kunst INCLUSIEF JAARGANG 15 NUMMER 2 APRIL 2011 ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR HET GEOTECHNISCHE WERKVELD KANSEN BENUTTEN MET DE OBSERVATIONAL METHOD

JAARGANG 15

NUMMER 2 APRIL 2011

ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR HET GEOTECHNISCHE WERKVELD

HET BEPALEN VAN SCHADEKANSEN TEN GEVOLGE VAN MEERDERE ZETTINGSBIJDRAGEN

KANSEN BENUTTEN MET DE OBSERVATIONAL METHOD

REGULERING VLOEISTOFDRUKKEN CRUCIAAL BIJ AANLEG HDDW

MIXED - IN - PLACE DIJKVERSTERKING PROEFPROJECT NIEUW - LEKKERLAND

I N C LU S I E F

kunst

EEN BETROUWBARE WAARDE Omegam Laboratoria is een geaccrediteerd laboratorium voor chemische, fysische en biologische analyses. Wij staan klaar met kennis, relaties, innovatie en kwaliteit. Wij zijn op zoek naar een AFDELINGSHOOFD met vakkennis op het gebied van GEOTECHNISCH, MATERIAALKUNDIG en BODEMFYSISCH ONDERZOEK. Weet je mensen te motiveren en inspireren door te coachen? Dan ligt hier een mooie uitdaging. Voor meer informatie kijk op www.omegam.nl onder ‘Over ons’. Met vragen kun je terecht bij de heer J. Tukker, Manager Productie, T +31(0)20 5976 675. Omegam Laboratoria H.J.E. Wenckebachweg 120 1096 AR Amsterdam www.omegam.nl

Van de redactie

Beste lezers, Na de mooie uitgave ter ere van de start van het 15e jaargang van het blad Geotechniek ligt voor u de 2e uitgave van dit jaar. Ook nu hebben we het genoegen u een keur van verschillende artikelen voor te leggen. Ik denk dat we er weer in geslaagd zijn om een leuke mix te maken van theoretische en praktische bijdragen. Het is goed om even stil te staan bij het fenomeen Geo-impuls. We kennen het allemaal als een ambitieus programma wat in 2009 gestart is op initiatief van Rijkswaterstaat, dienst Infrastructuur. Het programma heeft tot doel de geotechnische faalkosten in het jaar 2015 gehalveerd te hebben. Er is nog niet zo heel veel over gepubliceerd in dit blad; reden voor verandering! De komende tijd zullen artikelen over Geo-impuls geplaatst worden. Dit in navolging van de alom gewaardeerde CUR serie omtrent geotechnisch falen: een soort voorloper op de Geo-impuls serie. Het spits wordt afgebeten door Erwin de Jong over de Observational Method. Een methode die internationaal vaak wordt toegepast en ook in Eurocode 7 is beschreven, maar waar ‘we’ in Nederland soms

1

GEOT ECHNIEK – April 2011

met argusogen tegen aankijken. Toen ik het een keer voorstelde bij een groot project toe te passen, werd direct geageerd met de opmerking: ‘Dit project is te gevoelig om op basis van een beetje monitoring het project aan te vliegen. Dit voorbeeld illustreert duidelijk de onbekendheid met en misverstanden omtrent deze methode. Voor dit vakblad is de methode overigens niet helemaal nieuw. In januari 2009 publiceerden Tom Smet, Jan Maertens en Noël Huybrechts reeds over deze methode. Maar om voornoemde redenen en omdat het een essentieel onderdeel is van het Geo-imuls programma toch een nadere uitleg. Tot slot nog een aantekening bij wat we in Nederland calamiteiten en geotechnisch falen noemen. Onderstaand 2 foto’s die ik ook bij CGF cursussen aan aankomende geotechnici laat zien: de eerste is de bekende gebeurtenis bij de Vijzelgracht. De tweede is na het instorten van het Pinheiros metro station bij toepassing van de NATM methode in Sao Paulo in 2007: 7 mensen omgekomen. Ik heb het niet over de financiële gevolgen. Uiteraard wil ik de Nederlandse gebeurtenissen niet bagatelliseren en zeker niet initiatieven als Geo-impuls, maar de verschillen zijn dermate groot dat enige nuance op zijn plaats is wanneer we spreken over ‘calamiteiten’. Mocht u naar aanleiding van deze uitgave opmerkingen hebben: u kunt alles kwijt bij een lid van de redactieraad binnen uw eigen netwerk of op [email protected]. Ik wens u wederom veel leesplezier! Roel Brouwer Namens de redactie en uitgever

Hoofd- en Sub-sponsors Hoofdsponsor

Stieltjesweg 2 2628 CK Delft Tel. 088 - 335 7200

www.deltares.nl

Sub-sponsors

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

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

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

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

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

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

Industrielaan 4 B-9900 Eeklo Tel. +32 9 379 72 77 www.lameirest.be

Dywidag Systems International

Ringwade 51, 3439 LM Nieuwegein Postbus 1555, 3430 BN Nieuwegein Tel. 030 - 285 40 00 www.ballast-nedam.nl

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

Postbus 1025, 3600 BA Maarssen Tel. 030-248 6233 Fax 030-248 66 66 [email protected] www.struktonengineering.nl

INPIJN-BLOKPOEL Ingenieursbureau Kleidijk 35 3161 EK Rhoon Tel. 010 - 503 02 00 www.mosgeo.com

Geopolymeric innovations

Uretek Nederland BV Zuiveringweg 93, 8243 PE Lelystad Tel. 0320 - 256 218 www.uretek.nl

Zuidoostbeemster: 0299 - 433 316 Almelo: 0546 - 532 074 Oirschot: 0499 - 578 520 www.lankelma.nl

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

Siciliëweg 61 1045 AX Amsterdam Tel. 020-40 77 100 www.voorbijfunderingstechniek.nl

2


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

Mede-ondersteuners Arcadis Nederland BV

CRUX Engineering BV

Postbus 220 3800 AE Amersfoort Tel. 033 - 477 1000 Fax 033 - 477 2000 www.arcadis.nl

Pedro de Medinalaan 3-c 1086 XK Amsterdam Tel. 020 - 494 3070 Fax 020 - 494 3071 www.cruxbv.nl

Ingenieursbureau Amsterdam

Cofra BV

CUR Bouw & Infra

Profound BV

Royal Haskoning

Kwadrantweg 9 1042 AG Amsterdam Postbus 20694 1001 NR Amsterdam Tel. 020 - 693 45 96 Fax 020 - 694 14 57 www.cofra.nl

Postbus 420 2800 AK Gouda Tel. 0182 - 540630 Fax 0182 - 54 06 21 www.curbouweninfra.nl

Limaweg 17 2743 CB Waddinxveen Tel. 0182 - 640 964 www.profound.nl

Postbus 151 6500 AD Nijmegen Tel. 024 - 328 42 84 Fax 024 - 323 93 46 www.royalhaskoning.com

Weesperstraat 430 Postbus 12693 1100 AR Amsterdam Tel. 020 - 251 1303 Fax 020 - 251 1199 www.iba.amsterdam.nl

Jetmix BV

SBR

Postbus 25 4250 DA Werkendam Tel. 0183 - 50 56 66 Fax 0183 - 50 05 25 www.jetmix.nl

Postbus 1819 3000 BV Rotterdam Stationsplein 45 A6.016 3013 AK Rotterdam Tel. 010-206 5959 www.sbr.nl

Colofon

JAARGANG 15

NUMMER 2 APRIL 2011

ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR HET GEOTECHNISCHE WERKVELD

HET BEPALEN VAN SCHADEKANSEN TEN GEVOLGE VAN MEERDERE ZETTINGSBIJDRAGEN

KANSEN BENUTTEN MET DE OBSERVATIONAL METHOD

REGULERING VLOEISTOFDRUKKEN CRUCIAAL BIJ AANLEG HDDW

MIXED-IN-PLACE DIJKVERSTERKING PROEFPROJECT NIEUW-LEKKERLAND

INCLUSIEF

kunst

Uitgever/bladmanager Uitgeverij Educom BV R.P.H. Diederiks Redactieraad Alboom, ir. G. van Barends, prof. dr. ir. F.B.J. Brassinga, ing. H.E. Brinkgreve, dr. ir. R.B.J. Brok, ing. C.A.J.M. Brouwer, ir. J.W.R. Calster, ir. P. van

GEOTECHNIEK JAARGANG 15 – NUMMER 2 APRIL 2011

Geotechniek is een uitgave van Uitgeverij Educom BV

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

Mathenesserlaan 347 3023 GB Rotterdam Tel. 010 - 425 6544 Fax 010 - 425 7225 [email protected] www.uitgeverijeducom.nl

Cools, ir. P.M.C.B.M. Dalen, ir. J.H. van Deen, dr. J.K. van Diederiks, R.P.H. Eijgenraam, ir. A.A. Graaf, ing. H.C. van de Haasnoot, ir. J.K. Jonker, ing. A. Kant, ing. M. de Kleinjan, Ir. A. Korff, mw. ir. M. Lange, drs. G. de

Mathijssen, ir. F.A.J.M. Schippers, ing. R.J. Schouten, ir. C.P. Seters, ir. A.J. van Smienk, ing. E. Storteboom, O. Thooft, dr. ir. K. Vos, mw. ir. M. de Waal, van der Wibbens, G.

Redactie Brassinga, ing. H.E. Brouwer, ir. J.W.R. Diederiks, R.P.H. Kant, ing. M. de Korff, mw. ir. M. Thooft, dr. ir. K.

Lezersservice Adresmutaties doorgeven via ons e-mailadres: [email protected] © Copyrights Uitgeverij Educom BV - april 2011. Niets uit deze uitgave mag worden gereproduceerd met welke methode dan ook, zonder schriftelijke toestemming van de uitgever. © ISSN 1386 - 2758

Distributie van Geotechniek in België wordt mede mogelijk gemaakt door:

TIS Speciale Funderingstechnieken Info: WTCB, ir. Noël Huybrechts Lombardstraat 42, 1000 Brussel Tel. +32 2 655 77 11 [email protected] www.tis-sft.wtcb.be

3


ABEF vzw

BGGG

Belgische Vereniging Aannemers Funderingswerken Priester Cuypersstraat 3 1040 Brussel Secretariaat: [email protected]

Belgische Groepering voor Grondmechanica en Geotechniek c/o BBRI, Lozenberg 7 1932 Sint-Stevens-Woluwe [email protected]

Inhoud 1 Van de Redactie – 6 Actueel – 11 Gesignaleerd – 12 KIVI NIRIA rubriek 15 CUR Bouw & Infra – 17 SBR-info – 31 Agenda

18

26

Het bepalen van schadekansen ten gevolge van meerdere zettingsbijdragen

Kansen benutten met de Observational Method

Ir. Jaap L. Bijnagte / Ir. H.J. (Dirk) Luger

Ing. Erwin de Jong

22

32

Regulering vloeistofdrukken cruciaal bij aanleg HDDW

Mixed-in-Place dijkversterking proefproject Nieuw-Lekkerland

Ruben Rothuizen / Gijsbert Cirkel

Ing. Martin de Kant / Ir. R.M. (Mathijs) Bos / Ing. Arend Terluin

39 Geokunst

Onafhankelijk vakblad voor gebruikers van geokunststoffen

46

42

Vervormingen van geokunststoffen in een paalmatras en de daaruit volgende belastingverdeling

Ontwikkeling zelfregulerende krib Ing. Julian van Dijk / Ing. Diederik van Hogendorp / Dr. Jelmer Cleveringa

Ir. Suzanne van Eekelen / Dr.Ir. Adam Bezuijen / Ir. Herman-Jaap Lodder

5


Actueel Onder redactie van Robert Diederiks

CementEvent brengt constructeurs en architecten samen Op 12 april a.s. organiseren Uitgeverij Æneas en vakblad Cement het CementEvent in het Bimhuis in Amsterdam. Het centrale thema van de middag is ‘gezonde spanning – dialoog tussen architectuur en constructie’. Keynotespreker is Kim Nielsen, internationaal toparchitect van 3XN uit Denemarken, tevens architect van het Bimhuis. Naast Nielsen zijn er topsprekers van ABT, Arup en UNStudio. Beslissers van constructie- en architectenbureaus en de ontwerpende disciplines van bouwbedrijven en toeleveranciers die het CementEvent bezoeken, krijgen een helder beeld van hoe constructeurs en architecten succesvol kunnen samenwerken om zo de beste projecten te realiseren. Zij leren hoe elkaar te inspireren in plaats van tegen te werken.

Kim Nielsen geeft zijn visie op bouwen in Nederland. Is de relatie tussen architect en constructeur in ons land anders dan in het buitenland? En in hoeverre kunnen we daar in Nederland wat van leren? Walter Spangenberg (directeur en raadgevend ingenieur van ABT) vertelt wat dé succesfactoren zijn voor een goede samenwerking tussen constructeur en architect. Daarnaast vertellen Arjan Dingsté (senior architect UNStudio) en Jeroen Coenders (computation manager Arup) aan de hand van project Station Arnhem over hun samenwerking tijdens dit spectaculaire project. Laatste spreker is Joop Paul (directeur en raadgevend ingenieur Arup). Hij motiveert eenieder: durf over de grenzen van het vakgebied heen te kijken! Tot slot is er tijdens het CementEvent ruimte voor een echte dialoog tijdens de paneldiscussie onder leiding van Cees Kleinman, hoofdredacteur van vakblad Cement. Aan de hand van een aantal prikkelende stellingen gaan sprekers met elkaar en het publiek in discussie. Meer informatie: www.cementevent.nl.

Prijswinnaars Terre Armée-quiz InfraTech 2011 besteden wij veel zorg aan de begeleiding bij het aanbrengen van het materiaal. Pvc is in vergelijking met hout of staal veel flexibeler bij weerstand en dit vraagt om een andere manier van plaatsen, bijvoorbeeld met behulp van een heiraam. Eenmaal in de grond aangebracht demonstreert pvc haar grote voordelen, het materiaal is nagenoeg onderhoudsvrij en gaat ruim vijftig jaar mee. Hierna kunnen de pvc schermen nog tot zes keer toe worden gerecycled’.

Terre Armée heeft een succesvolle deelname achter de rug aan de drukbezochte beurs, InfraTech 2011, gehouden van 11-14 januari 2011 in Ahoy te Rotterdam. Ook deze keer konden bezoekers op de stand van Terre Armée een quiz spelen. De vragen betroffen feiten rondom deze bekende gewapende grond. Het ging erom wie het snelst de meeste vragen goed kon beantwoorden. De winnaar van de cheque van € 500 te besteden aan een goed doel, was mevrouw J. Cranen van het bedrijf IGWR. Zij beantwoordde de 10 vragen goed in een tijd van 37 seconden. Zij koos ervoor het bedrag te laten overmaken naar de CliniClowns. De winnaar van de tweede prijs, de heer A. Besemer, schonk € 125 aan de Hartstichting en € 125 aan de Stichting Kinderen Kankervrij. Op www.terrearmee.nl kunt u de quiz nog eens spelen.

Paul Hendriks, senior werkvoorbereider bij Stadsbeheer Purmerend, team Voorbereiding en Toezicht, zegt: ‘Nog steeds werken veel aannemers en ingenieursbureaus met grondstoffen als hout en staal – materiaal veel minder duurzaam dan vaak wordt gedacht. Wij stimuleren hen om kritisch na te denken over materiaal en constructie voor duurzaamheid, veiligheid en kostenefficiëntie. Met de inzet van pvc en andere kunststoffen als bouwmateriaal kunnen we ons inkoopbeleid aanzienlijk verduurzamen’. Profextru brengt de oeverbeschermingssystemen onder de naam Prolock op de markt. Deze systemen zijn een duurzaam alternatief voor hardhouten damwanden. Het gepatenteerde systeem bestaat uit zeer sterke 100% gerecyclede kunststof schermen in combinatie met onbehandelde naaldhouten palen. Het scherm keert de grond en de langere palen geven de sterkte en stijfheid aan de totale constructie.

Gemeente Purmerend zet oeverbescherming in van gerecycled pvc

Ontwikkeling rivieren en delta's beter in beeld

De gemeente Purmerend heeft gekozen voor Prolock Omega oeverbescherming van gerecycled pvc. Deze schermen zijn geproduceerd door Profextru, producent van duurzame, innovatieve oeverbeschermingssystemen van gerecycled pvc. De inzet van pvc als bouwmateriaal is flink in opmars. Pvc kan tot zes keer toe worden gerecycled en voldoet aan het cradle-to-cradle principe. Daarmee past de oeverbescherming van Profextru perfect in het duurzame en kostenefficiënte inkoopbeleid van gemeenten en overheden.

Door informatie over de ondergrond toe te voegen aan een bestaand sedimentatie-erosie model hebben onderzoekers van de TU Delft een beter beeld gekregen van hoe rivieren en delta’s zich ontwikkelen in de loop van de tijd. Een beter begrip van de wisselwerking tussen ondergrond en stromingsprocessen in een rivier-deltasysteem is van belang in de civiele techniek (deltabeheer), maar ook in de geologie (met name voor reservoirgeologen). Nathanaël Geleynse et al publiceerde hierover onlangs in Geophysical Research Letters.

Henry Hoekman, accountmanager bij Profextru: ‘Omdat gerecycled pvc voor veel uitvoerende partijen als bouwmateriaal betrekkelijk nieuw is,

MODEL Vele factoren spelen een rol in het gedrag van een rivier en bij de totstandkoming van een rivierdelta.

6


Actueel In de eerste plaats natuurlijk de rivier zelf. Wat voor materiaal neemt deze mee naar de delta; zijn dat kleine deeltjes (klei) of juist grote (zand)? Maar ook: hoe groot zijn de getijdeverschillen aan de kust en hoe hoog zijn de door de wind opgewekte golven? De onderzoekers van de TU Delft werken in dit onderzoek samen met Deltares en gebruik computermodellen van dit instituut (Delft3D software). In deze modellen wordt met een groot aantal variabelen al rekening gehouden. Geleynse et al hebben daar nu informatie over de aanwezige ondergrond aan toegevoegd. Het blijkt dat deze variabele ook een significante rol speelt bij het bepalen van het gedrag van de rivier zelf en de daaraan zeer nauw gerelateerde deltavorming. RUIMTE VOOR DE RIVIER De extra dimensie die Geleynse et al toevoegen aan het model is onder andere van belang voor deltabeheer. Als we – zoals de Deltacommissie aanbeveelt – 'Ruimte voor de Rivier' willen creëren, is het goed om te weten wat zo’n rivier met die ruimte gaat doen. Geleynse: ‘De huidige bevindingen stellen ons niet in staat om pasklare antwoorden te geven op specifieke beheersvraagstukken, de natuur is altijd weerbarstiger, maar bieden wel plausibele verklaringen voor waargenomen vormen en patronen aan het oppervlak. Het stelsel van waterlopen draagt de signatuur van de ondergrond – iets waar we ons voorheen niet zo bewust van waren. Ons model biedt volop ruimte voor verdere ontwikkeling en voor het onderzoeken van diverse scenario's in de huidige opzet’.

Figuur 1 Model-schematisatie van een rivier-kust systeem.

GEOLOGISCHE INFORMATIE Rivierbeheer gaat over korte termijn en mogelijke toekomstscenario’s. Maar het model van Geleynse et al biedt ook meer inzicht in hoe een rivier/delta zich mogelijk heeft kunnen ontwikkelen in de afgelopen duizenden jaren. Hoe zou de ondergrond er uit hebben kunnen zien, en ‘voor de olie-industrie belangrijk’ waar zou je bijvoorbeeld eventuele oliereservoirs kunnen verwachten en wat zijn hun geometrische karakteristieken? In combinatie met gegevens van een beperkt aantal boorkernen en andere plaatselijke metingen kan het model een gedetailleerder beeld geven van het betreffende gebied dan tot nog toe mogelijk was.

Figuur 2 Plattegronduitkomsten van het model voor verschillende typen sediment in de ondergrond en voor

De link tussen het ontstaan van de delta en de opbouw van de delta-ondergrond is daarnaast ook interessant voor de ingenieurs die willen gaan bouwen op die ondergrond. Wereldwijd wonenhonderden miljoenen mensen in delta's en de verwachting is dat die stedelijke delta’s alleen maar in omvang zullen toenemen.

verschillende typen waterbeweging, voor een bepaald punt in de tijd. De beginsituatie (hoogteligging) is in alle gevallen zoals voorgesteld in figuur 1. De sedimentaire samenstelling van de ondergrond langs de horizontale witte lijnen in de onderste drie figuren is weergegeven in figuur 3.

Young professionals Per 1 januari 2011 zijn twee jonge Witteveen+ Bos’ers voorzitter geworden van landelijke organisaties. Ir. J. (Joost) Hulsbos van jongNLingenieurs en ir. R. (Rob) Dijcker van Jong SKB.

Figuur 3 Uitkomsten van het model voor de sedimentaire samenstelling van de ondergrond ter plaatse van de horizontale witte lijnen in figuur 2. De beginsituatie (hoogteligging van de bodem) is weergegeven met de gestippelde zwarte lijnen. De figuur links geeft een situatie weer waar enkel zand in de ondergrond aanwezig is aan het begin van de modelsimulatie. De klei die hier zichtbaar is in de delta is derhalve door de bovenstroomse rivier aangevoerd. De figuur meest rechts geeft een situatie weer waar naast zand ook veel klei in de initiële ondergrond aanwezig is. De figuur in het midden geeft een situatie weer waarbij zand en klei meer (volumetrisch) gebalanceerd in de initiële ondergrond voorkomen. De doorgetrokken blauwe lijn geeft het berekende wateroppervlak. De lezer kijkt in benedenstroomse richting.

7


JongNLingenieurs is een netwerk voor young professionals, werkzaam bij lidbureaus van NLingenieurs. Dit netwerk is bedoeld om branchebrede ontwikkelingen te bespreken en kennis uit te wisselen. Daarnaast wil JongNLingenieurs een brug slaan naar opdrachtgevers, universiteiten en hogescholen. Joost Hulsbos, die bij Witteveen+ Bos werkt als projectleider verkenningen en planstudies, is door deze benoeming tevens lid

Actueel profiel van de jonge ingenieur van de toekomst en de aansluiting tussen opleiding en praktijk.’ De InfraTech bood een mooie kans om dieper in te gaan op de uitkomsten van het onderzoek. Van Heuven: ‘Het onderzoek is vooral bedoeld als aanzet tot verdere discussie. Wij willen de sector stimuleren om na te denken over de toekomst van het vakgebied civiele techniek, en organisaties ideeën laten uitwisselen over de ontwikkeling van een nieuwe generatie projectmanagers en civiel technische specialisten. Bovendien vind ik het belangrijk dat Jelmer weet waar de markt behoefte aan heeft, zodat wij onze trainees op de juiste manier kunnen ‘klaarstomen’ voor een toekomst in de civiele techniek.’

