GEOTECHNIEK. Onafhankelijk vaktijdschrift voor het geotechnische werkveld SPECIAL GEOTECHNIEK- DAG 2007 GEOTECHNIEK: GRENZELOOS

GEOTECHNIEK Onafhankelijk vaktijdschrift voor het geotechnische werkveld

11e jaargang – nummer 5 – oktober 2007

‘Earthquake retrofit’ van de BART-tunnel onder San Francisco Bay pag. 6 Snelle proefbelastingen (Statnamic) in de internationale bouwpraktijk pag. 12 Ontwerpen en installeren van buispalen voor offshore structuren in moeilijke geotechnische omstandigheden pag. 18 De Krimpenerwaardse matras pag. 26

SPECIAL GEOTECHNIEKDAG 2007

GEOTECHNIEK: GRENZELOOS

All-round All-roundin infunderingstechnieken funderingstechnieken InIn dede grond grond gevormde gevormde • •Vibro-palen Vibro-palen • •Vibro-combipalen Vibro-combipalen • •DPA-palen DPA-palen • •Betonschroefpalen Betonschroefpalen • •Buisschroefpalen Buisschroefpalen • •Schroefinjectiepalen Schroefinjectiepalen • •Stalenbuispalen Stalenbuispalen

Bel Bel voor voor advies advies ofof een een vrijblijvende vrijblijvende offerte offerte

Traditionele Traditionele paalsystemen paalsystemen • •Prefab Prefab betonpalen betonpalen • •Houten Houten palen palen met met oplanger oplanger Funderingsherstel Funderingsherstel Nat Nat enen prefab prefab betonwerk betonwerk • •Prefab Prefab funderingsbalken funderingsbalken • •Prefab Prefab bergingsvloeren bergingsvloeren

Sluisweg Sluisweg 11 1474 1474 HL HL Oosthuizen Oosthuizen Tel Tel 0299 0299 409500 409500 Fax Fax 0299 0299 409555 409555 E-mail E-mail [email protected] [email protected]

Bezoek Bezoekonze onzewebsite websitewww.vroom.nl www.vroom.nl

(QNDJULG

6WHLOWDOXG1RRUGHU'LHUHQSDUN(PPHQ

(QNDJULG352(QNDJULG0$;HQ(QNDJULG75&

&ROERQGELHGWPHWGHJHRJULGV(QNDJULG 3520$;HQ75&HHQFRPSOHHWSDNNHWDDQ HIIHFWLHYHRSORVVLQJHQYRRUJURQGZDSHQLQJ HQVWDELOLVDWLHYRRURDVWHLOHWDOXGV RQ YHUKDUGHZHJHQEORNNHQZDQGHQ SDUNHHUKDYHQVSODWIRUPVGLMNOLFKDPHQHQ IXQGHULQJHQ

%LJ6SRWWHUV¶ +LOORSGH)ORULDGHJHZDSHQGPHW (QNDJULG352

JHZDSHQGPHW(QNDJULG352

(QNDJULG352LVDOVJHFHUWLILFHHUGSRO\HVWHU JHRJULGJHEUXLNWLQYHOHJHZDSHQGH KHOOLQJHQ(QNDJULG75&KHHIW]LFKEHZH]HQ DOVJURQGVWDELOLVDWLHRS]HHUVODSSHRQGHU JURQG+LHULQKHEEHQKHWDUDPLGHJHRJULG HQKHWYOLHV]RZHOHHQZDSHQLQJVDOVHHQ VFKHLGLQJVIXQFWLH(QNDJULG0$;ELHGWGRRU GHVWLMYHNQRRSSXQWHQHHQJRHGHKDDN ZHHUVWDQGHQHHQKRJHUHYHUGLFKWLQJVJUDDG YRRUKHWJUDQXODDWLQHHQZHJIXQGHULQJ

5XLPMDDUHUYDULQJLQRQGHU]RHNRQWZLN NHOLQJSURGXFWLHHQOHYHULQJYDQSURGXFWHQ YRRUJURQGZDSHQLQJHQVWDELOLVDWLHPDDNW &ROERQGXZMXLVWHSDUWQHUYRRURQWZHUS OHYHULQJHQEHJHOHLGLQJ &ROERQGEY 3RVWEXV 7&$UQKHP 7HO )D[ JHRV\QWKHWLFV#FROERQGFRP ZZZFROERQGFRP

Van de Redactieraad

colofon

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. Geotechniek, jaargang 11, nummer 5, oktober 2007 Uitgave Uitgeverij Educom BV Mathenesserlaan 347-b 3023 GB Rotterdam Tel. 010 - 425 65 44 Fax 010 - 425 72 25 E-mail [email protected] Uitgever/bladmanager Robert Diederiks Redactieraad Alboom, ir. G. van

Jacobs, dr. ir. M.M.J.

Barends, prof. dr. ir. F.B.J.

Jonker, ing. A.

Berg, dr. ir. P. van den

Kant, ing. M. de

Brinkgreve, dr. ir. R.B.J.

Kooistra, mw. ir. A.

Brouwer, ir. J.W.R.

Lange, drs. G. de

Calster, ir. P. van

Mathijssen, ir. F.A.J.M.

Deen, dr. J.K. van

Meel, ir. R. van der

Diederiks, R.P.H.

Schouten, ir. C.P.

Dijk, ir. B. van

Seters, ir. A.J. van

Eijgenraam, ir. A.A.

Smienk, ing. E.

Graaf, ing. H.C. van de

Stam, ir. J.L.

Graaf, ir. H.J. van der

Thooft, dr. ir. K.

Haasnoot, ir. J.K.

Veenstra, ing. R.

Hannink, ir. G.

Vos, mw. ir. M. de

Redactie Berg, dr. ir. P. van den

Al enige jaren vindt de Geotechniekdag om de twee jaar plaats en wordt deze georganiseerd door de Afdeling Geotechniek van KIVI NIRIA en het Genootschap Grondmechanica & Funderingstechniek van TI-KVIV, in samenwerking met CUR Bouw & Infra. De Geotechniekdag is bedoeld voor de gehele geotechnische beroepsgroep in Nederland en België. Dit jaar is het thema ‘Geotechniek – Grenzeloos’ en komen onderwerpen en projecten aan bod die passen in de dubbele betekenis van het woord grenzeloos. Enerzijds betreft het geotechnische projecten buiten Nederland en België en anderzijds worden onderwerpen gepresenteerd waar het grenzeloze karakter van het vakgebied geotechniek centraal staat. Sinds 2001 verzorgt Geotechniek speciale uitgaven van de voordrachten op de Geotechniekdag. En altijd kost het de inleiders de nodige moeite om zowel voor de Geotechniekdag zelf, als voor de speciale uitgave tijdig een bijdrage te verzorgen. De oorzaak hiervan is bekend: er moet al kort na de zomervakantieperiode kopij worden aangeleverd en meestal is het zo dat na de welverdiende zomervakantie andere zaken prioriteit genieten. Ook dit jaar lukte het niet alle inleiders om tijdig een artikel voor publicatie in Geotechniek aan te leveren. En dat is best jammer, want de vier in deze speciale uitgave opgenomen artikelen smaken naar meer. Het is de organisatoren namelijk goed gelukt om het thema passend in te vullen. En daarmee is, ondanks het beperkte aantal artikelen, deze uitgave van Geotechniek toch grenzeloos geworden. Het grenzeloze karakter van deze Geotechniek blijkt al uit de verschillende windstreken, waar de beschreven projecten zijn gerealiseerd: Equatoriaal Guinee in Afrika, San Francisco in de Verenigde Staten van Amerika, het eiland Grenada in het Caribische gebied van Midden Amerika, Wales als onderdeel van Groot-Brittannië in Europa, Taiwan in Azië en wat dichter bij huis, de Krimpenerwaard in Nederland. Ook de onderwerpen zijn anders dan anders: in Nederland en België hebben we eigenlijk nooit te maken met aardbevingen, moeten we het woord boulder opzoeken in het geotechnisch woordenboek en worden snelle proefbelastingen tot nu toe nauwelijks uitgevoerd. Ook de toepassing van een wegfundering op een met geogrids gewapende granulaat matras op geprefabriceerde betonpalen is grensverleggend.

Brouwer, ir. J.W.R. Diederiks, R.P.H. Hannink, ir. G. Kant, ing. M. de Thooft, dr. ir. K.

Omslagfoto

Wel zijn we in Nederland en België bekend met het uitvoeren van heianalyses en met het fenomeen van zettingsvloeiingen, maar dat wil niet zeggen dat we er al alles van weten. Maar ook als je nog niet alles van een bepaald lastig onderwerp weet, wil dat niet zeggen dat er dan niet wordt gebouwd. Het bouwwerk moet in dat geval worden gerealiseerd op basis van de kennis die we wel hebben en er is nu eenmaal niemand die beter met beperkte geotechnische gegevens kan omgaan dan de geotechnicus zelf.

Het traject van de BART-tunnel loopt parrallel aan de Oakland Bay Bridge over de San Franciso baai. Lezersservice Adresmutaties gelieve door te geven via ons e-mailadres: [email protected]

Met al zijn beperkingen qua omvang, is deze Geotechniek een ode aan de vele geotechnici in Nederland en België die zich buiten de eigen landsgrenzen grensverleggend met de geotechniek bezighouden. Er wordt niet zo vaak over buitenlandse projecten gepubliceerd, omdat veel problemen projectspecifiek zijn en de grondgesteldheid vaak sterk afwijkt van die in Nederland en België. Deze speciale uitgave laat zien dat er uit buitenlandse projecten een generieke les is te trekken: het slim combineren van alle beperkte stukjes kennis kan tot mooie projecten leiden.

© Copyrights Uitgeverij Educom BV - oktober 2007 Niets uit deze uitgave mag worden geproduceerd door middel van boekdruk, foto-offset, fotokopie, microfilm of welke andere methode dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever.

Ir. G. Hannink

R.P.H. Diederiks

Voorzitter van de redactieraad

Uitgever

© ISSN 1386 - 2758

Geotechniek I oktober 2007

3

Geotechniek wordt mede mogelijk gemaakt door:

Hoofdsponsor

Mede-ondersteuners Plaxis BV Postbus 572 2600 AN Delft Tel. 015 - 251 77 20 Fax 015 - 257 31 07 Internet: http://www.plaxis.nl

Stieltjesweg 2, 2628 CK Delft, Tel. 015 - 269 35 00

Subsponsors: Veurse Achterweg 10, 2264 SG Leidschendam Tel. 070 - 311 13 33 Internet: www.fugro.com

Galvanistraat 15, 3029 AD Rotterdam Tel. 010 - 489 69 22 Internet: www.gw.rotterdam.nl

Son, tel. 0499 - 47 17 92 Sliedrecht, tel. 0184 - 61 80 10 Hoofddorp, tel. 023 - 565 58 78 Internet: www.inpijn-blokpoel.com

Rijksstraatweg 22F 2171 AL Sassenheim Tel. 071 - 301 92 51 Internet: www.geo-explorer.nl

Klipperweg 14 6222 PC Maastricht Tel. 043 - 352 76 09

De Holle Bilt 22, 3732 HM De Bilt Tel. 030 - 220 78 02 Fax 030 - 220 50 84

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

Keverling Buismanweg 4 2628 CL Delft Tel: 015 - 269 37 93

Vlasweg 9 4782 PW Moerdijk Tel. 0168 - 38 58 85

IJzerweg 4 8445 PK Heerenveen Tel. 0513 - 63 13 55

INFRA Consult + Engineering ingenieursbureau van Ballast Nedam Postbus 1555 3430 BN Nieuwegein Tel. 030 - 285 40 00 Internet: www.icpluse.nl

Korenmolenlaan 2, 3447 GG Woerden Tel. 0348 - 43 52 54 Internet: www.vwsgeotechniek.nl

4

Kleidijk 35 3161 EK Rhoon Tel. 010 - 503 02 00 Internet: www.mosgeo.com

Postbus 5, 5690 AA Son Ekkersrijt 3301, 5692 CJ Son Tel. : 0499 486 486 Fax : 0499 486 666 E-mail : [email protected] Internet : www.betonson.com

