Page 1

JAARGANG 17

NUMMER 4 OKTOBER 2013

ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR HET GEOTECHNISCHE WERKVELD

SCHOLTEGOLVEN VOOR HET KARAKTERISEREN VAN DE STIJFHEID VAN DE ZEEBODEM WATERREMMENDE BODEMINJECTIE: VOLWASSEN TECHNIEK MET GEBRUIKSAANWIJZING HET ONTWERP VAN CYCLISCH BELASTE ZUIGPAALFUNDATIES

VERGELIJKING VAN DE TOEPASBAARHEID VAN INNOVATIEVE MEETTECHNIEKEN VOOR DE MONITORING VAN BOUWPUTTEN INVLOED VAN DE BOUW VAN PARKEERGARAGE KRUISPLEIN OP EEN NABIJGELEGEN WOONCOMPLEX

I N C LU S I E F

kunst


N71 Voorwerk_Opmaak 1 28-08-13 12:10 Pagina 1

Van de redactie Beste lezers, Ons vakgebied haalt af en toe het nieuws en nog steeds niet altijd positief. Geen hele grote bloopers, maar toch projecten waarbij de wenkbrauwen van een ‘geotechneut’ (geuzennaam!) gaan fronsen. Het programma Geo-Impuls is al een aantal jaren aan de gang en de eerste tastbare resultaten zijn al opgeleverd. We denken in elke fase van een project na over kwalitatief en kwantitatief goed grondonderzoek, we hebben de kloof tussen ontwerp en uitvoering gesignaleerd en formuleren handvatten om deze op te lossen. De observational method wordt al op een aantal projecten toegepast en Geo Risico Management gaat een steeds voornamere rol spelen in tenders en werken. Eén bepalende factor in het geotechnisch falen is echter lastig te bestrijden: de economische crisis. De gevolgen hiervan voor de geotechnische wereld zijn al een keer in dit blad beschreven door R. Schippers en ondergetekende (Geotechniek 2010-2), maar zijn nog steeds voelbaar in de dagelijkse praktijk. Wat dat betreft is er helaas nog niet veel verbeterd. Ondanks uitstekende ontwikkelingen binnen bijvoorbeeld Rijkswaterstaat met BVP (Beste Value Procurement), waarbij op kwaliteit wordt gestuurd bij het kiezen van een opdrachtnemer, is op kleinere schaal het gunnen van een opdracht op basis van sec de prijs nog aan de orde van de dag. Of het nu gaat om een adviesopdracht of een werk voor een (funderings)aannemer, het gunnen op basis van de laagste prijs is nog

steeds gemeengoed, met als ultiem doel de investeringskosten (zeker in het begin) laag te houden. Zelfs al worden er EMVI elementen in de afweging meegenomen, de prijs in die rekensom is vaak nog allesbepalend. Bij overcapaciteit komt het prijsniveau zwaar onder druk komt te staan. Een lagere standaard wordt getolereerd vanwege een lagere prijs. Gevoegd bij de veelal hoge tijdsdruk, is deze situatie een uitstekende basis voor (geotechnisch) falen. Bij deze dan ook (nogmaals) een beroep op alle opdrachtgevers om goed na te denken over de te stellen criteria bij het gunnen van een opdracht en een langere termijn visie te hanteren waarbij kwaliteit centraal staat. Want dan alleen kunnen geotechnische faalkosten echt gereduceerd worden en kan de Geo-Impuls doelstelling gehaald worden. Los van deze ietwat sombere overpeinzingen ligt er voor u weer een mooie uitgave, met zorg samengesteld en met een boeiende combinatie van artikelen. Mocht u willen reageren: kijk op www.vakbladgeotechniek.nl en post uw bevindingen aldaar. Wij wensen u alvast veel leesplezier toe! Namens redactie en uitgever, Roel Brouwer

Bereik via Geotechniek (vakblad + website)

5000+ professionals uit de GWW-sector en nieuwe prospects als overheden. Publiceer een artikel of plaats ’n advertorial... Bekijk de tarieven op vakbladgeotechniek.nl


N71 Voorwerk_Opmaak 1 28-08-13 12:10 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

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

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

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

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

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

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

Dywidag Systems International

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

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

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

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


N71 Voorwerk_Opmaak 1 28-08-13 12:10 Pagina 3

Mede-ondersteuners 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

PostAcademisch Onderwijs (PAO)

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

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

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

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

Royal HaskoningDHV Profound BV

Ingenieursbureau Amsterdam

nv Alg. Ondernemingen Soetaert-Soiltech

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

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

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

Colofon GEOTECHNIEK JAARGANG 17 – NUMMER 4

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.

OKTOBER 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. 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 Oktober 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 – Oktober 2013


N71 Voorwerk_Opmaak 1 28-08-13 12:10 Pagina 4

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


N71 Voorwerk_Opmaak 1 28-08-13 12:10 Pagina 5

Inhoud 1 Van de Redactie – 7 Actueel – 14 Vraag & Antwoord – 22 KIVI NIRIA rubriek 42 Ingezonden – 43 SBRCURnet – 56 Agenda

10

Scholtegolven voor het karakteriseren van de stijfheid van de zeebodem

16

Waterremmende bodeminjectie: Volwassen techniek met gebruiksaanwijzing

24

Het ontwerp van cyclisch belaste zuigpaalfundaties

30

Vergelijking van de toepasbaarheid van innovatieve meettechnieken voor de monitoring van bouwputten

36

Dr. P.P. Kruiver / Drs. C.S. Mesdag

Prof.dr.ir. A.E.C. van der Stoel

Ing. Thijssen / Ir. C.W.J. te Boekhorst / Ir. E.A. Alderlieste

Ir. G. Van Alboom / Dr. Ir.L. De Vos / Ir. K. Haelterman / Ir. W. Maekelberg

Invloed van de bouw van parkeergarage Kruisplein op een nabijgelegen wooncomplex Ir. G. Hannink / Dr. O. Oung / Ir. E. Taffijn

45 GEOKUNST Onafhankelijk vakblad voor gebruikers van geokunststoffen 48 Geokunststoffen en de bijdrage aan de circulaire economie Ir. M. Nods / ir. S. van Eekelen


N71 Voorwerk_Opmaak 1 28-08-13 12:10 Pagina 6


N71 Voorwerk_Opmaak 1 28-08-13 12:10 Pagina 7

Actueel Actueel Onder redactie van Robert Diederiks

v.l.n.r.: Wouter Zomer (Stichting IJkdijk), Wytze Schuurmans (Nelen & Schuurmans) en Bujar Nushi (Fugro). FOTO: FUGRO

dijk in samenwerking met Het Waterschapshuis, STOWA en de waterschappen Noorderzijlvest, Vallei en Eem, Waternet en hoogheemraadschap Stichtse Rijnlanden het initiatief genomen voor de ontwikkeling van een Dijk Data Service Centrum.’

STICHTING IJKDIJK LEGT FUNDAMENT VOOR EFFICIËNT DIJKBEHEER

DIJK DATA SERVICE CENTER KLAAR VOOR DE TOEKOMST Een belangrijk onderdeel van het IJkdijk-ontwikkelprogramma is de realisatie van het DDSC: het Dijk Data Service Center. Ingenieursbureaus Nelen & Schuurmans en Fugro zijn in oktober 2012 aan deze klus begonnen. Begin april kon de eerste versie worden opgeleverd. Maar dat is pas het begin, want: ‘Het DDSC is een middel, geen doel!’.

king, met als doel: het verder ontwikkelen van monitoringsystemen. Hiermee kunnen beheerders afgekeurde dijken aanvullend monitoren totdat deze worden versterkt, gegevens inwinnen om versterkingsontwerpen te optimaliseren en het gehele levenscyclusbeheer van dijken optimaliseren.’

Het IJkdijk-programma is gericht op de ontwikkeling van dijkmonitoring van de toekomst, met behulp van sensorsystemen, en bestaat uit een aantal onderdelen, waarvan de ontwikkeling van het Dijk Data Service Center het voorlopige hoogtepunt vormt. ‘Dit platform voor de opslag van meetdata in en rond dijken en waterkeringen biedt dijkbeheerders gemakkelijk toegang tot real time én historische gegevens over de Nederlandse dijken, aldus de managing director van Stichting IJkdijk, Wouter Zomer, in een gesprek met Wytze Schuurmans (Nelen & Schuurmans) en Bujar Nushi (Fugro) over de achtergronden van dit technische hoogstandje. Zomer trapt af: ‘De Stichting IJkdijk doet al jaren onderzoek naar sensortechnologie voor dijkbewa-

Hij vervolgt: ‘De ontwikkeling van het DDSC is eigenlijk de kroon op ons werk. In de eerste fase van het programma zijn experimenten uitgevoerd om te testen of de diverse sensorsystemen het falen van een dijk kunnen voorspellen; de validatietesten. Daarna zijn bestaande dijken uitgerust met sensorsystemen om de werkelijke sterkte van deze dijken te meten en toekomstige sterkte te voorspellen: de ‘LiveDijken’. Dit concept is aansluitend opgeschaald over langere dijktrajecten tot ‘LiveDijk XL’, dat wordt uitgevoerd bij waterschap Noorderzijlvest. Er bestond nog geen specifiek systeem voor dijkbeheer, waarin alle monitoringsgegevens uit de LiveDijken op een gestructureerde, uniforme en toegankelijke wijze kon worden opgeslagen. Daarom heeft Stichting IJk-

7

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

KWALITEITSPLAN Na een Europese aanbesteding met voorselectie kwam de combinatie Nelen & Schuurmans en Fugro als winnaar naar voren: ‘Binnen het beschikbare budget hadden zij het beste kwaliteitsplan, waarin al onze eisen en de meeste van onze wensen konden worden gerealiseerd’, aldus Zomer. Op 2 oktober 2012 tekenden de drie partijen de overeenkomst voor de ontwikkeling van het Dijk Data Service Center. De oplevering van de eerste versie was conform planning zes maanden later, in automatiseringsland op zich al bijzonder. Schuurmans: ‘Vóór we de software gingen bouwen, hebben we een intensief voortraject doorlopen. Je bent iets nieuws aan het creëren, en dan is een goede voorbereiding het halve werk. Daarbij hebben we onder andere gekeken naar de rollen en verwachtingen van de opdrachtgever – de stichting IJkdijk – en de eindgebruikers, zoals de vier betrokken waterschappen en Rijkswaterstaat.’ Door deze inbreng zijn in de eerste fase van het DDSC de gegevens van 25 tot 50 km dijk opgeslagen. Inmiddels raken ook andere waterschappen overtuigd van het nut en de noodzaak van het DDSC: ‘De contracten met Wetterskip Fryslân worden binnenkort getekend’, aldus Zomer. OPEN SOURCE Door het DDSC gezamenlijk met de eindgebruikers te ontwikkelen werd vanaf het begin rekening gehouden met hun wensen en eisen. Nushi: ’Op basis van de feedback van de gebruikersgroep konden wij een uniform systeem ontwikkelen dat toepasbaar is voor alle dijkbeheerders. Het DDSC is web-based en open-source, om brede participatie mogelijk te maken bij het verder ontwikkelen en vullen van het systeem.’


N71 Voorwerk_Opmaak 1 28-08-13 12:10 Pagina 8

Actueel

DDSC

Het is niet alleen een database, maar een platform waarbinnen verschillende functies worden gefaciliteerd: Alarmering: Het DDSC kan de gebruiker alarmeren per SMS of e-mail bij een overschrijding van vooraf ingestelde alarmgrenzen. Er kan zowel op actuele meetdata als op afgeleide en voorspelde data worden gealarmeerd. Opslag en gebruik data: Overzichtelijke opslag van alle dijkdata is mogelijk, zoals real time of historische metingen, dijkprofielen, bodemgegevens, veldwaarnemingen, toetsingsresultaten en inspectieverslagen. Bovendien kan het DDSC gekoppeld worden aan beheerregisters. Door koppeling aan bijvoorbeeld DAM wordt een actueel inzicht gegeven in de sterkte op basis van actuele waterstanden en -spanningen.

HALEN EN BRENGEN Zomer: ‘Het DDSC heeft eigenlijk twee functies: het biedt de mogelijkheden voor het opslaan én nuttig gebruiken van informatie bij het beheer van waterkeringen. Enerzijds kan het worden gekoppeld aan het nieuwe landelijke hoogwaterbeschermingsprogramma, zodat dijkbeheerders er informatie kunnen opslaan en uit kunnen halen die rechtstreeks betrekking hebben op de veiligheid van hun eigen dijken. Anderzijds zijn de gegevens van de gebruikers beschikbaar voor onderzoek of ontwikkeling door anderen: het draait dus ook om het ontsluiten van op zichzelf al bestaande informatie.’ BOEKENKAST Schuurmans: ’Het DDSC is een platform voor de opslag van alle Nederlandse meetdata in en bij dijken en waterkeringen. Het is een zogeheten ‘big data’-systeem, opgebouwd rondom een landelijke database. Om een idee van de schaal te krijgen: we praten over 2 Petabyte opslagruimte per jaar. Als je dat op cd’s zou moeten bijhouden, krijg je twee stapels van 1,6 km hoog. Die hoeveelheid data zit niet meteen in het systeem; de gebruikers kunnen die ruimte de komende jaren gaan vullen. Je moet het DDSC eigenlijk zien als een hele grote en

Toegang: via pc, tablet of mobiel krijgt de gebruiker eenvoudig zicht op alle informatie. De beheerder kan zelf bepalen wie toegang tot uw data heeft via een ingebouwd autorisatiemodel en gegevensbeveiliging.

slimme boekenkast: je kunt er heel erg veel gegevens in neerzetten, uithalen en gebruiken. Het is een echte cloud-toepassing, die ervoor zorgt dat geautoriseerde gebruikers overal en altijd toegang hebben tot de gewenste informatie. De waarde van het systeem zit hem dan ook vooral in wat er aan data in gaat komen.’ VEILIGHEID VOOROP Nushi: ‘Bij beheer en monitoring van waterkeringen wordt steeds meer gebruik gemaakt van ICTtechnieken zoals elektronische sensoren of satelliet-imaging. De hoeveelheid data die hiervoor wordt verzameld, groeit daardoor explosief. Maar er wordt niet optimaal gebruik van gemaakt. Voor veel bedrijven worden de bestanden – bijvoorbeeld AHN-data – ook te groot om er vlot mee te kunnen werken. Een goed en uniform managementsysteem om al deze data te verzamelen en praktisch toegankelijk te maken, is daarom een steeds grotere noodzaak. Het DDSC is zeer robuust uitgevoerd, niet alleen qua capaciteit, maar

8

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

vooral ook qua beveiliging. De gebruiker bepaalt zelf wie is geautoriseerd voor bepaalde informatie. En de hardware is dubbel uitgevoerd in twee aparte datacentra, zodat er altijd een complete back-up beschikbaar is.’ KENNISDELING Schuurmans: ‘Het gaat om de opslag van real-time data en van historische meetgegevens. Door de koppeling van de gegevens van meerdere waterschappen bestaat de mogelijkheid om data van soortgelijke dijken in de tijd te vergelijken. Voorbeelden van gegevens die kunnen worden opgeslagen, zijn: liggingsgegevens, grondsoort, uitgevoerd grondonderzoek, hoogtemetingen, zettingen (in x-, y- en z-richting), (grond)waterstanden, bodemvocht, temperatuur, infrarood- en radarscans.’ Zomer: ‘Om even door te gaan op de metafoor van de boekenkast: de planken zijn er, nu moeten ze gevuld worden. Veel informatie bestaat al, alleen is het niet voor iedereen overal en altijd beschik-


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 9

Actueel baar: ook daar kan het DDSC als cloud-oplossing verandering in brengen. Ik pleit er voor om alle gegevens nu te verzamelen en te ontsluiten: het zal ertoe leiden dat het dijkbeheer beter onderbouwd en dus efficiënter kan plaatsvinden. Het kan dubbel onderzoek voorkomen en kosten besparen. Elk waterschap heeft de verantwoordelijkheid om de eigen dijken veilig te houden. Voor de korte termijn kan de beheerder gegevens uit het DDSC gebruiken voor ‘early warning’, maar daarnaast kun je op basis van langjarige monitoringsgegevens ook trendanalyses maken voor de langere termijn, life cycle management bijvoorbeeld.’ KRUISBESTUIVING Nushi: ‘We verwachten verder dat het DDSC kan bijdragen aan een natuurlijke optimalisatie van de beheeractiviteiten bij de verschillende gebruikers. Kennis over toepassingen of beschikbare data bij collega-beheerders kan een stimulerende invloed hebben en mogelijk leiden tot kruisbestuiving.’ Is dit een nieuw exportartikel voor de BV Nederland? Zomer: ‘In principe is het DDSC ontwikkeld voor de veiligheid van de Nederlandse dijken. Maar de techniek kan natuurlijk overal worden toegepast.

Dit concept past dan ook prima bij de ‘digitale delta’ van de Topsector Water. We hebben niet voor niets gekozen voor ‘open source’: het DDSC is in brede zin klaar voor de toekomst en kan aansluiten op andere informatiesystemen.’

Minder beton, meer bytes

INFORMATIEVOORZIENING Schuurmans: ‘De neiging bestaat nog steeds om liever te willen investeren in klei en zand, dan in bits en bytes. Het besef dat goede informatie kan bijdragen aan het efficiënter en effectiever inzetten van schaarse middelen, moet nog breder doorbreken. Als je exact weet wáár een dijk zwak is, kun je tijdig en gericht versterken: niet te veel, niet te weinig, niet te vroeg, niet te laat. Zeker in

tijden dat geld wél een rol speelt, is dat een belangrijk argument. Als we dit systeem samen verder goed uitrollen en vullen, en met de beschikbare data aan de slag gaan, hebben we inderdaad een uniek product, dat we in andere landen zeker aan de man kunnen brengen.’ FUNDAMENT Zomer: ‘Het is wel belangrijk in de gaten te houden dat het DDSC geen doel op zich is, maar een middel om dijkbeheer te optimaliseren. Doelmatig beheer wordt steeds belangrijker. Er zijn ambitieuze doelstellingen geformuleerd voor dijkbeheer: twee keer zo snel en twee keer zo goedkoop. Dat lukt niet door de dingen te blijven doen zoals we in het verleden deden. Daarmee redden we het toen al niet, dus laat staan in de toekomst, waar ook nog zaken zoals de klimaatverandering een rol spelen. De komende jaren worden interessant: na de nodige voorbereiding ligt er straks vanuit de overheid een ambitieus dijkversterkingprogramma en vanuit het bedrijfsleven en de wetenschap een doortimmerde set instrumenten. Het fundament ligt er, nu is het zaak dat we samen aan het bouwen slaan.’ 쎲


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 10

Scholtegolven voor het karakteriseren van de stijfheid van de zeebodem

Dr. P.P. Kruiver Geofysicus Deltares

Drs. C.S. Mesdag Geofysicus Deltares

Figuur 2 – Scholte-golven in een gelaagd medium. De deeltjesbeweging is ellipsvormig.

Figuur 1 – Deeltjesbeweging bij een Scholtegolf: ellipsvormig tegen de looprichting van de golf in. Illustratie bewerking van bestand van L. Braile © 2004-2005.

Inleiding De zeebodem is één van de belangrijkste grondstoffen van Nederland. Hieruit wordt bijvoorbeeld zand gewonnen voor de zeewaartse uitbreiding van de Nederlandse stranden voor de kustverdediging. Ook is het de plaats waar ondergrondse kabels en leidingen in verborgen liggen en dient het als fundering van bijvoorbeeld windmolens. Niet alleen in Nederland, maar ook bij megaprojecten rond bijvoorbeeld Dubai en Oman zijn grote zandvoorkomens nodig. Voor al deze toepassingen is kennis van de opbouw van de zeebodem noodzakelijk. De gangbare manier om deze informatie te verkrijgen is door gebruik te maken van geologische kennis, uitvoering van boringen of happers of door klassieke reflectie-seismiek. Daar is nu een nieuwe seismische techniek bijgekomen, die gebruikt maakt van oppervlaktegolven. Onder

water heten deze oppervlaktegolven Scholtegolven, vernoemd naar de ontdekker van deze golf. Scholtegolven geven informatie over de opbouw van de stijfheid van de zeebodem.

Ruimtegolven worden gebruikt in klassieke reflectie-seismiek om lagenpakketten in de ondergrond te visualiseren. Minder gebruikelijk is de analyse van oppervlaktegolven om de (on)diepe ondergrond te karakteriseren. Op land heten oppervlaktegolven Rayleigh golven. Bij aardbevingen veroorzaken de Rayleigh golven vaak de meeste schade aan gebouwen door de hoge amplitude en daarmee gepaard gaande hoge energie. De beweging van deeltjes in de grond is bij oppervlaktegolven ellipsvormig (figuur 1). De amplitude neemt af met de diepte. Scholtegolven zijn laagfrequent (maximaal circa 20 tot 80 Hz).

Wat zijn Scholtegolven? Een trilling in een medium, opgewekt door bijvoorbeeld een seismische bron, plant zich in alle richtingen voort. De snelheid waarmee dit gebeurt, is afhankelijk van de akoestische eigenschappen van het medium. De voortplanting kan beschreven worden in verschillende typen golven [Telford et al., 1990]. Langs het oppervlakte lopen oppervlaktegolven en door het medium lopen ruimtegolven. Daarnaast kan de deeltjesbeweging in de richting van voortplanting zijn (druk golven) of er loodrecht op staan (schuifgolven). De verschillende golven zijn hierdoor gevoelig voor verschillende eigenschappen van het medium.

10

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

Waarvoor kunnen Scholtegolven worden gebruikt? Wat oppervlaktegolven zo interessant maakt, is dat uit de looptijd een goede schatting van de schuifgolfsnelheid te maken is tot een diepte van ongeveer een hele golflengte. De schuifgolfsnelheid is afhankelijk van de schuifmodulus en de dichtheid. Deze parameters bepalen of het materiaal geschikt is voor een bepaalde geotechnische of civieltechnische toepassing. Met klassieke reflectie-seismiek kan een beeld worden verkregen van de lithologie en de opbouw van de ondergrond. Met de Scholtegolven tech-


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 11

Samenvatting De stijfheid van de zeebodem is voor veel geotechnische en civieltechnische toepassingen een belangrijke parameter. Recent is de techniek om de schuifgolfsnelheid (gerelateerd aan de stijfheid) op land te achterhalen uitgebreid naar een toepassing op zee. Bij deze techniek wordt gebruik gemaakt van oppervlaktegolven die zich in de bovenste tientallen meters van de zeebodem voortplanten. In diverse studies van klassieke reflectie-

seismiek zijn deze zogenaamde Scholtegolven waargenomen. Door het omzetten van de seismogrammen naar dispersieplots en inversie van de data is een ondergrondmodel van de schuifgolfsnelheid af te leiden waaruit de stijfheid bepaald kan worden. De optimale configuratie van bron en ontvangers is bepaald met een numerieke studie.

Figuur 3 – Links: gemeten seismogrammen met afstand tegen tijd. Midden: berekende dispersieplot met snelheid tegen frequentie. Rechts: afgeleide ondergrondmodel van de schuifgolfsnelheid Vs tegen de diepte.

niek zijn de eigenschappen van het materiaal in situ in bepalen waarmee ingeschat kan worden of het materiaal geschikt is voor een bepaalde toepassing. Voorbeelden van toepassingen zijn windmolenparken, tracés van kabels en leidingen en zand dat geschikt is voor suppleties.

Hoe werkt de Scholtegolven techniek? Verschillende frequenties in een golf kunnen zich met verschillende snelheden voortplanten. Dit wordt dispersie genoemd. Wanneer de schuifmodulus in de ondergrond verandert met plaats en diepte, dan is de looptijd van de oppervlaktegolf afhankelijk van de frequentie. Doordat de oppervlaktegolf ongeveer tot een hele golflengte diep reikt, zijn uit de hogere frequenties de eigenschappen van de ondiepe lagen van de zeebodem te analyseren en uit de lagere frequenties die van diepere lagen (figuur 2). Met de techniek Multispectral Analysis of Surface Waves (MASW, [Park et al., 1999]) kunnen de gemeten Scholtegolven omgezet worden in dispersiediagrammen. In het linker paneel van figuur 3 is een seismogram met gemeten golven geplot met op de x-as de opeenvolging van ontvangers en op de y-as de tijd. Een golf is te herkennen aan de ingekleurde amplitude. In het middelste paneel van figuur 3 staat een dispersiediagram met de snelheid van de golf uitgezet tegen de frequentie. Dit diagram is verkregen uit het seismogram door het toepassen van een Fast-Fourier-transform. Hiermee zijn de data van afstand-tijd omgezet naar snelheid-frequentie. De kleurcodering in

het dispersiediagram geeft de energie weer. Met inverse modellering kan vervolgens het ondergrondmodel van schuifgolfsnelheden bepaald worden dat het beste de gemeten dispersierelatie beschrijft (rechterpaneel van figuur 3). Het beste model wordt gezocht door de parameters van de bodem zoals ruimtegolfsnelheden, laagdiepte, dichtheid, etc. te variëren en de daaruit voorspelde dispersierelaties te vergelijken met de gemeten relatie. Uit de dispersierelatie is zodoende de laagopbouw nabij het oppervlak in termen van schuifmodulus en dichtheid te bepalen uit de schuifgolfsnelheid.

