kunst INCLUSIEF JAARGANG 15 NUMMER 3 JULI 2011 ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR HET GEOTECHNISCHE WERKVELD

JAARGANG 15

NUMMER 3 JULI 2011

ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR HET GEOTECHNISCHE WERKVELD

CONCEPTUELE METHODE VOOR EEN SNELLE DIAGNOSE VAN HET FAALGEDRAG VAN DE VLAAMSE DIJKEN THERMISCH ONTWERP BIJ GRONDVRIEZEN IN NEDERLAND

SCHEMATISERINGSFACTOR MAAKT KEUZES IN GEOTECHNIEK BETER ZICHTBAAR VERDICHTEN VAN ZAND VOOR BOORTUNNELS RANDSTADRAIL

INCLUSIEF

kunst

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}À° www.fugro.nl

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

Van de redactie Beste lezers, Er zijn momenteel veel ontwikkelingen gaande op het gebied van het ontwerp en toetsing van waterkeringen. Een belangrijke ontwikkeling is dat de vertrouwde bezwijkanalyses op basis van effectieve spanningen worden vervangen door ongedraineerde bezwijkanalyses. De wens is om dit al in 2012 voor de regionale waterkeringen in te voeren. Hiermee sluiten we beter aan op de in het buitenland gehanteerde ‘total stress analysis’. Andere omvangrijke onderzoeken zijn onder andere het onderzoek naar piping, werkelijke sterkte (rekening houdend met vervorming) en monitoring (ijkdijk).

tiseringsfactor waarover in dit nummer wordt geschreven. We moeten nagaan of dit een zinvolle toevoeging is voor andere geotechnische berekeningen zoals bouwputten of grondconstructies. De laatste jaren bent u gewend dat er twee specials worden uitgegeven; een Nederlandstalige special rondom een terugkerend Nederlands evenement, en een Engelstalige special rondom een buitenlands congres. De haalbaarheid van de laatste special hangt onder meer af van de congressen en daarmee samenhangend de bereidheid tot sponsoring. Dit jaar bleek de Engelstalige special niet haalbaar. De Nederlandstalige special met de bijdragen van de geotechniekdag ontvangt u aan het einde van het jaar.

Ik haal dit aan omdat ik vaak merk dat geotechnisch adviseurs ofwel zijn ingevoerd in het dijkontwerp, of zijn gespecialiseerd in infra of bouwprojecten, maar veelal niet in beide. Velen weten bijvoorbeeld niet dat TAW documenten en leidraden een schat aan bruikbare informatie geven voor diverse geotechnische ontwerpberekeningen.

In deze uitgave vindt u bijdragen over grondbevriezen en verdichten van zand. In het artikel over de schematiseringsfactor kunt u lezen hoe we onzekerheden in de bodemopbouw in rekening kunnen brengen. Tevens kunt u lezen over een nieuwe beoordelingsmethodiek voor Belgische dijken.

De nieuwe ontwikkelingen zouden ook buiten de dijkensector moeten worden bediscussieerd en beoordeeld; waarom een dijk ongedraineerd berekenen en een ophoging voor een weg of spoorweg niet? Een ander voorbeeld is de schema-

Ik wens u veel leesplezier in dit zomernummer. Martin de Kant Namens de redactie en uitgever

‘ . . . Duidelijk gevalletje van piping ! . . .‘

1

GEOT ECHNIEK – Juli 2011

Hoofd- en Sub-sponsors Hoofdsponsor

Stieltjesweg 2 2628 CK Delft Tel. 088 - 335 7200

www.deltares.nl

Sub-sponsors

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

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

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

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

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

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

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

2


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

Rooseveltlaan 8, 4536 GZ Terneuzen Postbus 326, 4530 AH Terneuzen Tel. 0031 115 62 09 27 www.bmned.com

Mede-ondersteuners Arcadis Nederland BV

CRUX Engineering BV

Geomet BV

Profound BV

Royal Haskoning

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

Postbus 670 2400 AR Alphen aan den Rijn Tel. 0172 - 449 822 Fax 0172 - 449 823 www. geonet.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

Cofra BV

CUR Bouw & Infra

Jetmix BV

SBR

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

Ingenieursbureau Amsterdam

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

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

Colofon GEOTECHNIEK JAARGANG 15 – NUMMER 3

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

JULI 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. Heeres, Dr. Ir. O.M. 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 Wassing, B. 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 - Juli 2011. Niets uit deze uitgave mag worden gereproduceerd met

Cover: het DMC-systeem

welke methode dan ook, zonder

van Landustrie (beeld:

schriftelijke toestemming van de

Lex de Prieëlle) zie pag. 6

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 – 9 Gesignaleerd – 11 KIVI NIRIA rubriek – 13 SBR-info 14 CUR Bouw & Infra – 16 The Magic of Geotechnics – 23 Agenda – 54 Vraag en antwoord

18

24

Falen dijk Reststerkte

Erosie riviertalud

Erosie landtalud

Afschuiven riviertalud

Afschuiven landtalud

Piping

Micro-instabiliteit

Conceptuele methode voor een snelle diagnose van het faalgedrag van de Vlaamse dijken

Thermisch ontwerp bij grondvriezen in Nederland Ir. Jacco K. Haasnoot / Ing. Dirk G. Goeman

Ir. Gauthier van Alboom / Ir. Koen Haelterman / Ir. Ronny van Looveren dr. Frank Mostaert / Ir. Patrik Peeters / Ir. Leen Vincke

30

36

Schematiseringsfactor maakt keuzes in geotechniek beter zichtbaar

Verdichten van zand voor boortunnels RandstadRail

Ir. Ed Calle / Ir. Werner Halter / Ir. Hans Niemeijer

Ir. Diederik van Zanten / Ir. Edwin P.T. Smits / Ir. Rodriaan Spruit

43 Geokunst

Onafhankelijk vakblad voor gebruikers van geokunststoffen

46

51

Paalmatrasproeven II Belangrijkste conclusies

Paalmatrasproeven IIa: Eén laag biaxiaal of twee lagen uniaxiale wapening in een paalmatras

Ir. Suzanne van Eekelen / Ing. Jack van der Vegt Ir. Herman-Jaap Lodder / Dr. Ir. Adam Bezuijen

Ir. Suzanne van Eekelen

50 CUR aanbeveling VC 92: Uitvoeringsrichtlijn geokunststoffen in de waterbouw Ir. Wim Voskamp

5


Actueel Onder redactie van Robert Diederiks

van geluidsgolven bleek niet alleen een zeer effectieve maar ook een relatief goedkope methode. De Kruispleingarage is een ontwerp van het ingenieursbureau van Gemeentewerken Rotterdam. Het ondergrondse deel van de garage is ontworpen door architect Maarten Struijs, ook van het ingenieursbureau. Team CS (Benthem Crouwel, Meyer en Van Schooten en West 8 Urban design & landscape architecture) ontwierp de bovengrondse onderdelen. De oplevering is naar verwachting medio 2013.

Nieuwe ontwikkeling van Landustrie Sneek in BBC programma ‘World Series – Horizons’

Succesvolle test bij diepste parkeergarage van Nederland

Rotterdamse innovatie controleert beton met geluid Rotterdam bouwt onder het Kruisplein de diepste parkeergarage van Nederland: vijf verdiepingen, acht parkeerlagen, 20 meter diep. Tijdens de uitvoering heeft het ingenieursbureau van Gemeentewerken Rotterdam (IGWR) samen met aannemer Besix met succes een nieuwe methode getest om met geluid de kwaliteit van betonnen diepwanden te controleren. Deze methode wordt daarom nu toegepast bij de aanleg van de spoortunnel in Delft. De Kruispleingarage biedt straks plaats aan 760 auto’s. Die bereiken hun bestemming vanuit de Weenatunnel via een 200 meter lange ondergrondse weg. Aan het einde daarvan ligt een eveneens ondergrondse rotonde. Behalve tot de nieuwe garage geeft deze ook toegang tot de bestaande Schouwburgpleingarage. Voor het maken van de bouwkuip is 370 meter (omtrek) diepwand gemaakt. De betonnen, in het werk gestorte, wanden zijn 1,2 meter dik en 41 meter ‘diep’. Een potentieel probleem bij het maken van diep-

wanden is de kwaliteitscontrole tijdens de uitvoering. Zo kwam deze bouwwijze eerder negatief in het nieuws bij de aanleg van de Noord/Zuidlijn in Amsterdam. Om vergelijkbare problemen te voorkomen hebben ingenieurs van Gemeentewerken Rotterdam een nieuwe meettechniek toegepast. Met behulp van 50kHz-geluidgolven kunnen zwakke plekken in de wanden tijdens de uitvoering worden opgespoord. Deze methode is bij de Kruispleingarage getest.

De BBC heeft afgelopen april opnamen op locatie gemaakt aan de dijk bij de Zeelandbrug in Colijnsplaat. De uitzending wordt gemaakt in het kader van het UrbanFlood project. Dit is een Europees project binnen het Zevende Kader Programma. Het UrbanFlood project omhelst het online monitoren van dijken in Londen, Amsterdam en Sint Petersburg. De verkregen gegevens over de conditie van deze dijken wordt continu geanalyseerd. Eventueel dijkfalen kan tijdig worden geconstateerd en waterbeheerders en noodhulpdiensten kunnen adequaat van informatie worden voorzien.

De akoestische metingen vonden plaats door zenders en ontvangers langzaam omhoog te trekken door een buis die aan de wapeningskorf was bevestigd. Zo kon de diepwand over de volle hoogte van 41 meter worden gescand. IGWR onderzocht ook andere meetmethoden, onder meer met temperatuur en elektrische weerstand. Het gebruik

In Zeeland werden door de BBC opnamen gemaakt omdat in het dijklichaam naast de Zeelandbrug het DMC systeem is toegepast. Dit Dijk Monitoring- en Conditioneringssysteem is een ontwikkeling van Landustrie Sneek BV en VolkerWessels Telecom. Met sensoren wordt de druk en de temperatuur

Piping: een van de fenomenen die met het DMC-systeem te bestrijden zijn.

6


Actueel Jong talent beste afstudeerders aan TU’s en

Keverling Buisman prijs 2011 Wie schreef de beste publicatie op het gebied van de Geo-Engineering? Meld nu kandidaten voor de Keverling Buisman prijs 2011! Tijdens de Geotechniekdag op 10 november 2011 worden prijzen uitgereikt voor publicaties die bijdragen aan de ontwikkeling van het vakgebied Geo-engineering: het bouwen met, in en op de grond. Vanaf 2009 heten deze prijzen de Keverling Buisman prijs. in de dijk gemeten. Het monitoringsysteem moet ervoor zorgen dat er geen piping ontstaat. Water dat door de dijk heen komt, voert dan zand mee en holt de dijk als het ware uit. Omdat de sensoren tijdig het pipingprobleem kunnen constateren, kan met het verpompen van water de dijk in goede conditie worden gehouden. Voor het UrbanFlood project is dit systeem met name waardevol, omdat niet alleen het monitoren maar ook het conditioneren van het dijklichaam tot de mogelijkheden behoort.

Deltares en KIVI-NIRIA Geotechniek Keverling Buisman reiken prijzen uit in drie categorieën: Wetenschappelijke publicaties (artikelen van Nederlandse en Belgische auteurs in de internationale wetenschappelijke literatuur van het afgelopen jaar), Geo-engineering voor een breed publiek (populair-wetenschappelijke artikelen in de Nederlandse landelijke dagbladen en de populaire pers of andere communicatiemiddelen voor een breed publiek),

HBO-instellingen. Prijswinnaars worden op de Funderingsdag in het zonnetje gezet en beloond met € 1000,-. U kunt nu (tot 1 september 2011) kandidaten aanmelden voor de drie categorieën. De organisatie zal uit de aanmeldingen een selectie maken waaruit de jury uiteindelijk drie prijswinnaars kiest. De voorzitter van de jury, Mandy Korff, zal namens Deltares en KIVI-NIRIA Geotechniek de prijzen uitreiken. Hebt u artikelen of personen waarvan u vindt dat ze niet mogen ontbreken, dan kunt u deze aanmelden per e-mail bij [email protected]. Artikelen en scripties gepubliceerd tussen 1 juli 2009 en 1 september 2011 kunnen meedoen. Een overzicht van de genomineerden verschijnt in september op www.geonet.nl. Meer informatie over de Keverling Buisman prijs en de samenstelling van de jury is te vinden op www.geonet.nl.

Actueel Verdediging proefschrift overgangsconstructies in spoorwegen Op vrijdag 13 mei verdedigde Bruno Coelho met succes zijn proefschrift Dynamics of railway transition zones in soft soils. Het onderzoek werd uitgevoerd aan de TU Delft in het kader van het Delft Cluster programma, in samenwerking met Deltares, waarbij ProRail de belangrijkste stakeholder was. Bij een duiker vlakbij station Gouda Goverwelle zijn metingen verricht aan het spoor en de ondergrond ter plaatse van de overgang tussen de aardebaan en het kunstwerk. De spoorligging, de waterstand en horizontale vervormingen zijn gedurende een jaar gemonitord. Er zijn twee snelle metingen uitgevoerd, waarbij de dynamische reactie van het spoor en de ondergrond tijdens treinpassages gemeten zijn. Coelho heeft de metingen uitgebreid geanalyseerd en een eindige elementen model gemaakt om de resultaten te kunnen interpreteren. Coelho heeft een verbetering bedacht om verplaatsingen te bepalen uit versnellingsmetingen. Een opvallend resultaat, dat zo goed uitgewerkt is, dat geen commissielid kans zag daar oppositie tegen te voeren. Een belangrijke uitkomst van het

onderzoek is dat de problemen niet alleen door de slappe bodem komen. Ook de wijze van aanleg speelt een rol. De vraag van professor Powrie uit Southampton of zijn studie zich zoals de titel suggereert alleen bruikbaar is voor een slappeondergrond, moest Coelho dan ook ontkennend beantwoorden. Het is natuurlijk wel zo dat een goede ondergrond of goede aanlegwijze de problemen vermindert. De relatie tussen het langetermijngedrag en het dynamische gedrag van de constructie was helaas beperkt uitgewerkt. Mogelijk speelde de korte beschikbare tijd hierbij een rol: Coelho had maar drie jaar voor zijn promotieonderzoek, in plaats van de gebruikelijke vier. Toch gaven de commissieleden professor Barends en Hölscher aan dat er veel aanknopingspunten voor die relatie in het onderzoek te vinden zijn. Hier liggen dus kansen voor vervolgonderzoek. Professor Esveld ging nog in op de praktische toepasbaarheid van de resultaten. In de conclusies geeft Coelho aan dat de huidige stootplaat niet voldoet. Maar welke verbeteringen zijn dan mogelijk? Dit leverde nog geen concreet, direct toepasbaar antwoord op. De mogelijkheid van langere stootplaten of onderlegplaten onder de stootplaat zijn genoemd, maar er kan ook aan andere onderhoudstechnieken gedacht worden, waarbij de blinde vering in de overgangszone wegge-

nomen wordt zonder dat de ballast zijn pakking verliest. Coelho had een stelling gewijd aan een van de wijze lessen van het onderzoek: dat een onderzoeker niet op ongevalideerde metingen moet vertrouwen. De rector magnificus vond die stelling zo interessant, dat hij bij uitzondering een vraag stelde. Al met al was het een geslaagde promotieplechtigheid.

Uittreerede Frans Barends Na een carrière van 40 jaar in het vakgebied grondmechanica houdt professor Frans Barends zijn uittreerede op 21 september 2011. Voorafgaand zal een kort symposium worden georganiseerd door Deltares over Dike Engineering. Iedereen is welkom. Het voorlopige programma: Locatie Aula Congrescentrum TUDelft woensdag 21 september – 11.00 Symposium Dike Engineering – 13:00 Lunch – 15:00 Uittreerede – 17:00 Receptie

FOTO: FREEK VAN ARKEL

8


Gesignaleerd

Het wonder van de Noord/Zuidlijn AUTEUR UITGAVE DETAILS PRIJS

Bas Soetenhorst Promotheus/Bert Bakker ISBN 978-90-5662-796-6 Paperback, 272 pagina’s ISBN 978-90-3513-641-0 € 18,95

1,4 miljard euro zou het kosten. Amsterdam betaalde 317 miljoen, het Rijk de rest. De stad zou er nauwelijks hinder van ondervinden en in 2011 zou de metro rijden. Zo luidden de afspraken in 2002, bij het begin van de aanleg van de Noord/ Zuidlijn. Inmiddels hangt de vlag er heel anders bij. De teller staat op 3,1 miljard, de Amsterdamse bijdrage is meer dan vervijfvoudigd en de ingebruikname is op zijn vroegst in het najaar van 2017.

De Noord/Zuidlijn staat symbool voor bestuurlijk wensdenken, financiële tegenvallers en wanbeleid. Het wonder van de Noord/Zuidlijn beschrijft hoe dit alles kon gebeuren. De zeer onthullende reconstructie, gebaseerd op tientallen interviews en talloze geheime documenten, legt van binnenuit bloot hoe het kabinet alle risico’s bij Amsterdam neerlegde, de gemeente zich liet uitkleden door commerciële bedrijven, welgestelde bewoners de metro uit hun buurt weerden en ambtenaren en bestuurders tegen beter weten in heilig bleven geloven in de nieuwe metro.

KIVI NIRIA

Geotechniek in het ‘app’-tijdperk

Heeft u of heb jij al een iPad? Het is een vraag die steeds vaker gesteld wordt. Voor sommigen is een iPad een mooie gadget en voor anderen zit de iPad in de tas als standaard ingenieurgereedschap. Zelf ben ik om. Een tablet en apps maken het mogelijk om ter plekke, op kantoor of in het veld, informatie op te roepen en te benutten. Alles wordt sneller en dus ook ons vak. Een kleine zoektocht door de app store (85% van de tablets

is een iPad leert mij onder andere dat momenteel gratis of tegen betaling, software beschikbaar is voor Civil Engineering en de Eurocode (met name mechanica en beton, maar ook grond). Downloaden was kinderlijk eenvoudig.

Nog interessanter is te onderzoeken wie dit allemaal aanbieden. De American Concrete Pavement Society biedt reeds 5 Apps aan voor de iPad en 5 voor de iPhone. Ook informatie over geotextielen wordt via een App aangeboden.

En ook voor de iPhone of de iPod zijn er Apps, onder andere voor paaldimensionering (‘ Piles Section’) en funderingen op staal (‘Plinth’). Zelfs is er al een Spaanstalige handleiding voor geotechnische constructies. Overigens is dit één van de duurste Apps. Momenteel kost deze € 54,99, terwijl anderen vaak maar een paar euro kosten. Gratis zijn bijvoorbeeld Apps over de seismische risico’s in de VS of bodemclassificatie gebaseerd op GPS coördinaten, eveneens in de VS. Zoek hiervoor naar SoilWeb.

Is dit leuk, nuttig of allebei? Ik denk het laatste en wacht op de eerste Nederlandse Apps. Ik ben reuze benieuwd of de geotechnicus van morgen niet alleen risico’s analyseert en afweegt, maar deze ook visualiseert en in ontwerpen bouwoverleggen direct inbrengt met de moderne achterkant van de sigarendoos...

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

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

William van Niekerk Voorzitter KIVI Niria Afdeling voor Geotechniek Verstuurd vanaf mijn iPad

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.

MOS Grondmechanica

Kleidijk 35

Postbus 801 3160 AA Rhoon

T + 31 (0)10 5030200

F + 31 (0)10 5013656

www.mosgeo.com

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

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

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

SBR info

Handboek Funderingen – geheid de juiste keuze Auteur ing. E. (Ed) Smienk van ABT Uitgever SBR Artikelnr. 575.10 ISBN 978-90-5367-515-1 Prijs € 78,00 (gedrukt exemplaar) www.sbr.nl/funderingenb De juiste fundering voor een gebouw kiest en realiseert u met Deel B van het SBR Handboek Funderingen. Dit veel geraadpleegde naslagwerk: is praktisch en systematisch van opzet; bevat beschikbaar materiaal, materieel, funderingssystemen; vanuit de online versie klikt u eenvoudig door naar regelgeving, contactgegevens en meer. De funderingsbranche innoveert en talloze nieuwe begrippen doen hun intrede in het vakgebied. Duurzaamheid wordt steeds belangrijker. Met dit handboek heeft u een praktisch hulpmiddel in huis. Deel B, het gedeelte over systemen, is het enige deel van het Handboek Funderingen dat ook in gedrukte vorm verkrijgbaar is. De overige delen A, C en D zijn alleen online te raadplegen, via een speciaal abonnement te bestellen in de kenniswinkel op www.sbr.nl. Het voordeel van de online versie van het handboek is het direct doorklikken naar allerlei andere handige informatie, zoals de SBR Trillingsrichtlijnen.

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

Update van de Commissies werkzaamheden worden opgepakt door een nieuw te vormen CUR-commissie.

Commissie C185 Funderingsherstel

Commissie C152 Ankerpalen Zoals in de vorige Geotechniek aangekondigd, zou de Richtlijn Ankerpalen in mei/juni beschikbaar komen. Bij de laatste afrondende werkzaamheden is er nog een flinke discussie geweest over enkele inhoudelijke punten. Dat heeft ertoe geleid dat de Richtlijn Ankerpalen in september 2011 beschikbaar komt.

Commissie C188 Rekenregels voor ongewapende onderwaterbetonvloeren In de afgelopen periode is het gelukt om de benodigde financiering voor herziening van deze Aanbeveling te realiseren. Er is een breed samengestelde commissie gevormd die het traject zal begeleiden. De focus zal bij deze herziening liggen op de volgende onderdelen: 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. Er zal bij deze herziening nauw worden aangesloten op de Richtlijn Ankerpalen en uiteraard op de Eurocode. Verwacht wordt dat het resultaat van deze herziening na de zomer 2012 beschikbaar komt.

Commissie C191 Rekenregels voor diepwanden In 2010 is CUR/COB publicatie 231 verschenen onder de titel Handboek diepwanden. Bij de afronding van de werkzaamheden heeft de commissie

gekeken naar de actualiteit van CUR-Aanbeveling 76 Rekenregels voor diepwanden. De commissie heeft geconstateerd dat die Aanbeveling op een klein aantal onderdelen moet worden herzien. Daarvoor is toen een plan van aanpak geschreven en vastgesteld en vervolgens heeft de CUR financiering geregeld om de herziening uit te voeren. Inmiddels is een start gemaakt met deze herziening. Verwacht wordt dat de herziene uitgave van CUR-Aanbeveling 76 Rekenregels voor diepwanden eind 2011 beschikbaar is.

Op 7 maart jl. is CUR/SBR commissie C185 gestart onder voorzitterschap van ing. A.T.P. Opstal (Ingenieursbureau Gemeentewerken Rotterdam). Deze commissie heeft tot doel om een Richtlijn Funderingsherstel te ontwikkelen waarin alle kennis en ervaring is gebundeld met betrekking tot herstel van woningen op palen (o.m. gevolgen van ‘paalrot’) bij houten funderingpalen en herstel van funderingen ‘op staal’. Ca. 40 bedrijven en organisaties uit de gehele sector zijn bij dit proces betrokken. Er wordt nauw aangesloten op de Richtlijn Funderingsonderzoek van het platform F3O (‘Onderzoek en beoordeling van houten paalfunderingen onder gebouwen’). De commissie heeft als eerste taak de inhoudsopgave van de Richtlijn vastgesteld + een indeling waarop de beschrijvingen van de diverse hersteltechnieken zullen worden gepresenteerd. Inmiddels ligt er een eerste concept-versie van het handboek, waar de commissie zich over zal buigen. Verwacht wordt dat de Richtlijn Funderingsherstel in januari 2012 beschikbaar is.