Wareco Amsterdam BV Postbus 6 1180 AA Amstelveen Tel. 020 - 750 46 00 Fax 020 - 750 46 99 Internet: http://www.wareco.nl CUR Postbus 420 2800 AK Gouda Tel. 0182 - 54 06 30 Fax 0182 - 54 06 51 Internet: http://www.cur.nl Geomet BV Postbus 670 2400 AR Alphen aan den Rijn Tel. 0172 - 44 98 22 Fax 0172 - 44 98 23 Internet: http://www.geomet.nl Arcadis Infra BV Postbus 220 3800 AE Amersfoort Tel. 033 - 477 10 00 Fax 033 - 477 20 00 Internet: http://www.arcadis.n IFCO Funderingsexpertise BV Limaweg 17 2743 CB Waddinxveen Tel. 0182 - 646 646 E-mail: [email protected] Internet: http://www.ifco.nl Witte Vlinderweg 11 1521 PS Wormerveer Tel. 075 - 6476300 Vroom Funderingstechnieken B.V. Postbus 7 1474 ZG Oosthuizen Tel. 0299 - 40 95 00 Fax 0299 - 40 95 55 Internet: http://www.vroom.nl Arthe Civil & Structure BV Postbus 291 3400 AG IJsselstein Tel. 030 - 638 45 54 Fax 030 - 638 04 52 Internet: http://www.arthecs.nl

Zuidoostbeemster, tel. 0299 - 433 316 Almelo, tel. 0546 - 532 074 Oirschot, tel. 0499 - 578 520

Dywidag Systems International Industrieweg 25 B-3190 Boortmeerbeek Tel. 0032 16 60 77 60 Veilingweg 2 NL-5301 KM Zaltbommel Tel. 0031 418 578922 Internet : www.dywidag-systems.com

Boskalis bv Natte en droge infrastructuur ‘s-Gravenweg 399 - 405 3065 SB Rotterdam Postbus 4234 3006 AE Rotterdam Tel. 010 - 28.88.777 Fax 010 - 28.88.766

GeoMil Equipment B.V. Röntgenweg 22 2408 AB Alphen aan den Rijn Tel. 0172 - 427 800 Fax 0172 - 427 801

Postbus 1025 3600 BA Maarssen Tel.030 248 6233 Fax 030 248 6666 Internet: www.teconsult.nl E-mail : [email protected]

SBR Postbus 1819 3000 BV ROTTERDAM Kruisplein 25Q 3014 DB ROTTERDAM Tel:+31 (0)10 206 59 59 Fax:+ 31 (0)10 413 01 75 Internet: www.sbr.nl


’VANAF NU FUNDEERT U EEN STUK SNELLER EN KOSTENEFFICIËNTER.’ Pluspaal: de lichte paal met het sterke verhaal. Met de nieuwe Pluspaal van Betonson zijn enorme tijd- en kostenbesparingen mogelijk in het heiproces. En ook het milieu is er beter mee af. Sterk verhaal? Absoluut. Want de Pluspaal ís gewoon sterker, duurzamer, lichter en beter voor het milieu. Met alle evidente voordelen die daar bij horen. Zo laat de Pluspaal zich makkelijker vervoeren (meer palen per transport), eenvoudiger lossen en sneller en energiezuiniger verwerken. Terwijl het lage gewicht ook nog eens een hogere belasting mogelijk maakt. Al met al een ijzersterk verhaal, al zeggen we het zelf. Bel 0499 - 486 486 of e-mail naar: [email protected]. Of kijk op www.betonson.com

Betrokken Betrouwbaar ONDERDEEL VAN NIEUWPOORT GROEP

LANKELMA

GEOTECHNIEK

I N G E N I E U R S B U R E A U

Geotechnisch terreinen laboratoriumonderzoek

VOOR GEO- MILIEU- EN FUNDERINGSTECHNIEK

Funderingsadvies Funderingsonderzoek Landmeten Grondmechanisch advies

DE ESSENTIE VAN EEN GOEDE FUNDERING

MILIEUTECHNIEK Bodemonderzoek en advies Asbestonderzoek Saneringsbegeleiding Directievoering GEOHYDROLOGIE Bemalingsadvies Infiltratieadvies

WWW.LANKELMA.NL Nekkerweg 71 1461 LG Beemster Edisonstraat 2c 7601 PS Almelo Moorland 4a 5688 GA Oirschot

T 0299 433 316 T 0546 532 074 T 0499 578 520

E [email protected] E [email protected] E [email protected]

‘Earthquake retrofit’ van de BART-tunnel onder San Francisco Bay

S A M E N VAT T I N G

Dipl.-Ing. M. Schunk Fugro Ingenieursbureau b.v. ir. R. Vervoorn Fugro Ingenieursbureau b.v.

Inleiding BART staat voor Bay Area Rapid Transit en is de naam van het metrosysteem dat de plaatsen rond de baai van San Francisco met elkaar verbindt (zie figuur 1 en 2). Alle metrolijnen (op één na) gaan door één en dezelfde tunnel onder de baai van San Francisco. Het metrostelsel heeft een totale lengte van 167 km en vervoert per dag een zeer groot aantal passagiers (ca. 330.000). Door de tunnelverbinding alleen worden per dag ca. 150.000 passagiers vervoerd. Tezamen met het feit dat er qua openbaar vervoer geen redelijk alternatief bestaat, geeft dit het belang weer van deze verbinding voor de regio. In dit artikel zal worden ingegaan op het tunneldeel onder de baai van San Francisco. De tunnel is gebouwd tussen 1964 en 1969 en bestaat uit afgezonken stalen tunneldelen, welke van binnen zijn voorzien van een betonnen lining met een dikte van ca. 50 cm. De betonnen lining heeft een driedelige functie als constructie-element, ballast en brandwering. Het afgezonken tunneldeel sluit bij de oever van San Francisco middels een overgangsconstructie aan op een geboorde tunnel die onder de stad doorloopt. Deze overgangsconstructie is dusdanig uitgevoerd dat deze ook dienst doet

6

De afgezonken BART-metrotunnel, gebouwd tussen 1964 en 1969, verzorgt dagelijks 150.000 reizigersbewegingen tussen San Francisco en de East Bay. De tunnel is direct na de grote aardbeving van 1989 van onschatbare waarde gebleken als levensader, op een moment dat de bovengrondse infrastructuur werd lamgelegd. Met het vooruitzicht op een nog sterkere aardbeving in de komende 30 jaar wordt het seismische gedrag van de huidige tunnel met de nieuwste inzichten getoetst. Waar nodig zijn maatregelen bedacht, zoals grondverdichting langs de tunnel en verankering van de tunnel met micropalen of zuigankers.

als ventilatieschacht voor de tunnel. Aan de andere zijde bevindt zich een soortgelijke constructie. Het project ligt in een aardbevingsgebied waar volgens de U.S. Geological Survey een hoge waarschijnlijkheid bestaat (62%) voor het optreden van één of meerdere grote aardbevingen (met een magnitude groter dan 6,7 op de schaal van Richter) binnen de komende 30 jaar. De tunnel ligt tussen twee breuksystemen: aan de oostzijde ligt het Hayward breukenstelsel en aan de westzijde het San Andreas breukenstelsel (zie figuur 3). De afstanden van de hoofdbreuken tot de tunnel bedragen respectievelijk ca. 10 km en 15 km. Met het mogelijke optreden van aardbevingen is in het oorspronkelijk ontwerp reeds rekening gehouden. Zo zijn destijds bijvoorbeeld bij de aansluitingen van de tunneldelen op de overgangsconstructies geen vaste verbindingen gerealiseerd, maar speciale glijdende, die o.a. een seismische functie bezitten en in drie richtingen bewegingsvrijheid geven.

Figuur 1 Het BART metronetwerk

Aanleiding voor het huidige onderzoek Door de Loma Prieta aardbeving in 1989 is het belang van de tunnelverbinding als levensader

Figuur 2 Een metrostation van BART



voor de regio duidelijk geworden. Dit belang, tezamen met de verwachting van één of meerdere grote aardbevingen binnen de komende jaren, is voor BART aanleiding geweest om het BART Earthquake Safety Program in het leven te roepen. Dit programma heeft als taak, kwetsbare delen van het oorspronkelijke BART-netwerk te identificeren en volgens de modernste technieken te verbeteren om zodoende de veiligheid voor het publiek en BART-medewerkers te verzekeren. Deze verbeteringsmaatregelen ten aanzien van aardbevingen worden “earthquake retrofit” genoemd. Voor de oorspronkelijke netwerkdelen met de grootste passagiersaantallen, zoals de tunnel onder de baai, geldt bovendien de eis dat deze dusdanig worden verbeterd dat zij na een grote aardbeving weer snel (binnen twee weken) operationeel kunnen zijn. In dit kader is door Bechtel tussen 2000 en 2002 een globale toetsing van het gehele BART-netwerk uitgevoerd en is vastgesteld dat enkele constructieonderdelen mogelijk niet aan de gestelde eisen voldoen. Voor de tunnel onder de baai zijn o.a. de volgende drie mogelijke problemen geconstateerd: Het afschuiven van de onderwateroever bij de overgangsconstructie aan de zijde van San Francisco door zettingsvloeiing, waardoor deze constructie tegen het tunneldeel zou kunnen gaan botsen. Het optreden van liquefactie (zie kader) in de aanvulling aan de zijkanten en onder de tunnel, waardoor de tunnel zou kunnen gaan opdrijven. Het optreden van onacceptabele spanningen in de lining van de tunnel door het passeren van de aardbevingsgolven langs deze “starre” constructie. De bevindingen van Bechtel hebben ertoe geleid dat Fugro tezamen met zes Amerikaanse bedrijven de opdracht heeft gekregen om het

Figuur 3 Kans op aardbevingen in de San Francisco Bay regio

veiligheidsniveau van de tunnel en de overgangsconstructie aan de zijde van San Francisco in detail te toetsen en waar nodig een definitief aanpassingsontwerp te ontwikkelen.

Projectbeschrijving Het ontwerptraject voor de te onderzoeken en op te lossen drie problemen bestaat uit drie fases. In de eerste fase is een grote hoeveelheid aan mogelijke oplossingen gegenereerd. Op basis van gedetailleerde analyses, waarvan het detailniveau met elke fase toeneemt, wordt vervolgens per fase een selectie gemaakt uit de beschikbare oplossingen; alleen de meest kansrijke, technisch robuuste en/of economisch aantrekkelijke gaan door naar een volgende fase. Zodoende wordt met elke fase een stap gemaakt in de richting van het definitieve

Liquefactie is het verschijnsel, dat door het trillen van de grond (bijvoorbeeld door een aardbeving) fijn zand of silt, welke met water is verzadigd, zich als een vloeistof (liquid) gaat gedragen. Bron: website van Rob Houtgast, Faculteit der Aardwetenschappen, Vrije Universiteit Amsterdam

In dit project zal het losgepakte aanvulmateriaal aan weerszijden van de tunnel gedurende een korte periode tijdens de aardbeving als het ware in suspensie kunnen gaan. Dit betekent dat de “waterdruk” aan de zijkanten en onderzijde van de tunnel niet meer wordt bepaald door het volumieke gewicht van water, maar door het volumieke gewicht van de gehele suspensie, hetgeen tot gevolg heeft dat de “waterdruk” aan de onderzijde van de tunnel toeneemt. Aangezien de totale belasting op de bovenzijde van de tunnel niet toeneemt, zou dit bij onvoldoende veiligheidsmarge kunnen betekenen dat de tunnel gaat opdrijven.


Figuur 4 Overgangsconstructie (SFTS)

ontwerp. Door het vastgestelde tijdsbestek (BART wenst het ontwerp eind 2008 gereed te hebben) was het noodzakelijk dat oplossingen voor problemen tegelijkertijd werden uitgewerkt met de analyses die de omvang van de problemen nog moesten bepalen. Hierdoor was een grotere “engineering” inspanning noodzakelijk. Het uitgangspunt voor het ontwerp van benodigde aanpassingen (earthquake retrofits) was om zo weinig mogelijk te veranderen aan de bestaande constructies en de omgeving daarvan, zodat de spanningstoestand van beide nagenoeg gelijk zou blijven. Zodoende wilde men binnen de oorspronkelijke ontwerpfilosofie blijven en voorkómen dat men onvoorziene problemen zou veroorzaken. Het project is ingedeeld in twee te onderzoeken delen: De overgangsconstructie aan de zijde van San Francisco, ook SFTS genoemd (San Francisco Transition Structure), zie figuur 4. Hierbij is schade door instabiliteit van het oevertalud mogelijk; Het afgezonken tunneldeel, ook TBT genoemd (Trans Bay Tube), zie figuur 5. Hierbij is schade door opdrijven mogelijk en schade door dynamische belasting. Hierna wordt ingegaan op de genoemde problemen en de daarvoor uitgevoerde analyses en bedachte oplossingen.