Enkele voorbeelden De MASW techniek is veelvuldig toegepast op land (bijv. [Van Hoegaerden et al., 2004; Westerhoff et al., 2004]. Door de techniek te herhalen voor op meerdere plekken kan een ruimtelijk beeld verkregen worden van de eigenschappen van de ondiepe ondergrond tot enkele tientallen meters diepte. Er zijn ook enkele voorbeelden van toepassingen onder water [Bohlen et al., 2004; Klein et al., 2005; Nguyen et al., 2008]. In een aantal mariene seismische onderzoeken waar klassieke reflectie seismiek toegepast werd, zijn ook Scholtegolven waargenomen. Een voorbeeld van een seismogram met Scholtegolven die op de IJssel zijn waargenomen is weergegeven in figuur 4. In het voorbeeld zijn reflecties zichtbaar (korte golfjes) en Scholtegolven. De Scholtegolven hebben een lage frequentie (lange golf) en een grotere amplitude. Ze vormen een soort waaier, wat betekent dat ze dispersief zijn: de lage

11

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

Figuur 4 – Een seismogram van een akoestische lijn geschoten op de IJssel met een sleevegun (soort airgun, 20 in3) als bron en een 24-kanaalsstreamer met hydrofoons, lengte 75 m, als ontvangers. De x-as geeft de uitslag van 24 hydrofoons weer tegen de tijd (y-as).

frequenties reizen sneller. Uit het looptijdverschil van de Scholte-golf valt af te leiden dat de schuifgolfsnelheid ongeveer 200 m/s is. Dit is overeenkomstig met de normale snelheid voor dit type sediment. Ook is uit de figuur af te leiden dat de frequentie van de Scholte-golf ongeveer 8 Hz is. Wanneer meerdere seismische opnamen van Scholtegolven bewerkt worden, ontstaat er een ruimtelijk beeld van de schuifgolfsnelheid. Een voorbeeld van het resultaat van de inversie van dispersierelaties voor een onderzoek op de Donau is gegeven in figuur 5 [Kruiver et al., 2010]. Hierin zijn de verticale profielen van de schuifgolfsnelheid tegen de diepte weergegeven over de horizontale afstand langs de meetlijn van het schip. Er zijn drie lagen te onderscheiden. De bovenste laag heeft een relatief lage schuifsnelheid van ongeveer 400 à 500 m/s. De dikte van de relatief


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 12

Figuur 5 – Uit inversie van dispersiekrommen verkregen profiel van S-golfsnelheid. Dit voorbeeld is van seismische data verkregen in de Donau in Hongarije, met een airgun als bron en een op de rivierbodem liggende slang met ontvangers. In de figuur is links zuid en rechts noord.

Figuur 6 – Standaardmodel voor de modellering van Scholtegolven, met variatie van x1, ǵx, L en in h (3 m in standaardmodel).

slappe laag neemt toe in noordelijke richting. De tweede laag heeft een iets hogere snelheid (500-800 m/s) en de diepere laag vanaf 15 à 20 m diepte een nog hogere schuifgolfsnelheid (8001200 m/s). Dit komt overeen met de laagopbouw van een boring die ongeveer halverwege het profiel gezet is met een modderige toplaag, met daaronder een geconsolideerde kleilaag en vanaf 20 m diepte zand. Een boring geeft echter alleen informatie over de opbouw op dat ene punt, terwijl het schuifgolf profiel ook informatie geeft over de horizontale variatie van de lagen. De combinatie maakt het mogelijk de boring te extrapoleren.

Hoe worden Scholtegolven opgewekt? Vanwege de grote potentie in toepasbaarheid van Scholtegolven, willen we ze in combinatie met gangbare seismiek kunnen waarnemen. Hiervoor is een akoestische bron nodig die laagfrequente golven kan opwekken, zoals bijvoorbeeld een airgun. Omdat schuifgolven niet door water kunnen bewegen, moeten drukgolven (een vorm van ruimtegolven) opgewerkt worden door de bron die vervolgens omgezet worden in schuifgolven en Scholtegolven als het golffront de bodem raakt. Voor een goede conversie moet de afstand tussen de bron en de zeebodem niet te groot zijn, maximaal een halve golflengte [Allouche et al., 2011]. Op ondiep water wordt dit al gauw gerealiseerd. De Scholtegolven zijn het duidelijkst waarneembaar met ontvangers op de zeebodem. Een andere optie is het gebruik van een streamer, een kabel met ontvangers getrokken achter een schip. Ook dan geldt dat de afstand tussen de zeebodem en de streamer beperkt moet zijn, ook kleiner dan een halve golflengte.

De beste survey setup Deltares heeft theoretisch onderzoek gedaan naar de configuratie van de streamer voor de beste waarneming van Scholtegolven [Diaferia et al., 2013]. Dit is gedaan door seismische golven numeriek te modelleren met een pakket van TU Delft

[Thorbecke and Draganov, 2011] voor een standaard ondergrondmodel (Figuur 6). Vervolgens zijn de Scholtegolven uit de seismogrammen gebruikt om een dispersieplotkromme te maken en met behulp van inversie getracht het beste ondergrondmodel te herleiden. Afhankelijk van verschillende configuraties van bron en ontvangers gaat dat goed of minder goed. De variabelen van de configuraties die onderzocht zijn, zijn de afstand tussen de bron en de eerste ontvanger (x1), de afstand tussen de ontvangers (ǵx), de lengte van de streamer (L) en de hoogte van de bron en ontvangers ten opzichte van de waterbodem (h) (Figuur 6). De kortste afstand tussen de bron en de ontvanger heeft invloed op de Scholtegolven die waargenomen kunnen worden. Scholtegolven komen tot ontwikkeling als het golffront vlak is. Als de afstand te klein is, dan is er nog geen sprake van een vlakke golf. De afstand x1 moet dus groot genoeg zijn om een Scholtegolf waar te nemen. Uit de modelstudie kwam naar voren dat een afstand van 10 m tussen de bron en de eerste ontvanger voldoende is. Voor een goede resolutie in de dispersieplots zijn voldoende ontvangers nodig. Over het algemeen neemt de resolutie toe met het aantal ontvangers en de lengte van de streamer. Voor een vaste ǵx van 1 m is het aantal ontvangers, en daarmee de lengte van de streamer, gevarieerd. Uit figuur 7 blijkt dat de Scholtegolven bij 24 ontvangers niet goed gedetecteerd kunnen worden. De dispersiekromme bij 24 ontvangers is uitgesmeerd. Hoe meer ontvangers, hoe beter de dispersiekromme gedefinieerd is. Voor 24 ontvangers was het standaard ondergrondmodel niet goed uit de dispersiekromme te reconstrueren. Vanaf het aantal van 48 was dat wel het geval. Hieruit concluderen we dat 24 ontvangers onvoldoende is en er

12

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

Figuur 7 – Dispersieplots voor het standaardmodel, waarbij de gemodelleerde Scholtegolven zijn opgenomen met 24, 48, 72 of 96 ontvangers. De intensiteit van de energie in dispersiediagram neemt toe met de kleuren van de regenboog (laag- rood, oranje, geel, groen, blauw, magenta- hoog).

minimaal 48 ontvangers nodig zijn voor een goede detectie van Scholtegolven. In de werkelijke wereld is de zeebodem vaak niet vlak. De afstand tussen de bron en ontvangers en de zeebodem varieert dan gedurende de opname. Het effect daarvan is onderzocht met een aangepast ondergrondmodel, waarbij de zeebodem 6 meter dipt per 100 m lengte. Wanneer de bron en ontvangers op de standaard hoogte worden gehouden, dan is de dispersieplot niet bruikbaar als de afstand tussen de bron en de zeebodem groter is geworden dan 9 m. Het ondergrondmodel is dan niet meer te achterhalen. Indien de bron en de ontvangers echter de topografie van de bodem volgen (bron blijft dus steeds op 3 m boven de bodem en de ontvangers daar horizontaal achter-


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 13

SCHOLTEGOLVEN VOOR HET K ARAK TERISEREN VAN DE STIJFHEID VAN DE ZEEBODEM

aan), dan is het ondergrondmodel goed te reconstrueren uit de dispersieplots.

Conclusies In meerdere mariene seismische opnamen zijn Scholtegolven waargenomen. Enkele voorbeelden hebben laten zien dat daar bruikbare gegevens uit zijn te verkrijgen over de ruimtelijke opbouw van de ondergrond. Tussen boringen in kunnen Scholtegolven gebruikt worden om de eigenschappen en de opbouw van de ondergrond te karakteriseren. In een theoretische studie is de optimale configuratie van bron en ontvangers onderzocht om Scholtegolven in de praktijk waar te kunnen nemen. De afstand tussen de bron en de eerste ontvanger dient minimaal 10 m te bedragen, de optimale afstand tussen de ontvangers is 1 of 2 m en er zijn minimaal 48 ontvangers nodig. Als de waterbodem reliëf vertoont, dan dienen de bron en ontvangers dit reliëf te volgen, om ervoor te zorgen dat de afstand zodanig blijft dat Scholtegolven opgewekt en geregistreerd worden.

Referenties – Allouche, N., G. G. Drijkoningen, W. Versteeg, and R. Ghose (2011), Converted waves in a shallow marine environment: Experimental and modeling studies, Geophysics, 76(1), T1-T11. – Bohlen, T., S. Kugler, G. Klein, and F. Theilen (2004), 1.5D inversion of lateral variation of Scholte-wave dispersion, Geophysics, 69(2), 330-334. – Diaferia, G., P. P. Kruiver, and G. G. Drijkoningen (2013), Optimizing acquisition parameters for MASW in shallow water, paper presented at 75th EAGE Conference & Exhibition London, UK, 10-13 June 2013. – Klein, G., T. Bohlen, F. Theilen, S. Kugler, and T. Forbriger (2005), Acquisition and inversion of dispersive seismic waves in shallow marine environments, Marine Geophysical Researches, 26(2-4), 287-315. – Kruiver, P. P., A. Deak, and N. El Allouche (2010), Extraction of geotechnical properties from Scholte waves in underwater environments, paper presented at Frontiers in Shallow Subsurface Technology, Delft, The Netherlands, 20-22 January 2010. – Nguyen, X. N., T. Dahm, and I. Grevemeyer (2008), Inversion of Scholte wave dispersion

and waveform modeling for shallow structure of Ninetyeast Ridge, Journal of Seismology, doi:10.1007/s10950-008-9145-8. – Park, C. B., R. D. Miller, and J. Xia (1999), Multichannel analysis of surface waves (MASW), Geophysics, 64(3), 800-808. – Telford, W. M., L. P. Geldart, and R. E. Sheriff (1990), Applied geophysics, Cambridge university press. – Thorbecke, J. W., and D. Draganov (2011), Finite-difference modeling experiments for seismic interferometry, Geophysics, 76(6), H1-H18. – Van Hoegaerden, V., R. S. Westerhoff, J. H. Brouwer, and M. C. Van der Rijst (2004), Geotechnical site characterisation using surface waves, case studies from Belgium and the Netherlands, paper presented at Second international conference on Geotechnical and geophysical Site Characterisation, Millpress, Porto, Portugal, 19-22 September 2004. – Westerhoff, R. S., V. Van Hoegaerden, J. H. Brouwer, and R. Rijkers (2004), ConsoliTest Using Surface Waves for Estimating Shear-Wave Velocities in the Dutch Subsurface, in Lecture Notes in Earth Sciences, edited by R. Hack, R. Azzam and R. Charlier, pp. 368-376. 쎲


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 14

Vraag & Antwoord

Examenopgaven CGF1 mei / juni 2013 Vraagstuk A Onderstaand is een bodemprofiel gegeven met volumieke gewichten en diepten van de aanwezige grondlagen. Het betreft een onderzoek in het kader van het dempen van een deel van een haven en het aanbrengen van een kadeconstructie. Voor het ontwerp hiervan en de stabiliteit van taluds is een boring uitgevoerd vanaf het water ter bepaling van onder andere de benodigde schuifparameters. De huidige havenbodem bevindt zich op NAP – 10 m. Met gegevens uit tabel 1 worden de volgende vragen gesteld: a) Bepaal σ’v op een diepte van NAP –16,0 meter. b) Bepaal de isotrope consolidatiespanning van de 1ste belastingtrap bij de huidige effectieve verticale terreinspanning voor het uitvoeren van een

geconsolideerde ongedraineerde triaxiaalproef, uitgaand van een neutrale gronddrukcoëfficiënt van K0 = 0,5 en een effectieve verticale spanning σ’v = 44 kPa op de diepte van het ongeroerde grondmonster. c) Teken de totale en effectieve cirkels van Mohr, waarbij de volgende gegevens door middel van een geconsolideerde ongedraineerde triaxiaalproef zijn bepaald bij een rekniveau van Ǖb = 2%: σ1 = 49 kPa u = 10 kPa 1) σ3 = 29 kPa σ1 = 112 kPa u = 25 kPa 2) σ3 = 72 kPa u is hierbij de wateroverspanning (10 punten) d) Bepaal de effectieve hoek van inwendige wrijving φ’ en effectieve cohesie c’ voor de in d) bepaalde Mohr cirkel. e) Teken in een s’-t diagram het effectieve spanningspad, waarbij het verloop van de waterspan-

Tabel 2

Tabel 1

14

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

ning lineair mag worden aangenomen vanaf het begin van belastingfase tot de in c) gegeven waarden bij een axiale vervorming van een 2%. f) Wat is de ongedraineerde schuifsterkte cu van het materiaal op het spanningsniveau van de respectievelijk de eerste en tweede belastingtrap.

Waardering Vraagstuk A a) 5 punten d) 5 punten b) 10 punten e) 3 punten c) 10 punten f) 2 punten Totaal vraagstuk A: 35 punten

Uitwerking vraagstuk A a) Uitwerking van de optredende grond- en waterspanningen. Zie tabel 2 en figuur 1. Grafiek met water-, grond- en effectieve spanning respectievelijk σw, σg en σ’v.


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 15

Vraag & Antwoord

Figuur 2

Figuur 1 Figuur 3 De effectieve spanning σ’v op NAP – 16 m kan uit de bovenstaande gegevens worden afgeleid en bedraagt 44 kPa. b) De isotrope consolidatiespanning van de 1ste belastingtrap voor een geconsolideerde ongedraineerde triaxiaalproef kan worden bepaald door bepaling van de in het terrein aanwezige horizontale gronddruk. Bij een neutrale gronddrukcoëfficiënt van K0 = 0,5 en σ’v = 44 kPa op de diepte van het ongeroerde grondmonster kan de horizontale grondspanning worden berekend uit: σ’3 = σ’v x K0 = 44 x 0,5 = 22 kPa. De isotrope consolidatiespanning kan nu worden benaderd door bepaling van de gemiddelde effectieve spanning die op het monster werkt σ’ic = (σ’1 + 2 x σ’3)/3. De isotrope consolidatie spanning voor de eerste belastingtrap bedraagt derhalve (44 + 2 x 22)/3 = 29,3 kPa. c) De totale en effectieve cirkels van Mohr kunnen als volgt worden getekend: De Mohr cirkels bij de totale spanningen, inclusief de waterspanningen kunnen worden getekend met de totale spanningen voor trap 1 met σ3 = 29 kPa en σ1 = 49 kPa en trap 2 met σ3 = 72 kPa en σ1 = 112 kPa. Onderstaand zijn de betreffende cirkels in een diagram verwerkt. Voor de effectieve Mohr cirkels dienen de waterspanningen te worden verdisconteerd, waarbij de totale spanningen worden verminderd met de gemeten waterspanningen in de betreffende trappen. Het s’-t diagram met de cirkels van Mohr zien er dan als volgt uit: zie figuur 2.

Figuur 4

d) De effectieve hoek van inwendige wrijving Ƞ’ en effectieve cohesie c’ kan worden bepaald door een raaklijn te trekken aan de effectieve Mohr cirkels en de hoek Ƞ’ en de cohesie grafisch te bepalen danwel te berekenen. Zie figuur 3. e) Het effectieve spanningspad in het s’-t diagram is het verloop van de schuifspanning t = (σ’1 - σ’3)/2 met de gemiddelde effectieve spanning s’ = (σ’1 + σ’3)/2. Het spanningspad verloopt vanaf de isotrope consolidatiespanning, waarbij s’ = σ’3 c.q. σ1, omdat hier σ’1 = σ’3 en de waterspanning u = 0 naar het punt met de waarde s’ = (σ’1 + σ’3)/2 = 29 kPa en t = 10 kPa voor trap 1 en s’ = (σ’1+ σ’3)/2 =

15

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

72 kPa en t = 20 kPa voor trap 2. Zie figuur 4. f) De ongedraineerde cohesie cu bij ᒎb = 2 % kan worden bepaald uit de Mohr cirkels met de totale spanningen σ3 en σ1. De maximale schuifspanning van de betreffende totale Mohr cirkel is de maximale schuifspanning onder ongedraineerde condities. Deze ongedraineerde schuifspanning kan worden bepaald met (σ3 + σ1)/2. De ongedraineerde schuifsterkte van de 1ste en 2de belastingtrap bedragen respectievelijk derhalve (49 – 29)/2 = 10 kPa en (112 – 72)/2 = 20 kPa.


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 16

Waterremmende bodeminjectie: Volwassen techniek met gebruiksaanwijzing Inleiding Bijna 20 jaar geleden kwam ik voor het eerst in aanraking met de techniek van het injecteren van de bodem. Hoewel de techniek zowel internationaal als in Nederland al regelmatig werd toegepast, is er sindsdien het nodige in positieve zin veranderd, maar ook het nodige, helaas, gelijk gebleven. In dit artikel zal worden ingegaan op diverse aspecten van ontwerp en uitvoering. Hierbij zal geen aandacht worden besteed aan stabiliserende injecties maar met name worden gefocust op bodeminjecties van het waterremmende type. Vooral dit laatste type wordt de laatste jaren op grote schaal toegepast bij het creëren van kunstmatige waterremmende lagen bij (grote) bouwkuipen. Bij een aantal van deze projecten hebben zich (grote) problemen voorgedaan, die vertragingen en extra kosten ten gevolg hebben gehad die wellicht op basis van de ‘gebruiksaanwijzing’ in dit artikel voorkomen hadden kunnen worden.

vloeistof of suspensie. De belangrijkste voorwaarde voor de toepassing is daarom de doorlatendheid van de bodem voor het injectiemiddel. Mengsels bestaande uit waterglas, water en een harder worden het meest toegepast. Waterglas is een natrium silicaat oplossing. Na een omslag- of gelleringstijd die varieert tussen ongeveer 30 minuten en enkele uren, zet de injectievloeistof zich om in een gel die de poriën afsluit en eventueel, afhankelijk van het percentage waterglas en type harder, de zandkorrels als het ware aan elkaar kit. Naast de injectiemiddelen op basis van waterglas worden bijvoorbeeld ook cementsuspensies en kunstharsen toegepast. Dit gebeurt relatief minder vaak en in respectievelijk beter en slechter doorlatende grondsoorten. Ultrafijn gemalen cement, ook wel microcement genoemd, kan in de regel ook worden toegepast in de Nederlandse zandgronden.

Techniek

Injecteerbaarheid

Bodeminjectie, in de Engelse taal treffender aangeduid als ‘permeation grouting’, duidt op het penetreren van het korrelskelet van grond met een

Het succes van bodeminjectie staat of valt met een goede injecteerbaarheid van de grond. Deze injecteerbaarheid hangt nauw samen met de minimum

Figuur 1 – Ondergrenzen van injecteerbaarheid met verschillende materialen.

16

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

Prof. dr. ir. A.E.C. van der Stoel CRUX Engineering BV Amsterdam Universiteit Twente

grootte van de poriën. Leem-, silt-, klei- en veengrond hebben een dermate structuur dat deze middels bodeminjectie niet te injecteren zijn. De toepassing van bodeminjectie is derhalve beperkt tot zand- en grindlagen. In de literatuur zijn diverse criteria te vinden die de injecteerbaarheid relateren aan de korrelgrootte en korrelverdelingen van de grond. De meest praktische beoordeling van de injecteerbaarheid vindt plaats door de korrelverdeling van de grond weer te geven in een injecteerbaarheidsdiagram zoals is weergegeven in figuur 1 (Van der Stoel 2001). De kleinste poriën van het zand zijn hierbij vaak maatgevend, waarbij de d15 (de diameter van de gaten in een fictieve zeef waardoorheen 15% van het gewicht van het grondmonster zou vallen) vaak als maatstaf wordt genomen. Naarmate de d15 kleiner is, worden de kleinste poriën minder goed gevuld, waardoor de sterkte van het geïnjecteerde materiaal lager zal zijn dan bij volledige vulling. Aan de andere zijde van het spectrum dienen ook grove grindlagen tijdens het grondonderzoek te worden geïdentificeerd. Met name wanneer de lagen schuin door de beoogde horizontale bodeminjectielaag verlopen vormen deze een potentieel risico voor lekkage. Grove grindlagen hebben als nadelige eigenschap dat de injectievloeistof kan uitzakken in de poriën nog voor deze voldoende is omgeslagen. Hier kan het raadzaam zijn om met een meer cementgebonden materiaal, bijvoorbeeld een dämmer, (voor) te injecteren. Ten aanzien van de kwaliteit van de grond en het grondwater geldt dat sommige typen vervuiling een ongewenste chemische reactie kunnen aangaan met de injectievloeistof. Het voert te ver om alle mogelijke typen reacties te beschouwen. Vanwege de relatief grote diepte waarop de injectielaag aanwezig is komt dit niet vaak voor, zodat wordt volstaan met de aanbeveling bij gerede twijfel over mogelijk aanwezige vervuilingen, een milieukundig grond(water) onderzoek uit te laten voeren. Tijdens het injecteren moet een geforceerde grondwaterstroming worden vermeden, om het meevoeren van de injectievloeistof nog voor deze is omgeslagen te voorkomen. Concreet betekent


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 17

Samenvatting In dit artikel wordt eerst een korte inleiding gegeven op de begrippen bodeminjectie en injecteerbaarheid. Vervolgens wordt nader ingegaan op de toepassing voor waterremmende lagen waarbij eerst de samenstelling aan bod komt en

vervolgens ontwerp, uitvoering en monitoring worden uiteengezet. Ten slotte wordt ingegaan op de mogelijke oorzaken van ‘tegenvallende’ resultaten en de wijze waarop hiermee kan worden omgegaan.

dit dat tijdens het injecteren niet mag worden bemalen. Bijkomend risico is bovendien dat de filters van de bemaling dichtslaan door de onverharde injectievloeistof. Natuurlijke grondwaterstroming is overigens zelden bezwaarlijk, omdat het natuurlijke verhang in de Nederlandse zandgronden meestal gering is. Zodra de vloeistof is gegelleerd, spoelt ze niet meer uit. Het geleringspunt / de gelleringstijd is daarom van groot belang. Bij de keuze van de injectievloeistof zal in Nederland de keuze worden bepaald door cementgebonden materialen of waterglas in combinatie met een harder. Meestal wordt waterglas toegepast in een mengverhouding van circa 20% waterglas, circa 2% harder en circa 78% water. Dit type wordt ook wel aangeduid als een softgel. Deze term is enigszins misleidend, omdat de geïnjecteerde grond zich zeker niet als een gel of puddingachtige substantie zal gedragen! De sterkte en stijfheid zullen, wanneer het materiaal verkit is, nog altijd hoger zijn dan die van het zand waar oorspronkelijk in werd geïnjecteerd. Menging vindt plaats in een batch in de injectiecontainer. De zuurgraad (pH) van het materiaal bedraagt 10 tot 12. De geleringstijd (kiptijd), waarin de viscositeit van de injectievloeistof toeneemt tot een veelvoud van de initiële viscositeit van circa 10-15 cP tijdens injectie, bedraagt normaal tussen de 40 en 90 minuten, zodat binnen deze termijn de injectievloeistof uit de pompen en slangen moeten zijn! Vooral het type harder speelt een belangrijke rol in het uitlooggedrag en de gelleringstijd van de bodeminjectielaag. Ten aanzien van deze harder kan onderscheid worden gemaakt tussen het organische en het anorganische type. Voorbeelden van organische harders zijn esters, waarvan in Nederland vooral de zogenaamde R100 durcisseur en Condatstab Soft worden toegepast. Anorganische harders zijn bijvoorbeeld calcium chloride, fosfaten, cement en aluminaten. In Nederland wordt daarvan vooral aluminaat toegepast. In Nederland is veel discussie over de mogelijke toepasbaarheid van aluminaat. Het belangrijkste verschil met organische harders is dat het de zandkorrels niet verkit maar ongebonden in de poriën aanwezig blijft. Daarnaast zou het moeilijker zijn

Figuur 2 - Voorbeelden injectiepuntje.

om de gelleringstijd/kiptijd goed te bepalen en zou de geringere stabiliteit ook leiden tot een hogere uitloging van silicium en aluminium in de tijd. Dit is echter nog niet door onafhankelijk onderzoek aangetoond.

Horizontale waterremmende bodeminjectielaag Een horizontale injectielaag dient om een kunstmatige barrière te vormen tegen grondwater dat tijdens de bouw van onder de bouwkuip wil binnendringen. De werking is te vergelijken met die van een natuurlijke klei- of veenlaag. Tezamen met verticale grond- en waterkerende constructieve wanden, zoals damwanden of diepwanden, wordt zo een waterremmende bouwkuip gecreëerd. Het criterium voor de waterremmendheid dient altijd te worden gevormd door een eis ten aanzien van het debiet dat na uitharding van de injectie uit de bouwkuip mag worden bemalen. Dit kan bij overschrijding hiervan discussies geven over de herkomst van het surplus aan water. Verderop wordt aangegeven hoe hiermee dient te worden omgegaan. Voor blijvende toepassingen zijn waterremmende lagen op basis van waterglas niet geschikt. Normaliter wordt de werking gegarandeerd voor een periode tot 24 maanden. Daarna zal de laag niet ineens verdwenen zijn, maar de waterremmendheid zal wel substantieel verder afnemen.

17

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

ONTWERP

Een bodeminjectielaag wordt opgebouwd uit min of meer bolvormige elementen. Of daadwerkelijk een bol wordt gemaakt hangt af van de verhouding in verticale en horizontale doorlatendheid van de grond en de viscositeit van de injectievloeistof. In de praktijk wordt bij het ontwerp altijd van een bol uitgegaan. Elke individuele bol wordt gevormd vanuit een enkel injectie-element. Meestal bestaat een dergelijk element uit een dunne kunststof (HDPE) slang met onderin een injectiepunt. Voorbeelden van een dergelijk puntje zijn gegeven in figuur 2. In de meest simpele vorm bestaat het injectiepunt uit afgetapede gaatjes in de HDPE slang. De elementen worden geplaatst in een raster van gelijkzijdige driehoeken met zijden van 0,90m 1,20m. Wanneer in de bouwkuip obstakels aanwezig zijn, zoals reeds aanwezige palen, dan dient het injectiepatroon hierop te worden aangepast. Vaak betekent dit concreet dat meer punten (om de obstakels) dienen te worden aangebracht. Bij een rasterafstand van 1,0 m en een poriëngehalte van 40% geldt theoretisch een injectiehoeveelheid van 322 liter per injectiepunt/bol. Bij een vrij gebruikelijke diepte van aanbrengen van 10m tot 15m wordt gewoonlijk 10% tot 15% overmaat aan injectiemateriaal geïnjecteerd om uitvoerings-


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 18

toleranties ten aanzien van de plaatsing en verticaliteit van het aanbrengen van de injectiepunten op te vangen. Bij nog dieper gelegen injecties moet deze onzekerheidsfactor worden verhoogd, dan wel moeten maatregelen worden genomen om de verticaliteit van de aangebrachte punten te garanderen (meten). Naast plaatsingsonnauwkeurigheden op het maaiveld zullen dan namelijk met name de afwijkingen door scheefstanden en afbuigingen invloed hebben op de uiteindelijke afstanden tussen de injectiepunten op de beoogde diepte. De injectiehoeveelheden moeten hierop worden afgestemd. Op bijvoorbeeld 25 m diepte kan dit leiden tot een overmaat aan injectievloeistof van 50% of meer.