Rob Dijcker (l) en Joost Hulsbos (r).

van het Algemeen Bestuur van NLingenieurs. Young professionals, werkzaam op gebied van duurzame ontwikkeling van de ondergrond, hebben zich verenigd in Jong SKB. Dit netwerk verbindt overheden en marktpartijen in hun zoektocht naar vernieuwing, verbetering en verbreding van het gebruik van de ondergrond. Jong SKB wil bestaande kennis overdragen naar nieuwe generaties en faciliteert jongeren in de opbouw van een eigen netwerk. Rob Dijcker is projectleider bodem en ondergrond bij Witteveen+Bos.

‘Meer reclame voor civiele sector hard nodig’ Succesvolle paneldiscussie door Jelmer tijdens InfraTech Tijdens de InfraTech 2011 presenteerde Jelmer, de grootste aanbieder van multicompany traineeships in de civiele techniek, de resultaten van het onderzoek ‘de arbeidsmarkt in de civiele techniek’. Aansluitend organiseerde Jelmer een paneldiscussie met een aantal professionals uit de sector. ‘Voor Jelmer is het belangrijk om te weten wat er speelt in de civiele branche’, licht Ester van Heuven, directeur van Jelmer, toe. ‘De vergrijzing is natuurlijk een ‘hot topic’ in de civiele techniek, maar wat voor invloed heeft dit op de kansen voor jonge getalenteerde civiel ingenieurs? In het onderzoek hebben we professionals uit de gehele sector gevraagd naar hun mening over onder andere de ontwikkeling van het vakgebied, het

Onder leiding van Maurice van Rooijen van Rijkswaterstaat ontstond een levendige discussie tussen de panelleden: Jan Smit van Havenbedrijf Rotterdam, Pieter de Swart van gemeente Gouda, David Verspeek van Oranjewoud, Eric Hagemans van de Hogeschool Utrecht en Peter Mooij, trainee bij Jelmer. Ook het publiek kon reageren op de stellingen en werd nauw betrokken bij de discussie. Een van de onderwerpen die ter sprake kwamen was het imago van de civiele sector. De meeste panelleden waren het er over eens dat de sector wel meer ‘glamour’ kan gebruiken, en aantrekkelijker én zichtbaarder moet worden gemaakt voor scholieren op lager- en middelbaar onderwijs. Op die manier interesseer je meer jongeren voor techniek en de sector, wat de uiteindelijke instroom van civiel ingenieurs bevordert. De discussie ging vervolgens dieper in op het onderwijs. Er werd verdeeld gereageerd op de stelling ‘de opleidingen Civiele Techniek zijn niet meer wat ze geweest zijn’. Er werd onder andere genoemd dat er duidelijk een verschuiving van puur inhoudelijke kennis naar een focus op managementvaardigheden is binnen de opleidingen.

Veel meer ideeën, opmerkingen en discussiepunten passeerden de revue, en Jelmer kijkt dan ook terug op een geslaagde en leerzame bijeenkomst.

No-Dig Award voor Firma Hak Cobouw publieksprijs naar Firma De Damer Deltares wint infratech innovatieprijs In Ahoy Rotterdam heeft een vakjury tijdens de InfraNieuwjaarsbijeenkomst de InfraTech Innovatieprijs toegekend aan Deltares. De NSTT No-Dig award is uitgereikt aan de firma Hak. Het publiek stemde ook, massaal en online, op de favoriete inzending. De voorkeur ging uit naar de firma De Hamer. Deltares won de prijs in de categorie Ondergrond met ‘Versterkt Veen’, een idee dat samen met Royal Haskoning werd ingediend. Vakjury-voorzitter Ron Voskuilen prees de eenvoud van de inzending, die voorziet in een versterking van veengrond met waterglas, schuim en vliegas. Hierdoor wordt de grond geschikt als fundering voor infrastructuur. De vinding bespaart aanzienlijk op transport van grondstoffen. De InfraTech Innovatieprijs werd voor de zevende keer uitgereikt. Het doel is om innovatieve ideeën op het gebied van infrastructuur te bevorderen en te belonen. Deltares ontving de titel InfraInnovator 2011 en kon kiezen uit een promotiepakket ter waarde van € 7.500 of € 1.500 contant. Firma A. Hak ontving de NSTT No-Dig Award dank zij een opdracht die voor de Gasunie werd volbracht. Om ondergronds te kunnen boren terwijl er zo min mogelijk schade wordt toegebracht aan de omgeving ontwikkelde Hak de Direct Pipemethode. Een Pipe Truster duwt de leiding voor-

Maar dit is een positieve verandering, volgens een aantal panelleden, en past bij de huidige en toekomstige vraag naar meer projectmanagers. Uit het publiek klonken wat andere geluiden, namelijk dat techniek de basis moet blijven. Een bezoeker lichtte daarnaast toe dat we bij talentontwikkeling verder in de toekomst moeten kijken en dat het huidige onderwijssysteem daar niet goed op inspringt. De vergrijzing is een probleem waar een deel van het panel mee te maken heeft. Een van de voorbeelden die werden genoemd om te voorkomen dat kennis verloren gaat is het koppelen van senioren en junioren in organisaties. Deltares test.

8


Actueel

Ingekapselde veen-vezel.

uit, terwijl de boorkop de boorgang boort en het gruis afvoert via het inwendige van de leiding. De Cobouw publieksprijs ging naar de firma De Hamer, voor een inzending in de categorie Beton. De Hamer Betonindustrie bedacht samen met ingenieursbureau ARCADIS een innovatief fietscaisson, waarmee het mogelijk is een fietspad aan te leggen in een bermsloot, zonder de waterhuishouding aan te tasten. De Hamer ontving een cheque van Cobouw ter waarde €5.800. InfraTech 2011 stond in het teken van ‘Samenwerken in de Keten’. Het begrip infrastructuur moet daarbij worden opgevat in de ruimste zin van haar betekenis: wegen, spoor, vaarwegen, straatmeubilair, bewegwijzering, riolering, energiewinning en ICT.

Versterkt Veen – innovatief en prijswinnend concept Winnaar Vakjuryprijs op Infratech 2011 In het westen van Nederland bestaat de ondergrond voor een groot deel uit slappe lagen. Deze veengronden leveren in het bijzonder ernstige problemen op bij het aanleggen van infrastructuur en het funderen van constructies. Voor de aanleg van infrastructuur wordt in de huidige aanpak meestal het veen afgegraven en vervangen door een lichtgewicht ophoogmateriaal (bestaande uit primaire materialen). Een tweede vaak toegepaste optie is actieve consolidatie van de slappe ondergrond door ophoging met zand. In beide gevallen is het uitgangspunt dat veen niet geschikt is als draagkrachtige ondergrond. Met het concept Versterkt Veen van Deltares en Royal Haskoning wordt dit uitgangspunt verwor-

Versterkt veen.

pen. Ons doel is gebruik te maken van gebiedseigen materialen en het beperken van de toevoer van primaire bouw-/grondstoffen in het gebied voor de aanleg van infrastructuur. Het veen wordt bij deze toepassing direct als ingangsmateriaal toegepast en wordt dus onderdeel van de aan te brengen bouwstof. Aan het veen wordt een bindmiddel en waterglas toegevoegd. Afhankelijk van de toepassing kunnen hoogwaardige bindmiddelen of laagwaardige bindmiddelen (bv. vliegas) worden toegevoegd. Indien de gewenste toepassing een lichtgewicht ophoogmateriaal is dan kan er een schuim worden toegevoegd (naar analogie van de productie van schuimbeton). Dit schuim kan een biopolymeer zijn en compenseert het extra toegevoegde gewicht aan het veen. De volumieke massa van de bouwstof blijft hierdoor nagenoeg gelijk aan de volumieke massa van het oorspronkelijke veen. Het veen wordt ingekapseld in een harde, amorfe structuur die op aluminium-silicaathydraten is gebaseerd in plaats van op calciumsilicaathydraten en calcium- aluminiumhydraten. Dit laatste is het geval bij bouwmaterialen gebaseerd op cement, waarbij het energieverbruik en de CO2-uitstoot aanmerkelijk hoger ligt. Het materiaal wordt in de gewenste vorm gespoten en hardt binnen enkele uren uit tot een stevig lichtgewicht materiaal. De totale aanlegfase wordt hierdoor significant verkort, zeker in vergelijking met het alternatief ’ophogen met zand’. Bovendien zal de constructie minder onderhoud vergen dan traditionele ophoogmaterialen. Wij denken dat deze alternatieve methode voor het versterken van veen tot een lichtgewicht ophoogmateriaal, voordelen heeft ten opzichte van bovengenoemde conventionele technieken.

9


Enkele voorbeelden van deze verbeteringen zijn: – Door de toevoeging van waterglas is het mengsel direct na het toevoegen vormvast. – De negatieve invloed van humuszuren afkomstig uit het veen op de hydratatie van CaO en dus de uitharding van het bouwmateriaal, is geen issue meer. Dit is een bekend probleem bij de toepassing van cement of cement bentoniet mengsels in veengronden. – Minerale structuren gebaseerd op silicaatoxiden i.p.v. calciumoxiden zijn stabieler en hebben daardoor een langere levensduur. Of dit ook op gaat bij het gebruik van laagwaardige bindmiddelen is vooralsnog niet aangetoond. – De vezels in het veen kunnen een positieve invloed hebben op de treksterkte van het materiaal, vergelijkbaar met het toevoegen van vezels of het plaatsen van staal in beton. – Winning en transport van primaire grondstoffen wordt voorkomen (verminderd) door gebruik van gebiedseigen materiaal. – Vermindering van CO2-uitstoot bij de productie van de (hoogwaardige) bindmiddelen. – Afgegraven veen wordt ingekapseld in het funderingsmateriaal. De oxidatie van het veen, en dus vrijkomen van CO2, wordt hierdoor waarschijnlijk vertraagd. – Alternatieve laagwaardigere bindmiddelen zijn beschikbaar in de vorm van vliegassen. Dit is een reststroom van verbrandingsovens (energiecentrales). Dit levert zowel een kostenbesparing als een besparing in CO2 uitstoot op. Het doel van Deltares en Royal Haskoning is binnen twee jaar een pilotproef uit te voeren om het concept in de praktijk te toetsen. De aanlegmethode is bepalend of de oplossing in de praktijk kansrijk en concurrerend is. Ons uitgangspunt is op dit moment dat het product wordt aan-

Actueel gemaakt en aangelegd zoals schuimbeton. Alternatieve aanlegmethoden zijn echter ook mogelijk.

Uitgeverij Æneas publiceert website over Eurocode 2

Versterkt Veen is een innovatief product omdat er met gebiedseigen materiaal een hoogwaardige toepassing (lichtgewicht ophoogmateriaal) wordt gerealiseerd. De innovatie brengt zowel procesmatige als duurzaamheidsgerelateerde voordelen met zich mee (o.a. een reductie van de CO2emissie).

Uitgeverij Æneas heeft een speciale website gelanceerd over de Eurocode 2: www.eurocode2.nl. Hier is alle relevante informatie over deze nieuwe Europese norm over betonconstructies te vinden. Om de veiligheid van bouwconstructies te toetsen wordt in het nieuwe Bouwbesluit – dat naar verwachting 1 januari 2012 ingaat – verwezen naar Europese normen, de Eurocodes. Dit in plaats van de Technische Grondslagen voor Bouwconstructies (TGB’s) in het huidige Bouwbesluit. Er bestaan diverse Eurocodes, oplopend van Eurocode 0 tot Eurocode 9 (EN 1990 t/m EN 1999). Specifiek voor betonconstructies is er de Eurocode 2.

A.P. van den Berg test met grof geschut succesvol haar nieuwste diep water sondeertechnologie Offshore bodemonderzoek strekt zich uit naar steeds grotere dieptes, waar de omstandigheden voortdurend hogere eisen stellen aan de toe te passen technologie. Het systeem van A.P. van den Berg genaamd de Diep Water WISON-APB is speciaal ontwikkeld voor deze omstandigheden en wordt dit kwartaal voor het eerst in gebruik genomen door één van haar klanten. Voordat het zover is, is in februari het systeem met succes getest. Vooraf testen is standaard voor A.P. van den Berg. Op deze manier kunnen eventuele problemen voortijdig worden opgelost. De situatie op zee waarbij de apparatuur soms 3000 meter diep gaat, is voor de test in het klein nagebootst. Hiervoor werd grof geschut ingeschakeld! Een kraan heeft de apparatuur vanaf 25 meter hoogte in een 14 meter lange buis af laten dalen, waarna de apparatuur op functioneren is getest. De testresultaten waren zeer positief.

De Diep Water WISON-APB Het sondeersysteem is bedoeld voor gebruik in een boorbuis en biedt voor de klant veel voordelen. Zo maakt een multifunctioneel indruksysteem het mogelijk in een paar minuten te wisselen tussen sonderen en het nemen van grondmonsters. Een trekkracht gecompenseerde elektrisch aangedreven lier met een versterkte glasvezelkabel zorgen voor een snelle afdaling in de boorbuis tot een diepte van 3000 meter. Uiteraard is ook gezorgd voor een snelle overdracht van sondeergegevens, dat wordt gerealiseerd door de optische vezels in de glasvezelkabel. Gebruikersgemak is vanzelfsprekend ook erg belangrijk. Het Diep Water WISON-APB systeem kan gemakkelijk worden bediend vanuit twee touch screen panelen. Bij de realisatie van alle apparatuur houdt A.P. van den Berg tenslotte rekening met het milieu. Het Diep Water WISON-APB systeem is volledig afgesloten en beschermt het milieu tegen eventuele vervuiling door olie.

10


Hoewel het nieuwe Bouwbesluit nog niet is ingegaan, kunnen deze Eurocodes al geruime tijd worden gebruikt. Veel constructeurs hebben zich al verdiept in de nieuwe rekenregels. Dit leidt tot een stroom van vragen van gebruikers, bijvoorbeeld hoe bepaalde artikelen in de Eurocodes moeten worden geïnterpreteerd. De website speelt hier met waardevolle vakinformatie op in. Zo staat op www.eurocode2.nl een toelichting op de nieuwe norm, informatie over het moment dat hij ingaat en een verwijzing naar interessante vakinformatie. Belangrijk onderdeel van de site is de vraag- en antwoordrubriek. Onder de naam VARCE worden vragen uit de markt beantwoord over de Eurocode 2 door een werkgroep van de normcommissie TGB Betonconstructies. Ook kan men zelf vragen stellen. 쎲

Gesignaleerd

RandstadRail Rotterdam Architectuur en Constructie AUTEUR UITGAVE

PRIJS

H. Sijberden NAi Uitgevers i.s.m. Gemeentewerken Rotterdam ISBN 978-90-5662-796-6 € 29,50

RandstadRail is een boek dat een fascinerend inzicht biedt in de aanleg van een uniek stuk spoor. Het RandstadRail project is spraakmakend en in vele opzichten een voorbeeldproject. De publicatie RandstadRail Rotterdam vertelt het verhaal van innovatieve techniek én van de mens daarachter. In augustus 2010 werd een nieuwe lightrailverbinding tussen Rotterdam en Den Haag geopend, genaamd RandstadRail. Een nieuwe, snelle en comfortabele verbinding die er voor zorgt dat de beide steden en de tussenliggende gemeenten met elkaar zijn verbonden. Een bijna 3 kilometer

Ontdek de stadsbodem AUTEUR UITGAVE DETAILS PRIJS

Nico van der Wel TCB/Natuur Media Gebonden, 95 pagina’s, geïllustreerd ISBN 978-90-8081-585-8 € 14,50

In het rijk geïllustreerde boek Ontdek de stadsbodem, Over oude en nieuwe bodems en de diensten die ze vervullen analyseert auteur Nico van der Wel waar het aan schort bij de stadsbodem (onbekend, onbemind) en hoe het ook kan: benutten van ‘diensten’ die de bodem biedt als archeologisch archief, voor waterberging, groen & natuur en voor klimaatregulatie (verkoeling). Met voorbeelden uit veertien steden. Geen virtuele ontwerpbeelden maar uitgevoerde projecten met handen en voeten. De stadsbodem is relatief onbekend. Tot voor kort bedekten stedenbouwers de bestaande bodem met een laag zand. Funderen en draineren zonder veel acht te slaan op de bodem. De oorspronkelijke bodem komt bijna nergens nog aan de oppervlakte. Het oorspronkelijke reliëf is vaak moeilijk

11


lange tunnel onder stedelijk gebied die twee nieuw te bouwen metrostations met elkaar verbindt. De aanleg van het Rotterdamse deel van RandstadRail werd een grote uitdaging die vele facetten kent. Het rijk geïllustreerde RandstadRail Rotterdam – Architectuur en constructie biedt een fascinerende kijk op dit intensieve en innovatieve bouwproces. Met de nieuwe lightrailverbinding tussen Rotterdam en Den Haag voegt Rotterdam een nieuw hoofdstuk toe aan de verdere uitbreiding van het metronetwerk. De onalledaagse aanleg van RandstadRail geldt nu al als voorbeeld hoe moderne infrastructuur midden in de stad tot stand kan komen. Het project RandstadRail Rotterdam is gebouwd met behulp van innovatieve technieken. Voorbeeld hiervan is de vriestechniek en het tunnelboren in stedelijk gebied. Ook de architectuur van RandstadRail is bijzonder en spraakmakend. Het boek RandstadRail Rotterdam vertelt in beeld en woord dit bijzondere proces.

terug te vinden. Groen en natuur werden vaak tamelijk liefdeloos aangelegd op een opgebrachte bodemlaag. In een afgedekte zandlaag is praktisch geen bodemleven te vinden en water stroomt ervan af. Ook is de bodem soms onbemind, bij wateroverlast of verzakking. Dit boek toont een andere bodem, een veelzijdige bodem: nuttig omdat hij de stad allerlei ‘diensten’ levert. Op het gebied van water, groen of natuur, maar ook als archeologisch bodemarchief. Gebieden met een goed ontwikkelde bodem en veel groen werken bovendien verkoelend. De inbreng van de bodem in de projectplanning wordt in veertien steden en dorpen uitgewerkt. Een parkeerplaats wordt stadstuin, op een ondergrondse parkeergarage komt een waterberging, een ecologische woonwijk waar de kwaliteiten van de bodem het ontwerp sterk mede bepalen verrijst. Het boek is een pleidooi voor een veelzijdige bodem, een bodem die de stad verrijkt, water bergt, natuur en koelte ondersteunt, kortom: ons onzichtbaar en in stilte diensten levert. Bondige portretten van stedelijke projecten met veel suggesties en vuistregels. Voor wie zich wil laten inspireren.

KIVI NIRIA

Verslag ALV Geotechniek – Spoorzone Delft in transitie Op 2 februari 2011 werd in Delft een druk bezochte ledenvergadering (meer dan 50 deelnemers) met lezingen en excursie rondom de Spoorzone Delft gehouden. De Afdeling Geotechniek was voor de ALV te gast bij CrommeLijn, de combinatie die de spoortunnel realiseert.

van lesmateriaal, het bijdragen aan het GeoImpuls programma voor de werkgroep geocommunicatie en het organiseren van de Europese Jongerenconferentie EYGEC2011 in september in Rotterdam. De vergadering stemde verder in met de nieuwe bestuursamenstelling.