7


het nodig om de groutlichamen contact te laten maken met de SFTS. Dit was echter niet gewenst, omdat dit zou afwijken van het uitgangspunt dat aanpassingen zo weinig mogelijk dienden te veranderen aan (de belastingen op) de bestaande constructie. Door direct contact zou de SFTS plaatselijk sterk worden belast.

Figuur 5 Doorsnede van de afgezonken tunnelbuis (TBT)

Stabiliteit onderwatertalud San Francisco Transition Structure (SFTS)

profiel nauwkeuriger in kaart is gebracht. Deze analyses toonden aan dat er een grotere veiligheidsmarge is, maar toch onvoldoende om stabiliteitsverlies uit te kunnen sluiten.

Probleem In de glijdende verbindingen tussen de SFTS en de tunnelbuizen is er ruimte voor beweging, waardoor de SFTS ca. 10 cm richting de afgezonken tunnelbuis en ca. 20 cm richting de oever mag verplaatsen (zie figuur 6). Tijdens een toekomstige aardbeving is het denkbaar dat door de helling van de oever de grond rondom de SFTS zettingsvloeiing vertoont. In dat geval zal de verplaatsende grond de SFTS tegen de tunnelbuis drukken. Als de glijdende verbinding over onvoldoende ruimte beschikt, zal de SFTS met een klap tegen de tunnelbuis slaan en mogelijk een schadelijke spanningspiek creëren. Eerst is in kaart gebracht wat de kansen zijn dat het talud daadwerkelijk onderuit gaat. Dit is getoetst met tweedimensionale EEM-analyses, waarbij een horizontale versnelling werd opgelegd. Deze benadering bleek echter onrealistisch snel tot bezwijken te leiden, omdat niet de invloed van de driedimensionale vorm van de oever werd meegenomen. Daarom zijn ook driedimensionale EEM-analyses uitgevoerd, aangevuld met dieptemetingen waarmee het oever-

Oplossingen (retrofit maatregelen) Om te voorkómen dat de SFTS de afgezonken tunnelbuis zou raken, is in eerste instantie een oplossing ontwikkeld, waarbij vóór de SFTS aan weerszijden van de tunnelbuis twee lichamen, opgebouwd uit jetgroutkolommen, in de grond worden gevormd. Deze lichamen zouden doorgezet worden tot de stijve kleilaag die ongevoelig is voor zettingsvloeiing. Daarmee zouden de groutlichamen weerstand bieden tegen de verschuivende grond en de SFTS. Het principe berust op het feit dat het schuifvlak naar de diepere kleilaag wordt verplaatst, waardoor de stabiliteit toeneemt. Driedimensionale EEM-analyses, waarin de groutlichamen werden gemodelleerd, waren van groot belang om de meest efficiënte geometrie van deze lichamen te bepalen. Hierbij werd bijvoorbeeld duidelijk dat de hoeveelheid grond tussen de groutlichamen en de SFTS een belangrijke invloed heeft op het resultaat. Om het meest effectieve resultaat te bereiken, c.q. de minste verplaatsing van de SFTS, was

Figuur 6 Detail van de glijdende verbinding bij de SFTS

8

Parallel hieraan werd de nulsituatie (geen jetgrout) gemodelleerd. Hieruit bleek dat de schokgolf, door het stoten van de SFTS tegen de tunnel, niet per definitie schade zou opleveren. Aangezien dit een zeer omvangrijke en langdurige analyse is, was het onderzoek naar mogelijke aanpassingsmaatregelen al ingezet. Op het moment van schrijven is besloten dat het risico van de optie "niets doen" niet groot genoeg is ten opzichte van de uitvoeringsproblemen en risico’s die gepaard gaan met de mogelijke verbeteringsmaatregel van het aanbrengen van jetgroutlichamen. Om toch de kans op schade aan de tunnel te reduceren, is uiteindelijk voor een meer eenvoudige ingreep gekozen, waarbij rubberen bumpers worden geplaatst tussen de tunnelbuizen en de SFTS.

Liquefactie en opdrijven van de tunnelbuis Trans Bay Tube (TBT) Probleem Tijdens de bouw zijn de afgezonken tunneldelen aangebracht op een grindbed van ca. 70 cm en vervolgens aangevuld met grind en zand tot ongeveer 70 cm boven de tunnel. Ter plaatse van de scheepvaartroutes is de tunnelbuis tevens bedekt met stenen en betonplaten om beschadiging van de tunnel door het werpen van ankers te vermijden (zie figuur 9). Bij de eerste veiligheidsanalyses, uitgevoerd door Bechtel, is men tot de conclusie gekomen dat bij de maatgevende aardbevingsbelastingen het risico bestaat dat in het aanvulzand rondom de tunnel liquefactie zal optreden. Het ontwerp van dergelijke afzinktunnels is zodanig dat deze vanuit het bouwdok drijven en na afzinken en ballasten net niet opdrijven. Door het optreden van liquefactie rondom de tunnel, is het mogelijk dat de tunnel zal opdrijven.

Aanpak Het bepalen of liquefactie optreedt, is geen exacte bezigheid. Daarom is voor elk tunneldeel van zowel een best-estimate als een worstcase scenario uitgegaan. Op basis van sonderingen, SPT's (Standard Penetration Tests) en shear wave velocity tests is het potentieel voor liquefactie bepaald, o.a. volgens de methode



van Seed and Harder (1990). Dit leverde het inzicht dat over het grootste deel van het tracé liquefactie op zou kunnen treden. Om het opdrijven te vermijden, zijn er in de eerste ontwerpfase een groot aantal mogelijke oplossingen bedacht. In de tweede fase is dit aantal teruggebracht tot drie kostengunstige en beproefde, en/of technisch interessante methodieken. Met name oplossingen, waarbij verbeteringsmaatregelen vanuit de tunnel uitgevoerd kunnen worden, waren wenselijk aangezien daardoor de inzet van een ponton niet noodzakelijk zou zijn en de drukke scheepvaartroutes niet belemmerd zouden worden. Op deze drie opties wordt hierna dieper ingegaan. Parallel aan de uitwerking van deze oplossingen is de nulsituatie onderzocht, waarbij er geen verbeteringsmaatregelen worden genomen. De hiervoor uitgevoerde dynamische analyses zijn complex, waardoor de resultaten lang op zich lieten wachten. Gebleken is dat de TBT in enkele zones langs het tunneltracé "slechts" ca. 15 cm zal opdrijven, waarbij de verplaatsingsverschillen tussen de tunnelsegmenten beperkt zal blijven tot ca. 5 à 10 cm. Dergelijke verschillen kunnen volgens de constructeurs door de bestaande constructie worden opgenomen. Op de betreffende locaties zullen derhalve geen verbeteringsmaatregelen noodzakelijk zijn. Voor de locaties waar dit niet het geval is, kan één van de onderstaande oplossingen worden toegepast.

Figuur 7 Retrofit maatregel TBT - Vibrocompactie met steenkolommen

Oplossingen (retrofit maatregelen) Figuur 8 Retrofit maatregel TBT - Zuigankers d.m.v. grouten van de funderingsbasis

Verdichting van losgepakte aanvullagen met behulp van vibrocompactie en toepassing van steenkolommen Door deze maatregel wordt bereikt dat er in de aanvullagen naast de tunnel geen of slechts nog beperkt liquefactie zal optreden. De verdichting veroorzaakt dat de grondkorrels dichter op elkaar gaan zitten waardoor deze tijdens een aardbeving minder snel het contact met elkaar verliezen. Bij een dichtere pakking blijven tijdens een aardbeving de effectieve spanningen in het korrelskelet eerder in stand (zie figuur 7). Daarnaast zorgen de steenkolommen voor een drainerende werking. De door liquefactie veroorzaakte wateroverspanningen kunnen door de grote doorlatendheid van de kolommen (sneller) dissiperen. Grondverdichting met vibrocompactie, eventueel in combinatie met het realiseren van een


Figuur 9 Retrofit maatregel TBT - Micropalen vanuit de tunnel

9


grondverdringende steenkolom ter beperking van de door de verdichting optredende zettingen, is een reeds beproefde methode om losgepakte grondlagen te verdichten en het gevaar voor liquefactie weg te nemen. Voor dit project is echter besloten om op twee proeflocaties e.e.a. nader te onderzoeken en de meest optimale configuratie van deze verdichtingsmaatregel te bepalen. De uitkomst hiervan was o.a. dat de verdichting goed werkt en dat een zorgvuldige uitvoering van groot belang is.

Grouten van de funderingsbasis ter reductie van de doorlatendheid, met als doel zogenaamde zuigankers te verkrijgen Het principe van deze maatregel is enerzijds dat het oppervlak waarop opdrijvende krachten kunnen aangrijpen, wordt verkleind en anderzijds dat de opdrijvende krachten welke in de constructie terechtkomen, naar de diepere ondergrond geleid worden. Het geleiden van de reactiekrachten op de ondergrond gaat volgens het principe van een zuiganker, waarbij de waterspanning onder de funderingsbasis bij opdrijven afneemt en zich niet meteen kan aanpassen (zie figuur 8). Op basis van de best mogelijke inschatting van de doorlatendheid van het funderingsmateriaal beneden de tunnel wordt verwacht dat door injectie daarvan vanuit de tunnelgalerij een groutstrook met een breedte van ca. 5 m gerealiseerd kan worden. Hiervoor zal in lengterichting om de 2 m geïnjecteerd moeten worden, waarbij de injectiepunten zich afwisselend links en rechts van de centrale lijn zullen bevinden en een diameter moeten krijgen van ca. 9 cm. Deze injectiepunten zullen worden afgedicht met een ventiel. Omtrent de betrouwbaarheid van deze innovatieve oplossing zijn nog niet alle betrokken partijen het eens. Derhalve worden hiervoor thans nog aanvullende onderzoeken en analyses uitgevoerd. Hierbij wordt ook geanalyseerd wat er zou gebeuren als deze maatregel plaatselijk niet geheel volgens het bedoelde principe

zou werken, bijvoorbeeld als er een spleet tussen constructie en grout mocht ontstaan en het water zijdelings toe kan stromen. Er is aangetoond dat zelfs in dit geval het probleem nog wel zal verminderen.

Installatie van micropalen vanuit de tunnel ter verankering van de tunnelbuis aan de diepere ondergrond Door deze maatregel zullen de op de constructie werkende opdrijvende krachten overgedragen worden naar de diepere grondlagen. Hiervoor zullen om de 2,5 m micropalen geïnstalleerd moeten worden met een trekdraagvermogen van ca. 1.300 kN. Voor de uitvoering daarvan zal het nodig zijn om in de tunnelvloer gaten te boren met een diameter van ca. 25 cm. Deze gaten zullen meteen worden afgedicht en voorzien van een speciaal ventiel, waardoor later de boringen uitgevoerd kunnen worden en de casing kan worden geïnstalleerd. De grote diameter van deze gaten herbergt echter ook een aanzienlijk risico. Mocht er namelijk iets misgaan met het ventiel, dan zal het erg moeilijk zijn om de toestroming van water te beheersen. Verder is deze oplossing uitvoeringstechnisch moeilijk, omdat de beschikbare werkhoogte voor het installeren van de micropalen gelimiteerd is tot ca. 2,1 m. Deze optie is daarom in volgende ontwerpfasen vooralsnog buiten beschouwing gelaten (zie figuur 9).

Spanningsverandering in de betonlining door dynamische belasting op de tunnelbuis Trans Bay Tube (TBT) Tijdens de aardbeving zal de grond rondom de tunnel bewegen. Door de lengte en stijfheid van de tunnel zal deze op een andere wijze verplaatsen dan de omliggende grond. Hierdoor zal de grond krachten op de tunnel uitoefenen die spanningen in de tunnel opwekken. Dankzij een nauwe samenwerking met constructeur Moffat & Nichol is een berekening van het volledige systeem uitgevoerd, waarbij de

werkelijke interactie tussen grond en constructie realistisch kon worden nagebootst. De spanningen en vervormingen zijn op deze manier berekend en getoetst. Om de grondreactie in horizontale en verticale richting te bepalen, zijn door Fugro tweedimensionale EEM-analyses uitgevoerd (zie figuur 10). Hierbij werd een horizontale of verticale verplaatsing op de tunnel opgelegd en werd de reactiekracht van de grond berekend. Door deze analyse voor verschillende verplaatsingen uit te voeren, werd een veerkromme verkregen die de grondreactie vertegenwoordigt en in constructieve modellen gebruikt kan worden. Hetzelfde is gedaan voor de axiale richting van de tunnel met behulp van driedimensionale EEM-analyses. Dergelijke modellen zijn opgesteld voor verschillende gevallen, zoals het wél of niet optreden van liquefactie en met of zonder verbeteringsmaatregelen (earthquake retrofits). Door deze variaties uit te voeren, kunnen de gevolgen van verschillende retrofit maatregelen worden bepaald en kan een goed oordeel worden geveld over de geschiktheid daarvan.

