140

NEN-EN-ISO 22476-1

10

5

2

50

15

3

50

25

4

50

50


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 34

Normen en Waarden keurigheid afneemt. Dit betekent dat indien zowel zeer slappe gronden met qc < 0,2 MPa als zeer vaste zanden met qc > 50 MPa moet worden gesondeerd de lage meetrange niet met de grootste nauwkeurigheid kan worden gemeten. In tabel 1 (tabel 2 in NEN-EN-ISO-22476-1) zijn de eisen voor de toepassingsklassen opgenomen. Voor projecten, waarbij parameters op basis van Tabel 2b van NEN 9997-1 worden afgeleid, is een hoge nauwkeurigheidsklasse gewenst. Het is echter in een bodemgesteldheid met zowel zeer slappe grondlagen als zeer vaste zandlagen met hoge conusweerstanden onmogelijk om aan de eisen van toepassingsklasse 1 te voldoen zoals ook blijkt uit de tabel 1. De nauwkeurigheid van de conusweerstand en de plaatselijke wrijvingsweerstand in sonderingen is uitgedrukt in een absolute nauwkeurigheid voor het lage meet bereik van de conusweerstand tot ca 2 MPa of een percentage van de meetwaarde. In tabel 2 zijn de waarden voor dit meetbereik van de conusweerstand gegeven. In tabel 3 is dit ook voor de plaatselijke wrijvingsweerstand vermeld.

Figuur 1 - Vergelijk nauwkeurigheid conusweerstand volgens NEN 5140 en NEN-EN-ISO 22476-1

In de figuren 1 en 2 zijn de hoogste meetnauwkeurigheden van zowel de NEN 5140 als de NEN-ENISO 22476-1 naast elkaar gepresenteerd. Hieruit blijkt dat de indeling van de toepassingsklassen in de nieuwe norm bij gelijke (toepassings)klasse aanzienlijke verschillen met NEN 5140 vertoont. In de nieuwe norm zijn de nauwkeurigheden aanzienlijk scherper gesteld. Voor de plaatselijke wrijvingsweerstand zijn de verschillen tussen de NEN 5140 en de nieuwe norm nog iets groter dan voor de conusweerstand zoals blijkt uit tabel 3 en figuur 2.

Figuur 2 - Vergelijk nauwkeurigheid plaatselijke wrijvingsweerstand volgens NEN 5140 en NEN-EN-ISO 22476-1.

Toepassingsklassen In de norm is onderscheid gemaakt in twee typen sondering te weten TE1 en TE2, respectievelijk met meting van conusweerstand en plaatselijke wrijvingsweerstand en met meting van conusweerstand, plaatselijke wrijvingsweerstand en waterspanning. Voorafgaand aan de uitvoering dient een keuze te worden gemaakt binnen welke toepassingsklasse met bijbehorende toelaatbare meetonzekerheid het werk minimaal uitgevoerd moet worden. Net als in de oude norm NEN 5140 is er een klasse-

indeling opgezet op grond van nauwkeurigheid van het meetresultaat, die betrekking heeft op de meting en niet op het instrument. In de nieuwe norm echter is het toepassingsgebied d.w.z. de grondsoort er aan toegevoegd, vandaar de naam “toepassingsklasse (application class)”. De toepassingsklasse geeft voor het bodemtype met een maximale waarde van de conusweerstand een bijbehorende betrouwbaarheid voor de bepaling van stratigrafie en grondparameters. Op hoofdlijnen komt het erop neer dat naarmate het benodigde meetbereik groter is de meetnauw-

34

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Waterspanningsmeting Naast de conusweerstand en plaatselijke wrijving is nu ook de meting van de waterspanning in de nieuwe norm opgenomen. Hier zijn 3 verschillende meetlocaties mogelijk met ieder zijn specifieke toepassing (zie figuur 3). – Meetlocatie u1. Deze meetlocatie is zeer geschikt voor het identificeren en classificeren van respectievelijk grondstructuren (gelaagdheden) en grond- soorten (cohesief / niet cohesief). – Meetlocatie u2. Deze locatie is geschikt voor de bepaling van de netto conusweerstand en het afleiden van grondparameters d.m.v. correlaties. Deze meetlocatie wordt ook internationaal veel gebruikt (o.a. classificatie met Robertson). Minder


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 35

Normen en Waarden geschikt voor de doeleinden zoals vermeld bij u1. – Meetlocatie u3. Deze meting kan worden gebruikt samen met de u2 meting voor correctie van de wrijvingsmeting i.v.m. de waterspanning. Deze locatie is eigenlijk alleen interessant bij sonderen in zeer slappe gronden.

Overige voorschriften In de nieuwe norm staan verder nog aanwijzigen betreffende: Uitvoering – Rechtheid van sondeerstangen; De sondeerstangen dienen recht te zijn met een beperkte afwijking. In Bijlage A is hiervoor een werkwijze aangegeven. – Afstand conus kleefbrekers; de afstand tussen de kleefbreker en de conuspunt dient cylindrisch te zijn over een minimale afstand van 400 mm voor een 1000 mm2 conus. Voor afwijkende conussen dienen alle afmetingen proportioneel met de diameter te zijn. Waterspanning – Verzadiging van het waterspanningselement; Bij de uitvoering van waterspanning sonderingen dient het meetsysteem verzadigd te zijn zonder luchtinsluitingen. – In de norm zijn aanwijzingen gegeven voor toe te passen vloeistoffen (gedestilleerd water, glycerine e.a.), materialen en methoden. Onderhoud en controles (bijlage A) – Voor onderhoud van conussen en kalibraties is, naast aanwijzingen voor controles tijdens uitvoering en onderhoud, een schema opgenomen met tijdsintervallen die minimaal hiervoor dienen te worden gehanteerd. – Controle totale meetsysteem. Tevens is aangegeven dat niet alleen het meetelement (conus) dient te worden gekalibreerd maar ook het totale meetsysteem zijnde de data-acquisitie en de diepte registratie.

Rapportage In hoofdstuk 6 worden de te meten parameters weergegeven: conusweerstand qc, gemeten diepte l, plaatselijke wrijving fs, waterspanning u1, u2 of u3 en helling Ȋ. Verder worden de af te leiden parameters gegeven: conusweerstand gecorrigeerd voor de waterspanning qt , Wrijvingsgetal Rf en de werkelijke diepte z. In hoofdstuk 7 volgt de rapportage. Er worden 3 rapporten onderscheiden: – Veldrapport, dat op site wordt opgesteld. – Test rapport, waarin de eindresultaten worden

gepresenteerd. – Individuele plot van alle resultaten (sondeergrafiek). Volgens de nieuwe norm dient de maaiveldhoogte altijd t.o.v. NAP en de locatie t.o.v. een coördinaten systeem te worden vastgelegd. Tevens dient de locatie van het piezo-element (u1, u2 of u3) te worden gegeven. Voor Toepassingsklasse 1 moet de gecorrigeerde conusweerstand qt voor sonderingen met meting van waterspanning worden gepresenteerd. Voor toepassingsklassen 1 en 2 dienen bovendien bij presentatie van sondeerresultaten de 0-punt waarden voor alle gemeten parameters te worden gegeven en de toegepaste 0-punt correcties.

Vergelijking van Nieuwe norm met NEN 5140 Standaard sonderingen uit de huidige Nederlandse praktijk - volgens de oude NEN 5140, klasse 2 – zouden qua meetnauwkeurigheid volgens de nieuwe norm in toepassingsklasse 3 vallen (zie figuur 1 en 2). Ontwikkelingen zoals bijvoorbeeld digitale conussen kunnen hierin verbetering brengen. Toepassingsklasse 1 sonderingen kunnen alleen met speciale gevoelige conussen met een beperkt meetbereik in een klei/veen/leembodemprofiel met qc < 3 MPa worden gerealiseerd. Toepassingsklasse 2 sonderingen kunnen in bodemprofielen, waarin zowel zeer slappe lagen als zeer vaste lagen voorkomen, alleen worden verkregen door toepassing van digitale conussen met regelmatige kalibraties, aanvullende uitvoeringsmaatregelen en kwaliteitscontroles. Toepassingsklasse 1 is in dit bodemtype eigenlijk niet haalbaar. De bereikte sondeerklasse kan worden aangetoond door controle van kalibraties en 0-puntsverloop tussen het begin en het eind van de sondering. Een methode om alle foutenbronnen inzichtelijk vast te leggen is de volgende: 1. 0-punt vastleggen (bij voorkeur meerdere bepalingen) voorafgaand aan de meting 2. Temperatuur van de conus zoveel mogelijk aanpassen aan de temperatuur van de grond 3. 0-punt vastleggen (bij voorkeur meerdere bepalingen) na de meting 4. Regelmatige controle van de geometrie en kalibratie van de conus onderdelen

Conclusie – De nieuwe Nederlandse norm NEN-EN-ISO22476-1 geeft vereiste nauwkeurigheden voor

35

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Figuur 3 - Principe piëzo-conus. meting van conusweerstand, plaatselijke wrijving, waterspanning, helling en diepte registratie – De eisen van de nieuwe norm liggen hoger (grotere nauwkeurigheid vereist) dan voor vergelijkbare klassen uit de oude norm NEN 5140. De standaard sonderingen uit de NEN 5140 klasse 2 komen qua nauwkeurigheid overeen met de NEN-EN-ISO-22476-1 Toepassingsklasse 3. – Om aan de strenge eisen van Toepassingsklasse 1 (alleen in grond met conusweerstand < 3 MPa) te voldoen, dient met een conus met beperkt meetbereik te worden gewerkt. Daarnaast moeten 0punten worden vastgelegd (meerdere bepalingen zowel voor als na de meting), de temperatuur van de conus aan de omgeving worden aangepast en geometrie en de kalibratie van de conus regelmatig worden gecontroleerd. – Bij de externe rapportage (test rapport en grafiek) dienen 0-punt correcties te worden gerapporteerd. – Voor onderhoud en kalibraties van conussen zijn minimale tijdsintervallen gegeven. 


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 36


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 37

KIVI NIRIA

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

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

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

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

37

GEOTECHNIEK – Juli 2013

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

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


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 38

De geschiedenis van het sonderen, 1930 – jaren ‘70 Figuur 1 – Sondeerapparatenpark 1948.

Ing. H.C. (Henk) van de Graaf Lankelma Geotechniek Zuid B.V., Oirschot

ontwikkeling en toepassing van een 10-tons sondeerapparaat (sinds 1938). Hiermee werd beoogd om het draagvermogen van een paalpunt in zand ‘al voordat er geheid werd’ (!!) vast te stellen. Plantema meldde dat in de periode van 1938-1948 hiermee duizenden sonderingen zijn gemaakt, waarvan vele honderden voor de wederopbouw van Rotterdam. De op theoretische basis geschoeide rekenregels voor het draagvermogen werden vervolgens getoetst d.m.v. ‘paalsonderingen’. Dit waren proefbelastingen op een paal die steeds wat dieper werd geheid. Een bezichtiging van het sondeermaterieel van LGM maakte deel uit van het congresprogramma (figuur 1).

Diepsonderen Met diepsonderen werd vroeger reeds bedoeld het uitvoeren van sonderingen met een wegdrukkracht van 100 kN. De eerste diepsondering werd gemaakt in 1938. Voordat diepsonderen bestond werd de benodigde paallengte van meestal houten palen in het werk bepaald d.m.v. proefheien. Voor importante projecten werden voorafgaand hieraan boringen uitgevoerd..

Inleiding De eerste (statische) sonderingen werden uitgevoerd in de jaren ’30 van de vorige eeuw, in Nederland, vandaar ook de vroeger in het buitenland gebruikte benaming Dutch Cone Test. Alvorens op het sonderen in te gaan wordt in het kort stilgestaan bij de ‘state of the art’ van de geotechniek in deze jaren, zoals gepresenteerd in 1948 tijdens de Internationale Conferentie te Rotterdam.