William van Niekerk, voorzitter van de afdeling voor Geotechniek, schetste een gezonde en actieve afdeling. In 2010 bleef het ledenaantal stabiel, wat de afdeling een sterk onderdeel maakt van KIVI NIRIA. Het jubileumfeest voor het 60 jarig bestaan was een groot succes. Ook financieel gaat het goed, de jaarlijkse inkomsten van de organisatie van de CGF cursussen en de Funderingsdag in 2010 geven de mogelijkheid om in 2011 weer activiteiten te ontplooien. In de begroting is onder andere ruimte gereserveerd voor het vernieuwen

In een drietal technische lezingen werd het project spoorzone Delft uiteengezet op het gebied van de geotechnische aspecten (Steven Delfgaauw), de verschillende typen funderingspalen (Hans Mortier) en de proeven die gedaan worden op de diepwandpanelen (Rodriaan Spruit). De impact van de aanleg van een dergelijke tunnel in de stad is natuurlijk enorm, wat de leden daarna met eigen ogen konden aanschouwen tijdens een rondleiding over de bouwplaats. Er werd een bezoekje gebracht aan het maken van

de trillingsarme VAP-palen (Voton Anker Palen) en ook het graven van de diepwanden recht voor de Phoenix sociëteit maakte veel indruk. Voor velen was de excursie niet alleen technisch interessant, maar ook een manier om te zien hoe de stad Delft nu al is veranderd. De Van Leeuwenhoeksingel en de Houttuinen zijn gesloopt. Molen de Roos wordt opgetild en de Bagijnetoren stond klaar om in het geheel te worden verplaatst. Over enkele jaren ontstaat hier een geheel nieuwe omgeving; tot die tijd is er veel interessants te zien. De afdeling komt graag nog eens terug! Ir. Mandy Korff

Voor meer informatie over het project: www.spoorzonedelft.nl

FOTO’S: ROEL BROUWER

Alle reden om lid te zijn Als aftredend lid van het bestuur van de Afdeling voor Geotechniek was dit de laatste kans voor mij om dit deel van de Kivi-Niria pagina in ons vakblad te vullen. Uiteraard blijf ik ook na mijn periode als secretaris lid van Kivi-Niria, een lidmaatschap dat voor mij onverbrekelijk is verbonden met de opleiding die ik in de jaren ’80 volgde tot ingenieur. Nu leven wij in een tijd waarin de keuze voor een opleiding tot ingenieur niet de kortste weg is tot maatschappelijk en financieel succes. Maar wat vaak komt het werk van een ingenieur slechts dan in het nieuws als er zich een ramp voltrekt. Het

verzakken van een paar, reeds behoorlijk scheef staande, rijksmonumenten bezorgen ons vakgebied weliswaar 15 minutes of fame, maar dat is de aandacht die we nu liever net niet ontvangen. Toch trekt de opleiding tot ingenieur nog altijd een flink aantal studenten, alleen al aan de TU Delft volgen momenteel een kleine 17.000 meiden en jongens hun opleiding. Volgens ir. Jeroen van der Veer, oud topman van Shell, zijn daar 3 hele goede redenen voor. Als ingenieur creëer je dingen, zaken die voor velen zichtbaar zijn en waar

12


je trots aan kunt ontlenen. Een accountant mag dan vaak werkzaam zijn in een kantoor met meer uitstraling, aan het eind van de dag is de inhoud van zijn werk niet meer dan het controleren van de cijfers die horen bij de creatieve inbreng van veelal een ingenieur. Daarnaast werken ingenieurs veelal in (multidisciplinaire) teams, een wijze van samenwerken die zowel voor de onervaren beginner als voor de ervaren rot in het vak inspirerende mogelijkheden biedt om mooie dingen te realiseren. En last but not least, de fantastische mogelijkheden die een ingenieurstitel biedt om ook inter-

KIVI NIRIA nationaal aan de slag te kunnen. Zeker ook voor ons als civiel ingenieur met een geotechnische specialisatie geldt dat men wereldwijd onder de indruk is van ons kennisniveau en onze prestaties. Als Nederlandse ingenieur wordt je dan ook overal met open armen ontvangen. Dat alle Nederlandse ingenieurs wat mij betreft lid moeten worden van Kivi-Niria wisten jullie mogelijk al. Waarom jullie nu lid moeten worden houdt verband met het bovenstaande. Als lid van de afdeling voor Geotechniek van Kivi-Niria ben je automatisch lid van de International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ISSMGE). Wereldwijd heeft deze organisatie

Aanmelden of meer informatie over KIVI NIRIA Geotechniek ? Meer informatie over de Afdeling Geotechniek: www.kiviniria.nl/geo ederlandse beroepsvereniging van en voor eid aan universiteitenof enbij hogescholen, en vormt Marty Herrmann, technisch kennisen kennissennetwerk. KIVI NIRIA Kamer Hiermee , het Koninklijk Instituut Van Ingenieurs, het TU Eindhoven ek zichtbaar in onze samenleving en ondersteunt Tel. 040-247 29 49 uitoefenen van hun belangrijke taak. Ingenieurs staan Ma t/m vrij 10 - 14 uur nnovatie, doordat zij hun technische kennis weten [email protected] behoeve van ontwikkeling in de maatschappij. Meer informatie over KIVI NIRIA: www.kiviniria.nl

bijna 20.000 leden (in Nederland bijna 800!) en de Amerikaanse voorzitter is ondanks de moeilijke politieke verhoudingen recent nog op bezoek geweest in Iran (!). De kennis die wereldwijd wordt opgedaan op geotechnisch gebied wordt gedeeld met behulp van Internationale conferenties, iedere 4 jaar een Europese conferentie (dit jaar is de XV ESSMGE in september in Athene) en iedere 4 jaar een wereldwijde conferentie (Parijs 2013). Om aan die momenten van kennisuitwisseling deel te kunnen nemen en ook om verslag te kunnen doen van de ontwikkelingen in eigen land, moet je lid zijn van de International Society. Ben je jong, onervaren en enthousiast voor ons mooie vakgebied dan zijn er ook conferenties die juist jou

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

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

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

13


als doelgroep hebben. Dit jaar zal de jaarlijkse European Young Geotechnical Engineers Conference (EYGEC) plaats vinden in Nederland. Het moment dus om in contact te komen met jonge geotechnici uit heel Europa, om van elkaar te leren, om ervaringen te delen en wellicht jouw mogelijkheden als ingenieur in het nieuwe Europa te kunnen bepalen. Voor meer informatie kijk op www.kiviniria.net/>www.kiviniria.net, ook voor het aanmelden als nieuw lid! Met vriendelijke groet, Erwin de Jong Bedrijfsleider VWS Geotechniek

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

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

FUGRO 1,- 1, 1°°°

...UW GEO-SPECIALIST UÊ UÊ UÊ UÊ UÊ UÊ UÊ

ÕÜÀ«Ê>iÊ 7}ÊiÊÕÌÌiÌÃLÕÜÊ `ÕÃÌÀliÊLÕÜÊ 7i}iÊiÊÃ«ÀiÊ "`iÀ}À`ÃÊLÕÜiÊ *«i`}iÊ /À}iÊ

Fugro Ingenieursbureau B.V. /i\ÊäÇäÊÎ£££ÎÎÎ

>\ÊvJvÕ}Ài`iÀ>`° www.fugro-nederland.nl

Risicogestuurd grondonderzoek en deskundige advisering zijn onmisbaar bij bouwen op of onder de grond!

CUR Bouw & Infra info Onder redactie van Ing. Fred Jonker

Bouwputten en funderingen Ankerpalen CUR commissie C152 Ontwerprichtlijn voor niet geheide verankeringssystemen onder onderwaterbetonvloeren is op het moment van schrijven van deze kopij vrijwel klaar met haar taak: het ontwikkelen van een CUR-Richtlijn Ankerpalen. Deze Richtlijn zal zich voornamelijk focussen op de kwaliteitsaspecten van deze uitvoeringsgevoelige funderingselementen. Naast diverse rekenregels voor de geotechnische draagkracht, de veerstijfheid en het benodigde ankerstaal, wordt met name ingegaan op het beproeven van de ankerpalen, zowel vóór als na uitvoering ervan. Aanvullend hierop wordt ook nadrukkelijk de aandacht gevestigd op de noodzakelijke registratie en beoordeling van de specifieke uitvoeringsparameters die voor ieder paalsysteem weer anders zijn. Het totaalbeeld dat met het proefbelasten en de uitvoeringscontrole wordt verkregen verhoogt niet alleen het inzicht in de kwaliteit van de ankerpalen en reduceert daarmee sterk de kans op falen, maar tegelijkertijd kunnen de resultaten goed gebruikt worden bij het optimaliseren van het uitvoeringsontwerp. Verwacht wordt dat de richtlijn in mei/juni 2011 beschikbaar komt. Meer weten: [email protected]

CUR-Aanbeveling 77 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren Bij het ontwikkelen van de CUR-richtlijn Ankerpalen bleek dat CUR-Aanbeveling 77 (verschenen in mei 2001) op een aantal onderdelen moet worden herzien om goed aan te sluiten op de CUR-richtlijn Ankerpalen en uiteraard aan te sluiten op de Eurocode. Er is door een groep deskundigen een plan van aanpak opgesteld om deze CUR-Aanbeveling te herzien. Daarbij gaat het om specifieke onderwerpen zoals: –bepaling van de veerstijfheid van de trekelementen, – weerstand van de damwand tegen indrukking, – toetsing in de korte richting in de UGT en in de BGT, – toetsing van de trekelementen, – verbinding tussen de owb-vloer en de damwand. Daarnaast zal aandacht worden besteed aan de situatie dat de ongewapende owb-vloer een definitieve constructieve functie heeft. Op dit moment wordt gewerkt aan de financiering om de herziening te realiseren. Verwacht wordt dat het project in mei/juni 2011 zal starten. Meer weten: [email protected]

Trekpalen In 2001 is CUR publicatie 2001-4 verschenen onder de titel Ontwerpregels voor trekpalen. In dat rapport is destijds al een aantal aanbevelingen gedaan voor vervolgonderzoek. Nu, 10 jaar later, is een plan opgesteld om hierin een stap verder te komen. Daarbij gaat het om de volgende items: –last-rijzingsgedrag van individuele palen en palen in een paalgroep, – trekcapaciteit en het deformatiegedrag van trekpalen in klei, – last-rijzingsgedrag van trekpalen in gelaagde grond (afwisselende zand- en kleilagen), – effect van wisselende belastingen in klei en in zand (effect op draagkracht en deformatie), – effect van dynamische belastingen op trekpalen (effect op draagkracht en deformatie). In het plan van aanpak is onderscheid gemaakt tussen praktische zaken die met de huidig beschikbare kennis op een vrij eenvoudige manier kunnen worden uitgezocht en meer fundamentele zaken, die wellicht door een AIO-er kunnen worden opgepakt. Op het moment van schrijven van deze kopij is het plan van aanpak vrijwel gereed en zijn de eerste stappen gezet om de financiering te realiseren. Meer weten: [email protected]

Binnenstedelijke kademuren In een groot aantal gemeenten binnen Nederland is sprake van de aanwezigheid van kademuren langs grachten en rivieren. In een aantal situaties gaat het om eeuwenoude constructies, waarbij sprake is van cultureel erfgoed. Voor deze kleinschalige binnenstedelijk kademuren en de infrastructuur daaromheen, ontbreekt het aan bundeling van kennis en ervaring die beschikbaar is binnen een groot aantal gemeenten. Elke gemeente ontwikkelt bijvoorbeeld een eigen veiligheidsfilosofie en –benadering en een eigen

15


beheer- en onderhoudsstrategie. Opvallend detail is dat bij het doorrekenen van bestaande oude kademuren allang sprake zou moeten zijn van bezwijken, terwijl de praktijk is dat de kademuren nog steeds functioneren, ondanks de veel hogere belastingen dan waarop ze destijds zijn ontworpen. Dat betekent dat er met de huidige ontwerpmodellen geen goede benadering is te geven van de huidige veiligheid en dus ook niet met betrekking tot beheer en onderhoud van deze kademuren. Kortom: kennis en ervaring met betrekking tot deze binnenstedelijke kademuren is erg versplinterd; bundeling ervan helpt enorm in bijvoorbeeld de gemeentelijke beheer- en onderhoudsplannen. Een nieuwe CUR-commissie Binnenstedelijke kademuren is recent gestart om alle beschikbare kennis en ervaring te bundelen. Meer weten: [email protected]

Funderingsherstel In de komende decennia zal in Nederland bij minstens ca. 200.000 woningen de fundering moeten worden hersteld. Reden is dat deze woningen op houten palen zijn gefundeerd, waarbij sprake is van matige tot ernstige aantasting als gevolg van droogstand en/of bacteriële aantasting en/of onvoldoende draagvermogen als gevolg van overmatige negatieve kleef. Daarnaast zal een onbekend aantal niet-gefundeerde woningen (fundering op staal) in klei- en veengebieden moeten worden voorzien van een nieuwe fundering. Het gaat dus om een gigantische gezamenlijke investering die in de miljarden euro’s gaat lopen. Door F3O, een organisatie voor onafhankelijk onderzoek funderingen, is recent een richtlijn opgesteld onder de titel Onderzoek en beoordeling van houten paalfunderingen onder gebouwen. Met deze richtlijn is een belangrijke eerste stap gezet. In maart jl. is een gezamenlijke CUR/SBR commissie gestart die tot doel heeft om een richtlijn te ontwikkelen voor het herstel van enerzijds funderingen op houten palen en anderzijds funderingen op staal. Deze richtlijn zal zo goed mogelijk aansluiten op de F3O-richtlijn voor funderingsonderzoek. Als eerste heeft de commissie Funderingsherstel zich gebogen over de inhoudsopgave van de richtlijn. Zodra die gezamenlijk is vastgesteld begint het ‘echte’ werk. De bedoeling is dat de richtlijn in januari 2012 beschikbaar is. Meer weten: [email protected] 쎲

SBR info

SBR bijeenkomsten Funderingen en Trillingen 17 mei: Funderingen 2011 Ook in 2011 organiseert SBR de bijeenkomst Funderingen. In het afgelopen jaar had de bijeenkomst plaats in het najaar, in 2011 zijn we terug in het voorjaar. Plaats van handeling is het inmiddels vertrouwde auditorium van het Bouwhuis in Zoetermeer. In het programma is in elk geval plaats voor de actuele discussie over de waarde van de α-factoren. De komende jaren zullen met name de leveranciers van in de grond gevormde palen op grote schaal aan de slag moeten om betrouwbare paalfactoren vast kunnen stellen. Daarnaast is de nieuwe richtlijn voor het onderzoeken van houten paalfunderingen opgenomen in het programma. Deze richtlijn vult een grote behoefte aan harmonisering van dergelijk onderzoek. Met de toenemende omvang van de schade aan houten paalfunderingen in Nederland is dit een stap in de goede richting. Zoals altijd vormt de praktijk ook een belangrijk onderdeel van het programma. In elk geval hebben we een uitleg over de monitoring van de bouwput van het Rijksmuseum. Het programma komt met medewerking van CUR en NVAF tot stand. De NVAF zal ook op de bijeenkomst aanwezig zijn. Kortom, het belooft opnieuw een buitengewoon interessant programma te worden dat voor (geotechnisch) adviesbureaus, bouwbedrijven, aannemers van funderingswerken, gemeenten en gebouwbeheerders van belang is.

8 juni: Trillingen 2011 Na een jaar te hebben overgeslagen organiseert SBR op 8 juni weer een bijeenkomst over het thema trillingen. Met de Meet- en Beoordelingsrichtlijnen Trillingen heeft SBR al jaren een belangrijke positie waar het gaat om

het monitoren en beoordelen van schade en hinder door trillingen. Dat bleek ook de laatste bijeenkomst in 2009 toen maar liefst 150 deelnemers de bijeenkomsten bezochten. Dit jaar aandacht voor de invloed van trillingen op mensen en gebouwen. Vanuit verschillende hoeken wordt betoogd dat de grenswaarden in de richtlijnen anders kunnen. Is het wenselijk de grenswaarden te verhogen? Welke trillingen kan een gebouw eigenlijk weerstaan? Naar schatting een miljoen mensen hebben hinder van trillingen, maar wat doen trillingen met mensen? Trillingen zijn in de huidige regelgeving niet opgenomen. Intussen hebben we Eurocodes, die binnenkort opgenomen gaan worden in de regelgeving, via een verwijzing vanuit het Bouwbesluit. In een bijdrage zal uit de doeken worden gedaan wat er mogelijkerwijs verandert. Een mogelijk onderbelicht onderwerp vormt de invloed van trillingen op de functie van het gebouw. In één van de praktijkcases wordt ingegaan op de bijzondere maatregelen bij trillingen in de omgeving van een museum. De bijeenkomst Trillingen 2011 is een aanrader voor een ieder die in zijn dagelijkse praktijk met schade en hinder te maken krijgt als bouw- of infrabedrijf, toezichthoudende of directievoerende organisatie, projectontwikkelingsbedrijf of gebouwbeheerder. Zie voor het volledige programma van deze bijeenkomsten: www.sbr.nl/agenda 1

17


Het bepalen van schadekansen ten gevolge van meerdere zettingsbijdragen Introductie In het verleden hebben diverse auteurs criteria opgesteld die verband leggen tussen schade aan gebouwen enerzijds en verschilzettingen, rotatieverschillen en horizontale rek van de fundering anderzijds. Voorbeelden hiervan zijn o.a. Burland & Wroth (1974) en Boscardin & Cording (1989). Deze criteria worden toegepast om het optreden en de mate van schade aan een gebouw ten gevolge van het gedrag van de fundering bij verschillende belastingen te voorspellen. Hierbij wordt in het algemeen een deterministische methode gebruikt: de zettingen en, indien van toepassing, de horizontale rek worden berekend waarna, aan de hand van geaccepteerde criteria, de te verwachten schade wordt bepaald. Voor analyse van één of enkele gebouwen is dit een passende aanpak. Indien het echter een groter gebied met meerdere gebouwen betreft waarvoor het effect van een regionale maatregel, zoals een waterpeilverlaging, moet worden beoordeeld verdient een probabilistische aanpak de voorkeur. Het is dan immers praktisch ondoenlijk om alle panden die in het betreffende gebied aanwezig zijn apart te onderzoeken en analyseren. Dit artikel beschrijft een probabilistische aanpak die het mogelijk maakt de bijdrage van verschillende effecten aan de kans op resulterende schade te splitsen. Het model is ontwikkeld ten behoeve van de gaswinning in Groningen (Slochteren). Ten gevolge van de gaswinning is er sprake van bodemdaling over een groot gebied. Om de bestaande drooglegging te handhaven is het nodig dat waterpeilen in

kanalen en polders in de tijd worden aangepast aan de nieuwe bodemligging. Omdat de bodemdaling een soort schotelvorm bezit is het vaak ook nodig om nieuwe compartimenten aan te leggen en nieuwe deelgebieden te maken. Vooral aan de randen van de deelgebieden zal in en aantal gevallen een geringe verandering in drooglegging moeten worden geaccepteerd. Het probabilistische model dat in dit artikel wordt beschreven is ontwikkeld om het effect te analyseren dat een waterpeilverandering heeft op de kans van optreden van cosmetische of zelfs constructieve schade. Voor het bepalen van de omvang van de eventuele schade is uitgegaan van de criteria van Boscardin & Cording 1989, zoals weergegeven in tabel 1. Tabel 1 Schadecriteria gerelateerd aan hoekverdraaiingsverschil Schadeklasse Hoekverdraaiingsverschil δθ Zeer licht (cosmetische schade) 1/1000 < δθ <1/600 Matig tot ernstig

1/600 < δθ <1/300 1/300 < δθ <1/150

Zeer ernstig (constructieve schade)

1/150 < δθ

Licht

Probabilistisch schademodel In figuur 1 is een schematische weergave gegeven van een staalfundering met 3 puntlasten. De drie belastingen F kunnen worden gekarakteriseerd door hun gemiddelde µF en standaardafwijking σF. Op vergelijkbare wijze kan de funderingsstijfheid k worden gekarakteriseerd door haar gemiddelde µk en standaardafwijking σk. In de literatuur wordt voor de verplaatsing soms Δ

Ir. Jaap L. Bijnagte Deltares

Ir. H.J. (Dirk) Luger Deltares

gebruikt en soms δ. In dit artikel wordt Δ gebruikt voor de zakking en δ voor een verschil (afhankelijk van het subscript voor zakking of rotatie). Voor de zakking (Δ i = F i/ki) is de gemiddelde waarde µΔi : (1) Met behulp van de 1st order 2nd moment (FOSM) benadering wordt voor de standaardafwijking van de zetting Δ gevonden: (2) Uit de drie zakkingen Δ van figuur 1 kunnen de rotaties (hoekverdraaiingen) θ1 en θ2 worden bepaald volgens: θ1=(Δ2-Δ1)/L1 en θ2=(Δ3-Δ2)/L2. Hoewel bij gelijke verwachtingswaarden van F1, F2 en F3 respectievelijk k1, k2 en k3 de verwachtingswaarde van de rotatie µθ gelijk is aan nul is de standaardafwijking van de rotatie σθ duidelijk niet gelijk aan nul. In dit artikel wordt schade, zoals algemeen gebruikelijk is – zie ook Boscardin & Cording, 1989 – gerelateerd aan de relatieve rotatie of het hoekverdraaiingsverschil δθ (= θ1 - θ2). Bij gelijke lengte van de twee secties van het gebouw, (L1 en L2 zijn beiden gelijk aan L), geeft dit een hoekverdraaiingsverschil δθ gelijk aan: (3) De gemiddelde waarde van δθ is gelijk aan nul aangezien op voorhand overal dezelfde zetting wordt verwacht. De standaard afwijking is echter niet gelijk aan nul, en de FOSM methode geeft hiervoor (uitgaande van onafhankelijkheid van krachten en veerstijfheden):

(4) Dit is een algemene formule die ook toepasbaar is indien op de drie locaties sprake is van verschillende standaardafwijkingen σΔ. Voor een statistisch homogene fundering is één waarde van σΔ voldoende (σΔ = σΔ1 = σΔ2 = σΔ3). Dit geeft:

Figuur 1 – Een gebouw met twee secties met verschilzakkingen.

18


Samenvatting Met behulp van een eenvoudig probabilistisch model kan de bijdrage van verschillende factoren op de totale kans op schade aan gebouwen worden bepaald. Het model is getoetst aan de praktijk en blijkt goede resultaten te geven.

(5) Combinatie van vergelijkingen 2 en 5 met gebruik van de variatiecoëfficiënt V = σ/µ geeft: (6) Een schadecriterium voor δθ is een gegeven aantal standaardafwijkingen boven en onder het gemiddelde (µδθ = 0); er is dan sprake van een te bolle of te holle vorm van de fundering. De kans op schade (f2L) in een gebouw, dat bestaat uit twee secties met en lengte L, is dan gedefinieerd door de kans dat de optredende verschilrotatie tussen de twee secties δθ de lage (negatieve) waarde van het vervormingscriterium (δθ) onderschrijdt, of de hoge (positieve) waarde overschrijdt.

Figuur 2 – Verschilzakkingen bij een gebouw met vier secties.

Gebouwlengte Vergelijking 6 is toepasbaar om de kans op schade te bepalen voor een gebouw dat bestaat uit twee secties die beiden een lengte L hebben. Als het gebouw bestaat uit meer dan twee secties kan een verschilrotatie, en dus schade, zich ontwikkelen op elke overgang tussen secties. Het aantal secties waarin een gebouw wordt onderverdeeld is niet arbitrair. Als het gebouw gefundeerd is op 5 discrete funderingspoeren is een verdeling zoals weergegeven in figuur 2 logisch. Voor een meer continue fundering kan de fundering in veel kleine secties worden verdeeld. Een kleinere waarde voor L en een groter aantal mogelijke schadelocaties lijkt een grotere kans op het optreden van schade. Het hier beschreven statistische model gaat er echter vanuit dat de individuele ondersteuningen alle kunnen worden gekarakteriseerd door hetzelfde gemiddelde en dezelfde standaard afwijking, zonder correlatie tussen aangrenzende ondersteuningen. Voor twee posities die dicht bij elkaar liggen zorgen de correlatie tussen de stijfheden en de mogelijkheid van het overdragen van belasting van het ene funderingsdeel naar het andere voor een compensatie van dit effect. Een geaccepteerde aanpak [o.a. Boscardin & Cording] is daarom het relateren van de minimum sectielengte L aan de hoogte van het gebouw H. In dit geval is de hoogte van het gebouw, met een minimum lengte van 5 m, gehanteerd als karakteristieke lengte L. Het resultaat is dat er voor een gebouw met een totale lengte gelijk aan LT zich op (LT/H – 1) locaties een hoekverdraaiing kan ontwikkelen. Als elk van deze locaties een kans op schade heeft van f2L resulteert dit in een totale kans op schade voor het gehele gebouw gelijk aan: (7)

door een continuum verend ondersteunde ligger.

Voorbeeld Beschouw een gebouw dat kan worden geschematiseerd tot vier secties, ieder met lengte L = 6 m. Elke oplegging wordt belast met een last F met een gemiddelde waarde µF = 400 kN en VF = 0.1 en heeft een stijfheid k met µk = 20000 kN/m en Vk = 0.1. De gemiddelde zakking Δ is µΔ = µF / µk = 400/20000 = 0.02 m. De standaard afwijking van δθ wordt verkregen met vergelijking 6:

De mogelijkheid van het gebouw om belastingen

te herverdelen wordt buiten beschouwing gelaten. Belastingen op aangrenzende locaties worden als ongecorreleerd beschouwd. Stijfheden van de grond op aangrenzende locaties worden als ongecorreleerd beschouwd. Dit is conservatief omdat er ten minste enige correlatie is, onder meer doordat diepere bodemlagen de belasting van naburige secties voelen.