Conclusies Een van de wijze lessen van dit project is dat het al te gemakkelijk is om meteen oplossingen te zoeken. Het is belangrijk om het probleem goed in kaart te brengen, met name om de daadwerkelijke omvang daarvan goed in te kunnen schatten. Fugro heeft aangetoond dat bepaalde maatregelen niet nodig zullen zijn, bijvoorbeeld omdat de TBT plaatselijk niet voldoende zal "opdrijven" om verbeteringsmaatregelen te rechtvaardigen. Daarnaast is in het eerste traject een breed scala aan oplossingsmogelijkheden op serieuze manier beschouwd. Dit kan leiden tot creatieve en economisch gunstige oplossingen, zoals het toepassen van zuigankers. Tot slot moet worden opgemerkt dat op dit moment de ontwerpfase nog niet is afgerond en er nog steeds nader onderzoek wordt uitgevoerd, waardoor de in dit artikel genoemde bevindingen alsnog kunnen wijzigen.

Informatiebronnen – www.bart.gov (figuur 1 en figuur 5) – pubs.usgs.gov (figuur 3) – Kramer, Steven Lawrence, Geotechnical Earthquake Engineering, 1996

Figuur 10 Gronddeformatie bij een opgelegde horizontale verplaatsing op de tunnelbuis naar rechts

10


Fugro is een multinationale groep adviesbureaus die gegevens over het aardoppervlak en de bodem verzamelt en interpreteert. De onderneming geeft hierop gebaseerde adviezen ten behoeve van de olie – en gasindustrie of de bouw van constructies. De groep is vertegenwoordigd in meer dan 50 landen en heeft ruim 9.000 werknemers. Voor de Adviesafdelingen Geotechniek en Waterbouw van de Nederlandse vestigingen zijn wij op zoek naar:

Beginnend en ervaren Adviseurs / Projectleiders Geotechniek en Waterbouw Je bent een adviseur met een civieltechnische of geologische achtergrond en bent geïnteresseerd in geotechnische constructies. Je werkzaamheden bestaan, afhankelijk van de functie, uit het verlenen van adviesdiensten op het gebied van het ontwerp van funderingen voor woningbouw, diepe bouwputten en geboorde tunnels of het verbeteren van waterkeringen, bouwprojecten in en nabij waterkeringen en studieprojecten.

Fugro Ingenieursbureau B.V. Postbus 63, 2260 AB Leidschendam. Tel: 070-3111364 pz_ingenieursbureau@ fugro.nl www.fugro.com

Algemene eisen • Minimaal HBO werk – en denkniveau, met kennis op relevant vakgebied; • Goede mondelinge en schriftelijke communicatieve vaardigheden; • Voor de technische functies beschik je over rijbewijs B.

www.fugro-nederland.nl/jobs

Snelle proefbelastingen (Statnamic) in de internationale bouwpraktijk ir. P Middendorp Profound BV

S A M E N VAT T I N G Bij snelle proefbelastingen wordt op de paalkop een kortdurende belasting aangebracht, waarbij ervoor wordt gezorgd dat de gehele paal onder druk komt te staan. De voor de proefbelasting benodigde massa kan bij deze methode beperkt blijven. Het statische gedrag van de paal kan worden bepaald met behulp van de ‘Unloading Point Method’, die goed voldoet in niet-cohesieve gronden. Voor een steiger in het Caribische gebied zijn met een 4 MN statnamic apparaat de juiste paallengte en paalpunt bepaald. Voor het ‘Taiwan High Speed Rail Project’ is met een 20 MN statnamic apparaat een draagkracht tot 21,55 MN aangetoond.

Inleiding Bij het snelle proefbelasten wordt een kortdurende belasting op de paalkop aangebracht, maar wel met een zodanige duur dat de gehele paal onder druk staat en alle paaldelen met ongeveer dezelfde snelheid de grond in bewegen. Een groot voordeel van het snelle proefbelasten is, dat voor eenzelfde maximale belasting slechts 5% van de massa nodig is, vergeleken met het ballastgewicht voor een statische proefbelasting. Bovendien kunnen één of meerdere palen per dag worden proefbelast. Het snelle proefbelasten als alternatief voor het statisch proefbelasten vindt steeds meer toepassing in de internationale bouwpraktijk. Er worden zowel geheide als in de grond gevormde palen proefbelast met belastingen variërend van 0,25 MN tot 30 MN, zowel offshore als onshore. In de Verenigde Staten en Zuidoost Azië is de methode al redelijk ingeburgerd. In Europa wordt de methode toegepast in Duitsland en Engeland, maar ook in Nederland

Figuur 1 Pseudo Static Pile Load Tester met een stalen verenpakket

12

zijn reeds meerdere projecten uitgevoerd (Ref. 2 en 3). Er bestaat in Nederland een toenemende belangstelling voor het toepassen van het snelle proefbelasten bij geschillen over draagkracht, het bepalen van de draagkracht van oude funderingen voor hergebruik en ter vervanging van statische proefbelastingen. Er is een Delft Cluster project gestart door de Technische Universiteit Delft, GeoDelft en TNO om de toepasbaarheid van het snelle proefbelasten te evalueren. Ook is er een CUR-commissie opgericht om de toepassing te reguleren. Voor het aanbrengen van de belasting bij snelle belasting zijn twee methodes beschikbaar: Het laten vallen van een massa op een verenpakket (PSPLT, figuur 1). Het lanceren van een reactiemassa van de paalkop (Statnamic, STN, figuur 2).

Figuur 2 Statnamische proefbelasting met een grindcontainer als opvangmechanisme

De eerste methode is in de jaren 1980-1990 ontwikkeld door Fundex, in samenwerking met IFCO, onder de naam Pseudo Static Pile Load Tester (PSPLT). De proefbelasting wordt uitgevoerd door een massa met een verenpakket van een vooraf ingestelde hoogte te laten vallen op de te testen paal. De paal wordt een aantal keren belast door de massa van steeds grotere hoogte op de paal te laten vallen. De beschikbare PSPLT-systemen zijn geschikt voor het proefbelasten van palen tot 3,5 MN. De instrumentatie voor het uitvoeren van een proef bestaat uit een drukdoos en een optisch meetsysteem. De tweede methode is in dezelfde periode ontwikkeld door de Canadese firma Berminghammer in samenwerking met TNO onder de naam Statnamic. Sinds 2002 is de ontwikkeling en de toepassing van Statnamic overgenomen door Profound. Bij Statnamic worden door het ontsteken van brandstof in een drukcilinder grote gasdrukken opgewekt, waarmee een reactiemassa met ongeveer 20 x de versnelling van de zwaartekracht vanaf de paalkop wordt gelanceerd. Gebaseerd op Newton’s F = M x a en het principe Actie = Reactie wordt er een belasting van 20 x de reactiemassa (M) op de paalkop uitgeoefend. Als voorbeeld: voor een 4 MN statnamische proefbelasting is bij een versnelling van 20g dus een reactiemassa van 20.000 kg benodigd en bij een 30 MN statnamische proefbelasting een reactiemassa van “slechts” 150.000 kg. Van het Statnamic systeem zijn tientallen apparaten over de gehele wereld beschikbaar en deze kunnen al naar gelang hun


Snelle proefbelastingen (Statnamic) in de internationale bouwpraktijk

Fstn

Fstn

u Fa

M

Figuur 4 Resultaat van een statnamische proefbelasting

Fgrond Figuur 3 Modellering van de paal en de uitgeoefende krachten

grootte worden ingezet voor het proefbelasten van palen met belastingen variërend van 0,25 MN tot 30 MN. Voor het testen van palen in Maleisië staat een 60 MN Statnamic apparaat op de tekenplank. Omdat bij Statnamic een reactiemassa versneld wordt en men niet afhankelijk is van de zwaartekracht, kunnen palen in iedere gewenste richting worden belast. Dus ook het testen van schoorpalen en het uitvoeren van laterale proefbelastingen behoren tot de mogelijkheden. Het belasten van de paal vangt aan op het moment dat de brandstof wordt ontstoken en de reactiemassa wordt gelanceerd. De reactiemassa zal een bepaalde hoogte bereiken en terugvallen. Na het terugvallen kan de reactiemassa worden opgevangen in een met grind gevulde container of door een hydraulisch vangmechanisme. Het voordeel van een hydraulisch vangmechanisme is dat er eenvoudig cyclisch kan worden belast en dat meerdere palen per dag getest kunnen worden. In Nederland heeft Profound de beschikking over een 4 MN Statnamic apparaat met een hydraulisch vangmechanisme en bezit Fugro een 16 MN Statnamic apparaat met een grindcontainer als vangmechanisme.

Modellering en interpretatie Het aanbrengen van een klap op een paalkop met een heihamer kan worden vergeleken met een relatief korte stoot. Hierbij wordt een deel van de paal onder spanning gezet die zich als een spanningsgolf in de paal voortplant. Bij het snelle proefbelasten is de belastingsduur vele malen langer en kan er gesproken worden van een duw. Hierbij wordt de hele paal onder druk gezet en gelijkmatig in de grond gedrukt.


statische kracht:

Het induwen gebeurt wel met snelheid waardoor traagheidskrachten, dempingskrachten en belastingssnelheidsafhankelijke verschijnselen optreden. Tijdens het aanbrengen van de duwbelasting worden aan de paalkop de kracht, de verplaatsing en de versnelling gemeten. Voor het bepalen van het statische gedrag van de paal uit de metingen, dienen dynamische verschijnselen in beschouwing te worden genomen. Omdat de snelheid van de paal over de hele lengte nagenoeg identiek is, kan de paal gemodelleerd worden als een puntmassa met veren, zie figuur 3. Tijdens het belasten met een kracht Fstn treedt er een traagheidskracht Fa op, waarbij Fa = – M.a, met M de paalmassa en a de versnelling van de paal. De kracht Fstn en de versnelling a worden gemeten en de massa van de paal is bekend. De respons van de grond kan worden beschreven met:

(5) Fstatisch(tumax) = Fstn(tumax) – M.a(tumax) Hierbij is dus één punt van het statische lastzakkingsdiagram bekend. Deze manier van het berekenen van de statische belasting en bijbehorende verplaatsing wordt UPM-methode genoemd (Unloading Point Method). Het is ook mogelijk het gehele lastzakkingsdiagram te bepalen (Ref. 1). Deze methode leent zich goed voor palen gesitueerd in niet-cohesieve gronden, zoals zand. Voor cohesieve gronden als klei, dient een reductie op het met de UPM-methode bepaalde statisch draagvermogen te worden aangebracht. Reden is dat bij hogere belastingssnelheden de weerstand bij cohesieve gronden toeneemt. In figuur 4 is als voorbeeld het resultaat van een statnamische proefbelasting gegeven, waarbij uit drie opeenvolgende belastingscycli het statische gedrag is berekend en benaderd met een omhullende hyperbool. De onderliggende hyperbool representeert de reductie voor belastingssnelheidseffecten.