Commissie C186 Binnenstedelijke kademuren

Trekpalen Inmiddels ligt er een plan van aanpak voor het uitwerken van de aanbevelingen uit CUR publicatie 2001-4 Ontwerpregels voor trekpalen. Daarbij gaat het om de volgende items: het last-rijzingsgedrag van individuele palen en palen in een paalgroep; de trekcapaciteit en het deformatiegedrag van trekpalen in klei; het last-rijzingsgedrag van trekpalen in gelaagde grond (afwisselende zand- en kleilagen); het effect van wisselende belastingen in klei en in zand (effect op draagkracht en deformatie); het effect van dynamische belastingen op trekpalen (effect op draagkracht en deformatie). De komende periode zal worden gewerkt aan de financiering. Als dat is afgerond kunnen de

14


Op donderdag 28 april jl. is deze CUR commissie gestart onder leiding van dr.ir. J.G. de Gijt (Ingenieursbureau Gemeentewerken Rotterdam). Op de foto is de verdere samenstelling te zien. Hierop ontbreken helaas 2 leden die bij de startvergadering verhinderd waren. De commissie ontwikkelt een handboek Binnenstedelijke kademuren, waarin kennis en ervaring wordt gebundeld omtrent de aanpak en de werkwijze bij ontwerp en realisatie van herstel van binnenstede-

CUR Bouw & Infra info lijke kademuren. Er zal nauw worden aangesloten op Damwandconstructies (CUR-publicatie 166) en op de herziening van het Engelstalige handboek Quay Walls (CUR-publicatie 211E). Verwacht wordt dat het handboek Binnenstedelijke kademuren in de tweede helft 2012 beschikbaar komt.

op het werk met zorg moeten worden behandeld en dat het geokunststof in het werk op een zorgvuldige wijze moet worden aangebracht. Daarbij is een belangrijk uitgangspunt dat de uitvoerder/toezichthouder er van overtuigd moet zijn dat het geleverde geokunststof voldoet aan de gestelde specificaties.

Commissie VC92 Uitvoeringsrichtlijn geokunststoffen

Onderzoek bij een aantal projecten waar schade is opgetreden aan de geokunststoffen heeft geleerd dat er bij de uitvoering veel fouten worden gemaakt. Fouten m.b.t. het uitrollen van geokunststoffen, en de overlap tussen de rollen, maar ook ten aanzien van de bestorting waarmee de geokunststoffen worden afgedekt. Gevolgen van deze fouten zijn dat het geokunststof niet de hoogwaardige functie kan vervullen waarvoor het in de constructies is bedoeld. Om die reden heeft CUR commissie VC 92 CUR-Aanbeveling 115 ontwikkeld, speciaal bedoeld voor de bouwplaats, om werkvoorbereiders en uitvoerders te helpen om geokunststoffen op de vakkundige en professionele juiste wijze te hanteren. De Aanbeveling is bedoeld voor toezichthouders, aannemers, uitvoerders, ontwerpers, verzekeraars,

Het ontwerp van constructies met geokunststoffen is vastgelegd in CUR-publicatie 174 Geokunststoffen in de waterbouw (digitaal beschikbaar via www.curbouweninfra.nl). Die publicatie is bedoeld voor de ontwerpers van dit type constructies. Geokunststoffen is een verzamelnaam voor een groot aantal producten in verschillende verschijningsvormen en met verschillende eigenschappen. De functie ervan in de constructie is in de meeste gevallen veel meer dan ‘een doekje ertussen’. Sterker: geokunststoffen vervullen met name in de waterbouwkundige toepassingen vaak een belangrijke filterfunctie. Dat betekent dat ze

adviesbureaus, bevoegd gezag e.d. Daarnaast helpt de Aanbeveling de bestekschrijvers en opstellers van contracteisen en vraagspecificaties. Door in een bestek, contract of vraagspecificatie de eis voor bij voorkeur onafhankelijk en deskundig toezicht op te nemen, te verwijzen naar deze CUR-Aanbeveling en dit voorafgaand aan de uitvoering op een juiste manier invulling te geven, kan tijdens de uitvoering veel discussie worden voorkomen.

Meer weten: [email protected]

Damwanden (CUR 166) – correctie! In het handboek Damwandconstructies (CUR 166) staat op pagina 114 van deel 1 een formule voor het berekenen van de kwel door een waterremmende laag. Helaas is die formule niet correct. De juiste is:

ǵᒌ Q = ___ • A c Dus met A boven de deelstreep en niet eronder. Dank aan de melder van deze fout!

The Magic of Geotechnics Dr. Jurjen van Deen Deltares

Toekomstverkenningen voor de geotechniek De toekomst is onzeker, maar onvermijdelijk. Hoe ga je om met de toekomst als bedrijf, overheid of kennisinstelling? Eén van de manieren om grip te krijgen op een weerbarstige werkelijkheid is het gebruik van scenario’s. What, if? Over scenario’s, en wat we ervan kunnen leren voor de geotechniek.

Scenario’s zijn beschrijvingen van mogelijke toekomsten. Het doel van scenario’s is om te doordenken wat voor strategieën, koersen, activiteiten effectief zijn om in de toekomst succesvol te (blijven) opereren. Een scenario is dus geen toekomstvoorspelling, en ook niet als zodanig bedoeld. Integendeel, een scenario schetst een enigszins extreem beeld dat zich in de toekomst zou kunnen ontwikkelen. Meerdere scenario’s tezamen schetsen het speelveld waarop die toekomst zich waarschijnlijk gaat ontwikkelen. Met de nadruk op waarschijnlijk. Scenario’s worden vaak ontwikkeld aan de hand van een assenkruis, waarin de twee belangrijkste onzekerheden de dimensies zijn. De keus daarvan is natuurlijk cruciaal: als naderhand de maatgevende ontwikkeling zich langs een heel andere as blijkt af te spelen, wordt het realiteitsgehalte opeens een stuk minder. De bekende studie ’Wel-

vaart en leefomgeving (WLO, 2006) van de samenwerkende Nederlandse planbureaus CPB en PBL en daarvóór de CPB studie Vier vergezichten voor Nederland (2004) zijn geordend rond twee sleutelonzekerheden: de mate waarin landen bereid en in staat zijn internationaal samen te werken, en de verdeling tussen publieke en private verantwoordelijkheden (meer of minder sturing door de overheid). In die scenario’s was er geen rekening mee gehouden dat er een kredietcrisis zou komen, en die heeft het speelveld natuurlijk behoorlijk overhoop gegooid. Vandaar de nadruk op waarschijnlijk, en op de constatering dat een scenario geen voorspelling is.

- ook wereldeconomie stagneert - milieu en klimaat geen prioriteit - sterke nationale overheid, zwak Europa - kennis naar binnen gericht; braindrain

ECONOMISCHE ONTWIKKELING WEST-EUROPA

Wereld in balans - samenwerking op wereldschaal - welzijn en verdeling zijn belangrijk - veel aandacht voor milieu en klimaat - kracht EU: kennis, duurzaamheid

MAATSCHAPPELIJKE

Bloei

In dit scenario is de wereld instabiel. De economie stagneert. Isolationisme wordt hierdoor bevorderd. De wereldeconomie komt mondjesmaat op gang. Ieder land geeft zijn eigen invulling aan herstel. Centraal staan veiligheid, gezondheid, voedsel en energiezekerheid. Milieu en onderwijs zijn geen prioriteit, innovatie is laag. Op de EU wordt niet meer vertrouwd, men kijkt meer naar de buurlanden.

Riding the waves

Nieuw Nederland ORIËNTATIE

Riding the Waves

In de eerste twee raakt Nederland intern gericht. Vertrouwen op eigen kracht scoort hoger dan vertrouwen in samenwerking met de rest van de wereld. Afhankelijk van de economische ontwikkeling van West Europa hebben we dan twee scenario’s: stagnatie of bloei.

Nieuw Nederland Om het speelveld voor de sector van de Deltatechnologie te verkennen heeft Deltares in samenwerking met de Waterdienst van Rijkswaterstaat begin 2011 een scenariostudie uitgevoerd. De sleutelvariabelen die het assenkruis definiëren

Gericht op eigen kracht

- particulier initiatief staat centraal - onbelemmerde wereldhandel - milieu en klimaat sterk onder druk - kennis gericht op behoeften bedrijfsleven

zijn hier de maatschappelijke oriëntatie van Nederland: gericht op samenwerking internationaal of gericht op eigen kracht. En de economische ontwikkeling van West Europa: komt er bloei of blijft er stagnatie. Dat assenkruis leidt tot vier scenario’s.

Stagnatie

In dit scenario draait de economie voorspoedig. Er is welvaart en er heerst marktoptimisme. Particulier initiatief is de drijvende kracht voor alles; economie, onderwijs, milieu en cultuur. Mobiliteit is hoog en er is hoge congestie in de wereldsteden. Er zijn open grenzen, bondgenootschappen worden aangegaan en de overheid houdt zich voornamelijk bezig met het faciliteren en ordenen van de markt.

Fort Europa - samenwerking op Europese schaal - daarbuiten protectionisme - BRIC loopt uit op EU - Europa als kenniscentrum verzwakt

Gericht op samenwerking

De twee andere scenario’s schetsen het beeld van Nederland dat zich extern richt en samenwerking zoekt met andere landen en spelers, internationaal. Ook hier weer twee scenario’s: stagnatie of bloei.

Fort Europa In dit scenario doet de EU het beter dan Nederland individueel, maar blijft achter bij de BRIC-landen

16


The Magic of Geotechnics (Brazilië, Rusland,India,China). Er is veel vertrouwen in de EU, naar de wereld daarbuiten overheersen protectionisme en wantrouwen. Europese regelgeving staat centraal, de rol van de nationale overheid is minder. Lokale folklore wordt wel beschermd. Er is een opkrabbelende economie. Het bedrijfsleven is onderhevig aan EU regelgeving, maar er is wel een level playing field. West Europa is sterk in watertechnologie, landbouw en (auto/transport) technologie.

De toekomst van bouwen: nu op de tekentafel: de Rodovre skyscraper door architectenbureau MVRDV.

Wereld in Balans In dit scenario is er duurzaam economische groei. Er is een stabiel evenwicht tussen de machtsblokken. De basisprincipes zijn internationale samenwerking, gelijkwaardigheid en vertrouwen. Er is uitwisseling in kennis, mensen en goederen. Individueel ondernemersschap past in de collectivistisch ingestelde wereld. Het milieu en het klimaat krijgen veel aandacht.

Scenario’s en geotechniek Wat hebben deze scenario’s nu voor consequenties voor de deltatechnologie en ons deel daarvan, de geotechniek? Op zijn minst op vier fronten kunnen we een verschil in ontwikkelingen zien: de bouw en het beheer van wegen en spoorwegen, van binnenstedelijke infrastructuur en gebouwen, de aandacht voor duurzaamheid en de aanwezigheid van een innovatief klimaat met aandacht voor kennisontwikkeling. Nieuw Nederland is een wereld van business cases. Korte en zekere terugverdientijden staan centraal. Er is sprake van kortetermijndenken. Hoogdravende concepten als duurzaamheid kunnen we ons niet permitteren, denken we. Beheer en onderhoud scoort hoog. We zijn huiverig om te investeren in grote projecten, en de neiging is: houden wat je hebt, de levensduur en de toelaatbare belasting van (spoor)wegen, tunnels en bruggen zoveel mogelijk oprekken. Het bedrijfsleven bestaat uit veel kleine bedrijfjes, protectionisme maakt activiteiten in het buitenland lastig. En korte en zekere terugverdientijden verhouden zich moeizaam met innovatie waar toch een zekere mate van visionair denken veel kan helpen. Talentvolle jeugd neemt de benen naar de USA; of naar China. GeoHohai overvleugelt ons op geotechnisch gebied. In Fort Europa gaat het ons een stuk beter. Onze wereld heeft nu niet meer de omvang van het Nederlandse Bruto Nationaal Product van 700 miljard euro maar het twintigvoudige van de EU. De BRIC landen groeien harder dan de EU maar of daar veel kansen liggen is de vraag. Als wij

protectionistisch zijn, zijn zij het ook. Klimaatverandering is een belangrijke drijvende kracht, hier wordt in geïnvesteerd en met zijn waterbouwtraditie heeft Nederland een goede uitgangspositie in Europa. De offshore bloeit. We hebben kansen onze Nederlandse dijkenkennis te extrapoleren en te exporteren naar de stuwdammenwereld. In Wereld in Balans is ‘ons’ BNP nog eens drie maal zo groot. De wereld is ons werkterrein, maar de consequentie is wel dat anderen ook bij ons over de vloer komen. De paar Polen die nu bij ons komen klussen zijn er niets bij. Het is een idealistische wereld waarin duurzaamheid hoog in het vaandel staat, alsmede samenwerking en gelijkwaardigheid. Duurzaamheid vraagt van de sector nieuwe concepten en innovaties. Kenniswerkers – en anderen – zijn als ZZPers aan de slag in snel wisselende ad-hoc samenwerkingsverbanden. De overheid is op de achtergrond als sterke en regulerende partij aanwezig. Kennis wordt overal ontwikkeld, maar bewaard en toegankelijk gemaakt door geotechnische kennisinstituten verenigd in het Earth Large Geotechnical Institutes Platform ELGIP. Riding the Waves is ook een florerende wereld, maar heel anders van karakter. Het is meer een vechtmarkt, zij het een wereldwijde. In plaats van een conglomeraat van ZZPers voeren hier grote internationaal georiënteerde bedrijven de boventoon. Duurzaamheid scoort alleen als je er aantoonbaar economisch voordeel mee behaalt. In de stedelijke ontwikkeling ligt de nadruk op goedkoop en snel bouwen. Er is een claimcultuur waar nogal eens wat mis gaat. Leren vindt plaats vanuit

17


gemaakte fouten. Dat leidt tot een andere kennisontwikkelingscyclus dan in de Wereld in Balans, waar het Leitmotiv toch meer ‘voorkomen is beter dan genezen’ is.

En nu? Wat doen we nu met de resultaten van de gedachtespinsels? Nogmaals: het zijn geen verwachtingen of voorspellingen. En er zijn natuurlijk meer scenario’s dan deze die het speelveld afbakenen. Een interessante voor ons vakgebied is de ‘Engineering & Construction Scenarios to 2020’ van het World Economic Forum. Sommige scenario’s zul je om ideologische of pragmatische redenen mogelijk aantrekkelijker vinden dan andere, maar laat het je blik niet beperken want dat is niet het punt. Op de meeste ontwikkelingen heb je als eenling en ook als sector geen of vrijwel geen invloed. Je zult er mee moeten leren leven. Vraag je af wat het voor jou zou betekenen als er een minder aantrekkelijke wereld opdoemt. En wat je zou moeten doen om flexibel gesteld te staan in elk van de werelden. Van belang is allereerst dat het ook niet zozeer gaat om de resultaten, maar vooral om het gedachtespinnen zelf. Zich realiseren dat de wereld zich in meerdere richtingen kan ontwikkelen en doordenken wat dat voor het functioneren van persoon en bedrijf betekent is de werkelijke waarde van de scenario’s. Reacties zijn als altijd welkom op [email protected].

Referenties www.welvaartenleefomgeving.nl/ www.weforum.org/reports/ engineering-construction-scenarios-2020

Conceptuele methode voor een snelle diagnose van het faalgedrag van de Vlaamse dijken Probleemstelling Om de bevolking kosten-efficiënt te kunnen beschermen tegen overstromingen maakt de overheid gebruik van kosten-baten-analyses m.b.t. mogelijk uit te voeren infrastructuurmaatregelen. Hiertoe dienen analyses van de kosten (bouwen onderhoudskosten) en de baten (vermeden schade en slachtoffers) te worden uitgevoerd. Bij de bepaling van de schade en slachtoffers (opstellen van overstromingskaarten, bepalen van stijgsnelheden van het water) dient rekening gehouden te worden met overloop over de dijken (waterpeil hoger dan kruinpeil dijk), met golfoverslag en met bresvorming geïnitieerd door geotechnisch falen van de waterkerende dijk. Door de Vlaamse overheid werd een studie uitgeschreven die tot doel had een analyse uit te voeren van het geotechnisch falen van dijken, waarna een op de Vlaamse situatie toegespitste methodologie opgesteld diende te worden die: toelaat een toetsing uit te voeren van de Vlaamse dijken en haar toepassing vindt binnen schade- en risicoberekeningen. Naast een conceptuele methode werd tevens onderzoek verricht naar een probabilistische aanpak. Enkel de conceptuele methode wordt in dit artikel uitvoerig beschreven.

Ir. Leen Vincke Vlaamse overheid afdeling Geotechniek

Ir. Ronny van Looveren International Marine and Dredging Consultants (IMDC)

Ir. Patrik Peeters Vlaamse overheid Waterbouwkundig Laboratorium

Ir. Koen Haelterman Vlaamse overheid afdeling Geotechniek

dr. Frank Mostaert Vlaamse Overheid Waterbouwkundig Laboratorium

Ir. Gauthier van Alboom Vlaamse overheid afdeling Geotechniek

De methodologie moet zorgen voor een pragmatische benadering in het beoordelen van dijken. De volgende faalmechanismen werden beschouwd: erosie van het landen riviertalud macro-instabiliteit van het landen riviertalud piping micro-instabiliteit

Beschrijving conceptuele methode In de conceptuele methode wordt de faalindex bepaald op basis van een OF-relatie, waarbij een expliciet onderscheid gemaakt wordt tussen de verschillende faalmechanismen zoals weergegeven in figuur 1. Deze mechanismen worden dan beoordeeld op basis van een aantal criteria, die voor bepaalde mechanismen hetzelfde kunnen zijn. Om tot een globale beoordeling van het dijksegment te komen worden 2 benaderingen gebruikt: 1. De score van de dijk wordt bepaald door de hoogste deelscore van de verschillende deelmechanismen. Dit is de meest voor de hand liggende keuze omdat het bezwijken van de dijk zal optreden als het meest kritische faalmechanisme wordt aangesproken. 2. De score van de dijk wordt bepaald door de som van de deelscores waardoor een globale evaluatie van de stabiliteit bekomen wordt. De 2 benaderingen worden beschouwd als comple-

Figuur 1 – Schematische voorstelling van de dijkbeoordeling.

mentair en worden steeds samen gebruikt. Zoals verder wordt toegelicht werd geopteerd om voor elk deelmechanisme een score van 1 tot 3 toe te kennen. Hoe slechter de beoordeling van het betreffende faalmechanisme, hoe hoger de score. Ook de reststerkte van de dijk is van belang, aangezien de initiatie van een faalmechanisme niet noodzakelijk aanleiding geeft tot het daadwerkelijk bezwijken van de dijk. De reststerkte wordt enkel geëvalueerd als de globale score 3 bedraagt. Als nog reststerkte aanwezig is, wordt de score met 0.5 verlaagd (dus van 3 naar 2.5). De globale score op basis van de maxima (hoogste deelscore) ziet er dan als volgt uit: score 1: de dijk heeft een geringe kans op falen; score 2: de dijk heeft een gemiddelde kans op falen; score 2.5: de dijk heeft een grote kans op falen, maar er is een zekere reststerkte aanwezig; score 3: de dijk heeft een grote kans op falen en er is onvoldoende reststerkte aanwezig In dit artikel worden hoofdzakelijk de geotechnische faalmechanismen becommentarieerd, zijnde macro-instabiliteit van het landen riviertalud piping micro-instabiliteit Voor een meer gedetailleerde toelichting van de uitgevoerde analyses aangaande het grondmechanisch falen van dijken alsook van erosie van het landen riviertalud wordt verwezen naar [2].

Falen dijk Reststerkte

Afschuiven dijktalud (macro-instabiliteit) Erosie riviertalud

Erosie landtalud

Afschuiven riviertalud

Afschuiven landtalud

18

Piping

Micro-instabiliteit


Dit faalmechanisme behelst het afschuiven van grote delen van het grondlichaam langs een glijvlak door evenwichtsverlies. Het afschuiven kan plaatsvinden langsheen het riviertalud of langsheen het

landtalud. De bepaling van faalindexes is gebaseerd op stabiliteitsberekeningen voor verschillende kruinhoogtes en hellingen van rivieren landtalud, dijkmateriaal en ondergrond.

Samenvatting Bresvorming kan ontstaan na het geotechnisch falen van een dijklichaam. Een evaluatie van de stabiliteit (toetsing) van de waterkering vergt echter geotechnische data die vandaag slechts fragmentarisch voorhanden zijn in Vlaanderen. De hierna toegelichte conceptuele methode voor een snelle diagnose van het faalgedrag van Vlaamse dijken kan worden uitgevoerd op basis van in Vlaanderen beschikbare informatie, in afwachting van het volledig geotechnisch in kaart brengen van dijken. Aftastende geotechnische stabiliteitsberekeningen verschaften inzicht in het belang van bepaalde parameters mbt. het beschouwde faalmechanisme wat leidde tot een op de Vlaamse situatie toegespitste methodologie die toelaat zwakke schakels in de dijken te identificeren en haar toepassing moet vinden binnen de schade- en risicoberekeningen. Centraal staat de afweging van de (maatgevende) belasting en de (geotechnische) sterkte van de dijk, welke leidt tot een bepaalde waarde voor de faalindex. De sterkte van de dijk wordt indirect ingeschat adhv. relatief eenvoudig te bepalen parameters, bvb. dijkhoogte en helling landtalud ( [1]). De methode werd ondertussen omgezet in de GIS-tool ‘Dijktoets’ die de waterbeheerder toelaat snel en op grotere schaal een inschatting te maken van het faalgedrag van zijn dijken.

AFSCHUIVEN LANDTALUD

De sterkteparameters voor het afschuiven van het landtalud zijn: materiaal van de dijken en ondergrond aanwezigheid van een afdekkende toplaag landtaludhelling dijkhoogte Het verhang van de freatische lijn in de dijk is de belangrijkste belasting. Dit verhang wordt bepaald door: rivierpeil grondwaterpeil aan de landzijde doorlatendheid van de dijk duur van de belasting Teneinde een beoordeling te geven betreffende de gevoeligheid voor falen van het landtalud tengevolge van afschuiving werden een aantal stabiliteitsberekeningen uitgevoerd met Plaxis. Dit gebeurde voor verschillende dijkhoogtes, hellingen van het rivieren landtalud, dijkmateriaal en ondergrond. De voor de Vlaamse dijken afgeleide materiaalkarakteristieken die gebruikt werden in de aftastende berekeningen zijn samengevat in de tabel 1. De volgende aannames werden doorgevoerd: Het rivierpeil wordt gelijk genomen aan niveau dijkkruin min 0.5m. Het rivierpeil wordt gedurende lange periode aangehouden. Het grondwaterpeil aan landzijde is gelijk aan maaiveldpeil (dus geen wateruittrede) Aanname van een lineair verloop van de freatische lijn. De ondergrond is homogeen en bestaat uit hetzelfde materiaal als het dijklichaam. De veiligheidscoëfficiënten (FOS) kunnen als volgt worden onderverdeeld in klassen: FOS ≤ 1.15: stabiliteit onvoldoende, onveilige situatie, waarde 3.

1.15 < FOS ≤1.30: stabiliteit is maar in beperkte

mate verzekerd, gedetailleerde studie nodig, waarde 2. 1.30 < FOS ≤1.50: stabiliteit verzekerd, veilige situatie, waarde 1. 1.50 < FOS: stabiliteit verzekerd, zeer veilige situatie, waarde 0. Om in de praktijk op een snelle manier te bepalen tot welke klasse een bepaalde dijk behoort kan tabel 2 gebruikt worden. De waardeklasse voor een dijklichaam dient bovendien aangepast te worden indien: Door engineering judgment, ervaring of gegevens uit geologie, Databank Ondergrond Vlaanderen (DOV),… het vermoeden bestaat dat één of meerdere slappe kleilagen onder de dijk aanwezig zijn. De waardeklasse zoals bekomen uit de tabel 2 dient dan: – gelijk gehouden te worden indien de dijk hoogte ≤ 2m. – met 1 vermeerderd te worden indien de dijkhoogte > 2m en ≤ 4m. – met 2 vermeerderd te worden indien de dijkhoogte > 4m. Uit een visuele inspectie blijkt dat een groot

aantal konijnen- of dassenpijpen aanwezig zijn in de dijk.

Tabel 1 – Materiaalkarakteristieken

ȍunsat.

ȍsat.

E

c’

Φ’

kN/m³

kN/m³

MPa

kPa

°

Klei

18

18

3

5

25

(Zand)leem

18

18

5

3

27.5

Zand

17

20

25

0.1

30

Toplaag

20

20

15

5

30

Slappe laag

16

16

1

5

17.5

19


De waardeklasse zoals bekomen uit de tabel 2 dient dan: – gelijk gehouden te worden indien de dijkhoogte ≤ 2m. – met 1 vermeerderd te worden indien de dijkhoogte > 2m. Uit een visuele inspectie blijkt dat er scheuren

aanwezig zijn in de dijkverharding. De waardeklasse zoals bekomen uit de tabel 2 dient dan: – gelijk gehouden te worden indien de waardeklasse 2 of 3 bedraagt, – met 2 vermeerderd te worden indien de waardeklasse 0 of 1 is. Het waterpeil in de rivier lager ligt dan 0.5m

onder de kruin.