(8)

Een (positieve of negatieve) hoekverdraaiing die groter is dan ±1/300 (of ±0.00333) is 0.00333/ 0.00115 = 2.89 standaardafwijkingen van het gemiddelde (wat gelijk is aan nul). Als absolute waarden van hoekverdraaiingsverschillen groter dan 1/300 overeenkomen met serieuze schade volgt uit een standaard normale verdeling dat de kans op zulke schade voor iedere individuele overgang tussen twee secties (f2L) gelijk aan of kleiner is dan 0.39 %. Het vierdelige gebouw dat hier wordt beschouwd bevat 3 overgangen en daarom is de kans op schade dat ergens in het gebouw de verschilrotatie groter is dan 1/300 volgens vergelijking 8 gelijk aan:

(9)

Beperkingen van het model Het hier gepresenteerde model is een vereenvoudiging van de werkelijkheid. Enkele van de belangrijkste vereenvoudigingen zijn: Gebouwbelastingen en grondveren zijn gemodelleerd als discrete veren terwijl in werkelijkheid de fundering zich vaak zal gedragen als een

19


Het model moet dus worden gezien als een eerste stap in de richting van een systematische probabilistische benadering van schade ten gevolge van zettingen en niet als de ultieme analyse methode. De auteurs zijn van mening dat het model dusdanig eenvoudig van opzet is dat aanpassingen voor specifieke omstandigheden, bijvoorbeeld voor extra vormen van belastingen of bijdragen aan grondverplaatsingen die het gebouw beïnvloeden, op eenvoudige wijze kunnen worden toegevoegd.

Bijdragen aan gebouwzetting De methode is ontwikkeld als antwoord op vragen omtrent de bijdrage van verschillende mechanismen op de schade aan gebouwen in gebieden in Noord Nederland die aan zakking onderhevig zijn ten gevolge van gaswinning. Hoewel de nadruk ligt op het effect van een verandering in grondwaterpeil, zijn ook andere bijdragen, zowel van nabij als vanuit ‘het verre veld’ benoemd: 1. Verdeling tussen initiële en in de tijd optredende zetting. 2. Niet gelijkmatig verdeelde belasting en/of kwaliteit van de fundering. 3. Zettingen ten gevolge van nabijgelegen constructies of bovenbelastingen.

4. Oxidatie van veenlagen. 5. Diepe samendrukking van het gas reservoir.

Ad 1 Een interessant aspect betreft het deel van de zettingen dat zich ontwikkelt tijdens de bouw, aangezien die vroege vervormingen tijdens de bouw kunnen worden opgenomen en niet hoeven te leiden tot schade. Om dit in rekening te brengen is een zettingsratio geïntroduceerd. Deze factor is gedefinieerd als het deel van de zettingen dat zich gedurende de bouw ontwikkelt en niet bijdraagt aan het ontstaan van schade, gedeeld door de totale zetting. Ad 2 De kwaliteit van de fundering is in rekening gebracht door de variatiecoëfficiënt van zowel de belasting als de stijfheid voor goede funderingen te verkleinen en voor slechte te vergroten. Hierop wordt verder in het artikel nader ingegaan. Ad 3 Dit aspect wordt hier niet nader beschouwd. Ad 4 Oxidatie van veenlagen heeft een groter effect omdat de variatie in veeneigenschappen lokaal zeer sterk kan zijn. In deze studie betreft de invloed van oxidatie vrijwel altijd alleen de onverzadigde toplagen van de bodem. Deze bevinden zich meestal boven het funderingsniveau en spelen daarom geen rol bij het ontwikkelen van schade. Ad 5 Aangezien oppervlakte-effecten van compactie van de diepe gasreservoirs in Nederland in ruimte en tijd erg geleidelijk verlopen is dit niet relevant voor schade aan gebouwen. De zettingsverschillen die dit oplevert op gebouwschaal zijn daarvoor te gering.

forme in plaats van lokale belasting) volgt dat de daarbij horende stijfheid K van de grond verschilt van de stijfheid k van de funderingselementen. De zakking ten gevolge van de grondwaterstandverandering (ΔP = P/K) wordt opgeteld bij de zetting ten gevolge van het eigen gewicht van het gebouw (ΔF = F/k). Stijvere gebieden in de ondergrond zullen hierbij hogere waarden van k en K opleveren. Om de totale zetting te bepalen wordt opnieuw de FOSM benadering toegepast maar nu wordt rekening gehouden met de correlatie tussen k en K op dezelfde locatie, zie hiervoor bijvoorbeeld (Ang & Tang 1975). De verwachte totale zakking en de bijbehorende standaardafwijking zijn hiervoor: (12)

(13) Het laatste deel van vergelijking 13 beschrijft de bijdrage van de correlatie tussen de stijfheid van de fundering voor het gebouwgewicht en de stijfheid van de grond voor veranderingen in grondwaterniveau. De correlatiecoëfficiënt (ρ) kan varieren tussen 1 voor een volledig gecorreleerd geval en 0 (voor een volledig ongecorreleerd geval). De standaardafwijking van het rotatieverschil δθ volgt uit invullen van vergelijking 13 in vergelijking 5:

(14) Voor elk van deze factoren kan de bijdrage aan de totale en de verschilzettingen worden bepaald met de FOSM methode. Voor sommige factoren, zoals de interne herverdeling van belasting, nabijgelegen constructies en ongelijkmatige bijdragen van factoren ‘in het verre veld’ is het gemiddelde van de extra relatieve rotatie ongelijk aan nul. Zolang er geen correlatie bestaat tussen de verschillende zettingsbijdragen op een te beschouwen punt van het gebouw kan de verwachten totale zetting eenvoudig worden bepaald door de gemiddelde waarden van de bijdragen op te tellen terwijl voor het kwadraat van de standaard afwijking eveneens opgeteld kan worden: (10, 11)

Effect van verandering in waterniveau Om de bijdrage van een verandering in waterniveau aan de totale kans op schade te bepalen moeten de bovenstaande formules worden aangepast. Een grondwaterniveau-aanpassing veroorzaakt een verandering in de effectieve vertikale spanningen in de grond (P). Aangezien het belastingspatroon anders is (uni-

Toetsing in de praktijk De eerste stap met betrekking tot validatie van de hier gepresenteerde benadering heeft bestaan uit het toepassen van de theorie op een gebied in Noord Nederland in de buurt van een kanaal waar wordt overwogen een waterpeil verandering toe te passen. Het gebied bestaat uit samendrukbare lagen boven zandige afzettingen. Op basis van verschillende schadepatronen en aanwezige bodemopbouw zijn drie huizen geselecteerd die als representatief kunnen worden beschouwd voor het gebied. Per pand zijn twee funderingsinspecties uitgevoerd en door middel van sonderingen en peilbuizen zijn grond- en grondwaterprofielen opgesteld. Gebaseerd op het gewicht van de woningen zijn eerst op deterministische wijze de funderingszettingen bepaald. Vervolgens is de variatie in de conuswaarden gebruikt voor het bepalen van de funderingsstijfheden k voor de onderzochte locaties. Dat levert dus ook meteen de variatie in de k op. Met behulp van deze gegevens is vervolgens bovenstaande theorie toegepast. Daarbij werd gevonden dat de schadepercentages zoals gegeven

20


door de theorie de juiste orde van grootte bezitten in vergelijking met de aanwezige schade. Zo levert een verschilzakking van 100 mm een kans van 80% op voor het optreden van lichte schade terwijl een verschilzakking van 1 mm een te verwaarlozen kans geeft op lichte schade. Hoewel verdere validatie aan te bevelen is voordat de methode algemeen wordt toegepast lijkt de methodiek toepasbaar voor huizen in het onderzochte gebied van Nederland. Bij de terreininspecties bleek overigens dat er een aanzienlijk verschil bestond tussen de aangenomen staat van de gebouwen en hun funderingen en de feitelijke situatie. Zo was een deel van een muur van een woning op palen gefundeerd terwijl de algemene opinie was dat in het hele dorp geen enkele paalfundering aanwezig zou zijn. Op een andere locatie is een slecht aangelegde staalfundering aangetroffen waar zo weinig cement was toegepast dat stenen vrijwel los op elkaar lagen en lokaal zelfs gaten aanwezig waren. Tevens was ongeveer 0,2 m veen aanwezig direct onder het funderingsniveau. Dergelijke afwijkingen kunnen blijkbaar worden verwacht bij het beoordelen van het gedrag van een grote groep gebouwen. Individuele panden zullen vaak afwijken van het ‘ideale gemiddelde’ gebouw. Voor het voorspellen van het gedrag van een grotere hoeveelheid gebouwen moet dus een extra toevalseffect worden toegevoegd om afwijkingen aan de funderingen in rekening te kunnen brengen. Op dit moment is niet aan te geven hoe groot dit effect is. Gezien de ervaringen bij Oude Pekela is dit erg gebiedsafhankelijk. Indien uit inspectie van de algehele staat van panden in een groter gebied blijkt dat er onverwachte variaties in schadebeelden aanwezig zijn kan het uitvoeren van funderingsonderzoek zinnig dan wel noodzakelijk zijn. Dit moet per gebied worden beoordeeld.

Toelaatbare verandering in kanaalpeil De methode is tevens toegepast om de toelaatbaarheid van een peilverandering te bepalen in een gebied met slappe tot zeer slappe grond (Deltares 2008). Bij de studie zijn huizen geanalyseerd tussen een kanaaldijk en een lager gelegen poldersloot. Een verandering in waterniveau in het kanaal heeft, na enige tijd, een verandering in grondwaterniveau onder het gebouw tot gevolg. De situatie is weergegeven in figuur 3. In deze studie is de variatie van de geometrische parameters niet zuiver probabilistisch uitgevoerd maar is gebruik gemaakt van een bovengrens, gemiddelde en een ondergrens waarde. De afstand van het gebouw tot het kanaal, de stijfheid van de bodem, de kwaliteit van de fundering en de verhouding tussen de intreeweerstand en de horizontale

BEPAL EN SCHADEK ANSEN DOOR MEERDERE ZET TINGSBIJDRAG EN

doorlatendheid naar de sloot zijn gevarieerd. De kwaliteit van de fundering is in rekening gebracht door de variatiecoëfficiënt van zowel de belasting als de stijfheid voor goede funderingen te verkleinen en voor slechte te vergroten. Verondersteld wordt dat een slechte fundering een 25 % hogere, en een goede fundering een 25 % lagere funderingsdruk heeft. De gebruikte waarden zijn weergegeven in tabel 2. Deze waarden zijn zodanig gekozen dat ze min of meer overeenkomen met de variatie in zetting volgens de NEN normen. De toegepaste waarden voor de overige parameters zijn weergegeven in tabel 3. De C in deze tabel is de samendrukkingsconstante van Koppejan.

Figuur 3 De dwarsdoorsnede die gebruikt is in de kanaalpeilstudie. De berekeningsresultaten van een karakteristiek geval zijn weergegeven in tabel 4. Hieruit blijkt dat de toename in de kans op schade, bij een peilverlaging van 50 mm, vrijwel verwaarloosbaar is. Dit is in overeenstemming met de verwachting, aangezien de toename in gronddruk ten gevolge van de waterpeilverlaging niet groter is dan de toename van gronddruk die het gevolg is van het aanbrengen van een betegeling voor een terras. Een dergelijke kleine verandering mag voor een gebouw in een normale staat niet resulteren in een grote toename van de kans op schade. Opgemerkt moet worden dat de zettingen ten gevolge van het gebouwgewicht voor de gevallen met een lage bodemstijfheid (samendrukkingsconstante van 10) circa 0,2 m bedragen. Dergelijke zettingen zullen in het algemeen niet acceptabel zijn en nieuwe gebouwen zullen bij een dergelijke grondgesteldheid niet op staal worden gefundeerd. Bij zo’n slappe bodem resulteert toepassen van de hier gepresenteerde methode in een kans tot maximaal 93% op zeer lichte schade (scheuren tot 1 mm breed). Dit bevestigt dat dergelijke grote initiële zettingen niet acceptabel zijn. Dat voor deze gevallen een geringe toename van de kans op lichte schade wordt gevonden is niet vreemd.

Conclusies

Dankwoord

In dit artikel wordt een methodiek gepresenteerd waarmee de kans op het optreden van schade aan gebouwen kan worden bepaald ten gevolge het gecombineerde effect van verschillende zettingsbijdragen. Met behulp van de FOSM benadering is een duidelijke, kwantificeerbare en uitbreidbare formule afgeleid voor de voorspelling van verschilrotaties binnen gebouwen. Voorspelde schadeniveaus gebaseerd op de relatie tussen hoekverdraaiing en schade (Boscardin & Cording 1989) aan de ene kant en waargenomen schade aan de andere kant vertonen een goede overeenkomst. Voor zover bekend bij de auteurs is de toepassing van deze methode voor waterbeheer in zakkingsgebieden nieuw. Eerste vergelijkingen met veldgegevens zijn bemoedigend. Toepassen van de methode lijkt daarom geschikt voor de juiste selectie van eventuele peilaanpassingen en gebouwschade. Ten tijde van het schrijven van dit artikel wordt een aanvullende studie uitgevoerd waarbij de hier gepresenteerde methodiek wordt toegepast op een groter gebied.

De resultaten gepresenteerd in dit artikel vormen een deel van het resultaat van een studie die gefinancierd is door de Commissie Bodemdaling door Aardgaswinning.

Tabel 2 Factoren voor kwaliteit fundering Kwaliteit fundering Funderingsdruk Verandering ȖF /ȖFNormaal in ȜF /ȖF

Verandering in ȜK /ȖK

Goed Normaal Slecht

- 0,025 +0,000 +0,025

0,75 1,0 1,25

- 0,025 +0,000 +0,025

Tabel 3 Geometrie, stijfheid en zakkingsratio Variabele Afstand Samendrukkings[m] constante C [-] Laag Gemiddeld Hoog

1 10 50

10 20 40

21

Referenties – Ang, A. H-S. & Tang W.H. 1975: Probability Concepts in Engineering Planning and Design, Vol I – Basic Principles John Wiley & Sons, New York. – Boscardin, M.D.& Cording E.J. 1989: Building response to excavation-induced settlement J. Geotech.Eng., Vol. 115, No. 1, January 1989. – Burland, M.D.& Wroth, C.P. 1974: Settlement of buildings and associated damage Proc. Conf. on Settlement of Structures, Pentech Press, London, England, pp. 611-654. – Deltares 2007: Onderzoek effecten peilverlaging Oude Pekela ref 414942-0012, Delft, The Netherlands. – Deltares 2008: Toelaatbaarheid 50 mm relatieve peilverlaging ref 414943-0005, Delft, The Netherlands.

Tabel 4 Toename kans op lichte schade (scheuren tot 5 mm) bij een waterpeilverlaging van 50 mm en een zakkingsratio van 0,8 Afstand tot oever (X3) [m] Samendrukkingsconstante C

1 Kwaliteit fundering

10

50

Toename kans op schade [%]

10

Slecht

3,20

2,82

10

Matig

2,42

1,97

1,09 0,52

10

Goed

1,08

0,75

0,09

20

Slecht

0,46

0,28

0,01

Zakkingsratio [-]

20

Matig

0,08

0,04

0,00

20

Goed

0,00

0,00

0,00

0,0 0,8

40

Slecht

0,00

0,00

0,00

40

Matig

0,00

0,00

0,00

40

Goed

0,00

0,00

0,00


Regulering vloeistofdrukken cruciaal bij aanleg HDDW

Ruben Rothuizen Visser & Smit Hanab

Gijsbert Cirkel KWR Watercycle Research Institute

het boorgat ingetrokken en is de HDD-boring voltooid. Directe instorting van het boorgat na plaatsing van de leiding is hierbij niet noodzakelijk en vanuit het oogpunt van boorrisico zelfs onwenselijk. In de praktijk wordt aangenomen dat het boorgat binnen enkele dagen na aanleg van de leiding instort.

Figuur 1 Intrekken van de mantelbuis tijdens de pilot in Nieuwegein.

De voordelen die horizontale putten bieden ten opzichte van conventionele verticale putten en drains, maken HDDW voor specifieke toepassingen interessant. Zo kunnen er dunne watervoerende lagen aangeboord worden, is een grotere capaciteit mogelijk en is het filter goed regenereerbaar. Belangrijke toepassingen zijn winning van drink- en industriewater, saneringen, WKO, verziltingbestrijding en inname van door de zeebodem gefiltreerd zeewater voor ontziltingsinstallaties [1]. Meer geotechnisch van belang is de mogelijkheid om door het ellipsvormige verlagingspatroon efficiënt waterspanningen te verlagen onder (bestaande) constructies, bouwputten en grondlichamen. Verder is uit de IJkdijk experimenten [3] gebleken dat het kunnen controleren van de waterstroom in of onder een dijklichaam een positief effect heeft op de macrostabiliteit van de dijk. Met HDDW kan met zeer beperkte vergravingsschade een filter worden geplaatst, waarmee gericht gestuurd kan worden op de waterspanning in het betreffende grondlichaam. Dit in tegenstelling tot gangbare technieken zoals grindkoffers in de teen van de dijk. Bij een verhoogde waterspanning kan water onttrokken worden (en

bijvoorbeeld piping of verweking worden voorkomen) en bij een verlaagde waterspanning kan water geïnfiltreerd worden. Het laatste kan bij veendijken mogelijk de kans op bezwijken reduceren. Door een druk- en temperatuur meetsysteem in de HDDW aan te leggen, kan de waterspanning in de dijk online gemonitord worden en op de juiste tijden gestart worden met het infiltreren of onttrekken van water. Dijken zijn uiteraard cruciaal voor de veiligheid van Nederland. Boren in dijken wordt daarom logischerwijs zoveel mogelijk vermeden. Doordat bij een HDDW het boorgat volledig wordt opgevuld met zand zijn de zettingen in de dijk minimaal en kan het stoppen van het piping proces of verweking van de dijk opwegen tegen het eventuele boorrisico.

Aanlegmethode Een reguliere HDD-boring bestaat uit een pilotboring, waarbij een boorgat met een kleine diameter gemaakt wordt. Boorvloeistof wordt tijdens de pilot het boorgat ingespoten, zodat het boorgat stabiel blijft en losgeboord materiaal afgevoerd wordt. Zodra deze succesvol is verlopen, wordt het boorgat geruimd. Dit houdt in dat het boorgat met een ruimer wordt vergroot tot de gewenste diameter. Tenslotte wordt de leiding

22


De aanleg van een onttrekkings- of infiltratieput door middel van HDD stelt extra eisen aan de uitvoering ten opzichte van een reguliere HDDboring: Filters zijn vaak kwetsbaar en moeten met een beschermende mantelbuis worden aangebracht Deze mantelbuis moet na het intrekken weer uit het boorgat getrokken worden, waarbij de filterbuis in het boorgat blijft liggen. Na het boren moet de boorspoeling uit het filtertraject verwijderd worden om de doorlatendheid van de bodem tot op het oorspronkelijke niveau te herstellen. Rond het filter moet een omstorting worden aangebracht (natuurlijk of kunstmatig) om instroom van fijn zand te voorkomen. Bij toepassingen voor drinkwatervoorziening mogen er geen pathogene micro-organismen in contact komen met de put en mogen geen bacteriologische groei bevorderende stoffen worden gebruikt. In dit artikel wordt uitgegaan van bentoniet als boorvloeistof. Organische (biologisch afbreekbare) boorvloeistoffen zijn ook getest, maar zijn voor drinkwatertoepassingen ongeschikt, omdat toepassing van deze stoffen sterke bacteriegroei kan veroorzaken. Om een functionerend filter te verkrijgen is het zaak om al tijdens het uittrekken van de mantelbuis zoveel mogelijk bentoniet uit het boorgat te verwijderen en de opgebouwde filtercake (afpleistering van de boorgatwand) te beschadigen. Hiervoor is een speciale kop met messen ontworpen die aan het uiteinde van de mantelbuis is gemonteerd. Laboratoriumproeven hebben aangetoond dat zodra er water (met een dispergeermiddel) door

Samenvatting Horizontal Directional Drilled Wells (HDDW) is een innovatieve methode om horizontaal onttrekkings- of infiltratieputten aan te leggen. De afgelopen vier jaar heeft een consortium bestaande uit Brabant Water, IF Technology, KWR Watercycle Research Institute, TU Delft, Visser & Smit Hanab, Vitens, Waternet en Wavin, de HDDW techniek ontwikkeld. De ontwikkeling van HDDW is financieel mogelijk gemaakt door een InnoWator subsidie verstrekt door Agentschap NL.

initiële beschadigingen in de filtercake kan stromen, dit het proces van bentonietverwijdering sterk versnelt. Als de filtercake instabiel wordt zal het boorgat instorten en kan het dispergeermiddel goed in contact komen met de overgebleven resten boorspoeling. Door hoge druk jetten en met hoge capaciteit afpompen wordt de gedispergeerde bentoniet vervolgens uit de formatie rond het filter verwijderd. Naast de messen zijn er keringen bevestigd op de ontworpen kop, die de bentoniet tijdens het uittrekken het boorgat uitduwen en ervoor zorgen dat er geen bentoniet of zand tussen de filterbuis en mantelbuis kan stromen. Dit laatste is noodzakelijk om vastlopen en daarmee schade aan het filter te voorkomen. Tenslotte is de boorkop uitgerust met nozzles waarmee water met dispergeermiddel in het nog openstaande boorgat wordt gespoten. De destabilisatie van de boorgatwand zorgt ervoor dat het boorgat snel kan instorten achter de uitgetrokken mantelbuis. De combinatie van de messen, keringen en toegepaste dispergent zorgen ervoor dat tijdens het uittrekken van de mantelbuis, het grootste deel van de bentoniet uit het boorgat wordt verwijderd en de filtercake efficiënt beschadigd wordt. Na het verwijderen van de fijne zandfractie en de overgebleven bentoniet uit de omringende grond door hogedruk jetten en onder hoge capaciteit afpompen, kan het filter zijn maximale capaciteit bereiken. Het verwijderen van de fijne zandfractie (bijv. < M50) resulteert in een geleidelijke overgang van grof zand rondom het filter naar het oorspronkelijke formatiemateriaal. Het creëren van een dergelijke ‘natuurlijke omstorting’ zorgt voor: grotere filtercapaciteit, minder zandlevering, verlaagde stroomsnelheden, minder kans op putverstopping.