Rekenvoorbeeld evenwicht van de bouwputbodem Stel dat een bodeminjectielaag vanaf een maaiveld dient te worden aangebracht. Een en ander conform bovenstaande doorsnede. De freatische grondwaterstand staat aan het maaiveld de representatieve stijghoogte onder de bodeminjectielaag NAP -2,0m bedraagt. De weerstand tegen opdrijven wordt gevormd door het gewicht van de grond, zijnde: 4,2m*14kN/m3/ 1,1 + 1,6m*16kN/m3 /1,1 + 8,0m*20kN/m3 /1,1 = 222 kPa. De rekenwaarde van de waterdruk bedraagt: [-2,0m -(-25,0m)]*10kN/m3 = 230 kPa. Omdat het grondgewicht van 222kPa kleiner is dan de opwaartse kracht 230 kPa wordt hier niet aan de evenwichtsvoorwaarde voldaan. De injectielaag moet dus dieper worden aangebracht!

Langs de randen van het veld bij de aansluiting op damwanden zijn extra injectiepunten nodig om ook de kassen goed te vullen. Dit geeft vaak extra complicaties in verband met de aanwezige gordingen. Een goede stelregel is voor elke damwandkas een injectiepunt aan te brengen.

Het evenwicht van de bouwput-bodem is verzekerd als in grenstoestand 1 het gewicht van de grond bóven de afsluitende laag groter is dan de waterdruk ónder de laag. De rekenwaarde voor het grondgewicht is Fr;d = Fr;rep / ȍ g waarin ȍ g = 1,1 de materiaalfactor is op het volumegewicht.

Het ontwerp van de bodeminjectielaag moet zo worden uitgevoerd dat aan 3 voorwaarden wordt voldaan: a) De laag moet op voldoende diepte liggen opdat de rekenwaarde van het grondgewicht bóven de laag groter is de rekenwaarde van de opwaartse waterdruk tegen de injectielaag; zie voorbeeld in het KADER. b) De laag moet voldoende dik zijn. Geïnjecteerde grond heeft een doorlatendheid k van circa 10-8 m/s. Hieraan kan op basis van het debiet dus in principe aan worden gerekend (v=ki met i= Δ H/H), echter in de praktijk wordt aan deze dikte-eis over het algemeen vanzelf voldaan, omdat de rasterafstand bij boven gegeven toleranties een dikte van minimaal circa 1,0m oplevert. c) De laag moet vrij zijn van perforaties. Eén onopgemerkte oude waterput, holle buispaal of riolering die door de laag steekt, zal zorgen voor een relatief aanzienlijk waterbezwaar. Hetzelfde geldt voor verstoringen van de ondergrond. Ter indicatie: een vierkante meter niet geïnjecteerd oppervlak laat evenveel water door als 10.000m2 geïnjecteerde grond! Moeten voor nieuwbouw op een eerder bebouwd terrein de bestaande palen plaats maken voor nieuwe, dan is het dus over het algemeen niet verstandig om deze palen te trekken, in ieder geval niet zonder het reparerend vullen van de gaten die dan ontstaan.

De stijghoogte onder de waterremmende laag wordt bij voorkeur conservatief (hoog) aangenomen, maar omdat hier sprake is van een geotechnische constructie, hoeft hiervoor géén belastingfactor in rekening te worden gebracht.

In de literatuur wordt wel aangegeven dat voor de doorlatendheid waarden van kv = 1/1000 x de doorlatendheidscoëfficiënt van het onbehandelde zand mogen worden aangehouden. Hoewel bij een goede uitvoering, dus met zorg en goede kwaliteitsborging, voor de relatief fijne Nederlandse zanden, dus van doorlatendheid kv = 1 x 10-8 m/s of lager zou mogen worden uitgegaan, wordt het verstandiger geacht voor het ontwerp uit te gaan van kv = 1 x 10-7 m/s. De gemiddelde doorlatendheid van een totale laag is namelijk groter dan die van een ‘mootje’ goed geïnjecteerde grond. Dit is een gevolg van imperfecties bij wandaansluitingen, rasterafwijkingen, grondvariaties, etc. Het is belangrijk dat men zich bij ontwerp realiseert dat bodeminjectielagen waterremmende lagen zijn. In tegenstelling tot wat in veel bestekken en specificaties geëist wordt is (100%) waterdichtheid niet (nooit!) te realiseren, klei is dat immers ook niet!

18

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

In een bouwkuip is vaak plaatselijk sprake van diepere ontgravingen, bijvoorbeeld ter plaatse van liftputten. Deze dienen separaat in de berekening van de diepteligging van de injectielaag te worden beschouwd! Als de diepere delen relatief klein zijn, zoals bij liftputten vaak het geval is, mag conform de norm spanningsspreiding / wrijving in het evenwicht worden betrokken. Afhankelijk van het aantal en de locatie van deze diepere ontgravingen kan er ook voor gekozen worden om de injectielaag (over een deel van de bouwkuip) dieper aan te leggen. Wanneer het evenwichtsniveau van de bouwkuip niet overal gelijk is, omdat deze niet overal even diep wordt ontgraven, zoals bij (tunnel)toeritten het geval is, kan de bodeminjectie verspringend worden aangebracht. Dit heeft over het algemeen de voorkeur boven het geleidelijk laten verlopen van het niveau van de bodeminjectielaag. Beter is het om te compartimenteren en per compartiment de diepte van de bodeminjectie aan te passen. Dit voorkomt een gecompliceerde uitvoering met een relatief grote kans op een verkeerde aanlegdiepte. Daarnaast hebben compartimenten het voordeel dat bij een eventuele lekkage het lek makkelijkere gelokaliseerd kan worden en dat meestal in de andere compartimenten kan worden doorgewerkt. Wanneer het hier een smalle sleuf betreft, bijvoorbeeld voor de aanleg van een riolering, dan mag de wrijving aan de binnenkant van de damwanden worden meegerekend in het evenwicht en zal de laag niet dieper hoeven te worden aangelegd. Wanneer het echter een zeer brede bouwkuip betreft mag dit niet en zal de bodeminjectielaag dieper moeten worden aangelegd, wat automatisch inhoudt dat de damwanden ook langer moeten worden. Met deze berekening wordt de grenswaarde van de onderkant van de injectielaag bepaald. Indien op dit niveau de grond niet goed injecteerbaar is, moet de laag op een dieper niveau worden aangelegd.

Uitvoering De injectiepunten kunnen worden aangebracht door deze in te trillen of te boren. De eerste


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 19

WATERREMMENDE BODEMINJECTIE : VOLWASSEN TECHNIEK MET GEBRUIKSAANWIJZING

Figuur 3 - Inboren (links) en –trillen(rechtse 2 foto’s) van injectieslangen met behulp van H-bint respectievelijk damwandprofiel. methode is sneller maar geeft relatief meer hinder en kan schade veroorzaken. Deze schade wordt bijvoorbeeld veroorzaakt doordat de trillingen zorgen voor verplaatsingen van de grond in de bouwkuip en additionele vervormingen van de damwanden of doordat de trillingen ontoelaatbaar zijn voor (in de grond gevormde) palen in de bouwkuip of voor belendende gebouwen. Zeker wanneer later aan te brengen palen een deel van het draagvermogen halen uit de grond in het bereik van het de ingetrilde injectiepunten, is nasonderen aan te bevelen. In figuur 3 zijn voorbeelden gegeven van het intrillen van twee injectieslagen met behulp van een Hbint en een damwandprofiel. Wanneer het zand in de bouwkuip slecht verdicht is zal door het trillen deze over het algemeen verdichten terwijl in goed verdicht zand dilatantie kan optreden. Met het effect van het aanbrengen van de slangetjes in de ondergrond zal dus in de paal- en (dam)wandberekening rekening moeten worden gehouden, in de zin van een aanpassing van de grondparameters / conusweerstand. Het voordeel van trillen is dat het de kans beperkt dat de injectievloeistof uitbreekt naar het maaiveld, bij het hanteren van een normale injectiedruk. Bij het borend aanbrengen van de punten bestaat dit risico op uitbraak wel; het grote voordeel is echter dat de methode trillingsvrij is. Wanneer bovendien voldoende lang wordt ge-

wacht met het injecteren van de punten na het boren, is dit risico uitermate klein. Het nadeel is dat deze methode relatief kostbaar is en (veel) meer tijd in beslag neemt. Wanneer de bouwkuip is afgesloten en de injectie voldoende is uitgehard (het is raadzaam hiervoor een termijn van minimaal 7 dagen na de laatste injectie aan te houden) kan de bemaling in werking worden gesteld. Om problemen ten aanzien van de aansprakelijkheid voor de werking van de bemaling te voorkomen, verdient het de overweging deze in een contract onder te brengen bij de injectiewerkzaamheden. Het totale te bemalen debiet zal worden gevormd door het lekwater dat door de injectielaag en de damwanden komt en door het hemelwater dat in de bouwkuip stroomt. In principe is dus een lichte bemaling toereikend om het grondwater ín de put te verlagen en het lekwater weg te pompen. Tijdens het ontgraven kan hiervoor bijvoorbeeld een vacuümbemaling worden toegepast. Ook al is het waterbezwaar door de injectielaag gering, de praktijk wijst uit dat er bijna evenveel vacuümfilters nodig zijn als wanneer er geen injectielaag aanwezig zou zijn. Een aantal filters zal dienen als reserve voor het geval filters dichtslibben met kleine hoeveelheden ongebonden waterglas. Het regelmatig spoelen van de filters verdient bijzondere aandacht! Een goed alternatief is de toepassing van grindkoffers in combinatie met klokpompen. Het voor-

19

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

deel hiervan is dat deze veel minder snel verstopt raken en dat minder bemalingspunten noodzakelijk zijn. Zodra de bouwkuip op diepte is, is een vlakke horizontale bemaling met drains en klokpomp over het algemeen afdoende. Voordeel van bodeminjectie is dat tijdens de uitvoering de bouwkuip droog ontgraven kan worden zodat deze goed toegankelijk is en eventuele obstakels goed zichtbaar zijn. Dit is vooral een winstpunt bij bouwkuipen in een stedelijke omgeving. Bovendien zijn tijdens het graven eventuele lekkages in de bouwkuipwanden goed zichtbaar; herstel is mogelijk nog voordat de put geheel op diepte is. Eerder werd al uitgelegd hoe de diepte van de injectielaag dient te worden bepaald. De diepte van de (dam)wand is echter vaak een onderwerp van discussie. Veelal wordt gesteld dat het afdoende zou zijn wanneer de damwand reikt tot tenminste halverwege de injectielaag. Omdat echter de aansluiting tussen damwand en de injectielaag vaak een zwak punt is ten aanzien van de waterremmendheid wordt aanbevolen om de teen van de damwand tot tenminste 0,5m onder de onderzijde van de injectielaag aan te brengen.

Monitoring Gezien het belang van de continuïteit van de bo-


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 20

Figuur 5 - Injectieslangen in de bouwkuip.

Figuur 4 - Verticale bodeminjectie ter plaatse van niet op diepte gekomen damwand.

deminjectie is het van belang om een aantal uitvoeringsparameters vast te leggen tijdens de uitvoering. Zo kunnen injectiedebieten en injectie-druk een goede indicator vormen van het succes van elke individuele injectie / de opbouw van de betreffende ‘bol’. Registratie van defecte injectieslangen, obstakels, wegvallende druk, bemonstering van de injectievloeistof (kiptijd) etc. geeft een goed beeld van waar een mogelijk lek in de injectielaag kan voorkomen. In de meeste injectie-units kunnen deze parameters relatief eenvoudig worden vastgelegd. Ook wanneer achteraf discussie ontstaat over de waterremmendheid is een dergelijke monitoring nuttig om de deskundigheid en volledigheid van aanbrengen vast te stellen. De toepassing van peilbuizen binnen en buiten de bouwkuip is noodzakelijk om de effectiviteit van de injectielaag te monitoren. Daarnaast is het monitoren van de debieten van belang, waarbij het belangrijk is zich te realiseren dat in het begin het debiet hoger zal zijn, vanwege het droogmalen van de kuip en het wat grotere lekdebiet dat in eerste instantie door de damwanden komt. Wanneer de debieten stationair zijn kan worden beoordeeld of de bodeminjectie heeft voldaan aan de vereisten. De in de peilbuizen waargenomen daling moet overeenkomstig zijn met het afgepompte debiet.

‘Tegenvallende’ resultaten? Wanneer het debiet groter is dan verwacht zal al snel de discussie ontstaan waardoor dit veroor-

zaakt wordt. In principe zijn hierbij drie partijen mogelijk debet aan het probleem, namelijk de installateur van de (dam)wanden, de bodeminjectie aannemer en de bronbemaler. Om in een dergelijke situatie zo duidelijk mogelijk vast te kunnen stellen waardoor het probleem veroorzaakt is kunnen preventief een aantal maatregelen worden genomen en kan achteraf middels lekdetectie mogelijk meer duidelijk worden verkregen.

Preventie Ten aanzien van de bodeminjectie dient in eerste instantie de injecteerbaarheid voldoende te zijn beschouwd. Dat betekent dat middels een boring voldoende monsters van de te injecteren laag dienen te worden genomen. Middels het uitvoeren van zevingen in het laboratorium kan de korrelverdeling worden vastgesteld en kan het type toe te passen injectievloeistof worden bepaald. Vervolgens dient de juiste mengverhouding van de injectievloeistof te worden bepaald, waarbij nadrukkelijk de aanwezigheid van eventuele grond(water)vervuilingen worden meegenomen. Alvorens wordt geïnjecteerd dient de lengte van de aangebrachte damwanden bekend te zijn. Denk hierbij bijvoorbeeld aan niet op diepte gekomen planken (die later zijn afgebrand). Registratie van de toegepaste damwandlengten is daarbij van belang. Daar waar de damwand niet op diepte is gekomen dient de zandgrond verticaal geïnjecteerd te worden om de sparing in de wand te dichten (zie figuur 4).

20

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

Vervolgens dient een deugdelijke berekening van het te verwachten debiet te worden gemaakt, waarbij zowel het lekdebiet door de injectielaag als de lekkage door de wanden dient te zijn beschouwd. Ten aanzien van de waterdoorlatendheid van de damwanden is het verstandig om vooraf een eis te stellen aan of opgave aan de damwandaannemer te vragen van de waterdoorlatendheid door de sloten. Daarnaast kan worden gedacht aan het toepassen van slotverklikkers, borgnokken en/of slotvulling om de waterremmendheid van de damwand te garanderen. De injectielaag dient te worden aangebracht nadat eventuele nieuwe palen of ankers in de bouwkuip zijn aangebracht. Op deze wijze kan de injectie tegen deze elementen aan worden aangebracht. Bij vooraf aanbrengen bestaat het risico dat door trillingen of boren een lekweg langs de paal ontstaat. Voor het snellen van de paalkoppen dient de uitvoeringsmethode zodanig te worden gekozen dat de paal zo min mogelijk heen en weer wordt gewrikt, waardoor een lekweg kan ontstaan langs de bodeminjectielaag. Wanneer in het werk oude palen aanwezig zijn die moeten worden verwijderd dan dienen deze ofwel voor de injectiewerkzaamheden te worden gesloopt tot onder het niveau van de latere bouwwerkzaamheden, ofwel reparerend te worden getrokken. Dit laatste kan bijvoorbeeld door (cement)bentoniet toe te voegen.


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 21

WATERREMMENDE BODEMINJECTIE : VOLWASSEN TECHNIEK MET GEBRUIKSAANWIJZING

Figuur 6 - Lekkage bij aansluiting damwand - bodeminjectie; Texplor meting.

Figuur 7a, b - Lekkage door damwandslotmiddels warmtebeeldcamera.

Voor de bemaling geldt dat de onderzijde van de bemalingsfilters in het grondpakket binnen de bouwkuip voldoende ver (1,5-2,0m) boven de bodeminjectielaag geplaatst dienen te worden, om een eventuele uitvoeringsfouten en eventuele negatieve invloed van het injectiemateriaal op de bemaling te voorkomen. De injectieslanggetjes zijn klein en relatief kwetsbaar en in grote getale aanwezig in de bouwkuip, zie figuur 5. Het is daarom van groot belang dat de slangetjes vóór het het aanbrengen van injectievloeistof voldoende worden beschermd tegen invloeden van andere werkzaamheden, zoals met name grondwerk. Een aantal beschadigde slangetjes die vlak bij elkaar liggen leiden immers al snel tot een lek! Na de injectie blijven de injectieslangen achter in de bodem. Men moet zich dus realiseren dat het grondwerk wordt beinvloed door deze ‘spaghetti’ van slangen in de ontgraven grond. Naast een complicerende factor tijdens de uitvoering is de ontgraven grond dus ook ‘vervuild’ met HDPE slangen en mogelijk is ook in enige mate niet omgeslagen waterglas aanwezig.

Controle Wanneer het debiet dat wordt bemalen groter is dan wordt verwacht is het zaak de oorzaak hiervan te achterhalen. Allereerst zullen een aantal controles moeten worden uitgevoerd. Zo kunnen de registraties van de damwandlengtes en injectiedebieten en -drukken worden gecontroleerd. Ook minder voor de hand liggende zaken verdienen echter de aandacht, zoals de nauwkeurigheid/ juistheid van de debietmeting, de locatie van het filter van de bronbemaling (niet per ongeluk onder de injectielaag?!) en de hoeveelheid neerslag die

de bouwkuip is gelopen (een extreme buiige dag van 50mm/dag geeft in een bouwkuip van 1500m3 een debiet van ruim 3m3/uur extra!).

Maatregelen Wanneer bovenstaande zaken in acht zijn genomen en het is niet duidelijk waar het lek zich bevindt, dan kunnen lekdetectiemethoden mogelijk uitsluitsel geven. Het voert voor dit artikel te ver om in detail op al deze technieken in te gaan. De bekendste technieken zijn geoelektrische metingen (zoals bijvoorbeeld Texplor (Brouwer & Veldhuizen, 2011)) en thermische methoden (zoals bijvoorbeeld Leakfinder (Langhorst e.a. 2011)). Geoelektrische metingen registreren de potentiaalverschillen, waardoor de verschillen in geleidende eigenschappen van de ondergrond duidelijk worden, waarmee een lek vaak goed in het vlak kan worden gelokaliseerd, zie figuur 6. De diepte waarop het lek zich bevindt is dan nog niet duidelijk, zodat bij een anomalie nabij de wand, het lek zowel kan zijn veroorzaakt door een lekke (uit het slot gelopen) damwand, als door een onvoldoende aansluiting van de bodeminjectie tegen de wand. Additionele metingen over de hoogte in plaats van in het vlak kunnen dan meer informatie opleveren. Ook is de locatie niet tot ‘op het slot’ nauwkeurig te lokaliseren, zodat bij damwanden vaak minimaal 3 damwandsloten moeten worden geïnjecteerd (met een polyurethaanhars ) om lekkage door het slot uit te sluiten. De toepassing van infrarood technieken kan helpen om, met een warmtebeeldcamera, lekkage door de damwand vast te stellen. Hiertoe dient op de vermeende locatie van lekkage heet water achter de damwand te worden geïnjecteerd. Dit zal dan aan de binnenzijde van de bouwkuip zichtbaar door het slot moeten lekken, zie figuur 7.

21

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

Conclusie In dit artikel is het beeld geschetst van bodeminjectie als een volwassen techniek met een duidelijke gebruiksaanwijzing. Zoals bij zoveel technieken geldt daarvoor dat wanneer deze gebruiks- aanwijzing in acht wordt genomen, het resultaat er mag zijn! In een volgend artikel zal nog worden ingegaan op de toepassing van bodeminjectie voor stabilisatiedoeleinden. Hierin komen ook duurzaamheid, milieu, ontwikkelingen en kosten (nader) aan de orde.

Literatuur – Brouwer, R. & F. Veldhuizen, Lekdetectie bij bouwputten; toepassing van de elektrische potentiaalmethode, Geotechniek, januari 2011 – Langhorst, O. R. Bolhuis & G. Colard, ‘Leakfinder’: opsporen van lekkages van in den natte ontgraven bouwkuipen met infrarood, Geotechniek, januari 2011 – Stoel, A.E.C. van der, Grouting for Pile Foundation Improvement, Proefschrift ter verkrijging van de graad van doctor aan de Technische Universiteit Delft, ISBN 90-407-2223-4, 2001 – Stoel, A.E.C. van der, E. Huiden & B.J. Admiraal, PAO Cursus Grondverbeteringstechnieken, hoofdstuk 2 State of the art bodeminjectie, november 2012. 쎲


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 22

KIVI NIRIA

In memoriam Wim Heijnen afscheid van een icoon

Na een kort ziekbed overleed 28 april j.l. op 88-jarige leeftijd Wim Heijnen, de "grand old man" van de geotechniek in Nederland. De geotechnische wereld kende hem als een uitermate kundig en ervaren ingenieur, die vanaf de jaren vijftig van de vorige eeuw tot ver in deze eeuw zijn stempel drukte op de vele ontwikkelingen in ruim een halve eeuw Nederlandse geotechniek

Wim Heijnen was zonder enige twijfel de meest veelzijdige en ervaren Nederlandse geotechnicus van zijn tijd. Zowel in de praktische advisering als in de ontwikkeling en beproeving van nieuwe geotechnische systemen of technieken was zijn omvangrijke expertise alom geroemd en veel gevraagd. Hij was prominent betrokken bij de funderingsproblematiek van vrijwel alle belangrijke civieltechnische projecten in Nederland en bij een groot aantal megaprojecten in het buitenland. Met betrekking tot de bouw van de Oosterscheldekering (een bij uitstek grondmechanisch probleem!) verklaarde de hoofddirectie van Rijks- waterstaat zelfs dat dit kunstwerk zonder zijn inbreng nooit zou zijn gerealiseerd. Daarnaast stond Wim Heijnen aan de wieg van de Cursussen "Grondmechanica en Funderingstechniek" (CGF1 en CGF2) die nog steeds jaarlijks door KIVI NIRIA worden georganiseerd en die sinds de jaren zeventig vele duizenden geotechnici hebben afgeleverd. Wim Heijnens publicaties en richtinggevende rapportages getuigen ook van zijn vermogen om kennis en kunde op een heldere en overzichtelijke wijze over te dragen. Wim had decennia lang een cruciale inbreng in de Nederlandse standaardisatie van NEN 6740-6745 en vertegenwoordigde hij ons land in de Europese gremia die leidden tot ENV1997-1 en de momenteel vigerende Eurocode 7. Wim Heijnen begon zijn geotechnische loopbaan in Nederlands-Indië waar hij, in dienst van de Technische Hogeschool van Bandung, door Begemann (hoofd van het Indische Laboratorium voor Grondmechanica en Wegentechniek) kennis maakte met het geotechnische vakgebied.

22

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

Terug in Nederland trad hij in dienst bij het Delftse Laboratorium voor Grondmechanica (LGM) waar hij betrokken was bij tal van nieuwe ontwikkelingen op het gebied van de grondmechanica en funderingstechniek: van paalfunderingsystemen tot vliegveldverhardingen, van gravity structures tot dijkversterkingen. Als onderzoeker en adviseur leverde hij substantiële en praktisch zeer bruikbare bijdragen aan de ontwikkeling van laboratorium- en terreinonderzoekapparatuur, maar ook aan het speurwerk ten behoeve van het baggeren van grond, de gronddynamica , de liquefaction-problematiek en tal van andere actuele geotechnische vraagstukken. Vanaf 1977 was hij daar onderdirecteur en hij verwierf grote bekendheid als spreker op de talrijke geotechnische bijeenkomsten van de jaren zestig tot met tachtig. Als bestuurslid en voorzitter van de sectie Grondmechanica en Funderingstechniek van het KIVI zette hij de geotechniek overtuigend op de kaart. Verder speelde de alleskunner Heijnen een actieve rol in talloze officiële en ad-hoc-commissies; organisaties als CUR, CROW, TAW, CSB, COB en SBR profiteerden lange jaren van zijn grote expertise en ervaring. Na zijn pensionering bleef hij als speciaal adviseur en als mentor van vele en veelsoortige onderzoeksprojecten actief in het vakgebied; ook zijn werkzaamheden op het gebied van nationale en internationale standaardisatie zette hij in die periode gewoon voort. In 1990 werd Wim vanwege zijn vele en grote verdiensten benoemd tot Officier in de Orde van Oranje Nassau. Overigens lagen die verdiensten niet louter op geotechnisch gebied. Wim gold als een buitengewoon prettige, loyale en vriendelijke collega die altijd voor iedereen een luisterend oor had en volop deelde in sociale activiteiten en vrijwel nooit ontbrak op de vele feesten en evenementen. Zo was hij ook nog op het laatste KIVI Geotechniek jubileumfeest in Amsterdam. Al diegenen die met Wim hebben gewerkt hebben daaraan ongetwijfeld goede en positieve herinneringen. Zijn vakbroeders hebben veel van hem geleerd en hebben genoten van de plezierige technisch wetenschappelijke en sociale contacten met hem. Hij blijft in onze gedachten als een talentvol, sympathiek en bijzonder mens, een icoon van het oude LGM en een icoon van de Nederlandse geotechniek. Piet Lubking


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 23

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

23

GEOTECHNIEK – Oktober 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.


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 24

Het ontwerp van cyclisch belaste zuigpaalfundaties

Ing. R. Thijssen

Ir. C.W.J. te Boekhorst

Volker InfraDesign

Volker InfraDesign

Ir. E.A. Alderlieste SPT Offshore

Figuur 1 – Impressie van zuigpaalfundaties. Foto: bouw van zuigpalen voor het Venture F3Fa project (SPT Offshore). Rechts: modellering van een zuigpaal in Plaxis 3D.