1948, Rotterdam, 2nd International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering De eerste conferentie werd gehouden in Cambridge in 1936. Na de Tweede Wereldoorlog was in 1948 het ambitieuze Nederland aan de beurt. Dit werd voor wat betreft zowel deelname als inhoud een groot succes. Van over de gehele wereld kwamen 596 deelnemers. Uit de proceedings blijkt, dat ook toen al ons vak een goede mix was van theoretische grondmechanica, ontwikke-

ling van onderzoekstechnieken in het veld en laboratorium en praktisch geotechnisch ontwerpen. De literatuurverwijzingen gaan veelal terug naar de 17e eeuw. Enkele topics waren de toepassing van de uit de metaalkunde afkomstige Prandtl-theorie voor het draagvermogen van ondiepe funderingen, de Koppejan-zettingsformule en de conusbelastingsproef op ongeroerde monsters (de voorloper van de sondering). Verder vallen op een continu monstersteekapparaat, gebruik makend van een steunvloeistof, waarmee 20 m lange volgens Kjellman en Kallstenius ‘quite undisturbed’ grondmonsters werden genomen (door deze techniek te combineren met het koussteekapparaat van Louis Parez ontstond in de jaren ’60 onder leiding van Begemann de Delft Continuous Sampler). Van Nederlandse zijde werd door Plantema (Gemeentewerken Rotterdam en Vermeiden (LGM), elk met en apart artikel, melding gemaakt van de

38

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Het verhaal gaat dat Huizinga, toenmalig directeur van het LGM, na het maken van de diepsonderingen vaak samen met zijn opdrachtgever het terrein bezocht en daarbij met zijn wandelstok op het maaiveld tikte, waarna hij opmerkte: zo te voelen moeten hier de palen zo en zo lang zijn. Zijn opdrachtgevers waren daarna verbaasd als dit bij het heien van de eerste paal werd bevestigd. Bij de diepsondering werd gebruik gemaakt van de zgn. conus van Barentsen, in België door De Beer conus met sluitmoer genoemd, later in NEN 3680 aangeduid als simpele conus (figuur 2). Barentsen gebruikte deze conus 10 cm2 reeds in 1932 voor verkenning van zeer slappe veen- en kleilagen voor de aanleg van wegen. Via de binnenstang werd om de 10 cm de conus uitgedrukt, waarbij de kracht (uiterst nauwkeurig) werd gemeten door de manometeraflezing te noteren op een hydraulisch meetlichaam. De hoge nauwkeurigheid werd bereikt door een klein meetbereik van de manometer. Daarna werd op de sondeerbuis


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 39

Samenvatting In onze tijd van normen, regels en protocollen zijn wij vaak niet meer bekend met de achtergronden hiervan. Dit houdt het gevaar in dat we voor onszelf de hierin aangegeven werkwijzen en methodieken als vanzelfsprekend ervaren en daar soms een te grote mate van zekerheid aan toekennen. Om deze achtergronden beter te leren kennen kan een stukje geschiedenis goed van pas komen. Dit artikel is bedoeld als een handreiking daartoe. Het artikel is niet geschreven met de ambitie om een volledig tijdsbeeld te geven; hierdoor zou het artikel te lang worden of een te algemeen karakter krijgen. Gekozen is daarom om met name in te gaan

op in Nederland spelende saillante aspecten van de uitvoering van de sondering en de toepassing van sondeerresultaten en wel in de periode 1930 - jaren ‘70. Aan het einde van het artikel wordt de state of the art van het sonderen in de jaren ’70 in het kort gerefereerd aan de huidige praktijk. Op de omvangrijke en belangrijke ontwikkelingen in de periode tussen de jaren ’70 en heden is in dit artikel niet ingegaan. Wellicht worden lezers door dit artikel geïnspireerd om hun eigen ervaringen betreffende die periode aan een volgend artikel toe te vertrouwen.

gedrukt, tot de conus weer ‘in’ was en werden buizen en conus samen verder gedrukt tot de diepte van de volgende meting. Meestal werd om de 10 cm gemeten. Deze wijze van sonderen wordt discontinu genoemd, d.w.z. bij het uitdrukken van de conus staan de sondeerbuizen stil. Het wegdrukken van conus en sondeerbuizen gebeurde door met 2 man handmatig te drukken. In klei- en veenlagen gaf de constructie van de conus geen probleem voor wat betreft het vervuilen van de spleet tussen binnenstang en sondeerbuis door het steeds in- en uitdrukken van de conus. Dat werd echter anders toen men bij de diepsondering diep in de funderingszandlaag penetreerde. Het gevolg van deze vervuiling was parasitaire wrijving tussen het onderste gedeelte van de binnenstang en de binnenzijde van de sondeerbuis. Dit manifesteerde zich dan in een te hoge waarde voor de conusweerstand. Om dit probleem te bestrijden werd door Vermeiden de mantelconus ontwikkeld en in 1948 gepubliceerd, zie figuur 3. Het vervuilingsprobleem was hiermede nagenoeg opgelost. De mantel zit vast aan de conus(punt) en heeft een met de hoogte afnemende diameter. Dit dient om wrijving tussen grond en mantel daarmee parasitaire invloed op de meting van de conusweerstand te voorkomen. In zand bleek deze conische mantelvorm hiervoor voldoende effectief. Echter, in België werd door De Beer gevonden dat met name in grondsoorten zoals stijve klei toch sprake is van wrijving tussen grond en mantel. Om die reden is de mantelconus in België pas laat geaccepteerd en bleef men daar de conus met sluitmoer gebruiken. De conusweerstand werd elke 0,20 m afgelezen op 1 van de 2 manometers (verschillende meetbereik) van het hydraulisch meetlichaam. Met dit meetlichaam drukte men op de binnenstang, waarbij de manometeraflezing met de hand werd genoteerd. Ook de totaalweerstand om conus en sondeerbuizen gezamenlijk gelijktijdig verder te drukken werd zo geregistreerd. Deze totaalkracht

Figuur 2 – Barentsen-conus (1948, Plantema).

Figuur 3 – Mantelconus.

werd gebruikt om de ‘kleef’ tussen grond en sondeerbuizen en hieruit het wrijvingsdraagvermogen van een paal te berekenen. Hierbij deed zich vaak het probleem voor dat de beschikbare 100 kN drukkracht onvoldoende was om diep genoeg te sonderen. In dat geval werd de sondering vaak een tweede maal uitgevoerd met een kleefbreker (verdikking) onderaan de sondeerbuizen. Dit scheelde vaak enkele 10-tallen kN in indringweerstand. Zodoende werd én de gewenste diepte bereikt én een ‘goede’ kleefmeting gedaan. Maar het was wel dubbel werk !

meters. Op deze wijze kon een zeer nauwkeurige meting van de kracht op de binnenstang worden gerealiseerd.

Vaak werd een sondering gestart met een zgn. middelzwaar hydraulisch meetlichaam. Het meetbereik hiervan was een conusweerstand van 15 MPa. Een nauwkeurigere 2e manometer op hetzelfde meetlichaam werd gebruikt voor de meting van de conusweerstand tot 1,6 MPa. Bij het bereiken van de funderingszandlaag werd een meetlichaam met een groter meetbereik gemonteerd, eveneens voorzien van 2 verschillende mano-

39

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Sondeersnelheid De gebruikelijke sondeersnelheid van 20 mm/s is ontstaan doordat 2 mannen, draaiend aan een slinger in een laag met een conusweerstand van 15 MPa niet sneller konden sonderen. Daarnaast bleek later dat de conusweerstand weliswaar afhangt van de sondeersnelheid, maar dat de invloed hiervan voor kleine afwijkingen rond de 20 mm/s verwaarloosbaar is. Zo is deze sondeersnelheid later uitgegroeid tot een geotechnische norm.

Meting van de plaatselijke wrijvingsweerstand Begemann toonde reeds eind jaren ’40 met zijn doctoraalstudie in Bandoeng (Nederlands Indië) aan, dat het zonder meer hanteren van de totale wrijvingsweerstand voor het bepalen van het


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 40

wrijvingsdraagvermogen van een paal niet juist is. Hij ondervond dit door een grote kist met klei te vullen, op de klei een bovenbelasting aan te brengen en hier doorheen te sonderen. Hij constateerde daarbij dat naarmate meer sondeerbuizen de klei passeerden de kleef lager werd. Hij pleitte daarom voor het plaatselijk meten van de kleef en wel zo kort mogelijk boven de conus. Door vervolgens de gemeten plaatselijke kleefwaarden te sommeren werd de ‘echte’ kleef bepaald. In 1953 kwam zodoende de kleefmantelconus ter beschikking van de Nederlandse praktijk.

waren hierbij de in de grondlaag gemeten conusweerstand en plaatselijke kleef, output was een bij een paaltype behorende factor, waarmee de gemeten plaatselijke kleef moest worden vermenigvuldigd om het wrijvingsdraagvermogen van de paalschacht te berekenen. Hieruit blijkt dat toen de met het sonderen gemeten plaatselijke kleef leidend was voor de berekening van dit draagvermogen. Een bijkomend voordeel van deze ontwikkeling was, dat nu altijd met kleefbreker kon worden gesondeerd.

Begemann voegde boven de mantelconus een kleefmantel toe. De conus was zo geconstrueerd, dat bij het drukken op de binnenstang eerste alleen de conus (met mantel) werd uitgedrukt en na 35 mm ook de kleefmantel werd mee bewogen. Door de manometeraflezingen ‘conus plus kleef’ en ‘conus’ van elkaar af te trekken kon de plaatselijke wrijvingsweerstand worden berekend, zie figuur 4. Een dergelijke geometrische vorm van de kleefmantel impliceert, dat de weerstand die de kleefmantel ondervindt niet alleen kleef is, maar ook wat borstweerstand. Om dit parasitaire effect te verminderen werd de vorm van de aan de conuspunt vastzittende mantel enigszins aangepast, iets dat bij latere normalisaties weer werd teruggedraaid.

Het uit metingen met deze conus volgende wrijvingsgetal, zijnde de plaatselijke wrijvingsweerstand gedeeld door de conusweerstand, bleek afhankelijk te zijn van de grondsoort. En zo ontstond een revolutionaire toepassing: bepaling van de grondsoort niet alleen op basis van de conusweerstand, maar mede op basis van het wrijvingsgetal. Vaak wordt vergeten dat deze grafiek (figuur 6) alleen geldt voor grond onder de grondwaterstand en voor normaal geconsolideerd zand. De grafiek werd door Begemann gepubliceerd na talloze vergelijkingen met boringen middels voor projecten uitgevoerde sonderingen en boringen.

Stangenwrijving

Begemann gebruikte de zo gemeten ‘plaatselijke kleef’ om het wrijvingsdraagvermogen van palen te berekenen op de wijze zoals aangegeven voor een voorbeeld via de streepjeslijn in figuur 5. Input

De meting van de conusweerstand wordt beïnvloed door de zgn. stangenwrijving. Dit is de glijdweerstand van de binnenstang in de sondeerbuis. Een onderzoek naar de grootte hiervan werd uitgevoerd in de jaren ’80 door Rol. Hij vond dat de

Figuur 4 – Kleefmantelconus.

Figuur 5 – Afleiding wrijvingsdraagvermogen.

40

GEOTECHNIEK – Juli 2013

stangenwrijving bij het discontinu mechanisch sonderen evenredig is met de kracht op de binnenstang en met de lengte ervan (in casu de diepte). Deze stangenwrijving leidt tot een te grote gemeten conusweerstand.

