Zwelbelasting op funderingen, SBRCURnet/COB commissie C202 Erik Kwast – Kwast Consult Marco Peters – Grontmij Nederland
Inhoud • • • • •
Plan van Aanpak commissie C202 Literatuuronderzoek Ontwerppraktijk Workshop Voorlopige resultaten analytische en numerieke berekeningen • Vervolg afronding commissie C202
Aanleiding zwelonderzoek • Huidige rekenregel voor zwelbelasting op paalfunderingen volgens NEN 9997-1 (NEN 6743 uit 1991) zeer conservatief • Ontwerpers hanteren diverse alternatieve berekeningsmethoden/-benaderingen voor zwelbelasting op palen en vloeren (b.v. Smits (2000) - Handboek Funderingen) • Resultaten zwelonderzoek beschikbaar: TUD – Korff (1999), Keijzers (2001), Schippers (2009) en COB-F210 (Sophia, 2002) • Update CUR-Aanbeveling 77 (2013) “Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren”
Commissie C202 • CUR commissie C202 bestaat uit deskundigen van opdrachtgevers, opdrachtnemers, kennisinstituten en geotechnische adviesbureaus
• De volgende partijen nemen deel aan de commissie: Rijkswaterstaat - Grote Projecten en Onderhoud (GPO), Gemeentewerken Rotterdam, BAM Infraconsult, Volker InfraDesign, Ballast Nedam Engineering, Heijmans, Deltares, Grontmij Nederland, Kwast Consult, Witteveen+Bos, Fugro GeoServices, SBRCURnet en COB
Plan van Aanpak C202 Stappenplan opstellen ontwerprichtlijn: 1. Literatuuronderzoek en beschouwen theoretische modellen 2. Inventarisatie ontwerppraktijk afgelopen 10 jaar 3. Uitvoeren van nader onderzoek: uitvoeren van aanvullende berekeningen voor eenvoudige (analytische) en geavanceerde modellen (EEM - Plaxis 2D) t.b.v. inzicht optredende mechanismen en gevoeligheden parameters voor 5 respectievelijk 2 praktijkcases 4. Organiseren workshop om een concept ontwerpmethode te ontwikkelen (september 2013) 5. Toetsing van de ontwikkelde ontwerpmethoden aan de hand van 2 praktijkcases met (beperkte) metingen 6. Opstellen eindrapportage
Literatuuronderzoek • Definitie zwel (C202): de verticale deformatie (heffing) van een bouwputbodem in een initieel volledig verzadigde situatie, ongeacht het onderliggende proces
• De drie hoofdmechanismen daarbij zijn: • Instantane zwel, zwel door instantaan in de grond optredende mechanismen (sini) • Primaire zwel, zwel door primaire consolidatie of water(onder)spanningsdissipatie (sprim) • Seculaire zwel, zwel door kruip (ssec)
Literatuuronderzoek • Zweldruk op vloeren: • Verhindering verplaatsing (tijdstip van fixatie, consolidatiegraad) • Stijfheid en vorm bouwkuip (1D/2D/3D)
Literatuuronderzoek • Zweldruk op funderingselementen (palen): • Verhindering verplaatsing (tijdstip van fixatie, consolidatiegraad) • Spanningsituatie (verticaal/horizontaal) na ontgraven en/of bemalen (spanningsspreiding, dwarscontractie) • Paal-grond interactie (relatieve verplaatsing)
Literatuuronderzoek • Zweldruk op funderingselementen (palen): • Paalinstallatie effecten (wateroverspanning, ophei-effect) • Berekening zwelbelasting op basis van qc (NEN 9997-1, zwel) of slipmethode (analogie negatieve kleef): • Fzwel;paal = Opaal . αz;1 . qc;1 . Δh • Fzwel;paal = Opaal . σ’v;t . K0 . tanδ . Δh
Ontwerppraktijk • Selectie van 10 representatieve praktijkvoorbeelden: • Parkeergarage Ossenmarkt Groningen (1998) • Toerit Aquaduct Oude Rijn A4 Leiden (2011) • Drents Museum Assen (2011) • Phoenixstraat, Spoortunnel Delft (2013) • Kunstwerk 19, Haak om Leeuwarden – Midden (2013) • Startschacht Sophiaspoortunnel Papendrecht (2003) • Proefontgraving Fehmarnbelttunnel D-DK (2013) • Station Vijzelgracht NZ-lijn Amsterdam (2013) • Station Ceintuurbaan NZ-lijn Amsterdam (2013) • Toerit tunnel Sluiskil (2013)
Ontwerppraktijk Case Spoortunnel Delft – Beschouwen spanningsituatie