Tabel 2 Onderverdeling dijken in klassen. Helling 1:4 1:3 1:2.5 1:2 1:1.5 Dijkhoogte ≤ 3m Klei 0 (Zand)leem 0 Zand 0

0 0 0

0 0 1

0 0 2

0 1 3

Dijkhoogte > 3m en ≤ 5 m Klei 0 0 (Zand)leem 0 1 Zand 0 1

1 1 2

2 2 3

3 3 3

Dijkhoogte > 5 m en ≤ 7m Klei 0 1 (zand)leem 0 1 Zand 0 2

2 2 3

3 3 3

3 3 3

Dijkhoogte > 7m Klei 1 (Zand)leem 1 Zand 1

3 3 3

3 3 3

3 3 3

2 2 2

De waardeklasse zoals bekomen uit de tabel 2 kan dan aangehouden worden mits de dijkhoogte verminderd wordt met het verschil tussen het waargenomen rivierpeil en een rivierpeil van 0.5m onder de kruin AFSCHUIVEN RIVIERTALUD

De sterkteparameters voor het afschuiven van het riviertalud komen overeen met deze bij het afschuiven van het landtalud. Bovendien is het verhang van de freatische lijn opnieuw de belangrijkste belasting. Er dient echter een onderscheid gemaakt te worden tussen een tijgebonden en niet-tijgebonden waterloop. Analoog aan het afschuiven van het landtalud werd de gevoeligheid voor falen van het riviertalud berekend aan de hand van een aantal stabiliteitsberekeningen. Dit gebeurde opnieuw voor verschillende dijkhoogtes, hellingen van het rivieren landtalud, dijkmateriaal en ondergrond. De belasting wordt veroorzaakt door het verhang van de freatische lijn in de dijk. Voor niet-tijgebonden waterlopen werd uitgegaan van een freatische lijn die, vertrekkende van een maximaal niveau in het midden van de dijk, lineair daalt tot het niveau van het maaiveld. Dit maximale niveau wordt bepaald door uit te gaan van een initiële toestand waarbij de freatische lijn verloopt zoals beschreven bij het afschuiven van het landtalud (zie figuur 2).

Voor tijgebonden waterlopen wordt het niveau van de freatische lijn bepaald op basis van de ogenblikkelijke verhanglijnen van het gemiddeld springtij. Aangezien in Vlaanderen zowel het niveau van deze verhanglijnen als de dijkhoogte rivierzijde voor de tijgebonden rivieren afhankelijk is van de locatie worden 5 standaardmodellen opgesteld in functie van een aantal gekozen locaties (zie figuur 3). NIET-TIJGEBONDEN WATERLOPEN

Voor niet-tijgebonden waterlopen hebben stabiliteitsberekeningen aangetoond dat de tabel 2 voor afschuiven landtalud ook hier kan gebruikt worden. De eventuele aanwezigheid van slappe lagen kan eveneens op dezelfde manier in rekening gebracht worden als voor het afschuiven van het landtalud. TIJGEBONDEN WATERLOPEN

Ook hier hebben stabiliteitsberekeningen aangetoond dat de tabel 2 voor afschuiven landtalud kon gebruikt worden. De toe te passen dijkhoogte komt dan wel niet overeen met de dijkhoogte (zoals bij toepassing voor landtalud) maar met de hoogte van de freatische lijn vermeerderd met 0.5m. De eventuele aanwezigheid van slappe lagen kan eveneens op dezelfde manier in rekening gebracht worden als voor het afschuiven van het landtalud. De eventuele aanwezigheid van een oude kloosterdijk (in de Middeleeuwen aangelegd in opdracht

van abdijen en kloosters) heeft een negatieve invloed op de stabiliteit van het riviertalud. Op basis van resultaten van destructieve methodes alleen (sonderingen en boringen) kan een oude kloosterdijk meestal niet worden onderscheiden in het dijklichaam. Metingen over de dwarssectie van de dijk (bijvoorbeeld met behulp van niet-destructieve methodes) zijn nodig. Omdat deze kennis meestal ontbreekt, wordt in de conceptuele methode, zoals ze nu voorligt, geen rekening gehouden met de eventuele aanwezigheid van een oude kloosterdijk.

Piping Piping betreft het ontstaan van zandmeevoerende wellen onder een dijk. De aandrijvende kracht is hierbij het verhang over de dijk die de stroming bepaalt. De sterkte wordt hierbij bepaald door: de kwelweglengte Ld nl. de afstand tussen het inen uittredepunt (vereenvoudigd gelijk genomen aan de breedte van de dijk ter hoogte van de teen); de aanwezigheid van een watervoerende zandlaag onder de dijk tussen het inen uittredepunt; de dikte van de afdekkende kleilaag op het maaiveld. De belasting bij dit fenomeen is het verschil tussen het rivierpeil en het grondwaterpeil (=dH).

Tabel 3 Scores voor het faalmechanisme piping Aanwezigheid watervoerende zandlaag onder de dijk? Zeker niet

Figuur 2 – Model van een dijk bestaande uit klei (helling 1:2 en hoogte 8 m) voor een niet-tijgebonden waterloop. De groene en rode lijnen geven het verloop van de freatische lijn weer zoals gebruikt voor de berekeningen van het afschuiven van het landtalud en het riviertalud respectievelijk.

11 8.35

a

b 3.5

3 0

0

-2

-2

8

8

8

c 4

d

4.5 2.5

0.5

5.5 4 2

0.5

-1.5

20


e

1

1

1

Misschien

2

1

1

Zeker wel

3

2

1

Figuur 3 – Vijf modellen voor de geometrie en freatische lijn voor dijken aan tijgebonden waterlopen, ingedeeld volgens hun locatie (alle maten in mTAW): a. Schelde tussen monding en halverwege Kallo-Sluis en loodsgebouw; b. Schelde opwaarts loodsgebouw tot in Temse; c. Schelde van Temse t.e.m. Sint Amands, Durme van Tielrode t.e.m. Hamme, Rupel van Boom t.e.m. Walem, Dijle van Walem tot voor Mechelen; d. Schelde opwaarts van Dendermonde, Durme van Waasmunster tot voor Zele, Rupel van Duffel t.e.m. Lier, Dijle van Mechelen tot voor Rijmenam, Zenne van Hombeek tot voor Zemst; e. Durme opwaarts van Zele, Rupel opwaarts van Emblem, Grote Nete opwaarts van Lier, Dijle opwaarts van Rijmenam, Zenne opwaarts van Zemst.

CONCEP TUELE METHODE VOOR SNELLE DIAGNOSE VAN FA ALGEDRAG VAN VL A AMSE DIJKEN

Tabel 4 Maximaal toepasbare helling voor verschillende bekledingen Bekleding Gras

Tabel 5 Micro-instabiliteit (boven GHW of boven normaalpeil)

Max. toepasbare helling 1:3 (1:4)

Tabel 6 Micro-instabiliteit (in de tijzone)

1:4 1:3 1:2 1:1.5 1:1 steiler Gras

1

2

2

3

3

1:4 1:3 1:2 1:1.5 1:1 steiler

3

Gras*

2

3

3

3

3

3

1

1

1

2

2

3

OSA

1:1 (1:2)

OSA

1

1

1

2

2

3

OSA

Betonplaat

1:1 (1:1.5)

Betonplaat

1

1

1

2

2

3

Betonplaat

2

2

2

3

3

3

Breuksteen

1:2 (1:3)

Breuksteen

1

1

2

2

3

3

Breuksteen

1

1

2

2

3

3

Gepenetreerde breuksteen

1:3


1

1

3

3

3

3


2

2

3

3

3

3

Doorgroeitegels

1:1 (1:2.5)

Doorgroeitegels 1

1

1

2

3

3

Doorgroeitegels 1

1

1

2

3

3

-

Schanskorven

1

1

1

1

2

Schanskorven

1

1

1

1

2

Schanskorven

1

1

*Gras groeit in principe niet in de tijzone.

Indien we gebruik maken van de formule van Bligh en hierbij de dikte van het kleipakket verwaarlozen worden de scores voorgesteld zoals vermeld in tabel 3:

Micro-instabiliteit Het betreft hierbij lokale instabiliteiten (meestal van de waterdichte bekleding) ter hoogte van het landtalud en het riviertalud. We onderscheiden hierbij: afschuiven van een waterdichte bekleding of toplaag in klei, opdrukken van een waterdichte bekleding of toplaag in klei. Als een dijklichaam homogeen is (dus als er geen echte toplaag voorkomt) moet niet op micro-instabiliteit getoetst worden. De deelscore is dan 1. De belasting wordt gevormd door overdrukken in het dijklichaam. In de open bekledingen zoals open steenasfalt, breuksteen, doorgroeitegels en schanskorven, kunnen in principe geen overdrukken optreden. Om de bekleding gronddicht te maken wordt bij open bekledingen echter meestal een geotextiel toegepast. Bij dichtslibben van dit geotextiel kan de bekleding toch waterremmend worden waardoor deze bekledingen ook moeten beschouwd worden. MAXIMAAL TOEPASBARE HELLING BEKLEDINGEN

Tabel 4 toont de maximale toelaatbare helling waarbij nog geen afschuiving van de bekleding optreedt. De eerste waarden zijn absolute maximale waarden die enkel bereikt worden in ideale omstandigheden (perfecte uitvoering,…). Er wordt best gebruik gemaakt van de waarden tussen haakjes. De toe te kennen scores staan in tabel 5. Deze werden bepaald op basis van de hellingen uit de tabel 4, aangevuld met engineering judgment voor de Vlaamse praktijk. Schanskorven zijn in principe bruikbaar tot verticale wanden. Ze moeten wel zodanig gedimensioneerd zijn dat ze de grond-

drukken kunnen weerstaan. Vandaar dat ze voor zeer steile taluds toch een score 2 krijgen. Als gesloten bekleding (betonplaat of gepenetreerde breuksteen) in de tijzone wordt gebruikt dienen de waarden uit tabel 5 te worden vermeerderd met 1. In de praktijk in Vlaanderen is immers vaak gebleken dat dit type van bekleding beschadigd raakt door uitspoeling van grond aan de teenconstructie (vaak houten palen met schanskorven erboven) van de bekleding. We bekomen dan uiteindelijk de waarden uit tabel 6.

Tabel 7 Opdrukken klei en/of bekleding landtalud Situatie

Stijghoogte verschil over dijk

Dijk in (zand)leem of klei

nvt

1

Zanddijk met toplaag + plaatbekleding (OSA, …)

nvt

1

<3m 3 <> 5.5m > 5.5 m

1 2 3

Zanddijk met toplaag + gras of doorgroeitegels

Score

OPDRUKKEN KLEILAAG AAN LANDZIJDE

Een van de belangrijkste parameters hierbij is het stijghoogteverschil. Voor een ondoorlatende dijk is deze nul. Voor een zanddijk (met toplaag) kan deze maximaal oplopen tot 0.25 keer het verschil tussen het rivierpeil en het grondwaterpeil aan landzijde [3]. De helling heeft slechts een beperkte invloed op het opdrukken, zodat rekening werd gehouden met de meest nadelige waarde van 1:4. Uitgaande van een aantal stabiliteitsberekeningen [5] voor een toplaag in klei werden de waarden uit tabel 7 bekomen. Als alle veiligheidscoëfficiënten op 1 worden gesteld, zal de kleilaag opgedrukt worden als het stijghoogteverschil over de dijk 5.5m bedraagt. Als de veiligheidscoëfficiënten worden gebruikt zoals bij een ontwerp, voldoet de kleilaag niet bij een stijghoogteverschil van 3m over de dijk. De genoemde stijghoogteverschillen zijn onvoldoende om een gesloten bekleding af te drukken.

Tabel 8 Opdrukken klei riviertalud Situatie

Stijghoogte verschil over dijk

Dijk in (zand)leem of klei

nvt

1

Zanddijk met open bekleding (OSA, breuksteen, …) nvt

1

Zanddijk met gesloten bekleding

Zanddijk met toplaag + plaatbekleding

Zanddijk met toplaag + breuksteen

Score

< 1.5 m 1.5 <> 3 m >3m

1 2 3

<3m 3 m <> 6 m >6m

1 2 3

< 2.25 m 2.25 <> 4.5 m > 4.5 m

1 2 3

OPDRUKKEN BEKLEDING OF KLEILAAG AAN RIVIERZIJDE

Uitgaande van een aantal stabiliteitsberekeningen [5] analoog aan deze voor de landzijde werden de waarden uit tabel 8 bekomen.

Complementariteit met de probalistische methode De pragmatische aanpak van de conceptuele

21


methode laat toe om snel op grotere schaal een inschatting te krijgen van de gevoeligheid voor falen van de dijken en/of als beperkte gegevens over de geotechnische sterkte van de dijk beschikbaar zijn. Deze informatie kan gebruikt worden bij de prioritering van inspecties en onderhoud van de dijken. De volledig probabilistische aanpak is inpasbaar in de risicomethodologie die in Vlaanderen

vaak wordt toegepast. Deze methode is extensiever zowel qua rekentijd als qua benodigde gegevens. De toepassing ervan is aangewezen wanneer de stap van overschrijdingsrisico’s naar overstromingsrisico’s wordt gezet. Beide methodes vullen elkaar dus aan. Toepassing van beide methodes op vier testgebieden in Vlaanderen heeft een belangrijke bijdrage geleverd tot een beter inzicht in het faalgedrag van Vlaamse dijken. Ook heeft de toepassing toegelaten om de methodes aan elkaar af te toetsen en waar nodig bij te stellen.

Besluit De hierboven beschreven conceptuele methode moet toelaten om relatief snel en op grote schaal (meerdere tientallen dijkkilometers) een eerste inschatting te maken van de gevoeligheid voor falen van de dijk. Hierbij moet rekening gehouden worden met de beschikbare gegevens die, zeker voor wat betreft de opbouw van de dijk, in Vlaanderen vaak beperkt zijn. Het is als het ware een 1ste niveau toets die vooral steunt op ervaring en engineering judgment. De methode werd ondertussen omgezet in de GIStool ‘Dijktoets’ die de waterbeheerder toelaat snel en op grotere schaal een inschatting te maken van

het faalgedrag van zijn dijken. Voor de dijken die slecht scoren, dient dan overgegaan te worden tot meer gedetailleerde berekeningen op basis van nieuw uit te voeren geotechnisch onderzoek.

Vervolgtraject ‘inschatting gevoeligheid voor falen van dijken’ Bij het opstellen en toepassen van de conceptuele methode is gebleken dat het belangrijk is om over zo veel mogelijk informatie te beschikken over de opbouw van de dijk. Op basis van resultaten van destructieve methodes alleen (sonderingen en boringen) kan een dwarsdoorsnede van een dijk soms niet gedetailleerd in kaart gebracht worden. Zo kunnen oude kloosterdijken bijvoorbeeld meestal niet worden onderscheiden in het dijklichaam. Door de Vlaamse overheid werd een bijkomende studie uitgevoerd om na te gaan welke niet-destructieve methodes bruikbaar zijn bij de onderkenning van de dijkopbouw en ondergrond [4]. Hierover zal in een toekomstig nummer van Geotechniek bericht worden.

Literatuur [1] Peeters, P.; Van Looveren, R.; Vincke, L.;

Van Neuville, W.; Blanckaert, J. (2008). Analysis of dike breach sensitivity using a conceptual method followed by a comprehensive statistical approach to end up with failure probabilities, in: Simonovic, S.P. et al. (Ed.) (2008). Proceedings of the 4th international symposium on flood defence: managing flood risk, reliability and vulnerability, Toronto, Ontario, Canada, May 6-8, 2008. pp. 151(1)-151(8). [2] IMDC ism. TTE en Jan Maertens (2010). Onderzoek naar de bresgevoeligheid van Vlaamse winterdijken. Deelopdracht 5: Opstellen van een wetenschappelijk verantwoorde en praktisch haalbare methode. In opdracht van het Waterbouwkundig Laboratorium ism. de Afdeling Geotechniek. [3] TAW. (2004). Technisch rapport waterspanningen bij dijken. [4] Depreiter, D.; Van Looveren, R.; Vincke, L.; Peeters, P.; Mostaert, F. (2010). Evaluatie geofysische methoden voor onderzoek bresgevoeligheid van Vlaamse dijken: Deelopdracht 3: Voorstel tot monitoring. Versie 2_0. WL Rapporten, 706_08a. G-tec en IMDC iov. Waterbouwkundig Laboratorium ism. Afdeling Geotechniek: Antwerpen, België. [5] TAW. (2001). Technisch rapport waterkerende grondconstructies.

Agenda 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.

Symposia, lezingen

Cursussen

KIVI Lezingenavond – 30 november – Ingenieursbureau Amsterdam

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

Internationale congressen

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

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

Eurocode 7: Geotechniek – 6 oktober – PAO

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

Aan de grond zitten – 21 oktober – Deltares Academy Funderingen ontwerpen en toetsen met D-Foundations 10 november – Deltares Academy Gevorderdencursus damwanden ontwerpen met D-Sheet Piling 17 november – Deltares Academy Stabiliteit van grondlichamen berekenen met D-Geo Stability 22 november – Deltares Academy Paalfunderingen voor civiele constructies – 1 december – PAO

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

Middagsymposium Beton en funderingen, Ede – 22 september – KIVI Geotechniekdag – 10 november – CUR en KIVI

4th international conference on Geofoam Blocks in Construction Applications 4-8 juni Lillestrøm – Norwegen TC211 IS-GI ‘Recent Research, Advances & Execution aspects of Ground Improvement Works 30 mei-1 juni 2012 – Brussel

Deltares

www.deltares.nl

+31-0-15-2693500

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

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

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

Thermisch ontwerp bij grondvriezen in Nederland Inleiding In de afgelopen jaren zijn en worden grootschalige grondvrieslichamen toegepast bij binnenstedelijke projecten in Nederland. Daarvoor is grondvriezen slechts incidenteel in Nederland toegepast, waarbij de techniek het imago van een duur ‘laatste redmiddel’ heeft. Recent is grondvriezen echter toegepast bij een van drukste metrostations in Rotterdam en is daarbij vanaf het ontwerpstadium tot en met uitvoering als een volwaardige techniek ingezet. Bij de bouw van de diepe stations Rokin en Vijzelgracht van de Noord/Zuidlijn in Amsterdam vervult het wel de rol van redmiddel en wordt met succes de waterdichtheid van diepwandvoegen geborgd. Grondvriezen wordt toegepast om de sterkte van de grond te verhogen en de doorlatendheid te

Afwegen van grondverbeteringstechnieken

verlagen. De techniek wordt als duur beschouwd maar ook betrouwbaar, voornamelijk als waterdichtheid belangrijk is. De behoefte aan betrouwbare technieken is hoog bij bouwen in drukke en complexe binnenstedelijke projecten waar (locale) bezwijkmechanismen groot effect hebben op de omgeving van het project. Na een introductie over grondvriezen en de toepassing van deze techniek in Nederland ligt de nadruk van dit artikel op het thermisch ontwerp van grondvriezen. CRUX Engineering heeft in het Rotterdamse en Amsterdamse project het thermisch ontwerp uitgevoerd en de thermische monitoring bewaakt. In beide projecten blijkt het belang van een gevoeligheidsanalyse en voldoende monitoring. Daarmee is het thermisch deel van grondvriezen vergelijkbaar met een ‘normaal’ geotechnisch project. Met als belangrijke toevoeging dat bij gewone geotechnische projecten de gevoeligheidsanalyse en monitoring meer aandacht verdient dan nu gebruikelijk is.

Grondvriezen TECHNIEK

GRONDBEVRIEZEN

ONTWERP

Uitgangspunten of ontwerpoverwegingen

Geotechnisch/ constructief ontwerp

Thermodynamisch ontwerp

Gevoeligheidsanalyse Plaatsing vriesinstallatie en -systeem

Uitvoeren beoogde civieltechnische werkzaamheden

Ontdooien grondmassief

Figuur 1 – Ontwerpproces grondvriezen (naar Harris 1995).

MONITORING !

UITVOERING

Bevriezen grondmassief

Bij grondvriezen wordt eigenlijk het grondwater bevroren. Het water in de grond wordt bevroren, waardoor de grond sterker en ondoorlatend wordt. De belangrijkste conditie voor toepassing van deze techniek is derhalve dat de grond water bevat. De toepassing van grondvriezen is onafhankelijk van korrelverdeling en grondsoort, waar bij veel grondverbeteringtechnieken deze afhankelijkheid wel aanwezig is. Daarnaast is grondvriezen in het algemeen niet beperkt door obstakels of objecten in de ondergrond (Harris 1995). Bij grondvriezen bindt het ijs de grondbestanddelen, waardoor de sterkte en stijfheid toenemen. IJs is waterondoorlatend waardoor een continu ijslichaam volledig waterdicht is, dit in tegenstelling tot veel grondverbeteringtechnieken waar de behandelde grond slechts waterremmend wordt. Tijdens een grondvriesproject kunnen drie fasen onderscheiden worden; de opvriesfase, de in-

24


ir. Jacco K. Haasnoot CRUX Engineering

ing. Dirk G. Goeman CRUX Engineering

standhoudfase en de dooifase. In de opvriesfase wordt het vrieslichaam tot de gespecificeerde afmetingen en temperatuur gemaakt. In deze fase wordt de meeste energie verbruikt. In de instandhoudfase vinden de constructiewerkzaamheden plaats. In deze fase dient het vrieslichaam de gespecificeerde afmetingen en temperatuur te behouden, waarvoor minder energie benodigd is. De dooifase start als het vriesproces stopt. GESLOTEN EN OPEN SYSTEEM

De grond wordt bevroren door warmte uit de ondergrond te onttrekken door middel van een systeem van lansen in de grond waar een koud medium doorgevoerd wordt. Er kan onderscheid gemaakt worden tussen twee systemen om de grond te bevriezen, een gesloten en open systeem. In het gesloten systeem wordt een koude vloeistof, in het algemeen pekel, door de lansen gecirculeerd waarbij de retourvloeistof door een vriesinstallatie afgekoeld wordt. De werktemperatuur bij pekelvriezen ligt rond de -35°C. Het open systeem werkt met een koude vloeistof die verdampt in de lans. De latente warmte benodigd voor de faseovergang wordt hierdoor onttrokken aan de grond. Het vrijkomende gas wordt afgefakkeld. Over het algemeen wordt vloeibare stikstof bij dit systeem gebruikt. Het kookpunt van vloeibare stikstof ligt op -196°C. Vriezen met het open systeem is, wegens de lage temperatuur en het daaraan gerelateerde grote temperatuursgradiënt, relatief sneller. Het systeem is echter relatief duur, waardoor het vaak wordt toegepast in projecten met een korte instandhoudingsperiode of als het vrieslichaam snel in functie moet zijn. Vriezen met het gesloten systeem neemt, wegens de relatief hoge temperatuur, meer tijd in beslag. De kosten voor dit systeem zijn relatief lager en dit systeem wordt dan ook toegepast als het vrieslichaam relatief lang in stand moet worden gehouden. THERMISCH EN MECHANISCH ONT WERP

Het ontwerp van een grondvriesproject bestaat uit twee verschillende delen; het thermisch ontwerp en het mechanisch ontwerp. Het ontwerpproces is

Samenvatting In de afgelopen jaren zijn en worden grootschalige grondvrieslichamen toegepast bij binnenstedelijke projecten in Nederland. Daarvoor is grondvriezen slechts incidenteel in Nederland toegepast, waarbij de techniek het imago van een duur ‘laatste redmiddel’ heeft. Alleen bij het maken van verbindingen tussen boortunnels is grondvriezen een ‘standaard’ techniek. Het artikel geeft een beknopt overzicht van de recente toepassingen van grondvriezen in Nederland. Het thermisch ontwerp en uitvoering van twee recente metroprojecten in Rotterdam en Amsterdam wordt nader besproken. Hieruit blijkt dat de combinatie van

schematisch weergegeven in figuur 1. Het mechanische ontwerp is gebaseerd op de sterkte en stijfheidsparameters uit laboratorium proeven. De sterkte en stijfheid van bevroren grond zijn temperatuur afhankelijk. Dit houdt in dat het mechanische ontwerp de afmetingen van het vrieslichaam in combinatie met een toelaatbare maximumtemperatuur bepaalt. Het doel van het thermisch ontwerp is om een lansconfiguratie te bepalen waarbij de thermische randvoorwaarden over de verschillende constructiefasen tijdens het project kunnen worden gewaarborgd. Binnen het ontwerpproces moeten twee onderdelen worden benadrukt, te weten de gevoeligheidsanalyse en monitoring. Een gevoeligheidsanalyse is van belang om tot een robuust ontwerp en uitvoering te komen. In een gevoeligheidsanalyse wordt de invloed verschillende thermische invloedsfactoren (grondwaterstroming, luchtstroming) gevarieerd om de noodzaak van aanvullende maatregelen te kunnen beschouwen. Tevens kan hiermee de reactietijd worden bepaald indien de vriesinstallatie tijdelijk uitvalt als gevolg van een storing of externe invloedsbronnen. Monitoren is een integraal onderdeel van het thermisch ontwerp. Het monitoringsplan moet voldoende temperatuurmetingen bevatten waarmee de staat van het vrieslichaam kan worden geverifieerd. Middels de combinatie van monitoringdata en thermische ontwerpberekeningen kan gecontroleerd worden of het vrieslichaam aan de temperatuurcriteria volgend uit het mechanische ontwerp voldoet.

gevoeligheidsanalyses met (thermische) modellen en monitoring cruciaal is voor een succesvol project. Tevens wordt een constructieve samenwerking tussen de betrokken partijen van groot belang geacht voor de voortgang van het project. Op basis van de ervaringen in deze projecten wordt geconcludeerd dat de twee besproken projecten goede voorbeelden zijn van de inzet van grondvriezen als betrouwbare grondverbeteringstechniek in binnenstedelijke projecten en dat de toepassing van deze techniek, gezien de steeds complexer wordende toekomstige bouwopgaven, in Nederland navolging zal krijgen.

een verbinding te realiseren tussen een ondergrondse parkeergarage en een overheidsgebouw. Verbindingen tussen geboorde tunnels die de afgelopen 15 jaar zijn gebouwd, zijn alle gemaakt met gebruikmaking van grondvriezen. Grondvriezen kan hier als een standaard techniek worden beschouwd, juist vanwege de betrouwbaarheid op het gebied van waterdichtheid. Twee verbindingen in de Westerscheldetunnel zijn uitgebreid gemonitoord en geanalyseerd door het Centrum Ondergronds Bouwen (COB F100). Bij een geboorde leidingtunnel onder de Oude Maas in Rotterdam is deze techniek gebruikt als tijdelijke maatregel om constructie problemen bij de start schacht te ondervangen.