Continu mechanisch sonderen Naast de bovenbeschreven discontinue sondering kwam in de jaren 60 de continue mechanische sondering in gebruik. Hierbij worden conus en sondeerbuizen gelijktijdig weggedrukt. De conus bevindt zich hierbij in een enigszins uitgeschoven positie. Het voordeel van deze methode was dat de door het sondeerapparaat uitgeoefende kracht op de binnenstang continu kon worden geregistreerd d.m.v. een elektrische drukdoos. Een nadeel van deze methode is dat de stangenwrijving zowel een te hoge conusweerstand kan geven als een te lage, te hoog als de conusweerstand afneemt en te laag als de conusweerstand toeneemt. Dit houdt verband met de bij veranderende conusweerstand optredende samendrukking of extensie van de binnenstang, waardoor deze wil glijden in de sondeerbuis. Met de toepassing beoogde men voorts tijdwinst, t.o.v. de discontinue methode, ook bij het respecteren van de nominale sondeersnelheid. Meting van de plaatselijke wrijvingsweerstand is bij deze methode niet mogelijk. Indien deze parameter moest worden gemeten werd daarom discontinu gesondeerd. Omdat dit langzamer is leidde dit tot het nog steeds in gebruik zijnde prijsverschil tussen een sondering met en zonder meting van de ‘kleef’.


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 41

DE GESCHIEDENIS VAN HET SONDEREN, 1930 – JAREN ‘70

Figuur 6 – Relatie tussen grondsoort en wrijvingsgetal.

Scheef gaan sondering Ook als een sondering zuiver verticaal wordt begonnen kan deze met toenemende diepte scheef gaan, zelfs indien conus en sondeerbuizen mooi recht zijn. Dit treedt vooral op bij een asymmetrische spanningstoestand van de grond, zoals bij het sonderen op korte afstand van een paal of bij het sonderen nabij de kruinlijn of teenlijn van een talud. Ook obstakels zoals puin in de bovenlagen of een plotselinge overgang van een lage naar een zeer hoge conusweerstand, waarop de conus als het ware afketst, kunnen scheef gaan bewerkstelligen. Het scheef gaan heeft allereerst een fout in de gemeten diepte tot gevolg. Meestal is de scheefstand dermate klein, dat deze afwijking verwaarloosbaar is. Echter, in extreme gevallen kan deze fout oplopen tot 1 meter of meer. Er zijn zeer extreme gevallen bekend, waarbij de conus zelfs weer uittrad boven maaiveld, terwijl men dacht op een diepte van ca. 30 m te zitten! Tevens neemt bij scheef gaan de stangenwrijving aanzienlijk toe. Door één en ander groeide begin jaren ’70 de behoefte om over te gaan op elektrisch sonderen met in de conus een hellingmeter.

De elektrische sondering Onder een elektrische sondering wordt verstaan een sondeermethode waarbij de krachtmeting langs elektrische weg (meestal rekstrookjes) in de conus zelf plaats vindt.

De eerste elektrische sondering, met meting van uitsluitend de conusweerstand, werd gemaakt in 1948 door Bakker (Gemeentewerken Rotterdam). Wegens de onstabiele elektronica in die tijd werd hier snel mee gestopt. Vlasblom publiceerde in 1985 dat het LGM reeds in 1962 over een elektrische sondeerconus beschikte, waarmee behalve de conusweerstand de door het sonderen in de grond gegenereerde waterspanning werd gemeten. Het doel was om meer inzicht te krijgen in de zettingsvloeiïngsgevoeligheid (liquefaction) van zand. In 1970 werd deze conus voorzien van een kleefmantel, waarmee niet alleen de plaatselijke wrijvingsweerstand, maar ook de radiale gronddruk op de kleefmantel werd gemeten. Doordat echter de meetresultaten niet spoorden met die van ander onderzoek zijn met deze conussen enkel wat experimenten uitgevoerd. Toen in 1965 Fugro werd opgericht startte men daar meteen met de routinematige toepassing van een door hen ontwikkelde elektrische conus (figuur 7). Ook LGM ging daar enige jaren later toe over, maar men ondervond problemen omdat de gemeten conusweerstanden in met name zand niet overeenstemden met die van de discontinue sondering met mechanische conus. Hoe hier mee om te gaan in de adviespraktijk? Verschillen van 30% of meer waren geen uitzondering. De verklaring

41

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Figuur 7 – ’Gladde’ (cylindrische) elektrische conus.

hiervoor was, dat bij de discontinue mechanische sondeermethode tijdens het meten van de conusweerstand de sondeerbuizen stilstaan en zodoende geen extra spanningen in de grond binnen de invloedssfeer van de conus teweeg brengen. Dit verschijnsel wordt ook wel kleefsteundruk genoemd. Omdat de geotechnische ontwerpregels gebaseerd waren op de volgens deze discontinue methode bepaalde conusweerstand werd besloten om een zgn. ingesnoerde elektrische sondeerconus (Heijnen) te ontwikkelen. De geometrie ervan werd na vele vergelijkende proeven in Zeist in 1973 zodanig vastgesteld, dat de hiermee gemeten conusweerstand vrijwel overeenstemde met die van de mechanische discontinue sondering, zie figuur 8. Het gevolg was dat in de in 1970 gepubliceerde sondeernorm NEN 3680 beide elektrische conusvormen werden opgenomen, dit ondanks het feit dat uitsluitend LGM de ingesnoerde conus gebruikte. Vanwege de gebruiksnadelen van deze conus (extra slijtage door de discontinue geometrie, krom gaan van het ingesnoerde deel door puin of stenen) ging eind jaren ’70 ook LGM over op de cylindrische elektrische conus. Hierbij speelde ook het bewustzijn zich te willen confirmeren aan de rest van de geotechnische wereld. Een ander aspect van de invoering van de elektrische conus was, dat de gemeten plaatselijke wrijvingsweerstand zeer sterk verschilde van die gemeten met de mechanische kleefmantelconus.


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 42

Figuur 9 – Mechanische sondeerconussen NEN- EN-ISO-22476-12.

Figuur 8 – Ingesnoerde elektrische conus.

Dit is vanzelfsprekend, omdat de mechanische kleefmantel borstweerstand ondervindt en de electrische kleefmantel niet. In zand bleek de elektrisch gemeten kleef vaak de helft te zijn van de mechanische. Verder bleek dat de door het sonderen veranderende ruwheid van de kleefmantel en cylindrische en conische slijtage ervan in met name in zand een grote invloed hebben op de gemeten kleef. Met andere woorden: het is uiterst moeilijk om met de elektrische conus een goed reproducerende kleefmeting te verkrijgen. In het kader van de Nederlandse normalisatie werd daarom in de jaren ’80 besloten om de bepaling van de schachtwrijving van palen niet langer te baseren op de kleefmeting, maar op de conusweerstand.

Een grote stap: van de jaren ’70 meteen door naar het heden Vandaag de dag worden in Nederland vrijwel alle sonderingen met een elektrische conus uitgevoerd. In België daarentegen wordt behalve het elektrisch sonderen nog veel mechanisch gesondeerd. De reden hiervan is vooral dat het in Belgische grond met de elektrische sondering, vaker dan met de mechanische sondering, technisch of economische gezien (risico verlies of schade conus) niet mogelijk is om voldoende diep te sonderen.

Dit heeft geleid tot de internationale norm voor mechanisch sonderen NEN-EN-ISO-22476-12: 2009, welke tot stand gekomen is door grote Belgische voortvarendheid en inbreng. De hierin opgenomen conustypen zijn weergegeven in figuur 9. Deze norm verving in Nederland enkele jaren geleden al NEN 3680. Vermeldenswaardig is verder het in België in 2012 verschenen, 71 pagina’s tellende document ‘Standaardprocedures voor geotechnisch onderzoek: sonderingen, deel 1: Planning, uitvoering en rapportering’. Dit document is opgesteld door de BGGG (Belgische Groepering voor Grondmechanica en Geotechniek). In Nederland is de sondeernorm NEN 5140 Elektrisch Sonderen onlangs ingetrokken en vervangen door NEN-EN-ISO-22476-1:(2012). Zie hiervoor een artikel van de hand van Wim Nohl, elders in dit nummer. Buiten Nederland hebben – voor wat betreft de toepassing van de sondering anders dan voor het bepalen van het paaldraagvermogen, te weten voor een betere afleiding van grondparameters en grondsoort – de afgelopen decennia belangrijke ontwikkelingen plaats gevonden. Deze doen de laatste jaren ook in Nederland geleidelijk aan hun intrede in de sondeer- en adviespraktijk. Wellicht is het interessant om een volgend artikel te wijden

42

GEOTECHNIEK – Juli 2013

welke ontwikkelingen dit zijn en hoe zij tot stand zijn gekomen.

Literatuur – 1948 Many authors, Proceedings of the second International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Rotterdam. – 1969 H.K.S.Ph. Begemann, The Dutch static cone penetration test with the adhesion jacket cone. LGM-Mededelingen, Part XII no. 4 and Part XIII no. 1. – 1973 W.J. Heijnen, The Dutch Cone Test: Study of the shape of the electrical cone, Proceedings of the 8th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Moskou. – 1982 A.H. Rol, Comparative Study on cone resistance, measured with 3 types CPT tips, Proceedings of the escond European Symposium on Penetration Testing, ESOPT II, Amsterdam. – 1985 A. Vlasblom, The electrical penetrometer, a historical account of its development, LGMMededelingen no. 92. – 1988 H.C. van de Graaf ; J. Vermeiden, Een halve eeuw sondeertechniek, LGM-Mededelingen no. 95. – 2012 BGGG, Standaardprocedures voor geotechnisch onderzoek: sonderingen, deel 1: Planning, uitvoering en rapportering. 


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 43

T E R R A C O N

www.terracon.nl info@terracon.nl

Kwaliteit als fundament


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 44

Fundering Combitunnel Nijverdal

Ir. G. (Guido) Meinhardt Volker InfraDesign Volker Staal & Funderingen

Ir. M. (Martijn) Takken Volker InfraDesign

Ir. R. (Ronald) Hergarden Royal HaskoningDHV

Figuur 1 – Tracé eindsituatie.

Inleiding Rijksweg 35 loopt dwars door het centrum van Nijverdal. In de jaren 70 presenteert, plaatselijk caféhouder en grafisch ontwerper, Leo ten Brinke zijn plannen voor een gecombineerde weg- en spoortunnel door het centrum van Nijverdal. Hij is zijn tijd echter ver voorruit. Na de nodige studies naar mogelijke rondwegen in de jaren 80 wordt uiteindelijk in november 2007 opdracht gegeven voor de aanleg van de eerste gecombineerde wegen spoortunnel in Nederland. De naam van Leo ten Brinke wordt nu gehanteerd door de bouwcombinatie die in opdracht van Rijkswaterstaat de realisatie van het Combiplan verzorgt. De combinatie bestaat uit Van Hattum & Blankevoort, Hegeman Beton en Industriebouw, KWS en Vialis. Het project is aanbesteed op basis van een “Design & Construct” contract. De Combinatie is verantwoordelijk voor de uitwerking van het ontwerp, de realisatie en de instandhouding gedurende drie jaar na volledige ingebruikname van het systeem.

m verdiept aangelegd (zie figuur 1). Hiervan bestaat ca. 500 m uit een tunnel. Het station van Nijverdal wordt verplaatst naar het centrum en komt in het open deel van de verdiepte ligging. Door het verschuiven van het spoor en de Rijksweg moet ook de lokale infrastructuur worden aangepast. Hiervoor worden twee onderdoorgangen voor langzaamverkeer, twee wegbruggen, twee spoorbruggen, een spoorviaduct en de nodige geluidsschermen gerealiseerd. De Combitunnel loopt door het hart van Nijverdal en komt op de locatie van het oude spoortracé te liggen. De tunnel en toeritten dienen in de toekomst ruimte te bieden aan 2 sporen en 2 x 2 rijstroken. De tunnel is verdeeld in drie tunnelbuizen: Een buis voor het spoorverkeer en twee buizen voor het wegkeer. De totale breedte van de constructie varieert van circa 26 m tot circa 36 m ter plaatse van het station (zie figuur 2). De diepteligging van de diepe gedeelten varieert langs het tracé tussen 6 m en 10 m. De tunnel bestaat uit 49 moten. De moten hebben in het algemeen een lengte van 30 m.