Fgrond = – (Fstatisch + Fdemping) = – (Fstatisch + C.v) (1) met C de dempingsconstante, u de verplaatsing en v de paalsnelheid. De verplaatsing u wordt gemeten en de snelheid v wordt berekend door integratie van het versnellingssignaal a. Voor het krachtenevenwicht geldt: Fstn + Fa + Fgrond = 0

(2)

Fstn = M.a + Fstatisch + C.v

(3)

Fstatisch = Fstn – M.a – C.v

(4)

Bij de maximale verplaatsing umax op tijdstip tumax is de snelheid v nul en geldt voor de

Het testen van een paalfundering van een orkaanbestendige cruiseterminal Als onderdeel van een ontwikkelingsproject van Züblin is door Ingenieursbureau Lievense (Ref. 5) een cruiseterminal ontworpen voor het Caribische eiland Grenada. Volker Stevin Construction Europe heeft het project in 2002 gerealiseerd. Naast het baggeren van een bassin, opspuiten van land (ca 60.000 m2) en aanbrengen van 500 m kustverdediging, omvatte het civiele werk de bouw van een steigerdek op palen voor mega cruiseschepen (330 m lang). Het betreft hier een orkaangevoelig gebied met als grondslag koraalzand en dood koraal. Er werd rekening mee gehouden dat bij

13


Figuur 5 Proefheien

Figuur 6 Gedeeltelijk open paalpunt

Figuur 7 Het uitvoeren van een statnamische proefbelasting met een 4 MN apparaat met een hydraulisch vangmechanisme

14

orkanen golven met hoogtes tot 9 m de steiger zullen treffen. Aan de fundering worden dus hoge eisen gesteld om de grote krachten uitgeoefend door golven en schepen te kunnen weerstaan. Bij een ondergrond bestaande uit koraalzand en koraalresten met soms meters grote holle ruimte is het niet eenvoudig om aan de gestelde eisen te voldoen. Uitgaande van geheide stalen buispalen, is bij een gesloten paal de kans groot dat de paal niet op diepte komt, terwijl bij de toepassing van een open paal de kans bestaat, dat deze niet voldoende puntweerstand ontwikkelt. Gezien de onzekerheden is besloten tot proefheien, zie figuur 5. Hierbij is onderzoek gedaan met halfopen palen om naast het behoud van de heibaarheid toch voldoende puntweerstand te kunnen verkrijgen, zie figuur 6. Er zijn verscheidene configuraties van geheel of gedeeltelijk open paalpuntconstructies op verschillende locaties uitgetest. Tijdens het heien van de palen is door Profound een heianalyse (Pile Driving Analysis) uitgevoerd, waarbij de grondweerstand bij iedere inheidiepte kon worden gemeten. Het heien is gestopt op die inheidiepte, waarbij de paal voldoende mantelwrijving kon leveren voor het opnemen van de vereiste trekkrachten en voldoende puntweerstand en mantelwrijving voor het opnemen van de bovenbelasting. Om het draagvermogen van de palen na het heien te verifiëren, zijn aanvullend statnamische proefbelastingen uitgevoerd, zie figuur 7. Met de verkregen testresultaten zijn voor de gehele steiger de juiste paallengte met paalpunt gekozen afhankelijk van de lokale bodemgesteldheid. Tevens is er een heiprotocol opgesteld. Een groot bijkomend voordeel van het proefheien was het feit dat zich tijdens de uitvoering van het project bij het inheien van palen geen onvoorziene problemen hebben voorgedaan. De palen met een diameter van 0,914 m, wanddikte 17,2 mm, en lengtes variërend van 36,6 m tot 61 m zijn geheid met een IHC S90 hydraulische heihamer. Binnen een jaar na oplevering werd de steiger stevig aan de tand gevoeld door de passage van de orkaan Ivan met een zwaarte voor Grenada van een 1 op de 50 jaar voorkomende orkaan. Grote schade werd aangericht aan wel 90% van de bestaande gebouwen en de infrastructuur. De cruiseterminal met steiger hebben het geweld echter vlekkeloos doorstaan, zie figuur 8. Voor de betrokken ingenieursbureaus en aannemer was het passeren van de orkaan een intense ervaring, maar met achteraf wel de

voldoening dat het gekozen ontwerp en de kwaliteit van de uitvoering betrouwbaar bleken te zijn.

Statnamische proefbelastingen op boorpalen in Taiwan Het statnamisch proefbelasten van palen wordt sinds 1999 in Taiwan toegepast op boorpalen met draagvermogens van 10 tot 50 MN. Het grootste Statnamic apparaat in Taiwan kan tot 20 MN testen. Ongeveer 50% van de testen wordt uitgevoerd op tijdelijke testpalen, waarvan de resultaten worden gebruikt om tot een definitief ontwerp van de fundering te komen. De andere 50% van de testen bestaat uit het controleren van het draagvermogen van constructiepalen. De redenen waarom Statnamic in Taiwan als vervangende methode van statisch proefbelasten wordt toegepast zijn o.a. : In het geval van een frame met reactiepalen mogen constructiepalen niet gebruikt worden als reactiepalen. De afstand tussen testpaal en reactiepaal moet groter zijn dan 5x de paaldiameter. Bij palen met een diameter van 2 m betekent dit een reactieframe met een overspanning van meer dan 20 m. Het grootste reactieframe in Taiwan heeft een overspanning van 15 m, zie figuur 9. Het is zeer gebruikelijk dat de testbelasting de 10 MN overschrijdt. De maximale draagvermogens van de palen in Taiwan zijn in de orde grootte van 50 MN. Het gebruik van ballast is hierbij kostbaar en tijdrovend. Tevens heeft men geconstateerd dat de voorbelasting van de grond door het ballastgewicht de testresultaten beïnvloedt. Indien er geen ruimte is voor reactiepalen, is Statnamic het beste alternatief. Bij Statnamic kan een random keuze gemaakt worden voor de te testen palen. Op tenminste vier projecten zijn vergelijkende testen uitgevoerd met statische en statnamische proefbelastingen, waarbij de resultaten redelijk overeenkwamen. Met geïnstrumenteerde palen kan ook bij Statnamic de verdeling tussen mantelwrijving en puntweerstand worden bepaald. Een aansprekend project, waarbij Statnamic is toegepast, is het “Taiwan High Speed Rail Project” (Ref. 4). Het doel van het testprogramma was de verificatie van het draagvermogen van de fundering en de praktische bruikbaarheid van Statnamic als vervangende proefbelastingsmethode. Op de testlocatie bevindt de vaste rotsbodem zich op 200 m diepte,



daarboven bevinden zich alluviale afzettingen van zanderige en kleiachtige gronden. De geboorde palen zijn geconstrueerd met een casing en met een diameter van 2,0 m en een lengte van 50 m. Op acht paalniveaus werden rekopnemers ingestort met als doel het bepalen van de onderverdeling tussen puntweerstand en mantelwrijving. Vijfenveertig dagen na het vervaardigen van de palen is er een statische proefbelasting uitgevoerd met een 40 MN test frame en vier ankerpalen. Het grensdraagvermogen van de paal bleek 28,4 MN te zijn. Het statnamisch proefbelasten werd 75 dagen na het gereedkomen van de palen op een andere paal uitgevoerd met een 20 MN apparaat, zie figuur 10. Door de beperkte capaciteit van het apparaat kon het draagvermogen tot 21,55 MN worden aangetoond. Een vergelijking tussen de statische en statnamische resultaten is gegeven in figuur 11.

Figuur 8 Grenada Cruiseterminal na passage van de orkaan Ivan

Conclusies Snelle proefbelastingen op paalfunderingen zijn in opkomst als aanvulling op en vervanging van statische proefbelastingen, zowel nationaal als internationaal. Er is een relatief eenvoudige interpretatiemethode voor het bepalen van het statische draagvermogen. Bij cohesieve gronden, zoals klei, dient rekening te worden gehouden met hogere weerstanden ten gevolge van de belastingssnelheid. Bij de twee besproken casus is het snelle proefbelasten met succes toegepast.

Figuur 9 Een 50 MN reactieframe voor statisch proefbelasten

Figuur 10 Uitvoering van een 20 MN statnamische proefbelasting

Referenties 1. Middendorp, P., 1993, First experiences with Statnamic load testing of foundation piles in Europe. 2nd International Geotechnical Seminar on Deep Foundations and Auger Piles, Ghent University, Belgium. 2. Proefbelastingen op de Maasvlakte, Funderingstechnologie, 4de jaargang, nr. 2, december 1995. 3. de Gijt, J.G., van Dalen J.H., Middendorp, P., 1995, Comparison of Statnamic Load Test and Static Load Tests at the Rotterdam Harbour, First International Statnamic Seminar, Vancouver. 4. Yu-herng Chang, H.W. Yang, Fu-jen Chang, Pin-jin Lee, Statnamic Loading Test on Instrumented bored piles in Taiwan, Seventh International Conference on the Application of Stress Wave Theory to Piles, Kuala Lumpur, 2004. 5. Ingenieursbureau Lievense, Inzending Prof. dr. ir. J.F. Agema Prijs 2005. Figuur 11 Vergelijking van de resultaten van een statnamische en een statische proefbelasting


15

Keerwanden met Fortrac® wapening, Barendrecht

Zeker, flexibel, kostenbewust

B ouwen met Bouwen geokunststoffen! Geotechniek (Spoor) Wegenbouw Stortplaatsen Waterbouw

www.huesker.com Agent voor Nederland

CECO B.V.

Klipperweg 14 . 6222 PC Maastricht Tel.: 043 - 3 52 76 09 . Fax: 043 - 3 52 76 03 E-mail: [email protected] . Web: www.cecobv.nl

HUESKER HUESKER Netherlands Tel.: 073 - 50 30 653 E-mail: [email protected]

"Geosynthetics made by HUESKER betrouwbaar door ervaring!"

Wapenen . Stabiliseren . Scheiden . Filtreren . Beschermen . Inpakken . Afdichten . Draineren

'EOTECHNISCHE MONITORING 6OLG UW PROJECT OP DE VOET -ET HET 0ROFOUND )3 SYSTEEM BESCHIKT U OVER EEN BETROUWBAAR EN KOSTENBESPAREND MONITORINGSNETWERK WAARBIJ U DIGITAAL OVERAL EN DIRECT DE MEETDATA KUNT ONTVANGEN -EETDATA DIGITAAL BESCHIK BAAR VIA '3- EN INTERNET MEETPUNTEN MET KABEL IN NETWERK $ATALOGGER NETWERK OF MONITORING MET EEN COMPACTE )3 '3- MODULE !UTOMATISCHE ALARMERING -EET IN SYSTEEM DRUK KRACHT WATERSPANNING ZAKKING VERPLAATSING ETC

Trillingen meten conform SBR Al meer dan 20 jaar voert IFCO Funderingsexpertise BV trillingsmeetprojecten uit voor zowel aannemers en gemeenten als particuliere opdrachtgevers. IFCO meet, verwerkt en rapporteert conform de SBR-richtlijnen.

Betrouwbare trillingsmetingen: • Directe meetresultaten • Geheel conform SBR deel A, B • Bemand en onbemand • Automatische alarmering • Data en alarm via GPRS/internet • Uitgebreide rapportage Tevens verhuur van trillingsmeetapparatuur

0ROFOUNDISTEVENSDISTRIBUTEURVAN3OIL)NSTRUMENTS WAARONDERDEDIGITALEBLUETOOTHINCLINOMETER

0ROFESSIONAL PILE TESTING AND MONITORING EQUIPMENT 0ROFOUND "6 0OSTBUS !, 7ADDINXVEEN

4EL &AX 7EBSITE WWWPROFOUNDNL

IFCO Funderingsexpertise BV

Website: www.ifco.nl

Postbus 429

Tel. 0182 - 646 646

2740 AK Waddinxveen

Fax 0182 - 646 654

*HR Techniek

*URQWPLM

s )XQGHULQJVWHFKQLHNHQ s .DGHFRQVWUXFWLHV s :DWHUNHULQJHQ s 2QGHUERXZZHJHQHQVSRRUZHJHQ s 2QGHUJURQGVERXZHQ s *URQGYHUEHWHULQJVWHFKQLHNHQ s *URQGRQGHU]RHNHQLQWHUSUHWDWLH s 5HVWDXUDWLHZHUNHQ

Risico-inventarisatie begint hier

[email protected]

www.apvdberg.nl

Sondeerapparatuur 25 - 300 kN voor on- en offshore Conussen voor geo- en milieutechnisch bodemonderzoek Monstername-apparatuur voor het nemen van ongeroerde bodemmonsters Draadloze gegevensoverdracht Elektrische meetapparatuur Software Boorapparatuur icm sondeerapparatuur Vanetesters

A.P. van den Berg Machinefabriek B.V. Postbus 68, 8440 AB Heerenveen Tel. 0513 - 63 13 55 Fax 0513 - 63 12 12

Nieuw!!! Digitale conus: Icone - gebruiksvriendelijker - kostenbesparend - hogere kwaliteit meetresultaten

Postbus 203 3730 AE DE BILT

www.grontmij.com [email protected]

'HEDVLVYRRUPRRLZHUN

Ontwerpen en installeren van buispalen voor offshore structuren in moeilijke geotechnische omstandigheden ir L. Maertens Besix/ KU Leuven

S A M E N VAT T I N G Bij de bouw van een steiger in Equatoriaal Guinee voor de uitvoer van LNG moest rekening worden gehouden met grote tot zeer grote boulders op niet te voorspellen locaties. Voor het bepalen van het draagvermogen van de palen is gebruik gemaakt van heianalyses. Deze werden gevalideerd door dynamische proeven op testpalen en resultaten van statische testen. Voor een steiger in Wales voor de invoer van LNG, waar de grondkarakteristieken van de bedrock bijzonder heterogeen zijn, werd dezelfde aanpak gevolgd. Bij dit project bleek er een verschil te bestaan tussen de resultaten van de dynamische testen en de berekende waarden.