TBM. Bij de stations Vijzelgracht en Rokin wordt grondvriezen ingezet als mitigerende maatregel om de waterdichtheid van de voegen tijdelijk te waarborgen zodat een definitieve waterafdichting van de voeg kan worden gerealiseerd. In twee gevallen in 2008 is zandvoerend water door de diepwandvoegen van station Vijzelgracht gestroomd. Dit heeft geleid tot ernstige schade aan belendingen. Het proces tot herstart van de ontgraving bij beide stations is beschreven in Scheffrahn en Sommeling (2010). In de onderstaande paragrafen worden voor de Rotterdamse en Amsterdamse bouwkuip enkele aspecten nader uitgelicht.

Metrostation Rotterdam CS Een toepassing van grondvriezen die zeker niet standaard genoemd kan worden is bij de reconstructie van het metro station Rotterdam Centraal uitgevoerd (Thumann et.al. 2007). Ook bij de bouw van de metro in Amsterdam wordt grondvriezen toegepast. Bij de startschacht van de Noord/Zuidlijn bij Amsterdam Centraal kruist de boortunnel mogelijk een houten paalfundering. Het risico bestaat dat paalpunten niet afgeboord worden maar verplaatst worden en mogelijk vast komen te zitten in de tunnel boormachine (TBM). Om de palen te fixeren is een horizontaal vrieslichaam gecreëerd net boven het tracé van de IR-beeld: net boven IR beeld: voor eerste lekkage tweede lekkage

Het bestaande metro station in Rotterdam is uitgebreid van een 2 sporig eindstation tot een 3 sporig doorgaand station, waarbij de metro tijdens de verbouwing moest blijven functioneren. Het station is gebouwd middels diepwanden, behalve waar de wand de bestaande metrotunnel kruist. Hier is een kraagconstructie door middel van grondvriezen toegepast. Deze grote horizontale boog leidt de belastingen naar de diepwand waarbij de horizontale krachten op diepwand baretten worden afgedragen. De dikte van de vrieswand is 2,5m, de teen van de vrieswand bevindt zich op 38m onder maaiveldniveau en de

IR-beeld: voor

IR beeld: tussen

de lekkage

twee lekkages

Vriesprojecten in Nederland Een van de eerste grootschalige toepassing van grondvriezen in de Civiele Techniek in Nederland vond plaats in de jaren ’70 toen grondvriezen werd toegepast om verbindingen met caissons te maken voor de Amsterdamse metro (Oostlijn). Een aantal projecten is bekend waarbij deze techniek is toegepast binnen bestaande constructies waar de keldervloer, waar grondwaterdruk op werkte, tijdelijk verwijderd moest worden (Rotterdam en Haren). In Den Haag is grondvriezen toegepast om

Figuur 2 – Overzicht van de locatie (bron: Randstadrail).

25


Figuur 3 – Voorbeeld van het berekende temperatuurveld (diepte ca. NAP -5m).

omtrek van de boog is ongeveer 55m. Het theoretisch volume bevroren grond ligt rond de 5200m3. In het project is zowel het gesloten als open vriessyteem gebruikt. Beide systemen waren in gebruik tijdens de opvriesfase. Tijdens de instandhoudfase werd alleen met pekel gevroren. Het stikstof systeem bleef in geval van nood stand-by. In totaal zijn 86 vrieslansen gebruikt, waarvan 51 pekellansen en 35 vloeibare stikstoflansen. De ondergrond in Rotterdam bestaat uit slappe Holocene afzettingen op de Pleistocene zandlaag. De top van het holoceen bestaat uit 2 tot 4m veen waaronder circa 7m slappe klei aangetroffen wordt. De Pleistocene zandlaag heeft een dikte van circa 17m en ligt bovenop de ondoorlatende klei van Kedichem. In alle beschreven grondlagen wordt gevroren. THERMISCH ONTWERP

De hoofddoelen van de thermische ontwerpberekeningen zijn: Bepaling van de locatie van de vrieslansen; Bepaling van de benodigde energiebehoefte van de vriesinstallatie; Bepaling van de benodigde opvriestijd. De randvoorwaarden voor het thermische ontwerp, om de sterkte en stijfheid uit het mechanische ontwerp te waarborgen zijn: Gemiddelde temperatuur van de vrieswand moet lager zijn dan -10°C; Dikte van de vrieswand moet minimaal 2,5m bedragen binnen de -2°C isotherm.

Figuur 4 – Detail van isothermen gedurende opwarming en falen van een vrieslans.

Daarnaast dient rekening te worden gehouden met een grondwaterstroming van 4m/d in de Pleistocene zandlaag in verband met de bemaling voor de bouw van een tunnel ten zuiden van de vrieswand. De ontwerpberekeningen zijn uitgevoerd met het eindige elementen programma Temp/W. Zes horizontale secties op verschillende niveaus zijn doorgerekend. In al deze secties is de volledige constructie fase gemodelleerd. Een voorbeeld van het berekende temperatuurveld is gegeven in figuur 3. De horizontale positie van de vrieslansen over de hoogte is na installatie ingemeten. Als gevolg van obstakels in de ondergrond weken een groot aantal vrieslansen significant af van de ontwerppositie en toleranties. Dit vergroot de noodzaak voor het uitvoeren van thermische berekeningen voor de as-built situatie en heeft tot aanpassingen in de lansconfiguratie geleid. GEVO EL IGH EIDSANALYSE

In de gevoeligheidsanalyse zijn drie belangrijke aspecten in het ontwerp verder onderzocht: Invloed grondwaterstroming; Invloed van de stikstoflansen op de pekellansen; Invloed van het uitvallen van individuele vrieslansen. De invloed van grondwaterstroming op het vriesproces kan worden bepaald aan de hand van gecombineerde thermische en grondwaterstromingsberekeningen. Hiervoor worden de EEM

26


pakketten TEMP/W en SEEP/W gebruikt (beide onderdeel van de Geostudio software van GEOSLOPE ). Uit de berekeningen volgt dat de vrieslansconfiguratie in combinatie met een grondwaterstroming van 4m/dag een uitdagend en belangrijk aspect was tijdens de uitvoering van het vriesproces. In de as-built situatie lagen op een aantal locaties de stikstof- en pekellansen relatief dicht bij elkaar. Vloeibare stikstof heeft een temperatuur van -196°C. De pekeltemperatuur is -35°C. Pekel wordt minder vloeibaar bij temperaturen van -40°C en bevriest bij lagere temperaturen. Het opvriezen van pekel werd als significant risico beschouwd. Het risico is gekwantificeerd door een combinatie van analytische en eindige elementen berekeningen. De volgende maatregelen zijn getroffen om dit risico te minimaliseren: Aanvullende temperatuur sensoren in de kritieke pekellansen om de invloed van vloeibare stikstof op de pekel te kunnen meten; Vroegtijdige uitschakeling stikstoflansen, waardoor de volle capaciteit van het stikstofvriezen niet volledig benut kon worden; Korte en lange stikstof lansen. De vloeibare stikstof wordt op twee niveaus ingebracht waardoor het mogelijk is de diepe lans af te sluiten terwijl de ondiepe lans in gebruik blijft. Tijdens de uitvoeringsperiode van een jaar kan falen van individuele vrieslansen optreden. In de gevoeligheidsanalyse is de meest kritieke fase en positie beschouwd. De meest kritieke constructie fase was wanneer verwarmingslansen ten behoeve

THERMISCH ONTWERP BIJ GRONDVRIEZEN IN NEDERLAND

Figuur 6 – Detail van isothermen met grondFiguur 5 – Detail van isothermen bij diepwandvoeg na ontgraving.

van het installeren van boorpalen in gebruik genomen waren (zie figuur 4). Uitkomst van de thermische analyse is de beschikbare tijd om maatregelen te nemen om aan de thermische specificaties te blijven voldoen. De op dat moment te nemen maatregelen zijn het repareren van de lans of bij langere uitval het inzetten van de een stikstoflans. MONITORING

Het EEM model heeft in combinatie met de monitoringsgegevens een belangrijke rol gespeeld bij het controleren van de integriteit van het vrieslichaam. De resultaten uit het EEM model worden vertaald naar data gerelateerd aan de monitoringspunten (grenswaarden). Deze monitoringspunten moeten derhalve in ieder geval op kritieke locaties in de vrieswand gepositioneerd zijn. Als op basis van de meetgegevens geconcludeerd wordt dat aan de grenswaarden wordt voldaan, kan, via het EEM model, worden geconcludeerd dat het gehele vrieslichaam aan de specificaties voldoet. Het monitoringsschema bestaat uit 10 verticale temperatuurboorgaten met minimaal 3 temperatuur sensoren in elke grondlaag. Ook zijn sensoren geplaatst in de betonconstructies die aansluiten op het vrieslichaam. Uit de ontwerpen gevoeligheidsanalyse zijn grenswaarden gedefinieerd voor elk afzonderlijk monitoringspunt. Als de gemeten temperatuur onder de minimum temperatuur ligt voldoet het vrieslichaam aan de benodigde afmetingen. Deze methode heeft een eenvoudig uit te voeren controle tijdens de werkzaamheden tot gevolg.

Tijdens het vriesproces is het temperatuurverloop nauwgezet bijgehouden en het berekeningsmodel is aangepast aan de daadwerkelijke uitvoering zodat snel een gevalideerde koppeling mogelijk was tussen de gemeten temperaturen en de verspreiding van het vrieslichaam in de ondergrond. Op deze wijze kan, per grondlaag, inzichtelijk worden gemaakt of de ontwikkeling van het vrieslichaam aan de verwachting voldoet of dat er locaties zijn waar de temperatuursdaling achter blijft. Met name tijdens de opvriesfase, waarbij sprake was van grondwaterstroming, heeft deze tool een belangrijke bijdrage geleverd in de analyse van de situatie en het definiëren van aanvullende maatregelen.

Diepe stations Noord/Zuidlijn Bij de stations Vijzelgracht en Rokin van de Noord/ Zuidlijn wordt aan de waterdichtheid van de voegen in de diepwand getwijfeld na twee incidenten waarbij ernstige schade aan is ontstaan aan belendende panden. Als maatregel wordt aan grondvriezen gedacht, waarbij na een eerste analyse duidelijk is geworden dat het technisch mogelijk is om dit met pekelvriezen aan de binnenzijde van de kuip uit te voeren. Ter plaatse van elke diepwandvoeg worden twee vrieslansen binnen de diepwandkuip geplaatst. Nadat het vrieslichaam de vereiste afmetingen heeft verkregen wordt ontgraven en wordt vervolgens de voeg middels een stalen plaat afgedekt. De vrieslansen hebben een lengte van circa 15m. Per station zijn circa 110 voegen aanwezig, wat resulteert in circa 220 vrieslansen per station. De ondergrond in Amsterdam bestaat vanaf het initiële ontgravingsniveau uit een deel van de

27


waterstroming door voeg tijdens opvriesfase.

kleiige/zandige Alleröd laag en de 2e zandlaag. Om een waterafsluitende constructie te behouden wordt tot in de Eemklei doorgevroren. THERMISCH ONT WERP

De hoofddoelen van de thermische ontwerpberekeningen zijn: Bepaling van de optimale locatie van de vrieslansen ten opzichte van de voeg (uitvoeringstechnisch en thermisch); Bepaling van de benodigde energiebehoefte van de vriesinstallatie; Bepaling van de benodigde opvriestijd. De randvoorwaarden voor het thermische ontwerp, om de sterkte en stijfheid uit het mechanische ontwerp te waarborgen zijn: Gemiddelde temperatuur van het vrieslichaam in de voeg lager dan -5°C; Dikte en locatie van het vrieslichaam in de voeg afhankelijk van de diepte en afwijking in diepwand. Daarnaast dient rekening te worden gehouden met een grondwaterstroming door de voeg. De ontwerpberekeningen zijn uitgevoerd met het eindige elementen programma Temp/W. Een horizontale sectie is in verschillende varianten doorgerekend. Daarnaast is tevens een verticale snede berekend. In de horizontale sectie is de volledige constructie fasering tot en met reparatie van de voeg gemodelleerd. Een voorbeeld van het berekende temperatuurveld is gegeven in figuur 5. GEVO EL IGH EIDSANALYSE

In de gevoeligheidsanalyse zijn de volgende belangrijke aspecten verder onderzocht: Invloed materiaal in de voeg;

Figuur 8 – Voorbeeld van monitoringspunten

Figuur 7 – Voorbeeld van isothermen verloop in een verticale snede.

Invloed afstand vrieslansen tot de wand; Invloed grondwaterstroming door de voeg; Invloed verticale snede.

In de voeg tussen de diepwandpanelen kunnen de volgende materialen voorkomen: Staal (achtergebleven scheiding tussen diepwandpanelen) Zand Zand-bentoniet. Uit de gevoeligheidsanalyse blijkt dat zand-bentoniet de grootste invloed op de benodigde opvriestijd heeft. Naast het type materiaal is ook de spleetgrootte en dus de dikte van het materiaal in de voeg gevarieerd. Om mogelijke richtingafwijkingen door het boren van de vrieslansen in het ontwerp af te vangen is een analyse uitgevoerd waarbij de lansen zowel evenwijdig aan de wand als haaks op de wand in afstand variëren. De afstand haaks op de wand heeft de grootste invloed op de benodigde opvriestijd. Uit de analyse volgt een opslag op de benodigde opvriestijd uit het ontwerp afhankelijk van de afstand van de lansen tot de diepwand. De invloed van grondwaterstroming op het vriesproces is bepaald door een gecombineerde berekening met TEMP/W en SEEP/W. Hierbij is als uitgangspunt het debiet van de initiële situatie (stationair debiet van de bemaling van de kuip) gehanteerd. Uit de berekeningen blijkt dat de

eventuele grondwaterstroming invloed heeft op de opvriestijd, maar niet kritiek is. Aangezien de vrieslansen vanaf ontgravingsniveau in de kuip aangebracht zijn, zal er sprake zijn van een drie dimensionale warmtestroming. Hierdoor buigen in de eerste meter onder ontgravingsniveau de isothermen af richting het ontgravingsniveau (zie figuur 7). Om de opvriestijd te beperken en dus binnen een redelijke tijd aan de specificaties te voldoen zijn maatregelen in de vorm van isolatie genomen. Omdat deze afbuigende isothermen bij iedere ontgravingsstap spelen is als veiligheidmaatregel bij de diepere tweede en volgende ontgravingstap de voegreparatie dieper doorgezet om een overlap te creëren tussen ontgravingsniveau en gerepareerde voeg. Door deze overlap is het bovenste deel van de voeg van de volgende ontgravingsstap al gezekerd. MONITO RING

Het monitoren van het vriesproces bij de bouwkuipen van de Noord/Zuidlijn is gedaan om twee criteria te verifiëren: 1. vaststellen of de voeg waterdicht is; 2. vaststellen of de voeg aan de temperatuurcriteria voldoet die uit het mechanische ontwerp volgt. Met name het eerste criterium is, gezien de grote gevolgen bij falen, zeer belangrijk om door middel van monitoring te controleren. Uit de gevoeligheidsanalyse is gebleken dat bij grondwaterstroming door de voeg de temperatuursontwikkeling aan de binnenzijde van de bouwkuip, direct voor de voeg, achter blijft (zie figuur 6). Om dit risico te beheersen is het noodzakelijk om bij iedere voeg een temperatuursmeting uit te voeren voordat met ontgraven gestart kan

28


worden. Voor het controleren van het temperatuurscriterium is het vaststellen van een temperatuurprofiel over de voeg noodzakelijk. Omdat dit een lastig uit te voeren meting is, is deze gedetailleerde meting bij een beperkt aantal voegen uitgevoerd. Bij deze voegen is tevens een meting voor de voeg uitgevoerd, zoals deze standaard bij alle voegen gebeurt. In combinatie met de berekeningen, de metingen voor de voeg (zowel de standaard en de gedetailleerde voegen) kan voor alle voegen een uitspraak worden gedaan of aan beide criteria wordt voldaan. Tijdens de uitvoering heeft de monitoring zijn waarde bewezen en zijn inderdaad een aantal voegen geconstateerd waar de temperatuursontwikkeling achter bleef. Door additionele maatregelen is de overmatige toevoer van warmte gestopt en is na enige tijd doorvriezen aan beide criteria voldaan. In figuur 8 is als voorbeeld een volledige meetconfiguratie opgenomen. In figuur 8 zijn in het bovenaanzicht de vrieslansen met een paarse cirkel aangegeven. De overige cirkels zijn monitoringslocaties. Per monitoringslocatie is in het midden van de ontgravingsslag door middel van een kleurcodering horend bij het punt een temperatuur, nummer meetlocatie en de meetdatum weergegeven. Tevens is een inschatting van het vrieslichaam op de locatie weergegeven. In het dwarsprofiel zijn vervolgens de metingen in de diepte weergegeven, en zijn tevens de meetpunten in de voeg weergegeven.

Conclusies Grondvriezen wordt nog sporadisch toegepast in Nederland. Het project Rotterdam Centraal laat zien dat grootschalige toepassing van grondvriezen als volwaardig en betrouwbaar onderdeel in het ontwerp en uitvoering succesvol kan zijn.

THERMISCH ONTWERP BIJ GRONDVRIEZEN IN NEDERLAND

Het gebruik van EEM berekeningen tijdens het ontwerp en de uitvoering hebben een belangrijke bijdrage geleverd aan dit succes. Toepassing van grondvriezen bij de stations Vijzelgracht en Rokin van de Noord/Zuidlijn laat zien dat deze techniek een robuuste maatregel is waardoor het ontgravingsproces veilig doorgang heeft kunnen vinden. Concluderend kan worden gesteld dat de twee besproken projecten goede voorbeelden zijn van de inzet van grondvriezen als betrouwbare grondverbeteringstechniek in binnenstedelijke projecten en dat de toepassing van deze techniek, gezien de steeds complexer wordende toekomstige bouwopgaven, in Nederland navolging zal krijgen.

(Temperatuur) Monitoring in combinatie met de

berekeningsmodellen speelt een sleutelrol bij het succesvol uitvoeren van grondvriezen in een project. De opvriesfase is doorgaans het meest kritische

deel van het vriesproces. Zodra het vrieslichaam aan de criteria voldoet kan pas worden begonnen met ontgraven. De planning voor het moment ‘start ontgraving’ dient echter voldoende flexibel te zijn en dient rekening te houden met een langere opvriestijd indien de monitoring daar aanleiding toe geeft. Maar ook, zo is de ervaring, met een langere opvriestijd als gevolg van discussies met betrokkenen omdat alle betrokkenen overtuigt moeten zijn dat aan de gestelde temperatuurscriteria wordt voldaan.

Aanbevelingen Het op een grote schaal toepassen van grondbevriezen in grote binnenstedelijke projecten leidt tot een aantal aanbevelingen die aandacht behoeven in het ontwerpen uitvoeringsproces: Gevoeligheidsanalyses dragen nadrukkelijk bij

in het identificeren en kwantificeren van risico’s en het definiëren van adequate maatregelen.

Constructieve samenwerking tussen betrokken

partijen, opdrachtgever en opdrachtnemer, is van groot belang voor de voortgang in een vriesproject. De valkuil bij de interpretatie van de monitoringsgegevens is dat men een relatief lange tijd moet wachten op de laatste tienden van graden Celsius voordat aan een temperatuurscriterium wordt voldaan. Indien de betrok-

ken partijen deze gegevens, in een open discussie, verifiëren, bespreken en er conclusies over trekken, kan kostbare bouwtijd worden bespaard.

Dankwoord De auteurs willen de aannemers TBI HaverkortVoormolen, nu Mobilis en Max Bögl bedanken voor de samenwerking in deze uitdagende projecten.

Referenties – Haasnoot J.K., 2010. Large scale ground freezing in the Netherlands, Proceedings of the 11th International Conference Geotechnical Challenges in Urban Regeneration, Londen 2010. – Harris, J.S. Ground freezing in practice, 1995. – Scheffrahn, F.G., Sommeling B., 2010, Lessen uit de verzakkingen aan de Vijzelgracht, Geotechniek, december 2010. – Thuman, V.M., Hass, H. 2007. Application of ground freezing technology for a retaining wall at a large excavation in the centre of Rotterdam, The Netherlands, Proceedings of the 14th European Conference of Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Madrid 2007.

Laat de hoge attentiewaarde van Geotechniek in uw voordeel werken! Informeer naar de mogelijkheden: [email protected]

Uitgeverij Educom BV

Schematiseringsfactor maakt keuzes in geotechniek beter zichtbaar

Ir. Ed Calle Deltares

Ir. Werner Halter Fugro Ingenieursbureau BV

Ir. Hans Niemeijer ARCADIS

Figuur 1 – Als sondeerpunten worden vertaald naar een geotechnisch lengteprofiel, dan wordt zichtbaar dat de keuze van een veilige bodemopbouw niet in één keer duidelijk is.

Inleiding Grondmechanische berekeningen zijn gebaseerd op schematiseringen. Het rekenmodel voor de controle op een bezwijkmechanisme is een schematisering, net als de te kiezen waarden voor de grondeigenschappen en externe belastingen. De keuzevrijheid voor de geotechnisch adviseur is bij de keuze voor het rekenmodel, de grondeigenschappen en de belastingen betrekkelijk beperkt. Hij of zij wordt hierbij geholpen door

praktijkrichtlijnen of voorschriften. Anders ligt dat voor de te kiezen schematisering van de opbouw van de (onder)grond en de hierin optredende water(over)spanningen. Voor de vertaalslag van grondonderzoek naar een beeld van de opbouw van de ondergrond uit grondlagen en een beeld van de geohydrologische systematiek, zijn geen eenduidige richtlijnen te geven. Vaak zijn meerdere interpretaties van de beschikbare informatie mogelijk, waardoor bij de keuze van deze schema-

30


tiseringen onzekerheid een belangrijke rol speelt. Voor een veiligheidscontrole moeten veilige (maar ook weer niet te conservatieve) schematiseringen worden gekozen, of moeten onzekerheden via het gebruik van veiligheidsfactoren worden verdisconteerd. De verschillende regelgevingen (Eurocodes en leidraden voor waterkeringen) geven voorschriften waarmee onzekerheden van rekenmodel, belastingen en grondeigenschappen

Samenvatting Het schematiseren van de ondergrond is bij het ontwerpen van geotechnische constructies een belangrijk aspect. Misschien wel het belangrijkste, omdat directe controle niet mogelijk is. De keuzes die bij de schematisering gemaakt moeten worden blijken een grote invloed te hebben op de veiligheid van een ontwerp. Anders dan voor bijvoorbeeld onzekerheden in de grondparameters, geven de normen tot nu toe echter geen concrete aanwijzingen hoe omgegaan moet worden met schematiseringsonzekerheden. Door het Expertise Netwerk

(schuifsterkte) worden afgedekt. Voor veilige schematiseringskeuzen van (onder)grondopbouw en waterspanningen bestaan zoals gezegd geen voorschriften. Toch hebben onzekerheden hierin een minstens net zo grote, zo niet nog grotere, invloed op de berekende veiligheid van de grondconstructie. Het is een misvatting te denken dat ook deze onzekerheden worden afgedekt door de wèl voorgeschreven veiligheidsfactoren. Daarom is de zogenaamde schematiseringsfactor geïntroduceerd. Dit is een veiligheidsfactor, waarvan de grootte afhankelijk is van de mate van veiligheid in de gekozen schematisering van de (onder)grondopbouw en de in de grondlagen optredende water(over)spanningen. In dit artikel wordt de achtergrond van deze factor besproken.