Situatie De as van Rijksweg 35 wordt over een lengte van 6 kilometer naar het noorden verschoven en gebundeld met het spoor. Ter plaatse van het centrum van Nijverdal worden spoor en weg over circa 1500

Geologie en grondwaterstanden De belangrijkste geomorfologische afzettingen zijn gevormd in de voorlaatste ijstijd, het Saalien. De bodemopbouw langs het tracé is gekenmerkt

44

GEOTECHNIEK – Juli 2013

door een toplaag van geroerde antropogene grond met wisselende samenstelling. Hier onder volgt een zandlaag, silthoudend met lokaal dunne veenlenzen. Hieronder volgen lagen van matig grof tot uiterst grof zand, grindhoudend of grind, matig zandig. De zand- en grindlagen worden lokaal doorsneden door leem- en veenlagen, waarbij lokaal stoorlagen van oerhout zijn aangetroffen. In figuur 3 is een typerende sondering weergegeven. De invloed van de Nijverdalseberg is ook merkbaar bij de geohydrologie ter plaatse. Er is een aanzienlijk verhang van het grondwater van de Nijverdalseberg naar het riviertje de Regge. De tunnel wordt evenwijdig aan de stromingsrichting gerealiseerd. Kenmerkend aan de grondwaterstand is de grote variatie. Uit peilbuismetingen blijkt de waterstand te kunnen variëren van NAP +6,5 tot +9,0 m. Om een eventuele stijging van het grondwater in de komende 100 jaar te kunnen opvangen, waren relatief hoge ontwerpwaterstanden door de opdrachtgever voorgeschreven met een drempelhoogte van NAP +10,0 m (oost) en +10,5 m (west). De rekenwaarde van de waterstand is vastgelegd op NAP +11,0 m (oost) en +11,9 m (west).

Keuze type bouwkuip en fundering Door de centrale binnenstedelijke ligging golden


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 45

Samenvatting Bij het Combiplan Nijverdal zijn de tunnel en de toeritten gerealiseerd in binnenstedelijk gebied, met strenge realisatie-eisen ten aanzien van geluid en trillingen. Samen met de geologische randvoorwaarden heeft dit geleid tot de keuze voor een funderingswijze waarbij gebruik is gemaakt van een fundering op staal en een fundering met GEWI-ankerpalen. Om tot een optimaal ontwerp te komen, zowel geotechnisch als constructief, zijn uitgebreide analytische en numerieke berekeningen opgesteld. Met deze berekeningen zijn vooraf onder andere de stijfheden van de bedding en van de GEWI-ankerpalen zo nauwkeurig mogelijk bepaald.

Deze stijfheden bleken in dit geval namelijk van grote invloed te zijn op het ontwerp, vanwege de strenge vervormingseisen vanuit het (spoor-)verkeer en in bepaalde gevallen ook vanwege het aspect vermoeiing. Deze intensieve interactie tussen het geotechnisch en het constructief ontwerp heeft uiteindelijk geleid tot een integraal funderingsontwerp, waarbij gebruik is gemaakt van meer dan 3500 GEWI-ankerpalen. Meer inzicht in de te hanteren ontwerpparameters is verkregen door het uitvoeren van omvangrijke bezwijkproeven. Door controleproeven zijn de gehanteerde uitgangspunten gecontroleerd en is de integriteit van de palen ten aanzien van sterkte en stijfheid aangetoond.

Figuur 2 – Doorsnede gesloten tunnel.

strikte realisatie-eisen ten aanzien van geluid en trillingen, die maatgevend waren in de keuzes ten aanzien van het type bouwkuip en fundering. Verder waren de ligging van een aantal gestuurde boringen onder het tunneltracé en de ligging van kabels- en leiding parallel aan de tunnel bepalend. Samen met de hiervoor geschetste geologische randvoorwaarden heeft dit uiteindelijk geleid tot de keuze voor het volgende funderings- en bouwkuipontwerp (zie ook figuur 4): – Het gesloten gedeelte is op staal gefundeerd (D). De bouwkuip is hier gerealiseerd met verankerde stalen damwanden en een onderwaterbetonvloer. De owb-vloer is verankerd met ankerpalen die alleen een tijdelijke functie in de bouwfase hebben. – De open (diepe) gedeelten zijn op palen gefundeerd (C, E). De bouwkuip bestond hier ook uit verankerde damwanden met een onderwaterbetonvloer met ankerpalen. Deze ankerpalen hebben zowel in de bouwfase als in de eindfase een functie. – Aan de uiteinden zijn, aan weerszijden, twee moten op palen met een open bemaling gerealiseerd (B, F). Door de aanwezigheid van stoorlagen was hier geen onderwaterbeton nodig. – De ondiepe delen van de toeritten zijn op staal gefundeerd (A, H). De moten zijn hier in een kuip met open ontgraving gerealiseerd. In totaal is ca 35.000 m2 onderwaterbetonvloer met een gemiddelde dikte van 1,0 m aangebracht [1]. De dikte van de vloer verloopt van 800 mm bij

Figuur 3 – Sondering.

45

GEOTECHNIEK – Juli 2013


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 46

Figuur 4 – Funderingsconcept Combitunnel Nijverdal. Figuur 5 – Mobiel geluidsscherm.

een relatief grote bandbreedte van zowel druk- als trekbelastingen. Dit heeft te maken met de grote variatie in mogelijke grondwaterstanden en het aandeel van de mobiele belasting uit spoor- en wegverkeer. Zo treden bijvoorbeeld in het open gedeelte onder de wanden relatief hoge trekbelastingen op, maar zijn in het veld ook hoge drukbelastingen mogelijk.

Figuur 6 – Funderingsconcept Combitunnel Nijverdal.

de toeritten tot 1.100 mm bij de diepere delen met een waterdruk van 6,6 m ten opzichte van onderzijde onderwaterbeton. Ter plaatse van de pompkelder is de dikte 1.300 mm bij een waterdruk van 10 m. Voor het aanbrengen van de damwanden is gebruik gemaakt van een mobiel geluidsscherm om de geluidsoverlast te beperken (zie figuur 5). Het hiervoor beschreven ontwerpconcept met de randvoorwaarden ten aanzien van trillingen, geluid en de aanwezige bodemgesteldheid hebben geresulteerd in het toepassen van ruim 3500 GEWIankerpalen. Het ontwerptraject van de ankerpalen liep parallel aan de commissie voor het opstellen van de CURrichtlijn C236 “Ankerpalen” [2]. Ervaringen vanuit het project zijn in de richtlijn terecht gekomen. Op het ontwerp, uitvoering en beproeven van de ankerpalen wordt later in het

artikel nader ingegaan. Het gekozen paalstramien was het resultaat van een afweging, waarbij zowel de belastingen in de bouwfase als in de eindfase een rol speelden, maar ook praktische uitvoeringsaspecten. Het stramien kent vaste randafstanden van 1,725 m in dwarsrichting en 1,50 m in langsrichting. Daartussen zijn de hart-op-hart afstanden in dwarsrichting ca. 3,4 m en in langsrichting ca. 3,6 m. Om de verticale voegbeweging te beperken is het stramien nabij de dilatatievoegen verdicht. Het zijn vooral de strenge eisen vanuit het spoorverkeer geweest die hierbij bepalend waren voor het stramien en de diameter van de ankerpalen. Voor een deel van de GEWI-ankerpalen is vermoeiing het maatgevende criterium gebleken voor de benodigde diameter. De paalbelastingen in de eindsituatie vertonen

46

GEOTECHNIEK – Juli 2013

Bij het bepalen van de paalbelastingen is rekening gehouden met een bedding onder de vloer, die een deel van de drukbelasting opneemt. Het is in dat kader belangrijk dat de potentiele spleet tussen onderwaterbetonvloer en de bodem, die tijdens het droogzetten van de kuip kan optreden, na het belasten van de onderwaterbetonvloer door de tunnelconstructie in de eindsituatie weer dicht gedrukt wordt. Hiervoor zijn uitgebreide numerieke berekeningen met PLAXIS uitgevoerd (zie figuur 6), waarbij met hardening model small strain stiffness is gerekend. Het gesloten gedeelte van de tunnel is op staal gefundeerd. De te verwachten zettingen en de verticale bedding zijn bepaald op basis van analytische berekeningen gecombineerd met numerieke berekeningen. De analytische berekeningen zijn gebaseerd op de resultaten van de druksonderingen en geijkt aan de hand van een aantal representatieve met Plaxis berekende dwarsdoorsneden. Hiermee kon worden aangetoond dat de (rest)verschilvervormingen tussen de moten beperkt zijn tot < 5 mm. De verticale beddingen variëren langs het tracé en liggen in orde grootte tussen 5000 à 10000 kN/m3. Op een beperkt aantal locaties is een grondverbetering aangebracht.


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 47

FUNDERING COMBITUNNEL NIJVERDAL

Tabel 1 – Berekende statische paalstijfheden bij trekbelasting, paallengte circa 13 m.

Figuur 7 – Boren ankerpalen vanaf ponton

Op plaatsen waar het op voorhand mogelijk was om de damwanden te trekken, is reeds in het ontwerp het effect hiervan op de verticale bedding en de krachtswerking op de tunnel beoordeeld. Uiteindelijke heeft dit bij de lokaal aanwezige bodemgesteldheden ertoe geleid dat de bedding over de eerste twee meter van de rand vervalt, en dat ter plaatse van de derde meter een bedding van 50% in rekening is gebracht. Vanaf de vierde meter is met volledige bedding gerekend.

Ontwerp en beproeving van GEWI-ankerpalen

berekening is de paalklassefactor Ȋt. Op basis van ervaringen is in het voorontwerp 1,8% aangehouden. Om aan te sluiten bij C236 – Ankerpalen [2] en gezien de hoeveelheid palen is er samen met de verantwoordelijke funderingsaannemer Volker Staal & Funderingen (VSF) gekozen om uitgebreide bezwijkproeven uit te voeren. Doel van de proeven was om verschillende uitvoeringsmethoden te testen en de maatgevende paalklassefactor te bepalen. Verder is de omgevings- hinder en de uitvoeringssnelheid van de verschillende methoden beoordeeld. Hierbij zijn verschillende uitvoeringstechnieken toegepast zoals open spoelboren, spoel-slagboren, trillend aanbrengen en micro verdringende schroefpalen. Verder is onderscheid gemaakt in al dan niet afpersen. In totaal zijn er circa 42 testpalen aangebracht. Hierbij zijn palen op twee verschillende locaties en groutlichamen op twee verschillende hoogten aangebracht om voldoende rekening te houden met de ruimtelijke spreiding van de bodemgesteldheid. De lengte van de groutprop van de testpalen was 4 m. Van de 42 palen zijn uiteindelijk 14 palen beproefd voor het bepalen van de paalklassefactor. De testpalen zijn vanaf maaiveld gemaakt.

De meest relevante aspecten voor het ontwerp van de gekozen GEWI-ankerpalen zijn: – Draagkracht (uitwendig geotechnisch) – Grote bandbreedte aan belastingen (door de grote variatie in de waterstanden en het aandeel van belasting uit spoor- en wegverkeer) – Sterkte (inwendig constructief, ook rekening houdend met vermoeiing) – Stijfheid en vervormingen (met name bij voegovergangen in de spoortunnel) – Duurzaamheid (100 jaar levensduur en zwerfstroom-eisen) – Uitvoeringsaspecten (toleranties, geluid en trillingen) Ontwerpdata GEWI-ankerpalen: – Verschillende staafdiameter 63,5 mm / 50 mm / 40 mm – Schotel diameter 350 mm – Grout diameter 200 mm – Lengte palen tussen 13 à 26 m – Definitieve palen geboord (spoel-slagboren) vanaf ponton (zie figuur 7)

De grote bandbreedte in de paalbelastingen had invloed op de berekening van het paaldraagvermogen via de factor ȍvar. Om deze factor zo realistisch en nauwkeurig als mogelijk te bepalen zijn in het constructief ontwerp verschillende combinaties van waterstanden en belastingen uit spoor- en wegverkeer doorgerekend.