Inleiding Offshore heiwerken moeten zeer goed voorbereid worden gezien de belangrijke financiële en technische risico’s die eraan verbonden zijn: de inzet van hoge investeringen zoals hefplatformen en bijhorend vlottend materieel samen met de impact op de bouwtermijn kunnen aanleiding geven tot zeer ernstige gevolgen. Enerzijds zijn er de technische moeilijkheden waar een goede combinatie van paal en hamer moet gedefinieerd worden, rekening houdend met de structurele capaciteit van de paal, het vereiste draagvermogen en de heibaarheid van de paal, dit alles binnen een economisch keurslijf: enkel de goedkoopste komt in aanmerking… Zo kan het niet halen van de vereiste diepte aanleiding geven tot te grote vervormingen (zettingen) voor drukpalen, en zelfs tot instorting in het geval van trekpalen. Anderzijds zijn de financiële risico’s meestal bijzonder groot: de heiwerken liggen meestal op het kritisch pad van het bouwproces, waardoor een beoordelingsfout onmiddellijk leidt tot een aanzienlijke vertraging (bestellen van andere hamer, wijziging in paalwanddikte..), wat aanleiding geeft tot een sneeuwbaleffect van

Figuur 1 LNG jetty in BIOKO

18


Ontwerpen en installeren van buispalen voor offshore structuren in moeilijke geotechnische omstandigheden

Figuur 2 ‘Sub-bottom’- profile

in te zetten bijkomende middelen om alsdan nog de (krappe) bouwtijd te halen.

Methodologie voor het heien van offshore palen Het is van zeer groot belang dat alle middelen aangewend worden om de hiervoor beschreven risico’s tot een minimum te beperken. Het hierna beschreven proces is dan ook essentieel: Bathymetrie (vaak fout!) en grondonderzoek Definitie van de grondmodellen Paalontwerp (op basis van normen en heianalyse) Selectie van palen en heihamer Heibaarheid rekening houdend met eventuele obstakels Heicriteria voor testpalen Heien van testpalen met registratie van heigegevens en dynamisch testen Paalproeven: Statisch (+dynamisch) Heiprocedure voor projectpalen Systematisch opnemen van heiparameters + dynamische proeven op 10% van de palen Feedback naar “heiprocedure voor projectpalen” indien nodig

Eerste case: Equatoriaal Guinea: Island export LNG jetty Langs het eiland BIOKO, nabij “Punto Europa” werd een jetty voor het uitvoeren van LNG gepland door een uitbatingmaatschappij bestaande uit de EG-staat en het Amerikaanse Marathon Oil. Er werd gekozen voor een island jetty verbonden met het eiland door middel


Figuur 3 Interpretatie van de sub-bottom profielen

van een hangbrug omwille van de twijfelachtige stabiliteit van de natuurlijke taluds van het eiland ter plaatse van de bouwplaats. De marine werken (bouw van jetty, funderingen van brug en piping) werden toevertrouwd aan BESIX als een EPC-contract door Bechtel, de algemene aannemer van het project (figuur 1).

Beschikbaar grondonderzoek Er was een zeer uitgebreid en degelijk grondonderzoek, uitgevoerd vóór aanbesteding door FUGRO. Een twintigtal boringen op de locatie van de werken, met CPT testen (ook in de boringen, na het doorboren van harde lagen) samen met de nodige laboratoriumproeven, waren ter beschikking gesteld van de bieders. Omwille van navigatie studies werd de jetty echter enkele malen heringeplant, zodat de ligging van het beschikbare grondonderzoek niet volledig met de definitieve locatie overeenkwam. Het viel op dat in één boring ‘vaste basalt’ was gevonden vanaf 6 tot 11 m onder de zeebodem. De klant wilde dan ook zekerheid dat de marine aannemer het heiprobleem kon oplossen, waar ook ‘vaste basalt’ zou aangetroffen worden. Het probleem was uiteindelijk “hoeveel palen zullen de rots ontmoeten, en hoe zal men dit probleem aanpakken?”. Men kwam tot een overeenkomst en de werken werden gestart in 2005.

Bijkomend grondonderzoek Om de omvang van het boulder-probleem (boulder = geïsoleerd rotsblok) beter te beheersen, werd een campagne van geofysisch grondonderzoek gedefinieerd en uitgevoerd: Uitvoeren van een ‘sidescan’ teneinde de

omvang van de “outcrops” (uitstekende rotsblokken) te lokaliseren; Uitvoeren van een rasterwerk van “sub-bottom” profielen om een beter inzicht in de structuur van de ondergrond te verkrijgen (figuur 2 en 3); Enkele boringen om de discordanties tussen het eerste grondonderzoek en het geofysisch grondonderzoek op te heffen. Uit al deze proeven werden Isopach kaarten, die de dikte van iedere laag weergeven, opgemaakt, wat toeliet de zones waar boulders zich kunnen voordoen, af te bakenen. Dit bleek te zijn over meer dan 90% van de oppervlakte, waardoor werd aangenomen dat iedere paal 50% kans had om een boulder te bereiken.

Het boulder probleem Het probleem van de aanwezigheid van boulders is tweeledig: Hoe kan men lokale rotsblokken tijdens het heiproces doorkruisen? Dit is nodig gezien dit kan gebeuren vooraleer we de vereiste aanzetdiepte van de paal hebben bereikt, en funderen op deze rotsblok niet veilig is, gezien de omvang van deze boulder niet gekend is; Hoe kan men ervoor zorgen dat wanneer men een rotsblok, waarvan men de ligging noch de omvang kent, tijdens het heien van buispalen ontmoet zonder de paalpunt te beschadigen?

Een boulder doorkruisen Wanneer de paal een boulder raakt tijdens het heiproces, wordt het heien gestopt, de

19


Figuur 4 Under-reaming van een paal ter hoogte van een boulder

heihamer wordt van de paal afgenomen en een boorhamer met “under-reaming” mogelijkheden wordt op de paal geïnstalleerd (underreaming betekent dat de boorkop tijdens het boren het boorgat kan vergroten en verkleinen). Nadat men het rotsblok heeft doorboord met een grotere diameter dan de paal, wordt de boor verwijderd, en de geboorde opening wordt opgevuld met een mortelspecie, waarna de paal door deze mortel en verder in de grond wordt geheid. Hierdoor herstelt men de wrijvingsweerstand, waarvoor de paal ontworpen is (zie figuur 4).

Installatie van de buispalen

Een voorwaarde om deze operatie goed te doen slagen, is dat de paalpunt niet (of zeer weinig) beschadigd is, om de boorkop met zijn geringste diameterinstelling door de punt van de buispaal door te laten (zie figuur 5).

Het niet beschadigen van de paalpunt

paal en een welbepaalde hamer, ingesteld met een bepaalde energie. In dit grondmodel kan uiteraard ook een harde (rots) laag ingegeven worden. Door dit te doen, komt men tot resultaten, zoals afgebeeld in figuur 6. Deze figuur toont de resultaten voor het heien van een paal (1219 x 22 mm), geheid met een IHC S150 die ingesteld is aan 100% energie.

Volgend dilemma moet opgelost worden: Wanneer GEEN boulder ontmoet wordt, moet voldoende hard geheid worden om een diepte te bereiken waar het draagvermogen voldoet; Wanneer WEL een boulder wordt ontmoet, moet voldoende zacht geheid worden, zodat de paalpunt niet wordt beschadigd. En dit zonder op voorhand precies te kunnen bepalen waar bolders aanwezig zijn. Er dient dus een heiprocedure ontwikkeld te worden die deze tegenstrijdige vereisten verzoent.

De staalspanning loopt op tot 370 MPa bij het raken van de rots. Door analoge berekeningen te doen voor verschillende hamers met verschillende instellingen komt men tot het resultaat zoals afgebeeld in figuur 7. In deze berekeningen zijn de spanningen uniform verondersteld over de omtrek van de paal, wat uiteraard niet het geval is. De API laat heispanningen toe tot 85% van de elasticiteits-

Gebruik makend van heisoftware, zoals TNOWave, kan het heigedrag van een paal voorspeld worden (kalendering, staalspanning,…) in een grondmodel, voor een welgedefinieerde

Blows per 250 mm of penetration

Pile Stress during driving (MPa) PDPWAVE, Pile Driving Prediction

PDPWAVE, Pile Driving Prediction

Stress [MPa]

Blow count [bl/25cm] 0

100

200

300

400

200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 0

500

2

4

4

Penetration [m]

2

6 8 10 12

8 10 12

14 16

6

14

BOULDER

16

Maximum compressive stress in the pile

Figuur 5 Beschadigde paalpunt

20

Figuur 6 Heivoorspelling bij het raken van een rotsblok.



grens van het staal. De ervaring van BESIX leert dat het risico beperkt is wanneer +/- 50% van de elasticiteitsgrens van het staal niet wordt overschreden.

Het behalen van het draagvermogen van de paal (druk en trek) Uit heisimulaties ter hoogte van de verschillende locaties waar grondonderzoek aanwezig is, kan men niet alleen de spanning in de paal voorspellen, maar ook het ultieme draagvermogen. De resultaten van deze berekeningen worden dan gevalideerd door dynamische proeven op testpalen en resultaten van statische testen (druk en trek). De resultaten van dit alles bij het begin van de heiwerken in grondzone 1 zijn weergegeven in figuur 8. Naarmate de heiwerken vorderen en meer dynamische proeven beschikbaar zijn, worden deze resultaten in deze grafiek toegevoegd, zodat de nauwkeurigheid in de loop van de heiwerken verder verfijnt. In grondzone 2, waar het grondprofiel beduidend anders is, worden analoge grafieken opgesteld en gebruikt.

Figuur 7 Spanning in de paal tijdens het heien, bij het raken van een rotsblok.

Heiprocedure Door de resultaten van voorgaande berekeningen samen met andere spanningen die in de paal worden gegenereerd en de hiervoor genoemde criteria te combineren, komt men tot een heiprocedure. Uit het geofysisch onderzoek kan met voldoende nauwkeurigheid het peil van de bovenkant van de slump en van de BS (bodem van de slump) worden bepaald. Zoals men kan merken uit de in figuur 9 gegeven heiprocedure, starten we met een ‘kleinere’ hamer, om te vermijden dat de (hellende) paal onder de combinatie van buiging onder het gewicht van de hamer en de heispanningen zou plooien tijdens het heiproces. Het gaat hier namelijk om zeer lange palen (tot 70 m) die een uitkraging boven het paalframe kunnen hebben tot 35 m.

Figuur 8 Aanvaardingscriterium voor een deel van de palen (zone 1)

Figuur 9 Heiprocedure

T WEEDE CASE : S OUTH H OOK (WALES ): I MPORT LNG JETTY Een tweede voorbeeld betreft een project in UK, waar een 40 jaar oude petroleum jetty met vijf aanlegplaatsen moet gerenoveerd en verbouwd worden tot een LNG invoer jetty met twee aanlegplaatsen en met een design life van 30 jaar. De aanwezigheid van een uiterst zeldzame roze “marl” (een soort koraal) en van een speciaal soort zeegras, geven aanleiding tot de eis om de zeebodem zo weinig mogelijk te beschadigen, en dus zoveel mogelijk bestaande holle voorgespannen betonnen palen te behouden in de nieuwe structuren.