Ontwerppraktijk Conclusies zwelbelasting op vloeren en palen: • Ontwerpmodellen vloeren: analytische 1D beschouwing op basis van de samendrukkingstheorie (D-Settlement – model Koppejan/Terzaghi of NEN-Bjerrum) of 2D grond-constructie interactie (Plaxis 2D – HS(s)-model) • Ontwerpmodellen palen: slipmethode (spreadsheet zonder constructie-interactie) of Plaxis 2D (met constructie-interactie) • Belangrijkste parameters zijn: • Analytisch: Δσ’v, Ap/Csw, cv;zwel en stijfheid vloer/palen • Numeriek: Δσ’v (bouwfasering), E’50;ref/E’oed;ref/E’ur;ref, kv/kh (ongedraineerd of gedraineerd), geometrie bouwkuip en stijfheid vloer, palen en wanden
Ontwerppraktijk Discussiepunten zwelbelasting op vloeren: • Meenemen relatieve vervormingsverschil paal/vloer en grond of volledige zwelbelasting zonder reductie • Niveau en wijze van spanningspreiding • Invloed van (tijdelijke) bemaling in de zwellende lagen • Gewicht vloer (vers gestorte specie) in mindering brengen op zwelbelasting of gewicht vloer niet in beschouwing meenemen • Bepalingswijze grondparameters op basis van engineering judgement, empirische relaties en/of laboratoriumproeven • Kruipeffect bij ontlasting (zwel) wel of niet in rekening brengen • Dwarscontractie-effect zoals deze volgt uit Plaxis 2D wel of niet in rekening brengen
Ontwerppraktijk Discussiepunten zwelbelasting op palen: • Bij (grondverdringende) palen na het ontgraven: • Geen zwelbelasting op de palen in rekening brengen • Reduceren zwelbelasting lineair met de afname van de consolidatiegraad (U) eventueel met Δσ’v • Geen reductie in rekening brengen • Meenemen relatieve vervormingsverschil paal-grond: • In analogie met bepaling negatieve kleefbelasting bij 10 of 20 mm • Volledige zwelbelasting zonder reductie
Ontwerppraktijk Discussiepunten zwelbelasting op palen: • Berekening horizontale spanningen (slipmethode): • Oorspronkelijke (initiële) verticale korrelspanning + K0 • Verticale korrelspanning na ontgraven met lineaire reductie met K0 of Jaky (OCR) of Kp of … • Horizontale korrelspanning uit Plaxis 2D • Berekening qc voor/na ontgraving en aan te houden αz • Veiligheidsfilosofie voor palen (enkele paal/paalgroepen)
Workshop Workshop 17-9-2013 in het informatiecentrum A4 Leiden met circa 30 deelnemers vanuit OG, IB, aannemers en kennisinstituten: • Doel: vergroten van het draagvlak voor de nieuwe rekenmethode voor zwelbelasting op funderingen en gebruik te maken van de beschikbare kennis in Nederland • Opzet: het gedurende een halve dag, na een inleiding vanuit de inhoudelijk betrokken partijen, in kleine groepen met de inhoud aan de slag te gaan (mechanismen), om aan het einde van de dag gezamenlijk conclusies en aanbevelingen te kunnen vaststellen • Beoogd resultaat: de uitkomst van de workshop is mede richtinggevend voor de keuze van een eenvoudige en geavanceerde rekenmethode, inclusief randvoorwaarden
Voorlopige resultaten analytische en numerieke berekeningen
Voorlopige resultaten analytische en numerieke berekeningen
Voorlopige resultaten analytische en numerieke berekeningen
Vervolg afronding C202 Stappenplan opstellen ontwerprichtlijn: 1. Literatuuronderzoek en beschouwen theoretische modellen 2. Inventarisatie ontwerppraktijk afgelopen 10 jaar 3. Uitvoeren van nader onderzoek: uitvoeren van aanvullende berekeningen voor eenvoudige (analytische) en geavanceerde modellen (EEM - Plaxis 2D) t.b.v. inzicht optredende mechanismen en gevoeligheden parameters voor 5 respectievelijk 2 praktijkcases 4. Organiseren workshop om een concept ontwerpmethode te ontwikkelen (september 2013) 5. Toetsing van de ontwikkelde ontwerpmethoden aan de hand van 2 praktijkcases met (beperkte) metingen 6. Opstellen eindrapportage (voorjaar 2014)