Introductie Het funderen van offshore constructies op zuigpalen, zoals platformen voor de olie-/gasindustrie of windmolens, is niet nieuw. In het begin van de jaren 80 van de vorige eeuw werden de eerste zuigpalen geïnstalleerd voor Shell in de Noordzee. Het installeren van een zuigpaal is relatief eenvoudig. Onder eigen gewicht zakt een zuigpaal gedeeltelijk in de zeebodem en met behulp van een pomp wordt water uit de opgesloten ruimte in de paal gepompt. Door het pompen ontstaat een onderdruk binnen de paal en als gevolg hiervan kan de paal dieper worden ingezogen/geïnstalleerd. Zuigpaalfundaties worden gekenmerkt door een lengte-diameter (L/D) verhouding van ongeveer 1 in zand en 3 á 6 in klei. Gedurende de levensduur zijn offshore constructies onderhevig aan wisselende belastingen als gevolg van stroming, golven en wind. Hoe om te gaan met cyclisch belaste zuigpaalfundaties in het geotechnisch ontwerp is slechts kwalitatief vastgelegd in normen en richtlijnen. Om toch een indruk te krijgen van het effect van deze wisselende belastingen, wordt in dit artikel een indica-

tieve methode beschreven om de opbouw van wateroverspanning te berekenen voor zuigpaalfundaties in zand. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen volledig ongedraineerde en partieel gedraineerde grond-constructie interactie.

Probleemomschrijving Zuigpalen worden gekenmerkt als ‘middeldiepe’ funderingen, maar normen en ontwerprichtlijnen, bijvoorbeeld van het American Petroleum Institute (API) en Det Norske Veritas (DNV), zijn toegespitst op lange en slanke palen (L/D > 10) of ondiepe fundaties (L/D < 0,5). Daarnaast is het zo dat normen geen eenduidig beeld (kunnen) geven wanneer gedraineerd dan wel ongedraineerd grondgedrag moet worden verondersteld in het ontwerp. In de huidige ontwerppraktijk wordt er voor het bepalen van de (initiële) dimensies van zuigpalen in niet-cohesieve ondergrond veelal conservatief uitgegaan van een ongedraineerde grondrespons. Het werkelijke grondgedrag rondom de fundatie is afhankelijk van de afmetingen van een zuigpaal, doorlatendheid van de bodem, de belastingsfre-

24

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

quentie en belastingsamplitude. Deze parameters bepalen of het grondgedrag ongedraineerd, partieel gedraineerd of geheel gedraineerd zal zijn. Door gebrek aan tijd en informatie binnen een aanbiedings- of voorontwerpfase worden in de huidige ontwerppraktijk de zuigpaalafmetingen veelal bepaald uitgaande van een ongedraineerde grondrespons. Echter, het meenemen van partiële drainage kan leiden tot een optimaler ontwerp qua gewicht en afmetingen en kan resulteren in een economisch aantrekkelijker ontwerp.

Beperkingen De in dit artikel gepresenteerde aanpak is bedoeld om een indruk te krijgen van de invloed van wisselende belastingen op de capaciteit van de fundering en kan als zodanig binnen een aanbiedingsfase gehanteerd worden. Door middel van het aanhouden van een voldoende grote algehele veiligheidsmarge op het draagvermogen worden vervormingen bij lagere belastingen (gekenmerkt door veel cycli) doorgaans als minimaal verondersteld. Voor het daadwerkelijk bepalen van permanente rekken gedurende de levensduur van de offshore constructie (veelal 25 jaar; N ≈ 108 cycli)


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 25

Samenvatting Zuigpaal fundaties voor offshore constructies in zandgrond worden veelal ontworpen met ongedraineerd grondgedrag als uitgangspunt. Dit is niet noodzakelijkerwijs een correcte aanname. Voor zuigpalen tot een diameter van 8 á 10 m kan na laboratoriumonderzoek veelal partieel gedraineerd grondgedrag

worden verondersteld. Vergeleken met ongedraineerd grondgedrag verweekt grond bij partiële drainage minder snel. Dit betekent dat een hogere grondsterkte in capaciteitsberekeningen kan worden meegenomen en dat als gevolg daarvan zuigpaalfundaties economischer ontworpen kunnen worden.

Figuur 2 – Kenmerkende opbouw van wateroverspanning in de tijd.

Figuur 3 – Stroomschema voor bepaling drainagegedrag.

is het noodzakelijk (een equivalent van) alle belastingscycli te beschouwen. De in dit artikel geschetste aanpak is niet geschikt om een uitspraak te doen over een accurate stijfheidsverandering of accumulatie van rekken. Hiervoor zijn geavanceerde modellen nodig. Een eerste studie naar het correct beschouwen van grond-constructie interactie ten aanzien van zowel predictie van water(over)spanning alsook optredende blijvende (schuif)rekken onderstreept dat. Het ziet er naar uit dat een hypoplastisch model, zie bijv. Niemunis en Herle (1997), een oplossing kan bieden. Opgemerkt wordt dat de benodigde parameters voor een dergelijk model veelal niet beschikbaar zijn tijdens de aanbiedingsfase en er binnen deze fase over het algemeen onvoldoende tijd beschikbaar is voor een geavanceerde modellering.

Theorie Gedurende cyclisch belasten vertonen losgepakte, verzadigde, niet-cohesieve materialen (veelal zand, maar ook silt en sommige grindsoorten) contractant gedrag ten gevolge van optredende schuifspanning. Dit resulteert in een toename van

waterspanning en een afname van korrelspanning en hierop volgend een afname in sterkte van de grond. Als de waterspanning gelijk is aan de grondspanning kan dit leiden tot verweking. Over het algemeen zijn los tot matig gepakte nietcohesieve materialen met lage doorlatendheden (of grote afstroomlengtes) meer gevoelig voor opbouw van water-overspanning dan dichtgepakte goed doorlatende materialen. Voor meer informatie hierover wordt verwezen naar Meijers et al. (2009). Om de opbouw van wateroverspanning tijdens cyclisch belasten te bepalen kunnen ongedraineerde cyclische triaxiaal- (TX) of directe schuifproeven (DSS) worden gedaan. Belangrijke variabelen zijn de relatieve dichtheid van het monster alsook de opgelegde cyclische schuifspanning (amplitude) gecombineerd met de frequentie van de belasting. De mate van toename van wateroverspanning per belastingcyclus (verwekingspotentiaal) is een belangrijke maat voor de gevoeligheid van het grondmonster voor opbouw van wateroverspanning. Daarnaast is een aantal aspecten relevant: – effecten van tussentijdse consolidatie gedu-

25

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

rende cyclische belasting (met name van belang bij relatief geringe paaldiameters in goed doorlatende ondergrond), – effecten van verdichting gedurende het cyclische belasten, en – de aanwezigheid van een zogenaamde ‘preshear’ schuifspanning, tevens als geschiedeniseffect betiteld. Een kenmerkende opbouw van wateroverspanning in de tijd is voor verschillende condities gegeven in figuur 2. Dit artikel werkt een aanpak voor volledig ongedraineerd gedrag alsook voor partieel gedraineerd gedrag uit. Bij de laatste variant wordt tevens het effect van tussentijdse verdichting beschouwd. Het geschiedeniseffect kan indirect meegenomen worden door rekening te houden met enige initiële verdichting. Andersen (2011) beschrijft een methode hoe om te gaan met ‘preshearing’ in het ontwerp van offshore constructies. Echter, tot op heden is er weinig in detail bekend over de invloed van geschiedeniseffecten op het grondgedrag en grond-paal interactie. Nader onderzoek naar dit effect is gewenst. Een overzicht van de gevolgde globale aanpak is


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 26

Figuur 4 – Visualisatie afstroomlengte.

Figuur 5a, b – Venture F3Fa platform. Links: transport impressie. Rechts: na installatie (SPT Offshore).

weergegeven in een stroomschema, deze is gepresenteerd in figuur 3.

Bepaling consolidatiegedrag systeem Zienkiewicz et al. (1980) hebben een parameter geïntroduceerd waarbij het gedrag van de constructie ten aanzien van drainage/consolidatie onder een harmonische belasting kan worden geclassificeerd. Een dimensieloze parameter п1 is hiervoor gedefinieerd, welke is weergegeven in formule 1. (1) Waarin: k = doorlatendheid [m/s], ρw = dichtheid water [kg/m3], ρs = dichtheid zand [kg/m3], g = gravitatieversnelling [m/s2], T = periode harmonische belasting [s], ^ T= natuurlijke periode van het systeem [s] en nader gedefinieerd als:

(2)

wordt veelal een golfperiode T aangehouden van rond de 10 seconden (f = 0,1 Hz), deze frequentie wordt ook gehanteerd in cyclische DSS of triaxiaalproeven. De natuurlijke periode van het systeem is een factor die afhankelijk is van de drainage lengte en de stijfheid/porositeit van het zand. Als eerste afschatting van de drainagelengte wordt de radius van de zuigpaal gehanteerd. Wanneer de parameter п1 kleiner is dan 0,01 of groter is dan 100, dan reageert de niet-cohesieve grondlaag ongedraineerd respectievelijk gedraineerd op de opgelegde cyclische belasting. Wanneer de п1 waarde hiertussen ligt wordt partieel gedraineerd grondgedrag verondersteld. Typische doorlatendheden voor Noordzee zand liggen in de orde van 10-4 m/s en paaldiameters variëren ruwweg tussen 6 en 15 m. Voor zuigpalen met een diameter tot ongeveer 8 m in goed doorlatend zand zal de respons normaliter partieel gedraineerd zijn, terwijl bij grote diameter zuigpalen, een diameter groter dan 12 m, de respons naar verwachting geheel ongedraineerd zal zijn. Een geheel gedraineerde respons is onwaarschijnlijk en wordt daarom niet verder behandeld.

Waarin:

Volledig ongedraineerde benadering (3) L = afstroomlengte, verduidelijkt in figuur 4 [m], D = bulkmodulus zand [kPa], Kf = bulkmodulus water [kPa], n = porositeit [-], E = Youngs modulus zand [kPa], ν = Poissons ratio [-]. Voor ontwerp stormcondities voor de Noordzee

Voor grote diameter zuigpalen is de aanname van een ongedraineerde grondrespons representatief. Deze benadering is ook gekozen voor het ontwerp van de zuigpalen van het Venture F3Fa project (Venture North Sea Oil Ltd.; zie figuur 5). Het betrof hierbij een platform op een viertal zuigpalen met een diameter van 15 m en hoogte van 13 m (penetratiediepte van 12.5 m). De fundatie van het platform is door Volker InfraDesign & SPT Off-

26

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

shore ontworpen. Volker Staal en Funderingen & Mercon hebben de zuigpalen gefabriceerd, waarna SPT Offshore het platform succesvol heeft geïnstalleerd in september 2010. Voor de capaciteitsberekeningen zal in eerste instantie een indicatie verkregen dienen te worden van de mate van cyclische schuifrek rond de constructie. Het optreden van schuifspanningen bij bepaalde belastingcondities (bijvoorbeeld een maatgevende storm) kan met behulp van Plaxis 3D berekeningen bepaald worden (zie figuur 1 rechts). Een voorbeeld is hiervan gegeven in figuur 7 waarbij CSSR staat voor cyclisch schuifspanningsratio (of cyclic shear stress ratio; Δτ / σ’v0). De CSSR waarde is bepaald voor 25%, 50%, 75% en 100% van de maximale cyclische belasting, waarbij de bodem rondom de zuigpaal is onderverdeeld in lagen van 1,0 m dikte. Om een ontwerpstorm te simuleren kan gebruik gemaakt worden van de 6-uur Hansteen golfdistributie. In figuur 6 is te zien hoe een dergelijke storm is opgebouwd. Opgemerkt wordt dat in deze golfverdeling niet alle golven een gelijke golfperiode hebben. Voor de kleinere golven aan het begin en einde van de storm is een kortere golfperiode aangehouden. De met behulp van Plaxis 3D bepaalde CSSR waarden vormen de basis voor de input van de cyclische laboratoriumtesten. Voor cyclische DSS testen is het CSSR als volgt gedefinieerd: (4) Waarin:


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 27

HET ONTWERP VAN CYCLISCH BELASTE ZUIGPAALFUNDATIES

Δτ = schuifspanningsamplitude [kPa], σ'v0 = initiële verticale effectieve spanning [kPa]. Voor cyclische triaxiaaltesten is de CSSR als volgt gedefinieerd: CSSRTX =

(5)

Waarin: CR = empirische correctiefactor om resultaten uit DSS test te converteren naar triaxiale condities, Δσd = deviator spanning amplitude [kPa], σ’c = consolidatiespanning [kPa].

rende schuifspanning voor de aanwezige in-situ relatieve dichtheid uitgevoerd te worden. Opgemerkt wordt dat bij de opbouw van wateroverspanning enkel gekeken wordt naar de zogenaamde ‘rest waterspanningsopbouw’: de wateroverspanning die resteert na de belastingcyclus. Dit is de rode lijn in figuur 2. De opbouw van wateroverspanning met de toename van het aantal cycli kan bepaald worden middels Seed en Rahman (1978): (7)

totaal aantal cycli van de Hansteen golfverdeling is vervolgens te berekenen door middel van het bepalen van het equivalent aantal cycli bij een volgende belastingstap. Meer informatie over deze stap is gegeven in Thijssen et al. (2012). In formule 8 is een simpele manier weergegeven om de relatieve wateroverspanning te verwerken in de berekening. De gedachte achter deze formule is nader beschreven in Srbulov (2008). Uiteindelijk resulteert de wateroverspanning in een verlaagde hoek van inwendige wrijving. (8)

Verschillende waarden voor CR worden genoemd in literatuur. Een overzicht wordt gegeven in het promotieonderzoek van Meijers (2007). De waarde varieert veelal tussen 0,5 en 1,0. Een waarde van 0,7 voor normaal geconsolideerde silica zanden wordt beschouwd als een representatieve waarde. Voor sterk overgeconsolideerde gronden (K0 ≈ 1,0) geldt CR = 1,0. De relatie tussen het aantal cycli wat nodig is om verweking te bereiken en de cyclische schuifspanning wordt beschreven met de functie:

Waarin: Ru = relatieve wateroverspanningsratio (u/σ’v0) [-], N = beschouwde cyclus [-], θ = empirische constante [-]. Een voorbeeld van drie uitgewerkte cyclische DSS proeven is in figuur 8 gegeven. Per relatieve dichtheid is met een minimum van 3 cyclische testen een relatie te leggen tussen de CSSR en het aantal cycli benodigd voor Ru = 1,0. De opbouw van de wateroverspanning over het

In geval Ru = 1,0 dient een volledig verweekte staat van het zand in rekening gebracht te worden. Op basis van literatuur kan een relatie tussen de reststerkte van zand versus initiële relatieve dichtheid worden vastgesteld, zie o.a. Stark en Mesri (1992) en Olsen en Stark (2003). Afhankelijk van het type materiaal alsook de relatieve dichtheid varieert de ongedraineerde reststerkte (su;rest) van circa 5% tot 15% van de effectieve spanning voor zandlagen met een relatieve dichtheid van 30 tot 60%.

(6) Waarin: Nliq = cycli benodigd om Ru = 1.0 te behalen onder ongedraineerde condities [-], ID = relatieve dichtheid [-], a = empirische constante [-], b = empirische constante [-]. Om de empirische constanten a en b te bepalen dient een serie van cyclische testen met varië-

Figuur 6 – Hansteen golfverdeling voor 6-uurs storm.

Figuur 7 – CSSR als functie van de diepte voor verschillende belastingniveaus (als percentage van de maximale cyclische belasting). Opgemerkt wordt dat de bovenste 1 m slappe cohesieve grond niet is gemodelleerd.

27

Figuur 8 – Uitwerking cyclische DSS proeven in analytisch model.

GEOTECHNIEK – Oktober 2013


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 28

Partieel gedraineerde benadering Eerder is aangegeven dat parameter п1 het drainage gedrag van de ondergrond voorspelt. Als п1 een waarde heeft tussen de 0,01 en 100 wordt partieel gedraineerd grondgedrag verondersteld. Om partieel gedraineerd grondgedrag mee te kunnen nemen is de ongedraineerde benadering uitgebreid om consolidatie en verdichting gedurende een cyclische belasting mee te kunnen nemen. Het belangrijkste verschil met de ongedraineerde benadering is dat de relatieve wateroverspanning niet meer met de relatie van Seed en Rahman (1978) wordt bepaald (zie formule 7). In vergelijking tot het ongedraineerde model verloopt de opbouw van wateroverspanning langzamer (zie figuur 2), met als gevolg dat de reductie op de sterkte parameter (φ’) kleiner zal zijn. Voor de modellering van cyclische consolidatie en verdichting is gebruik gemaakt van Barends (1992). In formule 9 is weergegeven op welke wijze de wateroverspanning voor een niet-cohesieve laag wordt bepaald in de partieel gedraineerde benadering. De wateroverspanning is in het geval van een 6-uur Hansteen golfverdeling een sommatie uit 21 stappen (zie figuur 6). De onderstaande formule laat zien dat de opbouw van wateroverspanning afhankelijk is van de consolidatiesnelheid (θ term) en de mate van verdichting gedurende een cyclische belasting (δ term). (9)

Waarin: Ψ0;i = verwekingspotentiaal voor niet-cohesieve laag [kN/m2·s], = verdichtingsterm voor een i

niet-cohesieve laag [1/s], θi = consolidatie term voor een niet-cohesieve laag [1/s], ti = periode van cycli met gelijke CSSR [s].

laag met een lage relatieve dichtheid nog verder kan verdichten. (11)

Om de verwekingspotentiaal van een nietcohesieve laag te bepalen is een aantal cyclische DSS of triaxiaaltesten benodigd. Cyclische testen dienen uitgevoerd te worden voor verschillende CSSR waarden om een idee te krijgen van de verwekingsgevoeligheid van een specifieke nietcohesieve laag. In formule 10 is beschreven hoe de verwekingspotentiaal wordt bepaald. Opgemerkt wordt dat factor r voor axi-symmetrische condities een waarde heeft van 0,65, zie De Alba et al. (1975).

Waarin: n = in-situ porositeit [-], mv = compressiemodulus, i.e. 1/Eoed [m2/kN], Ȏn = verschil tussen minimale porositeit en in-situ porositeit. De consolidatieterm voor een niet-cohesieve grondlaag is gedefinieerd in formule 12. Hieruit blijkt dat een grotere diameter zuigpaal een grotere afstroomlengte heeft met als gevolg dat de consolidatiesnelheid lager zal liggen. (12)

(10) Waarin: T = golfperiode [s], r = factor afhankelijk van spanningssituatie [-], Ψ’ = ǵRu/ǵN·t (richtingscoëfficient relatieve wateroverspanning uit een cyclische test) [s-1], σ'v0 = initiële verticale korrelspanning [kN/m2], Nliq = aantal cycli om Ru = 1,0 te behalen [-]. De verdichtingsterm is een functie van de porositeit, stijfheid en de verwekingspotentiaal zoals voorgesteld door Barends en Calle (1985), weergegeven in formule 11. Als een niet-cohesieve grondlaag een lage relatieve dichtheid heeft zal het verschil tussen de minimale en in-situ porositeit relatief groot zijn. Daarnaast kan bij een lage relatieve dichtheid een grotere verwekingpotentiaal worden verwacht, aangezien het aantal cycli om verweking te bereiken (Nliq) lager zal zijn dan bij een niet-cohesieve laag met een hoge relatieve dichtheid. Dat betekent dat een niet-cohesieve

Waarin: c = consolidatie constante [-], cv = consolidatie coëfficiënt [m2/s], L = afstroomlengte, verduidelijkt in figuur 4 [m]. De consolidatie constante heeft een waarde van 3, zie Barends (1992). De drainage lengte wordt gelijk genomen aan de radius van de paal. De wateroverspanning rondom de zuigpaal wordt analoog aan de ongedraineerde benadering bepaald. De belastingen die vastgesteld zijn uit de ontwerpstorm worden met Plaxis 3D gemodelleerd. Op basis hiervan kunnen de CSSR waarden bepaald worden voor de verschillende niet-cohesieve lagen. Om het verschil tussen de ongedraineerde en partieel gedraineerde benadering inzichtelijk te maken wordt een voorbeeld gegeven van de waterspanningsopbouw voor een zandlaag met een relatieve dichtheid van 60% halverwege de zuigpaal (dimensies van zuigpaal 10 m x 9 m). Het resultaat van beide benaderingen is gepresenteerd in figuur 9. Uit figuur 9 blijkt dat de matig gepakte zandlaag bij een ongedraineerde benadering volledig verweekt onder de maatgevende stormcondities. Bij de partieel gedraineerde benadering verweekt de zandlaag niet, de maximale relatieve wateroverspanning is circa 0,4. De gedraineerde reststerkte van de zandlaag die in de berekening meegenomen kan worden is circa 20°, en is hiermee aanzienlijk hoger dan de ongedraineerde reststerkte (su;rest = 5 á 10 kPa) onder verweekte condities.

Conclusies en Aanbevelingen

Figuur 9 – Opbouw wateroverspanning gedurende een 6-uurs Hansteen storm.

28

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

Wisselende belastingen kunnen de sterkte van niet-cohesieve grondlagen rondom een zuigpaalfundatie beïnvloeden. Dit kan een significante


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 29

HET ONTWERP VAN CYCLISCH BELASTE ZUIGPAALFUNDATIES

invloed hebben op de capaciteit van de zuigpaalfundatie. In dit artikel zijn een ongedraineerde en een partieel gedraineerde aanpak voor cyclisch belaste zuigpaalfundaties beschreven. Beide benaderingen kunnen op een relatief eenvoudige manier gebruikt worden om een indruk te krijgen van de opbouw van waterspanning en bijbehorende reductie van sterkte en stijfheid. Er is gebleken dat het kan lonen om partieel grondgedrag bij cyclisch belasten te beschouwen in het ontwerp. Indien een meer nauwkeurige voorspelling van wateroverspanning en schuifrekken over de levensduur van de constructie wenselijk is, wordt aangeraden om meer geavanceerde modellen te gebruiken zoals een hypoplastisch materiaalmodel. Echter, een dergelijk model verlangt een grote hoeveelheid parameters en een significante hoeveelheid hoogwaardig laboratoriumonderzoek.

Referenties – Andersen, K.H., (2011), Bearing Capacity Under Cyclic Loading — Offshore, Along The Coast, And On Land, The 21st Bjerrum Lecture

presented in Oslo, 23 November 2007. – Barends, F.B.J. en Calle, E.O.F. (1985), A method to evaluate the geotechnical stability of offshore constructions founded on a loosely-packed seabed sand under a wave loading environment, Proceedings BOSS 1985, Volume 2, pp. 643-652. – Barends, F.B.J., Lecture Notes Theory of Consolidation, Technische Universiteit Delft, 1992. – De Alba, P., Chan, C. K., en Seed, H. B. (1975), Determination of soil liquefaction characteristics by large scale laboratory tests, Report EERC 75-14, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley. – Meijers, P. (2007), Settlement During Vibratory Sheet Piling, Ph.D. thesis, Delft University of Technology, Delft. – Meijers, P., Groot, M.B. de, Lubking P. en Thijssen, R., Gedrag van Zand Onder Cyclische Belasting, Vakblad Geotechniek, januari 2009. – Niemunis, A. en Herle, I., Hypoplastic Model for Cohesionless Soils with Elastic Strain Range, Mechanics of Cohesive-Frictional Materials, Vol. 2, pp. 279-299, 1997. – Olson, S. M. en Stark, T. D., (2003), Yield Strength Ratio and Liquefaction Analysis of

Slopes and Embankments, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Volume 129(8), pp. 727–737. – Seed, H.B. en Rahman, M.S., Wave-induced Pore Pressure in Relation to Ocean Floor Stability of Cohesionless Soils, Marine Geotechnology, Vol. 3, No. 2, pp. 123-150, 1978. – Srbulov, M. (2008). Geotechnical Earthquake Engineering - Simplified Analyses With Case Studies and Examples, Springer Science+ Business Media. – Stark, T.D. en Mesri, G., Undrained Shear Strength of Liquefied Sands for Stability Analysis, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 118, No. 11, pp. 1727-1747, 1992. – Thijssen, R., Alderlieste, E.A. en Visser, T., Cyclic Loading of Suction Caissons, Plaxis Bulletin 32, herfst 2012. – Zienkiewicz, O.C., Chang, C.T. en Bettess, P., Drained, Undrained, Consolidating and Dynamic Behaviour Assumptions in Soils, Géotechnique, Vol. 30, No. 4, pp. 385-395, 1980. 쎲


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 30

Vergelijking van de toepasbaarheid van innovatieve meettechnieken voor de monitoring van bouwputten

Figuur 1 – Initiële toestand en

Ir. G. Van Alboom Vlaamse overheid afd. Geotechniek

Ir. K. Haelterman Vlaamse overheid afd. Geotechniek

Dr. Ir. L. De Vos Vlaamse overheid afd. Geotechniek

Ir. W. Maekelberg TUC Rail

Figuur 2 – Voor- en zijaanzicht van vernagelde groutwand.

groutwand na uitgraving.

Doel van het project De afdeling Geotechniek (GEO) van de Vlaamse Overheid heeft een project opgezet om de ervaring met nieuwe monitoringstechnieken verder te consolideren en de toepasbaarheid van deze technieken (optische vezel, MEMS) te onderzoeken naar betrouwbaarheid en robuustheid in werfomstandigheden. Concreet werd gezocht naar een monitoring systeem dat voldeed aan volgende noden: – Continue meting van verticale en horizontale vervormingen van een beschoeiing en achterliggend grondmassief + krachten in verankering of vernageling, met mogelijkheid tot online monitoring. – Voldoende robuust en betrouwbaar zijn om ingezet te worden in werfomstandigheden. Belangrijke aspecten hierbij zijn eenvoud van installatie, meetnauwkeurigheid, betrouwbaarheid en kostprijs.

Het project genoot financiële steun van het Agentschap voor Innovatie door Wetenschap en Technologie (IWT). Dit liet toe aan 3 firma’s de opdracht te geven een monitoring systeem voor een bouwput op te zetten, waarbij de resultaten online konden worden opgevolgd. Parallel werden referentiemetingen voorzien, met gebruik van zowel traditionele als nieuwe meettechnieken. Deze referentiemetingen werden uitgevoerd door resp. GEO en ATO van de Vlaamse overheid, WTCB en Cambridge University (CU).