Waterveiligheid is de schematiseringsfactor geïntroduceerd, die schematiseringsonzekerheden in rekening brengt. De keuzes die gemaakt zijn voor het opstellen van een schematisering worden hierbij expliciet benoemd en gekwantificeerd. Hiermee wordt de schematiseringsfactor, een partiële veiligheidsfactor, bepaald. De schematiseringsfactor bepaalt samen met de andere partiële veiligheidsfactoren de te bereiken stabiliteitsfactor.

Hoewel onafhankelijk van elkaar ontstaan, is er in de opzet van de hier beschreven aanpak overeenkomst met richtlijnen voor het schematiseren, die door de US Geological Survey zijn ontwikkeld voor het beoordelen van seismische risico’s [5].

De complexe ondergrond

schematiseringen mogelijk zijn. Voor een grondmechanische veiligheidsanalyse komt het er op aan potentieel onveilige opbouwen van de ondergrond en hierin optredende waterspanningen te herkennen, die op grond van de beschikbare informatie uit het grondonderzoek (inclusief literatuurgegevens) niet uitgesloten kunnen worden.

De opbouw van de ondergrond is even complex als onzeker. Op basis van boor- en sondeerstaten, die maar een zeer beperkt deel van de ondergrond in kaart kunnen brengen, moet de geotechnisch adviseur een schematisering van de ondergrond maken. Deze schematisering moet enerzijds voldoen aan de strenge eisen van de te bereiken veiligheid en anderzijds een kosteneffectief ontwerp opleveren. Doorgaans geldt dat hoe beperkter het grondonderzoek is, hoe meer verschillende

Een voorbeeld is de keuze van een maatgevende bodemopbouw voor een stabiliteitsberekening van een dijk op basis van sonderingen met relatief grote tussenafstanden (zie figuur 1). Er kan worden uitgegaan van de grondlagen die bij de ongunstigste sondering worden aangetroffen, maar mogelijk komen er tussen de sonderingen ongunstigere situaties of lokale afwijkingen voor. Een lokale afwijking kan bijvoorbeeld een voor de stabiliteit

Figuur 2 – Onzekerheden in een stabiliteitsberekening die met een schematiseringsfactor worden afgedekt.

31


van een grondconstructie ongunstige geul of zandbaan in de ondergrond zijn, waarin bij een hoge rivierstand hoge waterspanningen ontstaan. Wanneer deze niet op grond van kennis van de geologie van het gebied kan worden uitgesloten, moet hiermee bij de keuze van de schematisering voor de stabiliteitsberekening rekening worden gehouden. Elke geotechnisch adviseur zal anders omgaan met deze onzekerheden, op basis van eigen inzicht. De mate van veiligheid die in een berekening is ingebouwd, is daarom weinig inzichtelijk. De schematiseringsfactor en de achterliggende schematiseringtheorie zijn een hulpmiddel om dit inzichtelijk te maken.

Definitie De schematiseringsfactor is een veiligheidsfactor die compenseert voor onzekerheden in de gekozen schematisering van de bodemopbouw, de waterspanningen en de geometrie, naar analogie van de partiële materiaalfactoren. De schematiseringsfactor is geen vaste factor, zoals andere voorgeschreven veiligheidsfactoren, maar is afhankelijk van de gekozen schematisering waarmee ontwerp- of toetsberekeningen worden uitgevoerd. Bij een veilige schematiseringkeuze is de schematiseringsfactor klein, bijvoorbeeld gelijk aan 1,0, en kan die oplopen tot ca. 1,3 naarmate onzekerheden onvoldoende afgedekt zijn door de schematiseringkeuzes. De eis die voor de berekende stabiliteitsfactor geldt, wordt vermenigvuldigd met de schematiseringsfactor.

Bepaling van de schematiseringsfactor bij taludstabiliteit De methode omvat een basisschematisering (in dit geval van een dwarsprofiel van een grondconstructie) en scenario’s (afwijkende dwarsprofielen). De basisschematisering is een eerste keuze op basis van de beschikbare informatie. Dit kan op zich al een veilige schematisering zijn, maar dat hoeft niet noodzakelijk het geval te zijn. De scenario’s zijn mogelijke afwijkingen van de basisschematisering, die een negatieve invloed op de stabiliteit hebben en niet kunnen worden uitgesloten op basis van de beschikbare informatie (zie figuur 2). Voorbeelden van mogelijke afwijkingen zijn: maaiveldniveaus zijn ongunstiger dan aangenomen in de basisschematisering; dikten van grondlagen zijn ongunstiger; er zijn voor de stabiliteit ongunstige grondlagen, die niet zijn opgemerkt bij het grondonderzoek; de ligging van de freatische lijn en waterspanningen zijn ongunstiger; taludhellingen tussen de meetraaien zijn steiler dan waargenomen bij de metingen.

Deze lijst is niet uitputtend, in iedere situatie kunnen andere afwijkende scenario’s van belang zijn. Per afwijkend scenario spelen twee zaken een rol: 1.de invloed op de berekende stabiliteitsfactor; 2. de kans dat het scenario daadwerkelijk realiteit is. De invloed op de berekende stabiliteitsfactor kan eenvoudig worden bepaald, door een stabiliteitsberekening voor het scenario uit te voeren. Daarnaast wordt de kans van voorkomen van dat scenario bepaald. De kans van voorkomen van een bepaald scenario kan echter veelal niet objectief worden bepaald. Er moet dan volstaan worden met een kansschatting op basis van expert judgement. Vanzelfsprekend is die kansschatting afhankelijk van de (geologische)gebiedskennis, de beschikbare informatie uit grondonderzoek en de hieruit blijkende (ruimtelijke) variabiliteit. De invloed van het scenario op de kans dat instabiliteit kan optreden bestaat uit de combinatie van de invloed die het scenario heeft op de stabiliteitsfactor en de kans van voorkomen van dat scenario.

Probabilistische achtergrond Het principe achter de schematiseringsfactor is dat de kans op instabiliteit wordt berekend van het ontwerp volgens de basisschematisering en vervolgens getoetst aan de toelaatbare kans op instabiliteit. In plaats van een ontwerp kan het ook om de veiligheidstoetsing van een bestaande grondconstructrie gaan. Omdat verschillende schematiseringen mogelijk zijn, is de kans op instabiliteit gelijk aan de som van kansen op instabiliteit, gegeven de verschillende scenario’s, vermenigvuldigd met de kansen van voorkomen van die scenario’s:

(1) Hierin staat het subscript sf voor ‘slope failure’ en staat Si voor scenario i, waarbij de basisschematisering als S1 wordt aangeduid. P(Si) is de kans op scenario i. Verder is Psf (D;Si) de kans op instabiliteit van het talud, bij het gegeven ontwerp (D) en uitgaande van schematiseringscenario Si , en is Psf,toelaatbaar de toelaatbare kans. Omdat we hier alleen scenario’s beschouwen die voor wat betreft de stabiliteit in ongunstige zin afwijken van de basisschematisering, moet (2)

In principe zijn ook scenario’s mogelijk die gunstiger zijn dan de basisschematisering (S1). Omdat de invloed hiervan op de totale faalkans relatief klein is, worden die echter buiten beschouwing gelaten. De kansen hierop worden, door de voorwaarde in vergelijking (2), toegevoegd aan de kans op de ba-

32


Tabel 1 Voorbeelden van ongunstige scenario’s bij een stabiliteitsanalyse die van invloed kunnen zijn op de schematiseringsfactor

Ongunstig scenario Freatische lijn in de dijk ligt hoger Binnenwaterstand ligt hoger Aanpassing waterspanningen in het gehele slappe lagenpakket Veenlaag 1,6 m dik in plaats van 1,3 m Maaiveld NAP +0,5 m in plaats van NAP + 0,7 m Maaiveld NAP +0 m in plaats van NAP + 0,5 m Consolidatiegraad 70 % in plaats van 100%

sisschematisering P(S1). Met deze vereenvoudiging wordt het aantal door te rekenen scenario’s beperkt tot de gekozen basisschematisering en ongunstiger scenario’s. Een belangrijke pijler van de methode is dat er een globale relatie is tussen de stabiliteitsfactor en de daarbij behorende kans op instabiliteit. Daarmee kunnen de kansen P(D;Si) en Psf, toelaatbaar berekend worden aan de hand van de berekende stabiliteitsfactoren Fd(D;Si) en de vereiste stabiliteitsfactor Fd,eis . Voor berekeningen van de stabiliteitsfactor, volgens de voorschriften in de het Addendum I bij de Leidraad Rivieren [1], is zo’n relatie afgeleid (zie kader met rekenvoorbeeld). De tweede pijler van de methode is dat wanneer bij het opstellen van een ontwerp de eis aan de stabiliteitsfactor wordt aangescherpt, er ruimte ontstaat voor bijdragen aan de kans op instabiliteit door de ongunstiger scenario’s, zodat toch nog aan vergelijking (1) wordt voldaan. Die aanscherping gebeurt door de ontwerpeis Fd, eis (de schadefactor genoemd) te vermenigvuldigen met een schematiseringsfactor. De schematiseringsfactor kan iteratief worden bepaald. Wanneer uit de berekeningen volgt dat de schematiseringsfactor groter dan 1,3 moet zijn, dan is dit een indicatie dat de basisschematisering te optimistisch is gekozen. Het is dan raadzaam om een van de ongunstiger scenario’s S2 , …SN als basisschematisering te kiezen en de controle opnieuw uit te voeren. Volgt uit de berekeningen dat de schematiseringsfactor gelijk is aan 1,0, dan is de basisschematisering voldoende veilig gekozen. De begrenzingen aan de schematiseringsfactor van 1,0 en 1,3 zijn keuzes die bij de invulling van de methode voor het gebruik bij waterkeringen

SCHEMATISERINGSFACTOR MAAKT KEUZES IN GEOTECHNIEK BETER ZICHTBAAR

Principe van de schematiseringfactor aan de hand van een rekenvoorbeeld In het Addendum TRWG [2] worden veiligheidsfactoren voor de stabiliteit van primaire waterkeringen gegeven: materiaalfactoren (ȍm), schadefactoren (ȍn) en rekenmodelfactoren (ȍd). De eis bij stabiliteitscontrole is: Fd ≥ ȍn ȍd Hierin is de stabiliteitsfactor Fd berekend met rekenwaarden van de schuifsterkte (karakteristieke waarden gedeeld door materiaalfactoren ȍm). De vereiste schadefactor wordt berekend aan de hand van een (volgens voorschrift in de Leidraad af te leiden) vereiste betrouwbaarheidsindex β volgens:

ȍn = 1 + 0,13 (β – 4)

(v1)

Deze relatie wordt gebruikt als globale relatie tussen de actuele stabiliteitsfactor en de faalkans: Psf (Fd) = Φ(- β) ≈ Φ(-4 - (Fd/ȍd -1) / 0,13)

(v2)

waarin Φ( ) de standaard normale kansfunctie is. Veronderstel nu een situatie dat voor de schematisering van de ondergrond twee mogelijkheden worden onderkend. Dit zijn een schematisering S1, waarbij de dikte van de veenlaag (zie figuur 3) gelijk is aan 1,0 m (de maximale dikte die in grondonderzoekspunten is gevonden) en een ongunstiger schematisering S2, waarbij verondersteld wordt (bijvoorbeeld op basis van ervaringen elders in het gebied) dat die dikte tussen de grondonderzoekspunten groter kan zijn, zeg maximaal 1,5 m. De kans hierop wordt niet verwaarloosbaar geacht, namelijk P(S2)=0,1. Deze waarde is een schatting, gebaseerd op de waargenomen variaties en ervaringen elders in het gebied. Stel dat de stabiliteitsfactor van de dijk bij S1 volgens de stabiliteitsberekening gelijk is aan Fd(D;S1)=1,14 en bij de ongunstiger schematisering S2 gelijk aan Fd(D;S2)=1,03. Stel verder dat de vereiste schadefactor ȍn = 1,09 is en de rekenmodelfactor ȍd = 1. De stabiliteitsfactor moet dan groter of gelijk zijn aan 1,09. Schematisering S1 voldoet daar wel aan maar schematisering S2 niet. We weten echter niet welke van de twee juist is, maar weten alleen dat de kans dat S2 optreedt is gelijk is aan 0,1. Bijgevolg is de kans dat S1 optreedt gelijk aan 0,9 (samen gelijk aan 1). Bij de schadefactor van 1,09 is de toelaatbare kans op instabiliteit, berekend volgens vergelijking (v2), Psf = 1,35 x 10-6. De kans op instabiliteit, als S1 juist is, wordt ook met vergelijking (v2) berekend en is Psf (D; S1) = 1,92 x 10-7. De kans op instabiliteit, als S2 juist is, is Psf (D; S2) =

1,16 x 10-5. De kans op instabiliteit, rekening houdend met de kansen op S1 en S2 is: Psf (D; S1) P(S1) + Psf (D; S2) P(S2) = 1,92 x 10-7 x 0,9 + 1,16 x 10-5 x 0,1 = 1,34 x10-6 Met andere woorden, de kans op instabiliteit, rekening houdend met de kans op het ongunstige scenario S2, is kleiner dan de toelaatbare kans op instabiliteit, die hoort bij de vereiste schadefactor van ȍn=1,09. Daarom kan de dijk wel goedgekeurd worden. Stel nu dat we S1 kiezen als basisschematisering, dat wil zeggen als schematisering die we willen gebruiken voor de stabiliteitscontrole. De berekening laat zien dat als de stabiliteitsfactor Fd(D;S1) maar groot genoeg is, de bijdrage aan de faalkans door de ongunstiger schematisering, met een 0,11 lagere stabiliteitsfactor (en kans op voorkomen van 0,1), nog voldoende klein is om (nog net) te voldoen aan de toelaatbare faalkans. In dit geval blijkt dat een verhoogde eis aan de stabiliteitsfactor Fd(D;S1)≥1,14 voldoende is. Het quotiënt van die verhoogde eisen de feitelijke eis ȍn=1,09, noemen we de vereiste schematiseringsfactor, die in dit geval ȍb=1,14/1,09=1,05 bedraagt. Het criterium voor voldoende stabiliteit wordt daarmee: Fd(D; S1) ≥ ȍn ȍd ȍb

(v3)

In het algemeen zullen bij een gekozen basisschematisering meer dan één schematiseringscenario’s mogelijk zijn. In het Technisch Rapport Grondmechanisch Schematiseren bij Dijken is een methode beschreven, analoog aan bovenstaande redenering, om de vereiste schematiseringfactor te bepalen. Hadden we in dit voorbeeld S2 als basisschematisering gekozen, dan is geen schematiseringfactor (of preciezer geformuleerd: kan de schematiseringsfactor gelijk aan 1 zijn) nodig, omdat er geen mogelijke ongunstiger schematiseringen zijn te verdisconteren. Er zou dan echter niet worden voldaan aan de stabiliteitseis (welke gelijk is aan de schadefactor vermenigvuldigd met de modelfactor, indien met rekenwaarden voor de grondeigenschappen is gerekend).

1m veen

Fd = 1,14

Fd = 1,03

1,5m veen

Figuur 3 – Een dikkere veenlaag leidt tot een lagere taludstabiliteit.

33


zijn gemaakt. Vooralsnog ligt de ondergrens in ref [2] zelfs op 1,1. Deze waarde is (voorzichtigheidshalve) zo gekozen om ‘trendbreuk’ met het vroegere voorschrift te vermijden [4]. Hieruit volgt dat veiligheid van de eerste gekozen basisschematisering altijd in samenhang moet worden gezien met de onzekerheden in de schematisering. Als alle (substantiële) schematiseringonzekerheden goed geïnventariseerd zijn, volgt uit de procedure vanzelf of de gekozen basisschematisering voldoende veilig was. Vanzelfsprekend levert een goede eerste keuze wel tijdwinst op. Bij het benoemen van basisschematisering en afwijkende scenario’s is het een eis dat deze elkaar onderling uitsluiten en dus onafhankelijk zijn, want anders mag vergelijking(1) niet worden toegepast. Verder is het aan te bevelen dat de basisschematisering zodanig gekozen wordt dat de som van de kansen op de afwijkende ongunstiger scenario’s niet te groot wordt (bij voorkeur niet groter dan 0,3 à 0,4). Wordt deze som groter, dan zal doorgaans blijken dat de gekozen basisschematisering toch te optimistisch was, tenzij de afwijkende scenario’s slechts een geringe ongunstige invloed op de stabiliteitsfactor hebben.

Inperken van onzekerheden Uit de analyse kan blijken dat één of meer van de geïdentificeerde mogelijke afwijkingen van de basisschematisering een dominante invloed hebben op de kans op instabiliteit waardoor een hoge schematiseringsfactor nodig is en een duur ontwerp. Wanneer duidelijk is dat deze scenario’s ook bij betere informatie zeker niet uitgesloten zullen worden, dan is dat uiteraard terecht. Maar, als vermoed wordt dat deze scenario’s met voldoende betrouwbaarheid zijn uit te sluiten door additioneel (grond)onderzoek, dan ligt het meer voor de hand om additioneel onderzoek te doen. Aan de hand van de schematiseringanalyse kan vooraf gekeken worden wat de mogelijke winst is van dit onderzoek. Tevens volgt hieruit ook in hoeverre de kansen op deze scenario’s gereduceerd moeten worden om tot het gewenste resultaat te komen. Hierop moet het additionele (grond)onderzoek uitgelijnd worden, waarbij ingeschat moet worden of het onderzoek daadwerkelijk kan leiden tot de benodigde reductie van scenariokansen. Schematiseringscenario’s kunnen ook betrekking hebben op onzekerheden die voortkomen uit de wijze van uitvoeren van een taludversterking, of de wijze van het beheer in de operationele fase. In dat geval ligt het meer voor de hand om na te gaan welke maatregelen bij de uitvoering of welke

beheersstrategie nodig zijn om tot de gewenste reductie van scenariokansen te komen. Voorbeelden zijn strikte uitvoeringsbegeleiding, kwaliteitscontroles of, ingeval van operationeel beheer, periodieke controles op de werking van drainage, etc.

Voordelen van de schematiseringsfactor De hier voorgestelde systematiek is niets meer of minder dan een gevoeligheidsanalyse, waarmee inzichtelijk wordt gemaakt of het ontwerp voldoet aan de eisen. Een groot voordeel van het gebruik van de betreffende systematiek is dat gekozen schematiseringen transparant worden gemaakt. Voor de bepaling van de factor moeten immers de grootste onzekerheden in de schematisering op een rij worden gezet en globaal worden gekwantificeerd. Hoewel dit in zekere zin een subjectieve beschouwing is, geeft het meer inzicht. Dit maakt het verder eenvoudiger om een extra kwaliteitscontrole uit te laten voeren met behulp van een ‘second opinion’. De schematiseringanalyse sluit aan op de Eurocode 7-1, omdat daarin nadrukkelijk een onderbouwing van het geotechnisch ontwerp wordt vereist.

grond en geohydrologische systematiek, die ruimtelijk kunnen variëren of die anderszins niet precies bekend zijn, moeten dan als stochastische grootheden worden gedefinieerd. Er is echter nog geen programmatuur beschikbaar om dit eenvoudig te kunnen doen. De schematiseringsfactor, met de basisschematisering en scenario’s, is daarom op dit moment een handzaam alternatief.

Totstandkoming De schematiseringsfactor is in het kader van SBW onderzoek1 ontwikkeld in opdracht van Rijkswaterstaat Waterdienst voor het Expertise Netwerk Waterveiligheid (ENW). De schematiseringsfactor is voor het eerst geïntroduceerd bij het verschijnen van de Leidraad Rivieren in 2007 [1], in het Addendum bij het Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies [2]. Dit was het gevolg van een over de afgelopen 10 à 20 jaar gegroeid inzicht dat de keuzes die bij de schematisering (moeten) worden gemaakt, een grote invloed hebben op de bereikte veiligheid van het ontwerp.

Noot Een ander voordeel van deze systematiek is dat het effect van aanvullend grondonderzoek op een geotechnische berekening beter in beeld wordt gebracht. De onzekerheden worden minder indien meer grondonderzoek beschikbaar is. Omdat dan een lagere schematiseringsfactor kan worden toegepast, vertaalt dit zich direct in een uitgekiender ontwerp. Het principe van de schematiseringsfactor kan worden toegepast bij elke type geotechnische berekening. De noodzaak hiertoe wordt groter naarmate de gevolgen van falen groter zijn. Echter ook bij kleine constructies, is een sluitende onderbouwing nodig. Vooralsnog is de bepaling van de schematiseringsfactor echter alleen voor het ontwerpen van waterkeringen uitgewerkt. In het Addendum bij het Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies [2] wordt het gebruik van de schematiseringsfactor voorgeschreven en diverse richtlijnen voor regionale keringen sluiten daarbij aan. De wijze waarop de factor wordt bepaald, is uitgewerkt in het Technisch Rapport Grondmechanische Schematiseringen bij Dijken [3] van het ENW. Hierin is ook een mathematische onderbouwing opgenomen. Dit Technisch Rapport geeft tevens een eenvoudig stappenplan waarmee de schematiseringsfactor op basis van tabellen kan worden bepaald. Een alternatief voor de hier beschreven methode is het uitvoeren van volledig probabilistische berekeningen. De verschillende aannamen in de berekening over schematiseringen van de onder-

34


1 Sterkte en Belasting Waterkeringen. Een door het

Directoraat Generaal Water van het Ministerie van Infrastructuur en Milieu gefinancierd onderzoeksprogramma ten behoeve van verbetering van de kwaliteit van veiligheidstoetsingen van de primaire waterkeringen in Nederland. Dit programma wordt door Rijkswaterstaat en Deltares uitgevoerd in samenwerking met verschillende partijen in de waterveiligheidssector.

Referenties [1] Leidraad Rivieren. Uitgave o.v.v. ENW (Expertise Netwerk Waterveiligheid), mei 2007. (inclusief Addendum I bij de Leidraad Rivieren, 2008). Zie voor downloads www.waterkeren.nl, (kies tab ‘waterveiligheid’ en vervolgens tab ‘toegang tot de Leidraad Rivieren’). [2] Addendum bij het Technisch Rapport Waterkerende Grondconstructies. Uitgave o.v.v. ENW, mei 2007. Zie referentie [1] voor download. [3] Technisch Rapport Grondmechanisch Schematiseren bij Dijken. Uitgave o.v.v. ENW, in voorbereiding. [4] Achtergrondrapport Materiaalfactoren Rivierdijken. Fugro rapport 1207-0055-000, 29 jan 2008. [5] T.C. Hanks, N.A. Abrahamson, D.M. Boore, K.J. Coppersmith and N.E Kapprath, 2009. Implementation of the SSHAC Guidelines for level 3 and 4. US Geological Survey, Open-file Report 2009/1093.

Verdichten van zand voor boortunnels RandstadRail

ir. Diederik van Zanten Ingenieursbureau Gemeentewerken Rotterdam

ir. Edwin Smits Ingenieursbureau Gemeentewerken Rotterdam

ir. Rodriaan Spruit Ingenieursbureau Gemeentewerken Rotterdam

Figuur 1a – Tracé RandstadRail in Rotterdam. 1b Locatie grondvervanging.