Eén van de bepalende factoren in de draagkracht-

Eén van de bepalende factoren voor het construc-

47

GEOTECHNIEK – Juli 2013

tief ontwerp van de tunnel en de owbvloer was de stijfheid van de ankerpalen. Dit omdat de eisen aan vervormingen erg streng waren, vooral ter plaatse van voegovergangen in de spoortunnel. Bovendien speelde de stijfheid van de ankerpalen ook een grote rol bij het bepalen van de optredende lastwisselingen in de palen, waarmee de effecten van vermoeiing zijn gecontroleerd. Daarom zijn de stijfheden tijdens het ontwerp nauwkeurig berekend en is hierbij onderscheid gemaakt tussen de stijfheid bij druk, de stijfheid bij trek en de stijfheid bij kortdurende belasting. De twee belangrijkste aandelen voor berekening van de axiale veerstijfheid van op trek belaste ankerpalen zijn het elastische aandeel en het aandeel uit mobilisatie van de schachtwrijving. De vooraf berekende stijfheden voor een puur op trek belaste GEWI-paal (Dstaaf 50 mm) lagen in een orde grootte van 40 MN/m à 50 MN/m (zie tabel 1). Opgemerkt wordt de berekeningen destijds nog op basis van CUR77 in combinatie met de ervaringen en meetresultaten van de aanleg van het verdiepte spoor door Almelo zijn uitgevoerd. Dit omdat CUR-richtlijn C236 nog niet beschikbaar was. In CUR77 zijn voor de berekening van de (deel)veerstijfheid van de schachtwrijving de volgende factoren genoemd: 75 (boorpalen) en 190 (prefab palen). Gezien de uitvoeringsmethode liggen GEWI-ankerpalen tussen de twee genoemde waarden/typen. Op basis van de gemeten stijfheden op het project Almelo Verdiept is destijds een factor van 110 aangehouden (zie tabel 1). In C236 zijn voor dit type ankerpaal nu waarden van 120 / 140 / 170 vermeld; zie C236, tabel 8.1 [2].


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 48

Figuur 9 – Test vanaf ponton.

Figuur 8 – Getrokken groutlichaam paal bezwijkproef.

Een andere parameter voor de berekening van de elastische (deel)veerstijfheid is de fictieve verankeringslengte ofwel effectieve lengte Leff genoemd. Zowel in CUR77 als in C236 wordt gesteld dat Leff = Lvrij + 0,5 La (zie C236, figuur 8.1). Ondertussen is de berekening van paalstijfheden uit CUR77 in richtlijn C236 herzien, waarbij algemeen geconstateerd is dat de hiermee berekende waarden tamelijk conservatief (laag) zijn en niet aansluiten bij de in de praktijk gemeten waarden [3]. Daarom is in CUR-verband een platform ankerpalen opgericht om betreffende dit onderwerp de huidige richtlijn te laten aansluiten bij de in de praktijk gemeten hogere paalstijfheden. De resultaten van de bezwijkproeven ten behoeve van het bepalen van de paalklassefactor kunnen als volgt worden samengevat: – Ȋ t niet significant afhankelijk van boormethode (uitzondering trillend aanbrengen); – Duidelijk verschil tussen al dan niet afpersen; – Ȋ t tussen 1,7 à 2,2 (afhankelijk van boormethode en al dan niet afpersen). Opgemerkt wordt dat er gedurende de beoordeling van de proeven twijfels waren ten aanzien de uitgevoerde lengte van de groutlichamen. Daarom zijn een aantal testpalen/groutlichamen getrokken (zie figuur 8). Hierbij zijn de twijfels bevestigd. De afmetingen van de groutprop is essentieel

Tabel 2 – Berekende en gemeten stijfheden GEWI-ankerpaal Dstaal = 50 mm.

voor de bepaling van de maatgevende Ȋ t en verdient de nodige aandacht in opzet en beoordeling van bezwijkproeven. Op basis van de uitgevoerde proeven is gekozen om de definitieve GEWI-palen met de spoelslagboor methode met afpersen uit te voeren en is de lengte per ankerpaal met gemiddeld 2 m gereduceerd. De kosten voor de proef zijn ruimschoots gecompenseerd. Vanwege capaciteitsredenen heeft uiteindelijk Bauer funderingstechniek de palen voor Volker Staal & Funderingen uitgevoerd. Omdat de palen met de hogere Ȋ t zijn ontworpen en in relatie tot de ontwikkeling van de richtlijn C236 “Ankerpalen” [1] gedurende het project, zijn aanvullend 24 controleproeven na installatie van de definitieve palen uitgevoerd. Hierbij zijn zowel sterkte als ook stijfheid van de palen vanaf de ponton getest (zie figuur 9). Alle palen voldoen aan de gestelde eisen qua sterkte en stijfheid. In tabel 2 zijn de achteraf gemeten stijfheden voor ankerpalen met een staafdiameter van 50 mm weergegeven. De testbelastingen waren 680 en 770 kN. De

48

GEOTECHNIEK – Juli 2013

gemeten stijfheden lagen tussen circa 43 à 74 MN/m en passen daarmee in de bandbreedte van de van te voren berekende stijfheden (zie tabel 1). Aandachtspunt met betrekking tot de uitvoering vanaf een ponton zijn realistische uitvoering-toleranties. Bij moot 37 zijn de GEWI-palen bijvoorbeeld nabij een hogedrukgasleiding geboord. De maatvoering is dan cruciaal. Hier zijn de palen met een initiële helling van 2% van de leiding weg geboord en zijn de boorgaten met een inclinometer (verticaal) voor het passeren van de leiding ingemeten. Dat wil zeggen: boorproces stoppen, boorgaten inmeten, indien boorgat geen afwijkingen vertonen, dan verder boren. De palen zijn zonder schade aan de leidingen uitgevoerd.

Literatuur [1] Cement; uitgave nr. 03-2013; Takken, De Winter, Meinhardt; Combiplan Nijverdal. [2] CUR Bouw & Infra, CUR 236 ‘Ankerpalen’, november 2012. [3] Geotechniek, jaargang 17, nummer 1, ‘Update van commissies’, axiale veerstijfheid ankerpalen. 


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 49

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

Cursussen Workshop: Introduction to PLAXIS 2D - 3 juli - Plaxis BV Dijkwacht 1 - Geotechnische oorzaken achter het ontstaan van dijkfalen en de doorbraak zelf - 10 september - Deltares Toepassen van MWell bij het modelleren van bronbemalingen - Bij het ontwerpen van bemalingen is inzicht in de omvang van de onttrekking met het oog op de opbarst- en taludveiligheid in de bouwput zeer gewenst, evenals een snelle afweging ten aanzien van vergunningsvoorwaarden en de aard van effecten op de omgeving. - 12 september - Deltares Hydrodynamica van Leidingsystemen – Dynamisch Gedrag - Verschaft zoveel inzicht zodat deelnemers in staat zijn het hydraulisch gedrag van een leidingsysteem te begrijpen, eenvoudige waterslag berekeningen te maken en mogelijke waterslag voorzieningen en/of procedures te beoordelen - 16 september - Deltares

Agenda

distribution systems - This 3-day intensive course on the latest concepts and tools for optima management of pressure in water distribution systems (including insights in analysis, prediction and validation methods for estimate of pressure management benefits) and deeper insight into pressure transients in pipeline systems - 18 september - Munich, Germany (meer info via Deltares) Train de trainer Dijk Patrouille - Instructeurs krijgen een korte herhaling van de bezwijkmechanismen die in en rond een dijk te verwachten zijn en hoe deze bezwijkmechanismen zijn vertaald in Dijk Patrouille - 24 september - Deltares Stabiliteit van grondlichamen berekenen met D-Geo Stability - Leer een grondlichaam te modelleren en de stabiliteit ervan te berekenen met D-Geo Stability 26 september - Deltares

Internationale congressen

Dijkwacht 2 - Op welke wijzen kan een dijk doorbreken - 17 september - Deltares

18th International Conference On Soil Mechanics And Geotechnical Engineering 2-6 september - Parijs

Advanced course on Pressure Management and Pressure Transients in water

GeoMontréal 2013 – 29 september - Montréal, Canada

Informatie en aanmelding

Deltares

www.deltares.nl

+31-0-15-2693500

Betonvereniging COB CROW CUR Deltares Academy Elsevier Opleidingen

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

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

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

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

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


N47 artikels_Opmaak 1 31-05-13 22:29 Pagina 50

MOS Grondmechanica

Kleidijk 35

Postbus 801 3160 AA Rhoon

T + 31 (0)10 5030200

F + 31 (0)10 5013656

www.mosgeo.com

De bekendheid van het Stedelijk Museum aan de Paulus Potterstraat in Amsterdam heeft meer te maken met de klassiek moderne en hedendaagse kunst waarvan zij haar bezoekers laat genieten, dan met het gebouw waarin zij is gevestigd. Toch is dit neorenaissancegebouw – in 1895 ontworpen door architect Adriaan Willem Weissman – een bekend en historisch monument. De ingrijpende renovatie die in de periode 2007 – 2010 heeft plaats gevonden vroeg dan ook de grootste zorg. Rekenen en bewaken Om deze reden was MOS Grondmechanica van het begin tot het einde van de uitvoering betrokken bij de renovatie van het Stedelijk Museum. Het

“De metingen geven aan dat de bouwput tot de einddiepte mag worden ontgraven.”

bureau verzorgde het benodigde grondonderzoek en op basis van de resultaten hiervan de volledige geotechnische engineering van de bouwkuipen en funderingen. MOS bleef gedurende het bouwproces op de achtergrond aanwezig om te toetsen of de optredende vervormingen van het oude pand niet groter werden dan geoorloofd. Hiermee leverden de mensen van MOS een belangrijk aandeel aan het behoud van een markant stukje Nederlands erfgoed.


Project1_Opmaak 1 31-05-13 23:50 Pagina 1

17 E JAARGANG NUMMER 3 JULI 2013 ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR GEBRUIKERS VAN GEOKUNSTSTOFFEN

Spelen met gewapende grond

Nieuw concept voor spoorverbredingen in ophoging met steile, groene taluds en ingebetonneerde geogrids

K AT E R N VA N


GK voor pdf_Opmaak 1 01-06-13 00:03 Pagina 2

Geokunst wordt mede mogelijk gemaakt door:

De collectieve leden van de NGO zijn:

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

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

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

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

52

GEOKUNST – Juli 2013

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

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


GK voor pdf_Opmaak 1 01-06-13 00:00 Pagina 3

Van de redactie

Beste Geokunst lezers, Bij de redactiewerkzaamheden voor deze Geokunst in de 2e week van mei, was het regenachtig en te koud voor de tijd van het jaar. Wij, de redactieraad, zagen, ongetwijfeld net als u, verlangend uit naar de zomer. In die omstandigheid lazen wij het artikel “Spelen met gewapende grond” en viel ons oog direct op het kopje “creatief met zand”. De associatie met een zonovergoten strand met prachtige, door zandbeeldhouwers gecreëerde zandsculpturen, was al snel gemaakt. Echter, bij deze creatieve uiting wordt geen wapening gebruikt, waardoor de zandsculpturen al na enkele mooie zomerse dagen de richting van de tijd zullen volgen van order naar disorder, waardoor ze niet meer herkenbaar zullen zijn. Bij de eerste de beste storm of springtij zullen ze geheel zijn Kunst

verdwenen. Het zal duidelijk zijn dat de gewapende grond aanzienlijk langer zijn vorm en functie zal behouden (lagere entropie) dan die mooie zandkastelen. Het zijn allebei kunstwerken, maar het woord “kunstwerken” heeft in de techniek een geheel ander betekenis dan in de kunst, al kan een civieltechnisch kunstwerk aan beide voldoen. Echte kunst (works of art) zijn gemaakt om ervan te genieten en hebben verder geen functie, maar als je er goed voor zorgt kunnen ze erg lang meegaan. Het artikel “Spelen met gewapende grond” van Suzanne van Eekelen, Piet van Duijnen, Wim Voskamp en Theo Huybrechts is een verslag over de NGO workshop “Met geokunststoffen gewapende steile hellingen”, dat op 19 maart jl. is gehouden in het World Art Centre in Delft. De tweede in een serie brainstorm sessies georganiseerd door de NGO. Vijftig deelnemers hebben in weer en wind een miniatuur gewapende grondconstructie gemaakt en daaruit verrassende conclusies getrokken. Voor een relaas over een leuk staaltje “outside the box”denken en de lezingen die zijn gehouden over mogelijkheden van gewapende steile hellingen, verwijzen wij u naar dit artikel.