Situering van het project De bouwput maakte deel uit van een project van TUC RAIL, waarbij een extra spoor diende aangelegd in de lijn 50A Brussel-Gent. Voor de uitvoering van de fundering van een te verbreden brug was een vernagelde groutwand voorzien, onmiddellijk naast de bestaande sporen. Op die manier kon het ophogingsmassief van de sporen verticaal

30

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

worden afgegraven en de fundering van de brug in een open bouwput worden gerealiseerd. De uitgravingsdiepte bedroeg 12.5m vanaf het niveau van de sporen. De groutwand, verstevigd met HEB profielen, had een lengte van 21m en was over de hoogte van de uitgraving met 5 rijen vernageld. De uitgraving werd gefaseerd uitgevoerd met stappen van 2m, waarbij telkens één rij nagels werd geïnstalleerd. Een wachttijd van tenminste 2 weken werd aangehouden tussen de verschillende fasen. Figuur 1 toont foto’s van de spoorwegsite vóór en tijdens de uitgraving. Volgende grootheden werden gemonitord: – Vervormingen of rekken van de HEB-profielen (met afleiding van de momenten) – Krachten in de vernageling – Verticale vervormingen van het grondmassief/ sporen achter de wand


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 31

Samenvatting Om de toepasbaarheid van innovatieve monitoring technieken, met mogelijkheid van online opvolging, te onderzoeken werd een monitoring project opgezet in een spoorwegproject in Anderlecht (België). De beschoeide bouwput bestaat er uit een vernagelde groutwand met HEB profielen, onmiddellijk naast een bestaande spoorwegbedding. Zowel nieuwe (optische vezels, MEMS) als

traditionele meettechnieken werden toegepast om de vervormingen van de HEB-profielen, de spoorwegbedding en de krachten in de nagels te meten. De instrumentatie, resultaten van de metingen en toepasbaarheid van de meettechnieken worden in dit artikel besproken.

Tabel 1 - Toegepaste meettechnieken voor vervormingen in de groutwand Specifieke vermeldingen

Meettechniek

Gemeten grootheid

Installatie

SAAF1 inclinometer

Hoekverdraaiing door middel van inclinometer techniek, waarbij de helling over de hoogte van het HEB-profiel wordt gemeten; uit gemeten hellingen en meetafstand wordt de horizontale vervorming afgeleid.

hellingsmetingen SAAF werd aangebracht om de 0.5m. in een vierkant profiel, gelast op de lijfplaats van Continue meting het HEB-profiel

Traditionele inclinometer referentiemeting

Zoals bij SAAF

Inclinometer casing bevestigd op de lijfplaat HEB profiel

Hellingsmetingen om de 0.5m. Discontinue meting

FBG2 sensoren

Rek HEB-profiel

4 optische vezels met discrete ankers gelast op de flenzen van het HEB-profiel

Ankerelementen om de 0.5m over de bovenste 7m van HEB-profiel, verder om de 2m Continue meting De optische koorden worden onder spanning geïnstalleerd. Extensie of compressie wordt gemeten aan de 2 uiteinden van de koord. Continue meting

Optische koord3 + inclinometer top profiel

Rek HEB-profiel + helling top profiel in richting loodrecht op en evenwijdig met profiel

2 optische koorden met een lengte van 10m bevestigd op bovenste deel van HEB profiel (over hoogte uitgraving); Biaxiale inclinometer bovenop profiel meet helling volgens 2 richtingen.

DTG4 sensoren referentiemeting

Rek HEB-profiel

2 optische vezels met dis- Ankerelementen om de meter over de volledige crete ankers gelijmd op lengte van het profiel. het HEB-profiel Discontinue meting

BOTDR5-sensoren referentiemeting

Rek HEB-profiel

1 De SAAF (Shape Accel Array Field) bestaat uit een reeks van gekoppelde sensor elementen, met een lengte van ca 30 cm, uitgerust met bi-axiale MEMS-clip accelerometers. De segmenten zijn scharnierend met elkaar verbonden. Elk segment ageert dan als een inclinometer, waarbij de hellingshoek in elke willekeurige richting wordt gemeten.

Optische vezels worden voorgespannen en op het profiel gelijmd

De rek wordt gemeten over de volledige lengte van het HEB-profiel Discontinue meting

2 Een FBG is een reflector in de kern van een optische vezel die geijkt is voor een specifieke golflengte. Wanneer de optische vezel aan een rek of temperatuurverandering wordt blootgesteld, verandert de specifieke golflengte naar een hogere of lagere waarde. De grootte en richting van deze verandering is proportioneel met de rek of temperatuur gradiënt. De gratings worden in groot aantal

31

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

vervaardigd, elk met een specifieke golflengte. Door het gebruik van verschillende golflengten kan multiplexing worden toegepast en kunnen tot ca 20 FBG op een enkele optische vezel geplaatst worden. 4 Het principe van Optical Strand Monitoring System (OSMOS) bestaat er in dat rond de optische vezel een coating is aangebracht met een bepaalde brekingindex. Door deze vezel wordt een lichtstraal gestuurd met een bepaalde intensiteit. Door de vervorming van de vezel gaat ook de brekingindex van de aangebrachte coating variëren waardoor er naar mate er vervorming optreedt meer of minder licht gaat uittreden. Door te meten welke lichtintensiteit men teruggekaatst krijgt kan men het verlies aan lichtintensiteit berekenen. Het verlies aan lichtintensiteit is de maat voor de vervorming 4 Draw Tower Grating (DTG) is een in de fabriek vooraf gemaakte FBG kabel met specifieke eigenschappen. DTG biedt extra voordelen t.o.v. de klassieke FBG, zoals grote weerstand tegen breuk, niet gevoelig zijn voor buiging, in serie verbonden sensoren en uniforme dekking van de coating. Bij het productieproces van de Draw Tower Gratings wordt het trekken van de kabel en het aanbrengen van de gratings gelijktijdig uitgevoerd. De coating wordt onmiddellijk na de inscriptie van de grating aangebracht. Hierdoor blijft de oorspronkelijke sterkte van de optische vezel behouden tijdens het productieproces van de DTG. 5 Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer (BOTDR) is een optische vezel techniek met gedistribueerde sensoren voor rek- en temperatuurmeting, waarvan het principe is gebaseerd op de Brilliouin lichtverstrooiing. Deze gedistribueerde meettechniek houdt in dat rekken en temperaturen kunnen worden gemeten over arbitraire lengten van een optische vezel, en dit over afstanden tot 10km. Daar waar de FBG techniek enkel discrete metingen toelaat ifv van de positie van de gratings in de optische vezel, detecteert de BOTDR sensor de veranderingen in de specifieke golflengte voor elk punt van de optische vezel. Uit de verandering in frequentie en de tijdmeting van het gereflecteerde signaal kan zo een rek profiel over de volledige lengte van de optische vezel bekomen worden.


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 32

Tabel 2 - Toegepaste meettechnieken voor krachten in de nagels Meettechniek

Gemeten grootheid

Installatie

Details

FBG-sensoren

Rek in de nagels

Optische vezels geplaatst in 2 holle nagels, op verschillende hoogte binnen de uitgraving; meting over de volledige lengte van de nagels (16m), met elk 8 meetsegmenten van 2m, met in totaal 9 ankers.

De optische vezel is bevestigd op een stalen stang die in de holle nagel wordt geplaatst. De holle nagel wordt na plaatsing met grout gevuld. Continue meting

De optische koord is bevestigd op een extra stalen stang, geplaatst naast de nagel; de optische koord werd geplaatst in de zone waar maximale kracht werd verwacht.

De optische koord heeft een lengte van 2m en is voorgespannen Continue meting

Optische koord

Drukcel (meetprincipe trillende snaar)

Rek in de nagels

Kracht in de nagels

Twee drukcellen geplaatst Continue meting tussen groutwand en ankerkop. Vrije lengte van respectievelijk 2m en 9m over het laatste deel van de nagel.

Tabel 3 - Toegepaste meettechnieken voor vervormingen achter de groutwand

Door de aard van het project (geen uitgraving onder grondwaterpeil) was geen monitoring van het grondwaterpeil voorzien. De grootheden werden digitaal gemeten en naar een server doorgestuurd voor data processing. Opdat alle data continu beschikbaar zouden zijn werden ze naar een ftp server gestuurd, en in real time verwerkt.

Uitgevoerde monitoring VERVORMINGEN IN DE GROUTWAND (EN DAARUIT AFGELEIDE MOMENTEN)

Vier HEB profielen werden geïnstrumenteerd waarna de profielen in een vers boorgat met grout werden geplaatst. Eén van de HEB profielen (met SAAF en DTG meetsensoren) kon echter niet over zijn volledige lengte in het boorgat worden neergelaten en bleef 2 m uitsteken boven de top van de groutwand. Figuur 2 geeft een voor- en zijaanzicht van de vernagelde groutwand, met aanduiding van de geïnstrumenteerde profielen. Tabel 1 geeft een samenvatting van de toepassing van de verschillende meettechnieken die zijn gebruikt. Enkele foto’s van de installatie van de meetapparatuur zijn gegeven in figuur 3.

Meettechniek

Gemeten grootheid

Installatie

Details

Horizontale SAAF

Hoekverdraaiing en daaruit afgeleide verticale vervormingen loodrecht op de groutwand

De SAAF werd in een buis geplaatst, die in de ballast onder de sporen werd gelegd.

Het zettingsprofiel werd bepaald op basis van hellingsmetingen Meetinterval 0.5m Continue meting

KRACHTEN IN DE NAGELS

Hoekverdraaiing en daaruit afgeleide verticale vervormingen loodrecht op de groutwand

Inclinometer buis geplaatst in de ballast onder de sporen

Meetinerval 0.5m Discontinue meting

VERVORMINGEN VAN HET GRONDMASSIEF/

Optische koord

Vervorming van de sporen, evenwijdig met de groutwand

Twee optische koorden met een lengte van 2m met beschermingsprofiel bevestigd op de dwarsliggers

De optische koorden worden onder spanning geplaatst. Rek of samendrukking van de optische koorden wijzen op differentiële vervormingen tussen de dwarsliggers.

Elektrische beam sensor

Helling van de sporen, evenwijdig met de groutwand

Elekrolytische tilt sensoren bevestigd op stijve metalen balk die met anker bouten bevestigd op dwarsbalken

Een streng van verschillende balkjes (10m in totaal) is gevormd. De helling van elk balkje (met een lengtevan 1 tot 2m) wordt gemeten. De eerste balk is verankerd aan de dwarsliggers op de brug, die als een vast punt wordt gezien Discontinue meting

Topografische meting met totaal station referentiemeting

Verticale vervormingen loodrecht op de grout wand

Horizontale inclinometer referentiemeting

Discontinue meting

32

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

Tabel 2 geeft informatie over de instrumentatie van de nagels.

SPOREN ACHTER DE GROUTWAND

Volgende grootheden werden gemeten (situering zie figuur 4): – Hoekverdraaiing van horizontale inclinometerbuizen, geplaatst onder de ballast van de sporen, loodrecht op de groutwand – Continue meting: SAAF inclinometer – Discontinue meting: traditionele inclinometer – Rek doormiddel van optische vezeltechnologie: – Continue meting: optische koorden met beschermingsprofiel bevestigd op de dwarsliggers – Tilt door middel van elektrolytische tilt sensoren – Discontinue meting: electrical beam sensoren, waarbij elektrolytische tilt sensoren gemonteerd zijn op een stijve metalen balk, die op zijn beurt met behulp van ankerbouten op de dwarsliggers van de sporen wordt bevestigd. De tiltmeter meet de helling tussen de ankerbouten, waaruit de vervorming van de balk (met een lengte van 1m tot 2m) kan worden afgeleid. Door het aansluitend plaatsen van de balkjes op de sporen kan een vervormingsprofiel over een lengte van 10m parallel met de wand worden bepaald. – Topografische metingen


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 33

VERGELIJKING TOEPASBAARHEID INNOVATIEVE MEETTECHNIEKEN VOOR MONITORING BOUWPUTTEN

Figuur 3 a – Inclinometerbuis met beschermschoen. / b – Optische vezels FBG (centraal met ankerpunten) en BOTDR.

Figuur 4 – Situering van de metingen van de vervorming achter de groutwand

Figuur 5 – Horizontale vervorming HEB profiel na 7m uitgraving (hellingsmetingen).

– Discontinue meting: topografische metingen van de sporen Tabel 3 geeft informatie over de instrumentatie voor het meten van de vervorming achter de groutwand.

wat de maximale waarden van de horizontale verplaatsing betreft. De SAAF metingen boven het referentiepeil (top van de groutwand) zijn te wijten aan het uitsteken van het betreffende HEB profiel boven de top van de groutwand.

Resultaten

De maximale gemeten horizontale vervorming bij het bereiken van de volledige uitgravingsdiepte bedraagt 21 mm voor de GEO-inclinometer en 21,6 mm voor de SAAF. Deze waarde wordt gemeten op een diepte van 6.5 m onder top groutwand en stemt goed overeen met de berekende waarde van het ontwerp (22mm) [2]. De richting van de maximale vervorming wijkt voor de SAAF enigszins af van de richting loodrecht op de wand (circa 20°). Dit is vermoedelijk te wijten aan een lichte torsie tussen de verschillende segmenten van de SAAF.

HORIZONTALE VERVORMINGEN VAN DE GROUTWAND

– Verticale inclinometermetingen De horizontale vervormingen van de groutwand kunnen rechtstreeks worden afgeleid uit de hellingsmetingen (om de 0,5m) van de traditionele inclinometer GEO (discontinue meting) en de SAAF (continue meting). Figuur 5 geeft de vervormingen van het HEB profiel gemeten met beide meettechnieken weer. Deze metingen zijn gebeurd na plaatsing van de vierde rij nagels, corresponderend met een uitgravingsdiepte van 7m. De resultaten stemmen zeer goed overeen voor

– Optische vezel technologie De toegepaste optische vezel meettechnieken resulteren in rekmetingen van het HEB profiel. Om hieruit de horizontale vervormingen af te

33

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

leiden moet een dubbele integratie van gemeten rekken worden doorgevoerd, met definitie van de randvoorwaarden. Verder moet ook de stijfheid van de HEB profielen ingebed in de groutwand begroot worden. De veelheid aan aannamen laat geen eenduidige afleiding van de vervormingen toe. MOMENTEN IN DE GROUTWAND

– Verticale inclinometermetingen Op basis van de inclinometermetingen kunnen de momenten in de groutwand afgeleid worden uit (1) met E: elasticiteitsmodulus I: weerstandsmoment Ȋ: gemeten helling – Optische vezel metingen Uit de optische vezel rekmetingen kunnen de momenten als volgt worden afgeleid


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 34

Figuur 7 – Zettingen gemeten met horizontale SAAF en horizontale inclinometer.

Figuur 6 – Moment in HEB profiel na volledige uitgraving. ZET TINGEN ACHTER GROUTWAND

– Horizontale inclinometermetingen Figuur 7 geeft het zettingsverloop weer loodrecht op de groutwand (onder de sporen) gemeten met de horizontale SAAF en horizontale inclinometer.

(2) met W: weerstandsmoment : gemeten rek Omdat de optische vezels bevestigd zijn op de boven- en onderflenzen van de HEB-profielen verdwijnen de spanningen te wijten aan de temperatuurverschillen of normaalkrachten uit de vergelijking.

Voor de optische koordmeting wordt enkel de rek over zijn volledige lengte (corresponderende met de bovenste 10 m van het HEB-profiel) gemeten, zodat uit formule (2) slechts één (benaderende) waarde voor het moment kan worden afgeleid. Deze afleiding is niet helemaal correct omdat de formule (2) geldt voor een enkele doorsnede en de gemeten rek een gemiddelde waarde is voor de volledige lengte van de optische koord. De bekomen waarde voor het moment bedraagt 3135 kNm. Figuur 6 geeft de afgeleide momenten volgens formules (1) en (2) weer voor de verschillende optische vezeltechnieken en voor de traditionele inclinometer. De waarden uit de optische koordmetingen (enkel 1 rekwaarde) en uit de FBG metingen (uitvallen van een groot aantal sensoren na 2 weken) zijn niet opgenomen in figuur 6. De continue en discontinue metingen refereren niet naar exact hetzelfde tijdstip, maar zijn alle genomen na volledige uitgraving.

De bekomen resultaten zijn vergelijkbaar met uitzondering van de SAAF. Dit kan verklaard worden door het minder vloeiend verloop van de SAAF vervormingsmetingen. Door de afleiding resulteert dit in niet representatieve piekwaarden. Het maximum moment afgeleid uit de DTG-metingen bedraagt ongeveer 55 kNm, hetgeen qua grootte orde overeenstemt met de ontwerpberekeningen (65kNm). Het afgeleide moment voor de optische koordmeting bedraagt 35 kNm, wat beduidend lager is. Voor meer gegevens over de ontwerpberekeningen verwijzen we naar het artikel dat in de proceedings van ICSMGE 2013 wordt opgenomen [2]. Ook de BOTDR metingen resulteren in een onderschatting van het maximum moment (39kNm). Dit is het resultaat van het uitmiddelen van de meetwaarden, wat werd uitgevoerd om onrealistische pieken uit de metingen te verwijderen. Omwille van een verschuiving in de meetwaarden, diende men de data ook manueel te corrigeren, wat een continue interpretatie bemoeilijkt. Dit was nodig omdat de rekken tgv. de buiging van het profiel in dit specifieke geval dezelfde grootteorde hadden als de meetnauwkeurigheid van de techniek. Toepassing van de BOTDA techniek (Brillouin Optical Time Domain Analysis),waarbij metingen langs 2 zijden van een lus gebeuren, kan hieraan verhelpen door een grotere meetnauwkeurigheid (ongeveer 1/10de van BOTDR).

34

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

De gemeten zettingen met de horizontale inclinometer zijn ca 30% lager dan de SAAF-metingen. Vergelijking met de topografische referentiemetingen wijzen er op dat de SAAF metingen correcte waarden geven. De kleinere zettingswaarde voor de horizontale inclinometers vinden vermoedelijk hun oorsprong in de relatief grote stijfheid van de inclinometerbuizen voor de beperkte meetlengte (ca 8m). De knik in de SAAF meetwaarden, (omcirkeld in figuur 7) stemt overeen met een ophoging van de sporen, verricht op 25/02/12, waarbij de mantelbuis van de SAAF mee opgetild werd. Figuur 8 toont de evolutie van de maximum SAAF meetwaarden voor de zettingen in functie van de tijd. De sprongen in de zettingscurve stemmen telkens overeen met de installatie van een rij nagels. Dit kan worden verklaard door het effect van de plaatsing van de groutnagels. Daar voor de nagels de jetgroutingtechniek werd toegepast, wordt de grond eerst weggespoeld met water en daarna vervangen door een mengsel van cementgrout en grond. Omdat het uitharden van het mengsel enige tijd neemt kan convergentie van het boorgat optreden. Na het uitharden treden geen zettingen meer op. – Optische vezel techniek De metingen met de optische koord gaven geen gegevens die interpreteerbaar waren naar zettingen van het spoor. – Electrical beam sensors De resultaten van de zettingsmetingen bedragen


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 35

VERGELIJKING TOEPASBAARHEID INNOVATIEVE MEETTECHNIEKEN VOOR MONITORING BOUWPUTTEN

Figuur 8 – Maximum zetting in functie van de tijd voor horizontale SAAF.

maximaal 4 cm, hetgeen overeenstemt met de topografische metingen

gefunctioneerd; voor de innovatieve meettechnieken (optische vezel, SAAF) kan specifiek het volgende worden geconcludeerd

KRACHTEN IN DE NAGELS

– Optische vezel techniek De berekening van de ankerkracht uit de gemeten rekken is niet eenduidig. Het vastleggen van de E-modulus en de sectie die in rekening kan worden gebracht is afhankelijk van de aanname van het al dan niet volledig of gedeeltelijk meewerken van de volledige doorsnede van grout en nagel. Bij kleine rekken en krachten kan men aannemen dat grout en staal samenwerken en dus de volledige sectie en de gewogen E-modulus in de berekeningen kan worden ingevoerd. Wanneer rekken en krachten groter worden zal de grout gaan scheuren en werkt dan enkel de staalsectie mee. Om een betere inschatting te maken van de kracht in de nagels kunnen gelijktijdig rekmetingen en krachtmetingen op eenzelfde nagel uitgevoerd worden. Op deze manier kan een relatie tussen rek en kracht worden bepaald, die toelaat uit rekmetingen krachten in de nagels af te leiden. Dit houdt natuurlijk de onderstelling in dat de grout overal gelijk reageert. – Drukcel De drukcellen, met online meting, werden beide geplaatst op dezelfde anker rij. Eenmaal werd ter hoogte van de muur een vrije lengte gecreëerd van 1m en eenmaal werd een vrije lengte gecreëerd van 9m. De vrije lengte werd geïnduceerd door een pvc buis over de nagel te plaatsen en deze zo fysiek los te maken van de muur. De continue metingen lieten toe de gemeten waarden te koppelen aan de vooruitgang van de werken.

Conclusies Nagenoeg alle monitoringsystemen hebben ondanks moeilijke werfomstandigheden goed

– Qua robuustheid scoorden de optische vezels (DTG, BOTDR en OSMOS) goed; enkel voor de klassieke FBG sensoren op het HEB profiel zijn een groot aantal sensoren uitgevallen. Dit is vermoedelijk te wijten aan het productieproces van dit type vezel waarbij de ankerpunten worden aangebracht na de coating, met een grotere kwetsbaarheid tot gevolg. – De optische vezel technieken blijken goed geschikt voor het meten van rekken en afleiden van buigmomenten; de DTG sensoren gaven de beste resultaten: de BOTDR metingen waren minder accuraat door de benodigde hoge precisie voor de te meten kleine rekken (hier konden BOTDA metingen betere resultaten hebben gegeven); de geïnstalleerde optische koorden (OSMOS) leverden niet de gewenste informatie op door het feit dat de rek werd gemeten voor de volledige lengte van de koord. Dit type optische vezel leent zich meer tot toepassingen waarbij een gemiddelde rek dient gemeten of dynamische effecten worden opgevolgd (trein passages konden in de optische koorden, geplaatst op de sporen, duidelijk worden onderkend). – De krachten in de nagels kunnen niet rechtstreeks uit optische vezel rekmetingen alleen worden afgeleid. – De metingen met de SAAF inclinometer geven vervormingen die zeer goed vergelijkbaar zijn met die van de traditionele inclinometer; aandachtspunt blijft hierbij de lichte torsie tussen de verschillende segmenten van de SAAF, die ertoe leidt dat de maximale vervorming niet in de juiste richting wordt gemeten. Afleidingen van momenten blijkt ook niet mogelijk. Door de

35

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

kleine sectie van de SAAF (in vergelijking met traditionele inclinometerbuizen) kunnen wel vervormingen over kleine afstanden worden gemeten; dit bleek duidelijk bij de horizontale SAAF metingen. Uit dit project is gebleken dat de nieuwe meettechnieken (optische vezel en SAAF) zeker potentieel hebben om toegepast te worden in een geïntegreerd online monitoring systeem. Om de resultaten ervan correct te interpreteren is het evenwel nodig om ook bijkomende traditionele meetapparatuur te voorzien. Ook het opvangen van stroomonderbrekingen (UPS met alarm melding) en de interactie met de werfwerkzaamheden verdient de nodige aandacht, en een nagenoeg continue opvolging op de werf bleek noodzakelijk. Het voorzien van een camera op de werfsite liet toe de meetresultaten te koppelen aan de vooruitgang van de werf. Grootschalige online monitoring vergt echter ook een geautomatiseerde verwerking van meetdata; marktonderzoek naar mogelijke systemen is hier nog aan de gang. Mogelijkheden voor automatische interpretatie vergt ook nog verder onderzoek. Monitoring en online monitoring in het bijzonder is duidelijk nog geen afgerond verhaal, maar het blijft wel boeiend.

Referenties [1] Van Alboom G., De Vos L., Haelterman K., Maekelberg W. ‘Innovative monitoring tools for on line monitoring of excavations. A monitoring test site’, IS-GI Brussels, June 2012 [2] J. Verstraelen, W. Maekelberg, C. Lejeune, E. De Clercq, L. De Vos ‘Design and performance of a jet grout retaining wall in a railway embankment on soft soil’ ICSMGE Paris, September 2013. 쎲


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 36

Invloed van de bouw van parkeergarage Kruisplein op een nabijgelegen wooncomplex

Ir. G. Hannink Gemeente Rotterdam, Projectmanagement & Engineering

Dr. O. Oung Gemeente Rotterdam, Projectmanagement & Engineering

Ir. E. Taffijn Gemeente Rotterdam, Projectmanagement & Engineering

Figuur 1 – Op de voorgrond in het midden de ondergrondse parkeergarage Kruisplein in aanbouw; februari 2012. Het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 bevindt zich links vooraan, loodrecht op de bouwkuip. Foto Nick de Jonge – Skeyes fotografie

Inleiding Momenteel wordt de bouw van de ondergrondse parkeergarage Kruisplein afgerond. Deze parkeergarage bevindt zich in het centrum van Rotterdam en is 154 m lang en 33 m breed. De werkzaamheden voor deze parkeergarage hebben grotendeels plaatsgevonden binnen een bouwkuip die tot een diepte van ca. NAP –20,5 m droog is ontgraven. De bouwkuip werd gevormd door aaneengesloten diepwanden die tot in de waterafsluitende Formatie van Waalre (voorheen Kedichem genaamd) reiken, tot een diepte van NAP –41 m. De bouwkuip wordt aan de noordzijde begrensd door de nieuwe Weenatunnel, waarin een toegang naar de parkeergarage is gemaakt. Aan de zuidwestkant op ca. 7 m afstand van de bouwkuip bevindt zich het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 (figuur 1). Dit gebouw dateert uit 1983 en is gefundeerd op geprefabriceerde betonpalen vier-

kant 380 mm en vierkant 450 mm met een basisniveau van ca. NAP –20 m, overeenkomend met de diepte van de ontgraving. Voor de bouw van de parkeergarage is aan de zuidkant, nabij het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127, en aan de noordkant naast de Weenatunnel de wanden-dak-methode toegepast, terwijl het grootste gedeelte van de bouwkuip conventioneel is ontgraven. De bouwkuip kende vijf stempellagen, omdat de parkeergarage is voorzien van vijf parkeerlagen. Er is droog ontgraven en na elke ontgravingsstap werd een tijdelijke stempellaag aangebracht. Nadat het diepste niveau van NAP 20,5 m was bereikt en de onderste vloer was gestort en verhard, werden tijdens de opbouw de kolommen, de tussenvloeren en de hellingbanen opgebouwd en werden de stempels verwijderd. Over de parkeergarage Kruisplein is al enkele

36

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

malen eerder gepubliceerd [1 t/m 3]. Dit artikel richt zich vooral op de verticale verplaatsing van het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127: hoeveel zakking werd vooraf verwacht en hoeveel is opgetreden? Tevens zal kort worden ingegaan op de verwachte en gemeten horizontale verplaatsingen.