Inleiding RandstadRail is een light-rail verbinding tussen Rotterdam, Den Haag en Zoetermeer. Om RandstadRail in Rotterdam mogelijk te maken is een 3 kilometer lange tunnel gerealiseerd tussen het metrostation Centraal Station en de voormalige Hofpleinlijn (figuur 1a). Voor de realisering van de tunnel is over een lengte van 80% gebruik gemaakt van de boortechniek. Het projectmanagement, ontwerp en de directievoering van het project is gerealiseerd door het Ingenieursbureau van Gemeentewerken Rotterdam. De uitvoering van het werk is verricht door de aannemerscombinatie Saturn v.o.f. bestaande uit Dura Vermeer Beton en Waterbouw BV en Züblin AG. In Rotterdam wordt de grondopbouw gekenschetst door antropogene en holocene lagen tot een niveau van ca. NAP -16m met daaronder het pleistocene zand. Bij de bepaling van het verticaal alignement is er voor gekozen om de geboorde tunnels zo veel mogelijk in het pleistocene zand

aan te leggen (Van Zanten, 2004). Aansluitend op de conventionele tunneldelen aan de noorden zuidzijde van de boortunnel is er vanuit kostentechnisch oogpunt voor gekozen de boortunnel in de holocene kleilagen te positioneren. De betonnen tunnellining wordt echter onvoldoende gesteund door de omringende grond als de tunnel voor meer dan de helft in de klei is gelegen. Om het beoogde verticaal alignement voor de boortunnels mogelijk te maken, zijn twee maatregelen toegepast, namelijk: toepassing van een stalen lining over 5% van het boortunneltracé en toepassing van grondverbeteringen. Binnen het project zijn verschillende grondverbeteringstechnieken gehanteerd: jetgrouten mixed in place en grondvervanging waarbij de holocene lagen worden vervangen door verdicht zand. In dit artikel wordt ingegaan op de verdichting van het zand van deze grondvervanging.

36


Zandbak Direct ten zuiden van de startschacht (figuur 1b) moet de boortunnel in de holocene klei- en veenlagen worden aangebracht. Om voldoende inbedding voor de tunnel te realiseren is ervoor gekozen de grondslag te verbeteren. Hierbij is gebruik gemaakt van: mixed in place en uitwisseling van holocene lagen voor verdicht zand. Er is naast mixed-in-place ook gekozen voor grondvervanging door zand omdat de boortunnel nabij de startschacht voor een deel in het veen ligt en het resultaat van de mixed-in-place toegepast in veen onvoldoende zeker was. Het toepassen van deze grondvervanging tot aan de spoorlijn Rotterdam-Utrecht was niet wenselijk. De pakkingsdichtheid van het antropogene zandpakket onder de spoorbaan is relatief laag (Dr: ca. 20%), waardoor een risico voor verweking aanwezig is (Pachen 2005). Om negatieve invloed van de verdichtingswerkzaamheden van het aanvulzand

Samenvatting Direct naast de startschacht van het boortunnel tracé van RandstadRail Rotterdam is een grondvervanging uitgevoerd. Binnen een enkelvoudig verankerde damwandkuip zijn in den natte de holocene grondlagen ontgraven waarna met zand is aangevuld. Dit zand heeft een lage pakkingsdichtheid die onvoldoende in-bedding voor de tunnel oplevert. Daarom is het zand in de ‘zandbak’ verdicht

Wrijvingsgetal [%} Conusweerstand [MPa]

Voormalige grondopbouw

met vibroflotatie. Dit artikel gaat in op de ervaringen met het verdichten en de kwaliteitscontrole van het verdichten in dit project. Hierbij wordt ingegaan op het gemeten energieverbruik en de gemeten trillingen tijdens het verdichten en de relatie daarvan met het behaalde resultaat, vastgesteld met behulp van sonderingen.

Nieuwe grondopbouw

NAP [m] Antropogeen

Afsluitende laag Aanvulzand

Holoceen pakket

Pleistoceen zand

Pleistoceen zand

Figuur 2 – Sondering en schematische weergave grondopbouw.

op de spoorlijn te voorkomen is ervoor gekozen nabij de spoorlijn de trillingsvrije mixed in place methode toe te passen. In figuur 2 wordt de grondopbouw en de tunnelligging weergegeven. WERK WIJZE GRONDVERVAN GING

Het verwijderen van de oorspronkelijke holocene lagen is uitgevoerd binnen een enkelvoudig verankerde bouwkuip (figuur 3a). Nadat de bouwkuip in den natte is ontgraven tot op het pleistocene zand, is de bouwkuip in den natte met zand aangevuld. Het zand heeft daardoor een lage pakkingsdichtheid. Het zand heeft dan onvoldoende stijfheid om de boortunnels in te realiseren. Om de pakkingsdichtheid te verbeteren is het zand verdicht. Deze verdichting is uitgevoerd met een vibrator (rütteln of vibroflotation, figuur 3b). Na het verdichten zijn sonderingen uitgevoerd om te controleren of de besteksmatig voorziene verdichtingsgraad is behaald. Om horizontale deformaties in de omgeving te beperken zijn de damwanden van de bouwkuip pas na het verdichten van het zand verwijderd. Voorzien was dat hierdoor ontspanning van het zandpakket zou optreden. Hiermee is rekening gehouden in de gestelde verdichtingseisen. Middels sonderingen is na afloop van het trekken van de damwanden nogmaals de verdichtingsgraad gecontroleerd. Aangezien de grondopbouw naast het verdichte zand bestaat uit holocene lagen ontspant de zandaanvulling in de tijd naar verwachting verder. De holocene lagen consolideren ten gevolge van de hogere horizontale grond-

Figuur 3a – Ontgraven bouwkuip in den natte. 3b Vibrator.

drukken in het zandpakket. In het aanvulzand ontstaat hierdoor uiteindelijk een relatief lage horizontale gronddruk, welke naar verwachting in de loop der tijd de actieve gronddruk benadert. Bij de berekening van de boortunnel is daarom als uitgangspunt de actieve gronddruk als initiële horizontale steundruk gehanteerd, in plaats van de neutrale gronddruk. EISEN M.B.T. VERDICHTING, CONSTRUCTIEVE EIS

Sonderen is de meest praktische methode om de behaalde verdichting van zand in-situ te controleren. De beddingseisen uit het ontwerp van de lining zijn daarom vertaald naar sondeerwaarden die in het bestek zijn opgenomen. Conuswaarde (qc) aanvulzand na verdichten:

minimaal 15 MPa op NAP - 10,0 m, lineair toenemend tot 18 MPa op NAP - 17,0 m; Conuswaarde (qc) aanvulzand na trekken damwand: minimaal 10 MPa op NAP - 10,0 m, lineair toenemend tot 14 MPa op NAP - 17,0 m

jecteerd binnen de invloedszone van het onderstation. Het zand moest daarom naast verdichtbaar ook injecteerbaar zijn. Er zijn i.v.m. verdichtbaarheid en injecteerbaarheid, de volgende eisen gesteld: D5 > 0,063 mm : weinig fijn materiaal, i.v.m. verdichtbaarheid; D60/D10 > 4,0 : goed gegradeerd, i.v.m. verdichtbaarheid D10 > 0,15 mm : i.v.m. injecteerbaarheid. TOETSING

Ter toetsing van de behaalde verdichting zijn sonderingen uitgevoerd. Zowel voor als na de verdichting was besteksmatig per 75 m2 een controlesondering voorzien (25 stuks). Hiernaast is in het bestek vastgelegd dat 18 sonderingen worden uitgevoerd om de invloed van het trekken van de damwand te beschouwen (h.o.h. afstand 10 m). De korrelgrootteverdeling van het aanvulzand is getoetst met behulp van zeefanalyses die door de aannemer op de zandpartijen zijn uitgevoerd. Tevens zijn steeksproefsgewijs zeefanalyses uitgevoerd op aanwijzing van de directie.

EISEN M.B.T. HET ZAND VOOR DE AANVULLING

Nabij de grondvervanging is een onderstation van de Nederlandse Spoorwegen gelegen. Dit onderstation voedde een deel van de spoorlijn Rotterdam-Gouda. Voor het onderstation mogen de trillingen niet hoger zijn dan 0,75 m/s2. Hierdoor was een kans aanwezig dat niet de hele zandaanvulling met verdichten kon worden verbeterd. Om toch een afdoende grondverbetering te realiseren zou het zandpakket dan worden geïn-

37


Trillingsmetingen De trillingsenergie van de vibrator wordt benut voor het herschikken van de zandkorrels waardoor de dichtheid toeneemt. Naarmate de maximaal haalbare verdichting wordt benaderd, straalt een toenemend deel van de trillingsenergie af naar de omgeving. Vooruitlopend op het verdichten van de gehele zandbak werd door de onderaannemer Keller binnen het eigenlijke werk, op een afstand

Trillingsintensiteit (mm/s)

6

Ruttelnaald

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

5 4 3 2 1 0

9:00

9:14 vert binnen damwand

Tijd

9:28

9:43

vert buiten damwand

Figuur 4 – Demping bouwkuipwand.

van ca. 6 m van de bouwkuipwand, een proefverdichting uitgevoerd om het optimale verdichtingsraster te bepalen. Hierbij zijn achtereenvolgens h.o.h. afstanden tussen de verdichtingspunten gehanteerd van 2,5 m, 3,0 m en 3,5 m in een driehoeksraster. OVERDRACHT TRILLINGEN NAAR ONDERSTATION

Bij de proefverdichting is de mate van overdracht van trillingen over de bouwkuipwand, bestaande uit damwanden en diepwandpanelen, vastgesteld d.m.v. het meten van de trillingen aan maaiveld, zowel binnen als buiten de bouwkuip, direct naast de bouwkuipwand. Uit de metingen blijkt dat zowel de diepwand als de damwand ongeveer een reductie van trillingsintensiteit oplevert van een factor 10 . De trillingen buiten de bouwkuip zijn als gevolg daarvan vrijwel te verwaarlozen. Op de fundering van het onderstation zijn de trillingen tijdens het verdichten gemeten. Deze trillingen bleven beperkt tot 0,4 mm/s bij een frequentie van 30 Hz wat overeenkomt met een versnelling van 0,075 m/s2, slechts 10% van de toegestane versnelling. Op basis van de resultaten van de proef is geconcludeerd dat de gehele grondverbetering door middel van verdichten zou kunnen worden uitgevoerd en dat injecteren van het zand niet nodig zou zijn. Dit is ook gebleken tijdens de uitvoering van het werk. AKOESTISCHE DICHTHEIDSMETING

Bij de proefverdichting werden op maaiveld de verticale trillingen gemeten op 5, 10 en 15 m van het verdichtingspunt. De trillingssensoren aan maaiveld werden gelijktijdig gemeten. Met deze metingen werd het mogelijk om de hypothese te

Figuur 5 – Bepaling bronintensiteit.

toetsen dat er een relatie zou moeten zijn tussen de trillingsintensiteit in de omgeving van de vibrator en de mate van verdichting zoals gerealiseerd door de vibrator. Bij toename van de verdichtingsgraad werd dan ook een toename van de trillingsintensiteit verwacht. Om deze hypothese te toetsen zijn de aan maaiveld gemeten trillingen gerelateerd aan de conusweerstand na het verdichten. De intensiteit van de trillingsbron is bepaald onder veronderstelling dat trillingen als functie van de afstand tot het verdichtingspunt variëren volgens onderstaande formule.

Waarin: t gemeten trillingsintensiteit op afstand l van de trillingsbron [mm/s]; T trillingsintensiteit ter plaatse van referentie-afstand l0 [mm/s]; l0 referentie-afstand [m] (een l0 van 1 m is aangehouden); l afstand trillingsbron tot het meetpunt [m]; x dempingsfactor [-]. Normaal wordt voor verzadigde grondsoorten een dempingsfactor x gevonden tussen 1 en 2. De zogenaamde padlengte van de trillingsbron (de punt van de vibrator) naar de verschillende sensoren op maaiveld is voor elke sensor verschillend en variërend tijdens het geleidelijk naar boven trekken van de vibrator. Door voor elke padlengte op basis van de gemeten trillingsintensiteit de ‘brontrilling’ terug te rekenen, kan de dempingsfactor worden bepaald. Voor elke simultane meting (sensoren 1 t/m 3) moet namelijk idealiter

38


een gelijke brontrilling worden gevonden. Bij de aanname van een homogeen en isotroop grondlichaam zijn er dan drie vergelijkingen (voor elke sensor een meetreeks) met 2 onbekenden: de brontrilling en de dempingsfactor. Er wordt een goede fit voor de dempingsfactor gevonden bij een waarde van 1,2. Het gemiddelde van de teruggerekende brontrilling van de drie sensoren wordt als functie van de diepte voor een representatief verdichtingspunt in afbeelding 6 weergegeven. Dit type grafiek kan worden gebruikt als een ‘akoestische sondering’, aangezien zij, net als een reguliere sondering, inzicht geeft in de pakkingsdichtheid en weerstand van de grond. De intensiteit van de brontrilling is namelijk evenredig met de stijfheid van de grond en dus ook met de sondeerwaarde. Op dieptes waar een lage gemiddelde waarde voor de brontrilling wordt berekend kan mogelijk niet goed zijn verdicht of is afwijkend materiaal (geen zand) aanwezig. Indien de dichtstbijzijnde sondering (op minder dan 2 m afstand) in dezelfde grafiek wordt weergegeven, wordt een vrijwel rechtevenredige correlatie aangetroffen tussen het verdichtingsresultaat enerzijds en de trillingsmetingen anderzijds. Trillingsmetingen kunnen daarom worden gebruikt om tijdens de uitvoering van de werkzaamheden reeds informatie over het verdichtingsresultaat te verkrijgen of om tijdens de uitvoering de werkwijze te optimaliseren.

Resultaat verdichting grondvervanging Het uitgangspunt bij de verdichtingswerkzaamheden was dat de vibrator maximaal 30 seconden

VERDICHTEN VAN ZAND VOOR BOORTUNNELS RANDSTADRAIL

Proefraster 2.5 m Ruttelpunt 7, DKM 6 Ruttelenergie [kJ/m] 50

10

Conusweerstand vóór, na 1x en na 2x verdichten en na trekken damwand

15 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0 7 5 0 0

5 6

-2

7 8

10

-6

11 12

-8

Diepte [m-mv]

Diepte [m-mv]

-4

9

13 14 15 16

-10

-12

17 -14

18 3

6

9

12

15

18

21

24

27

30

33

36

39

42

45 -16

Conusweerstand [MPa], trillingen [m m/s] Energie Ruttelpunt 7

Trillingen

Qc sondering DKM6 -18

Figuur 6 – Relatie tussen teruggerekende trillingsbron en sondering.

-20 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Conusweerstand [MPa]

trilt of zolang trilt tot een stroomverbruik van 200 A wordt behaald. Vervolgens wordt steeds 0,5 meter getrokken om wederom maximaal 30 seconden te trillen etc. Dit komt overeen met een gemiddelde treksnelheid van 0,017 m/sec. Als uitgangspunt bij de uitvoering is op basis van de resultaten van het proefvak gestart met een h.o.h. afstand van de verdichtingspunten op maaiveld van 3 m. Als nulmeting is een serie sonderingen gemaakt direct na aanvullen van het nog onverdichte zand. Tevens zijn sonderingen gemaakt na verdichten en na het trekken van de damwand. Bij de uitvoering van de eerste serie controlesonderingen (3 m verdichtingsgrid) bleek de behaalde verdichting niet overal te voldoen aan de bestekseisen. Op die locaties is daarom nogmaals verdicht en ter ontrole gesondeerd. Daarom is de gridafstand voor het resterende deel van de zandbak, waar nog niet was verdicht, verkleind tot 2,5 m. Dit leverde betere resultaten op, waardoor in het 2,5 m grid de benodigde verdichtingsgraad in 1 verdichtingsgang werd bereikt. TRILLINGSENERGIE VIBRATOR

Voorafgaande aan het werk werd verwacht dat er een relatie was tussen de trillingsenergie en de mate van verdichting. Voor tien verdichtingslocaties is daarom nagegaan wat de in de grond gebrachte energie is en wat het behaalde verdichtingsresultaat is. De trillingsenergie per m3 grond is berekend volgens:

Qc nulmeting

Qc na 2x

Qc na

Qc na trekken damwand

Bestekseis na verdichten

Figuur 7 – Controlesonderingen t.p.v. hart zandbak.

Etril : P / (v * A) Waarin: Etril hoeveelheid energie [kJ/m3] P gemiddeld vermogen [kW, kJ/s] v treksnelheid vibrator [m/s] A oppervlakte grid [m²], met A = 0,87 * S2, met S = h.o.h. verdichtingspunten in driehoeksraster Het gemiddelde vermogen van de vibrator is berekend volgens Puchstein (1954).

P = I * E * pf * eff Waarin: P gemiddeld vermogen [W, J/s] I gemiddeld stroomverbruik [A] E door de vibrator benodigd voltage [V] = 440 V voor een vibrator V23 gemiddeld vermogen factor ≈ 0,8 pf eff efficiëntie van de elektrische motor ≈ 0,9 Uitgaande van voornoemde treksnelheid van 0,017 m/s en een driehoeksraster van 2,5 m, wordt gemiddeld ca. 700 kJ/m3 aan energie in de grond

39


gebracht. Volgens Green en Mitchell (2004) is een waarde van 1300 tot 1700 kJ/m3 benodigd om grond te verdichten. In vergelijking met het criterium van Green en Mitchell bleek in dit project dan ook relatief weinig energie in de grond gebracht te worden (200-1300 kJ/m3, in enkele gevallen hoger). Over de correlatie tussen de energiehoeveelheid en de conusweerstand (figuur 6) kan grofweg worden gesteld dat als er meer dan 1000 kJ/m3 werd toegevoerd er meestal werd voldaan aan de verdichtingseis. Bij lagere energiehoeveelheden werd soms wel, soms niet voldaan aan de verdichtingseis. Omdat de correlatie tussen conusweerstand en energietoevoer gering is kan de toegepaste kwaliteitscontrole tijdens de uitvoering (30 seconden trillen of stroomverbruik 200 A) niet garant staan voor een goed verdichtingsresultaat. De controlesonderingen zijn in het zwaartepunt van een drietal verdichtingspunten uitgevoerd. In figuur 7 is voor één verdichtingspunt een volledige controleserie sonderingen schematisch weergegeven. Voorafgaande aan het verdichten zijn de conuswaarden in het aanvulzand laag, 3 à 5 MPa. De

Horizontale gronddrukcoëfficiënt na verdichten en na trekken damwand

0

0

-2

-2

-4

-4

-6

-6

-8

-8

Diepte [m-mv]

Diepte [m-mv]

Relatieve dichtheid vóór, na 1x en na 2x verdichten

-10

-12

-10

-12

-14

-14

-16

-16

-18

-18

-20 0,0

-20

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

0,0

1,2

Relatieve dichtheid volgens L/C [-] Dr vóór

Dr na

Voor de bepaling van de relatieve dichtheid van zand is door Lunne (1983) de volgende formulering opgesteld.

qc = 61 * σV0,71 * e2,91*Dr Waarin: qc conusweerstand [MPa]

0,6

0,8

1,0

1,2

K h [-]

Kh volgens Jamiolkowski met Dr max = 85%

Figuur 8 – Relatieve dichtheid hart zandbak.

REL ATIEVE DICHTHEID

0,4

Kh na trekken damwand

Dr na 2x

relatieve dichtheid van het aanvulzand is daarmee ongeveer 20 à 30%. Tijdens de eerste verdichtingsgang werd geconstateerd dat niet aan de bestekseis werd voldaan en is op de reeds behandelde locaties een tweede maal verdicht. Na de tweede verdichtingsslag zijn hoge conusweerstanden (40 MPa) gemeten (figuur 7). Geconcludeerd kan worden dat de tweede verdichtingsgang de conusweerstand doorgaans sterk heeft verhoogd. Bij de tweede verdichtingsgang zijn soms conusweerstanden tot 55 MPa gemeten. Nadat het zand is verdicht, zijn de damwanden getrokken. De instantane afname van de conusweerstand als gevolg van het trekken van de damwand is relatief gering.

0,2

Kh na 2x verdichten

Figuur 9 – Horizontale gronddrukcoëfficiënt hart zandbak.

σv Dr

verticale korrelspanning [MPa] relatieve dichtheid [-]

Voor de bepaling van de relatieve dichtheid van zand is door Jamiolkowski (1988) de volgende formule opgesteld. •e Qc = 492 • σ00,46 0

(2,23 • Dr)

Waarin: Qc conusweerstand [MPa] σ' 00 gemiddelde effectieve spanning = 0,33 • (σ'v0 + 2*σ'h0) [MPa] Dr relatieve dichtheid

HORIZONTAL E GRONDDRUK

[-]

De horizontale gronddruk die Jamiolkowski (1988) wel in de relatie betrekt, komt in de formule van Lunne niet voor. Een berekening van de relatieve dichtheid met Jamiolkowski op basis van een neutrale gronddrukcoëfficient (K0) geeft echter wel vergelijkbare waarden als Lunne. In afbeelding 8 is de relatieve dichtheid na verdichten, op basis van de formulering van Lunne, voor een willekeurige locatie weergegeven. De relatieve dichtheid na één rϋttelgang loopt uiteen van 70% tot circa

40


85%. Na twee keer verdichten worden met Lunne uit de gemeten conusweerstand dichtheden van meer dan 100% berekend. Fysisch is een dergelijke dichtheid niet mogelijk. Uitgaande van een relatieve dichtheid van 85% moet de horizontale gronddruk dus zijn toegenomen om dezelfde conusweerstand te bereiken. Deze horizontale gronddruk kan op basis van de formulering van Jamiolkowski worden berekend.

Uitgaande van een maximale relatieve dichtheid van 85% is met Jamiolkowski de horizontale gronddrukcoëfficiënt Kh berekend. Het blijkt dat in de zones waar met Lunne een onrealistisch hoge relatieve dichtheid wordt berekend, met Jamiolkowski een horizontale gronddrukcoëfficiënt (Kh) van 2 à 3 wordt berekend. Na het trekken van de damwand treedt ontspanning op. Deze ontspanning is zichtbaar door lagere conuswaarden, ca, 15% in het midden van de zandbak tot 30% nabij de damwanden. Door de ontspanning halveert de horizontale gronddrukcoëfficiënt, er van uitgaande dat de relatieve dichtheid niet verandert (figuur 9).

VERDICHTEN VAN ZAND VOOR BOORTUNNELS RANDSTADRAIL

Conclusies Voor de geboorde tunnels van RandstadRail zijn, nabij de startschacht, de holocene lagen vervangen door zand. Vervolgens is dit zand succesvol verdicht. Op basis van de uitgevoerde werkzaamheden worden de volgende conclusies getrokken: 1. De relatie tussen de energietoevoer naar de ondergrond en het verdichtingsresultaat beperkt zich tot ‘hoe meer energie, des te beter het resultaat’. Een lineaire relatie tussen energie en conusweerstand ontbreekt echter. Zeer globaal kan worden gesteld dat een energiehoeveelheid van 1000 kJ/m3 of meer leidt tot bevredigende resultaten, voor de bij dit project gestelde verdichtingseisen. 2. Er bestaat een vrijwel rechtevenredige correlatie tussen de intensiteit van de trillingen en de behaalde sondeerresultaten. De trillingsmeting is daarmee dan ook een goede predictor voor de mate van verdichting. Voor toekomstige werken kan het dus interessant zijn om trillingsmetingen uit te voeren. De treksnelheid van de vibrator kan dan worden aangepast op basis van de real-time resultaten van de trillingsmetingen.

3. Met rütteln/vibroflotation blijkt het mogelijk om, zelfs na één keer trillen, hoge conusweerstanden (40 MPa) te bereiken. Na twee keer trillen zijn conusweerstanden tot 55 MPa gemeten. 4. De hoge conusweerstanden worden mede bereikt door een horizontale opspanning van het zandpakket en een toename van de horizontale gronddrukcoëfficiënt tot 2 à 3. Na het trekken van de damwand neemt de horizontale gronddrukcoëfficiënt aanmerkelijk af.

Literatuur – ASCE Task force 27, Verification of geotechnical grouting, geotechnical special publication 57, ASCE convention SanDiego, 1995. – Duddeck, H.(1980) Empfehlungen zur berechnung von Tunneln in Lockergestein. Deutsche Gesellschaft Erd- und Grundbau Essen, Die Bautechniek 1980. – Jamiolkowski, M., Ghionna, V., Lancellotta, R. & Pasqualini, E. 1988. New Correlations of Penetration Tests for Design Practice. Proc. ISOPT1, Orlando, FL, Vol. 1: 263-296. March. – Green, R.A. and J.K. Mitchell (2004).