Kunstwerk

Vanuit de dagdroom over zonovergoten stranden en het effect van de 2e wet van de thermodynamica op zandkastelen, was de stap naar een zomerse treinreis met uitzicht over groene weiden en hellingen vol bloemen, een kleine. Een van de voorwaarden voor een veilige reis per trein is gedegen ontworpen en uitgevoerde kunstwerken. J. Verstraelen, F. de Schepper en E. De Clercq doen verslag van een nieuw concept voor spoorverbredingen in ophogingen met steile, groene taluds en “ingebetonneerde” geogrids. Hierbij worden in beton gestorte geogrids in combinatie met grondnagels gebruikt om stabiele steile taluds in de zeer beperkte ruimte langs het spoor Brussel Zuid en Denderleeuw te realiseren. Wij wensen u veel leesplezier met deze zomerse editie van Geokunst! Shaun O’Hagan Eindredacteur Geokunst

Work of art

Colofon Geokunst wordt uitgegeven door de

Tekstredactie

C. Sloots

Een abonnement kan worden

Nederlandse Geotextielorganisatie.

Eindredactie

S. O’Hagan

aangevraagd bij:

Het is bedoeld voor beleidsmakers,

Redactieraad

C. Brok A. Bezuijen M. Dus ˘kov J. van Dijk W. Kragten F. de Meerleer

Nederlandse Geotextielorganisatie (NGO)

Uitgeverij Educom BV

www.ngo.nl

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

Productie

53

GEOKUNST – Juli 2013

Postbus 358 3840 JA Harderwijk Tel. 085-1044 727


GK voor pdf_Opmaak 1 01-06-13 00:00 Pagina 4

NGO-workshop 19 maart 2013: met geokunststoffen gewapende steile hellingen

Spelen met gewapende grond

Ir. S. (Suzanne) van Eekelen Voorzitter NGO Commissie: Innovatie en Kennisoverdracht, Deltares, TU Delft

Ir. W. (Wim) Voskamp Voskamp Business Consultancy

Ing. P. (Piet) van Duijnen Lid NGO Commissie: Innovatie en Kennisoverdracht, Mobilis

Ing. T. (Theo) Huybregts Ingenieursbureau Geologics

tussen de 0 en de 10 graden met de verticaal. Na afloop moest de voorkant eraf, en werd de constructie op ludieke wijze belast door vrijwilligers. Dat er zeven zeer creatieve teams aan het werk waren was al snel duidelijk. Ondanks hetzelfde bouwmateriaal (bij 6 van de 7 groepen) en nagenoeg dezelfde bakken was het eindresultaat 7 unieke constructies die maar 2 zaken gemeen hadden: zand en wapening. Verder was zo ongeveer alles anders. De snelheid van bouwen was verschillend, de dikte van de zandaanvulling tussen de wapeningslagen, de ankerlengte, het al dan niet terugslaan van de wapening. Eén team vond een verticale wand niet uitdagend genoeg. Dit team heeft het schaalmodel na het opbouwen op z’n kop gezet, zodat er een 10 graden voorover hellende wand ontstond. Anderen hadden – geïnspireerd op de Japanse bouwmethode waar Wim Voskamp in zijn inleiding over had verteld – de zandzakken zo in de proefbak gepropt. Een ander model werd gebouwd zonder de omslag van de wapening: een lasagne van dunne laagjes zand en papier. Het resultaat was een schaalmodel waarin je de wapening niet kon zien, vandalismebestendig en misschien economisch.

Foto 1 – De proefbelasting van het winnende schaalmodel.

Creatief met zand Om de creativiteit verder te prikkelen zijn 7 teams samengesteld die ieder een miniatuur gewapende grondconstructie van 0.3 m hoogte hebben gemaakt. In elk team zat minimaal een opdrachtgever, een aannemer, een ontwerper en een leverancier. Eén groep bestond echter uiteindelijk

toch alleen maar uit drie geotechnische adviseurs. Ieder team kreeg een zak metselzand, een zak ophoogzand, WC papier, keukenpapier en een stapel A3-tjes. Daarmee moesten ze een gewapend wandje maken in een houten bak met bodemplaat. Er waren 3 verschillende soorten bakken, waarbij de helling van de gewapende grondzijde varieerde

54

GEOKUNST – Juli 2013

Het winnende team, met de 3 geotechnici, had rondgestruind op zoek naar beter wapeningsmateriaal. Dat lukt wel op het terrein van het World Art Centre in Delft, waar de workshop werd gehouden. Ze vonden kippengaas. Met dit gerecyclede kippengaas hebben ze een doordacht schaalmodel gemaakt. Kippengaas, met daarbinnen WC papier. Het betere metselzand aan de voorzijde, het opvulzand daarachter. Voor de ‘groene uitstraling’ was het geheel nog wat opgeleukt met rietstengels. De foto laat zien hoe hun winnende schaalmodel is proefbelast. Dit bevlogen groepje, bestaande uit Marijn Brugman van Arthe Civil & Structure, Rens Servais van Strukton en Dirk Goeman van Crux Engineering heeft hiermee de NGO-wisselbokaal gewonnen! De organi-


GK voor pdf_Opmaak 1 01-06-13 00:00 Pagina 5

Samenvatting Gewapende grond is in de VS en Japan de gewoonste zaak van de wereld en ook in Nederland een constructie die steeds vaker wordt toegepast. Steeds vaker gebruiken we geokunststoffen voor 12 m hoge verticale wanden, ontlastingsconstructies of op staal gefundeerde landhoofden op een gewapende grondwand tot 8 m. Dat een gewapende grondconstructie veilig is, is overduidelijk. Tijdens de grote aardbeving in Oost-Japan van 2011 is veel bezweken, maar van de gewapende grond-wanden is de volledige 178 km keurig blijven staan en nog steeds in gebruik.

Gewapende grondconstructies worden in Nederland veel toegepast in Design en Construct contracten omdat ze economisch en flexibel zijn. Vijftig deelnemers hebben, onder leiding van NGO-voorzitter Arian de Bondt, gezocht naar een verdere uitbreiding van de inzetbaarheid van gewapende grond. Leidend waren 3 vragen: (1) Hoe kunnen we de bestaande constructies verbeteren? (2) Welke nieuwe oplossingen van gewapende grond zijn mogelijk? (3) Hebt u een probleem waarvoor gewapende grond een oplossing kan zijn?

Foto 2 - Overleg over de innovatieve constructies.

Foto 3 - En dan aan de slag.

satie, de NGO, accepteert overigens geen enkele aansprakelijkheid voor loslopende, ontsnapte kippen in Delft-Zuid, wegens het ontbreken van stukken kippengaas.

Creatief met wapening Er moest meer gebeuren dan spelen met zand alleen. De dag startte met twee inleidingen. Eén van Wim Voskamp over de grondwapening; geschiedenis en recente toepassingen. En één van Theo Huybregts over het ontwerp van gewapende steile hellingen. Vervolgens heeft Piet van Duijnen namens de NGO de deelnemers uitgedaagd om de in de samenvatting genoemde drie vragen te beantwoorden. In de discussie achteraf bleek dat enkele ideeën in de tenderpraktijk wel op tafel komen maar worden afgeserveerd omdat de techniek nog niet is bewezen. Andere ideeën zijn al in de praktijk gerealiseerd. Weer andere ideeën lijken kansrijk, maar behoeven nadere uitwerking. Hieronder een samenvatting van enkele van de voorgedragen ideeën.

Verankering De wapening in een steile wand moet bij de aanleg voldoende aangespannen worden om zonder plooien ingebouwd te worden. Een idee is dat dit aanspannen kan worden bereikt door de wapening over een kuil aan te leggen zoals aangegeven in

Foto 4 Suzanne reikt de prijs voor het winnend schaalmodel uit aan v.l.n.r. Dirk Goeman, Marijn Brugman en Rens Servais.

figuur 1. Tijdens het aanvullen wordt de wapening in de kuil gedrukt en zo strakgetrokken, waardoor een vorm van voorspanning ontstaat. Deze bouwmethode wordt zo nu en dan toegepast, maar heeft nog niet tot spectaculaire verbeteringen geleid. Uit diverse EEM analyses is nog niet gebleken dat het op deze wijze voorspannen van geogrid significante verbetering geeft.

Vormvastheid van een gewapende wand Bij het opbouwen met de omslagmethode van een

55

GEOKUNST – Juli 2013

gewapende wand met een tijdelijke bekisting moet het vulmateriaal zich zo goed mogelijk vormvast gedragen. We willen een mooie, strakke facing, zonder dat tussen de lagen geogrids uitbuiking plaatsvindt (het “burrito-effect”). Het blijkt nodig te zijn dat er voldoende fijne fractie in het vulmateriaal aanwezig is om voldoende vormvastheid te bereiken. Voorgesteld is daarom om een granulaat fractie 0/20 in plaats van 0/31,5 mm toe te passen. In de


GK voor pdf_Opmaak 1 01-06-13 00:00 Pagina 6

Figuur 3 – EPS en geokunststof Figuur 2 – Ecoduct opgebouwd uit geotubes.

wapening in een viaduct.

Figuur 1 – Betere verankering van de wapening:

Figuur 4 – Variant op wanden-dag methode:

Figuur 5 – Putbodem: Alternatief

een kuil op 2/3 van de wapeningslengte.

grid-honingraad-grid-ontgraven.

voor onderwaterbeton.

Figuur 6 – Putbodem: waterdicht afsluitend

Figuur 7 – Ontgraven in gewapende en gedraineerde grond.

Figuur 8 – Diagonale drains: versterking

geotextiel wapening + afdichting.

praktijk is dit al wel toegepast. Ook 2/20 is wel eens geprobeerd.

Tunnels Verschillende varianten van tunnels passeerden de revue. Figuur 2 laat een ecoduct zien, gemaakt van geotubes. Dit ligt in het verlengde van het werk dan de CUR 128 grondbogen-commissie in 2003 heeft gepubliceerd. Figuur 3 laat een oplossing zien waarbij EPS en geokunststof wapening worden gecombineerd. Het EPS is vormvast, kan enige druk en trek opnemen en geeft de minste belasting in de fragiele schil die de boog op zijn plek houdt. Tenslotte was er nog een idee een celwapening toe te passen in een variant op de wanden-dak methode, zie figuur 4. Een van de uitdagingen bij de laatste twee varianten ligt in de brandwerendheid van de constructie.

ondergrond en snellere drainage.