Grondgesteldheid De grondopbouw komt overeen met het in het centrum van Rotterdam voorkomende standaard grondprofiel. Ter plaatse van het Kruisplein bevindt het maaiveld zich op ca. NAP –0,5 m. Onder een antropogene zandlaag bevinden zich samendrukbare Holocene klei- en veenlagen. De bovenkant van de Pleistocene zandformatie bevindt zich op ca. NAP –17 m. De bovenzijde van de Formatie van Waalre bevindt zich op een niveau van ca. NAP –35 m. Het niveau van de freatische grondwaterstand bevindt zich op ca. NAP –2 m. De stijghoogte van het grondwater in het Pleistocene zand is eveneens ongeveer NAP –2 m.

Uitbuiging van de diepwand Als gevolg van de bouwwerkzaamheden kunnen zowel het horizontale als het verticale evenwicht van de fundering van het wooncomplex worden verstoord, zie figuur 2: – als gevolg van de uitbuiging van de diepwand zal de grond richting bouwkuip verplaatsen, waardoor de funderingspalen horizontaal worden belast; – de uitbuiging van de diepwand zorgt ervoor dat de grond en daardoor ook de funderingspalen, enigszins verticaal verplaatsen; – de uitbuiging van de diepwand zorgt er tevens voor dat de grond enigszins ontspant en daardoor minder draagkracht kan leveren, waardoor enige zakking van de paalfundering kan optreden;


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 37

Samenvatting Onder het Kruisplein in Rotterdam is op korte afstand van het vernieuwde Centraal Station de diepste parkeergarage in Nederland gerealiseerd. De parkeergarage kent vijf ondergrondse parkeerlagen. Voor de bouw moest tot ca. 20 m diep worden ontgraven tussen diepwanden die de parkeergarage omsluiten. Voorafgaande aan de bouw is onderzocht wat de invloed is op een op 7 m afstand gelegen wooncomplex dat is gefundeerd op palen met een basisniveau dat

– het ontgraven van 20 m grond zorgt er voor dat de onder dat niveau gelegen grondlagen worden ontlast en gaan ontspannen, waardoor de ondergrond onder de bouwkuip enigszins omhoog zal komen. In verband met deze problematiek zijn in de ontwerpfase berekeningen gemaakt van de te verwachten verplaatsing van de fundering en van de te verwachten momenten en dwarskrachten in de funderingspalen. Hierbij is gebruik gemaakt van diverse rekenmodellen: MFoundation, MSheet, Plaxis 2D en Plaxis 3D. In de uitvoeringsfase is de verticale en horizontale verplaatsing van het wooncomplex gemonitord.

overeenkomt met de ontgravingsdiepte voor de parkeergarage. Op basis van berekeningen met diverse rekenmodellen is een zakking van 15 mm van de dichtstbijzijnde palen van het wooncomplex voorspeld. De zakking alsook de horizontale verplaatsing van het wooncomplex is tijdens de bouw van de parkeergarage continu gemeten. De gemeten zakking komt goed overeen met de prognose.

schouwd als een combinatie van de hedendaagse belastingsfactor, materiaalfactor en correlatiefactor (ξ). Er werd doorgaans niet gerekend aan de zakking van de palen. Om het effect te berekenen van de bouw van de parkeergarage Kruisplein op het wooncomplex is het noodzakelijk om te kunnen rekenen aan de zakking van de palen. De huidige NEN 9997-1 en voorheen NEN 6743-1 bieden hiertoe de mogelijkheid op basis van twee grafieken voor het bepalen van de zakking van de paalpunt en van de paalschacht. Om hiervan gebruik te kunnen maken, moet de paalfundering als het ware opnieuw worden ontworpen op basis van de hedendaagse voorschriften.

Wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 Het ca. 30 m hoge wooncomplex staat dwars op de bouwkuip: de korte zijde (8 à 9 m) evenwijdig aan de bouwkuip en de lange zijde (ca. 60 m) loodrecht erop. In de noord-zuid richting van het wooncomplex (de korte zijde) zijn de palen door balken verbonden. De twee palenrijen die zich het dichtst bij de bouwkuip bevinden, steunen via kolommen verticale schijven, waaronder de kopgevel, waardoor de belasting op deze palen wordt verdeeld (figuur 3). Het wooncomplex kan daarom in noordzuid richting als stijf worden beschouwd. In oostwest richting kan tussen de palenrijen onderling nauwelijks herverdeling van belasting plaatsvinden en moet het gebouw daarom in die richting als niet-stijf worden beschouwd.

De ‘nieuwe’ berekeningen van de verticale draagkracht en van de zakking van de funderingspalen onder het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 zijn gemaakt op basis van NEN 6743-1. De uit 1983 bekende representatieve ontwerpbelastingen op de palen zijn daartoe eerst omgezet naar rekenwaarden. Daarbij is aangenomen dat de verhouding tussen permanente en veranderlijke belasting 2:1 is:

Figuur 2 – De gevolgen van de uitbuiging van de diepwand op het wooncomplex.

Volgens de bij de bouwaanvraag uit 1983 gevoegde gewichtsberekeningen variëren de representatieve waarden van de belastingen op de palen vierkant 380 mm van 625 tot 765 kN en op de palen vierkant 450 mm van 840 tot 1.010 kN.

Vertaling naar hedendaagse ontwerpvoorschriften In de jaren 80 van de vorige eeuw werd voor het bepalen van de draagkracht van een paalfundering nog niet uitgegaan van partiële factoren, maar van één overall veiligheidsfactor. Voor prefab betonpalen was die overall factor voor het quotiënt van de verwachtingswaarde voor de draagkracht en de representatieve waarde van de belasting in het algemeen 2. De overall factor kan dus worden be-

Figuur 3 – Het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127.

37

GEOTECHNIEK – Oktober 2013


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 38

Figuur 5 – Grafische bepaling van de paalpuntzakking (de karakteristieke paalbelasting is hier inclusief negatieve kleef).

Figuur 4 – Karakteristieke sondering.

Fs;d = 1,2 x Grep + 1,5 x Qrep Fs;d = 1,2 x 2/3 x Fs;rep + 1,5 x 1/3 x Fs;rep Fs;d ~ 1,3 Fs;rep waarin: Fs;d = rekenwaarde van de belasting Fs;rep = representatieve waarde van de belasting Grep = representatieve waarde van de permanente belasting Qrep = representatieve waarde van de veranderlijke belasting Volgens NEN 6740 en NEN 6743-1 moet worden voldaan aan: Fr;d ≥ Fs;d

ξ M;N = correlatiefactor, afhankelijk van het aantal palen M en van het aantal terreinproeven N γm;b4 = materiaalfactor voor een op druk belaste paalfundering (= 1,2 volgens tabel 3 in NEN 6740) Voor het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 geldt dat M = 3 à 6 en N = 6 en daarmee ξ M;N = 0,84 (tabel 1 in NEN 6743-1). Hieruit volgt een verhouding van 1,9 tussen de gemiddelde waarde van de maximale draagkracht van de paalfundering en de representatieve waarde van de belasting. Dit stemt redelijk overeen met de eerdergenoemde overall veiligheidsfactor van 2,0. Vanwege dit geringe verschil kan voor het analyseren van het zakkingsgedrag van het gebouw gebruik worden gemaakt van NEN 6743-1.

Zakking als gevolg van ontspanning in de ondergrond

Fr;gem / Fs;rep ≥ (1,2 x 1,3) / ξ M;N

De analyse heeft zich gericht op de eerste vijf palenrijen van het wooncomplex. De eerste rij bevindt zich op ca. 7 m van de bouwkuip; de vijfde op ca. 23 m van de bouwkuip. Met de in NEN 6743-1 gegeven last-zakkingsdiagrammen is berekend hoeveel een alleenstaande prefab betonpaal door de ontspanning van de ondergrond gaat zakken. Daarbij is zowel een paal vierkant 380 mm als een paal 450 mm beschouwd.

waarin: Fr;d = rekenwaarde van de maximum draagkracht Fr;gem = gemiddelde waarde van de maximum draagkracht

De berekeningen zijn uitgevoerd met het rekenmodel MFoundation. 6 sonderingen waren hiervoor beschikbaar (figuur 4). Voor beide paalafmetingen is de maximale draagkracht per sondering, de

Met de eerder afgeleide verhouding tussen Fs;d en Fs;rep van 1,3 en de in NEN 6743-1 gegeven formules, kan deze eis worden uitgewerkt tot: ξM;N x Fr;gem / γm;b4 ≥ 1,3 x Fs;rep

38

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

representatieve waarde van de gemiddelde draagkracht en de rekenwaarde van de draagkracht bepaald. Tevens is de grootte van de negatieve kleef berekend. Uit de berekeningen volgde dat de fundering van dit gebouwgedeelte voor de bouwactiviteiten ruimschoots aan de ontwerpvoorschriften van NEN 6743-1 voldoet. Als gevolg van de bouwactiviteiten, in het bijzonder het ontgraven van de bouwkuip, gaat de ondergrond ontspannen. Voor de berekeningen is op basis van meetgegevens bij een eerder project aangenomen dat de conusweerstand tot 12 m afstand van de bouwkuip met 20% afneemt en dat deze afname vervolgens met 2,5% per 5 m vermindert. Uit de berekeningen blijkt dat wanneer de analyse per paal wordt uitgevoerd, enkele palen niet meer voldoen aan de ontwerpvoorschriften volgens NEN 6743-1. Bij een beschouwing per palenrij, waarbij de palen samenwerken, wordt wel voldaan aan die voorschriften. Voor de bruikbaarheidsgrenstoestand zijn op basis van NEN 6743-1 lastzakkingsdiagrammen voor de palen samengesteld (figuur 5). Bij de situatie voor de bouwwerkzaamheden behoort bijvoorbeeld een paalpuntverplaatsing van 4 mm als gevolg van het eigengewicht van het gebouw. Bij een vermindering van de conusweerstand van 20% wordt een paalpuntverplaatsing van ca. 8 mm berekend, m.a.w. een extra zakking als gevolg van de ont-


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:11 Pagina 39

INVLOED VAN DE BOUW VAN PARKEERGARAGE KRUISPLEIN OP EEN NABIJGELEGEN WOONCOMPLEX

spanning van 4 mm. De conclusie van deze berekeningen was dat alleenstaande palen vierkant 380 mm als gevolg van een vermindering van de conusweerstand van 12,5 tot 20%, 2 à 4 mm zouden kunnen gaan zakken. Voor alleenstaande palen vierkant 450 mm variëren deze waarden tussen 3,5 en 5 mm. Als rekening wordt gehouden met de samenwerking van de palen, dan varieert de berekende zakking van de palenrijen tussen 2,5 en 4,5 mm.

Horizontale grondverplaatsing als gevolg van uitbuiging van de diepwand

Ter plaatse van het gedeelte dat met de wandendak-methode wordt gebouwd, bedraagt de berekende maximale uitbuiging van de diepwand ca. 40 mm op NAP -20 m. In het overgangsgebied bedraagt de berekende maximale uitbuiging van de diepwand ca. 55 mm. Ter plaatse van de eerste palenrij onder het gebouw Kruisplein 51 t/m 127 bedraagt de berekende ongehinderde horizontale grondverplaatsing 20 mm. Ter plaatse van de daaropvolgende vier palenrijen is dit 15, 10, 4 en 2 mm.

Het rekenmodel Plaxis 2D is gebruikt om voor de bruikbaarheidsgrenstoestand de ongehinderde horizontale grondverplaatsing ter plaatse van de funderingspalen onder het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 te berekenen. Met de uitkomsten is de toelaatbaarheid ervan voor de funderingspalen bepaald. Er zijn drie doorsneden van de bouwkuip beschouwd: één ongeveer in het midden van de bouwkuip waar volgens de conventionele methode wordt ontgraven, één ter plaatse van het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127, waar gebouwd wordt met de wanden-dak-methode en één in het overgangsgebied tussen de twee bouwmethoden (figuur 6). De berekeningen zijn gemaakt met de verbeterde versie van het Hardening Soil model (HS), namelijk met Small Strain Stiffness (HSS). Voor de diepwanden is de stijfheid van gescheurd beton in rekening gebracht. De verschillende stappen van de ontgraving met de daarbij behorende verlaging van de grondwaterstand in de bouwkuip alsook het aanbrengen van stempels zijn gefaseerd doorgerekend.

Gevolgen van de grondverplaatsing voor de fundering

In het middengedeelte van de bouwkuip bedraagt de berekende maximale uitbuiging van de diepwand aan de westzijde ca. 70 mm, op NAP -18 m.

Om het gecombineerde effect van de horizontale en verticale invloeden op de paalfundering voor de bruikbaarheidsgrenstoestand te bepalen, is het

Met het rekenmodel MFoundation kan alleen de verticale verplaatsing van de funderingspalen worden berekend, terwijl met het rekenmodel Plaxis 2D alleen is gerekend aan de horizontale (niet door palen gehinderde) grondverplaatsingen. De interactie met de funderingspalen is in het rekenmodel Plaxis 2D niet mee gemodelleerd. De gevolgen van deze grondverplaatsingen voor de funderingspalen is voor de bruikbaarheidsgrenstoestand apart berekend met het rekenmodel MSheet. Er is zowel gerekend met een ingeklemde als met een scharnierende verbinding tussen paal en funderingsbalk. Voorts is aangenomen dat de paalkop geen verplaatsing kan ondergaan, omdat deze horizontaal vastzit aan het (grootste) deel van het gebouw dat geen invloed van de bouw van de parkeergarage ondervindt. Uit deze berekeningen kwam naar voren dat de momenten en dwarskrachten in de funderingspalen onder het gebouw Kruisplein 51 t/m 127 voldoende onder de toelaatbare waarden liggen.

Figuur 6 – De met het rekenmodel Plaxis 2D beschouwde doorsneden van de bouwkuip .

rekenmodel Plaxis 3D gebruikt. De diepwand is vanaf de zuidelijke kopwand tot aan het midden van het conventioneel gebouwde gedeelte van de bouwkuip gemodelleerd. Nabij de zuidelijke kopwand zijn de vloergedeelten die met de wandendak-methode worden gemaakt, in het rekenmodel opgenomen. Van wooncomplex 51 t/m 127 zijn alleen de vijf palenrijen die zich het dichtst bij de bouwkuip bevinden, in de berekening betrokken. De funderingspalen zijn gemodelleerd als ‘embedded’ piles. Dit biedt de mogelijkheid om momenten en dwarskrachten in de funderingspalen en de verplaatsing van de paalpunt direct uit de berekening te bepalen. Wel moet er rekening mee worden gehouden dat de berekende paalpuntverplaatsingen worden overdreven, omdat geen rekening wordt gehouden met de opspanning van de grond ten gevolge van het inbrengen van de funderingspalen. De met het rekenmodel Plaxis 2D berekende doorbuiging van de diepwanden in de verschillende delen van de bouwkuip zijn gebruikt om het Plaxis 3D model te ijken. Ten tijde van de berekeningen waren de mogelijkheden van het rekenmodel Plaxis 3D namelijk nog beperkt. De maximale berekende horizontale verplaatsing van de diepwand bedraagt in het grootste deel van de bouwkuip ca. 70 mm, zoals dat met het rekenmodel Plaxis 2D is berekend. Nabij de kopdiepwand varieert deze tussen 15 en 40 mm. Hiertussen blijken de horizontale verplaatsingen geleidelijk te verlopen. Uit figuur 7 blijkt dat de aanwezigheid van de palen de grondverplaatsingen beïnvloedt. Aangenomen is dat de paalpuntverplaatsing gelijk is aan de op dat niveau berekende grondverplaatsing. De verticale paalpuntverplaatsing ten gevolge van de grondverplaatsing varieert zowel voor de palen

Figuur 7 – De met het rekenmodel Plaxis 3D berekende verticale grondverplaatsing op het niveau van de paalpunt.

39

GEOTECHNIEK – Oktober 2013


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:12 Pagina 40

vierkant 380 mm als voor de palen vierkant 450 mm tussen 8 en 12 mm. De berekende horizontale verplaatsing van de funderingspalen bedraagt maximaal 25 mm. Met het rekenmodel Plaxis 3D zijn eveneens de buigende momenten en dwarskrachten in de funderingspalen onder het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 berekend. Deze zijn relatief klein. De uitkomsten zijn vergeleken met de uitkomsten van de met het rekenmodel MSheet berekende momenten en dwarskrachten. Deze bleken qua grootte vergelijkbaar te zijn.

in de berekende zakking van de diverse palenrijen mogelijk was. Vanaf palenrij 5 zou de zakking minder zijn. Er werd geen schade aan het gebouw verwacht, omdat er geen grote zakkingsverschillen zouden optreden. Naar verwachting zouden er ook horizontale verplaatsingen van de paalfundering optreden. Deze kunnen variëren tussen 10 en 25 mm. Ook in dit geval werd geen schade verwacht, omdat deze verplaatsing zich vooral ondergronds zou manifesteren, met slechts een beperkte invloed op de funderingspalen en de bovenbouw.

Prognose

Monitoring

Op basis van de uitgevoerde berekeningen was de prognose dat de paalfundering van het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 als gevolg van de bouwactiviteiten een zakking van 10 à 15 mm ondergaat: 2,5 à 4,5 mm door ontspanning van de ondergrond en 8 à 12 mm als gevolg van uitbuiging van de diepwand. De zakking van de eerste vier palenrijen zou volgens de berekeningen ongeveer gelijk zijn (15 mm). Dit was vooral het gevolg van de destijds gebruikte versie van het rekenmodel Plaxis 3D, waarmee geen nauwkeurig onderscheid

Het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 is voorzien van meetpunten ten behoeve van een continue monitoring van de verticale en horizontale verplaatsingen (figuur 8). De meetpunten bevinden zich op kolommen (pilaren) ter plaatse van de eerste vier palenrijen van het gebouw op ca. 4 m boven maaiveld. Van de twee het dichtst bij de bouwkuip gelegen palenrijen konden alle drie de erop staande kolommen worden gemonitord. Van de volgende twee palenrijen kon alleen de zuidelijke kolom worden gemonitord. De meet-

apparatuur was aan de andere kant van het Kruisplein gestationeerd op ca. 75 m afstand, bovenop het gebouw De Doelen. Ter controle zijn discontinue metingen uitgevoerd van de verticale en horizontale verplaatsing van het wooncomplex. Deze metingen zijn onderdeel van een meetprogramma dat periodiek wordt uitgevoerd bij het uitgebreide monitoringnetwerk rondom de bouwkuip van de parkeergarage Kruisplein. Een andere controlemogelijkheid op de optredende vervormingen in de ondergrond boden de resultaten van periodiek uitgevoerde metingen in hellingmeetbuizen. Nabij het wooncomplex bevonden zich hellingmeetbuizen in de diepwand en op 7 m afstand van de bouwkuip, overeenkomend met de positie van de eerste palenrij. Als grenswaarde voor het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 is een relatieve rotatie van 1:600 (interventiewaarde) en van 1:750 (signaleringswaarde) gehanteerd. Om praktische redenen zijn deze waarden vertaald naar respectievelijk maximaal 15 en 12 mm zakking van de meetpunten, omdat de zakking van de vier palenrijen die zich het dichtst bij de bouwkuip bevinden, min of meer gelijk zou zijn.

Gemeten verticale en horizontale verplaatsing De continue metingen zijn in januari 2010 gestart. De meetresultaten laten zien dat de verticale verplaatsing overeenkomstig de vooraf vastgestelde prognose is (figuur 9). De gemeten horizontale verplaatsing varieerde gedurende de meetperiode tussen +10 en -10 mm, hetgeen redelijk aansluit bij de prognose van de horizontale verplaatsing van de paalfundering (figuur 10). Na het installeren van de diepwand langs het gebouw in de periode van januari tot maart 2010 zijn er aanvankelijk vooral horizontale verplaatsingen van het woongebouw gemeten. Deze zijn het gevolg van het plaatsen van stalen damwand aan beide zijden van de diepwand voor het maken van een koppelbalk over de diepwandpanelen en van de daarvoor benodigde ontgravingswerkzaamheden.

Figuur 8 – Meetpunten op het wooncomplex.

Figuur 9 – Gemeten zakking t/m april 2012 van de buitenste palenrij.

40

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

De in juni 2010 gemeten relatief grote zakking (6 mm) van de oostelijke kopgevel van het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 is het gevolg geweest van een pompproef binnen de bouwkuip, waarbij de stijghoogte in het Pleistocene zandpakket in korte tijd werd verlaagd tot minder dan NAP -20 m. Deze proef had tot doel de waterdichtheid van de diepwanden (in de niet ontgraven situatie) te controleren. Als gevolg hiervan ontstond er


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:12 Pagina 41

INVLOED VAN DE BOUW VAN PARKEERGARAGE KRUISPLEIN OP EEN NABIJGELEGEN WOONCOMPLEX

tijdelijk een groot waterdrukverschil tussen de buitenzijde en de binnenzijde van de diepwand. De discontinue metingen die deel uitmaken van het meetprogramma voor het uitgebreide monitoringnetwerk rondom de bouwkuip van de parkeergarage Kruisplein, sluiten goed aan bij de continue metingen. Deze metingen maakten in juni 2010 ook snel duidelijk dat de plotselinge sprong in de continue metingen niet berustte op een meetfout, maar duidden op een daadwerkelijke zakking van het oostelijke gedeelte van het gebouw. De relatief grote zakking in juni 2010 heeft ertoe geleid dat de fall-back optie ‘het bijplaatsen van funderingspalen onder de kopgevel’ werd uitgewerkt. Het verdere verloop van de verticale verplaatsing gaf echter geen aanleiding om tot het daadwerkelijk bijplaatsen van funderingspalen over te gaan. Uit de continue metingen blijkt dat het wooncomplex na het weer opheffen van het waterdrukverschil en het ontgraven van de bouwkuip aanvankelijk omhoog komt (5 mm) en vervolgens weer zakt (8 mm) tijdens het ontgraven van het diepste deel van de bouwkuip. In die fase werd uiteraard binnen de bouwkuip permanent bemalen en werd het waterdrukverschil tussen de buiten- en de binnenzijde van de bouwkuip langzaam steeds groter. Na het bereiken van het diepste punt (NAP -20,5 m) en het maken van de onderste vloer van de parkeergarage werd tijdens het inbouwen van de diverse vloeren van de parkeergarage de stijghoogte steeds stapsgewijs verhoogd. In deze fase kwam het wooncomplex langzaam weer wat omhoog (5 mm). Vermoedelijk heeft de (trage) ontspanning van het onder de parkeergarage gelegen grondpakket hier ook invloed op gehad. De continue metingen van de verticale en horizontale verplaatsingen zijn tot het einde van het project voortgezet. In die fase zijn nabij het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 stalen damwanden getrokken, wat enkele mm’s zakking heeft veroorzaakt. In totaal is de buitenste palenrij van het wooncomplex in de periode januari 2010 t/m juli 2013 14 mm gezakt. Uit de metingen blijkt dat de eerste vier palenrijen wel een verschillende zakking hebben ondergaan. Het zakkingsverschil tussen de eerste vier palenrijen bedroeg respectievelijk 5, 3 en 2 mm. Hieruit volgt een maximale relatieve rotatie van 1:780 (5 mm over 3,9 m). In juni 2010 waren er nog geen hellingmeetbuizen in de diepwand operationeel, omdat er op dat moment nog niet werd gegraven. De eerste metingen hiervan zijn in juli 2010 uitgevoerd.

Figuur 10 – Gemeten horizontale verplaatsing t/m april 2012 van de buitenste palenrij.

Nabij het wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 bedroeg de gemeten maximale uitbuiging van de diepwand ca. 30 mm op NAP –15 m. Op een afstand van 7 m van de diepwand (ter hoogte van de buitenste palenrij) bedroeg de maximale horizontale grondverplaatsing in dezelfde periode ca. 40 mm tussen NAP –5 m en NAP –10 m (figuur 11). Het verschil in verplaatsing over de bovenste 15 m is waarschijnlijk het gevolg van de verschillende uitvoeringsmethoden van de bouwkuip.

Conclusies De bouw van de parkeergarage Kruisplein is voorspoedig verlopen en de invloed van de bouw op het belendende wooncomplex Kruisplein 51 t/m 127 is voor de bewoners niet merkbaar geweest. Voor de ontwerpers was het uiteraard zeer bevredigend dat de zakking van het wooncomplex overeenkomstig de vooraf opgestelde prognose was. Uit de ervaringen met dit project kunnen de volgende conclusies worden getrokken: – Tijdens het ontwerp van een diepe bouwkuip in stedelijk gebied dient ook bij toepassing van diepwanden als grond- en waterkerend element, terdege rekening te worden gehouden met de omgeving. – De resultaten van de proef ter controle van de waterdichtheid van de bouwkuip toonden in een vroegtijdig stadium aan dat het wooncomplex gevoelig was voor vervorming van de ondergrond. Dit heeft geresulteerd in een grote aandacht voor de monitoring resultaten gedurende de gehele bouwperiode. – Met de beschikbare rekenmodellen kon een goede prognose van de verwachte verticale en horizontale verplaatsing van de fundering worden gegeven. Naar verwachting zullen met de huidige en toekomstige versies van Plaxis 3D al weer nauw-

41

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

Figuur 11 – Gemeten uitbuiging van de diepwand en horizontale grondverplaatsing op 7 m afstand van de diepwand t/m oktober 2011.

keuriger voorspellingen kunnen worden gedaan, bijvoorbeeld met betrekking tot de zakkingsverschillen van de diverse palenrijen. Bovendien zal een groter gedeelte van het gebouw of het gehele gebouw mee kunnen worden gemodelleerd.