Na een breed scala aan lab- en veldproeven is in maart 2010 een succesvolle pilotproef uitgevoerd in Nieuwegein [2]. Tijdens deze pilot is een complex systeem van vloeistofdrukken geconstateerd door ondermeer het gebruik van een mantelbuis. Vooraf is hier onvoldoende rekening mee gehouden. Door een tijdige constatering en het komen tot een degelijke oplossing in het veld is de aanleg van de HDDW succesvol afgerond. In het voorliggende artikel wordt nader ingegaan op de aanlegmethode van horizontale putfilters door middel van HDD.

in de annulus rond het filter ingebracht. Hiervoor zijn twee methoden ontwikkeld, die beide zorgen voor een controleerbaar gevuld boorgat: Prefab omstorting. Hierbij wordt voor het intrekken een laag zand om de filterbuis heen geplakt. Hierna wordt de filterbuis inclusief prefab omstorting in het boorgat getrokken. In situ omstorting. Hierbij wordt tijdens het uittrekken van de mantelbuis een zand-water mengsel in de nog openstaande annulus tussen filter en boorgatwand ingespoten. Het opvullen van het boorgat tijdens het uittrekken van de mantelbuis wordt normaliter niet toegepast bij HDD-boringen. Dit voorkomt echter wel instorting van het boorgat en kan in zettingsgevoelige gebieden als binnensteden, (spoor)wegen of dijklichamen grote voordelen opleveren ten opzichte van reguliere HDD-boringen.

Druk rond kop mantelbuis tijdens pilot Tijdens een eerste proef is de filterbuis gebroken doordat er zand tussen de mantelbuis en de filterbuis instroomde, wat resulteerde in een verhoogde wrijvingsweerstand en vastlopen van de filterbuis. Na evaluatie van de boring is geconcludeerd dat het evenwicht van de druk die de verschillende vloeistoffen (water en bentoniet) in de omgeving van de kop van de mantelbuis uitoefenen, zeer gevoelig en complex is. Een schematisch overzicht van de boring met als detail de verschillende drukken rond de kop van de mantelIR-beeld: net boven IR-beeld: voor IR beeld: voor eerste lekkage de lekkage tweede lekkage

Een alternatieve methode om een geleidelijke overgang rond het filter te maken is door het aanbrengen van een kunstmatige omstorting. Hierbij wordt niet de fijne zandfractie uit de omringende grond verwijderd, maar wordt zand met een grotere korreldiameter dan het omringende zand

buis is weergegeven in figuur 2 en 3. Een analyse van de optredende drukken rond de kop van de mantelbuis is gegeven in scenario 1 van het kader. Hieruit blijkt dat de stijghoogte in de bentoniet in de annulus rond de mantelbuis (φb) maximaal 3,0 m hoger ligt dan de stijghoogte rond de kop van de mantelbuis (φm;i). Door dit drukverschil kan het bentoniet-zand mengsel vanuit de annulus rond de mantelbuis over de keringen stromen richting het vrijgekomen filter. Dit kan vervolgens leiden tot terugstroom van bentoniet en zand in de ruimte tussen de mantel- en filterbuis. Bovendien kan de met de uitstroom van bentoniet gepaard gaande drukdaling in de annulus rond de mantelbuis leiden tot vroegtijdige instorting van het boorgat en het vastlopen van de mantelbuis. Bij deze berekening is uitgegaan dat de bij de nozzles opgebouwde druk volledig wordt omgezet in stroomsnelheid van het water en het drukverhogende effect van de nozzles hiermee verwaarloosd mag worden. Om dit scenario bij de volgende boring te voorkomen zijn er maatregelen opgesteld, waardoor het evenwicht van drukken rond de kop van de mantelbuis beter gereguleerd kan worden. De eerste maatregel is het plaatsen van een overloop op de filterbuis. Door deze overloop op 3,60 m+NAP te plaatsen kan de stijghoogte in de mantelbuis verhoogd worden met ongeveer 3,1 m. Hiermee wordt het drukverschil over de keringen opgeIR beeld: tussen twee lekkages

Figuur 2 Detail van het boorgat bij de kop van de mantelbuis. De gedefinieerde drukken zijn φb (stijghoogte in bentoniet in annulus), φm;u (stijghoogte in de mantelbuis aan de uittredezijde) en φm;i (stijghoogte in de mantelbuis aan de intrede-zijde). Het boorgat is ingestort rond de filterbuis, nadat de mantelbuis is uitgetrokken.

23


φm;i = φ4 – φ7 = 0,50 + 0,94 = 1,44 m = 0,50 m+NAP

Stijghoogte berekeningen De druk is op drie plaatsen gedefinieerd: stijghoogte in de bentoniet: φb stijghoogte in de ruimte voor de mantelbuis rond het vrijgekomen filter: φm;i stijghoogte in de mantelbuis voor de binnenste keringen: φm;u

Uitgangspunten voor de berekening Maaiveld uittredepunt Maaiveld intredepunt Bentoniet niveau mudpit uittredepunt Max. waterniveau mudpit intredepunt Max. hoogte stijgleiding intredepunt Slootniveau/schijngrondwaterspiegel Stijghoogte watervoerend pakket Max hoogte mantelbuis op rollenstellen Max diepte boring Soortelijk gewicht boorspoeling Soortelijk gewicht water

φ1 φ2 φ3 φ4 φ5 φ6 φ7 φ8 φ9 ρb ρw

= = = = = = = = = = =

1,26 m+NAP 0,50 m+NAP 0,76 m+NAP 0,50 m+NAP 3,10 m+NAP 0,33 m-NAP 0,94 m-NAP 3,36 m+NAP 10,20 m-NAP 1259 kg/m3 1000 kg/m3

Scenario 1: geen maatregelen De stijghoogte in de bentoniet (φb) wordt bepaald door het bentonietpeil in de mudpit en het verschil in dichtheid tussen bentoniet in water: φb = ( ρb / ρw ) * ( φ3 – φ7 ) + ( φ9 – φ7 ) * ( ( ρb - ρw ) / ρw ) = (1259 / 1000) * (0,76 + 0,94) + (10,20 – 0,94) * ( (1259 – 1000) / 1000 ) = 4,54 m = 3,60 m+NAP De stijghoogte in de ruimte rond het vrijgekomen filter (φm;i) t.g.v. het maximale waterpeil in de mudpit aan intredezijde is:

heven en zal geen bentoniet meer over de keringen stromen. De tweede maatregel is het opleiden van de mantelbuis aan de uittredezijde tot een maximale hoogte van 3,36 m+NAP en het toevoegen van water. Met het verhogen van de mantelbuis aan de uittredezijde en het daar toevoegen van water is het mogelijk een uitwaartse stroming te handhaven over de binnenste keringen. Hiermee wordt instroming van bentoniet en zand voorkomen. Om de uitwaartse stroming te garanderen is een drukverschil over de binnenste borstels noodzakelijk (φm;u – φm;i > 0). De hoogte van de overloop van de filterbuis aan de intredezijde mag hierdoor niet hoger zijn dan 3,36 m+NAP. Rekening houdend met een foutenmarge van ongeveer 25 cm, is gekozen voor een overloop tot 3,10 m+NAP. Hiermee wordt de kans op instroming van water met dispergeermiddel in de annulus rond de mantelbuis, wat kan leiden tot destabilisatie van het boorgat en vastlopen van de mantelbuis, geminimaliseerd. Dit houdt echter wel in dat mogelijk bentoniet over de buitenste keringen gaat stromen richting de ruimte rond het vrijgekomen fil-

Opmerking hierbij is dat om deze stijghoogte te garanderen constant water aangevoerd moet worden in de mudpit, omdat anders de stijghoogte in de mantelbuis gelijk wordt aan de stijghoogte in het watervoerend pakket. Dit houdt in dat er verschil in stijghoogte van 3,10 m is. Dit kan resulteren in een stroming van bentoniet over de buitenste keringen en daaruit volgend een stroming van bentoniet tussen de filter- en mantelbuis in.

Scenario 2: overloop en toevoeging van water aan de mantelbuis, boorgat open De stijghoogte in de bentoniet blijft hetzelfde als bij scenario 1. Het stijghoogteverschil over de keringen in de mantelbuis wordt bepaald door de overloop aan de uittredezijde en het maximale mudpit niveau aan de intredezijde. φm;i = φ4 – φ7 = 0,50 + 0,94 = 1,44 m = 0,50 m+NAP φm;u = φ8 – φ7 = 3,36 + 0,94 = 4,30 m = 3,36 m+NAP

Scenario 3 (ideale scenario): overloop en toevoeging water aan de mantelbuis, boorgat ingestort De stijghoogte in de bentoniet blijft hetzelfde als bij scenario 1 en 2. Het stijghoogteverschil over de keringen in de mantelbuis wordt bepaald door de overloop aan zowel de intrede- als de uittredezijde. Er ontstaat een stroming, doordat de stijghoogte aan de uittredezijde hoger ligt dan aan de intredezijde. φm;i = φ5 – φ7 = 3,15 + 0,94 = 4,09 m = 3,15 m+NAP φm;u = φ8 – φ7 = 3,36 + 0,94 = 4,30 m = 3,36 m+NAP Het verschil in stijghoogte tussen de mantelbuis en de bentoniet is nu teruggebracht tot 0,35 m. Aangenomen wordt dat dit drukverschil kan worden opgevangen door de keringen.

ter. Het hierdoor ontstane afbreukrisico wordt echter acceptabel geacht. Het effect van de maatregelen zijn voor twee situaties doorgerekend. De situaties zijn: (1) een open boorgat en (2) de ideale situatie met een ingestort boorgat achter de mantelbuis. De berekeningen voor deze situaties zijn opgenomen in het kader als scenario 2 en 3. In het geval van een open boorgat is de annulus tussen filter en boorgatwand de weg van de minste weerstand en zal aan de uittredezijde toegediend water door de annulus stromen en niet over de overloop. Hierdoor kan de maximale stijghoogte aan de intredezijde niet worden verhoogd tot 3,10 m+NAP, maar is deze beperkt tot het maximale niveau van de mudpit. Door het grotere stijghoogteverschil tussen in- en uittredezijde zal de uitstroom over de binnenste keringen wel worden vergroot. De kans op instroming van bentoniet en zand over de binnenste keringen en daardoor het vastlopen van de filterbuis is hierdoor minimaal. De kans op vroegtijdig instorten van het boorgat neemt door het verminderen van de

24


bentonietdruk in de annulus rond de mantelbuis echter sterk toe. Op basis van bestaande ervaringen met HDD boringen is de kans op het niet instorten van het boorgat als klein ingeschat. De genomen maatregelen, zijn een compromis tussen het minimaliseren van de bentonietstroom over de buitenste borstels, het voorkomen van instroom van water met dispergeermiddel richting de annulus rond de mantelbuis en het voorkomen van instroom van een bentoniet-zand mengsel over de binnenste keringen.Bij de uiteindelijk uitvoering bleek het boorgat tegen de verwachting in niet geheel in te storten achter de mantelbuis (scenario 2), waardoor het risico op vastlopen van de mantelbuis toenam. In de toekomst zal de annulus tussen boorgatwand en stijgbuis preventief worden opgevuld om voldoende drukopbouw mogelijk te maken. Door analyse van in het veld geconstateerde problemen is door middel van enkele eenvoudige berekeningen tot passende maatregelen gekomen. De HDDW is na toepassing van de maatregelen met succes aangelegd in Nieuwegein.

REGULERING VLOEISTOFDRUKKEN CRUCIAALBIJ AANLEG HDDW

Figuur 3 Schematische dwarsdoorsnede van de boring met de verschillende stijghoogtes.

Conclusie Bij de aanleg van een HDDW filter is het belangrijk om rekening te houden met de verschillende vloeistofdrukken rond de kop van de mantelbuis. Zonder passende maatregelen kan er zand tussen de mantel- en filterbuis terecht komen, wat resulteert in schade en mogelijk breken van de filterbuis. Door het complexe systeem van vloeistofdrukken ter plaatse van de boring te analyseren, is tot een oplossing gekomen, waarbij nog wel

rekening gehouden dient te worden met het al dan niet instorten van het boorgat achter de mantelbuis en een minimale stroom van bentoniet over de buitenste keringen. Ervaring leert dat een boorgat instort wanneer dit niet gewenst is en vice versa. Door het creëren van een stroming over de binnenste keringen is voorkomen dat er zand en bentoniet tussen de mantel- en filterbuis terecht kan komen. www.hddw.nl

Literatuur [1] Rothuizen, R.D. en Cirkel, D.G. (2010). Horizontal Directional Drilled Wells – HDDW: Nieuwe techniek voor horizontale filters. Civiele Techniek, 65-7, pp 30-32. [2] Rambags, F., Cirkel, D.G., van der Hoeven, I., Pittens, B. en van der Wens, P. (2010). Doorbraak met geslaagde horizontaal gestuurd geboorde put. H2O, 2010, Nr. 17, pp 9-11. [3] Stichting IJkdijk, www.ijkdijk.nl.

Robuust ontwerpen met meer rendement

Kansen benutten met de Observational Method

Inleiding

Nieuwe kennis voor Geo-Engineering in 2015;

Het Geo-Impuls programma is een initiatief van Rijkswaterstaat, Dienst Infrastructuur (RWS-DI). Uit een interne analyse van RWS-DI was gebleken dat de faalkosten verbonden aan projecten in veel gevallen waren terug te voeren op de ondergrond. Om het percentage aan de ondergrond verbonden faalkosten met 50% te verlagen is samenwerking met de gehele sector noodzakelijk, mede omdat RWS tegenwoordig het markt-tenzij principe hanteert. Tijdens een startbijeenkomst in het LEF innovatiecentrum van Rijkswaterstaat te Utrecht hebben vertegenwoordigers van overheden, aannemers, ingenieursbureaus en kennisinstituten hun medewerking toegezegd voor het realiseren van het geformuleerde doel.

Ondanks het hoge percentage van schadegevallen waarbij de nadruk ligt op het niet benutten van bestaande kennis blijven er nog voldoende witte vlekken over in de Geotechniek. De nadruk ligt op kennis van de ondergrond, kennis van wat we in de grond maken en het lange termijn gedrag van constructies en ondergrond; Managen van verwachtingen; Het verbeteren van het imago van de geotechniek en het helder communiceren van geotechnische risico’s met de omgeving / het publiek.

Het programma Geo-Impuls bestaat uit 12 deelprojecten die gezamenlijk ervoor moeten zorgen dat de doelstelling wordt bereikt. De 12 deelprojecten zijn het resultaat van een aantal sessies die in het eerste halfjaar van 2009 zijn gehouden waarbij met behulp van deskundigen prioriteiten zijn vastgesteld. De deelprojecten zijn onder te verdelen naar 5 hoofdthema’s:

Werkgroep 10 draagt bij aan de ambitieuze doelstelling van Geo-Impuls door de ontwerpmethode Observational Method onder de aandacht te brengen van opdrachtgevers, ontwerpers en aannemers. Deze ontwerpmethode combineert risico gestuurd ontwerpen met een optimale monitoring tijdens de uitvoering, waardoor de kans op falen sterk wordt gereduceerd. Het streven van deze werkgroep is om in Nederland praktijkervaring met de methode op te doen door het uitvoeren van minimaal één voorbeeldproject.

De Observational Method Geo-Engineering in contracten; Hoe krijgen

geotechnische risico’s een plaats in contracten, hoe worden deze risico’s verdeeld tussen opdrachtgever (OG) en opdrachtnemer (ON) en hoe wordt de geotechnische expertise van de ON gewogen bij de besteding; Toepassen en delen van bestaande kennis en ervaring; Volgens van Tol [1] is in 60 tot 80% van de schadegevallen bij bouwputten sprake van het niet benutten van bestaande kennis; Kwaliteit van Ontwerp en Uitvoeringsprocessen; Uiteindelijk gaat het natuurlijk om kwaliteit, bij het ontwerp, in de uitvoering, maar vooral ook bij de interactie tussen ontwerp en uitvoering. In de traditionele verhoudingen van een (niet inhoudelijk deskundige) opdrachtgever, een extern ingenieursbureau en een aannemer is sprake van een wel haast niet te overbruggen kloof, zoals onder andere is vastgesteld in CUR rapport 227 Leren van geotechnisch falen [2];

Bij de vertaling van EN-1997-1 Eurocode 7: Geotechnical design – Part 1: General rules [3], is paragraaf 2.7 Obervational Method vertaald met Observatie methode. Hoewel deze vertaling in letterlijke zin juist is dekt deze toch niet geheel de lading. De Observational Method is een ontwerpmethode waarbij de onzekerheid ten aanzien van gedrag en modellering van de ondergrond niet wordt gecompenseerd met de traditionele veiligheidsfactoren, maar met het monitoren van het gedrag gedurende de werkzaamheden. In combinatie met scenario denken, waarbij voor nagenoeg alle onzekere gebeurtenissen een reactiemaatregel is voorzien, kan bij toepassing van de Observational Method het gewenste betrouwbaarheidsniveau worden bereikt. Aangezien uitsluitend die maatregelen worden genomen die op basis van de monitoring noodzakelijk blijken te zijn, is de Observational Method

26


Ing. Erwin de Jong VWS Geotechniek Mede-trekker Werkgroep 10 Geo-Impuls

niet alleen een betrouwbare methodiek, zij is bovendien kosteneffectief. Indien de onzekerheid ten aanzien van gedrag en modellering groot is biedt de Observational Method de mogelijkheid het project te realiseren zonder dat vooraf de volledige benodigde veiligheid rekentechnisch (dus inclusief onzekerheden) is gewaarborgd. Natuurlijk moet wel worden aangetoond dat maatregelen zijn voorbereid die een te laag betrouwbaarheidsniveau compenseren als de monitoring hiertoe aanleiding geeft. Ook moeten de maatregelen snel genoeg kunnen worden geïmplementeerd. De Observational Method biedt dus kansen, zowel om projecten te realiseren die zich op de grens bevinden van wat wij geotechnici normaliter kunnen modelleren, als ook voor projecten die tegen lagere kosten gerealiseerd kunnen worden door de sterkte van de ondergrond optimaal en veilig te benutten.

Historisch overzicht Zoals op basis van de vermelding in Eurocode 7 al geconcludeerd kan worden, is de Observational Method geen nieuwe methode. Algemeen wordt de Rankine-lezing van Ralph Peck in 1969 [4] gezien als de eerste keer dat het principe van deze ontwerpmethode is beschreven. Feitelijk is de methode veel ouder, wellicht is deze wijze van ontwerpen zelfs te beschrijven als de oervorm van het maken van ontwerpen. Een voorbeeld dat ons als Nederlanders wellicht het meest aanspreekt zijn de funderingsontwerpen uit de Gouden Eeuw. Houten heipalen werden al toegepast door de Romeinen. De enorme boom in economische activiteit in de 16e eeuw resulteerde ook in een grotere behoefte aan betrouwbare funderingen, in dit geval de juiste lengte van de toe te passen houten palen. Zeker als lokale ervaring ontbrak was het de gewoonte om proefpalen van verschillende lengte te heien en op basis van de kalender vast te stellen wat de benodigde lengte van de palen was. Monitoring van het gedrag bij het heien van de proefpalen was dus essentieel voor het aantonen van de betrouwbaarheid van de funderingsconstructie. Een te lage kalender werd

Samenvatting In 2009 is door opdrachtgevers, opdrachtnemers, kennisinstellingen en ingenieursbureau’s uit de gww sector het programma Geo-Impuls gestart dat de geotechnische faalkosten in het jaar 2015 met 50% moet reduceren. Eén van de initiatieven betreft het onder de aandacht brengen van de Observational Method, een ontwerpmethode die het mogelijk maakt de kansen die de ondergrond biedt

gecompenseerd door een langere paal te gebruiken, bij een (te) hoge kalender werd het resterende deel van de paal afgezaagd en het heiwerk met kortere palen voortgezet. Zo werd ook het gebruik van te lange palen voorkomen en een economisch optimum bereikt. De beschrijving van de methode die Peck gaf in 1969 gaat uit van 3 belangrijke principes: Het basis ontwerp dient gebaseerd te zijn op de meest waarschijnlijke omstandigheden, dat wil zeggen rekenen met gemiddelde en representatieve parameters; De methode mag alleen worden toegepast als er geen risico bestaat op bros bezwijken, met andere woorden het gedrag van de constructie moet gemonitoord kunnen worden en er moet tijd zijn om mitigerende maatregelen te kunnen uitvoeren; Er moet gewerkt worden volgens een strikt aan te houden stappenplan; onvoorziene wijzigingen doorvoeren tijdens de uitvoering is in beginsel niet toegestaan. Peck maakt ook onderscheid in projecten waarbij vanaf de start deze werkwijze gevolgd wordt en projecten waarin na de nodige problemen de Observational Method wordt toegepast om het werk succesvol te voltooien (best way out).

op een verantwoorde wijze te benutten. Dit artikel geeft allereerst een eerste introductie van het Geo-Impuls programma, waarna dieper ingegaan zal worden op de Observational Method. Een uitgebreider achtergrondartikel over het programma als geheel zal gepubliceerd worden in een volgende Geotechniek.

Tot in de jaren ’90 blijft de aandacht voor de mogelijkheden van de Observational Method beperkt. De meest waarschijnlijk verklaring hiervoor is gelegen in het ontbreken van geavanceerde rekenmodellen en voldoende snel registrerende meetapparatuur. De ontwikkeling op het gebied van de automatisering van ontwerpberekeningen en data processing leiden tot een hernieuwde interesse. Ten opzichte van de principes van Peck komt met name Powderham [5] met een aantal aanpassingen, waarbij het uitgangspunt van een basis ontwerp op basis van gemiddelde parameters wordt verlaten. Door uit te gaan van een basis ontwerp met parameters met een geaccepteerd risiconiveau wordt verondersteld dat de monitoringsresultaten vooral in een bijstelling in gunstige zin zullen resulteren. De nadruk komt daarbij te liggen op het realiseren van besparingen ten opzichte van het oorspronkelijk ontwerp, een methode die daarmee minder risicovol is. In figuur 1 is het verschil in uitgangspunt voor het basis ontwerp grafisch weergegeven. In 1999 is CIRIA rapport 185 [6] verschenen, waarin de volgende, Engelstalige, definitie van de Observational Method is opgenomen: ‘The Observational Method in ground engineering is a continuous, managed, integrated, process of design, construction control, monitoring and review

that enables previously defined modifications to be incorporated during or after construction as appropriate. All these aspects have to be demonstrably robust. The objective is to achieve greater overall economy without compromising safety.’ Dit principe blijken we in de praktijk regelmatig toe te passen, vaak zonder dat we het beseffen. De doelstelling van werkgroep 10 is deze aanpak breed in de bouw te kunnen toepassen. Ondanks dat duidelijke voordelen te behalen zijn gaat deze verbreding toch niet vanzelf. De werkgroep onderzocht de oorzaken hiervan door middel van een enquête.