Ontgravingen

Drainage-geogrid-strips als wapening

Bij ontgravingen werden oplossingen aangedragen voor de bodemput en de putwand. Figuren 5 en 6 geven voorbeelden van stabilisatie van de bodemput met geokunststoffen. Het traditionele onderwaterbeton wordt hier vervangen door een folie. De installatie en de verbinding met de verticale ankers zal hier nog enig denkwerk vragen. Bij deze oplossing zal op het geomembraan voldoende afdekking moeten worden aangebracht. De putwand kan worden uitgevoerd als een Berlinerwand, al dan niet met een zigzag structuur. Door een combinatie van verticaal ingebrachte prefab betonpalen en een verticaal folie kan de berliner wand worden gerealiseerd. De folie wordt dan ingebracht zoals dat nu ook gebeurt bij het in uitvoering zijnde project te Leeuwarden, zie foto 5.

Figuren 7 en 8 laten zien hoe diagonale drainage kan bijdrage als grondwapening. De drainage staat haaks op de te verwachten bezwijkvlakken (Bishop) en kan daarmee extra versteviging bieden. Aandachtspunt is het opfrommelen van de wapening bij samendrukking van de consoliderende grond. Ook kan de wapenende werking van drainage-geogrid-strips gebruikt worden tijdens ontgraving (Figuur 7). De vrijkomende wapening kan weer worden teruggezet, waarbij een bekleding van grid of geotextiel kan worden vastgenaild.

56

GEOKUNST – Juli 2013

Overslag Geokunststoffen kunnen de erosiebestendigheid van het binnentalud van een dijk sterk vergroten. Gevolg is dat golf overslag minder schadelijk is. In-


GK voor pdf_Opmaak 1 01-06-13 00:00 Pagina 7

SPELEN MET GEWAPENDE GROND

dien een binnentalud goed bekleed is, en daarmee beter bestand is tegen golfoverslag, dan kan een lagere dijktafel geaccepteerd worden. Het bekleden van het binnentalud kan dus een goed alternatief zijn. Voor het realiseren van werkwegen en kraanopstelplaatsen op slappe grond kunnen zogenaamde geocellen worden toegepast. Dit zijn verticale geogrids die in honinggraad zijn verweven zodat er cellen ontstaan welke opgevuld worden met steenslag. Er ontstaat als het ware een stijve plaat die berijdbaar is.

Geokunststoffen in waterkeringen Aan het einde van de bijeenkomst ontstond een levendige discussie over het al dan niet toepassen van geokunststoffen in waterkeringen. In het buitenland worden geokunststoffen veelvuldig toegepast om de stabiliteit van een dijk of zelfs stuwdammen te vergroten. In Nederland is dat echter een zeldzaamheid. Bij techneuten heerst de mening dat dit conservatisme is van dijkbeheerders. Aan de andere kant is het belangrijk dat het risico (kans maal gevolg) bij een dijk vaak veel groter is dan bij een steil talud met gewapende grond, al dan niet met een landhoofd er op. Conclusie is dat een grootschalig onderzoek naar de toepasbaarheid van geogrids in dijken zou kun-

Foto 5 – Installatie foliewand in Leeuwarden. Bron: Combinatie Grutte Fier bestaande uit Mobilis, De Vries, Van Gelder en Oosterhof Holma.

nen leiden tot een besparing van tientallen miljoenen of zelfs miljarden. Een welkome bijdrage aan het “indammen” van de crisis!

stellen van negen houten mallen, een berg zand met wapening en de NGO-wisselbokaal.

Referenties Dankwoord De bestuursleden van de NGO willen Han de Jong van Mobilis bedanken voor het ter beschikking

Werkrapport CUR commissie C-128, 2003, ‘Grondboog’, overbruggen met grond. Opgesteld door Theo Huybregts en Hein Jansen. 쎲


GK voor pdf_Opmaak 1 01-06-13 00:00 Pagina 8

Nieuw concept voor spoorverbredingen in ophoging met steile, groene taluds en ingebetonneerde geogrids

Figuur 1 – Principe detail.

Inleiding Bij de aanleg van het derde en vierde spoor op de lijn 50A tussen Brussel-Zuid en Denderleeuw, werden ter hoogte van Anderlecht door Tucrail kunstwerken ontworpen die het complexe probleem van het bouwen van een in de tijd stabiele spoorwegconstructie moeten verenigen met de beperkte bouwruimte en een nieuw groen talud. Het concept bestaat naast de ophoging zelf uit drie basiselementen. Ten eerste het realiseren van een weerstandbiedend element in de bestaande spoorwegtaluds. Dit weerstandbiedende element bestaat uit een vernageling van het bestaande talud (foto 1). Het tweede constructieve element zijn de gestapelde (of ter plaatse gevormde) L-vormige betonnen elementen (foto 2). Zij vormen de grondkering van de nieuwe ophoging en bepalen de lijn van het nieuwe talud. De verbinding tussen beide wordt gevormd door een trekwapening die instaat voor de krachtsoverdracht tussen de actieve zone en de weerstandbiedende elementen (zie fig 1, principedetail). Ten derde werden de vernageling en gewapende grond gedimensioneerd volgens klassieke metho-

Ir. J. (Jan) Verstraelen Tucrail

Ing. F. De Schepper Emotrade

Ir. E. (Eric) De Clerq Tucrail

Foto 1 – Vernageld talud.

des en geldende normen, rekening houdend met op de markt aanwezige productspecificaties. De grote onbekende was echter de sterkte van de verbinding tussen de trekwapening en de betonelementen. Er werd geopteerd om de trekwapening in ieder geval in te betonneren. Dit impliceerde dat het toe te passen product bestand diende te zijn tegen de inwerking van vers beton. Er diende aangetoond te worden dat de onbekende verbinding trekwapening-beton niet de zwakste schakel was in het geheel, met andere woorden, de (veilige) berekende falingsmechanismen zoals breken van de wapening en of breuk of uittrekken van de grondvernageling, dienden in ieder geval toonaangevend te zijn.

Concept en dimensionering van de constructieve elementen Het technisch concept dient een soepele structuur te realiseren, waarbij de vervormingen echter controleerbaar blijven. De verplaatsingen op lange termijn zijn van groot belang, aangezien kruip tot voortdurende vervorming van het spoor zou leiden, wat natuurlijk ongewenst is. Bovendien moest gezocht worden naar een flexibel systeem, dat snel en eenvoudig toepasbaar is

58

GEOKUNST – Juli 2013

voor allerlei uiteenlopende situaties. Er werd dus gezocht naar een type element, waarmee diverse vormen en krommingen in de structuur worden gerealiseerd. Dit element, hier een L-element met beperkte dikte en constante wapening, werd gedimensioneerd voor verschillende situaties en hoogtes (momenteel tot 6 verdiepingen van 2.2 m hoogte). De achterkant van dit element is smaller dan de voorkant, wat de realisatie van bochten toelaat. In relatie tot de diepte en beschikbare verankeringslengte, worden de geogrids ofwel verankerd aan grondnagels ofwel vrij uitgerold. Voor de verbinding tussen grondnagels en geogrid, werd gebruik gemaakt van een holle stalen buis. Alle stalen elementen in contact met de grond werden gedimensioneerd met een corrosieoverdikte en voorzien van een galvanisatie. Het geogrid werd omgeslagen achter de buis en teruggeplooid in de aanvulling (foto 3). De afstand tussen L-muur en vernageling kon variëren door het geogrid voldoende lang te voorzien. Deze variaties kunnen zowel variaties zijn in het bestaande talud als variaties in het vlak van het te realiseren groene terrassen talud. Het is met deze constructie mogelijk om op bepaalde niveaus de terrassen in of uit te schuiven zoals de lades van een kast, en zo


GK voor pdf_Opmaak 1 01-06-13 00:00 Pagina 9

Samenvatting Spoorverbredingen in ophoging zijn vaak moeilijk te realiseren. Ze dienen de eisen met betrekking tot stabiliteit te verenigen met de veelal beperkte bouwruimte en het uitzicht voor de omgeving. Door een nieuwe taludlijn te bouwen met L-vormige betonnen elementen konden plantvakken gecreëerd worden die na verloop van tijd de taludlijn omvormen tot een groene berm.

Foto 3 – Geogrid teruggeplooid in de aanvulling.

Foto 2 – L-vormige betonelementen.

obstakels te omzeilen of overgangen naar flauwere klassieke taluds toe te laten. Aangezien de bijkomende last op de taluds beperkt is en het een soepele structuur betreft, volstaat een relatief licht type fundering. In de meeste zones volstaat een fundering op staal, en in de zones met grootste constructiehoogte (tot 11 m) en slechtste ondergrond (alluvium, conusweerstand 0.5 à 1 MPa) werden grindkernen toegepast. De berekeningen werden hoofdzakelijk uitgevoerd met het eindige differentie programma FLAC [1]. De veiligheid en de optredende krachten in het systeem werden per fase bestudeerd. Figuur 2 toont het kritieke afglijden van de tijdelijke toestand, waarbij het bestaande talud vernageld is. De nagels werden gemodelleerd als rockbolt-elements, met een constante pull-out kracht per lopende meter nagel en beperkte buigstijfheid en momentcapaciteit. De pull-out capaciteit werd gebaseerd op de Franse richtlijn “Clouterre” [2] en werd geverifieerd met uittrekproeven op verloren grondnagels tijdens de uitvoering. De buigstijfheid en momentcapaciteit van de grondnagels

De stabiliteit wordt verzekerd door de L-elementen te verbinden met de vernageling van het bestaande talud door trekwapeningen in de vorm van hoog performante geogrids. Het toegepaste systeem zal ongetwijfeld ook in andere landen snel toepassing vinden.

Figuur 2 – Kritieke afglijden van de tijdelijke toestand.

heeft een beperkte invloed op de veiligheid naar afglijden toe, maar werd beschouwd voor de finale fase omdat de krachten van het geogrid niet in dezelfde lijn liggen als de helling van de grondnagels (15° geheld). Deze toestand is tevens de toestand met de laagste veiligheid naar afglijdingen toe (1.21 in dit geval). Deze veiligheid is nog steeds beduidend hoger dan de veiligheid van het originele talud (1 à 1.1). Na uitvoering van de vernageling, worden grindkernen uitgevoerd aan de teen van het vernageld

59

GEOKUNST – Juli 2013

talud. Deze grindkernen verhogen lokaal zowel de stijfheid als de grondmechanische weerstand van de teen van het talud. De grindkernen worden gemodelleerd als unit-cell of dus als zone met verbeterde grondkarakteristieken (hogere E, c’ en ᒌ’) bepaald via de methode van Priebe [2]. Bovendien werken de grindkernen als drainerende kolommen en versnellen ze de consolidatie. Op de grindkernen werden eveneens belastingsproeven uitgevoerd, op het gebruikte grind werden directe afschuifproeven uitgevoerd. Ter controle van de verdichting, werden elektrische sonderingen uit-