Referenties [1] E. Taffijn, V.M. Thumann en C. Portengen: Veel toezicht op diepwanden bij parkeergarage Kruisplein, Land+Water nr. 4, april 2012, blz. 36 en 37 [2] G. Hannink en O. Oung: Scherpe monitoring bij bouw parkeergarage Kruisplein, Land+Water nr. 5, mei 2012, blz. 34 en 35 [3] A.P. Allaart, C. Portengen en D.J.P. Goedbloed: Parkeergarage Kruisplein krijgt waterberging op dak, Land+Water nr. 12, december 2012, blz. 16 en 17. 쎲


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:12 Pagina 42

Ingezonden Met veel plezier las ik het artikeltje van Henk van de Graaf (Geotechniek juli 2013) over de geschiedenis van het sonderen. Hierin is de ontwikkeling van het electrisch sonderen vóór 1962 wat onderbelicht gebleven. Een belangrijke reden waarom het electrisch sonderen pas zo laat van de grond kwam, was de moeilijkheid te meten met rekstrookjes. Ik citeer uit speurwerkrapport SE-95-1 van het Laboratorium voor Grondmechanica: aantekeningen van W.J. van den Boogaard bij de voordrachten tijdens de leergang Rekstrookjes-Meettechniek gehouden van 4-7 juli 1950; verslag over de oefeningen in het lab. v.d.Werkgr. Spannings- en trillingsonderzoek T.N.O.: Voor 1940 was reeds een begin gemaakt met het onderzoek naar de mogelijkheden om spanningen te meten met behulp van weerstandsveranderingen in een stroomgeleidend materiaal. Tijdens de oorlog werden de onderzoekingen in Nederland opgeschort, maar in Amerika werden ze met grote intensiteit voortgezet. De in Amerika gevonden resultaten werden in 1946 in Nederland bekend, vooral door de studiereizen van de hoogleraren Biezeno en van der Maas. De voorstelling alsof het plakken van rekstrookjes even eenvoudig is als het plakken van een postzegel en het meten van spanningen even eenvoudig als het op de klok aflezen van de tijd, is ten ene male misleidend.

uitgevoerd. Speurwerkrapport SE-35-D-2-1 van prof.dr.ir. G.J. de Josselin de Jong betreft het verslag over het eerste vijftal speurwerk-sonderingen verricht met een capacitieve meetkop. Daarin staan metingen uitgevoerd met een sondering met electrische meetkop in 1949 en 1950. Zowel de doorsnede van de conus als de vergelijkende metingen zijn bewaard gebleven in het archief van Deltares GeoEngineering. Jan Heemstra

Toch werden er in 1949 en 1950 door het LGM al electrische sonderingen

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.


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:12 Pagina 43

SBRCURnet Onder redactie van Ing. Fred Jonker fred.jonker@sbrcurnet.nl

Update

beoordelen hei- en trilbaarheid – mogelijkheden en beperkingen”. In dit handboek wordt alle beschikbare kennis en ervaring gebundeld en het vormt een praktisch toepasbaar handvat voor opdrachtgevers, ontwerpbureaus, aannemers en toezichthouders. Er blijkt veel belangstelling te bestaan. Een groot aantal partijen doet wil mee in de realisatie van dit handboek. Op dinsdag 1 oktober jl. is een kick-off gehouden waarin het plan is doorgesproken en afspraken zijn gemaakt. In het volgende nummer van “Geotechniek” zullen wij u verder informeren over de resultaten van de kick-off. Heeft u belangstelling mee te doen? Wij horen het graag.

Update CUR 226 “Ontwerprichtlijn paalmatrassystemen” In maart 2010 verscheen ‘CUR 226’. Het ontwerpmodel voor de geokunststof wapening was overgenomen van de EBGEO. De veiligheidsfactoren waren echter van ‘’eigen huize’’ en aangepast op de Nederlandse gebruiken. Verder is ‘CUR 226’ uitgebreider dan de EBGEO. Zo zijn bijvoorbeeld richtlijnen toegevoegd voor het bepalen van de in rekening te brengen verkeersbelasting. Voortschrijdend inzicht maakt het noodzakelijk om ‘CUR 226’ op een aantal punten aan te passen. Zo zullen bijvoorbeeld recente onderzoeksresultaten worden verwerkt, waarmee een paalmatras goedkoper wordt en zullen regels worden opgenomen over water in de aardebaan. Het plan van aanpak voor deze aanpassing is met een brede vertegenwoordiging uit de sector vastgesteld. Vervolgens is geprobeerd om de benodigde euro’s voor de herziening bij elkaar te halen. Dat is voor een belangrijk deel gelukt en op 14 mei jl. is een nieuwe CUR-commissie gestart met de realisatie van deze herziening, onder voorzitterschap van Suzanne van Eekelen (Deltares). Marijn Brugman (Arthe Civil & Structure) is secretaris/ rapporteur. De verwachting is dat de herziene uitgave van ‘CUR 226’ eind 2014 beschikbaar is.

Update CUR 198 “Kerende constructies in gewapende grond –Taludhelling steiler dan 70º” Afgelopen januari hebben we u gemeld dat er plannen liggen om ‘CUR198’ te herzien, met als voornaamste doel de ontwerprichtlijn duidelijker en vollediger te maken en volledige conformiteit met de Eurocodes te verkrijgen. Ontwikkelingen in andere Europese landen worden ook meegenomen. Hiertoe zal contact worden onderhouden met de CEN/TC250/SC 7 – EG5 (Reinforced Soil). In het voorjaar is de financiering voor de herziening geregeld en vervolgens is op 16 mei jl. een nieuwe CUR-commissie van start gegaan onder voorzitterschap van Suzanne van Eekelen (Deltares). Marco Peters (Grontmij) is secretaris/rapporteur. De commissie is breed samengesteld, met o.m. ook deelname uit Duitsland en Frankrijk. De verwachting is dat de herziene uitgave van ‘CUR198’ eind 2014 beschikbaar is.

CUR 166 “Damwandconstructies” – errata Sinds het verschijnen van de 6e druk van ‘CUR166’ is een aantal correcties en tekstuele aanvullingen

Begaanbaarheid van bouwterreinen

gemeld. In het vorige nummer hebben we aandacht besteed aan met name de indeling in de nieuwe veiligheidsklassen. Inmiddels hebben we alle wijzigingen op ‘CUR 166’ samengevoegd in één document. Dat document kunt u downloaden via www.sbrcurnet.nl/ producten/publicaties/damwandconstructies-deel1-en-2. Als u ‘CUR 166’ bestelt, dan krijgt u automatisch het erratum meegeleverd. En uiteraard horen wij graag uw verdere op- en aanmerkingen!

In het april-nummer 2013 hadden we u gemeld dat een pre-adviescommissie een plan van aanpak heeft opgesteld om CUR-publicatie 2004-1 “Beoordelingssysteem voor de begaanbaarheid van bouwterreinen” te herzien. Vervolgens is dat plan vertaald naar een concept-inhoudsopgave. Helaas is het tot heden niet gelukt om de financiering voor deze herziening ‘rond’ te krijgen. Dat is jammer, omdat er nog steeds te veel kranen en machines op de bouwplaats omvallen en er dus niet kan worden gewerkt aan een praktische tool om hieraan een einde te maken. Een aantal partijen heeft weliswaar financiering toegezegd, maar dat is nog steeds onvoldoende om te kunnen starten.

Soil mix wanden, handboek ontwerp en uitvoering

CUR commissie C202 “Zwelbelasting op funderingen”

Dit gezamenlijke CUR/WTCB handboek begint langzaam maar zeker vorm te krijgen. In de afgelopen maanden is hard gewerkt aan de verschillende onderdelen en de commissie heeft o.m. het hoofdstuk over de ‘state-of-the-art’ inmiddels voor 90% vastgesteld. Naast de ontwerptechnische aspecten en die betreffende de uitvoering, is een belangrijk punt de kwaliteit van het gerede product. Ook daarover vinden uitgebreid discussies plaats binnen de commissie. De verwachting is dat het handboek medio 2014 beschikbaar komt.

Deze commissie is eind 2012 gestart en heeft tot doel om een praktisch toepasbare richtlijn te ontwikkelen. Op 17 september jl. heeft de CUR commissie een workshop gehouden waaraan een groot aantal deskundigen heeft deelgenomen. De workshop was bedoeld om de voorstellen die de CUR commissie het ontwikkeld te toetsen, en te zorgen dat de nieuwe rekenmethode kan rekenen op een breed draagvlak. Daarbij gaat het om een eenvoudige en een meer geavanceerde rekenmethode, inclusief de daarbij behorende randvoorwaarden. Op het moment van schrijven van deze kopij moet de workshop nog plaatsvinden. Inmiddels heeft de commissie haar eerste resultaten al wel gepresenteerd tijdens de Geotechniekdag van 5 november jl. In de volgorde uitgave van ‘Geotechniek’ informeren wij u verder. 쎲

Hei- en trilbaarheid In het vorige nummer hebben we u gemeld dat een pre-adviescommissie een plan van aanpak heeft opgesteld en dat heeft vertaald naar een conceptinhoudsopgave van het te ontwikkelen “handboek

43

GEOTECHNIEK – Oktober 2013


N71 Artikels_Opmaak 1 28-08-13 12:12 Pagina 44

Voor gedegen

Mixed- In-Place Soilmix oplossingen

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

Vooraanstaand en betrouwbaar www.bauernl.nl


N71 GK_Opmaak 1 28-08-13 12:20 Pagina 45

17 E JAARGANG NUMMER 4 OKTOBER 2013 ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR GEBRUIKERS VAN GEOKUNSTSTOFFEN

Geokunststoffen en de bijdrage aan de circulaire economie

K AT E R N VA N


N71 GK_Opmaak 1 28-08-13 12:06 Pagina 46

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

46

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

GEOKUNST – Oktober 2013

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


N71 GK_Opmaak 1 28-08-13 12:06 Pagina 47

Van de redactie Beste Geokunst lezers, Deze GeoKunst staat in het teken van de rol die moderne constructies met geokunststoffen kunnen spelen in de circulaire economie. De circulaire economie is een onderwerp dat vele bedrijven op dit moment bezig houdt: Kringloopeconomie, “Cradle to Cradle”, Maatschappelijk Verantwoord Ondernemen”. Geen producten, maar diensten inkopen voor de duur die u ze nodig heeft en daarna recyclen. In een circulaire economie, koopt u niet een auto, u betaalt voor een x aantal km vervoer op maat. U koopt geen lampje, u betaalt voor een aantal uren licht. Je zou ook kunnen stellen: U koopt geen steile ophoging, u betaalt voor een oplossing voor uw constructie, met een levensduur van een afgesproken aantal jaren. Er zijn twee stromingen in de circulaire economie: De ecologische stroming en de economische stroming. Bij de ecologische stroming is het de bedoeling dat een product na afloop van zijn nuttige leven weer terug kan vloeien in de natuur: Bij de geokunststoffen kennen we de natuurlijke producten, zoals kokosmatten, die bijvoorbeeld een oever beschermen tegen erosie, totdat planten zich in de bovengrond wortelen en die functie overnemen. Dan kunnen de kokosmatten vergaan, terug naar de natuur. Bij de economische stroming zouden de geokunststoffen met een lange tot zeer lange levensduur, zoals HDPE, PE en PET een plaats kunnen hebben. Maar hoe passen deze materialen dan in de circulaire economie? Als de nuttige levensduur voorbij is, zouden de kunststoffen kunnen worden hergebruikt als grondstof voor nieuwe kunststoffen. Maar misschien ligt de grootste bijdrage van een dergelijke toepassing in het besparen van primaire grondstoffen en ruimte. Een steile ophoging met wapening vergt veel minder primaire grondstoffen (zand) dan een traditionele ophoging met een talud van 1 : 4 en legt ook minder beslag op de omgeving door minder grondoppervlak. Dit zou de carbon footprint van een constructie aanzienlijk kunnen verminderen. Ook in gevallen, waarbij een zware betonconstructie als keermuur kan worden vervangen door een veel lichtere constructie met geokunststoffen wapening, kan ik me voorstellen dat de carbon footprint lager zou uitvallen, ook al is beton bij uitstek geschikt om te recyclen. Hieraan moet nog worden gerekend. Tot die conclusie komen ook Max Nods en Suzanne van Eekelen in “Geokunststoffen en de bijdrage aan de circulaire economie”. Dat rekenen moet wel, mijns inziens, onafhankelijk gebeuren, maar door wie? Volgers van Top Gear weten hoe Jeremy Clarkson je kan voorrekenen dat de carbon footprint van een Hummer met zijn slurpende V8, bekeken over de hele levenscyclus, vele malen kleiner is dan die van een Prius. Ik ben geneigd om hem te geloven. Maar een berekening uit de losse pols van een “petrol head”, kun je niet echt onafhankelijk noemen. Nee, dit moet echt door een onafhankelijke deskundige worden doorgerekend. De handschoen ligt er, wie pakt em op? Ik wens u veel leesplezier met deze GeoKunst! Shaun O’Hagan Eindredacteur Geokunst

Colofon Geokunst wordt uitgegeven door de

Tekstredactie

C. Sloots

Een abonnement kan worden

Nederlandse Geotextielorganisatie.

Eindredactie

S. O’Hagan

aangevraagd bij:

Het is bedoeld voor beleidsmakers,

Redactieraad

C. Brok A. Bezuijen M. 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

47

GEOKUNST – Oktober 2013

Postbus 358 3840 JA Harderwijk Tel. 085-1044 727


N71 GK_Opmaak 1 28-08-13 12:06 Pagina 48

Geokunststoffen en de bijdrage aan de circulaire economie

Ir. M. Nods Nods Consultancy

Ir. S. van Eekelen Deltares, TU Delft

Figuur 2 – Detail plaatsing zandzakken Bron fig.1 en 2: https://beeldbank.rws.nl, Rijkswaterstaat / Afdeling Multimedia Rijkswaterstaat

Figuur 1 – Dragline op schotten Pluimpot 1957.

Pionieren met geokunststoffen Geokunststoffen zijn niet meer weg te denken in de praktijk uit de civiel ingenieur. In het verleden is dit wel anders geweest. Door het ontbreken van kennis, positieve ervaringsvoorbeelden en onderzoeksresultaten was de toepassing in de pioniersjaren ‘60 en ‘70 van de vorige eeuw slechts weggelegd voor een handvol enthousiaste doorzetters aan de aanbiederskant en een aantal moedige ingenieurs, die hun rol als ingenieur letterlijk namen en wel in waren voor innovaties. De eerste grootschalige toepassingen van geotextielen (destijds technische weefsels) gaan terug tot late jaren 50 en de vroege jaren ’60 van de vorige eeuw. In Nederland werd in 1957 De Pluimpot afgesloten met zandzakken (figuur 1 en 2) en in het noorden van Duitsland werd in 1963 het Rüstersieler Watt

ten noorden van Wilhelmshafen ingepolderd. Daarbij werden 25000 big-bags (1 m3) uit nylon en stabiliteitsweefsels ingezet bij de bouw van de dijken (figuur 3 en 4). Nederland bleef niet achter, getuige de grootschalige toepassing van geotextielen bij de Oosterschelde Stormvloedkering in de zeventiger en tachtiger jaren (Bezuijen en Pilarczyk 2012). Een belangrijke aanjager in die tijd was Gert den Hoedt.

Voortrekkersrol van Nederland in Europa Dit heeft uiteindelijk in Nederland geleid tot de oprichting van de NGO in 1983 (Geokunst 4, oktober 2008) met als doelstelling het bevorderen van de kennis en de verantwoorde toepassing van

48

GEOKUNST – Oktober 2013

geokunststoffen. We zijn deze pioniers veel dank verschuldigd, want geokunststoffen bieden de ingenieurspraktijk nu een hele rij van voordelen, varierend van winst op de vlakken van kostenbesparing tot winst in uitvoeringstijden, ecologie (carbon footprint) en duurzaamheid, omdat minder beslag wordt gelegd op primaire grondstoffen. De NGO heeft in Nederland het enthousiasme kunnen kanaliseren en stimuleren op de vlakken onderzoek, onderwijs, lezingen en publicaties. Daarnaast heeft de NGO ook een belangrijke rol bij de ontwikkeling van norm en regelgeving in samenwerking met de NEN, CUR en CROW. De voortrekkersrol van Nederland in Europa werd jarenlang bekrachtigd in de vorm van het voorzit-


N71 GK_Opmaak 1 28-08-13 12:06 Pagina 49

Samenvatting Nederland heeft een belangrijke rol gespeel in de ontwikkeling van toepassingen van geokunststoffen. De eerste toepassingen in Nederland dateren van ruim 50 jaar geleden. In dit artikel gaan Max en Suzanne in op de voortrekkersrol, die Nederland heeft gespeeld in de mondiale ontwikkeling van het toepassen van geokunststoffen. Deze ontwikkelingen zijn in de experimentele sfeer begonnen met pioniers als Gert den Hoedt, Koos Mouw en Koos van Harten. Gedurende

het lange ontwikkelingsproces heeft Nederland veel onderzoek geïnitieerd en een belangrijke bijdrage geleverd aan het ontwikkelen van (internationale) normen en aanbevelingen met betrekking tot toepassingsgebieden en ontwerp van constructies met geokunstoffen. Het gebruik van constructiemethodes waarbij grondstoffen worden gespaard sluit aan bij de maatschappelijke ontwikkelingen van de laatste decennia en de essentie van de circulaire economie.

Figuur 3 – Rüstersieler Watt, ontwerptekening. terschap van de Europese Normeringscommissie voor Geokunststoffen (CEN TC189) door professor Adam Bezuijen.

De circulaire economie volgens Herman Wijffels Het begrip circulaire economie wordt sterk gepromoot door Herman Wijffels (2012). Hij betoogt dat het individualisme van the survival of the fittest is achterhaald en dat samenwerken nodig is voor the survival of the species. Dit heeft ook gevolgen voor onze economie. Het huidige, lineaire economisch model heeft volgens Wijffels zijn langste tijd gehad. We kunnen niet langer grondstoffen gebruiken en nadat we er klaar mee zijn weggooien. Een circulaire economie heeft de toekomst. De essentie is volgens Wijffels dat we "de natuur zo behandelen dat we haar niet uitputten, maar zo mogelijk versterken." In welke mate kunnen geokunststoffen bijdragen aan de circulaire economie? Nu de praktijk vele geokunststof oplossingen heeft omarmd, is de vraag actueel welke ontwikkelingen en innovaties zijn te verwachten. In dit artikel wordt een poging gewaagd om trends te grijpen en een voorzichtige voorspelling te doen vanuit de basisfuncties van geokunststoffen en de recente ontwikkelingen. In die discussies spelen

Figuur 4 – Rüstersieler Watt in uitvoering.

de aspecten van de circulaire economie volgens Herman Wijffels een belangrijke rol.

minerale filters veel meer tijd en grondstoffen eisten en ook nog lastiger waren aan te brengen.

Scheiden en filtreren

Bekende toepassingen zijn de zandzakken ter bescherming van kanaal- en rivieroevers en andere waterwegen bij hoog water en de toepassing van geotextiel filters onder waterbouwstenen. Maar ook de toepassing van scheidingsdoeken tussen funderingslagen in de wegenbouw bewijst zich in

Twee van de oorspronkelijke functies van geokunststoffen betreffen scheiden en filtreren. Vaak worden deze functies in één product verenigd, vliezen (nonwovens) of weefsels (wovens). De voordelen werden al snel ingezien aangezien

49

GEOKUNST – Oktober 2013


N71 GK_Opmaak 1 28-08-13 12:06 Pagina 50

de praktijk. Hierdoor worden de mechanische eigenschappen van de funderingslagen beschermd tegen verontreiniging met fijne deeltjes uit de ondergrond. Tegenwoordig is dit een standaard toepassing. Als gevolg van deze positieve ervaringen werden in diverse landen filterregels en even zovele testmethoden opgesteld. Dit heeft geleid tot een wildgroei aan regulering en testmethoden, verantwoord met verwijzingen naar lokale omstandigheden en grondeigenschappen. Een samenvatting van deze filterregels is gepubliceerd door Lawson (2012). Uiteindelijk zijn in Europa door de werkgroep CEN TC189 de index testmethoden opgesteld, waarbij de specifieke grenswaarden en eisen door de ingenieurs zelf kunnen worden ingevuld. Hier vaart de praktijk wel bij. Voor deze functies worden zowel vliezen als weefsels toegepast, waarbij het duurzaam open blijven (filtreren) een punt van aandacht blijft, net als bij minerale filters. Tegenwoordig wordt de scheidingsfunctie vaak gecombineerd met andere functies, zoals stabilisatie en wapening in de fundering van wegen en aardebanen. Soms worden daartoe geotextielen gecombineerd met geogrid wapening. In de waterbouw worden industrieel geproduceerde composiet zandmatten toegepast bij plaatsing van onder water-bouwstenen in waterwegen. Hierbij komen de gecombineerde voordelen van minerale (gewicht!) en geotextiele filters tot uiting. Of filterdoeken worden gecombineerd met betonnen blokken (blokkenmatten), of matrassen gevuld met grout (geomatrassen) of granulaat (granulaatmatrassen). Ook kan genoemd worden de toepassing van geotextiele buizen (tubes) als

kernmateriaal in golfbrekers (Bezuijen en Vastenburg 2012, Lawson 2012). Recent onderzoek naar de vulgraad van geotextiele verpakkingssystemen (bags, tubes, containers) en de invloed van golfaanvallen daarop in Delft en Hannover is een fraai voorbeeld dat onderzoek niet meer specifiek op geokunststoffen alleen is gericht maar op het gezamenlijke composietgedrag met de omgeving (Bezuijen en Vastenburg 2012, Recio et al 2007). Onbewust dragen de geotextielen al jaren serieus bij aan de circulaire economie. Er zijn minder primaire grondstoffen nodig (zand, grind), en lokale gronden kunnen deels (her)gebruikt worden en hoeven niet afgevoerd te worden. Dat betekent ook aanzienlijke besparingen op het energiegebruik en heeft uiteindelijk een positief effect op de CO2 footprint.

betaalt zich uit. Een uitgebreid onderzoek in Amerika naar het falen of ontoelaatbaar vervormen van gewapende grondconstructies gaf aan dat in 70% van de gevallen waterspanningen het probleem waren (Koerner et al 2010). Bekende toepassingen in Nederland zijn verticale drainage voor versnelde consolidatie van slappe ondergrond, drainage achter keerwandconstructie en funderingswanden, langs (spoor)wegen, onder kustbekleding en oeververdedigingen. Maar ook het verontreinigd percolaatwater en de ontgassingsdrainage in stortplaatsen. Punten van aandacht in de verdere ontwikkeling van drainagesystemen zijn het duurzaam functioneren van geotextiele filters (mogelijk dichtslibben), de kruip van de kernmaterialen (duurzaam waarborgen van ruimte), biologische aantasting van de filters, maar in de uitvoering ook het op de juiste manier aanbrengen van de drainage om duurzaam te kunnen functioneren.

Draineren Bij drainagesystemen creëert een combinatie van geotextiel filters, een plastic kern en/of een gridnet ruimte in de grond om water of gas te kunnen transporteren. Soms wordt een folie toegevoegd om het systeem in een richting ondoorlatend te laten zijn. In feite zijn drainagesystemen geocomposieten. De noodzaak om vanuit geotechnisch oogpunt een duurzame situatie te hebben zonder hoge grondwaterspanningen, spreekt voor zich. Helaas komt het regelmatig voor dat in ontwerpen of in de uitvoering nog niet voldoende rekening wordt gehouden met (tijdelijk) mogelijke wateroverspanningen gedurende de levensduur van de constructies en de daarmee verbonden stabiliteitsproblemen. Aandacht voor deze aspecten

Een mogelijke ontwikkeling bij tijdelijke toepassingen kan zijn het verwerken van biologisch afbreekbare materialen als grondstof voor de geotextielen of de drainagekern. Te denken valt bijvoorbeeld aan verticale drainage voor de versnelde consolidatie van slappe ondergrond. Dit betreft een tijdelijke functie waardoor de grondstoffen biologisch mogen afbreken. Zeker bij de aanleg of verbreding van waterkeringen een interessante mogelijkheid. Door gebruik van geokunststof drainagesystemen kan op grind bespaard worden. En het versneld consolideren van slappe gronden betekent een aanzienlijke reductie van het ontgraven en afvoeren ervan. In andere woorden serieuze bijdragen aan de circulaire economie.

Belangrijkste principes van de circulaire economie 1. Waardebehoud wordt gemaximaliseerd door eerst te kijken naar producthergebruik, vervolgens hergebruik van onderdelen en als laatste hergebruik van grondstoffen.

5. De grondstoffen van ‘verbruiksproducten’ (zoals tandpasta) zijn biologisch afbreekbaar en worden (na eventuele onttrekking van nog waardevolle grondstoffen) teruggegeven aan de natuur.

2. Producten worden zo ontworpen en gemaakt dat deze aan het eind van de gebruiksfase makkelijk demontabel zijn en materiaalstromen eenvoudig gescheiden kunnen worden.

6. Producenten behouden het eigendom van gebruiksproducten, klanten betalen voor het gebruik ervan, niet voor het bezit.

3. Tijdens productie, gebruik en verwerking van het product worden geen schadelijke stoffen uitgestoten. 4. De onderdelen en grondstoffen van ‘gebruiksproducten’ (zoals een lamp) worden hergebruikt zonder kwaliteitsverlies (bijvoorbeeld in een nieuwe lamp, maar wellicht wel in een nieuwe laptop, bijvoorbeeld).

50

7. Omdat de prestatie van het product de waarde bepaald, wordt het leveren van de juiste kwaliteit extreem belangrijk voor de producent. 8. Een van de meest belangrijke succesfactoren is (cross-sectorale) ketensamenwerking gericht op het creëren van meervoudige waarde. Hierbij vermeerdert niet alleen de economische waarde van alle bedrijven in de keten, maar ook de ecologische en sociale waarde.