Enquête naar ervaringen met de Observational Method In het kader van de hoofddoelstelling van GeoImpuls ligt de nadruk van alle Geo-Impuls werkgroepen op de mogelijkheden om geotechnisch falen in projecten te reduceren. De werkgroep die zich bezighoudt met de Observational Method streeft dit doel na door middel van het propageren van deze ontwerpmethode en het realiseren van projecten conform deze werkwijze. De werkgroep is gestart met een enquête, naar de bekendheid van de Observational Method onder participanten van Geo-Impuls. Op de vraag ‘Hoe bent u bekend met de Observational Method?’ kwam de volgende respons:

Nooit van gehoord. Ik ken de term, maar heb er zelf niets mee te maken gehad.

0% 23%

Ik ben met de methode vanuit de literatuur/tijdschriften bekend.

60%

Ik ben er goed mee bekend en heb ervaring met de toepassing.

Figuur 1 – Parameterkeuze bij toepassing Observational Method.

27


17%

De ervaringen met de toepassing zijn dus nog weinig talrijk. Op zoek naar de oorzaak van het feit dat de Observational Method in Nederland nog maar mondjesmaat wordt toegepast blijkt dat onbekendheid met de methode een hoofdoorzaak is. Daarnaast worden problemen verwacht bij het verlenen van (bouw)vergunningen en ook bij de aanbesteding van projecten. Het gunnen van een opdracht op basis van prijs is per definitie niet te combineren met de toepassing van de Observational Method vanwege de onzekerheid van de

uiteindelijke wijze waarop het project gerealiseerd zal worden en de kosten die daarmee gemoeid zijn. Vanuit het buitenland, met name het Verenigd Koninkrijk, zijn diverse cases beschreven waarin de Observational Method is toegepast. Het zwaartepunt in de toepassing ligt op projecten waarbij het voorspellen van het grondgedrag met bestaande modellen niet mogelijk was of grote onzekerheden met zich mee bracht. In Nederland wordt bij projecten met de Observational Method vaak verwezen naar de aanleg van een deel van de Betuweroute (Waardse Alliantie), het maken van de sandwich-wand onder het Amsterdamse Centraal Station en andere onderdelen van de Noord-Zuidlijn. Zonder het als zodanig te benoemen passen we de Observational Method in de praktijk vaker toe dan we ons realiseren. Het interpreteren van zakbaken en waterspanningsmeters bij het uitvoeren van ophogingen en de aanleg van dijklichamen is niets anders dan het acteren op basis van monitoringsresultaten, waarbij de vergelijking plaats vindt met een ontwerp gebaseerd op gemiddelde grondparameters. Aanpassingen als het toepassen van extra overhoogte of het uitstellen van een volgende ophoogslag zijn de gebruikelijke mitigerende maatregelen waar niemand in de praktijk van op kijkt. Ook bij het uitvoeren van bemalingen is het gebruikelijk de noodzakelijke pompcapaciteit in te regelen op basis van de verlaging die met behulp van peilbuizen wordt vastgesteld. Bij het uitvoeren van saneringen wordt het uiteindelijke ontgravingsniveau veelal op basis van zintuigelijke waarnemingen bepaald, aanvullend ondersteund met monstername en laboratoriumonderzoek.

Ook dan treden afwijkingen op in de verrekening van de kosten in vergelijking tot de oorspronkelijke aanneemsom.

Van het beperken van geotechnisch falen naar het benutten van kansen De nadruk van het Geo-Impuls programma als geheel ligt op het beperken van geotechnisch falen. Deze nadruk op het voorkomen van falen is begrijpelijk gezien de gevolgen voor de betrokken partijen bij het falen van een constructie en de direct betrokken omgeving. De Observational Method heeft echter meer in zich dan uitsluitend het beperken van geotechnisch falen. Met behulp van deze ontwerpmethode is het immers mogelijk ook van verborgen sterktes van de ondergrond gebruik te maken bij het realiseren van constructies. We kunnen daarbij niet alleen denken aan sterkte eigenschappen, maar bijvoorbeeld ook aan een hogere of lagere doorlatendheid van grondlagen. Dat bij toepassing van de Observational Method voor het ontwerpen van constructies een aannemer niet uitsluitend op prijs kan worden geselecteerd is eerder een aanbeveling dan een tekortkoming van deze ontwerpmethode. Door vóór de definitieve uitwerking te kiezen voor een contractvorm waarbij de opdrachtgever en de opdrachtnemer een alliantie aangaan kan worden gewaarborgd dat beide partijen hetzelfde belang nastreven en tot optimale oplossingen komen. Dat is uiteraard vooral van belang als tijdens de uitvoering op basis van monitoring wordt geconcludeerd dat de geplande mitigerende maatregelen ook daadwerkelijk noodzakelijk zijn.

Bij een optimale uitvoering volgens de Observational Method zal een project worden gerealiseerd met behulp van juist die maatregelen die noodzakelijk zijn om het project veilig en betrouwbaar, tegen minimale kosten te realiseren. Was de doelstelling van GeoImpuls al ambitieus, voor 2015 legt werkgroep 10 de lat dus nog wat hoger. Daarvoor zijn projecten nodig die zich zowel inhoudelijk als qua organisatie lenen voor deze ontwerpmethode. Vanuit de werkgroep is ondersteuning beschikbaar om van een dergelijk project een Geo-Impuls voorbeeldproject te maken. Kijk op www.geonet.nl voor meer informatie.

28


Referenties [1] van Tol, A.F. Schadegevallen bij bouwputten, Cement 2007, nr. 7 [2] CUR publicatie 227 Leren van geotechnisch falen, CUR Bouw & Infra, 2010 [3] Eurocode 7: Geotechnisch ontwerp Deel 1: Algemene regels, NEN maart 2005 [4] Peck, R.B. (1969). Ninth Rankine Lecture Advantages and limitations of the Observational Method in applied soil mechanics. Géotechnique 19 (2). [5] Powderham, A.J. (1998). The Observational Method - application through progressive modifica-cation. Civil Engineering Practice Fall/Winter, pp 87-110. [6] Nicholson, D., e.a. (1999). The Observational Method in ground enigineering: principles and applications. Londen: CIRIA rapport 185.

Literatuur – van de Kamp, R.A.J. (2003) Observatiemethode voor diepe bouwputten, met voorbeeldstudie station Vijzelgracht, Afstudeeronderzoek TU Delft, faculteit CITG. – Morgenstern, N. R. (1994). The Observational Method in environmental geotechnics. In: Proc. of 1st International Conference on Environmental Geotechnics. Edmonton, pp 965-976. – Muir Wood, A.M. (2000). Tunnelling: management by design. Londen: E & FN Spon, pp 65-69. – Nicholson, D.P. en Powderham, A.J. (1996). The Observational Method in geotechnical engineering.Londen: Thomas Telford. Bevat o.a. de artikelenreeks uit Géotechnique 44 (1994). – Powderham, A.J. & Tamaro, G.J. (1995). Mansion house London: risk assessment and protection. Journal of construction engineering and management september, pp 266-272. – Schneider, H.R. (1999). Determination of characteristic soil properties. In: Geotechnical Engineering for Transportation Infrastructure. Rotterdam: Balkema. – Tang, W. H. (1971). A Bayesian evaluation of information for foundation engineering design. In: 1st Int. Conf.on application of statistics and probability to soil and structural engineering, Hong Kong, pp 174-185. – Tang, W. H., e.a. (1994). Probabilistic observation method for settlement-based design of a landfill cover. In: Vertical and horizontal deformations of foundations and embankments. New York: ASCE Special Publication No. 40, pp 1573-1589.

Precies ontworpen. Precies zo gebouwd. HUESKER ingenieurs ondersteunen u bij het ontwerp en de realisatie van uw bouwprojecten. Veelomvattende knowhow en jarenlange ervaring zijn de basis voor een betrouwbare uitvoering en zorgen voor een soepel verloop van de werkzaamheden. Uw kunt steunen op de producten en oplossingen van HUESKER.

HUESKER geokunststoffen – betrouwbaar door ervaring. FUNDERING LANDHOOFD OP GEWAPENDE GROND

Fortrac® geogrids is de wapening voor de op staal gefundeerde landhoofden

www.huesker.com Agent voor Nederland CECO B.V. [email protected] Tel.: 043 - 352 76 09

HUESKER Netherlands [email protected] Tel.: 073 - 503 06 53

van kunstwerk B en O in de N242 bij Alkmaar

GEOTECHNIEK

WEGENBOUW

WATERBOUW

MILIEUTECHNIEK

Agenda 2011 Op het moment van drukken van dit nummer waren de volgende cursussen en symposia bekend. Voor een actueel en volledig overzicht verwijzen wij u naar de websites van de diverse cursusaanbieders.

Cursussen Binnenstedelijke infrastructuur op slappe bodem – 13 april 2011 – PAO

Eurocode 7: Geotechniek – 6 oktober – PAO Aan de grond zitten – 21 oktober – Deltares Academy Paalfunderingen voor civiele constructies – 1 december – PAO

Symposia, lezingen Lezingenavond, locatie Maarssen, T&E consult – 20 april – KIVI

Geo-engineering bij de aanleg van Kabels en Leidingen 14 april – Deltares Academy

Excursie Coentunnel – 25 mei – KIVI

Geo-engineering bij de aanleg van Kabels en Leidingen 14 april – Deltares Academy

Bouw&Infra dag, Utrecht – 26 mei – CUR

Management van Geotechnische Risico's – 19 april – Deltares Academy

Geotechniekdag – 10 november – CUR en KIVI

Middagsymposium Beton en funderingen, Ede – 22 september – KIVI

Isotachen zettingsberekeningen – 16, 19 en 23 mei – Deltares Academy Gevorderdencursus D-Settlement; zettingsversnellende technieken 17 mei – Deltares Academy Diepwanden – 19 mei – PAO Understanding dike safety – 24 mei – Deltares Academy

Internationale congressen Underground Infrastructure and Deep Foundations – 30 mei - 3 juni , Doha, Qatar 3rd International Symposium on Geotechnical Safety and Risk (ISGSR2011) 2 & 3 juni , Munchen Duitsland

Problematiek houten-paalfunderingen en funderingen op staal – 9 juni – PAO

TC28, 16-18 juni, Rome, Italie

Toepassen van MWell bij het modelleren van bronbemalingen 20 september – Deltares Academy

21st European Young Geotechnical Engineers' Conference 4-7 september, Rotterdam

Basiscursus damwanden ontwerpen met D-Sheet Piling 27 september – Deltares Academy

XVth European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering: Geotechnics of Hard Soils - Weak Rocks, 12-15 september, Athene, Griekenland

Informatie en aanmelding Betonvereniging COB CROW CUR Deltares Academy Elsevier Opleidingen

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

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

Deltares KIVI NIRI NGO NSTT PAO Plaxis b.v. TI-KVIV

www.deltares.nl www.kiviniria.net www.ngo.nl www.nstt.nl www.pao.tudelft.nl www.plaxis.nl www.ti.kviv.be tel.

+31-0-15-2693500 +31-0-70-3919890 +31-0 -30-6056399 +31-0-182-567380 +31-0-15-2784618 +31-0-15-2517720 +32-0-3-2600840

Mixed-in-Place dijkversterking proefproject Nieuw-Lekkerland

Ing. Martin de Kant senior adviseur Geotechniek Royal Haskoning

Ir. R.M. (Mathijs) Bos projectleider Waterbouw Royal Haskoning

Ing. Arend Terluin projectleider Waterschap Rivierenland

FOTO’S: RICHARD VAN HOEK FOTOGRAFIE

Principe MIP Mixed-in-place of soil mixing is een grondverbeteringstechniek waarbij de grond in-situ wordt vermengd met een bindmiddel zoals cement. Er is een grote verscheidenheid aan systemen beschikbaar. Een eerste onderverdeling is daarbij te maken in de wijze van het inbrengen van bindmiddel (cement): droog of nat. Bij de droge methode wordt cement ingeblazen onder een druk van 6 à 7 bar. Bij de natte methoden wordt de grond gemengd met een water-cementmengsel. Bij de aanvang van het INSIDE programma in 2001 is besloten het MIP-concept te baseren op de droge uitvoering vanwege op dat moment verwachte voordelen waaronder inzet van relatief licht materieel, het voorkomen van overlast ten gevolge van retourslurry en het hoge natuurlijke watergehalte van de te stabiliseren veenlagen.

Inleiding Mixed-in-Place dijkversterking (MIP) is een van de drie technieken die binnen het gecombineerde CUR-RWS-onderzoeksprogramma INSIDE (20012007) zijn ontwikkeld. Met MIP wordt de binnenwaartse stabiliteit van de dijk verbeterd zonder de dijk uit te breiden buiten de bestaande contouren van het dijklichaam. Het is daardoor een goede oplossing in een omgeving waar geen ruimte is voor een gebruikelijke verbetering door middel van een verbreding met een grondberm. Het Expertise Netwerk Waterkeren (ENW) heeft de techniek eind 2006 geaccepteerd. Voor daadwerkelijke toepassing in reguliere projecten moest de techniek nog worden uitgeprobeerd, in combinatie met meting van het gedrag van de dijk en het effect op de omgeving. Dit is gebeurd in het najaar van 2009. In opdracht van Waterschap Rivierenland en Rijkswaterstaat heeft het MIPconsortium HKR (aannemersbedrijven Hakkers en

Keller Funderingstechnieken en adviesbureau Royal Haskoning) een proefproject uitgevoerd bestaande uit een dijkversterking van 50 m lengte op de Lekdijk in Nieuw-Lekkerland (figuur 1). Over een aanzienlijke lengte van de Lekdijk komt direct aan de binnenzijde van de dijk veel schadegevoelige, op staal gefundeerde, bebouwing voor. Deltares was betrokken als adviseur voor de opdrachtgever. In de ontwerpfase van het proefproject moest worden aangetoond dat de dijk, die volgens de toetsing in 2005 onvoldoende veiligheid bezat, volgens de vigerende richtlijnen kon worden versterkt. In de uitvoeringsfase moest de maakbaarheid worden aangetoond en de invloed op de omgeving worden gemonitored. Ten slotte is een uitgebreid sterkteonderzoek uitgevoerd op de gerealiseerde testvelden. Dit artikel gaat in op de uitvoeringsfase en de evaluatie van metingen.

32


Bij een MIP-dijkversterking wordt de veiligheid tegen instabiliteit van het binnentalud vergroot door de schuifsterkte van de grond te verhogen. Hiertoe worden gestabiliseerde MIP-blokken met een zekere tussenafstand aangebracht (figuur 2). Binnen een blok worden de kolommen met een diameter van 0,60 m in twee richtingen overlappend gemixt. De kolommen reiken tot in de Pleistocene zandlaag. Typische afmetingen voor de MIP blokken zijn 5 tot 10m in beide richtingen. De grootte en afstand tussen de MIP blokken is afhankelijk van de benodigde verbetering van de oorspronkelijke ondergrond. Om opstuwing van de grondwaterstand aan de hoge zijde te beperken, en uitdroging in het achterland te voorkomen wordt maximaal circa 70% van de totale strekking gemixt. Vergeleken met gangbare technieken bij beperkte ruimte, zoals verankerde damwanden en diep-

Samenvatting Binnen de watersector wordt gezocht naar alternatieve technieken voor het uitvoeren van rivierdijkversterkingen in bebouwde gebieden. In het INSIDE programma (2001-2007) is daartoe de Mixed-in-Place techniek ontwikkeld.

Figuur 2 – Schematische weergave MIP-dijkversterking.

Figuur 1 – Situatie proefproject Nieuw Lekkerland.

wanden, heeft MIP het voordeel van de uitbreidbaarheid en een trillingsvrije uitvoering.

Beschrijving proefproject De ondergrond bestaat ter plaatse van het proefproject uit een circa 13 m dik slappe lagen pakket. In figuur 2 is het vereenvoudigde grondprofiel weergegeven. Het te behandelen dijkvak besloeg 50 m. Hier konden 6 blokken worden gerealiseerd met een breedte van 5 tot 7,5 m. In het midden van het dijkvak ligt een kruisende gasleiding die gezien de korte voorbereidingstijd niet kon worden verwijderd of afgesloten. De middelste blokken 3 en 4 ter plaatse van deze leiding zijn daarom niet gemaakt. De cementhoeveelheid varieerde over de hoogte van de kolom. In het Pleistocene zand en in het dijksmateriaal is gemixt met 75 tot 100 kg/m3 cement. In de slappe lagen is voor het cementgehalte in beginsel 300 kg/m3 (blok 5) toegepast. Tijdens het mixen is circa 20 liter water per minuut ingebracht om het mengproces te vereenvoudigen. Bij eerdere projecten is gebleken dat hiermee de sterkte aanzienlijk wordt verhoogd ten opzichte van de zuivere droge methode. Het mixen is uitgevoerd met een 35 tons hydraulische kraan. Het cement is aangevoerd via een shuttle (gewicht 16 ton). De luchtdruk bij de pomp in de shuttle bedroeg 6 à 7 bar. De luchtdruk is naar verwachting bij de mixing tool belangrijk kleiner maar is niet gemeten. Bij het mixen van blok 5 zijn dusdanige grond-

De techniek moest nog worden getest in een grootschalige praktijkproef. In dit artikel worden de belangrijkste resultaten van deze praktijkproef beschreven en worden suggesties aangedragen voor vervolgstappen.

vervormingen opgetreden dat de grenswaarde voor vervormingen ter plaatse van de gasleiding werd overschreden. Na een korte periode van stilstand is besloten om het volgende blok (nr. 2) te mixen met de volgende modificaties: een lager cementgehalte in de slappe lagen (200 kg/m3 in plaats van 300 kg/m3), een lagere luchtdruk (6 bar in plaats van 7 bar) en onder een verdere intensivering van de monitoring. Tevens zijn voorafgaand aan het mixen gaten in het blok geprikt om de perslucht makkelijker te laten ontsnappen. Deze aanpassingen hebben niet geresulteerd in een significante afname van de vervormingen. Om schade aan de naastgelegen woningen te voorkomen zijn de blokken 1 en 6 niet aangebracht. Er zijn in totaal 3 testvelden aangelegd, met als doel het bepalen van de sterkte op basis van insitu testen en laboratoriumtesten op gekernde monsters. Tevens is de sterkteontwikkeling in de tijd en de invloed van verschillende cementgehalten onderzocht. Gezien de eenvoudige vorm en de locatie ten opzichte van omliggende meetinstrumenten heeft testveld 2 ook zinvolle informatie opgeleverd voor de analyse van opgetreden vervormingen. Later in dit artikel wordt hierop teruggekomen.

Monitoring Om het gedrag van de dijk tijdens de uitvoering te meten is een uitvoerig monitoringsprogramma opgezet bestaande uit waterspanningsmeters, inclinometers, automatische x,y,z metingen (ta-

33


chymeter) tiltmeters (geobeads), temperatuurmetingen en trillingsmetingen. De metingen zijn uitgevoerd in meetraaien dwars op de dijk (meetraai A en B, zie figuur 1), en in langsrichting van de dijk in het talud (meetraai C). Tevens zijn vooraf en na beëindiging van de werkzaamheden meetspijkers in het asfalt van de verharding op de kruin ingemeten in x,y,z richting.

Metingen In figuur 3 zijn de gemeten maaiveldvervormingen na het aanbrengen van de afzonderlijke blokken weergegeven. Hier is te zien dat er aan de bovenzijde (kruin) sprake is van zetting en aan de onderzijde (achterland) van heffing. Het invloedsgebied in de richting van het achterland is aanzienlijk, op 15 m afstand zijn nog substantiële vervormingen gemeten. In de richting evenwijdig aan de waterkering dempen de vervormingen beduidend sneller uit. De maximaal gemeten heffing op 5 m afstand vanaf de onderste kolommen rij bedraagt circa 0,15 m (figuur 4a). De maximaal gemeten horizontale vectorvervorming aan het maaiveld op 5 m afstand bedraagt circa 0,20 (figuur 4b). Het Holocene pakket wordt over vrijwel de gehele hoogte weggedrukt in de richting van het achterland (zie figuur 5). Uit de metingen blijkt dat blokken 2 en 5 vrijwel identieke grondvervormingen hebben geïnitieerd, ondanks de variaties in cementgehalten. Uit gedetailleerde analyse van de metingen in relatie tot de uitvoering is gebleken dat de vervormingen instantaan optreden direct na het installeren van een kolom. Na installeren

Figuur 3a-b – Gemeten verticale maaiveld vervorming (links) en horizontale maaiveldvervorming (rechts) door aanbrengen blok 2.

Figuur 5 – Gemeten horizontale vervormingen achterland bij blok 2 en blok 5.

Figuur 4a-b – Gemeten horizontale en verticale vervormingen in een meetraai dwars op de waterkering, in het midden van de blokken.

zakt het maaiveld in het achterland in enkele weken gedeeltelijk terug (figuur 7). Van de maximale heffing op 5 m afstand is circa 80% permanent. Er is een analyse gemaakt van de invloed van het maken van afzonderlijke kolommen op de gemeten waterspanningen. Uit de metingen blijkt dat op 7 tot 10 m afstand nauwelijks nog wateroverspanningen optreden, en dat de wateroverspanningen snel afnemen in de tijd. In de meeste gevallen wordt al na enkele uren meer dan 50% consolidatie bereikt, en is de consolidatietijd (U=99%) kleiner dan circa 1 week. De gemeten vervormingen zijn te groot voor de beoogde toepassing (nabij oude, schadegevoelige, op staal gefundeerde, bebouwing). Op basis van de beschikbare metingen en visuele waarnemingen is gezocht naar de oorzaken van de vervormingen.