21


Figuur 10 UCS in functie van de diepte

De zeer grote variatie in de diepte van de rots, samen met de zeer grote spreiding van de UCS van de rots zorgden voor enkele bijzondere problemen in de design. Voor een analoge gescheurdheid (zelfde RQD) is het draagvermogen van rots evenredig met de sterkte (UCS). Gezien de grote spreiding, werd besloten om alle berekeningen volgens drie hypotheses uit te rekenen, zie figuur 10 (laag,

Figuur 11 UCS in functie van de diepte

gemiddeld, hoog). Heivoorspellingen zoals hierboven beschreven, gebruik makend van TNO-Wave gaven het resultaat, zoals afgebeeld in figuur 11. Uit deze figuur blijkt dat Hoog en Laag zeer goed aansluiten, maar dat Gemiddeld minder in dezelfde lijn ligt. Aan de hand van dynamische testen, gevalideerd door statische, stelden we echter voor het eerst vast dat er een beduidend verschil was tussen voorspellingen en

metingen (zie figuur 12). Wanneer we alle berekende waarden in acht nemen en erop een regressie uitvoeren (blauwe curve), stellen we vast dat we niet voldoen aan de dynamische testen: volgens de dynamische testen voldoen we slechts aan de te halen ultieme last wanneer we een hamerperformantie van 35 kJ/mm bereiken, terwijl volgens de berekeningen deze reeds bereikt wordt voor een performantie van 22 kJ/mm.

Een toemaatje: belasting op palen onder aardbeving In UK worden over het algemeen geen aardbevingen beschouwd in bouwkundige projecten. Een uitzondering echter zijn nucleaire projecten en liquid gaz projecten, waar voor het bepalen van de intensiteit van de aardbeving een return period van maar liefst 10.000 jaar wordt geëist. Onder deze voorwaarden wordt UK een gebied met aardbevingsvoorwaarden die analoog zijn aan deze in Egypte.

Figuur 12 CAP-WAP resultaten samen met berekende voorspellingen

22

Wat is dan de invloed op de ‘soil structure interaction’? Waar liquefactie mogelijk is, wordt de stijfheid van de grond gereduceerd (p-y curves voor grote verplaatsingen); Waar grondbeweging kan voorkomen, kunnen echter ook bijkomende belastingen op de palen gegenereerd worden die niet over het hoofd mogen gezien worden, nl. drukken voortkomend uit twee mogelijke fenomenen: Kinematische interactie: de vrije beweging van de grond genereert op de palen kinetische krachten. Deze krachten worden


Figuur 13 Lateral spreading

berekend aan de hand van gespecialiseerde software (Oasis ALP) door Ove Arup; Instabiliteit van onderwatertaluds samen met ‘lateral spreading’ vanwege liquefactie van de ondergrond. ‘Lateral spreading is een fenomeen dat ontstaat wanneer cohesieve lagen als ‘brokken’ glijden over een onderliggende zandlaag die liquifiëert (figuur 13).

Figuur 14 Momentenlijnen en dwarskrachtenverloop op palen (lateral spreading)

Besluit Het ontwerpen en uitvoeren van offshore structuren (op palen) vereist een nauwkeurige en gedetailleerde aanpak gesteund op ruime ervaring, om technische en financiële problemen te beheersen.

De berekeningen van de belastingen die door lateral spreading gegenereerd worden, gebeuren met de Oasis SLOPE software. De resultaten voor verschillende paaldiameters zijn afgebeeld in figuur 14. Uit deze diagramma’s kan dan een equivalente statische belasting bepaald worden, die dezelfde momenten en dwarskrachtenlijn geeft, en deze belasting kan dan in een structuurprogramma toegepast worden (zie figuur 15). Figuur 15 Equivalente belasting toegepast op één paal


23

Met beide voeten op de grond

www.besix.com

ONZE PRODUCTEN LATEN ALTIJD EEN DIEPE INDRUK ACHTER!

Uitgeverij Educom, uitgevers met passie... Of het nu gaat om een trilblok, drukmachine of ringvibrator: de innovatieve producten van Dieseko laten altijd een diepe indruk achter. Zo kunt u met onze PVE trilblokken onder de meest uiteenlopende omstandigheden optimaal presteren. U kunt er een damwand mee in de grond trillen, maar ook funderingen mee uit de grond trekken. Onze ringvibratoren maken dat u nóg efﬁciënter stalen buizen kunt trillen: met een kortere makelaar trilt u lan gere buizen. Onze drukmachines maken indruk omdat ze in staat zijn om trillingsvrij damwanden te drukken/trekken. Bent u al onder de indruk? Neem eens contact op!

Lelystraat 49 3364 AH Sliedrecht Tel. (31)-(0)184-410333 E-mail [email protected] www.dieseko.com

Uitgeverij Educom BV Mathenesserlaan 347, Rotterdam T 010 - 425 6544 [email protected] www.uitgeverijeducom.nl

!(34+)+/)(-)+: /'5342+(7() 0024.((2&((, (- %8

%+- (''97+'%)&( !(34+)+/)('(2-%/' !(+-+/)7() $%-4&0..((- %8 %+- *6(2'%%3'0/,'3+/-/-

UW PARTNER IN GEO TECHNIEK "

#"600231%/34%6(/<342(/)(/ 34%%-<#"; 1%-(/<1%-(/<#"; #"600231%/34%6(/<342(/)(/ 34%%-

www.dywidag-systems.com

De Krimpenerwaardse matras ir. W.M. ’t Hart Ballast Nedam Infra Consult + Engineering

Inleiding De huidige provinciale weg N210 tussen Krimpen a/d IJssel en Bergambacht in de Krimpenerwaard, ook wel bekend als de C.G. Roosweg, dateert uit het midden van de twintigste eeuw. Het ruim 14 km lange weggedeelte is voor het overgrote gedeelte aangelegd op een fundering van betonnen bakken op houten palen. Dit was voor die tijd een innovatieve oplossing voor een weg door een gebied met een dik, zeer samendrukbaar veen- en kleipakket. Door verschillende oorzaken voldoet de huidige constructie niet meer aan de hedendaagse (veiligheids)eisen. Derhalve heeft de Provincie Zuid-Holland besloten om over te gaan tot vernieuwing van de N210. In de tweede helft van 2006 is het project gegund aan Ballast Nedam Infra Projecten. Het ontwerpbureau van Ballast Nedam, Infra Consult + Engineering, draagt in samenwerking met Fugro Ingenieursbureau zorg voor het ontwerp.

Het project De doelstelling van het project is het realiseren van een duurzame veilige verbinding die de bereikbaarheid van de Krimpenerwaard garandeert, nu en in de toekomst, waarbij de negatieve gevolgen voor het milieu en de leefbaarheid dienen te worden geminimaliseerd. De scope van het project op hoofdlijnen is: Het ontwerpen en realiseren van een 14 km

S A M E N VAT T I N G De huidige constructie van de provinciale weg N210 tussen Krimpen a/d IJssel en Bergambacht voldoet niet meer. In een strook van 30 m aan de zuidkant wordt een nieuwe weg aangelegd met een wegfundering op een zettingsvrije met geogrids gewapende granulaat matras op geprefabriceerde betonpalen. De aanvankelijk gebruikte ontwerpmethode volgens Bush-Jenner is op basis van voortschrijdend inzicht verlaten en in plaats daarvan is de methode volgens BS 8006 gehanteerd. Met Plaxis-berekeningen is aangetoond dat het ontwerp aan de veilige kant is. Afgelopen zomer is een proefvak van 50 m lengte aangelegd, uitgerust met meetapparatuur.

lange, nieuwe verbinding tussen Krimpen a/d IJssel en Bergambacht, inclusief parallelweg voor langzaam verkeer en alle kunstwerken ten behoeve van de kruisende infrastructuur. Het onderhouden van de huidige weg tijdens de realisatie. Het beheren en onderhouden van de nieuwe verbinding gedurende 20 jaar na oplevering. Inpassen en amoveren van de overblijvende delen van de huidige verbinding. Het nieuwe tracé ligt grotendeels in een strook van 30 m aan de zuidkant van het huidige tracé (zie figuur 1).

Bodemgesteldheid De ondergrond ter plaatse van het tracé bestaat uit een Holoceen pakket van slappe lagen bestaande uit veen en (zwak zandige) klei met daaronder het Pleistocene zand. Het Pleistocene

zand is vrij grof en zwak grindig. De diepte van het Pleistocene zandpakket loopt op van ca. NAP –17 m ter plaatse van Krimpen aan den IJssel tot ca. NAP –10 m ter plaatse van Bergambacht. Het maaiveldniveau varieert van ca. NAP –1 tot –2 m. De dikte van het samendrukbare pakket varieert dus van ca. 9 tot 15 m. In tabel 1 zijn de karakteristieken van de huidige wegconstructie in relatie tot de ondergrond per perceel gegeven. In de Krimpenerwaard is sprake van een autonome bodemdaling, veroorzaakt door oxidatie (verbranding) van het veen als gevolg van blootstelling aan de lucht. Toekomstige peilverlagingen en globale opwarming hebben een katalyserend effect. In het ‘Milieueffect rapport vernieuwing N210’ d.d. augustus 2005 is de te verwachten bodemdaling aangegeven, gerelateerd aan het peilbeheer en bodemgebruik.

Km 14,35

5

6

4 3

Km 0,30

2

1

Figuur 1 Het tracé van de N210 met de onderverdeling in percelen

26


De Krimpenerwaardse matras

Figuur 2 Dwarsdoorsnede ter plaatse van km 10,220

Hieruit blijkt dat rekening dient te worden gehouden met een bodemdaling van ca. 2 mm/jaar ter plaatse van Bergambacht tot ca. 8 mm/jaar ter plaatse van polder Schuwagt (km 4,44 - 7,73).

Ontwerpkeuze Tijdens de inschrijving zijn diverse ontwerpvarianten de revue gepasseerd en beoordeeld op aanleg- en onderhoudskosten, bouwtijd en omgevingsinvloeden. Voor de hoofdrijbaan kwam de innovatieve oplossing, een wegfundering op een zettingsvrije met geogrids gewapende granulaat matras op geprefabriceerde betonpalen, als beste uit de bus. Voor de parallel rijbaan, waarvoor vanzelfsprekend minder stringente eisen zijn gesteld, is voor een meer traditionele evenwichtsconstructie met een EPS fundering gekozen. In dit artikel wordt uitsluitend ingegaan op het ontwerp van de hoofdrijbaan.

Definitief Ontwerp Hoofdrijbaan Het CUR-rapport 2002-7 “Gewapende granulaat matras op palen: toepassing, ontwerpen uitvoeringaspecten” is als uitgangspunt gebruikt. Dit CUR-rapport beschrijft een aantal empirischanalytische methodes voor de berekening van granulaat matrassen. De diverse methodes geven onderling een grote spreiding in uitkomsten van met name de optredende trekkrachten in de geowapening. De methode Bush-Jenner zit aan de optimistische kant van het spectrum en de methode volgens de British Standard 8006 zit aan de conservatieve kant. Het verschil in berekende (benodigde) trekkracht kan gemakkelijk een factor 10 belopen. Na gunning is op basis van voortschrijdend inzicht en nadere gesprekken met de diverse leveranciers besloten de voor het aanbiedingsontwerp gebruikte methode Bush-Jenner te verlaten en in plaats daarvan de methode

volgens BS 8006 toe te passen. Aangezien deze methode in tegenstelling tot Bush-Jenner slechts toepasbaar is voor een rechthoekig paalstramien, is ook het oorspronkelijk driehoekige palenstramien verlaten. De British Standard gaat voor de boogwerking in het granulaat uit van de formules van Marston voor ondergrondse buisleidingen. De geogrid(s) moeten volgens het hangmat principe (membraan model) de resterende belasting (eigengewicht matras en eventueel bovenbelasting) naar de palen afdragen. De verhouding tussen de belasting afgedragen door boogwerking en door membraanwerking is met name afhankelijk van de matrashoogte, de materiaalkeuze en de lengte van de overspanning tussen de paalkopplaten. Zoals gesteld leidt deze methode tot aanzienlijk hogere trekkrachten in de geogrids dan de methode Bush-Jenner.