GEOKUNST – Oktober 2013


N71 GK_Opmaak 1 28-08-13 12:06 Pagina 51

GEOKUNSTSTOFFEN EN DE BIJDRAGE A AN DE CIRCUL AIRE ECONOMIE

Wapenen en stabiliseren De wapenings- en stabilisatiefunctie heeft de laatste jaren in Geokunst veel aandacht gekregen. En terecht, want deze functies hebben economische voordelen en ze hebben zich in vele nieuwe toepassingen bewezen. Te noemen zijn in Nederland de onderzoeken naar en toepassingen van paalmatrassystemen (Van Eekelen et al. 2011a,b,c, Van Eekelen en Bezuijen, 2012, Van der Stoel et al., 2011), hooggefundeeerde landhoofden (bijv. Linthof et al, 2013), ontlastingsconstructies (Van der Stoel et al., 2011) en funderingswapening en de wapening van aardebanen voor wegen en spoorwegen (CUR 175, 1995). Ook de CUR is actief met diverse commissies om de stand der techniek in aanbevelingen en richtlijnen samen te vatten. Toepassing in waterkeringen blijft achter. Dit heeft te maken met de wettelijke verplichting om het duurzaam functioneren te kunnen toetsen. Hier ligt nog een ontwikkelingskans. Wellicht kan het integreren van meetsystemen in de geokunststoffen hier een oplossing bieden. Deze meettechnieken zijn al uitgebreid onderzocht en doorontwikkeld, bijvoorbeeld in de IJkdijk. Er staan meerdere pilot projecten in waterkeringen in de steigers, zie bijvoorbeeld www.waterschaprivierenland.nl/actueel/nieuws/@233416/belangstelling/. Een minder belicht thema bij het wapenen en stabiliseren betreft de winst die gehaald kan worden op het vlak van de duurzaamheid en ecologie (CO2 footprint). Door het hergebruik van lokale gronden en de toepassing van bijvoorbeeld AVI assen als aanvul- of funderingsmateriaal is het mogelijk de afvalstromen significant te reduceren. In diverse case studies van WRAP (2010) is vastgesteld dat de oplossing met geokunststoffen economische voordelen biedt ten opzichte van traditionele oplossingen. Denk bij traditionele oplossingen aan aanvoer van grind, zand, toepassing van beton. De kosten van geokunsttof-oplossingen kunnen hierbij ruim 50% lager liggen en de duurzame voordelen (CO2 footprint) varieren tussen de 30% en 90%! Deze enorme voordelen kunnen worden gehaald omdat er: – minder wordt ontgraven en minder aanvulmateriaal wordt geimporteerd; – minder reststoffen zijn en meer hergebruik van materiaal met lagere kwaliteit mogelijk is; – minder gebruik van geselecteerde primaire grondstoffen noodzakelijk is; – minder gebruik van staal en/of beton (ongunstige CO2 footprint) nodig is. In de toekomst zal nader onderzoek zich nog meer

Figuur 5 – 60 m hoge steile ophoging in Trento.

moeten gaan richten op dit gezamenlijk gedrag van geokunststof wapening met de geo-omgeving en de voordelen op het vlak van duurzaamheid (CO2 footprint). Hierbij moet de kennis uit diverse disciplines worden gebundeld. De duurzaamheidsvoordelen zijn sensationeel te noemen en zouden nog meer onder de aandacht gebracht moeten worden. Een uitdaging ligt in het nog intensiever gebruiken van cohesieve gronden. Hier komen de economische en duurzame voordelen tot uiting en wordt de circulaire economie door hergebruik van die cohesieve gronden gestimuleerd. De risico’s zullen in kaart gebracht moeten worden, en protocollen of richtlijnen voor het veilig toepassen ervan. Hergebruik van de lokale gronden of een CO2 footprint zou bij iedere aanbesteding als wegingscriterium meegenomen moeten worden. Moderne contractvormen bieden die mogelijkheden.

Verpakken (geosystemen) Lawson (2012) geeft een goede samenvatting van de stand der verpakkings-techniek. Hij bouwt voort op ervaringen en onderzoek verricht en verzameld door Pilarczyk (2000). Ook Bezuijen en Vastenburg (2012, in het Nederlands CUR publicatie 217) geeft rekenregels en richtlijnen voor geosystemen. De uitdagingen liggen hier meer op vlak van de uit-

51

GEOKUNST – Oktober 2013

voering van werken in de natte waterbouw, dan op het vlak van het functioneren van de geotextielen zelf. Zo blijkt de vulgraad van belang voor de duurzame stabiliteit van zandzakken (Recio et al. 2007). Een erg belangrijk voordeel van verpakken is dat men lokaal aanwezige grondstoffen kan gebruiken om flexibele erosie verdedigingswerken te bouwen. Een actuele toepassing is het ontwateren van verontreinigd slib uit waterwegen, slibbekkens en/of zuiveringsinstallaties door middel van geotextiele buisvormige elementen (tubes). In combinatie met chemische en biotechnologieën (toevoegen van de juiste additieven en flocculanten) voor het binden en neerslaan van gesuspendeerde slibdeeltjes is een versnelde ontwatering en verwerking van het slib mogelijk. Op deze manier wordt het hoge energieverbruik van andere ontwateringsmethoden (filterpersen, centrifuge) voorkomen, en kan de gedroogde slib eventueel hergebruikt worden. Zowel het toepassen van lokale grondstoffen als het hergebruiken van slib dragen bij aan de circulaire economie volgens Wijffels. Uitdagingen liggen bij het ontwikkelen van nieuwe producten voor het absorberen of binden van verontreinigingen. Te denken valt aan olie, maar ook aan het binden van radioactieve verontreiniging. Een volgende uitdaging zal vervolgens


N71 GK_Opmaak 1 28-08-13 12:06 Pagina 52

liggen in het hergebruiken (circuleren) van de gebonden stoffen.

Beschermen en erosieverdediging De functie beschermen was actueel in de tijd dat er nog nieuwe stortplaatsen werden ingericht in Nederland. Denk hierbij aan bescherming van basis afdichtingen tegen puntlasten van drainagegrind. Dit is inmiddels achterhaald. De toepassing van extra dikke vliezen (nonwovens) als bescherming wordt nu wel toegepast als andere geokunststoffen beschermd moeten worden tegen directe contacten met ruwe en harde oppervlakten zoals bijvoorbeeld geogrids in contact met betonnen opzettegels op palen. Voor duurzame erosieverdediging onder invloed van hydraulische belastingen worden regelmatig verpakkingsoplossingen toegepast. In geval van oppervlakte erosie onder invloed van weer en wind heeft de erosieverdediging vaak een tijdelijke functie omdat de vegetatie op den duur die functie kan overnemen. Hier ligt het voor de hand om met biologisch afbreekbare materialen te werken.

Bijdragen aan de circulaire economie Een van de pijnpunten in het huidige economische bestel is het hoge gebruik van primaire grondstoffen. Door de groei van de wereldbevolking en de huidige welvaart is de vraag naar grondstoffen dusdanig toegenomen, dat letterlijk de bodem in zicht is. Dit dwingt tot een creatiever gebruik van de bestaande grondstoffen, waarbij de geokunststofoplossingen een significante bijdrage kunnen leveren. Geokunststoffen werken vaak kostenreducerend in vergelijking met traditionele oplossingen. Zo zijn bijvoorbeeld gewapende grond keerwanden 30 tot 40% goedkoper in vergelijking met betonnen keerwandconstructies. Hierdoor blijft een deel van het budget beschikbaar voor andere werken of onderzoek naar innovatieve (ecologische) systemen. Daarnaast heeft het gebruik van geokunstof oplossingen een aanzienlijk lagere CO2 footprint (in sommige gevallen oplopend tot 90%!!) dan traditionele oplossingen met een hoge belasting op primaire grondstoffen. Ook wordt hergebruik van afvalstoffen deels mogelijk gemaakt. De natuur wordt versterkt (figuur 5).

Marktcommunicatie en onderwijs De sensationele voordelen van geosysteem oplossingen zijn nog niet voldoende breed in de bouwwereld en daar buiten bekend. Het ‘plastic in de grond stoppen’ heeft bij sommigen een negatief imago, ondanks het feit dat vele onderzoeken naar mogelijke uitloogeffecten geen verontrustende uitkomsten hebben laten zien. De duurzaamheid van polymeren is hoog. Indien we de geokunststoffen volledig zouden kunnen herwinnen en recyclen, zou het negatieve gevoel totaal veranderen. Hier ligt een kans! Om de bekendheidsgraad verder te verbeteren, zijn op het vlak van onderwijs en kennisoverdracht nog stappen te zetten. Naast de bestaande mogelijkheden (onderwijsinstellingen, vakbladen als Geotechniek en Geokunst, NGO/CUR/CROW, workshops, lezingen en congressen) valt te denken aan Youtube college’s, LinkedIn discussiegroepen, Twitter en ook de interactieve web blogs. Diverse bedrijven leveren op dit vlak al positieve bijdragen. Mogelijk kan de NGO in samenwerking met de CUR hier ook een actieve rol in spelen. Er is een tendens waarneembaar van verschuiving van wetenschappelijk kwalitatieve bijdragen van geokunststof vakcongressen (zoals de internationale IGS congressen) naar congressen met brede toepassingen zoals internationale geotechniek congressen. Dit past ook in het beeld van de verschuiving van aandacht voor product naar aandacht voor toepassing en onderhoud in de geo omgeving.

De financiering van onderzoek zal nog meer dan nu worden overgelaten aan het bedrijfsleven. Door de huidige financiële en economische crisis zijn financiële instituten zeer terughoudend met het financieren van innovaties. De overheid zal zich nog meer terugtrekken dan nu al het geval is, en initiatieven overlaten aan het bedrijfsleven. De kunst zal dus zijn om voor innovatieve ideeën partijen en financiering bijeen te brengen via netwerken en samenwerkingsverbanden. In wezen worden vergelijkbare initiatieven door de CUR genomen, waarbij marktpartijen bijeen worden gebracht uit de aannemerij, de adviesbranche, kennisinstituten, de producenten en de overheid. Het accent van de CUR ligt echter meer op de ontwikkeling van normen en richtlijnen voor al ontwikkelde oplossingen, en minder op productontwikkeling zelf. De organisatorische vormgeving en financiering van productontwikkeling in open structuren met meerdere marktpartijen in netwerkorganisaties is een uitdaging voor de komende decennia. Welke knelpunten moeten we overwinnen? Dat zijn er heel wat. Denk aan: het korte termijn denken van ondernemingen, haalbaarheidscriteria op basis van financiële criteria en niet op basis van ecologische criteria, het gesloten denken in termen van bezit, angst voor concurrentie, het gevaar voor bestaande kernactiviteiten (bijvoorbeeld grondverzet bij baggeraars, of betonproducenten), en het vinden van de juiste partners waarmee

52

GEOKUNST – Oktober 2013

win-win situaties gecreëerd kunnen worden. De overheid moet een sturende rol vervullen door het opnemen van duurzaamheidseisen in functionele specificaties van werken, en deze criteria waarderen in gunningsprocedures. Hier ligt een uitdaging voor de overheid.

Referenties – Bezuijen, A. and Vastenburg E.W. (2006) Ontwerpen met geotextiele zand elementen, CUR publicatie 217. – Bezuijen, A. and Pilarczyk, K.W. (2012). Geosynthetics in hydraulics and coastal engineering: Filters, revetments and sand filled structures, Educational session. 5th European Geosynthetic Congress, Valencia – Bezuijen, A. and Vastenberg E.W. (2013). Geosystems design rules and applications, CRC press. ISBN 9780415621489. – CUR Aanbeveling 217 (2006). Ontwerpen met geotextiele zandelementen. – CUR 175 (1995). Geokunststoffen in de wegenbouw en als grondwapening – Koerner, R.M. and Koerner, G.R.(2010). GRI Report Nr 40. – Lawson, C. (2012). Geosynthetics for riverbank and coastal protection in Asia; 5th Asian Regional Conference on Geosynthetics, GEOSYNTHETICS ASIA 2012, Keynote lecture. – Linthof, T., Brok, C., Van Duijnen, P.G., Van Eekelen, S.J.M., 2013, Realisatie Rijksweg 74 Venlo, Deformatiemetingen unieke tien meter hoog gewapende grondwand, april 2013, pp. 46-50. – Pilarczyk, K.W. (2000). Geosynthetics and geosystems in hydraulic and coastal engineering. Balkema, Rotterdam – Recio, J. and Oumeraci, H. (2007). Effect of deformations on hydraulic stability of coastal structures made of geotextile sand containers. Geotextile and Geomembranes, 25, (4-5): 278292. – Van der Stoel, A., Brok, C., De Lange, A., 2011, Granulaatmatras op Slanke Palen (GSP) voor de kruising Hanzelijn Lelystad-Zwolle met spoorlijn Amersfoort-Zwolle, GeoKunst oktober 2011, pp. 50-53. – Van Eekelen, S.J.M. et al. 2011a,b,c: drie artikelen over paalmatrassen in GeoKunst april 2011 en juli 2011 – Van Eekelen, S.J.M. en Bezuijen A. et al., 2012d, Dutch research on basal reinforced piled embankments, GeoTechniek special, July 2012, pp. 12-17 – Wijffels, H. 2012. Lowlands University College 2012, www.youtube.com/watch?v=YE8u_5Kab3Y – WRAP Material change for a better environment (2010). Geosystems Report, Febr. 2010. 쎲


N71 GK_Opmaak 1 28-08-13 12:06 Pagina 53


N71 GK_Opmaak 1 28-08-13 12:06 Pagina 54

Tekst: Jos van der Burg

Interview Prof. Dr. Ir. Adam Bezuijen:

We snappen nu beter wat we aan het doen zijn Wantrouw mensen die over hun leven en werk een verhaal vertellen, waarin alles volgens een vast plan verloopt. Zo gaat het niet in het leven. Of we het willen of niet: toeval speelt een grote rol. Zo lag het niet direct voor de hand dat Adam Bezuijen in 1981 bij het Laboratorium Grondmechanica, de voorloper van Deltares, zou gaan werken. De zoon van een aannemer in grond-, water- en wegenbouw was toen net in Delft afgestudeerd in de technische natuurkunde. Niet de meest geschikte vooropleiding voor een onderzoeksbaan in de grondmechanica, zegt Bezuijen in zijn kamer in Deltares, waar hij nog één dag per week werkt. “Civiele techniek zou beter hebben gepast, maar het was toen net als nu crisistijd en ik kon via een uitzendbureau tijdelijk aan de slag. Na drie maanden vond ik het werk zo aardig, dat ik ben gebleven. Overigens was ik niet helemaal een groentje in civiele techniek, want door het werk van mijn vader had ik er aardig wat van gezien in de praktijk.” Bezuijens eerste klussen waren meteen al onderzoeksopdrachten voor de stabiliteit van steenzettingen en het dynamisch gedrag van ondergrond bij golfklappen op dijken met een asfaltlaag. Dat was een behoorlijk theoretisch onderzoek, met zeker voor die tijd geavanceerde numerieke modellen. Frans Molenkamp, die hier toen ook werkte, ontwikkelde de modellen en ik deed de sommen.” Het waren ingewikkelde rekenopgaven, zegt Bezuijen, die twintig jaar later tegen collega’s als ze zich het hoofd braken over zulke sommen wel eens grapte dat hij die lang geleden al maakte.” Er kwamen snel andere onderzoeksterreinen bij. “Ik deed eerst steenzettingenonderzoek, wat behoorlijk lang is blijven doorlopen. Later raakte ik betrokken bij het baggeronderzoek en de GeoCentrifuge. En vanaf 1994 heb ik veel aan tunnelonderzoek gedaan.” Bezuijens theoretische benadering paste steeds beter bij Deltares, dat zich ontwikkelde van praktisch gericht adviescentrum naar kennisinstituut. “Je zou kunnen zeggen dat Deltares mijn kant is opgeschoven. Als natuurkundige heb ik me nauwelijks hoeven aanpassen.”

Betere kennis Bezuijens theoretische gerichtheid zorgde ervoor

dat hij veel tijd achter de computer doorbracht. Lachend bevestigt hij dat hij zelden op bouwprojecten kwam, maar dat wil niet zeggen dat hij alléén maar achter zijn bureau zat. “Ik heb vaak de analyse van modellenonderzoek gedaan, maar ook veel uren in de modelhal en bij de Centrifuge doorgebracht. Vóór het steenzettingenonderzoek was ik betrokken bij de proeven in de Deltagoot, die toen nog van zowel het Waterloopkundige Laboratorium als het Laboratorium Grondmechanica was. De proeven werden meestal uitgevoerd door iemand van het Waterloopkundig Laboratorium, maar ik deed de analyse. Later stond ik bij het CSB-onderzoek (Combinatie Speurwerk Baggertechniek), dat zich richt op baggerprocessen, ook weer in de modelhal. Ik heb dan wel niet vaak met kaplaarzen buiten gelopen, maar wel met gewone schoenen in de modelhal en bij de Centrifuge gestaan.” Zijn naam vestigde Bezuijen vooral met zijn onderzoek van geboorde tunnels. Hij was vanaf 1993 als onderzoeker betrokken bij het onderzoeksprogramma dat Rijkswaterstaat had gestart bij de aanleg van de Heinenoordtunnel, de eerste geboorde tunnel in Nederland. “In andere landen deed men dat al eeuwen, maar in Nederland voor het eerst met de Heinenoordtunnel. Dat onderzoeksprogramma gaf de mogelijkheid om data te analyseren en modellen te maken. Ik had toen al veel baggeronderzoek gedaan, wat goed van pas kwam, omdat sommige mechanismen die bij tunnelen optreden vergelijkbaar zijn met baggeren. Zo lijkt slurrie in veel opzichten op bagger.” Het Nederlandse onderzoek naar geboorde tunnels heeft de laatste jaren veel opgeleverd, zegt Bezuijen.”Er zijn nog altijd geheimen, maar er zijn veel zaken opgelost. We snappen nu een stuk beter wat we aan het doen zijn. Met name op het begrip van de mechanismen bij staartspleet grouting zijn door het onderzoek dat ik samen met Arno Talmon van Deltares heb uitgevoerd grote stappen gezet. In de begintijd zagen internationale specialisten hier niets in. Ze vonden het te ingewikkeld en risicovol. Maar dingen die we toen niet begrepen, begrijpen we nu wel.” De betere kennis is in de

54

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

Adam Bezuijen (1955) verruilde na ruim dertig jaar zijn onderzoeksbaan bij Deltares voor de leerstoel Geotechniek aan de Universiteit van Gent. In een gesprek blikt hij terug op heden en verleden in zijn loopbaan.

praktijk terug te vinden. “Vroeger was 2% volumeverlies heel normaal bij het boren van een tunnel, maar bij niet al te rare grond is dat nu minder dan een half procent. De omgevingsinvloeden zijn dus navenant afgenomen.”

Pijnlijk puntje Als onderzoeker had Bezuijen weinig te maken met de politieke implicaties en gevoeligheden van zijn vak. Maar soms hoorde hij wel eens wat van collega’s. Zoals een gevoelige kwestie bij de aanleg van de tunnel onder het Groene Hart. “Die tunnel komt vanuit oude grond naar de Haarlemmermeerpolder, waar de gronddekking een stuk minder is. Op grond van de ervaringen bij de Heinenoordtunnel rekende men uit dat er meer wateroverspanningen waren dan men had aangenomen. Doordat er zo weinig gronddekking was, was de kans groot dat met het boren de slappe grondlagen omhoog geduwd zouden worden. Om dat te voorkomen, heeft men een paar meter zand op de grond gestort. Dat lag nogal gevoelig, omdat politici gezegd hadden dat onder het Groene Hart een tunnel zou worden aangelegd zonder dat iemand er aan de oppervlakte iets van zou merken. Die belofte kon niet helemaal worden waargemaakt nu er in de polder zand moest worden gestort. Dat zand is later wel weer weggehaald, maar het was politiek toch een pijnlijk puntje.”


N71 GK_Opmaak 1 28-08-13 12:06 Pagina 55

Schetsen, december 2005, om de centrifugeproeven vóór te ontwerpen om te verklaren waarom de dijken bij New Orleans faalden.

Bezuijen neemt de Amerikaanse legeronderscheiding in ontvangst.

Bezuijen had weinig te maken met de politieke arena, maar des te meer met de internationale wereld van vakgenoten. Van 2000 tot 2010 was hij voorzitter van de CEN/TC 189, de Europese normcommissie voor geosynthetische materialen. Bezuijen: “Deze commissie houdt zich bezig met de vervanging van nationale standaarden door Europese. Als voorzitter was ik niet technisch bezig, maar stuurde ik beslissingsprocessen. Op twee- of driedaagse internationale bijeenkomsten moesten beslissingen worden genomen over standaarden. Daarbij stond veel op het spel, omdat Europese landen verplicht zijn om deze standaarden in te voeren. Dat gaf wel eens problemen, omdat ieder land zijn eigen standaarden had. Als voorzitter moest ik ervoor zorgen dat er een besluit werd genomen. Daarom luisterde ik nauwelijks naar argumenten, maar keek ik wie welke groep achter zich had. Het ging mij om meerderheden. Met mijn technische achtergrond was het goed om dit ook eens te doen.” Na tien jaar vond Bezuijen dat hij zijn plicht had gedaan. “Als ik echt moet kiezen, vind ik het bezig zijn met technische zaken toch aardiger.” Bezuijens technische expertise zal ruimschoots aan bod komen bij de Advieskamer Stortbesluit, waarvoor hij recent als lid is benoemd. Deze Advieskamer adviseert over bodembeschermende maatregelen bij stortplaatsen. Bezuijen: “Het gaat om concrete kwesties, zoals de vraag of een stortplaats moet worden afgedekt of niet.”

Niet vreemd Met zijn tunnelonderzoek heeft Bezuijen zich wetenschappelijk nadrukkelijk geprofileerd. Zijn publicaties over de Heinenoord- en de Sophiatunnel – onderdeel van de Betuwelijn – zijn internationaal veelvuldig geciteerd. Bezuijen is er de man niet naar om dat van de daken te schreeuwen.

Testen in de Deltagoot van zandgevulde geotextiele tubes waarbij Bezuijen was betrokken.

Overzicht van de opstelling van Adam Bezuijens promotieonderzoek van compenserend grouten in zand. Foto: Monique Sanders

“Sommige publicaties zijn wat extra bekeken. Vooral het onderzoek naar grout in de Sophiatunnel is als vernieuwend erkend.” Dat zijn onderzoeken vaak in Chinese publicaties worden aangehaald, is niet vreemd, meent Bezuijen. “China kent misschien wel tien of twintig steden waarin evenveel wordt getunneld als nu in heel Europa. Er wordt daar ook veel onderzoek gedaan. Soms zie ik publicaties waarin alleen mijn naam nog leesbaar is, omdat het artikel verder helemaal in het Chinees is.” Bezuijen vindt het jammer dat er in Nederland op dit moment geen grote geboorde tunnels worden aangelegd. “De kennis groeit pas als er echt wordt geboord. Omdat dat nu niet gebeurt, valt de kennis een beetje stil.” Het is één van de redenen dat hij anderhalf jaar geleden koos voor de leerstoel Geotechniek in Gent. “Ik werd ervoor gevraagd en ging toen nadenken: het tunnelwerk zag ik aflopen en ik was in 2010 gepromoveerd op compensation grouting. Ik zat 31 jaar bij Deltares, had het naar mijn zin en zou er tot mijn pensioen kunnen blijven, maar kon ook een nieuwe uitdaging aangaan. Door mijn gezinssituatie kon dat nu makkelijker, omdat mijn kinderen het huis uit zijn.”

Amerikaanse leger Bezuijens werk in Gent verschilt niet fundamenteel van dat in Nederland. “Ook hier moet je geld zien te vinden voor je onderzoek.” De grootse verandering is dat hij nu ook een onderwijstaak heeft. Het geven van colleges aan ruim zeventig studenten viel hem in het begin zwaar. “Colleges duren in Gent vijf kwartier. Ik geef twee keer vijf kwartier achter elkaar, wat voor studenten erg lang is. Het laatste half uur is de concentratie op.” Het meeste plezier beleeft hij aan het begeleiden van promovendi. “Ik heb er nu drie in Gent en twee collega’s van Deltares die aan het promoveren zijn. Het is inspirerend om enthousiaste mensen te

55

GEOTECHNIEK – Oktober 2013

begeleiden. Je gaat met hen echt de diepte in. Door een klankbord te zijn komen zij verder. Dat is aardig om te zien.” Misschien wel het meest curieuze wapenfeit op Bezuijens cv is de onderscheiding die hij kreeg van het Amerikaanse leger voor ‘patriottic civilian service’. Is hij op een geheime missie geweest met het Amerikaanse leger? De werkelijkheid was vredelievender. Bezuijen: “Tijdens de orkaan Katrina in New Orleans in 2005 waren in dijken ingegraven keermuren tegen de verwachting in toch omgevallen, zodat de dijken overstroomden. Amerikaanse deskundigen wilden met centrifugeproeven achterhalen hoe dat had kunnen gebeuren. Omdat zij weinig ervaring hadden met slappe grond, vroegen zij advies. Er is discussie over, maar volgens sommigen hebben de proeven aangetoond wat er mis ging: de waterspanning werd groter dan verwacht, waardoor de druk op de keermuren te groot werd en de hele handel aan de wandel ging. Het is een beetje vergelijkbaar met de dijk bij Wilnis, die in 2003 tijdens een droge periode zomaar wegdreef.” Met zijn collega Gerard Kruse beschreef Bezuijen als eerste het schademechanisme dat was opgetreden bij Wilnis. Deze beschrijving is opgenomen in de leidraad voor de toetsing van boezemkaden. De kennis van Bezuijen en zijn collega’s Frans Barends en Paul Schaminée over wat er mis ging bij Katrina werd door de Amerikanen op hoge prijs gesteld. De drie onderzoekers, van wie Bezuijen in Troy in Amerika de centrifugeopstelling bezocht, kregen voor hun hulp de Amerikaanse legeronderscheiding. Lachend: “De Amerikaan die in Nederland de onderscheiding kwam uitreiken zei er eerlijk bij dat buitenlanders deze eerder krijgen dan Amerikanen.” Van kapsones heeft Bezuijen geen last. 쎲


N71 GK_Opmaak 1 28-08-13 12:23 Pagina 56

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

Agenda

Cursussen Basiscursus damwanden ontwerpen met D-Sheet Piling Basiscursus ontwikkeld om deelnemers snel en efficiënt met het programma D-Sheet Piling te leren omgaan. Leer hoe ontwerpgegevens in D-Sheet Piling verwerkt worden en hoe vervolgens een eenvoudige damwandconstructie, volgens de Eurocode 7 en de Nederlandse Nationale Annex gedimensioneerd wordt. 1 oktober – Deltares Stieltjesweg 2, 2628 CK, Delft

Funderingen ontwerpen en toetsen met D-Foundations Cursus voor de startende gebruiker en de gebruiker die al enigszins bekend is met D-Foundations, maar efficiënter en vooral effectiever met het programma wil leren werken. Daarnaast kunnen bestaande gebruikers op een snelle manier bekend raken met de nieuwe mogelijkheden van D-Foundations. 19 november - Deltares Rotterdamseweg 185, Delft

Horizontal Directional Drilling (HDD); state-of-the-art developments Three-day course participants will learn to master the design of HDD while considering all the risks involved. November 5 - Deltares Rotterdamseweg 185, Delft

Workshop on Modelling Groundwater in PLAXIS 2 oktober - Plaxis BV Delft

Workshop on Modelling Dynamics in PLAXIS Gevorderdencursus damwanden ontwerpen met D-Sheet Piling

4 december - Plaxis BV Delft

Tijdens de gevorderdencursus doet u ‘hands-on’ ervaring op met D-Sheet Piling (voorheen bekend als MSheet), onder begeleiding van ervaren ontwerpers en ontwikkelaars. 14 november - Deltares Stieltjesweg 2, 2628 CK, Delft

Informatie en aanmelding Betonvereniging COB CROW CUR Deltares Academy Elsevier Opleidingen

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

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

Deltares

www.deltares.nl

+31-0-15-2693500

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

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

+31-0-70-3919890 +31-0-85-1044727 +31-0-182-567380 +31-0-15-2784618 +31-0-15-2517720 +32-0-3-2600840


Geotechniek oktober 2013  

Onafhankelijk vakblad voor het geotechnische werkveld

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you