Energy-Based Evaluation and Remediation of Liquefiable Soils. – Geotechnical Engineering for Transportation Projects (M. Yegian and E. Kavazanjian, ed.), ASCE Geotechnical Special Publication No. 126, Vol. 2, 1961-1970. – Lunne, T. & Christoffersen, H.P. 1983. Interpretation of Cone Penetrometer Data for Offshore Sands. Proc. 15th Annual Offshore Technology Conf., Houston, Texas, Vol. 1: 181-192. May. – Pachen, H.M.A., De Groot, M.B., Meijers P., (2005) Crossing a railway embankment of loose packed sand with a shield tunnel, Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground, Amsterdam 5th International symposium TC 28, Amsterdam, 2005. – Puchstein, A.F., Llyod, T.C., and Conrad, A.G. (1954). Alternating-Current Machines, 3rd ed., Asia Publishing House, Bombay India. – The vibroflotation group: www.vibroflotation.com – Zanten, D.C. van; Vries, M. de; Pachen. Door de Rotterdamse ondergrond met twee boortunnels Geotechniek, 8e jaargang, nummer 2, 2004.

WAARDE CREEREN – WAARDE BEHOUDEN Geotechniek en funderingstechnieken

HUESKER – Ingenieursoplossingen met geokunststoffen

Het gebruik van HUESKER geokunststoffen in geotechniek en funderingstechnieken maakt bouwen van steile wanden met hoge belasting op moeilijk terrein of op een slappe ondergrond mogelijk – milieuvriendelijk, voordelig en veilig.

Wegenbouw Waterbouw Milieutechniek

www.huesker.com De ingenieurs en technici van HUESKER bieden support bij het werken met andere materialen in uw bouwprojekten. Vertrouw op de producten en oplossingen van HUESKER. Agent voor Nederland · CECO B.V. · Tel.: 043 - 352 76 09 · [email protected] HUESKER Nederland · Tel.: 073 - 503 06 53 · [email protected]

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 en e pa en p ar kings 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 htittitingen h tin

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

15 E JAARGANG NUMMER 3 JULI 2011 ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR GEBRUIKERS VAN GEOKUNSTSTOFFEN

Paalmatrasproeven II


Belangrijkste conclusies

Eén laag biaxiaal of twee lagen uniaxiale wapening in een paalmatras

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 Kwast Consult, Houten 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

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

44

GEOKUNST – Juli 2011

Van de redactie

Beste Geokunst lezers, In deze Geokunst gaan we verder met deel 2 van een series artikelen over het gedrag van geokunststoffen in paalmatrasconstructies van Suzanne van Eekelen, Adam Bezuijen en Herman-Jaap Lodder, deze keer bijgestaan door Jack van der Vegt. De schaalproeven, die door Deltares zijn uitgevoerd worden gaandeweg het onderzoek verfijnd. Er is een zeer innovatieve methode bedacht om de rek, die optreedt in de geokunststoffen bij belasting te meten (het is niet altijd mogelijk om rekstrookjes op de grids te plakken). Deze nieuwe methode blinkt uit door zijn eenvoud, maar je moet er maar opkomen. Het moest een opstelling zijn, waarbij je met minimale wrijving en praktisch geen rek bij de optredende krachten, rek kon meten op de geogrid. De onderzoekers kozen een systeem met dunne staalkabels, die vrij konden bewegen binnen een stevige mantelkabel: Een licht voorgespannen fietsversnellingskabel gaf uitkomst en alhoewel de rekmetingen met fietskabels in de experimenten nog niet 100% betrouwbaar zijn, zijn ze wel zodanig veelbelovend dat het systeem al is opgeschaald voor gebruik in het veld. De analyses van de resultaten van deze proeven zijn minstens zo enerverend als de proeven zelf en hebben geleid tot nieuwe inzichten in het gedrag van geokunststoffen in paalmatrasconstructies. De opzet van de experimenten op de paalmatrassen is voor een groot deel gericht op het toetsen van de verschillende mechanismen, die verondersteld worden in de literatuur (CUR 226, de EBGEO en de BS 8006-1). Het blijkt dat de theorie niet altijd een volledig beeld geeft van wat er in de praktijk gebeurt. De rekenregels kunnen op basis van de nieuwe inzichten worden aangescherpt en dat zal uiteindelijk leiden tot een minder conservatief en dus goedkoper en duurzamer ontwerp. We leren allemaal op jonge leeftijd het sommetje 1 + 1 = 2. Later komen we door ervaringen erachter dat dit niet altijd opgaat. Suzanne, die zoals we hierboven gezien hebben, geen genoegen neemt met veronderstellingen, onderzocht hoe dit zit bij geogrids in paalmatrasconstructies. Zij vergeleek het gedrag van 1 biaxiale grid met dat van 2 haaks op elkaar gelegde uniaxiale grids. U leest in het korte artikel, dat zij over dit vraagstuk schreef of dat simpele sommetje in dit geval opgaat, of niet.

Geokunst: zie pag. 52

Verder treft u in deze Geokunst een informatief bericht van Wim Voskamp aan over nationale en internationale publicaties op het gebied van geokunststoffen in de waterbouw. Herziening van CUR rapport 174 ‘Geokunststoffen in de Waterbouw’ en de daarop gebaseerde nieuwe uitvoeringsrichtlijn en het PIANC rapport ‘The Application of Geosynthetics in Waterfront Areas’. 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

Fax 030 - 605 5249

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

en wordt op aanvraag toegezonden.

www.ngo.nl

Productie

Uitgeverij Educom BV

45



Belangrijkste conclusies

Ir. Suzanne van Eekelen Deltares/TU-Delft

Jack van der Vegt Deltares

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

Dr.Ir. Adam Bezuijen Deltares

het deel van de belasting dat door de ondergrond wordt gedragen, zie figuur 1.

Beschrijving experimenten Figuur 1 - Belastingsverdeling in een paalmatras.

Inleiding Vorig jaar verscheen de ontwerprichtlijn CUR226 voor paalmatrassen. Vraag is of we deze CUR226 misschien kunnen aanscherpen, zodat we goedkoper kunnen bouwen zonder de betrouwbaarheid te verminderen. In de vorige GeoKunst introduceerden we een proevenserie die Deltares heeft uitgevoerd in samenwerking met Huesker, Naue, TenCate en Tensar. Dat eerste artikel behandelde de gemeten vervorming van de GR en daaruit leidden we de belastingsverdeling op de GR af. Dit artikel gaat verder in op de proeven. We beschrijven de proeven en de meetmethoden. Voor een representatieve proef vergelijken we de metingen met de berekeningen volgens de CUR226 richtlijn en met een gemodificeerde versie daarvan.

Belastingsverdeling in een paalmatras

Figuur 2 - Testopstelling.

De belastingsverdeling in een paalmatras wordt als volgt gedefinieerd: Belastingsdeel A is de belasting die rechtstreeks naar de palen gaat, deel B is het deel van de belasting dat via het GR naar de palen gaat, en deel C is

46


In de vorige GeoKunst (Van Eekelen et al, 2011a) werd de proefopstelling al beschreven, zie figuur 2 en figuur 3. De consoliderende slappe ondergrond werd gesimuleerd met een waterdicht, met water verzadigd schuimrubberen kussen. Dit kussen had een kraantje waardoor het water gecontroleerd uit het kussen kon lopen. Het toepassen van dit kussen maakte het mogelijk om de ondersteuning van de ondergrond te meten en te controleren. De proeven werden uitgevoerd door in stappen de druk boven de aardebaan te verhogen en met het schuimrubberen kussen consolidatie te simuleren. Na iedere verhoging van de bovenbelasting volgen meerdere consolidatiestappen. 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.

Metingen De belangrijkste metingen staan aangegeven in figuur 3. Bovenop de palen zitten boven en onder de GR drukopnemers. De drukopnemers onder de GR meten de A+B, de opnemers bovenop de GR meten de A alleen. Het verschil geeft dus belastingsdeel B, dat via de GR naar de palen gaat. Tenslotte wordt de druk in het schuimrubberen kussen gemeten, wat belastingsdeel C oplevert.

Samenvatting In een paalmatras wordt de verticale belasting verdeeld over de palen, de geokunststof wapening (GR, dat staat voor geosynthetic reinforcement) en eventueel de slappe ondergrond tussen de palen. In de paalmatrassen-proevenserie van Deltares zijn deze belastingsdelen voor het eerst volledig gescheiden gemeten. Daardoor is het mogelijk om de boogwerking nauwkeuriger te

Al deze metingen worden dubbel uitgevoerd zodat er voor iedere meting een controlewaarde beschikbaar is. In de literatuur zijn verschillende artikelen te vinden over paalmatras-proeven met een geokunststof wapening bijvoorbeeld bijv. Chen et al., (2008 and 2010), Zaeske (2001) and Heitz (2006). Bij geen van deze proeven was men echter in staat de ondergrondondersteuning C apart te meten. Dat was in deze proeven wel mogelijk, en dat levert nieuwe mogelijkheden op voor interpretatie van de resultaten. De zettingen van het GR zijn op enkele plekken gemeten met een liquid levelling system (dat wil zeggen: waterspanningsopnemers in een slang die is gevuld met vloeistof, de slang komt uit in een bakje met vloeistof). Bij 1 proef was het ook mogelijk om het gehele gedeformeerde GR oppervlak achteraf in te scannen. Daarover schreven we in de vorige publicatie (Van Eekelen et al, 2011). Daarnaast werd de bovenbelasting gemeten door de druk in het waterkussen te meten.

bestuderen. In de vorige GeoKunst gingen we in op één onderdeel van de proevenserie. In dit artikel gaan we verder in op de uitvoering van de proeven. De rekken van de geokunststof werden bijvoorbeeld gemeten met een nieuw systeem, namelijk met fiets-versnellingskabels. We presenteren verder de gevolgen van consolidatie van de ondergrond en het last-rekgedrag van de GR.

Figuur 4 laat een voorbeeld zien van de metingen met de rekkabels, bij een representatieve proef (Hueskergrid +granulaat). We zien dat de grootste (te grote) rekken worden gemeten bovenop de palen. In het veld wordt dat niet gemeten, zie bijvoorbeeld de Kyotoweg (Van Eekelen et al., 2010), de N210 (Haring et al., 2008), de spoorweg in Houten (Van Duijnen et al., 2010) en een paalmatras in Hamburg in Duitsland (Weihrauch et

al, 2010). Dit verschil tussen veld en labproeven wordt verklaard doordat de palen in de proeven klein (diameter 10 cm) en glad zijn, en in deze praktijkgevallen groot en stroef. Hier wordt de geokunststof als het ware ingeklemd bovenop het paaldeksel. De op-een-na-grootste rekken worden gemeten in de GR strips tussen twee palen. Op andere plekken

Nieuw systeem voor het meten van rekken van geokunststof Rekken van geokunststoffen meten is erg moeilijk. De bevestiging van rekstrookjes op geokunststof is moeilijk of onmogelijk en het rekstrookje of de lijm kan het gedrag van de geokunststof beïnvloeden. Daarom werd een nieuw systeem ontwikkeld voor deze proeven om de rekken te meten. Hiervoor werden versnellingskabels gebruikt die eigenlijk voor fietsen zijn bedoeld. De binnenkabel en de buitenbuis werden een eindje van elkaar goed vastgemaakt aan de GR met kabelbinders (tyribs). De veranderingen in lengte tussen deze twee bevestigingspunten kan worden gemeten zoals te zien is in figuur 4 en figuur 5. De ‘rekkabels’ hebben rekken gemeten die kwalitatief betrouwbaar zijn, maar in de eerste proeven waren de gemeten rekken structureel te groot. Het bleek noodzakelijk om de binnenkabel voldoende voor te spannen en de versnellingskabel over de volle lengte op regelmatige afstanden vast te zetten aan de GR. De resultaten van dit systeem waren zo veelbelovend dat het systeem is opgeschaald en inmiddels in het veld is toegepast bij het aansluiting A12/N204 te Woerden.

Figuur 3 - Dwarsdoorsnede en bovenaanzicht. Figuur 4 - Een fietsversnellingskabel als opnemer van rek van geokunststof.

47


Figuur 5 - Fietsversnellingskabels als

Figuur 6 - Het rekenmodel van Zaeske (2001), dat is overgenomen in

opnemer van rek van geokunststof.

CUR226 bestaat uit twee rekenstappen: stap 1 en stap 2.

wordt niet of nauwelijks rek gemeten. Dit komt overeen met de aanname in CUR226 dat de rekken in de GR strip maatgevend zijn. Hoewel de prestaties van de rekkabels gedurende de proevenserie verbeterden, zijn de resultaten kwantitatief nog niet betrouwbaar. De ‘gemeten’ rekken in de rest van dit artikel zijn bepaald uit de zettingsmetingen van de GR, waarbij er vanuit wordt gegaan dat de GR vervormt volgens een kromme volgens de functie y = Ax3 met x=0 midden tussen 2 palen. Eén GR was geschikt om ook rekstrookjes op te plakken. Hieruit bleek dat deze manier om de rek uit de zakking te bepalen redelijk nauwkeurig is.

– In CUR226 wordt het GR alleen ondersteund door de ondergrond die letterlijk onder de GR strip ligt. In Modified Stap 2 rekenen we met het volledige oppervlak van de ondergrond, zoals eerder beschreven door Lodder (2010). Hiervoor wordt een rekenwaarde voor de beddingsconstante K ingevoerd, die voor Modified Stap 2 groter is dan voor CUR226.

Rekenmodellen

Vergelijken meet- en rekenresultaten van stap 1: de boogwerking

We vergelijken de metingen met berekeningen met de CUR226 ontwerprichtlijn voor paalmatrassen. CUR226 heeft, net als de Duitse EBGEO, de rekenregels overgenomen uit Zaeske (2001). We rekenen zonder partiële factoren, en zonder spreidkrachten, want die treden niet op in de testbox. De berekeningen van CUR226 bestaan uit twee stappen (zie figuur 6): 1. Stap 1: belastingsverdeling in de aardebaan. Door boogwerking gaat een relatief groot deel van de belasting direct naar de palen (belastingsdeel A). De ‘rest’, dus belasting deel B+C, werkt op de GR plus de onderliggende slappe ondergrond. 2. Stap 2: Het last-zakkingsgedrag van de GR. Hierbij wordt met belastingdeel B+C, de GR stijfheid en de beddingsconstante ks de gemiddelde rek in het GR uitgerekend. Stap 2 beschouwt alleen de GR strips tussen twee naast elkaar liggende palen. We rekenen met twee varianten voor stap 2: CUR226 en een aangepaste versie daarvan, die noemen we hier ‘ Modified Stap 2’: – In CUR 226 is de vorm van de belasting op een GR strip driehoekig. Het artikel in de vorige GeoKunst (Van Eekelen et al., 2011) liet echter zien dat een inverse-driehoekige belasting beter is (zie figuur 7). Die gebruiken we in Modified Stap 2.

(1)

Hierin is ALx,y het oppervlak van de ondergrond dat bij de GR strip hoort, zie figuur 6.

Figuur 7 - Eerste aanpassing die wordt voorgesteld voor stap 2: aangepaste vorm van de belasting op GR strip. In het oorspronkelijke model had de belasting de vorm van een driehoek.

Figuur 9 vergelijkt de metingen en de berekeningen voor de representatieve proef. Op de horizontale as staat de gemeten netto belasting op de aardebaan. Dat is de bovenbelasting min de ondergrondondersteuning min de wrijving tussen aardebaan en boxwanden. Opvallend is dat we vloeiende curven vinden. Kennelijk bestaat er een verband tussen de netto belasting op de aardebaan en waarden zoals A. Dat is op zich al een belangrijke conclusie. We zien nog iets opvallends in de figuren. We zien dat gedurende de consolidatiestappen de A toeneemt, als je die uitdrukt in percentage van de totaal gemeten belasting (A%). Hieruit concluderen we dat er ondergrondvervorming nodig is om de boogwerking (A%) te laten ontwikkelen. En dat de boogwerking verder toeneemt bij verdere ondergrondconsolidatie. Deze observatie is niet in overeenstemming met het CUR-model. Die gaat er namelijk vanuit dat de ondergrond helemaal geen invloed heeft op A of A%. In vervolgonderzoek zal vastgesteld moeten worden door welk mechanisme dit verschil tussen metingen en berekeningen wordt veroorzaakt. Omdat het CUR model A niet laat toenemen

48


Figuur 8 - Tweede aanpassing die wordt voorgesteld voor stap 2: Modified subsoil

gedurende de consolidatiefasen, berekenen we een lagere A dan in de metingen. En een hogere B+C. Dit leidt tot ontwerpen aan de ‘veilige’ kant (we ontwerpen een sterker GR dan nodig).

Vergelijking meet- en rekenresultaten van stap 2: last-zakkingsgedrag van de GR Figuur 10 en figuur 11 vergelijken de metingen en de berekeningen voor de 2e stap van dezelfde representatieve proef. In figuur 10 is de horizontale as van links naar rechts chronologisch in de

PAALMATRASPROEVEN II: BELANGRIJKSTE CONCLUSIES

co ns o bo lid ve ati e co nbe ns l s o ta bo lida p ve tie n co bel s ns ol tap bo ida ve tie nb co e ns l st a o bo lid p ve ati e n co be ns l st ol a id p at ie

co ns ol bo ida tie ve n co be ns l s ol tap bo id ve ati e n co be ns l s t o bo lid ap ve ati e co nbe ns l s t o bo lid ap ve ati e n co bel ns s ol tap id at ie

Chronologisch in de tijd

100

.

18

. 80

60

10 40

8 6

20

4

Belastingsdelen B+C (kN/pile)

14 12

4

18

14 60

12 10

40

8 6

0 -5

0

5

10

15

20

0 25

Netto belasting op aardebaan (kN/paal) Gemeten(kN/pile)

CUR226(kN/pile)

Bovenbelasting Ws = 15.1 kN/paal

3

7

2

1

Bovenbel. Ws = 22.7 kN/paal

20

4

Bovenbelasting Ws =30.2 kN/paal

0

2

2

Bovenbel. Ws = 7.6 kN/paal

80

16

Belastingsdeel A (%)

Belastingsdeel A (kN/pile)

. 16

100

20

Belastingsdelen B+C (%)

20

5

5

0 -5

0

5

10

15

20

Netto belasting op aardebaan (kN/paal) Gemeten belastingsdeel A (%)

4

3

7

6

0 25

CUR226(%)

5

11

10

9

14

13

12

11

Gemeten B + C [kN/paal] CUR driehoek, CUR ondergrond

Inverse driehoek, CUR ondergrond

CUR driehoek, mod. ondergrond

Inverse driehoek, mod. ondergrond

Gemeten

Figuur 10 - Vergelijkingen metingen en berekeningen voor rekenstap 2 (berekening van de rekken uit belastingdeel

wordt verdeeld in belastingsdeel A (links) en belastingsdeel B+C (rechts)).

B+C). De figuur is van links naar rechts chronologisch in tijd.

Input parameters voor de berekeningen m

0.42

Diameter paal (paaldeksels zijn niet toegepast)

m

0.10

Hart-op-hart afstand palen

m

0.55

Interne wrijvingshoek granulaat (bepaald met triaxiaalproeven op grote diameter monsters (zie Den Boogert, 2011))

o

49.00

Bovenbelasting (= opgelegde bovenbelasting – gemeten wrijving in de proefbox)

kN/paal

Beddingsconstante

kN/m3

548, 2923, 881, 330, 1194, 583, 233, 733, 383, 175, 512, 294, 85, 2

1

Gemiddelde stijfheid geokunststof

kN/m

2269, in de laatste 4 stappen: 2263, 2259, 2256, 2255

0

co n

so

li

Dikte aardebaan

Gemeten B+C (voor berekeningen stap 2)

tijd. Tijdens iedere bovenbelasting worden meerdere consolidatiestappen uitgevoerd, waardoor de gemeten B+C (op de horizontale as) afneemt bij iedere constante bovenbelasting. In figuur 9 staat dezelfde gemeten netto belasting op de horizontale as als in figuur 11. We zien dat het oorspronkelijke CUR model (driehoek + CUR ondergrond) de rekken flink overschat. Dit leidt dus ook weer tot overdimensionering bij het ontwerpen. De figuur laat zien dat de beide modificaties een flinke verbetering opleveren. De combinatie van beide modificaties levert de beste overeenstemming op met de metingen (er wordt meer dan 40% minder rek berekend). Bijvoorbeeld in het geval dat alleen modified ondergrond wordt toegepast, vinden we een grote overschatting van de reactie op consolidatie.

kN/paal

1.14, 5.28, 3.88, 3.06, 7.79, 6.35, 5.48, 10.51, 9.30, 8.53, 13.77, 12.57, 11.55, 10.84

Conclusies Een nieuw systeem is ontwikkeld voor het meten van rekken van geokunststoffen. Hiervoor zijn fiets-versnellingskabels gebruikt. De resultaten werden gedurende de proevenserie steeds beter. Berekeningen met CUR226 bestaan uit twee stappen. Stap 1 is de belastingsverdeling (boogwerking), stap 2 is het last-zakkingsgedrag van de GR. Beide stappen leiden tot een overschatting van wat er met de GR gebeurt. Dus CUR226 leidt tot een ontwerp aan de ‘veilige’ kant. Gedurende stap 1 wordt een nauw verband gevonden tussen de netto belasting op de aardebaan en de belastingsverdeling. Ondergrondvervorming (consolidatie) blijkt essentieel in de ontwikkeling van boogwerking. Dit zit nog niet in de rekenmodellen van CUR226 en zal later nader worden beschouwd.

49


5

4

Gemiddelde rek (%)

0.37, 6.82, 6.71, 6.65, 13.34, 12.60, 12.45, 18.97, 18.51, 18.09, 24.34, 23.40, 22.92, 22.67

bo d. ve nb el co as ns tin ol i g bo d. ve nb el co as ns tin ol i g bo d. ve nb el co as ns tin ol id g . bo ve nb el co as ns tin ol id g .

Figuur 9 - Vergelijkingen metingen en berekeningen voor rekenstap 1 (belasting

3

2

-5

0

5

10

15

20

25

Netto belasting Wn (kN/paal) Gemeten CUR driehoek, mod. ondergrond

Inverse driehoek, CUR ondergrond Inverse driehoek, mod. ondergrond

CUR driehoek, mod. ondergrond

Figuur 11 - Vergelijkingen metingen en berekeningen voor rekenstap 2 (berekening van de rekken uit belastingdeel B+C), maar nu op de horizontale as de netto belasting op de aardebaan (top load – ondergrond ondersteuning – wrijving testbox).

Gedurende stap 2 berekent CUR226 een ongeveer 2 keer zo grote rek dan er wordt gemeten. Er worden twee aanpassingen voor rekenmodel voorgesteld, beide laten een betere overeenstemming zien met de metingen, de combinatie van beide verbeteringen leidt tot het beste resultaat. Doorvoeren van deze aanpassingen in de CUR226 kan op termijn leiden tot goedkopere paalmatrassen.

Referenties – Den Boogert, T.J.M., 2011. Piled Embankments with Geosynthetic Reinforcement, Numerical Analysis of Scale Model Tests, afstudeerrapport, Delft University of Technology. – Chen, R.P., Chen, Y.M., Han, J., Xu, Z.Z., 2008b. A theoretical solution for pile-supported embankments on soft soils under one-dimensional compression, Can. Geotech. J. 45; 611-623. – Chen, R.P., Xu, Z.Z., Chen, Y.M., Ling, D.S., Zhu, B., 2010. Field Tests on Pile-Supported Embankments over Soft Ground, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Volume 136, Number 6, June 2010, pp. 777-785 – 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, German Geotechnical Society, Ernst & Sohn, ISBN: 978-3-433-02950-3

– Van Duijnen, P., Van Eekelen, S.J.M., 2010. Holland’s first railway on a piled embankment, design against monitoring, proceedings van 9ICG, Brazil, 2010, 1461-1464. – Van Eekelen, S., Bezuijen, A. and Alexiew, D., 2010. The Kyoto Road, monitoring a piled embankment, comparing 31/2 years of measurements with design calculations, proceedings van 9ICG, Brazil, 2010, 1941-1944. – Van Eekelen, S.J.M., Lodder, H.J., Bezuijen, A., 2011, Paalmatrasproeven I, vervormingen van geokunststoffen in een paalmatras en de daaruit volgende belastingsverdeling, GeoKunst 42, Juli 2011, 42-44. – Van Eekelen, S.J.M. en Bezuijen, A., 2011, Paalmatrasproeven IIa, Eén laag biaxiaal of twee lagen uniaxiale wapening in een paalmatras, GeoKunst 43, juli 2011. – Haring, W., Profittlich, M. & Hangen, H., 2008. Reconstruction of the national road N210 Bergambacht to Krimpen a.d. IJssel, NL: design approach, construction experiences and measurement results, 4th European Geosynthetics Conference,

September 2008, Edinburgh, UK. – Heitz, C., 2006. Bodengewölbe unter ruhender und nichtruhender Belastung bei Berücksichtigung von Bewehrungseinlagen aus Geogittern. Schriftenreihe Geotechnik, Uni Kassel, Heft 19, November 2006. – Lodder, H.J., 2010. Piled and reinforced embankments, Comparing scale model tests and theory, Master of Science thesis, Technische Universiteit Delft. – Weihrauch, S., Oehrlein, S. & Vollmert, L., 2010. Baugrundverbesserungsmaßnahmen in der HafenCity Hamburg am Beispiel des Stellvertreterobjektes Hongkongstraße. Tagungsband zur 31. Baugrundtagung der DGGT, 03 – 06 November 2010, München, ISBN 978-39813953-0-3, pp. 147-153. – Zaeske, D., 2001. Zur Wirkungsweise von unbewehrten und bewehrten mineralischen Tragschichten über pfahlartigen Gründungselementen. Schriftenreihe Geotechnik, Uni Kassel, Heft 10, February 2001.