Analyse vervormingen Oorzaken voor de vervormingen kunnen worden gezocht in:

a. volume ingebrachte cement; b. volumeveranderingen door hydratatie van cement; c. luchtinjectie drukken en andere installatie-effecten; d. sterkte reductie door water(over)spanning; of combinaties en interactie tussen mechanismen. Uit een beschouwing van volumegewichten voor en na het mixen van de grond is geconcludeerd dat het cement volledig in de poriën wordt opgenomen, en dus niet voor een volumevergroting van de oorspronkelijke grond kan zorgen. Om de invloed van het volume uitgeperste poriënwater op de vervorming te kwantificeren is een Plaxis analyse uitgevoerd waarbij aan een blok in de dijk een bovengrens voor de te verwachten volumerek is opgelegd, uitgaande van een volledig ongedraineerd gedrag. Figuur 4 geeft de berekende en gemeten verplaatsingen weer. De berekende vervormingen zijn aanzienlijk kleiner dan gemeten waarden. Bovendien zijn bij beide blokken gelijke vervormingen gemeten, terwijl de cementhoe-

34


veelheden variëren. De conclusie is daarom dat de gemeten vervormingen bij de blokken 2 en 5 slechts voor een deel kunnen worden verklaard door het volume ingebrachte cement (oorzaak a). Bij de hydratie van het cement kunnen volumeveranderingen optreden. Het is vooral bij blokstabilisaties met veel aaneengesloten kolommen niet ondenkbaar dat hier als gevolg van de aanzienlijke warmteontwikkeling in het blok een volumevergroting optreedt (oorzaak B). Hydratatie is echter een tijdsafhankelijk proces. Zoals eerder aangegeven treden de vervormingen op direct na het aanbrengen van kolom of kolommenrij, en nemen de totale vervormingen vervolgens in de tijd af (figuur 7). Oorzaak b wordt daarom uitgesloten als hoofdoorzaak voor de vervormingen bij het proefproject. Uit de literatuur is bekend dat de persluchtdruk bij de mixing tool meer dan 2 à 3 bar kan bedragen (Eurosoilstab, 2002). De druk in het boorgat is echter meestal veel lager door drukverliezen bij het injecteren van het cement. De druk die wordt uitgeoefend op de ondergrond zorgt voor vervormingen en wateroverspanningen. Volgens de cavity expansion theorie (Randolph & Wroth, 1979) worden in de plastische zone rondom de kolom wateroverspanningen gegenereerd die volgens een logaritmisch verband afnemen

MIXED-IN-PLACE , DIJKVERSTERKING PROEFPROJECT NIEUW-LEKKERLAND

Figuur 6 – Mixen blok 5.

Figuur 7 – Verloop van de verticale maaiveldvervormingen in meetraai B tijdens en na het mixen van blok 5.

Figuur 9 – Berekende en gemeten

Figuur 8 – Gemeten wateroverspanningen in Holocene lagen bij Blok 5 en Testveld 2.

35


wateroverspanning (stijghoogte) door mixen in Pleistoceen

tot nul, op de overgang naar de elastische zone. Dit verband is ook gemeten (zie figuur 8). Op basis van regressie is zowel voor testveld 2 als voor blok 5 een druk in het boorgat van 40 à 60 kPa (0,5 bar) bepaald. In figuur 8 is tevens het berekende drukverloop op basis van realistische grondparameters en een aanname van de grondvervorming weergegeven. Dit resulteert in een te kleine plastische zone, en daarmee een te kleine zone met wateroverspanningen. Het grondgedrag rondom een kolom kan dus met de cavity expansion theorie alleen niet geheel worden verklaard. Waarschijnlijk heeft ook de schuifkracht door de rotatie van de mixer en de cementatie van de zone rondom de kolom hier invloed op (Shen e.a. 2003). De conclusie is dat zowel de luchtinjectie druk als de genoemde installatie-effecten (beide oorzaak C) een belangrijke bijdrage hebben gehad in de opgetreden vervormingen.

Figuur 10 – Berekende incrementele rek door wateroverspanning in zandlaag.

In de asfaltverharding op de kruin is na het mixen een scheur waargenomen over een lengte van enkele tientallen meters. De meetspijkers aan de rand asfaltverharding laten over een lengte van 25 m een horizontale vervorming zien van 2 à 3 cm in de richting van het achterland. Deze metingen laten zich moeilijk verklaren met de eerder beschreven oorzaken A, B en C. Onderzocht is in hoeverre de wateroverspanningen in Holoceen en Pleistoceen en de daarbij horende sterkte reductie kan hebben geleid tot de scheurvorming (oorzaak d). Als de mixing tool tijdens uitvoering van een MIP kolom een zandlaag passeert kunnen ook hierin tijdelijke wateroverspanningen optreden. De mate waarin is onder andere afhankelijk van de tijdsduur van het passeren van de laag. De wateroverspanning in de zandlaag zorgt voor een reductie van de korrelspanning aan de onderzijde van de basisveenlaag, en dus een verlies van sterkte van het binnentalud. In figuur 9 is het berekende verloop van de stijghoogte in de Pleistocene zandlaag uitgezet als functie van de afstand tot de kolom en uitgaande van een variatie in de tijdsduur van het mixen in de zandlaag. Tevens zijn enige gemeten waterdrukken opgenomen. De berekeningen zijn uitgevoerd volgens de onttrekkingformule van Theis. Om de invloed van wateroverspanningen in het Holoceen (figuur 8) en het Pleistoceen (figuur 9) op vervormingen te kwantificeren zijn indicatieve 2D-Plaxis analyses uitgevoerd. Hierbij zijn aannames en vereenvoudigingen doorgevoerd ten aanzien van het drie-dimensionale wateroverspanningsverloop. De berekening resulteert in een afname van de veiligheidsfactor van 1,22 tot 1,16. De invloed van wateroverspanningen in het

Figuur 11 – Monitoring in het achterland.

Holoceen blijkt dominant. De berekende horizontale vervormingen op 11 m afstand is 110 mm door waterspanningen in het Holoceen, en 30 mm als gevolg van waterspanningen in het Pleistoceen. Dit komt qua ordegrootte overeen met de gemeten waarde van circa 100 mm. De locatie van de intredecirkel en de diepte van de afschuifzone zijn in overeenstemming met de metingen (figuur 10). De berekende maaiveldheffing direct achter het blok wordt met het model onderschat. De gedachte is daarom dat de luchtdruk op het boorgat (oorzaak C) de hoofdoorzaak is van de opgetreden verticale vervormingen. Er zijn vier mogelijke oorzaken voor de opgetreden vervormingen onderzocht. De analyses zijn indicatief maar toch kan worden geconcludeerd dat alle oorzaken een bijdrage hebben op het totale vervormingbeeld. De bijdrage van de hoeveelheid cement is daarbij naar verwachting het

36


Figuur 12 – Gemeten sterktetoename in de tijd in relatie tot oorspronkelijke sterkte.

kleinst. De hoofdoorzaak moet worden gezocht in de persluchtdruk tijdens het mixen.

Resultaten sterkteonderzoek Het sterkteonderzoek omvatte in-situ penetratietesten in de kolommen en in de oorspronkelijke ondergrond. Tevens zijn classificatietesten, compressietesten (UU) en gedraineerde directe schuifproeven (DS) uitgevoerd op gekernde monsters. Bij het in-situ onderzoek is gekozen voor de zogenaamde KPS test (vertaald: kolom penetratie test) waarbij een vin met een breedte van 200 tot 400mm in de kolom wordt gedrukt. Op testveld 1 zijn eerst sonderingen met hellingmeting uitgevoerd in de verse kolommen. De sondeergaten werken dan als geleiding van de KPS vin en het ‘uit de kolom lopen’ kan worden gecontroleerd. Uit de testen op verschillende tijdstippen na mixen blijkt een snelle toename van de sterkte in de tijd. Al na 1 dag is de sterkte aanmerkelijk hoger dan

MIXED-IN-PLACE , DIJKVERSTERKING PROEFPROJECT NIEUW-LEKKERLAND

techniek zonder grote aanpassingen niet zonder meer toepasbaar is op locaties waarvoor zij in eerste instantie ontwikkeld is. Het aanpassen van de droge MIP techniek wordt echter niet als haalbaar gezien. Het verlagen van de persdruk is namelijk slechts beperkt mogelijk, en in omvang onvoldoende om hiermee de vervormingen substantieel te reduceren. De droge MIP methode valt daarmee af voor de beoogde toepassing dicht bij bebouwing. Voor locaties waar bebouwing niet te dicht bij staat, maar de techniek gekozen wordt bijvoorbeeld vanwege het voorkomen van aantasting van de landschap of natuurwaarden, kan de methode zonder meer worden ingezet.

Figuur 13 – Gemeten schuifsterkte op basis van Direct Shear testen.

de oorspronkelijke sterkte (zie figuur 12). Enkele resultaten van het sterkteonderzoek zijn hieronder samengevat: – De pieksterkte wordt gevonden bij 4 à 5% rek (veen) en de residuele schuifsterkte bij 10 tot 15% rek; in de UU testen trad brosse breuk op en is geen residuele sterkte gemeten. – De residuele sterkte in de DS-testen lag gemiddeld circa 50% lager dan de pieksterkte (zie figuur 13). – In de DS-testen is een spanningsafhankelijke schuifsterkte gevonden. In figuur 14 zijn de gemeten pieksterktes weergegeven. Uitgaande van een gemiddelde ongedraineerde schuifsterkte van 15 tot 20 kPa in de onderzochte lagen wordt een toename met een factor van 10 tot 15 gevonden. Dit komt redelijk overeen met resultaten van de in-situ testen na circa 2 weken (zie figuur 12). De gevonden waarden komen goed overeen met de resultaten van de INSIDE praktijkproef uitgevoerd in 2004 (Wiggers, 2005).

De uitkomst van het proefproject is teleurstellend omdat er op korte termijn grote behoefte is aan alternatieven voor de conventionele technieken zoals damwanden en diepwanden. Maar ook gezien de inspanning die de diverse partijen hebben gepleegd om alternatieven beschikbaar te krijgen voor dijkverbetering in bebouwde omgeving onder moeilijke omgevingsrandvoorwaarden. De proef heeft gelukkig wel veel informatie en kennis opgeleverd ten aanzien van ontwerp, uitvoering en sterkte bij het toepassen van de mixtechniek onder complexe randvoorwaarden. De methode blijkt op zichzelf technisch goed uitvoerbaar en ook de verwachte sterkte is ruimschoots gehaald. In het licht van de bovenstaande bevindingen is recentelijk onderzocht of de eerder in 2001 afgevallen natte MIP-methode wellicht toch kan worden toegepast. Destijds werd het niet mogelijk geacht om met de natte methode vanaf de kruin kolommen aan te brengen in het binnentalud. Inmiddels is bekend dat dit wel mogelijk is met de TSM techniek; een zogenaamde hybride methode waarbij het mengen wordt gecombineerd met waterjets. Bovendien is de menging naar verwachting beter waardoor een homogener kolom wordt gerealiseerd dan bij conventionele technieken. Bij toepassing van de TSM-techniek treden naar verwachting kleinere vervormingen op. Dit blijkt

uit de praktijk, waarin de TSM-techniek veelvuldig wordt toegepast als bouwputwand op zeer korte afstand of zelfs onder belendingen. Bij de nadere uitwerking van deze techniek zal opnieuw moeten worden gekeken naar de configuratie van de kolommen in de dijk (positie, scheefstand, blokken of lamellen). Voordat de techniek toepasbaar is in de slappe Nederlandse ondergrond, is het noodzakelijk de prognoses voor de optredende wateroverspanningen, de vervormingen en de werkelijke sterkte te valideren. In samenwerking met Deltares heeft de combinatie Smet-Keller – Royal Haskoning een aantal res-terende onderzoeksvragen geformuleerd die met een beperkte praktijkproef kunnen worden beantwoord. Bij de betrokken partijen is het vertrouwen aanwezig dat Mixed-in-Place dijkversterking met behulp van de TSM-techniek alsnog baan gaat breken en als concurrerend alternatief een omgevingsvriendelijke uitvoering van dijkversterkingen mogelijk maakt. Daarbij wordt niet alleen gedacht aan rivierdijken. Ook voor de versterking van boezemkaden is MIP een veelbelovend alternatief.

Literatuur – Eurosoilstab, Design Guide Soft Soil Stabilisation, CT97-0351 (2002). – A.G. Wiggers & J. Perzon, The Lekkerkerk Trial: Mixed-in-Place Dike Improvement in the Netherlands, Proc. Int. Conf. on Deep Mixing Best Practice and Recent Advances, Stockholm 1, 179-183 (2005). – Shui-Long Shen e.a., Interaction mechanism between deep mixing column and surrounding clay during installation, Can. Geotechn. J., 40: 293-307 (2003). – M.F. Randolp & C.P. Wroth, An Analytical solution for consolidation around a driven pile (1997) – CUR 2001-10, Diepe grondstabilisatie in Nederland (2001). – CUR 2006-2, Innovatieve aardebaan (2006)

Conclusies en vervolgtraject Dat er grondvervormingen op kunnen treden bij toepassing van Soil Mixing was bekend. In CUR (2001, 2006) wordt hier ook over gerapporteerd. Vooral het invloedsgebied was echter groter dan vooraf verwacht, en daarmee zijn ook ‘nut en noodzaak’ van een praktijkproef bewezen bij het inzetten van nieuwe en in potentie kansrijke technieken. De vervormingen blijken dusdanig groot dat de

Tabel 1 Pieksterkte na 300 dagen en cementgehalte 200 kg/m3 Waarden DS testen bij normaalspanningen tussen 50 en 120 kPa Piek

Direct Shear Test su,gem su,kar;5% [kPa] (karakteristieke waarde) [kPa]

Triaxial-UU Test su,gem su,gem;5% [kPa] (karakteristieke waarde) [kPa]

Veen (Hollandveen)

126...188

103...240

178

151

Klei (Gorkum zwaar)

220...286

183...225

500

404

37


Grip op grond Met sterke producten van een ervaren partner in geotechniek •Stabiele (bouw)wegen

Enkagrid ® MAX voor grondstabilisatie

•Steile grondlichamen

Enkagrid ® PRO voor grondwapening

•Erosievrije oevers en taluds

Enkamat ® voor erosiepreventie

•Waterafvoer op maat

Enkadrain ® voor drainage

•Bouwrijpe grond

Colbonddrain ® voor grondconsolidatie

Colbond bv • tel. 026 366 4600 • fax 026 366 5812 • [email protected] • www.colbond.com • www.colbond-geosynthetics.nl

15 E JAARGANG NUMMER 2 APRIL 2011 ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR GEBRUIKERS VAN GEOKUNSTSTOFFEN


Ontwikkeling zelfregulerende krib

K AT E R N VA N

Geokunst wordt mede mogelijk gemaakt door:

Colbond BV Postbus 9600 6800 TC Arnhem Tel. 026 - 366 4600 Fax 026 - 366 5812 [email protected] www.colbond-geosynthetics.com

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

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

Hero-Folie B.V., Zevenaar Intercodam Infra BV, Almere InfraDelft BV, Delft Joosten Kunststoffen, Gendt Kem Products NV, Heist op den Berg (B) Kiwa NV, Rijswijk Movares Nederland BV, Utrecht Naue GmbH & Co. KG Espelkamp-Fiestel Nijhuis Kunststoffen, Rijssen Ooms Nederland Holding, Scharwoude Pelt & Hooykaas BV, Rotterdam Prosé Kunststoffen BV, Britsum

Quality Services BV, Bennekom Robusta BV, Genemuiden Rijkswaterstaat, Dienst Infrastructuur Utrecht Ten Cate Geosynthetics Netherlands BV, Almelo Tensar International ’s-Hertogenbosch Terre Armee BV, Waddinxveen T&F Handelsonderneming BV, Oosteinde Texion Geokunststoffen NV, Antwerpen Van Oord Nederland BV, Gorinchem Voorbij Funderingstechniek BV, Amsterdam Zinkcon Boskalis Baggermij., Papendrecht

De collectieve leden van de NGO zijn: Bonar Technical Fabrics NV, Zele Ceco BV, Maastricht Cofra B.V. Amsterdam Colbond BV, Arnhem CURNET CUR Bouw & Infra, Gouda Enviro Advice BV, Nieuwegein Fugro Ingenieursbureau BV, Leidschendam Deltares, Delft Rijkswaterstaat DVS (Dienst Verkeer en Scheepvaart), Delft Geoblock, Zaltbommel Geopex Products (Europe) BV, Gouderak

OP ONS ONS KUNT U BOUWEN BOUWEN

Projectondersteuning bij paalmatrassen TenCate Wereldwijde ervaring ervaring en en uitvoerige uitvoerige kkennis ennis vvan an dde e TenCate biedt biedt kennis kennis en en ondersteuning ondersteuning bij bij het het ontwerp ontwerp en en de de realisatie realisatie van van uw uw paalmatras paalmatras project. project. Wereldwijde meest oplossing bevat bevat ontwerpadvies, ontwerpadvies, hoge hoge sterkte sterkte ggeogrids eogrids een n meest recente recente ontwerprichtlijn ontwerprichtlijn zorgen zorgen voor voor een een economisch economisch en en betrouwbaar betrouwbaar ontwerp. ontwerp. Onze Onze oplossing TenCate, geotextielen en installatie ondersteuning. T enCate, materials that make a difference!

TenCate T e enCate Geosynthetics N Netherlands etherlands bv Tel. Hoge Dijkje 2 Tel. +31 (0)546 544 811 Fax +31 (0)546 544 490 7443 AE Nijverdal Postbus 9 7440 AA Nijverdal

[email protected] www.tencategeosynthetics.com www.tencategeosynthetics.com

40

GEOKUNST – April 2011

Van de redactie

Beste Geokunst / Geotechniek lezers, De belangrijkste doelen van Geokunst zijn om een verantwoord gebruik van geokunststoffen te bevorderen en innovatieve ontwikkelingen op het gebied van geokunststoffen onder de aandacht te brengen. Ik denk dat we in deze uitgave aan beide doelen recht doen. Het eerste artikel is een verslag van baanbrekend onderzoek van het hoogste niveau, dat zeker de nodige wenkbrauwen zal doen fronsen en ervoor zal zorgen dat menig onderzoeker in binnen en buitenland zich achter de oren zal krabben. De rekenregels voor het ontwerp van paalmatrassystemen blijken namelijk anders te zijn dan tot nu toe werd aangenomen. Suzanne van Eekelen, Adam Bezuijen en Herman-Jaap Lodder hebben de theorieën achter de Nederlandse, Duitse en Engelse ontwerpmethoden voor paalmatrassen getoetst door laboratoriumonderzoek en presenteren hun bevindingen. De resultaten geven nieuwe inzichten in het gedrag van geosynthetic reinforcement (GR) in paalmatrassystemen. Deze nieuwe inzichten zouden kunnen leiden tot meer zekerheid in het voorspellen van het gedrag en dus ook tot een minder conservatief, dus goedkoper, ontwerp, waardoor de paalmatras interessanter wordt. In dit artikel worden de resultaten van schaalproeven, die door Deltares/TU Delft zijn uitgevoerd, besproken. Dit is het eerste artikel in een series van artikelen over paalmatrassen door deze onderzoekers. In de komende nummers van Geokunst wordt hier dieper op ingegaan. Het tweede artikel van de hand van Julian van Dijk, Diederik van Hogendorp en Jelmer Clevinga gaat over de ontwikkeling van een zelfregulerende krib. Als de waterstanden in de rivieren laag zijn moeten de kribben ervoor zorgen dat de stroomsnelheid afneemt, maar als de waterstand hoog is, dan willen we juist dat het rivierwater zo snel mogelijk naar de zee wordt afgevoerd. De zelfregulerende krib bestaat uit een stuk geotextiel, dat is vastgemaakt aan de rivierbodem en voorzien van drijvers. De drijvers zorgen ervoor dat het geotextiel bij laag water drijft en de functie van een krib aanneemt. Het innovatieve is dat wanneer de waterstand op een bepaald niveau boven de drijvers komt, de drijvers worden samengedrukt en hun drijfvermogen verliezen, waardoor de hele ‘krib’ naar de rivierbodem zakt. Bij een lage waterstand neemt de samendrukking van de drijvers af en het drijfvermogen toe, waardoor de krib weer naar boven komt. De mogelijkheid om paalmatrassystemen lichter te ontwerpen en om zelfregulerende kribben van geotextielen te kunnen bouwen, passen uitstekend in het kader van duurzaam ondernemen. Door scherper te dimensioneren en door een massa aan primaire grondstoffen te vervangen door een stuk geotextiel met drijvers, kunnen we wellicht in de toekomst onze ‘carbon footprint’ aanzienlijk verminderen in zowel de weg- als de waterbouw. Ik wens u veel leesplezier met deze Geokunst. Shaun O’Hagan Eindredacteur Geokunst

Colofon Geokunst wordt uitgegeven door de

Een abonnement kan worden

Tekstredactie

C. Sloots

Nederlandse Geotextielorganisatie.

aangevraagd bij:

Eindredactie

S. O’Hagan

Het is bedoeld voor beleidsmakers,

Nederlandse Geotextielorganisatie (NGO)

Redactieraad

opdrachtgevers, ontwerpers, aannemers

Postbus 7053

en uitvoerders van werken in de grond-,

3430 JB Nieuwegein

wegen waterbouw en de milieutechniek.

Tel. 030 - 605 6399

Geokunst verschijnt vier maal per jaar

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

Fax 030 - 605 5249

Productie

en wordt op aanvraag toegezonden.

www.ngo.nl

Uitgeverij Educom BV Rotterdam

41



Ir. Suzanne van Eekelen Deltares/TU-Delft

Ir. Herman-Jaap Lodder TU-Delft (nu RPS BCC B.V. Nederland)

Dr.Ir. Adam Bezuijen Deltares

Inleiding Paalmatrassen worden tegenwoordig regelmatig toegepast daar waar een weg zettingsarm moet zijn, er niet voldoende tijd is om het grondlichaam onder de weg te laten consolideren of wanneer er kwetsbare constructies dichtbij liggen. De paalmatras bestaat uit een veld van palen waarop paaldeksels zijn geplaatst. Over de paaldeksels worden één of meer lagen van geotextiel en/of een geogrid (in het vervolg samen genoemd GR, wat staat voor Geosynthetic Reinforcement) uitgerold en het geheel wordt overdekt met een aardebaan tot de gewenste hoogte. Voor het ontwerp van dit soort constructies zijn zowel in Nederlands, Duitsland en Engeland in 2010 (vernieuwde) richtlijnen verschenen (CUR 226, 2010, zie ook Van Eekelen et al, 2010, EBGEO, 2010, en BS8006, 2010). In Nederland loopt een onderzoeksprogramma om de CUR ontwerprichtlijn in de toekomst aan te scherpen. Zo lopen er bijvoorbeeld verschillende veldmetingen en de afgelopen jaren zijn door Deltares experimenten uitgevoerd in samenwerking met de geokunststof fabrikanten Huesker, Naue, TenCate en Tensar. Dit artikel behandelt één onderdeel van die experimenten.

Foto 1 Testopstelling.

Beschrijving experimenten In een container van 1.1x1.1x1 m werd een GR aangebracht op 4 modelpalen. De slappe grond tussen de palen werd gemodelleerd met een waterdicht schuimrubber kussen dat gevuld was met water. Het kussen had een kraantje waardoor het water gecontroleerd uit het kussen kon lopen. Hiermee werd de consolidatie van de slappe grond gesimuleerd. Bovenop het schuimrubber kussen en de palen werd een laagje zand van ca. 2 cm dik

Figuur 1 De proefopsteling: dwarsdoorsnede en bovenaanzicht.