Tabel 1 Karakteristieken van de weg in relatie tot de ondergrond Perceel 1A

Km 0,3-1,0

Locatie Nieuwe Tiendweg – Rotonde Carpe Diem

Huidige weg Bakconstructie op houten palen/ busstrook op betonpalen

Ondergrond Veen* en komafzettingen klei** en leem***

Hoogte huidige weg/mv polder [m NAP] -1,0 / -1,6

1B

1,0-2,5

Rotonde Carpe Diem – N474

Zandlichaam (doorpersmethode)/ busstrook op licht gewicht ophoogmateriaal Bakconstructie op houten palen

Veen* en komafzettingen klei** en leem***

1,0 / -1,6

ca. –14

Veen*, komafzettingen klei** en leem***; periodieke doorsnijding riviergeulen, gevuld met geulafzettingen van zand of klei

-0,9 / -1,6

ca. –13

Bakconstructie op houten palen

Veen* en komafzettingen klei** en leem***

-0,5/ -1,2

ca. –12

1B t/m 6 2,5-13,65

N474 – Pompstation

6

Pompstation – Bergambacht

13,65 14,35

* Formatie van Nieuwkoop (voorheen Hollandveen en Basisveen)


** Formatie van Echteld (voorheen Gorkum)

Bovenzijde zandpakket [m NAP] ca. – 14

*** Formatie van Kreftenheye

27


Figuur 3 Plaxis 3D model

de rek in de geowapening. Overeenkomstig de opgave van de leverancier is hiervoor 6% in de bruikbaarheidsgrenstoestand (BGT) en 9,5% in de uiterste grenstoestand (UGT) aangehouden. De maatgevende krachten in langsrichting zijn: 287 kN/m voor de “normale” belasting en 356 kN/m voor de calamiteiten belasting. In dwarsrichting is dit 291 kN/m respectievelijk 360 kN/m.

Toetsing met Plaxis

De British Standard schrijft een minimaal benodigde matrashoogte voor, gelijk aan de helft van de overspanning. Bij een vierkant stramien is de maatgevende overspanning L, de diagonaal tussen de paalkopplaten. L = 2 (s–a) Waarbij: L = overspanning [m] s = h.o.h. afstand [m] a = paalkopplaatafmeting [m] Uitgaande van een paalkopplaatafmeting van 0,75 m en een paal h.o.h. afstand van 2,35 m, bedraagt de maatgevende overspanning ca. 2,26 m. Hieruit volgt een minimale matrashoogte van 1,13 m (afgerond: 1,15 m). Rekening houdend met een verkanting van 2,5% over een halve wegbreedte van 11,4/2 = 5,7 m, bedraagt de matrashoogte in de as van de weg 1,3 m. Indien er sprake is van een buitenbocht, dan kan de matrashoogte lokaal aan de matrasrand oplopen tot ca. 1,45 m. Het draagvermogen van de palen is bepaald conform de Geotechniek normen NEN 6740 en NEN 6743. Er is uitgegaan van verticaal, centrisch en op druk belaste palen. Voor het bepalen van het draagvermogen van de prefab betonpalen zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd: het project is geplaatst in geotechnische categorie 2; bij de draagkrachtberekeningen is rekening

28

gehouden met het optreden van negatieve kleef langs de paalschacht ten gevolge van autonome bodemdaling (in combinatie met waterstandsverlaging). factor ξ = 0,83 (geen herverdeling en een sondeerinterval van 25 m) materiaalfactor γm;b4 = 1,1. Het hanteren van 1,1 wordt realistisch geacht, gezien de beperkte toename van de verticale vervorming (ten opzichte van de toepassing van de standaard materiaalfactor 1,25) en de voldoende veiligheid tegen verplaatsing bij bezwijken. Zeker ook, omdat het grootste deel van de vervormingen reeds in de bouwfase kan worden gerealiseerd, aangezien de constructie tijdelijk als bouwweg fungeert. De palen zijn vierkant 290 mm. Het benodigde draagvermogen Fr;net;d bedraagt 530 kN, waarbij Fr;net;d de rekenwaarde van de netto draagkracht van de paal is, rekening houdend met negatieve kleef (Fr;max;d - Fs;nk;d). Als geowapening is uiteindelijk gekozen voor één laag Fortrac R 600/50-30 T geogrid in lengterichting en voor twee lagen Stabilenka 350/50 in dwarsrichting (zie figuur 2). De geowapening werkt uniaxiaal, d.w.z. de (hoge) sterkte wordt slechts in de hoofdrichting geleverd. De capaciteit loodrecht op de hoofdrichting is gering en is in de berekeningen verwaarloosd. De maatgevende krachten in de geowapening zijn berekend overeenkomstig de formules van BS 8006. Een belangrijke input parameter bij de berekening van de membraan trekkracht is

De geometrie van de granulaat matras is in een Plaxis 3D model geschematiseerd. De Plaxis geometrie is weergegeven in figuur 3. Schematisering van uniaxiale geowapening is in Plaxis niet mogelijk. In het model is derhalve per laag geowapening een gemiddelde waarde aangehouden. De meest ongunstige situatie voor de matras is wanneer er onder de matras een spleet ontstaat en er geen directe overdracht van belasting naar de ondergrond plaatsvindt. Vanwege de autonome bodemdaling zal dit naar alle waarschijnlijkheid ook optreden. Om dit numeriek te simuleren, is direct onder de matras een fictieve laag aangebracht met een lage E-waarde. In het model zijn onderstaande faseringen toegepast: Fase 1: alleen permanente belasting Fase 2: aanbrengen reguliere verkeersbelasting van 33 kPa t.p.v. asfalt en halfverharding Fase 3: ontlasting verkeersbelasting van 33 kPa Fase 4: aanbrengen calamiteitenbelasting van 57 kPa t.p.v. asfalt en halfverharding Fase 5: ontlasting verkeersbelasting van 57 kPa. De verkeersbelasting is als statische belasting ingevoerd. De resultaten van de 3D-analyses zijn in tabel 2 opgenomen. Uit de in tabel 2 gepresenteerde resultaten blijkt dat: de optredende trekkracht in de geowapening in dwarsrichting aanzienlijk hoger is dan in lengterichting; de trekkracht nauwelijks afneemt na ontlasting; de krachten aanzienlijk lager zijn dan gevonden met de empirisch-analystische methode volgens BS 8006 (overigens zijn de krachten wel hoger dan zou volgen uit Bush-Jenner). Opgemerkt wordt nog dat door de schematise-



ring van de luchtspleet als fictief materiaal, een deel van de bovenbelasting een drukspanning in de ondergrond oplevert. In werkelijkheid zal dit niet optreden. Hierdoor zijn de berekeningsresultaten waarschijnlijk aan de optimistische kant. Op basis van de Plaxis-berekeningen kan worden gezegd dat BS 8006 inderdaad een conservatieve benadering geeft en dat het ontwerp aan de veilige kant is.

Meetvak Gezien het innovatieve karakter van het ontwerp en de omvang van het project is besloten om voorafgaand aan de echte bouw een meetvak aan te leggen van ongeveer 50 m lengte uitgerust met meetapparatuur. Voor het ontwerp zijn de volgende aspecten van belang: ontwikkeling van de boogwerking; toename van de trekkracht en kruiprek in de geowapening; verticale vervormingen van de matras ten gevolge van met name de veranderlijke belasting; horizontale vervormingen van de matras en paalfundering ter plaatse van de randen.

Figuur 4 Plaatsen van de onderste laag Fortrac plus Stabilenko

Om nader inzicht te krijgen in deze aspecten, wordt in het meetvak op twee raaien gemeten, waarbij de volgende metingen worden uitgevoerd: deformaties ter plaatse van de matras, kopplaat en paalfundering alsmede ter controle van de bestaande bakconstructie; drukken (krachten) op de palen en ondergrond; rekken (daarmee indirect de trekkrachten) in de geowapening; waterstanden. Naast het toetsen van de ontwerpaspecten biedt het maken van het meetvak een uitstekende gelegenheid om de werkmethodes te verifiëren en een stap vooruit te maken in de “learning curve” van het uitvoeringsproces.

Figuur 5 Overzicht van de aanleg van het meetvak

Tabel 2 Trekkrachten uit de 3D-PLAXIS-analyses

Maximale trekkracht [kN/m] (dwars/langs) Fase 1

Fase 2

Fase 3

Fase 4

Fase 5

Laag boven

28 / 7

32 / 9

31 / 8

34 / 11

33 / 10

Laag midden

20 / 8

24 / 12

23 / 11

28 / 14

27 / 13

20 / 10

33 / 10

30 / 10

47 / 10

39 / 10

Stand van zaken Het meetvak is in de zomermaanden van 2007 gerealiseerd (zie de figuren 4 en 5). De metingen zijn in september gestart.

Laag onder

Laag boven (aan zuidzijde) Stabilenka Laag midden (aan noordzijde) Stabilenka Laag onder Stabilenka/ Fortrac


29

Stalen Damwanden van Arcelor

Economische en innovatieve oplossingen Arcelor Commercial RPS en haar vertegenwoordiger in Nederland en België Arcelor Projects bieden U een compleet assortiment damwandprofielen: • AZ profielen, AU profielen, PU profielen • Gecombineerde wanden De volgende diensten van Arcelor staan tot uw beschikking: • • • •

Diverse constructiehallen voor klant specifieke oplossingen Het uitvoeren van haalbaarheidsstudies Het ontwerpen van damwandconstructies Advies over de installatie methode

Door onze kennis en ervaring kunnen wij U de technisch en economisch optimale oplossing bieden. Bekijk onze website voor de laatste ontwikkelingen.

Arcelor Commercial RPS s.à r.l Sheet Piling 66, rue de Luxembourg L-4221 Esch/Alzette Luxembourg Tel. +352 53 13 31 05 Fax +352 53 13 32 90 [email protected] www.arcelor.com/sheetpiling

Arcelor Projects B.V.

Arcelor Projects N.V.

Postbus 24 4780 AA Moerdijk Nederland Tel. +31 168 385 885 Fax +31 168 385 888 [email protected] www.arcelorprojects.nl

Industrielaan 2 B-3900 Overpelt België Tel. +32 11 800 890 Fax +32 11 800 895 [email protected] www.arcelorprojects.be

Ingenieursbureau Gemeentewerken Rotterdam (IGWR) realiseert grote en kleine infrastructurele projecten en verzorgt daarbij het complete geotechnisch onderzoek en advies. De Rotterdamse aanpak!

6XQBSUOFSJO SJTJDPNBOBHFNFOU

,FOOJTUPFQBTTJOH t(FP$IFDLPOBGIBOLFMJKLFUPFUTWBOVXPOUXFSQ t5PFMFWFSJOHWBOTQFDJBMJTNFJOVXHSFOTWFSMFHHFOEFQSPKFDUFO ,FOOJTPOUXJLLFMJOH t4NBSU4PJMT¥CFÕOWMPFEFOHSPOEFJHFOTDIBQQFOAPQCFTUFMMJOH t'VOEBNFOUFFM(FP$FOUSJGVHFPOEFS[PFLOBBSIFUCF[XJKLHFESBHWBOEJKLFO t0OUXJLLFMJOHWBOTPOEFFSUFDIOJFLFOWPPSHSPUF N EJFQUFOUCW XBSNUFPQTMBH

%FMGU$MVTUFSQBSUOFS

(FP%FMGU 4UJFMUKFTXFH $, %FMGU 1PTUCVT "# %FMGU 5FM 'BY JOGP!HFPEFMGUOM XXXHFPEFMGUOM

,FOOJTPOUTMVJUJOH t%FMGU(FP4ZTUFNTHFPUFDIOJTDIFTPGUXBSF t(FP#SBJOPOUTMVJUJOHWBOFSWBSJOHTFOFYQFSULFOOJT t%FMGU(FP"DBEFNZPQMFJEJOHTGBDJMJUFJU

"MT(SPPU5FDIOPMPHJTDI*OTUJUVVUIFFGU(FP%FMGUEFUBBLPNHFPUFDIOJTDIFLFOOJTUF WFSXFSWFO UFHFOFSFSFOFOVJUUFESBHFO4UFFETXFFSCMJKLUEBUEFFJHFOTDIBQQFOWBO EFPOEFSHSPOEOJFUBMMFFOEFCFMBOHSJKLTUFSJTJDPTWPSNFONBBS PPLPQUJNBMJTBUJFLBOTFO CJFEFOCJKCPVXFOTBOFSJOHTQSPKFDUFO%BBSPNJT(FP%FMGUWPPS BMMFQBSUJKFOJOEFCPVX HSBBHA1BSUOFSJOSJTJDPNBOBHFNFOU

/BUJPOBBMJOTUJUVVU WPPSHFPFOHJOFFSJOH

GEOTECHNIEK. Onafhankelijk vaktijdschrift voor het geotechnische werkveld SPECIAL GEOTECHNIEK- DAG 2007 GEOTECHNIEK: GRENZELOOS

Recommend Documents