GK voor pdf_Opmaak 1 01-06-13 00:00 Pagina 10

gevoerd centraal doorheen de grindkernen (figuur 3). De grindkernen zijn aangezet op de diepere grindlaag rond 11 mTAW. Door afwijkingen tijdens het sonderen gaat de sondeerconus wel voor het aanzetpeil uit de grindkern. De figuur toont de homogene verdichting van het grind in het traject centraal doorheen de grindkern, en de afname wanneer de sondering zich naar de rand van de grindkern begeeft. Verder toont de figuur ook aan dat de trillingen en zijdelingse verdringing tijdens installatie van de grindkern geen toename van de conusweerstand heeft veroorzaakt, tenzij beperkt in de diepere zand/grindlaag. Na uitvoering van de grindkernen verhoogt de theoretische veiligheid van het vernageld talud naar 1.35. Deze veiligheid wordt berekend door het bepalen van zogenaamde veiligheidscontouren: het programma zoekt verschillende lokale glijdingen en legt contourlijnen vast van overeenstemmende veiligheid. Dit is weergegeven in figuur 4. Hieruit blijkt dat de veiligheid identiek is aan de veiligheid voor diepe glijding langs de andere zijde van het talud. De figuur toont eveneens een oppervlakkige glijding boven de vernagelde wand (met lagere veiligheid van 1.25) en langs de oppervlakte langs de andere taludzijde. In de praktijk wordt deze taludzijde eveneens uitgebreid, in dit geval met een klassiek talud. Bij het opbouwen van de wand worden de L-muren geplaatst en via het geogrid verbonden met de grondnagels. Daarna wordt laagsgewijs aangevuld achter de L-muren. In de tijdelijke fase als vernagelde wand, is de kracht in de grondnagels niet maximaal ter hoogte van de nagelkop, maar wel op

enige diepte in het grondmassief. Het geogrid oefent bij de aanvulling een bijkomende kracht uit op de nagelkop. De veiligheid van de finale toestand bedraagt 1.46, zie figuur 5 (owv het bijkomend stabiliserend gewicht aan de teen van het talud). Omdat de verbinding tussen geogrid en vernagelde wand als kritiek punt wordt beschouwd, wordt de invloed nagegaan van het wegvallen van deze verbinding. In het model wordt progressief de laatste meter van de grondnagel, en dus ook de verbinding met het geogrid, verwijderd. Aangezien de modellering 2D plane-strain is, is deze situatie zeer conservatief want ze stelt het wegvallen van de verbinding in een volledige rij voor.

perken, is een zeer stijf geogrid geĂŤist met een stijfheid van 8000 kN/m. Het geplaatste geogrid heeft deze hoge stijfheid en is bovendien zeer ongevoelig voor kruip: de isochrone curven tussen 1 dag en 114 jaar liggen binnen een interval van circa 0.3% bij een dienstwaarde die 20% van de breukwaarde bedraagt (zie figuur 6). Bijkomend voordeel is dat de grootte van dit interval (de post-construction strain) vrij constant blijft binnen een spanningsgebied van 10 tot 50% van de breukwaarde, wat zeker niet het geval is voor andere types geogrid.

Bij het wegnemen van deze verbinding verdeelt de kracht zich over de boven en onderliggende geogrids en grondnagels. De grondnagels gedragen zich nu als vrije nagels, zonder kracht aan de nagelkop (het spuitbeton werd ook verwijderd). Voor de wand die hier bestudeerd werd, konden alle verbindingen verwijderd worden. De veiligheid naar afglijden daalt wel drastisch naar 1.1, wat nog steeds aanvaardbaar geacht wordt voor deze accidentele toestand. De verplaatsingen lopen weliswaar zeer sterk op bij het wegvallen van de verbindingen.

Tijdens en na de bouw, die liep tot oktober 2012, werden de L-muren topografisch ingemeten. De horizontale verplaatsingen tijdens en na de bouw zijn kleiner dan 2 cm en de zettingen schommelen tussen de 5 en 6 cm (beide kleiner dan de berekende waarden). Het verloop van de zettingen voor de onderste rij L-muren is weergegeven in figuur 7. In de figuur is de zetting van 5 meetpunten verspreid langsheen de totale lengte van de onderste L-muren (115 m voor de onderste rij) weergegeven. De figuur geeft aan dat de zettingen stabiliseren en dat er weinig differentiĂŤle zettingen zijn. Dit werd ook vastgesteld bij de hoger gelegen niveaus, die zeer gelijkaardige zettingen vertonen.

In alle berekende en opeenvolgende fases worden de krachten in de geogrids en de grondnagels zowel in gebruiks- als uiterste grenstoestand bepaald. Voor de kruip in de geogrids en de daaruit volgende vervorming op lange termijn, is namelijk de kracht in gebruikstoestand bepalend. Om de vervormingen tijdens het aanvullen te be-

De gemeten horizontale verplaatsingen zijn zeer klein en tot op heden werd geen kruip vastgesteld. Hierbij dient opgemerkt te worden dat deze kruip moeilijk te meten zal zijn gezien de kleine te verwachten waarde (de theoretische horizontale rek bedraagt 1%). Doordat het geogrid stijf is, gaat dit al bij een

Figuur 4 - Contouren van glijlijnen met respectievelijke veiligheid.

Figuur 5 - Shear strain rate bij failing (veiligheid 1.46) in finale toestand.

Figuur 3 - Electrische sondering.

60

GEOKUNST â&#x20AC;&#x201C; Juli 2013


GK voor pdf_Opmaak 1 01-06-13 00:00 Pagina 11

NIEUW CONCEP T SPOORVERBREDINGEN

beperkte opgelegde verplaatsing kracht opbouwen. Het geogrid werd ook niet opgespannen: het werd los uitgerold en omgeslagen. Er werd wel aandacht besteed aan de verbinding met de buis opdat deze goed contact maakt met de lussen op de ankerplaat aan de grondnagels. Deze lussen (twee per ankerplaat) zijn redundant, aangezien structureel slechts één lus nodig is per plaat. In de

praktijk is de uitvoering met grondnagels ook gebonden aan toleranties, waarbij nagels niet op een zelfde niveau zitten en/of niet op een zelfde afstand tot de L-muur. Hierin speelt het geogrid weer zijn rol als soepele en flexibele verbinding tussen beide constructiedelen. Het geogrid werd steeds vlak uitgerold en loodrecht op de buis teruggeplooid. Het geogrid werkt ook als één

geheel met de ingesloten en bovenliggende grond en spreidt punt- en lijnlasten uit in het vlak. Om tot een kwalitatief goed eindresultaat te komen, diende ook rekening gehouden te worden met een ontwerp voor de drainage van de wand, de correcte positionering van de elementen, de voegen tussen de elementen en de keuze van beplanting.

Foto 4 - Fortrac R800 / 100 MP Geogrid.

Foto 5 - Testopstelling.

Foto 7 - De ruimte voor constructie Foto 6 - Geogrid getest tot breuk.

langs het spoor was zeer beperkt.

61

GEOKUNST – Juli 2013


GK voor pdf_Opmaak 1 01-06-13 00:00 Pagina 12

Figuur 7 - Zettingen onderste rij L-muren.

Figuur 6 - Isochrone curven tussen 1 dag en 114 jaar.

Geogrids Met de gestelde eisen en veiligheden is bekeken of er producten bestonden die konden voldoen en is er een bestekbeschrijving opgemaakt met technische eisen. De geogrids werden ingebetonneerd in betonnen keerelementen. Er is gekozen voor polyvinylalcohol als grondstof. PVA-vezels vertonen geen sterkteverlies bij PH-waarden tot 12 en hebben een zeer stijf wapeningsgedrag. In toepassingen waar het aspect wapening maatgevend is voor het ontwerp worden voornamelijk geogrids ingezet. Door hun open structuur hebben ze een grotere interactie met hun omgeving dan geotextielen. De meeste geogrids zijn ook onderwerp van langlopende belastingstesten waardoor hun lange termijngedrag vrij goed bekend en betrouwbaar is. De keuze is uiteindelijk gevallen op Fortrac R800/100 MP een geogrid op basis van vezels in Polyvinylalcohol geproduceerd door Huesker Synthetic gmbh. Emotrade NV verzorgt de ondersteuning op de Belgische markt.

Pull-out testen Het doel van deze proeven, was aantonen dat het geogrid breekt alvorens de verbinding tussen het geogrid en het betonelement verbroken wordt. De basis van het ontwerp is dat in ieder geval geen rekening dient gehouden met de mogelijkheid dat het uittrekken uit het beton van het geogrid als kritisch falingsmechanisme zou kunnen optreden. De proefopstelling bestond uit twee vlakke betonpanelen met dezelfde dikte (200 mm) als het horizontale gedeelte van de te voorziene L-elementen. De wapening van de proefstukken diende uiteraard dezelfde te zijn als deze van de later te vervaardigen elementen. Gezien de hoge sterkte van het geogrid werd geen volle meter breedte beproefd maar ongeveer de helft (ca. 55 cm), wat voor een proefstuk overeenstemt met een trek-

sterkte van ongeveer 445 kN. De treksterkte van het geogrid bedraagt 800 kN/m en een volle meter breedte van het geogrid heeft gemiddeld 10.78 bundels. De proeven werden uitgevoerd op een monster met 6 bundels. (800 : 10.78 x 6 = 445 kN/m). De 2 betonnen elementen liggen in lijn opgesteld met een tussenafstand van 300 mm. Het geogrid met een lengte van ca. 1300 mm is 50 cm diep in elk element ingebetonneerd in de helft van de dikte. Om wrijvingskrachten maximaal uit te sluiten werden de platen opgelegd op stalen buizen. Tussen de betonelementen werden centraal en boven en onder het geogrid 2 vijzels geïnstalleerd (foto 5) van het type Enerpac RC 256 om voldoende belasting te kunnen genereren. De centrale plaatsing heeft tot doel om zoveel mogelijk ongelijke belasting op de bundels, en vroegtijdig inscheuren, te vermijden. Tussen de vijzels en het betonoppervlak werden stalen verdeelplaten geplaatst om puntlasten op het beton te vermijden. De proeven werden na een voorbelasting verdergezet met belastingstappen van ca. 50 kN, waarbij telkens de verplaatsingen gemeten werden op diverse punten met een digitale afstandsmeter. De proeven werden steeds uitgevoerd tot breuk van het geogrid (foto 6). In geen enkel geval werd het geogrid uit het beton getrokken. De opgemeten breuklast in deze opstelling lag steeds tussen de 65 en de 70 % van de treksterkte van het geogrid. Deze waarde is in overeenstemming met de waarde die we theoretisch kunnen bepalen op basis van de isochronen en de gekende reductiefactoren van deze geogrids.

Toelevering geogrids Naast hun mechanische karakteristieken hebben flexibele geweven geogrids het voordeel dat ze

62

GEOKUNST – Juli 2013

ook zeer flexibel zijn in maatwerk. De geogrids werden op vaste breedte volgens de afmeting van de betonelementen en op vaste lengten volgens de diverse vereiste ankerlengtes toegeleverd. De geogrids worden zeer eenvoudig vlak uitgerold en met lichte spanning ingebouwd in de ophoging om bij de minste vervorming geactiveerd te kunnen worden. Flexibele geogrids hebben geen afrolgeheugen of scherpe kanten waardoor ze eenvoudig en veilig in het gebruik zijn.

Conclusie Voor de realisatie van groene terrassen werd een nieuw concept ontwikkeld waarin bestaande en gekende toepassingen verenigd worden en aangevuld met enkele nieuwe detailleringen. De structuur werd opgevat als gewapende grond en wordt verenigd met het principe van vernagelde wanden om de verankeringslengte te vergroten. Dit leidde tot uitdagingen voor de dimensionering van de verbindingen tussen beide concepten en tussen de structuur en het zichtvlak. Tijdens de uitvoering werden alle individuele componenten beproefd en werd het geheel gemonitord naar verplaatsingen toe. Het resultaat bevestigde de aannames tijdens het ontwerp en toonde aan dat zulke structuur zeer snel en economisch kan gebouwd worden. Op basis van deze ervaring wordt het concept verder gedetailleerd en zal het zeker nog meer toegepast gaan worden in toekomstige en lopende projecten.

Referenties [1] Itasca, “FLAC, Fast Lagrangian Analysis of Continua” . [2] Projet National Clouterre, “Recommandations Clouterre”, 1991. [3] H.J. Priebe, “The design of Vibro Replacement”, Ground Engineering, 1995. 쎲


GK voor pdf_Opmaak 1 01-06-13 00:00 Pagina 13


Project1_Opmaak 1 31-05-13 23:50 Pagina 14

Monumentenliefhebbers valt op...

Erfgoedspecialisten begrijpen...

Bedrijven vertrouwen erop...

Kunsthandelaren ervaren...

Gemeentes appreciĂŤren...


Geotechniek juli 2013  

Onafhankelijk vakblad voor het geotechnische werkveld.

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you