CUR aanbeveling VC 92: Uitvoeringsrichtlijn geokunststoffen in de waterbouw In 2009 is door een CUR werkgroep een herziening gemaakt van het CUR rapport 174, Geokunststoffen in de waterbouw. Op de CUR-website (www.cur.nl/upload/documents/CUR%20174.pdf) is dit rapport gratis te downloaden. In de praktijk is gebleken dat bij de uitvoering van projecten waarbij geokunststoffen gebruikt werden in de waterbouw, behoefte was aan een uitvoeringsrichtlijn. In 2010 heeft een commissie zich bezig gehouden met het samenstellen van deze aanbeveling. Binnenkort zal het als een CUR uitgave gepubliceerd worden. De richtlijn is o.m. gebaseerd op het CUR 174 rapport. In de richtlijn wordt een overzicht gegeven van: Materiaaleigenschappen en de functies van geokunststoffen Kwaliteitscontroles, procedures en verantwoordelijkheden Instructies over het prefabriceren, voorbereiden en verwerken op de bouwplaats, installatie/ plaatsing van geokunststoffen. Het toepassingsgebied is geokunststoffen in

waterbouwkundige constructies, o.m. in zee-, rivieren meerdijken, vooroeverbestortingen en geosystemen. De gebruikers zullen met name de mensen op de bouwplaats zijn, die met de kwaliteitscontrole en de uitvoering belast zijn. Daarnaast is de richtlijn van belang voor bestekschrijvers en opstellers van contracteisen en vraagspecificaties.De aanbeveling zal in het eerste kwartaal van 2011 gepubliceerd worden.

PIANC report, The Application of Geosynthetics in Waterfront Areas In 2009 en 2010 heeft een werkgroep MarCom 56 van de internationale organisatie PIANC (Permanent International Association of Navigation Congresses)een rapport opgesteld over de toepassing van Geokunststoffen in de Kustwaterbouw. Nederland heeft de leiding van deze werkgroep gehad met Bram Steijn als lid, Ed Berendsen als secretaris en Wim Voskamp als voorzitter. Verder waren er leden uit Denemarken, UK, USA, Frankrijk en Duitsland. Deze werkgroep heeft in een 126 pagina’s dik rapport een overzicht gegeven van alle toepassingsmogelijkheden van geokunststoffen in de

50


Ir. Wim Voskamp

kustwaterbouw (Golfbrekers en kunstmatige riffen, (voor)oeverbescherming, dijken, strand en duinen, kribben, opsluitbermen en harde strandconstructies, kademuren, afdekking van pijplijnen en zeekabels, palen en platformen, ontzandingpreventie en erosiebescherming). Voor deze toepassingsgebieden is aangegeven welke functie het geokunststof vervult, welke eigenschappen vereist zijn, met welke kritische ontwerpfactoren rekening gehouden moet worden. De hydrostatische, mechanische en andere belastingen zijn per toepassingsgebied genoemd. Ook is in het eerste deel van het rapport een uitgebreide introductie in de functie, vorm en eigenschappen van geokunststoffen gegeven. Het rapport wordt afgesloten met een hoofdstuk over de uitvoeringsaspecten. Alle toepassingen, de uitvoeringsaspecten en veel andere informatie zijn met tekeningen en foto’s geïllustreerd. Dit rapport is in 2011 door PIANC digitaal gepubliceerd*. Voor Nederlanders die met kustwaterbouw in te maken hebben is het een interessant state-of-the-art report. *www.pianc.org/technicalreportsbrowse.asp


Eén laag biaxiaal of twee lagen uniaxiale wapening in een paalmatras

Ir. Suzanne van Eekelen Deltares/TU-Delft

Op weg naar aanscherping van de ontwerprichtlijn deel 2a

Inleiding

Meestal is het het goedkoopste om een geokunststof toe te passen met een relatief hoge sterkte. Laten we bijvoorbeeld zeggen een geokunststof van het type XYZ, met een sterkte van 600 kN/m in de dwarsrichting en 450 kN/m in de lengterichting, dus XYZ 600/450. Het materiaal moet dus naar twee kanten toe een behoorlijke sterkte hebben (biaxiaal materiaal).

Als een paalmatras wordt ontworpen volgens de Nederlandse richtlijn, dan wordt er altijd één laag geokunststof wapening ontworpen. Het is zaak om een zo economisch mogelijk ontwerp te maken. Als de lokale omstandigheden en eisen dat toelaten, zal de ontwerper proberen om de palen zover mogelijk uit elkaar te zetten. Komen de palen te ver uit elkaar, dan kan een ontwerp onnodig duur worden omdat er een relatief dure geokunststof wapening nodig is. Komen de palen te dicht bij elkaar, dan worden de paalkosten onnodig hoog.

Een leverancier zal vervolgens vaak niet één geogrid of geotextiel leveren met deze specificatie, maar twee geokunststoffen die in één richting veel sterker zijn dan in de andere richting, een

Samenvatting Het is gebruikelijk om in een paalmatras twee lagen uni-axiale wapening toe te passen in plaats van één biaxiale wapeningslaag. De CUR richtlijn gaat ervan uit dat dit niet uitmaakt. In dit artikel wordt gekeken of dit inderdaad hetzelfde is.

uni-axiaal materiaal. Dit is namelijk beter te maken, en dus goedkoper. Bovendien levert het toepassen van uniaxiale wapening minder problemen met overlappen, omdat de wapening in de sterkterichting heel erg lang is. De leverancier levert bijvoorbeeld XYZ 550/100 en XYZ 350/50. Het is de bedoeling dat deze twee lagen haaks op elkaar worden gelegd, zonder iets ertussen. Geregeld wordt er ook voor gekozen om de onderste uni-axiale wapeningslaag een geotextiel te laten zijn, en de bovenste een geogrid. Het geotextiel heeft dan tevens een scheidingsfunctie, terwijl het geogrid zorg voor een optimale weerstand tussen granulaat en wapening. Vraag is of deze twee lagen uni-axiale wapening zich hetzelfde gedragen als één biaxiale laag wapening.

Mogelijke mechanismen

Figuur 1 - Het toepassen van twee uni-axiale wapeningslagen: twee mogelijke mechanismen.

51


Figuur 1 laat twee verschillende mechanismen zien, die zouden kunnen optreden. De CUR 226ontwerprichtlijn neemt aan dat het eerste mechanisme optreedt. Het tweede mechanisme zou echter ook kunnen optreden. De bovenste wapeningslaag draagt dan de belasting niet rechtstreeks over naar de palen, maar naar de stroken tussen de palen van de onderste wapeningslaag. In dat geval moeten de stroken in de onderste wapeningslaag relatief meer dragen. Wanneer het tweede mechanisme optreedt, levert de CUR richtlijn (wat dit betreft) een onveilig ontwerp voor de onderste wapeningslaag.

Vergelijkende proeven We vergelijken twee (Huesker) proeven van de paalmatras-proevenserie (Van Eekelen et al., 2011a en 2011b). In beide proeven werd in totaal ongeveer dezelfde wapening toegepast, maar dan in de eerste één biaxiale wapeningslaag en in de tweede twee uni-axiale wapeningslagen, direct op elkaar. Vraag is of beide proeven hetzelfde gedrag vertonen, en of mechanisme 1 inderdaad wordt aangetroffen in de proef met de twee uni-axiale lagen.

60

Zakking geokunststof wapening (mm)

14

12

Belasting (kN/pile)

10

Resultaten en conclusies

8

6

4

Figuur 2 vergelijkt de resultaten van de twee proeven. De figuur laat zien dat zowel de belastingsverdeling binnen de aardebaan als de zakking van de geokunststof wapening gelijk is.

2

0 -5

0

5

10

15

20

50

40

30

20

10

0 -5

25

0

Netto belasting op aardebaan (kN/pile)

Figuur 3 laat de gemeten rekken zien in de bovenste uni-axiale wapeningslaag. Als mechanisme 2 uit figuur 1 zou optreden, dan zouden alle rekken in de bovenste wapeningslaag (in de sterkterichting) ongeveer gelijk moeten zijn. De figuur laat echter zien dat de rekken in de wapeningsstroken tussen de palen duidelijk groter zijn dan op andere locaties. Dat is in overeenstemming met mechanisme 1. De grootste rekken worden gemeten bovenop de palen en in de wapeningsstrook tussen de palen. Dit is hetzelfde beeld als in alle andere proeven, en dit komt bovendien prima overeen met de rekenregels in CUR226. Hiermee wordt aangetoond dat het inderdaad niet uitmaakt of één biaxiale laag wordt toegepast, of twee uni-axiale wapeningslagen. De CUR richtlijn heeft dus gelijk.

5

10

15

20

25


Biaxiaal belasting A op paal

Biaxiaal max. zakking tussen 4 palen

2 x Uni-axiaal belasting A op paal

2 x Uni-axiaal max. zakking tussen 4 palen

Biaxiaal belasting B via wapening

Biaxiaal max. zakking tussen 2 palen

2 x Uni-axiaal belasting B via wapening

2 x Uni-axiaal max. zakking tussen 2 palen

Figuur 2 - Vergelijking één biaxiale wapeningslaag en twee uni-axiale wapeningslagen.

13

11

9

Gemeten rek (%)

Referenties – CUR 226, 2010, Ontwerprichtlijn paalmatrassystemen. ISBN 978-90-376-0518-1 – Van Eekelen, S.J.M., Lodder, H.J., Bezuijen, A., 2011a, Paalmatrasproeven I, Vervormingen van geokunststoffen in een paalmatras en de daaruit volgende belastingsverdeling, GeoKunst 42, april 2011, 42-44. – Van Eekelen, S.J.M., Van der Vegt, J.W.G., Lodder, H.J., Bezuijen, A., 2011b, Paalmatrasproeven II, belangrijkste conclusies, GeoKunst 43, juli 2011, pag. 46-51. – Zaeske, D., 2001. Zur Wirkungsweise von unbewehrten und bewehrten mineralischen Tragschichten über pfahlartigen Gründungselementen. – Schriftenreihe Geotechnik, Uni Kassel, Heft 10, februari 2001.

7

5

3

1

-1 0

5

10

15

20

25


eps 1

eps 3

eps 5

eps 2

eps 4

eps 6

Figuur 3 - Rekken in de bovenste uni-axiale wapeningslaag, gemeten met de ‘rekkabels’ zoals beschreven in Van Eekelen et al., 2011b.

52


Vraag en antwoord Ten behoeve van de jaarlijkse zomerfeesten wordt onderzocht of het mogelijk is om enkele podia op het dak van een ondergrondse parkeergarage te zetten. Eén van de vragen die zich daarbij voordoet, is of de paalfundering van de parkeergarage de extra belastingen kan opnemen. De parkeergarage bevindt zich in het centrum van de stad en is kort na de tweede wereldoorlog gebouwd. De parkeergarage kent twee parkeerlagen en de onderkant bevindt zich op NAP -8 m. Destijds zijn geprefabriceerde betonpalen, vierkant 42 cm, gebruikt. Het inheiniveau van de palen varieert: langs de omtrek van de parkeergarage is een inheiniveau van NAP -18 m toegepast; elders NAP -20 m (figuur 1).

Voor dit project zijn diverse sonderingen en enkele boringen uitgevoerd. Een kenmerkende sondering is afgebeeld in figuur 2. Het grondonderzoek is, zoals gebruikelijk, voorafgaande aan de bouw van de parkeergarage uitgevoerd. Het maaiveld bevond zich toen op NAP -1 m. De freatische grondwaterstand is door de jaren heen constant gebleven en bevindt zich op NAP -2 m. Ook de stijghoogte in het eerste watervoerende pakket is NAP -2 m. Voor dit vraagstuk kan de grondopbouw op het moment van sonderen, overeenkomstig tabel 1 worden geschematiseerd. In deze tabel zijn de volgende grondparameters opgenomen:

Vraag 1

Antwoord 2

Wat is/zijn volgens u de reden(en) dat het inheiniveau van de randpalen verschilt van dat van de middenpalen?

De berekeningsresultaten staan in tabel 2.

Antwoord 1 De draagkracht van de palen is midden onder de parkeergarage kleiner dan aan de rand, omdat de korrelspanningsafname als gevolg van het ontgraven van grond daar het grootste is. Ter plaatse van de rand van de parkeergarage is de korrelspanningsafname minder groot, omdat de grond naast de parkeergarage via spanningsspreiding bijdraagt aan een grotere korrelspanning. Naar het midden van de parkeergarage toe neemt die invloed af. Door de palen dieper te heien, kan de kleinere draagkracht worden gecompenseerd.

Vraag 2 Bereken de grondspanningen, waterspanningen en korrelspanningen in de situatie voorafgaande aan de bouw.

Vraag 3 Bereken de grondspanningen, waterspanningen en korrelspanningen onder het middengedeelte van de parkeergarage in de situatie na de bouw.

Antwoord 3

γdr

= volumiek gewicht van droge grond = volumiek gewicht van verzadigde grond

γsat

Grondsoort

bvk laag [m NAP]

γdr / γsat [kN/m3]

Ophoogzand

-1

18/20

Klei

-5

16/16

Veen

-6

10/10

Klei

-11

15/15

Organische klei

-15

12/12

Zand

-17

18/21

Tabel 1 Laagindeling en volumegewichten.

gegeven in tabel 3. Omdat de prefab palen niet trillingsvrij zijn geïnstalleerd, moet de conusweerstand worden gereduceerd met de waarden, zoals vermeld in kolom 5 van tabel 3. De maximum puntweerstand pr;max;punt volgt uit:

Volgens NEN 6743-1 is voor prefab palen: αp = 1,0 β = 1,0 s = 1,0

De berekeningsresultaten staan in tabel 3.

Vraag 4 Bepaal met behulp van de sondering in figuur 2 de maximum puntweerstand van de funderingspalen onder het middengedeelte van de parkeergarage.

Antwoord 4 Voor het bepalen van de verticale draagkracht van de palen dient de conusweerstand volgens art. 5.4.3.2 van NEN 6743-1:2006 te worden gecorrigeerd. Hiervoor worden de effectieve verticale spanningen voor en na ontgraving gebruikt. Deze zijn bepaald voor de vragen 2 en 3 en zijn weer-

Voor pr;max;punt geldt bij het paalpuntniveau van NAP – 20,0 m (na middelling van reductiefactoren): qc;I;gem = 0,55 x 14,5 = 8,0 MPa qc;II;gem = 0,55 x 12,0 = 6,6 MPa qc;III;gem = 0,39 x 8,0 = 3,1 MPa Dan is: 8,0 x 6,6 + 3,1 = 5,2 MPa pr;max;punt = 1/2 × 1,0 × 1 × 1 × ______ 2

Kolom

2

3

4

Kolom

2

3

4

5

Diepte [m NAP]

Grondspanning [kN/m2]

Water spanning [kN/m2]

Verticale korrelspanning [kN/m2]

Diepte [m NAP]

0 18 78 94 144 204 228 249 291 333

0 0 30 40 90 130 150 160 180 200

0 18 48 54 54 74 78 89 111 133

Waterspanning [kN/m2]

Verticale korrelspanning [kN/m2]

Reductiefactor

-1 -2 -5 -6 -11 -15 -17 -18 -20 -22

Grondspanning [kN/m2]

-8

Tabel 2 De berekende grondspanningen, waterspanningen en verticale korrelspanningen voor de bouw van de parkeergarage.

54


60

60

0

0 0

-11

90

90

0

-15

150

130

20

0,27

-17

174

150

24

0,31

-18

195

160

35

0,39

-20

237

180

57

0,51

-22

279

200

79

0,59

Tabel 3 De berekende grondspanningen, waterspanningen en verticale korrelspanningen na de bouw, onder het midden van de parkeergarage.

Vraag en antwoord

Maaiveld

NAP -1m Parkeergarage Laag -1

Parkeergarage Laag -2

NAP -8m

Palen ø 42 cm

NAP -18m

NAP-20m

Figuur 1 - Dwarsdoorsnede parkeergarage.

Figuur 2 - Kenmerkende sondering voor het ontwerp.

Visie + Vorm Voordeel

Educom houdt van heldere formules. Kijk op www.uitgeverijeducom.nl voor heldere bewijzen. Bel 010 - 425 6544 of mail [email protected] voor een helder voorstel.

Advertenties Brochures Congresbundels Drukwerk Folders Ontwerp Huisstijlen Logo’s Promotie Tijdschriften Websites

55


0ROFESSIONELEENINNOVATIEVEMEETAPPARATUUR ESSIONELEENINNOVATIEVEMEETAPPARATUUR pro ro SIT SERIESIT, SIT TT

SERIESITT, SIT +, SIT pr

))NNOVATIEF³(AMERTJE4IK´SYSTEEM NNOVATIEF³(AMERTJE4IK´SYSTEEM

!KOESTISCHDOORMETENVANBETONNENPALEN !KOESTISCHDOORMETENVANBETONNENPALEN 6ERHOOGDEGEVOELIGHEIDENNAUWKEURIGHEID ERHOOGDEGEVOELIGHEIDENNAUWKEURIGHEID 3UBLIEMGEBRUIKERSGEMAKINHETVELD 3UBLIEMGEBRUIKERSGEMAKINHETVELD 6OLLEDIGCONFORMOA#52 EN!34-$ 6OLLEDIGCONFORMOA#52 EN!34-$ %XPERT!NALYSE3OFTWARE %XPERT!NALYSE3OFTWARE 0ROJECT1UALITY#ONTROLDANKZIJGEtNTEGREERDE'03 0ROJECT1UALITY#ONTROLDANKZIJGEtNTEGREERDE'03

VIBRA SERIEVIBRA-sbr VIBRA

SERIEVIBRA-sbr + (ETSYSTEEMVOORHETMETENENBEOORDELENVANTRILLINGEN (ETSYSTEEMVOORHETMETENENBEOORDELENVANTRILLINGEN 0ROFOUND"6 7ADDINXVEEN ., "6 7ADDINXVEEN ., 4EL SALES PROFOUNDNL WWWPROFOUNDNL FOUNDNL W WWPROFOUNDNL

' EHEELCONFORM3"2TRILLINGSRICHTLIJNDEEL!±3CHADEAANGEBOUWEN² 'EHEELCONFORM3"2TRILLINGSRICHTLIJNDEEL!±3CHADEAANGEBOUWEN² E N"±(INDERVOORPERSONEN² $). EN"±(INDERVOORPERSONEN² $). # OMPACTENROBUUSTMEETSYSTEEM #OMPACTENROBUUSTMEETSYSTEEM 7 7EKENLANGONBEMANDOPERATIONEEL EKENLANGONBEMANDOPERATIONEEL &&REQUENTIE AFHANKELIJKALARMSMARTALARM REQUENTIE AFFH HANKELIJKALARMSMARTALARM ' EtNTEGREERD'023INTERNETVOORSTATUS DATAENALARMERING 'EtNTEGREERD'023INTERNETVOORSTATUS DATAENALARMERING

0ROFOUNDISALJAARFABRIKANTVANPROFESSIONELEMEETAPPARATUURVOORDEFUNDERINGS 0ROFOUNDISALJAARFABRIKANTVANPROFESSIONELEMEETAPPARATUURVOORDEFUNDERINGS ENCIVIELETECHNIEK6OORGEOTECHNISCHEINSTRUMENTATIEIS0ROFOUNDTEVENSDISTRIBUTEUR ENCIVIELETECHNIEK6OORGEOTECHNISCHEINSTRUMENTATIEIS0ROFOUNDTEVENSDISTRIBUTEUR VANITMSOIL,TDEN)NTERFELS'MB( VANITMSOIL,TDEN)NTERFELS'MB(

BuildingCareers is dé arbeidsmarktspecialist voor ingenieurs en technologen op HBO- en WO-niveau. Zowel in hoogwaardige specialistische functies als in commerciële- en managementposities. Voor nadere informatie over deze functie kun je contact opnemen met ir. Jan Willem Houtman van BuildingCareers, telefoon 06-2451 2699. Hij vertelt je graag meer over het bedrijf en de functie. Je CV en motivatiebrief kun je mailen naar: jan.willem.houtman@ buildingcareers.nl BuildingCareers bv Anna van Burenlaan 60 2012 SM Haarlem Tel. 023-55 19 555 www.buildingcareers.nl

Wil jij als geotechnisch ingenieur: 1. je vakmanschap laten tellen 2. er toe doen 3. een bedrijf helpen uitbouwen Dan kan dit jouw volgende baan zijn! Het bedrijf Geotechnische nichespeler Schat aan kennis op het gebied van hei-equipment, heitechniek en hei-software Wereldwijd actief Kleinschalig, korte lijnen Flexibel en eigentijds Zeer succesvol

De functie Brede adviesrol richting klant Theoretisch èn praktisch Op kantoor: advisering en deskresearch Op locatie: metingen en supervisie Onshore èn offshore Bedrijf helpen uitbouwen Delen in de winst

Jij Voltooide HBO/WO-opleiding Geotechnisch gespecialiseerd 3 - 10 jaar werkervaring Bereid om offshore te werken Flexibel en ondernemend

Wil je meer weten over deze unieke carrièrekans? Zoek dan snel contact met ons voor meer info of kijk op de website. Wij garanderen 100% vertrouwelijkheid

Adviseren is vooruit zien. Wat is jouw perspectief? Ondernemen in een complexe omgeving maar met overzicht, betrokkenheidven verstand van zaken. Resultaatgericht: iedereen zegt het, slechts enkelen maken het waar. ARCADIS: infrastructuur, water, milieu en gebouwen. Los van elkaar maar ook integraal. We geven de samenleving vorm door creatief te zijn in onze oplossingen en daadkrachtig in de uitvoering. Als medewerker van ARCADIS verlaat je gebaande paden. Je bent onderdeel van een netwerk van zakelijke professionals. Ingericht rondom klanten, zodat deze direct proﬁteren van onze kennis en ervaring. Wij brengen ideeën tot leven. Maak jij het mee?

Senior Specialist Geotechniek ARCADIS is een internationale onderneming die advies, ontwerp-, ingenieurs- en managementdiensten levert op de gebieden infrastructuur, water, milieu en gebouwen. We verbeteren mobiliteit, duurzaamheid en de kwaliteit van leven, door balans aan te brengen in de gebouwde en natuurlijke leefomgeving. ARCADIS ontwikkelt, ontwerpt, implementeert, onderhoudt en exploiteert projecten voor bedrijven en overheden. Met 16.000 medewerkers en EUR 2 miljard omzet, heeft de onderneming een uitgebreid internationaal netwerk dat steunt op sterke lokale marktposities. ARCADIS ondersteunt UN-HABITAT met kennis en expertise om de leefomstandigheden in snel groeiende steden over de hele wereld te verbeteren.

Onze professionals binnen de divisie Mobiliteit werken aan het ontwerpen, contracteren en beheersen van projecten op het gebied van infrastructuur. ARCADIS is betrokken bij maatschappelijk relevante projecten zoals de Tweede Coentunnel, overkapping van de A2 bij Utrecht, VleuGel en A2 Maastricht. Deze projecten zijn veelal van multidisciplinaire aard in een complexe omgeving.

Interesse? Kijk voor de volledige vacatureteksten en informatie over ARCADIS op onze internetsite. Of neem contact op met Remco Lensen, hoofd adviesgroep Tunnels en Geotechnische Constructies, tel. 06 2706 1170. Jouw brief en cv ontvangen wij graag via www.werkenbijarcadis.nl.

Ben jij die professional die een belangrijke rol gaat spelen bij een van onze projecten? Wij zijn op zoek naar een Senior Specialist Geotechniek.

Imagine the result

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 3 JULI 2011 ONAFHANKELIJK VAKBLAD VOOR HET GEOTECHNISCHE WERKVELD

Recommend Documents