42


Samenvatting Wanneer een geotextiel of geogrid wordt gebruikt in een paalmatrasconstructie, zal dat gaan vervormen. Dat is ook de bedoeling, want alleen zo kan het de verticale belasting weerstaan en kan de boogwerking in de paalmatras zich goed ontwikkelen. Hoe het geotextiel precies vervormt, is in het veld niet eenvoudig

te bepalen. In een proefopstelling, die door Deltares is ontwikkeld is dat wel gelukt.Uit de gemeten vervorming is terug te rekenen hoe de belasting op het geokunststof is verdeeld. Dat blijkt anders te zijn dan in de rekenregels wordt aangenomen. Dat is weer van groot belang het ontwerp van paalmatrassen.

aangebracht. Daarboven kwam het GR, dat was opgespannen op een metalen vierkanten frame. Op de GR werd 0.42 m aardebaan aangebracht. Daarop kwam een waterkussen om spanningen in de aardebaan te simuleren die vergelijkbaar zijn met die in het veld. Daarna werd de opstelling met trekstangen gesloten, zie figuur 1 en foto 1. De proeven werden uitgevoerd door in stappen de druk boven de aardebaan te verhogen en met het schuimkussen consolidatie te simuleren. In totaal zijn 12 proeven uitgevoerd met verschillende typen geokunststof wapening. Twee maal bestond de aardebaan uit zand, tien maal uit menggranulaat 0-16 mm. De proeven en de resultaten zullen elders uitgebreid beschreven worden.

Meting van de vervorming Behalve drukken en de krachtsverdeling werden op een beperkt aantal locaties ook de verticale vervormingen van de GR tijdens de proef gemeten. Bij één proef was het mogelijk om de vervorming te meten over het gehele oppervlak van de GR. Dat was bij een proef waar een aardebaan van zand werd gecombineerd met een (TenCate) geotextiel. Hiervoor werd na afloop van de proef het kraantje van het schuimrubber kussen gesloten en de aardebaan en de GR voorzichtig verwijderd. De vervormingen van het zandlaagje bleven daarbij bewaard. Het oppervlak van het vervormde zandlaagje kon worden gescand met een laser hoogtemeter. Het resultaat van deze scan is te zien in figuur 2.

Figuur 2 Vervormingen gemeten aan de GR na een paalmatrasproef. Duidelijk is de positie van de palen te zien. Vertrokken schaal, de vervorming is vertikaal ongeveer 5 keer groter weergeven dan de horizontale afmetingen, afgezien van het perspectief.

De figuur toont waar de 4 palen hebben gezeten; daar is de GR nauwelijks gezakt. Tussen de palen is het veel gezakt. Opmerkelijk is dat de meeste vervorming direct rondom de palen zit. Tussen de palen is de GR wel gezakt, maar toch nog steeds ongeveer vlak.

Belastingsverdeling bepalen uit gemeten vervormingen Uit de rekmetingen is gebleken dat de rekken in de GR met name optreden in de GR strip die over twee naast elkaar staande palen gaat (zie figuur 5 tot en met figuur 7). Hier gingen de bestaande rekenmethoden al vanuit: de benodigde sterkte wordt specifiek voor deze strips bepaald. Binnen ieder rekenmodel wordt een aanname gedaan hoe die wordt belast en daarmee dus ook hoe de vervormde strip eruit ziet.

Figuur 3 Verloop GR over de voorste paalpunten van figuur 2. Verticale en horizontale schaal zijn verschillend.

Uit de metingen is af te leiden dat de GR strip over de twee voorste modelpalen (figuur 2) de vorm heeft zoals getoond in figuur 3. De bovenkant van de palen is 20 mm onder de GR getekend omdat er ongeveer 20 mm zand tussen de palen en de GR is aangebracht.

43


Voor een dergelijke strip zonder ondersteuning van de onderkant geldt de kabelvergelijking (Bouma, 1989): d 2z = ____ -q(x) ____ 2 (dx) TH

(1)

Met x de coördinaat in horizontale richting (m), z de coördinaat in verticale richting (m), q de verticale belasting op de GR strip (kPa) en TH de horizontale component van de trekkracht in de GR per meter GR (kN/m). Uit deze formule blijkt dat het verloop van de verticale belasting q(x) op de GR te bepalen is door de tweede afgeleide van de vervorming z(x) te nemen. Hiervoor is het nodig dat de vorm van de vervormde GR strip over de palen en de horizontale component van de trekkracht TH in de GR bekend zijn. Het bepalen van het verloop van de verticale belasting is van belang omdat niet alleen de grootte van die kracht, maar ook de verdeling van die kracht over de GR strip grote invloed heeft op de trekkrachten in de GR. De Britse Standaard BS8006 gaat er vanuit dat de kracht gelijkmatig is verdeeld over de GR (figuur 5). De EBGEO en de CUR nemen aan dat de grootste belasting in het midden zit en dat die naar de palen toe gelijkmatig minder wordt (dus een driehoekige belasting, zie figuur 6). Nu is het weer niet zo eenvoudig om de 2e afgeleide te bepalen van de gemeten vervormingen, omdat kleine meetonnauwkeurigheden dan dominant worden. Er is wel een andere benadering mogelijk. Als de BS8006 gelijk heeft en de belasting op de GR tussen de palen uniform is over de GR, dan volgt direct uit vergelijking (1) dat de metingen van de vervormde GR tussen de palen op een zuivere parabool liggen die een minimum heeft midden tussen de palen. Als we het meetpunt midden tussen de palen als oorsprong nemen (dus we stellen dat daar x=0 en z=0) dan moet de functie door de meetpunten een vorm hebben als de machtsfunctie:

vergelijking (1) is de vorm van de belasting op de stip gelijk aan de 2e afgeleide van z en dus moet de vorm van de belasting een functie zijn met x tot de macht 0.8 volgens de kromme gemeten rechts van het midden en met x tot de macht 1.7 voor de kromme links van het midden. De belasting is dus juist klein in het midden tussen de palen en neemt toe dichter bij de palen, juist tegenovergesteld van wat is voorgesteld in EBGEO en de CUR rekenregels. Gezien de onzekerheden lijkt het redelijk om een lineaire toename te veronderstellen, dus q is een functie met x tot de macht 1. Uit vergelijking (1) is dan te bepalen dat de vervorming dan te schrijven is als vergelijking (2) maar dan met x3 in plaats van x2. Dus: q=e•x

en z = f * x3

Figuur 4 Gemeten vorm van de vervormde GR links en rechts van het midden tussen de palen en fit met machtsfunctie.

(3)

De krachtsverdeling is dan dus niet zoals getekend in figuur 6, maar volgens figuur 7. De verticale vervorming van het GR gedurende de proeven, die continu zijn gemeten, bevestigen deze conclusies. Bovenstaande alinea’s hebben consequenties voor de praktijk. De gemeten krachtsverdeling geeft bij dezelfde totale belasting (dus de hoogte van de driehoeken is in beide gevallen even groot) 20 tot 25% lagere rekken en 30% minder doorzakking in het midden tussen de palen. Dit betekent dat EBGEO en ook CUR226 de benodigde treksterkte met ruim 20% lijkt te overschatten en dat er dus een besparing mogelijk is. Dit kan er toe leiden dat een paalmatras concurrerend wordt met andere oplossingen, waar die dat bij de tot nu toe gebruikte rekenmethodes nog niet zou zijn.

Figuur 5 Krachtsverdeling volgens BS8006.

Referenties z = a • x2

(2)

Voor een driehoekige belasting is af te leiden dat de vervormde GR strip een functie volgt van een derde orde polynoom (z = cx3 + dx2). Uit curve fitten blijkt dat dit is te benaderen door een functie als gegeven in vergelijking (2) maar dan niet de macht 2 maar een macht van ongeveer 1.67. De gemeten vorm van het vervormde GR is gegeven in figuur 4.Het stuk links van het midden is in dit plaatje gespiegeld, zodat voor beide metingen het midden tussen twee palen links ligt en er rechts een paal ligt, zoals aangegeven. Het blijkt dat de kromme niet helemaal symmetrisch is, wat ook leidt tot een andere macht. Maar wel is duidelijk dat de macht die wordt gevonden groter is dan 2. Er is dus geen uniforme verdeling van de kracht door de grond uitgeoefend op de GR, zoals is voorgesteld in BS8006, ook zeker geen driehoekige verdeling zoals is wordt aangenomen in de rekenregels van EBGEO en CUR 226. Volgens

– BS8006-1:2010 Code of practice for strengthened/reinforced soils and other fills, BSI 2010, ISBN 978-0-580-53842-1. – Bouma, A.L., 1989. Mechanica van constructies, elasto-statica van slanke structuren. Delftse Uitgevers Maatschappij B.V. ISBN 90 6562 11. – CUR 226, 2010, Ontwerprichtlijn paalmatrassystemen. ISBN 978-90-376-0518-1. – EBGEO (2010), Empfehlungen für den Entwurf und die Berechnung von Erdkörpern mit Bewehrungen aus Geokunststoffen – EBGEO, 2. Auflage, Deutsche Gesellschaft für Geotechniek, Ernst & Sohn, ISBN: 978-3-433-02950-3. – Eekelen, S.J.M. van, Jansen, H.L.; Duijnen, P.G. van; De Kant, M.; Dalen, J.H. van; Brugman, M.H.A.; Stoel, A.E.C. van der.; Peters, M.G.J.M.; (2010b), The Dutch Design Guideline for Piled Embankments, Proceedings van 9 ICG, Brazil, pp. 1911-1916.

Figuur 6 Krachtsverdeling volgens EBGEO en CUR 226.

Figuur 7 Krachtsverdeling volgens de metingen.

44


Ontwat ate at er eren van an slib sl Wapene pene en ne en van ng grond

BetonBeto n nwap pe pe eni ning

Erosiecont c nttrole role van an g gro rond en n rotse o sen n

Sportveld v eld e lden e pa en p arkings par

OeverOev ererverde ded ded e iging

Weten en do doo oor oo o o meten

Optimale inzet van kennis en ervaring met geokunststoffen:

A ich Afd ch htititingen h tin t

G uidsw Gel dsw swanden sw w

ontdek de ‘TEXION-touch’.

Drainage ai ge en en inff i ltrat rat atie ie

Weg Wegen We eg e gen

Asfalt alttalt altwap wapening ap pen g Besc e rmi Besche rrm m i ng mi zee e b od em

TEXION GEOKUNSTSTOFFEN NV - Admiraal de Boisotstraat 13 - 2000 Antwerpen - België - Tel. +32 (0)3 210 91 91 - Fax +32 (0)3 210 91 92 - www.texion.be

Ontwikkeling zelfregulerende krib

Ing. Julian van Dijk Robusta Technical and Industrial Fabrics

Ing. Diederik van Hogendorp Arcadis Nederland B.V.

Dr. Jelmer Cleveringa Arcadis Nederland BV

De werking De Zelfregulerende Krib bestaat uit een geotextiel doek dat aan drijvers hangt en aan de onderzijde aan de rivierbodem is vastgemaakt. Het geotextiele doek hangt dus met de bovenzoom aan indrukbare drijvers (fenders) en is met de benedenzoom vastgemaakt aan bijvoorbeeld een damwandgording of een andere verankering. Bij lage en gemiddelde waterstanden houden de drijvers het doek strak omhoog waarbij alleen

de bovenste regel van de drijvers boven water uitsteekt. Op deze wijze werkt de constructie min of meer op eenzelfde wijze als een bestaande stenen krib. Bij een toenemende waterstand verdwijnen de drijvers onder water, omdat ze niet verder omhoog kunnen dan de hoogte van het geotextiele doek. Omdat de drijvers onder water verdwijnen, gaat het water dat boven de drijvers staat deze samendrukken. Het drijfvermogen neemt daardoor bij een stijgende waterstand langzaam maar zeker af. Bij een zekere overdruk, veroorzaakt

door de kritische watermassa bovenop de drijvers, zal het drijfvermogen van de drijvers zodanig afnemen dat de drijvers onder invloed van een contragewicht en de stroming, naar de bodem zinken. Daarmee verdwijnt het doek inclusief de drijvers tot op de bodem. Bij zeer hoge waterstanden is daarom een maximaal doorstroomprofiel beschikbaar en zal de Zelfregulerende Krib een positief effect hebben op de afvoer van het rivierwater. Bij dalende waterstanden neemt de watermassa op de drijvers af, zodat deze weer gaan uitzetten en het drijfvermogen terugkeert. Na verloop van tijd zal de zelfregulerende krib weer opdrijven en weer functioneren als een reguliere krib. In de figuren wordt de werking van de krib bij een stijgende waterstand weergegeven. Om de kans op sedimentatie van rivierzand bovenop het doek van de krib te voorkomen wordt direct benedenstrooms van de krib een oplopend talud aangebracht waarmee een positieve transportgradiënt wordt gegenereerd.

Het proces De Zelfregulerende Krib is één van de prijswinnende concepten van de prijsvraag ‘Kribben van de Toekomst’ die in 2006 werd uitgeschreven door de CUR (Civieltechnisch Centrum Uitvoering Research en Regelgeving) en Rijkswaterstaat. De prijsvraag was uitgeschreven om innovaties op het gebied van kribben in de Nederlandse rivieren te bewerkstelligen, die optimaal functioneren bij zowel lage als hoge rivierwaterstanden en zo min mogelijk kosten hebben in termen van aanleg, beheer en onderhoud. Het concept van de Zelfregulerende Krib is destijds als één van de vier winnaars geëindigd. De jury was van mening dat het concept inderdaad bijdraagt aan een grotere afvoercapaciteit gedurende hoogwaterstanden en dat het bij lage waterstanden bleef functioneren

Figuur 1 Werking krib bij stijgende waterstand.

46


Samenvatting Robusta en ARCADIS hebben de afgelopen twee jaar gewerkt aan de verdere ontwikkeling van de ‘zelfregulerende krib’. Het principe van de zelfregulerende krib zorgt ervoor dat water wordt gekeerd of gestuurd tijdens lage en gemiddelde waterstanden, maar dat bij hoge en zeer hoge waterstanden de constructie naar de bodem zinkt. Hoewel dat misschien niet erg bruikbaar klinkt is, zijn er toepassingen in het watermanagement die deze bijzondere eigenschappen goed kunnen gebruiken. Eén toepassing is die van kribben in de rivieren. De functie van kribben is het concentreren van het rivierwater in het midden van de rivier, bij lage en gemiddelde afvoeren. Zo helpen de kribben het reguleren van de rivier en zorgen voor een goede bevaarbaarheid. Maar bij hoge waterstanden liggen de kribben in de weg: de rivier moet

dan zo snel mogelijk het water afvoeren naar zee. Vandaar de zelfregulerende kribben: ze doen hun nuttige werk bij lage en gemiddelde afvoeren, maar verdwijnen bij hoge waterstanden en maken zo ruim baan voor de afvoer van het water. Voor deze toepassing is het principe bedacht, maar er blijken nog allerlei andere toepassingsmogelijkheden, zoals in dammen die de afvoer van nevengeulen reguleren. De zelfregulerende kribben en dammen moeten voor een goede werking bestaan uit een flexibel materiaal met voldoende sterkte. Flexibel omdat het constructies zijn die naar en van de bodem bewegen en die met de stroming mee moeten kunnen bewegen. Sterk omdat het bloot wordt gesteld aan grote krachten. Om te kunnen concurreren met andere oplossingen heeft een relatief betaalbaar materiaal de voorkeur. Om bovenstaande redenen is een ontwerp gemaakt met geotextiel en uitgewerkt in een prototype.

als krib. Daarnaast scoort het uitstekend op het onderdeel veiligheid, omdat de optredende schade bij een eventuele aanvaring beperkt is. De Zelfregulerende Krib is daarnaast flexibel en gemakkelijk te construeren. ‘De krib zal leiden tot een enorme verruiming van de horizon in de rivier en uiteindelijk zullen we zo weer ‘brede rivieren traag door oneindig laagland’ zien gaan’, aldus de jury. Na het winnen van de prijsvraag zijn de prijswinnaars Alkyon (tegenwoordig onderdeel van ARCADIS) en Robusta verder gaan werken aan de ontwikkeling van de zelfregulerende krib. Robusta heeft de beschikking over de productiefaciliteiten voor het geotextiel en de kribben. ARCADIS heeft de kennis van de waterbeweging en de waterbouw. De verdere ontwikkeling van de Zelfregulerende Krib tot een daadwerkelijk op schaal 1:1 te testen prototype bestaat uit drie onderdelen: maken van een prototype en het uitvoeren van een eerste test; opzetten van een stromingsmodel voor de Rijntakken en het uitvoeren van numerieke simulaties; opzetten en uitvoeren van een duurproef om te zien welk doek het beste functioneert.

Figuur 2 Het frame inclusief doek en fenders hangt klaar boven de sluis in Hengelo.

1. Prototype Om de 1:1 test te kunnen uitvoeren is er in eerste instantie naar een locatie gezocht met een waterdiepte van meer dan negen meter. Daarnaast moest de locatie goed bereikbaar zijn met een mobiele kraan. Uiteindelijk is met de sluis van Hengelo een geschikte locatie gevonden. In nauwe samenwerking met Rijkswaterstaat Dienst IJssel en Twentekanalen is de praktijkproef voorbereid en uitgevoerd.

Voor de praktijkproef is een stukje krib (of dam) genaaid uit geotextiel doek. Voor de drijvers zijn fenders gebruikt: de zeer stevige ‘ballonnen’ van versterkt rubber die worden gebruikt bij het afmeren van schepen. Deze fenders zijn voorzien van een ventiel en kunnen op druk worden gebracht. De drijvers zijn aangebracht in een omslag van het doek. Deze methode is goed bruikbaar gebleken.

47


Aan de onderzijde is het doek ook omgeslagen en vastgenaaid. Door deze omslag is een stalen buis geschoven, die de onderzijde vormt van een frame. Het frame is voorzien van een zeer zwaar gewicht, met voldoende massa om de gehele constructie met doek en drie drijvers af te zinken. Het frame, met daaraan het contragewicht en het doek met drijver is vervolgens door een kraan te water

gelaten. Om een waterstandsverhoging te simuleren wordt het frame door de kraan naar de bodem van de sluis neergelaten. Op deze wijze kunnen verschillende waterstanden boven de drijver worden gesimuleerd zonder daadwerkelijk de sluiskolk te vullen of te ledigen. De eerste praktijkproef heeft op 19 juni 2010 plaatsgevonden. Om de situatie onder water in beeld te brengen, is gebruik gemaakt van een geavanceerde sonar. De opstelling met kraan, frame en sonar blijkt goed bruikbaar. Het geotextiele doek en de naden zijn in staat om de krachten van de drie drijvers op te vangen, ook bij maximale opdrijvende krachten. Nu de opstelling zich in de praktijk heeft bewezen, wordt een tweede praktijkproef voorbereid. Hierbij zal aan het doek een contragewicht worden bevestigt, om zo de werking van de Zelfregulerende Krib op werkelijke schaal aan te tonen. Dit moet de weg vrij maken voor grootschalige proeven met bijvoorbeeld een testkrib in een rivier.

Figuur 3 De sluis, met 9,0 meter verval, is uitermate geschikt voor simulatie van hoog water.

2. Numeriek onderzoek Naast de prototype testen is ook een numeriek stromingsmodel ontwikkeld om de effecten van de kribben op de waterstanden te simuleren (figuur 4). De numerieke simulaties laten zien dat bij toepassing in de Waal er een waterstandreductie van 10 tot 15 cm mogelijk is over 18 km lengte bij een debiet van 13.900 tot 16.000 m3/s bij Emmerich. Dat zijn belangrijke en gunstige gevolgen. Zichtbaar is het winterbed (de uiterwaarden) van de rivier, met in het midden het zomerbed met de kribben. In de bovenste figuur is de waterstand in de rivier in de bestaande situatie weergegeven, dus met de kribben die de afvoer beperken. In de middelste figuur is de waterstand met zelfregulerende kribben weergegeven, die is gesimuleerd door de kribben uit het model te verwijderen. De onderste figuur geeft het verschil in de waterstand tussen de twee simulaties, dit is dus het effect van het toepassen van de zelfregulerende kribben.

3. Duurproeven De duurproeven hebben een doorlooptijd van twee jaar. Verschillende typen geotextiel doek hangen gedurende deze periode in een frame in de Lek. Met geregelde tussenpozen wordt door een duiker een monster uit het doek gesneden. Van deze monsters wordt in het laboratorium de nog aanwezige sterkte van het geotextiel gemeten. Uiteindelijk zullen deze duurproeven aangeven welk soort doek toepasbaar is voor de zelfregulerende kribben. Deze duurproeven hebben ook als doel om het beeld van geotextiel als een materiaal met een groter toepassingsbereik in de waterbouw te versterken.

Figuur 4 Numerieke simulaties van een hoogwatergolf in de Waal.

Toekomstvisie Indien de Zelfregulerende Krib inderdaad in de praktijk zal worden toegepast, zal het beeld van de Nederlandse rivieren in de aankomende decennia anders worden. Het innovatieve concept van de Zelfregulerende Krib kan het rivierbeeld op

48


een positieve manier veranderen en bijdragen aan de veiligheid tegen hoogwater, zorgt voor veilige scheepvaart en leidt tot een duurzame ontwikkeling op het gebied van rivierbeheer. Wordt vervolgd…

PIJLERS ONDER PROFESSIONALITEIT Jetmix is een inventieve en zorgvuldige partner voor uw bouwproces en sterk verankerd in de markt. Wij zijn actief in het ontwerpen en uitvoeren van een breed scala aan verankerings- en ankerpaalsystemen. Groutinjectieankers Groutankers met (GEWI)-staven Groutankers met strengen Groutinjectieankerpalen GEWI-ankerpalen Verwijderen van verankeringen

Oudsas 11 | Postbus 25 | 4250 DA Werkendam t 0183-50 56 66 | f 0183-50 05 25 | [email protected] | www.jetmix.nl

SLAGVAARDIGE SPELER MET EEN STERK SPECIALISME

Uw partner bij stedelijke engineering De ondergrond is in ieder bouwproject een onzekere factor. Vooral in binnenstedelijk gebied zijn de risico’s groot. Deltares kan deze tot een minimum beperken. Daarvoor combineren we wetenschappelijke kennis, jarenlange praktijkervaring en diepgaande forensische expertise. Om faalkosten te verlagen is niet de beschikbaarheid van technische kennis doorslaggevend, maar de toepassing ervan op het juiste moment en de juiste manier. Risico- en procesmanagement vormen dan ook de ruggegraat van onze aanpak.

Deltares – voor de zekerheid

www.deltares.nl | [email protected] | +31 88 335 7200

kunst INCLUSIEF JAARGANG 15 NUMMER 2 APRIL 2011 ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR HET GEOTECHNISCHE WERKVELD KANSEN BENUTTEN MET DE OBSERVATIONAL METHOD

Recommend Documents